DE2504919B2

DE2504919B2 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit automatischer Zünddruckbegrenzung

Info

Publication number: DE2504919B2
Application number: DE19752504919
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 5060 Bensberg-Refrath Eckert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2504919C3; DE2504919A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit automatischer Zünddruckbegrenzung, bei der eine Brennraumwand durch hydraulische Mittel in Abhängigkeit vom Zünddruck axial verschiebbar ist, indem sich die Brennraumwand direkt oder indirekt über ein hydraulisches Polster ortsfest abstützt, dessen Zufluß von einem Rückschlagventil und dessen Abfluß von einem Druckventil gesteuert werden, wobei eine Zylinder-Zylinderkopfeinheit vorgesehen ist.

Die Bemühungen um einen sich dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine anpassenden Verdichtungsgrad sind vielfach bekannt. In »SAE-Paper 162 A«, 1963, ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit automatischer Zünddruckbegrenzung beschrieben. Das zünddruckabhängig geregelte Verstellhubelement ist im Kolben vorgesehen, dessen Kopfteil sich am Kolbenunterteil über ein hydraulisches Polster abstützt und sich zünddruckabhängig hebt und senkt, indem das hydraulische Polster in der druckarmen Phase über ein Rückschlagventil aufgefüllt und in der Hochdruckphase über ein Druckbegrenzungsventil belastet wird. Ein weiteres hydraulisches Polster zwischen beiden Kolbenteilen ist dabei im unteren Kolbenbereich vorgesehen. Durch solche Anpassung des Verdichtungsgrades ist es möglich, vor allem bei hohen Aufladegraden erhebliche Leistungssteigerungen zu erzielen, ohne die kritischen Bauteile thermisch und mechanisch höher zu beanspruchen und ohne das Verhalten beim Starten und bei Teillastbetrieb zu verschlechtern. Die Anordnung des Verstellhubelementes im Kolben bedingt jedoch, daß im Vergleich zu üblichen Kolbenkonstruktionen erhöhte Massenkräfte auftreten, die sich besonders bei schnelllaufenden Hubkolben-Brennkraftmaschinen ungünstig auswirken.

Es ist ferner bekannt (DE-PS 2 90 786), das Verstellhubelement als axial verschiebbaren Kolben in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu legen. Hierbei treten zwar keine erhöhten Massenkräfte auf, jedoch sind zusätzliche bewegliche Dichtelemente erforderlich, die den Durchtritt von Brenngasen nach außen verhindern. Derartige Dichtelemente sind störanfällig und entsprechen nicht den heutigen Anforderungen in bezug auf die Schadstoffemission.
Durch die DE-PS 4 81 643 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei der das Kompressionsverhältnis durch Verschieben einer Zylinder-Zylinderkopfeinheit in einem Zylindergehäuse über Hebel vorgenommen wird. Eine zünddruckgesteuerte Regelung der Verstellung ist jedoch nicht vorgesehen.

Ferner ist durch die DE-PS 4 83 100 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, durch die der Zylinder und der Zylinderkopf gemeinsam durch Schraubenspindeln vorstellt werden. Auch hierbei ist eine automatische Anpassung des Verdichtungsverhältnisses an den Zünddruck nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zünddruckabhängig veränderbarem Verdichtungsverhältnis zu schaffen, bei der infolge der Regelung keine zusätzlichen Massenkräfte der Triebwerksteile auftreten und die eine einwandfreie Abdichtung des Brennraumes gewährleistet. Diese Aufgabe wird bei der Brennkraftmaschine eingangs umrissener Gattung erfindung£gemäß dadurch gelöst, daß die Zylinder-Zylinderkopfeinheit in ein Zylindergehäuse axial verschiebbar eingesetzt ist, wobei am oberen Ende der Zylinder-Zylinderkopfeinheit zwischen dieser und dem Zylindergehäuse das hydraulische Polster vorgesehen ist, das ringförmig den Zylinderkopf umgibt, und am unteren Ende der Zylinder-Zylinderkopfeinheit ein ungesteuertes hydraulisches Polster vom Förderdruck einer Schmierölpumpe gesichert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung wird die gesamte Zylinder-Zylinderkopfeinheit axial verschoben, so daß die Dichtungen des hydraulischen Polsters am Umfang des Zylinderkopfes nicht unter dem Druck der heißen Verbrennungsgase stehen. Der Brennraum ist in optimaler Weise gegenüber der Umgebung abgedichtet. Das ungesteuerte hydraulische Polster am unteren Ende der Zylinder-Zylinderkopfeinheit verhindert ein metallisches Anschlagen der Zylinder-Zylinderkopfeinheit an die Auflagefläche, das infolge der Reibung des Kolbens und der Schwerkraft auftreten könnte.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß bei Anordnung von Gaswechselkanälen im Zylinderkopf die Übertrittsöffnungen zum Zylindergehäuse zwischen Ringdichtungen liegen, die den Zylinderkopf umgeben. Dadurch erzielt man eine einfache wirkungsvolle Abdichtung der Gaswechselkanäle, in

denen bekanntlich nur geringere Drücke herrschen. Ein möglicher Kurzschluß zwischen einem Einlaß- und Auslaßkanal über einen Ringspalt am Umfang des Zylinderkopfes ist für den Betrieb der Brennkraftma-

schine unbedeutend. In besonderer Ausführung könnte durch einen gezielten Gasaustausch eine Abgasrückführung bzw. bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen eine sekundäre Frischluftbeimengung zum Abgas dargestellt werden.

Die Betätigung der Gaswechselventile kann in Ausgestaltung der Erfindung durch eine seitlich am runden Gehäuse gelagerte Nockenwelle über Winkelhebel erfolgen. Dabei ist vorteilhaft, daß die Lagerung der Winkelhebel zur Nockenwelle so orientiert ist, daß sich bei kleinerem Verdichtungsverhältnis, also bei hoher Motorleistung, das Obersetzungsverhältnis im Sinne größeren Ventilhubes verändert Da bei kleinerem Verdichtungsverhältnis der Abstand zwischen Zylinderkopfboden und Kolben größer ist als bei hohem Verdichtungsverhältnis, können größere Ventilhübe verwirklicht werden, wodurch die Füllung der Hubkolben-Brennkraftmaschine im hohem Leistungsbereich verbessert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

A b b. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine im Bereich einer Zylinder-Zylinderkopfeinheit durch die Achse eines Gaswechselventils.

A b b. 2 zeigt einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine im Bereich des Zylinderkopfes durch die Achse eines Kraftstoffeinspritzventils.

Mit 1 ist ein Kurbelgehäuse bezeichnet, an das sich ein Zylindergehäuse 2 anschließt. In dieses ist eine Zylinder-Zylinderkopfeinheit 3, 4 axial verschiebbar eingesetzt. Am oberen Ende des Zylinderkopfes 4 ist ein ringförmiges hydraulisches Polster 5 vorgesehen, das von dem Zylinderkopf 4, dem Zylindergehäuse 2 und einem Paßring 6 gebildet wird, der durch Ringdichtungen 7 und 8 abgedichtet ist und von einem Aufsatz 9 im Zylindergehäure 2 gegen axiale Verschiebung gehalten wird. Das hydraulische Polster 5 steht über Verbindungskanäle 10 und 11 und ein Rückschlagventil 12 mit einer Druckölversorgungsleitung 13 in Verbindung. Diese kann an eine separate Druckölpumpe oder an einen Druckschmierölkreislauf der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeschlossen sein. Db Zylinder-Zylinderkopfeinheit ist innerhalb des Zylindergehäuses urn den Betrag des hydraulischen Polsters 5 axial verschiebbar.
Zwischen dem Druckpolster 5 und der Versorgungsleitung 13 besteht eine weitere Verbindung über ein Druckbegrenzungsventil 14, das auf den maximal zulässigen Zünddruck der Hubkolben-Brennkraftmaschine einstellbar ist

Der Zylinderkopf 4 weist Gaswechselkanäle 15 und

ίο 16 auf, die von Ventilen 17 beherrscht werden. Eine seitlich ortsfest gelagerte Nockenwelle 18 betätigt über einen Winkelhebel 19 die Ventile 17. Die Winkelhebel 19 sind auf dem Zylinderkopf 4 gelagert so daß sich mit der axialen Verschiebung der Zylinder-Zylinderkopfeinheit 3, 4 das Übersetzungsverhältnis des Winkelhebels 19 ändert und zwar so, daß sich mit auswärts bewegender Zyliiider-Zylinderkopfeinheit 3, 4 und damit abnehmendem Verdichtungsverhältnis der Ventilhub vergrößert Übertrittsöffnungen 20 und 21 der

V) Gaswechselkanäle 15 und 16 zum Zylindergehäuse 2 hin liegen zwischen Ringdichtungen 22 und 23. Am unteren Ende der Zylinder-Zylinderkopfeinheit, am Zylinderteil 24, ist ein weiteres ungesteuertes hydraulisches Polster 25 angeordnet, das über einen Versorgungskanal 26 mit

Ji Drucköl versorgt wird. Da hier kein Rückschlagventil vorgesehen ist, kann sich in dem hydraulischen Polster kein höherer Druck aufbauen. Das hydraulische Polster 25 dient lediglich dazu, ein durch die Reibkraft des Kolbens verursachtes metallisches Anschlagen der

in Zylinder-Zyliiiderkopfeinheit 3 am Kurbelgehäuse zu vermeiden. Mit 27 und 28 sind weitere Ringdichtungen bezeichnet, die das Polster gegenüber einem Kühlwasserraum 29 bzw. einem Kurbelraum 30 abdichten.

Im Zylinder 24 gleitet ein Kolben 31 mit einer

» Brennraummulde 32. Der Kolben ist über einen Kolbenbolzen 33 und eine Pleuelstange 34 mit der Kurbelwelle 35 verbunden.

Die Kraftstoffzufuhr erfolgt über eine Kraftstoffdruckleitung 36 und ein Kraftstoffeinspritzventil 37.

w Zum Ausgleich der axialen Verschiebung zwischen Zylindergehäuse 2 und Zylinder-Zylinderkopfeinheit 3, 4 ist die Kraftstoffdruckleitung schraubenförmig gewunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit automatischer Zünddruckbegrenzung, bei der eine Brennraumwand durch hydraulische Mittel in Abhängigkeit vom Zünddruck axial verschiebbar ist, indem sich die Brennraumwand direkt oder indirekt über ein hydraulisches Polster ortsfest abstützt, dessen Zufluß von einem Rückschlagventil und dessen Abfluß von einem Druckventil gesteuert werden, wobei eine Zylinder-Zylinderkopfeinheit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Zylinderkopfeinheit (3, 4) in ein Zylindergehäuse (2) axial verschiebbar eingesetzt ist, wobei am oberen Ende (4) der Zylinder-Zylinderkopfeinheit zwischen dieser und dem Zylindergehäuse (2) das hydraulische Polster (5) vorgesehen ist, das ringförmig den Zylinderkopf (4) umgibt, und am unteren Ende (24) der Zylinder-Zylinderkopfeinheit ein ungesteuertes hydraulisches Polster (25) vom Förderdruck einer Schinierölpumpe gesichert wird.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung von Gaswechselkanälen (15,16) im Zylinderkopf (4) die Übertrittsöffnung zum Zylindergehäuse (2) zwischen zwei den Zylinderkopf umgebenden Ringdichtungen (7,8) liegen.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nockenwelle (18) seitlich am ruhenden Gehäuse gelagert ist und über Winkelhebel (19), die auf dem Zylinderkopf (4) gelagert sind, die hängenden Ventile (17) betätigt.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Winkelhebel (19) zur Nockenwelle (18) so orientiert ist, daß sich bei kleinem Verdichtungsverhältnis das Übersetzungsverhältnis im Sinne größeren Ventilhubes verändert.