DE2345225C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinder-Otto-Viertakt-Hubkolben­ brennkraftmaschine mit veränderlichem Hub gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die heute allgemein verwendete Viertakt-Brennkraftmaschine mit unver­ änderbarem Hub saugt im unteren Leistungsbereich aufgrund der Drosselung in der Ansaugleitung nur eine geringe Luftmenge an und verdichtet diese im unveränderlichen Verbrennungsraum auf einen geringen Druck. Dieser niedrige Druck bedingt eine niedrige Verbrennungsgeschwindig­ keit. Zum Zeitpunkt der Öffnung des Auslaßventils ist die Verbrennung dabei noch nicht abgeschlossen, so daß unverbrannte CO- und HC- Anteile die Brennkraftmaschine verlassen können. Aufgrund des niedrigen Verdichtungsenddruckes bei Teillast ist der Wirkungsgrad im unteren Lastbereich gering, der spezifische Kraftstoffverbrauch bei kleiner Last höher als der bei Vollast.

Das führt zu der Überlegung, das gleiche Luft-Brennstoffgewicht, das durch Drosselung mit erheblichem Unterdruck angesaugt wird, bei atmos­ phärischem Druck mit kleinem Hub in den Zylinder zu bringen und durch Verminderung des Verdichtungsraumes die Verbrennung des Kraftstoff-Luft­ gemisches bei dem auch bei Vollast herrschenden Verdichtungsenddruck durchzuführen, wodurch die Nachteile, die bei Drosselung des angesaugten Kraftstoff-Luftgemisches auftreten, vermieden werden.

Die konstruktive Lösung eines Motors mit ungefähr konstantem Verdich­ tungsenddruck vor der Verbrennung ist mittels Taumelscheibenmotoren versucht worden. Durch Veränderung der Neigung der Taumelscheibe wird der Hub verändert, durch Verschieben der Taumelscheibe oder des Zylinder­ kopfes in Axialrichtung der Zylinder wird der Kompressionsraum an den eingestellten Hub angepaßt.

Taumelscheibenmotoren mit veränderlichem Hub und Veränderung des Kompressionsraumes sind bekannt. Die DE-OS 14 51 926 und auch die DE-OS 15 76 187 zeigen jeweils eine Mehrzylinder-Otto-Viertakt-Hub­ kolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Hub, mit einem mit einer Hauptwelle zusammenwirkenden Taumelscheibentrieb, dessen Scheibe über ein Axial-Radial-Lager in zwei koaxiale Ringe geteilt ist, von denen der erste mit den an dem Arbeitskolben angelenkten Pleueln gelenkig verbunden ist und mit einer über ein Kardangelenk am Maschinengehäuse abstützenden Verdrehsicherung zusammenwirkt und der zweite drehschlüssig mit der im Maschinengehäuse axial fixierten Hauptwelle verbunden ist. Die Taumel­ scheibe ist zur Kolbenhubveränderung um eine Achse schwenkbar, wobei zur Aufrechterhaltung einer konstanten Verdichtung bei verändertem Kolbenhub die Achse relativ zum Zylinderkopf und zum Zylinderblock in Hauptwellenachsrichtung verlagerbar ist. Zwar wird hier bei einer Änderung der Größe des Kolbenhubes auch zwangsläufig das Verdich­ tungsendvolumen geändert, hieraus geht aber nicht hervor, daß das Verdichtungsverhältnis (das Verdichtungsverhältnis ε ist definiert durch

wobei V _h das Hubvolumen und V _c das Kompressionsvolumen ist) bei allen Größen des Hubs konstant oder zumindest nahezu konstant sein muß!

Bei dem Taumelscheibenmotor der DE-PS 3 87 481, der als Doppelkolben­ motor ausgebildet ist, erfolgt mit der Hubverstellung eine Verschiebung von zusätzlichen Kolben zur Veränderung des Verdichtungsraumes. Zwar soll auch hier die "Kompression" auf gleicher Höhe gehalten werden, ob aber das Kompressionsverhältnis ε auch bei verändertem Kolbenhub konstant gehalten wird, ist auch hieraus nicht erkennbar. Schließlich zeigt die CH-PS 5 10 825 lediglich die Verschiebung des Zylinder­ kopfes einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwelle, um auch bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit Aufladung einen konstanten Verbrennungs­ enddruck zu erreichen.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft­ maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf ein­ fache und betriebssichere Art eine Anpassung des Verdichtungsraumes an den jeweils eingestellten Hub in der Weise möglich ist, daß bei allen Betriebszuständen ein nahezu konstantes Verdichtungsverhältnis vorliegt, so daß auch bei Teillast ein hoher Verdichtungsend­ druck erreicht wird.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Achse gegenüber der Hauptwelle fixiert ist, daß zwischen Maschinengehäuse und Zylinderblock ein den Zylinder­ block umgebender Ringkolben vorgesehen ist, durch dessen hydraulische Beaufschlagung Zylinderkopf und Zylinderblock relativ zum Maschinengehäuse in Hauptwellenachsrichtung verschiebbar und in jedem Punkt der Verschiebung kraftschlüssig hydraulisch arretierbar sind, daß ein formschlüssig am Zylinderkopf und in Hauptwellenachsrichtung formschlüssig am einen Ende mit der Hauptwelle drehschlüssig, dieser gegenüber jedoch axial verschieblich verbundenen Stellwelle über verschiebbares Lager angelenktes Hebegestänge sich gelenkig an einer den Zylinderkopf und den Zylinderblock durchsetzenden bzw. umgreifenden, die Stellwelle axial verschieblich lagernden Maschinengehäuse­ verlängerung abstützt und daß das andere Ende der Stellwelle an dem Gestängeglied angelenkt ist, wobei in der Ansaugleitung bei allen Betriebszuständen ein konstanter Druck aufrechterhalten wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß auch bei Teil­ last die Verbrennungsluft ohne wesentliche Drosselung angesaugt wird und auch bei Teillast der für eine einwandfreie Verbrennung notwendige hohe Verdichtungsenddruck entsprechend dem Verdichtungsenddruck bei Vollast erreicht wird. Damit wird auch bei Teillast der bei Voll­ ast erreichbare Wirkungsgrad erreicht, wodurch Teillastverluste und aufgrund der einwandfreien Verbrennung auch bei Teillast schädliche Abgasbestandteile vermieden werden. Dabei erfolgt die Einstellung der Größe des Verdichtungsraumes zwangsläufig in Abhängigkeit vom eingestellten Hub, so daß bei allen Betriebszuständen, d. h. in allen Last­ bereichen eine exakte Zuordnung gegeben ist.

Ein Beispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor;

Fig. 2 einen Schnitt A-B gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer möglichen Ausführungsform des Motors, und

Fig. 4 eine Aussicht auf den Motor nach Fig. 3.

Der erfindungsgemäße Taumelscheibenmotor weist eine in einem Maschinengehäuse 10 drehbar gelagert Hauptwelle 1 auf, mit der schwenkbar, aber verdrehfest eine Taumelscheibe 2 verbunden ist. Die Taumel­ scheibe 2 besteht aus einem Innenring 2 a und einem gegenüber dem Innenring drehbaren Außenring 2 b. Der Innenring 2 a ist über eine Achse 3 schwenkbar, aber drehfest mit der Hauptwelle 1 verbunden. Der Außenring 2 b weist nadelgelagerte Kreuzstücke 6, an denen die Pleuel 7 der Kolben 8 gelagert sind, und außerdem eine Rolle 4 auf, die in einer Führung 5, die ortsfest im Maschinengehäuse 10 angeordnet ist, geführt ist und den Außenring 2 b am Drehen hindert. Der trommelförmige Zylinderblock 9 ist im Maschinengehäuse 10 drehfest, aber in Hauptwellenachsrichtung verschiebbar gelagert. Er besitzt eine ungerade Zahl von Zylindern.

Der Zylinderblock 9 weist an seinem dem Maschinengehäuse zugewandten Ende einen am äußeren Umfang angeordneten Ringkolben 18 auf, der zusammen mit dem Außenteil des Maschinengehäuses eine beidseitig beaufschlag­ bare Zylinder-Kolben-Anordnung zur Verschiebung des Zylinderblocks in Achsrichtung gegenüber dem Motorgehäuse und damit gegenüber der Hauptwelle bildet. Eine Druckölpumpe 14 dient zur Versorgung der hydrau­ lischen Kolbenverstellung und der Schmierung.

Zur Steuerung der Verschiebung des Zylinderblockes mit Hilfe des Ring­ kolbens ist der Servoschieber 18 a vorgesehen. Dieser erhält Drucköl von der Pumpe 14. Der mit dem Zylinderblock fest verbundene Ring­ kolben 18 ist beidseitig mit Öl beaufschlagt. Je nach Stellung des Servo­ schiebers verschiebt sich der Zylinderblock 9 mit dem Zylinderkopf 11 in Richtung Taumelscheibe zu kleiner werdendem Verdichtungsraum, ent­ gegengesetzt zu größer werdendem Verdichtungsraum.

Die Ventile im Zylinderkopf 11 werden durch eine Nockenscheibe 12 mit einem äußeren Nockenring für das Auslaßventil und einem inneren Nocken­ ring für das Einlaßventil gesteuert. Die Nockenscheibe 12 wird von der Hauptwelle 1 über den Kettenantrieb 13, Druckölpumpe 14, Welle 15 und Wellenlängsverschiebung 16 und die Stirnräder 17 in gegenläufiger Drehrichtung zur Taumelscheibe angetrieben.

Mit der Hauptwelle 1 ist drehfest, aber in Hauptwellenrichtung verschiebbar, eine Stellwelle 22 verbunden, an deren oberen Ende über ein verschiebbares Lager 19 ein noch näher zu erläuterndes Hebelgestänge angreift. An ihrem der Hauptwelle benachbarten Ende ist die Stell­ welle über ein Zwischenglied 23 mit einem Gelenk am Innenring 2 a der Taumelscheibe 2 verbunden. Bei Verschiebung der Stellwelle in Haupt­ achsrichtung erfolgt damit eine Schwenkung der Taumelscheibe und somit eine Veränderung des Hubes.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Motor eine Maschinen­ gehäuseverlängerung 20 auf, dessen Oberteil als Axiallagergehäuse 19 a ausgebildet ist, in dem das verschiebbare Lager 19 der Stellwelle 20 gelagert ist und das ein Lager für das Hebelgestänge aufweist. Das untere Ende der Maschinengehäuseverlängerung ist auf einer Maschinen­ gehäusezwischenwand 21 abgestützt.

Fig. 3 zeigt eine Konstruktion, bei welcher das Axiallagergehäuse 19 a äußerlich von zwei kräftigen Profilträgern 27 mit dem Maschinen­ gehäuse 10 verschraubt ist. Diese Profilträger 27 können so gestaltet werden, daß sie höchste Verschiebekräfte zwischen Zylinderkopf und Maschinengehäuse aufnehmen können. Schwierigkeiten mit der Maschinen­ gehäuseverlängerung 20 entfallen, die Gehäusezwischenwand 21 bleibt hierbei von den Verschiebekräften unbelastet.

Ein zweiarmiger Hebel 24 ist auf dem Axiallagergehäuse 19 a schwenkbar gelagert. Das der Motormitte zugewandte Ende des Hebels 24 ist über eine Lasche 26 mit dem stillstehenden Lagerteil des auf der Stell­ welle 21 angeordneten Axiallagers 19, das andere Ende des Hebels 24 über eine Stange bzw. Lasche 25 mit dem Zylinderblock 9 gelenkig verbunden.

Wird der den Zylinderblock verschiebende Ringkolben 18 über den Servo­ schieber 18 a mit Drucköl beaufschlagt, verschiebt sich der Zylinder­ kopf in die eine oder die andere Richtung, je nach dem, welche Kolben­ seite mit höherem Druck beaufschlagt wird. Durch die Verschiebung des Zylinderblocks wird der Hebel 24 verschwenkt, wodurch die Stell­ welle 22 verschoben wird. Dies verursacht eine Änderung des Schwenk­ winkels der Taumelscheibe, so daß gleichzeitig mit der Änderung der Stellung des Zylinderblocks eine Veränderung des Hubs der Kolben herbeigeführt wird. Durch die Bemessung der Längen der beiden Hebel­ arme des Hebels 24 ist es möglich, die Hubänderung so auf die Verschwenkung der Taumelscheibe abzustimmen, daß bei allen Hub-Größen ein nahezu konstantes Verdichtungsverhältnis erreicht bzw. aufrecht­ erhalten wird.

Claims (1)

1. Mehrzylinder-Otto-Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Hub, mit einem mit einer Hauptwelle zusammenwirkenden Taumelscheibenbetrieb, dessen Scheibe über ein Axial-Radial-Lager in zwei koaxiale Ringe geteilt ist, von denen der erste mit den in die Arbeitskolben angelenkten Pleueln gelenkig verbunden ist und mit einer sich am Maschinengehäuse abstützenden Verdrehsicherung zusammenwirkt und der zweite drehschlüssig mit der im Maschinengehäuse axial fixierten Hauptwelle verbunden ist und zur Kolben­ hubveränderung dieser gegenüber mittels eines Gestängeglieds um eine Achse schwenkbar ist, wobei zur Aufrechterhaltung einer konstanten Verdichtung bei geändertem Kolbenhub die Achse relativ zum Zylinderkopf und zum Zylinderblock in Hauptwellenachsrichtung verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (3) gegenüber der Hauptwelle (1) fixiert ist, daß zwischen Maschinengehäuse (10) und Zylinderblock (11) ein den Zylinderblock umgebender Ringkolben (18) vorgesehen ist, durch dessen hydraulische Beaufschlagung Zylinderkopf und Zylinderblock relativ zum Maschinengehäuse in Hauptwellenachsrichtung verschiebbar und in jedem Punkt der Verschiebung kraftschlüssig hydraulisch arretierbar sind,
   daß ein formschlüssig am Zylinderkopf und in Hauptwellenachsrichtung formschlüssig am einen Ende einer mit der Hauptwelle drehschlüssig, dieser gegenüber jedoch axial verschieblich verbundenen Stellwelle (22) über verschiebbares Lager (19) angelenktes Hebelgestänge (26, 24, 25) sich gelenkig an einer den Zylinderblock und den Zylinderkopf durchsetzenden bzw. umgreifenden, die Stellwelle axial verschieblich lagernden Maschinen­ gehäuseverlängerung (20 bzw. Profilträger 27 (Fig. 2)) abstützt und
   daß das andere Ende der Stellwelle an dem Gestängeglied (23) angelenkt ist, wobei in der Ansaugleitung bei allen Betriebszuständen ein konstanter Druck aufrecht erhalten wird.