DE2829774A1 - Verbrennungsmotor mit veraenderbarem verdichtungsverhaeltnis - Google Patents

Verbrennungsmotor mit veraenderbarem verdichtungsverhaeltnis

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DE2829774A1 DE19782829774 DE2829774A DE2829774A1 DE 2829774 A1 DE2829774 A1 DE 2829774A1 DE 19782829774 DE19782829774 DE 19782829774 DE 2829774 A DE2829774 A DE 2829774A DE 2829774 A1 DE2829774 A1 DE 2829774A1
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Description

1. AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris
2. SOCIETE ANONYME AUTOMOBILES CITROEN, Paris
Prankreich
Verbrennungsmotor mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mittel, die es gestatten, während des Betriebes das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu ändern.
Man weiß, daß der thermodynamisehe Wirkungsgrad von Benzinmotoren umso höher ist, wie ihr Verdichtungsverhältnis selbst größer ist. Für einen Motor, der mit voller Last arbeitet, ist der Wert dieses Verdichtungsverhältnisses
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von dem Oktanbetrag der verwendeten Kraftstoffe abhängig, wobei jede Vergrößerung dieses Verdichtungsverhältnisses zu schweren Unregelmäßigkeiten im Betrieb des Motors führt, insbesondere wegen der Erscheinung des Klopfens.
Andererseits könnte man bei Teillast ein Verdichtungsverhältnis zulassen, das wesentlich größer ist, das es möglich machen würde, in nennenswerter Weise den thermodynamischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.
Deshalb hat man bereits vorgeschlagen, die Verbrennungsmotoren derart auszulegen, daß man ihr Verdichtungsverhältnis während des Betriebes ändern kann.
Nach einer ersten Konzeption hat der Kolben des Motors einen äußeren Teil, der dank hydraulischer Mittel sich axial um einen begrenzten Betrag gegenüber einem inneren mit der Kurbel des Motors verbundenen Teil verschieben kann. Leider muß die Speisung mit Druckflüssigkeit durch die Kurbelwelle und die Kurbelstange gehen, was zu erheblichen Komplikationen führt.
Nach einer anderen Konzeption wird der Zylinderkopf des Motors an jedem Zylinder einen sekundären Kolben aufnehmen, dessen Verschiebung das Volumen des Verbrennungsraumes zu ändern gestattet. Jedoch wegen der Kräfte, die notwendig sind, um den sekundären Kolben im Augenblick der Explosion festzuhalten, sind die bekannten Vorrichtungen dieser Art besonders komplex und teuer.
Der Zweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung dieser letzteren Bauart zu schaffen, die besonders einfach ist und die keine speziellen Energiequellen benötigt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Explosionsmotor mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis, der für jeden seiner Zylinder einen Hilfskolben mit einer Kolbenstange hat, der in einer in dem Zylinderkopf vorgesehenen Aufnahme beweglich ist, die in den Brennraum mündet; dieser Verbrennungsmotor ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme für den Hilfskolben mit diesem letzteren um seine Kolbenstange herum eine Ringkammer begrenzt, die über eine Rückschlagklappe mit Druckflüssigkeit gespeist ist, daß die Kolbenstange des Hilfskolbens eine axiale Bohrung hat, in der ein Schieber verschiebbar ist, dessen Stellung von einem Parameter abhängig ist, der den Betriebsbedingungen des Motors entspricht, daß der Schieber mit zumindest einem Ausflußloch zusammenwirkt, das durch die hohle Kolbenstange des Hilfskolbens hindurchführt, um einen Druckentlastungsweg der erwähnten Ringkammer zu bilden.
Vorzugsweise besteht die Druckflüssigkeit aus dem Schmieröl des Motors.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung bilden den Gegenstand der folgenden Beschreibung, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird, in der zeigen:
Fig. 1 eine Teildarstellung im Schnitt durch einen Zylinder eines Verbrennungsmotors,der erfindungsgemäß ausgeführt ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit der Fig. 1;
Fig. 3 eine Darstellung einer AusführungsVariante in gleicher Darstellung wie Fig. 2.
Der in Fig. 1 dargestellte Verbrennungsmotor hat einen
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Zylinder 1, einen Kolben 2, einen Zylinderkopf 3 und eine Einlaßleitung 4 mit einer Gasklappe 5 sowie einem Einlaßventil 6.
Der Kolben 2, der Zylinder 1 und der Kolbenkopf begrenzen einen Verbrennungsraum 7> dessen Volumen minimal ist, wenn sich der Kolben auf dem oberen Totpunkt (Stellung in der Figur) befindet, und dessen Volumen maximal ist, wenn der Kolben auf dem unteren Totpunkt ist. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Volumen definiert das Verdichtungsverhältnis des Motors.
In dem Zylinderkopf ist eine zylindrische Aufnahme 8 vorgesehen, die in den Verbrennungsraum 7 mündet und in der ein Hilfskolben 9 sich verschiebt, was es möglich macht, das Volumen des Verbrennungsraumes zu ändern.
Wie man es im einzelnen aus der Fig. 2 erkennt, hat der Hilfskolben 9 eine Kolbenstange 10, die in einer Bohrung 11 des Zylinderkopfes 3 geführt wird.
Die Aufnahme 8 begrenzt mit dem Hilfskolben 9 um dessen Kolbenstange 10 herum eine Ringkammer 12. In dieser letzteren mündet eine Leitung 13 s die Schmieröldes Motors unter Druck zuführt. An der Mündung der Leitung 13 in die Ringkammer 12 ist eine Rückschlagklappe 14 angeordnet, die öl eintreten, aber nicht über die Zufuhrleitung austreten läßt.
Die Stange 10 des Hilfskolbens 9 hat eine zentrale Bohrung 15» die mit der Kammer 12 über Löcher 16 in Verbindung steht. In der Bohrung 15 gleitet ein Schieber 17, der einen zentralen Kanal 18 hat, welcher in den Boden der Bohrung 15 mündet und über eine Querbohrung 19 mit dem Teil
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der Bohrung 11 in Verbindung steht, der jenseits der Stange 10 des Hilfskolbens 9 gelegen ist. Dieser Teil der Bohrung 11 hat eine Nut 30,in der eine Rückflußleitung 21 zu dem nicht dargestellten Motorgehäuse führt.
Der Hilfskolben 9 hat eine Umfangsnut 22 zum Auffangen des Lecköls, die über einen Kanal 23 mit dem Boden der Bohrung 15 in Verbindung steht. Der Kolben ist außerdem mit Dichtungsringen 24, 25 versehen.
Der Schieber 17 ist durch eine Stange 26 verlängert, die aus dem Zylinderkopf 3 durch eine Bohrung 27 austritt, die mit einer Ringdichtung 27a versehen ist. Die Stange 26 endet in einem Kopfstück 28 (Fig. 1), das eine Feder 29 von dem Zylinderkopf 3 zu entfernen sucht.
Auf das Kopfstück 28 wirkt ein Druckfinger 30, der fest auf einer Welle 31 sitzt, die einen Hebel 32 trägt, der mit der beweglichen Wand 33 einer Unterdruckkapsel 34 verbunden ist, deren Kammer über eine Leitung 35 mit der Einlaßleitung 4 des Motors hinter der Gasklappe 5 verbunden ist. Eine Feder 36 wirkt auf die bewegliche Wand 33 entgegen dem Unterdruck.
Die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:
Wenn der absolute Druck in dem Verbrennungsraum niedriger als der Öldruck in der Kammer 12 ist, hauptsächlich während der Ansaugphase, verschiebt sich der Hilfskolben 9 in Richtung auf den Brennraum des Motors.
Wenn der absolute Druck in dem Verbrennungsraum größer als der Druck in der Kammer 12 ist, insbesondere während des Endes der Kompressionsphase, verschiebt sich der Hilfskolben in umgekehrtem Sinne. Aber diese Verschiebung wird angehalten,
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sobald sämtliche Löcher 16 von dem Schieber 17 verdeckt sind wegen der nicht Zusammendrückbarkeit des Öles, das sich in der Ringkammer 12 befindet.
Man erkennt also, daß das minimale Volumen des Verbrennungsraumes, das das Verdichtungsverhältnis bestimmt, von der Stellung des Schiebers 17 abhängig ist. Diese Stellung hängt ihrerseits von dem Wert des Unterdruckes in der Ansaugleitung 4 ab, also von der Belastung des Motors,
Für geringe Belastungen, denen starke Unterdrücke entsprechen, wird der Schieber 17 von dem Druckfinger 30 in das Innere der Bohrung 15 derart weit hineingeschoben, daß der Hilfskolben 9 sich in Richtung auf den Verbrennungsraum verschiebt, dessen Volumen auf diese Weise verringert wird; dies ergibt ein hohes Verdichtungsverhältnxs.
Pur starke Lasten hingegen, denen geringe Unterdrücke entsprechen, wird der Hilfskolben 9 in seine Aufnahme 8 hineingezogen, was das Volumen des Verbrennungsräumes erhöht und infolgedessen das Verdichtungsverhältnis verkleinert.
Dieses Resultat wird durch besonders einfache Mittel erzielt und ohne Quellen spezieller Energie zu verlangen, da die Verschiebung des steuernden Schiebers 17 unter einem vernachlässigbaren Kraftaufwand erfolgt, während das Festhalten der Stellung des Hilfskolbens 9 keine mechanische Verbindung benötigt.
Es ist außerdem interessant festzustellen, daß die ständigen abwechselnden Bewegungen des Hilfskolbens 9 jede Gefahr eines Klebens dieses Hilfskolbens beseitigt und eine dauernde Umlaufbewegung des Öls erlaubt, was die Abkühlung begünstigt.
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Die Pig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei diesem Beispiel hat der Zylinderkopf 3 eine aus zwei Bohrungen 40, 4l bestehende Aufnahme, die durch eine Schulter 42 getrennt sind. Auf diese letztere stützt sich eine Trennwand 43 ab, die durch einen Sprengring 44 festgehalten wird.
In der Bohrung gleitet ein Hilfskolben 45, der durch eine Stange 46 verlängert wird, welche die Trennwand 43 durch eine Bohrung 47 hindurch durchquert. An dem Ende der Stange 46 ist zwischen zwei Haltesprengringen 48 ein Kolben 49 festgelegt, der in der Bohrung 41 gleitet. Die Kolben 45 und 49 sind also fest miteinander verbunden.
Eine Kammer 50 ist von der Bohrung 40,der Kolbenstange 46,/dem Hilfskolben 45 und der Trennwand 43 begrenzt, während eine Kammer 51 von der Bohrung 41 der Kolbenstange 46 der Trennwand 43 und dem Kolben 49 begrenzt ist.
Die Stange 46 des Hilfskolbens 45 hat eine zentrale Bohrung 52, die mit der Kammer 50 über Löcher 53 und mit der Kammer 51 durch Löcher 54 in Verbindung steht.
In der Bohrung 52 gleitet ein Schieber 55, der einen zentralen Kanal 56 hat, der in den Boden der Bohrung 52 mündet und der über eine Querbohrung 57 mit einer Kammer in Verbindung steht, die in dem Boden der Bohrung 4l durch den Kolben 49 begrenzt ist.
Die Kammer 58 ist mit dem nicht dargestellten Motorgehäuse über eine Leitung 59 verbunden.
Ein Kanal 60 bringt unter überdruck das Schmieröl des Motors auf das Niveau der Trennwand 43 und von dort in die
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Kammer 50 über eine Rückschlagklappe 61 und in die Kammer 51 über eine Rückschlagklappe 62.
Der Teil des Schiebers 55» der in die Kammer 58 eindringt, hat einen verringerten Querschnitt von einer Schulter 63 ab, welche den aktiven Teil des Schiebers begrenzt.
Dieser aktive Teil des Schiebers kann eine ein wenig größere Länge haben als die Länge des Abstandes, der die äußeren Ränder der Löcher 53 und 54 trennt, die dann vollständig und gleichzeitig abgeschlossen werden können.
.Der aktive Teil des Schiebers 55 kann auch eine kleinere Länge haben als die Länge des Abstandes, der die äußeren Ränder der Löcher 53 und 54 trennt, die auf diese Weise nicht vollständig und gleichzeitig abgeschlossen werden können.
Der Schieber 55 ist außerhalb des Zylinderkopfes 3 durch eine Stange 64 verlängert, die in der gleichen Weise bewegt werden kann wie in dem vorangegangenen Beispiel.
Diese Einrichtung wirkt wie die vorhergehende bis auf den Unterschied, daß die Verschiebung des Hilfskolbens 45 in Richtung auf den Verbrennungsraum durch das Abschließen der Löcher 54 begrenzt ist, wie die umgekehrte Bewegung durch das Abschließen der Löcher 53 begrenzt wird. Man steuert also genau die Freiheit der Bewegung des Kolbens 45 während eines Arbeitsspieles des Motors.
Wenn der aktive Teil des Schiebers 55 gleichzeitig die Löcher 53 und 54 abschließen kann, gibt es keine Bewegung des Hilfskolbens 45, solange wie der Schieber 55 sich nicht verschoben hat.
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Andererseits, wenn der aktive Teil des Schiebers 55 nicht gleichzeitig die Löcher 53 und 54 abschließen kann, tritt eine abwechselnde zyklische Bewegung des Kolbens 55 auf, die wie bei dem ersten Beispiel jede Gefahr eines Festfressens oder Klebens des Hilfskolbens beseitigt.
In den oben geschilderten Beispielen hat man angenommen, daß die Steuerung des Schiebers 17 oder 55 durch ein pneumatisches Mittel ausgehend von dem Wert des Unterdruckes in der Ansaugleitung erfolgt. Aber es dürfte klar sein, daß dieser Schieber auch durch jedes andere Mittel, ein mechanisches oder hydraulisches, bewegt werden kann und in Abhängigkeit von jedem anderen Parameter der von den Betriebsbedingungen des Motors abhängig ist.

Claims (10)

  1. BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE
    Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.
    Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 ΛΛΛΛΠίϊί Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT
    Telex 522048 - Telegramm Allpatent München 2 V 2 9 ZfA Dr-'ln9- R- BEETZ jr.
    Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH 62- 28.537p Dr.-lng.W.TIMPE
    Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED
    Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN
    6, Juli 1978
    Ansprüche
    t Verbrennungsmotor mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis, der für jeden seiner Zylinder einen Hilfskolben mit einer Kolbenstange hat, der in einer in dem Zylinderkopf vorgesehenen Aufnahme beweglich ist, die in den Brennraum mündet,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (8; 40) für den Hilfskolben (9; 45) mit diesem letzteren um seine Kolbenstange (10; 46) herum eine Ringkammer (12; 50) begrenzt, die über eine Rückschlagklappe (14; 6l) mit Druckflüssigkeit gespeist wird, daß die Kolbenstange des Hilfskolbens eine axiale Bohrung (15; 52) hat, in der ein Schieber (17; 55) verschiebbar ist, dessen Stellung von einem Parameter abhängig ist, der den Betriebsbedingungen des Motors entspricht, daß der Schieber mit zumindest einem Ausflußloch (16; 53) zusammenwirkt, das durch die hohle Kolbenstange des Hilfskolbens hindurchführt, um einen Druckentlastungsweg der erwähnten Ringkammer zu bilden.
  2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsweg der erwähnten Ringkammer (12; 50) außer dem erwähnten Ausflußloch (16; 53) einen axialen Kanal (18; 56) aufweistj der in den Schieber (17; 55) eingearbeitet ist, wobei der Kanal an einem seiner Enden in die Bohrung (15; 52) der Hilfskolbenstange mündet und an seinem anderen Ende mit einer Leitung (21; 59) für den Rückfluß zu einer Speisequelle für Druckflüssigkeit mündet.
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  3. 3. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (9; 45) eine Umfangsnut (22) für die Wiedergewinnung der Leckströmungen hat, die über zumindest einen Kanal (23) mit dem Bogen der Bohrung (15; 52) der Hilfskolbenstange in Verbindung steht.
  4. 4. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (17; 55) durch eine Stange (26; 64) verlängert ist, die aus Zylinderkopf (3) herausragt und in einem Kopf (28) endet, wobei eine Feder (29) die Stange zwischen dem Kopf und dem Zylinderkopf umgibt, daß ein Druckstück (30), das von einer Unterdruckkapsel (34) angetrieben wird, die an die Ansaugleitung (4) des Motors unmittelbar hinter der Gasklappe (5) angeschlossen ist, mit dem Stangenkopf (28) zusammenwirkt, um die Stellung des Schiebers von der Belastung des Motors abhängig zu machen.
  5. 5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (30) fest mit einer Welle (31) verbunden ist, die einen Hebel (32) trägt, der mit der beweglichen Wand (33) der Unterdruckkapsel (34) verbunden ist, deren Kammer an die Ansaugleitung (4) durch eine Verbindungsleitung (35) angeschlossen ist, wobei eine Feder (36) auf die bewegliche Wand der Kammer gegen den Unterdruck wirkt, der in der Ansaugleitung des Motors herrscht.
  6. 6. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (40) des Hilfskolbens (45) durch eine Aufnahme (4l) von kleinerem Durchmesser für einen anderen Hilfskolben (49) verlängert ist, der an dem freien Ende der Kolbenstange (46) des Hilfskolben (45) befestigt ist, daß die Aufnahmen durch eine Trennwand (43) getrennt sind, die gegen eine die Aufnahmen verbinden-
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    de Schulter gedrückt wird und die Aufnahmen begrenzt, sowie von der Stange (46) des Hilfskolbens (45) durchquert wird, die Hilfskolben (45, 49) und die Trennwand begrenzen mit den Aufnahmen (40, 41) und der Kolbenstange (46) zwei Kammern (50, 51), die mit der Bohrung (52) der Kolbenstange des Hilfskolbens über Abflußlöcher (53, 54) verbunden sind und eine Kammer (58) mit der Rückflußleitung (59) der Flüssigkeit verbunden ist und wobei der Schieber (55) mit seiner Betätigungsstange (64) durch eine Schulter (63) verbunden ist, welche den aktiven Teil des Schiebers begrenzt.
  7. 7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil des Schiebers (55) eine Länge hat, die nur ein wenig größer als der Abstand ist, der die äußeren Ränder der Ausflußlöcher (53, 54) trennt.
  8. 8. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil des Schiebers (55) eine Länge hat, die ein wenig kleiner ist als der Abstand, der die äußeren Ränder der Abflußlöcher (53, 54) trennt.
  9. 9. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Kammern (50, 51) mit der Bohrung (52) der Kolbenstange (46) des Hilfskolbens (45) in Verbindung stehen, mit Druckflüssigkeit von einer Leitung (60) gespeist wird, die in den Zylinderkopf (3) und in die Trennwand (43) der beiden Kammern (50, 51) vorgesehen ist, wobei die Leitung (60) gleichzeitig in die erwähnte Kammer (50) des Hilfskolbens (45) und in die Kammer (51) des anderen Hilfskolbens (49) mündet, und Rückschlagklappen (61, 62) in der Trennwand an der erwähnten Leitung (60) angeordnet sind.
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  10. 10. Motor nach dem Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8 zusammengenommen, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Kanal (56) des Schiebers (55) mit der erwähnten Rückflußleitung (59) zu der Plüssigkeitsspeisequelle über die erwähnte Kammer (58) geht, die durch den anderen Hilfskolben (2J9) und die ihm zugeordnete Aufnahme (4l) von kleinerem Durchmesser begrenzt ist.
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