DE3101462A1

DE3101462A1 - Brennkraftmaschien, insbesondere dieselmotor, mit einem hubkolbentriebwerk

Info

Publication number: DE3101462A1
Application number: DE19813101462
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr. Moser; Tomas Ing. 4400 Steyr Visek
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4450797A; DE3101462C2; AT376485B; JPS5828447B2; ATA47780A; JPS56120812A

Description

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Anmelder:

Steyr-Daiml er-Puch Aktiengesellschaft Kärtnerring 7

A - Wien I / Österreich Vertreter:

Stuttgart, 16. Januar 1981 P $988 We

Kohler-Schwindling-Späth Patentanwälte Hohentwielstraße 41

7000 Stuttgart 1

Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Hubkolbentriebwerk

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Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Hubkolbentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Hubkolbentriebwerk, bestehend aus Kolben, Kolbenbolzen, Pleuelstange und Kurbelwelle. Im Zuge der stetig strenger werdenden Abgasgesetzgebung erlangt bei Maschinen der genannnten Art die genaue Einhaltung eines bestimmten Maßes des sogenannten Kolbenspaltes, also des Äbstandes des im oberen Totpunkt befindlichen Kolbens vom Zylinderkopfboden, zunehmend an Bedeutung. Dies trifft für hochverdichtende Ottomotoren und insbesondere für Dieselmotoren zu, wobei nicht nur die Einhaltung des gewünschten Kolbenspaltmaßes an sich, sondern auch die Einhaltung der zulässigen Abweichung dieses Maßes von Zylinder zu Zylinder der Maschine aus fertigungstechnischen Gründen schwierig ist. Zu große Kolbenspalte beeinflussen die Werte der Abgasemission, insbesondere der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, negativ und führen bei Dieselmotoren besonders bei niedrigen Außenteatperatüren häufig zu Start3chwierigkeiten, da Zylinder mit zu großem Kolbenspalt dann die zur Selbstzündung des

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eingespritzten Kraftstoffes erforderliche Verdichtungsendtemperatur der angesaugten Luft nicht erreichen. Bei zu kleinen Kolbenspalten besteht dagegen die Gefahr der Berührung zwischen den Ventilen und dem Kolben und damit der Beschädigung der Maschine, Bei Ottomotoren neigen die Zylinder mit zu kleinem Kolbenspalt wegen der dann höheren Verdichtung zum Klopfen, weshalb der Zündzeitpunkt für den Motor nach dem diesbezüglich ungünstigsten Zylinder eingestellt werden muß, obwohl Zylindermit richtigem Kolbenspalt einen früheren, bezüglich

Kraftstoffverbrauch günstigeren Zündzeitpunkt zuließen. Um die genannten Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, Kolben mit verschiedenen und in Klassen eingeteilten Kompressionshöhen (Abstand der Kolbenbolzenachse vom Kolbenboden) zu verwenden. Nachteilig ist dabei der große Aufwand in der Lagerhaltung, bei der Montage und die Problematik im Reperaturfalle. Außerdem besteht stets die Gefahr von Verwechslungen. Auch kann eine exakte Einstellung des Kolbenspaltes an allen Zylindern gleichzeitig nicht erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Zylinderkopfdichtungen verschiedener Stärken zum Ausgleich zu verwenden, wobei diese Lösung bei Mehrzylindermotoren mit einstückigem Zylinderkopf nur eine Kompromißlösung darstellen kann. Außerdem ist sie bei Motoren, bei denen Zylinder und Zylinderkopf zusammengegossen sind, nicht anwendbar.

Es ist auch schon bekannt, den Kolbenbolzen im Kolben exzentrisch zu lagern und diese so erreichte Exzentrizität während der Hubbewegung des Kolbens zu verändern.

JO Dabei wird entweder die Rotation des Exzenters während der Hubbewegung auf mechanischem Wege durch einen Hilfsantrieb zwangsweise durchgeführt (DE-PS 865 685, US-PS 2 029 169) oder der Exzenter so ausgebildet, daß durch

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die unterschiedliche Krafteinwirkung auf den Kolben beim Ladungswechseltakt einerseits und beim Arbeitstakt anderseits eine selbsttätige Verdrehung des Exzenters erfolgt (FR-PS 1 087 991, US-PS 1 931 705). Allen diesen Ausbildungen ist gemeinsam, daß der Kolben beim Ausschieben der Verbrennungsgase möglichst nahe an den Zylinderkopf herangeführt wird, um ein möglichst geringes Restgasvolumen zu erzielen. Während des Verdichtungshubes hingegen wird durch den dann in der oberen Lage befindlichen Exzenter der Kolben dem Zylinderkopf nicht so weit genähertj daß ein unzulässig hohes, eine klopfende Verbrennung verursachendes Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Dabei geht es aber nicht darum, einen bestimmten Kolbenspalt einzuhalten, sondern darum, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Kolbenhub bzw. veränderlichem Verdichtungsverhältnis zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der das Maß des Kolbenspaltes mit ausreichender Genauigkeit einfach eingehalten werden kann, ohne dabei während des Laufes der Maschine eine Veränderung des Kolbenhubes herbeizuführen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß zumindest eines der beiden Pleuelstangen eine zur Grundbohrung exzentrische Lagerbüchse oder einen zwischen Grundbohrung und Lagerbüchse angeordneten exzentrischen Ring aufweist und daß die exzentrische Lagerbüchse bzw. der Ring in verschiedener Drehstellung fixierbar ist.

Wird die exzentrische Lagerbüchse oder der exzentrische Ring verdreht und fixiert, so ergibt sich eine Änderung des Stichmaßes der Pleuelstange, ohne das irgendeine Bearbeitung der Pleuelstange erforderlich

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•wäre. Mit dem Stichmaß wird aber auch das Maß des Kolbenspaltes geändert bzw. auf den richtigen Wert eingestellt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die exzentrische Lagerbuchse bzw. der Ring in beliebiger Drehstellung in die Grundbohrung einsetzbar ist, weil damit für jeden Zylinder individiuell und stufenlos das gewünschte Kolbenspaltmaß erreicht werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die exzentrische Lagerbüchse bzw. der Ring entlang des Umfanges, vorzugsweise an einer ihrer bzw. seiner Stirnseiten, zur Exzentrizität in festgelegtem Zusammenhang stehende Markierungen auf, die mit einer an der Pleuelstangengrundbohrung angeordneten Roferenzmarke zur Deckung bringbar sind. Es ist auf diese Weise möglich, die gewünschte genaue Einstellung herzustellen, da jede Marke auf der Lagerbüchse bzw. dem Ring einem definierten Maß der Exzentrizität entspricht.

Bei im großen Pleuelauge angeordneter Exzentrizität kann ein zweigeteilter exzentrischer Ring angeordnet werden, der es ermöglicht, für das Pleuellager handelsübliche Lagerschalen zu verwenden.

Eine für viele Fülle ausreichende und besonders einfache Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einstückig zusammengegossener Zylinderblock-Zylinderkopfeinheit und bei im großen Pleuelauge angeordneter Exzentrizität die aus zwei Hälften bestehende Lagerbuchse exzentrisch ausgebildet ist, wobei die Stoßflächen der Büchsenhälften mit den Stoßflächen des Pleuelauge3 fluchten und die

Büchsenhälften wahlweise um 180° in Umfangsrichtung verdreht einsetzbar sind. Es kann also wahlweise die Lagerschale mit der größeren Wandstärke im stangenseitigen

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oder im deckeiseitigen Teil der Grundbohrung zu liegen kommen. Die dadurch erzielte Verstellung : reicht in vielen Fällen aus, um den Kolbenspalt innerhalb de3 vorgesehenen Toleranzbereiches zu halten. Im übrigen läßt sich noch ein Mittelmaß erzielen, wenn statt der exzentrischen Lagerbuchse eine übliche Büchse mit gleichbleibender Wandstärke verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein VeΓΙΟ fahren zur Montage des Hubkolbentriebwerkes einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, insbesondere mit einstückig zusammengegossener Zylinderblock-Zylinderkopf einheit. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bei im großen Pleuelauge vorgesehener Exzentrizität die exzentrische Lagerbüchse bzw. der exzentrische Ring so iiyPleuelstangengrundbohrung eingesetzt wird, daß der Mittelpunkt der Innenbohrung der Büchse bzw. des Ringes in der deckelseitigen Hälfte der Pleuelstangengrundbohrung liegt, daß nach Befestigung der Kurbelwelle am Zylinderblock und Verschraubung der Pleuelstangen mit den zugehörigen Pleueldeckeln nacheinander jeweils der Kurbelwellenhubzapfen eines Zylinders in die obere Totpunktstellung gebracht wird, daß die exzentrische Büchse bzw. der exzentrische Ring dieses Hubzapfens so weit verdreht wird, bis der Kolben den Zylinderkopfboden berührt, und daß die exzentrische Büchse bzw. der exzentrische Ring um einen einem definierten Kolbenspalt entsprechenden Betrag zurückgedreht und in dieser Lage fixiert wird. Es kann somit für jeden einzelnen Zylinder exakt der gewünschte Kolbenspalt eingestellt werden, wobei eine wesentliche Vereinfachung und Ersparnis an Montagekosten erreicht wird.

Schließlich umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren

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zur Messung des Kolbenspaltes bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dieses Verfahren besteht darin, daß die Kolben mit montierter Pleuelstange ohne Pleuellager und ohne Pleuellagerdeckel in die Zylinder bis zum Anschlag an den Zylinderkopfbodei eingeschoben werden, daß die Kurbelwelle am Zylinderblock befestigt wird, daß nacheinander jeweils der Kurbelwellenhubzapfen eines Zylinders in die obere Totpunktstellung gebracht wird und der in der durch den

-10 Hubzapfenmittelpunkt gehenden Pleuelstangenachse liegende Spalt zwischen Hubzapifan und Pleuelstangengrundbohrung vorzugsweise durch Anheben der Pleuelstange bis zum Anschlag am Hubzapfen gemessen wird und daß nach Bildung der Differenz der Maße des gemessenen Spaltes und des gewünschten Kolbenspaltes die dafür erforderliche Exzentrizität in der Pleuelstangengrundbohrung festgestellt wird. Dieses Verfahren ist verhältnismäßig einfach und rasch durchzuführen im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen bei zusammengegossenen Zylinderblock-Zylinderkopfeinheiten durch die Einspritzdüsen-/Zündkerzenbohrung gemessen werden muß, wozu noch kommt, daß solche Verfahren wesentlich ungenauer sind.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen ITig.1 ein kolbenseitiges Pleuelauge mit exzentrischer Lagerbüchse in Ansicht,

Pig.2 ein großes Pleuelauge mit exzentrischer Lagerbüchse in gleicher Darstellungsweise, Fig.3 und 4 ein großes Lagerauge ohne Deckel mit in zwei Stellungen angeordneter, aus zwei Hälften bestehender Lagerbüchse und

Fig.5 die Anordnung zur Messung des Kolbenspaltes im Schnitt.

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Gemäß Fig.1 ist im kolbenseitigen Lagerauge 1 der Pleuelstange 2 eine exzentrische Lagerbüchse 3 eingesetzt. Durch Verdrehen dieser Lagerbuchse 3 kann das Stichmaß der Pleuelstange 2 und damit das Maß des Kolben-Spaltes verändert werden. Gemäß Fig.2 kann die exzentrische Lagerbüchse Ja auch im großen Lagerauge 1a angeordnet werden.

Nach den Fig.3 und 4 besteht die Lagerbüchse aus zwei Hälften 3b, 3b¹» wobei die Stoßflächen der Büchsenhalften mit den Stoßflächen des Lageraugen 1b fluchten. Die beiden Hälften 3b, 3b¹ können jeweils um 180° verdreht eingebaut werden, um zwei verschiedene Stichmaße zu erhalten, wie dies in den Fig.3 und 4 dargestellt ist. Es kann also wahlweise die Lagerschale 3b mit der größeren Wandstärke stangenseitig (Fig.4) oder im deckelseitigen Teil der Grundbohrung (Fig.3) zu liegen kommen.

Um das Maß des Kolbenspaltes zu messen, wird gemäß Fig.5 folgendermaßen vorgegangen: Es wird zuerst der Kolben 4 mit montierter Pleuelstange 2, aber ohne Pleuellager und ohne Pleuellagerdeckel im Zylinder 5 bis zum Anschlage an den Zylinderkopfboden 6 eingeschoben. Danach wird die Kurbelwelle am Zylinderblock befestigt und dann der Kurbelwellenhubzapfen 7 eines Zylinders 5 in die obere Totpunktstellung gebracht. Nun wird der in der durch den HubZapfenmittelpunkt gehenden Pleuelstangenachse liegende Spalt zwischen Hubzapfen und Pleuelstangengrundbohrung durch Anheben der Pleuelstange bis zum Anschlag-am Hubzapfen mittels einer Meßuhr 8 gemessen und darauf die Differenz der Maße des gemessenen Spaltes und des gewünschten Kolbenspaltes gebildet. Aus dieser Differenz ergibt sich das Maß des jeweils gewünschten Kolbenspaltes. An Stelle des Kolbendeckels wird beispielsweise ein magnetischer Bügel 9 verwendet. Es kann aber

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auch ein Deckel vorgesehen werden, der mit Hilfe von Spannverschlüssen an der Pleuelstange 2 bzw. am stangenseitigen Lagerauge 1b befestigt wird- An Stelle einer Meßuhr kann auch eine kapazitive oder induktive Messung durchgeführt werden. Schließlich wäre auch eine Messung mit Ultraschall möglich.

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Claims

Patentansprüche :

MJ Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem Hubkolbentriebwerk, bestehend aus Kolben, Kolbenbolzen, Pleuelstange und Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Pleuelaugen (1, 1a; 1b) eine zur Grundbohrung exzentrische Lagerbuchse (3, 3a; 3b, 3b¹) oder einen zwischen Grundbohrung und Lagerbüchse angeordneten exzentrischen Ring aufweist und daß die exzentrische Lagerbüchse (3, 3a; 3b, 3b¹) bzw. der Ring in verschiedener Drehstellung f ixie rb ar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Lagerbüchse (3, 3a) bzw. der Ring in beliebiger Drehstellung in die Grundbohrung einsetzbar ist.
3· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Lagerbüchse bzw. der Ring entlang des Umfanges, vorzugsweise an einer jjhrer bzw. seiner Stirnseiten, zur Exzentrizität in festgelegtem Zusammenhang stehende Markierungen aufweist, die mit einer an der Pleuelstangengrundbohrung angeordneten Referenzmarke zur Deckung bringbar sind.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß bei im großen Pleuelauge angeordneter Exzentrizität ein zweigeteilter, exzentrischer Ring angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine, insbesondere mit einstückig zusammengegossener Zylinderblock-Zylinderkopfeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei im großen Pleuelauge (1b) angeordneter Exzentrizität die aus zwei Hälften bestehende Lagerbüchse (3b, 3b¹) exzentrisch ausgebildet ist, wobei die Stoßflächen der Büchsenhalften (3b, 3b¹) mit den Stoßflächen dos Pleuelauges (1b) fluchten und die Büchsenhälften wahlweise um 180°

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in Umfangsrichtung verdreht einsetzbar sind.
6. Verfahren zur Montage des Hubkolbentriebwerkes einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei im großen Pleuelauge vorgesehener Exzentrizität die exzentrische Lagerbuchse bzw. der exzentrische Ring so in die Pleuelstangengrundbohrung eingesetzt wird, daß der Mittelpunkt der Innenbohrung der Büchse bzw. des Ringes in der deckelseitigen Hälfte der PleuelStangengrundbohrung liegt, daß nach Befestigung der Kurbelwelle am Zylinderblock und Verschraubung der Pleuelstangen mit den zugehörigen Pleueldeckeln nacheinander jeweils der Kurbelwellenhubzapfen eines Zylinders in die obere Totpunktstellung gebracht wird, daß die exzentrische Büchse bzw. der exzentrische Ring dieses Hubzapfens so weit verdreht wird, bis der Kolben den Zylinderkopfboden berührt, und daß die exzentrische Büchse bzw. der exzentrische Ring um einen einem definieirten Kolbenspalt entsprechenden Betrag zurückgedreht¹ und in dieser Lage fixiert wird.

7- Verfahren zur Messung des Kolbenspaltes bei einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) mit montierter Pleuelstange (2) ohne Pleuellager und Pleuellagerdeckel

(9) in die Zylinder bis zum Anschlag am Zylinderkopfboden eingeschoben werden, daß die Kurbelwelle am Zylinderblock befestigt wird, daß nacheinander jeweils der Kurbelwellenhubzapfen (7) eines Zylinders (5) in die obere Totpunktstellung gebracht wird und der in der durch den Hubzapfenmittelpunkt gehenden Pleuelstangenachse liegende Spalt zwischen Hubaapfen und Pleuelstangengrundbohrung, vorzugsweise durch Anheben der Pleuelstange (2) bis zum Anschlag am Hubzapfen (7)» gemessen wird, und daß nach

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Bildung der Differenz der Haße des gemessenen Spaltes und des gewünschten Kolbenspaltes die dafür erforderliche Exzentrizität in der Pleuelstangengrundbohrung festgestellt wird.

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