DE3404343A1

DE3404343A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine mit veraenderlichem verdichtungsverhaeltnis

Info

Publication number: DE3404343A1
Application number: DE19843404343
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4602596A; JPS60204947A; DE3404343C2

Description

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit FUl1ungsregelung und unveränderlichem Verdichtungsverhältnis wird im Teillastbetrieb aufgrund der verringerten Füllung der Verdichtungsenddruck und damit der thermodynamische Wirkungsgrad erheblich verringert, wodurch sich der spezifische Kraftstoffverbrauch im Teillastbetrieb erhöht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, durch Veränderung des Volumens der Arbeitskammer das Verdichtungsverhältnis derart zu verändern, daß über den ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine im wesentlichen der gleiche Verdichtungsenddruck erreicht wird.

Bei einer bekannten Hubkolben-Brennkraftmaschine (DE-PS 705 283) entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zur Verdrehung des zweiten, den Kolbenboden bildenden Kolbenteils gegenüber dem ersten, mit dem Pleuel verbundenen Kolbenteil eine das zweite Kolbenteil durchsetzende, in der Kolbenachse angeordnete Stange vorgesehen, die über Zahnräder mit einer Innenverzahnung am zweiten Kolbenteil in Eingriff steht. Durch Drehen dieser Stange wird das zweite Kolbenteil gegenüber dem ersten Kolbenteil verdreht und durch das zwischen diesen Teilen angeordnete Gewinde die Lage des zweiten Kolbenteils gegenüber dem Zylinderkopf verändert, wodurch das Volumen des Arbeitsraumes und damit auch das Verdichtungsverhältnis geändert wird. Diese bekannte Einrichtung ist jedoch äußerst aufwendig, da aufgrund der zentrischen Anordnung der Stange ein Doppelpleuel verwendet werden muß und die

Stange überdies die Kolbenbewegung mitmacht, sodaß ein komplizierter Mechanismus zum Drehen der Stange erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der angegebenen Art 2u schaffen, bei der eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses durch Verdrehen der beiden Kolbenteile relativ zueinander auf wesentlich einfachere Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umgibt die Hülse das Pleuel, sodaß ein normales einfaches Pleuel verwendet werden kann. Da die Hülse axial fixiert ist, bereitet ihre Drehung keinerlei Schwierigkeiten. Sie kann beispielsweise an ihrem vom Kolben abgewandten Ende mit einer Außenverzahnung versehen sein, in die ein auf einer Verstellwelle sitzendes Ritzel eingreift.

Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern kann die gleichzeitige Veränderung des Verdichtungsverhältnisses jedes Zylinders auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Außenverzahnungen der Hülsen in benachbarten Zylindern miteinander in Eingriff sind, sodaß durch Verdrehen einer Hülse alle anderen Hülsen in gleichem Maße verdreht werden.

5 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei der linke Zylinder in OT und teilweise geschnitten dargestellt ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Kolbens in größerem Maßstab, und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock 1 dargestellt, der Zylinderbohrungen 2 aufweist, in denen jeweils ein Kolben 3 längsverschiebl ich angeordnet ist. Im Kurbelgehäuse la ist eine Kurbelwelle 4 drehbar gelagert, auf deren Kurbelzapfen 5 die den einzelnen Kolben zugeordneten Pleuel 6 drehbar angeordnet sind.

Der Aufbau eines Kolbens 3 ist aus Fig. 2 und 3 ersichtlich. Er besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Kolbenaußenteil 7 mit Kolbenhemd 8 und Kolbenboden 9 und einem KoI ben innent ei 1 10, das mit dem Pleuel 6 durch einen Kolbenbolzen 11 verbunden ist. Das Kolbenaußenteil 7 weist außerdem eine parallel zum Kolbenhemd verlaufende Innenwand auf, die an ihrer Innenfläche ein flachgängiges Innengewinde 13 trägt. Das Kolbeninnenteil 10 ist mit einem entsprechenden Außengewinde 14 versehen, das mit dem Innengewinde 13 kämmt. Beim Verdrehen des Kolbenaußenteils 7 relativ zum Kolbeninnenteil 10 verschiebt sich das Kolbenaußenteil 7 in der Kolbenachse 15 relativ zu dem in Figur 1 schematisch angedeuteten Zylinderkopf 16, sodaß der vom Kolbenboden 9 begrenzte Arbeitsraum 17 in seinem Volumen verändert wird. Diese Verdrehung des Kolbenaußenteils 7 wird durch eine Hülse 18 bewirkt, welche die Innenwand 12 des Kolbenaußenteils 7 umgibt und an ihrer Innenfläche mit einer parallel zur Kolbenachse verlaufenden Längsverzahnunq 19 versehen ist, die in eine entsprechende Längsverzahnunq 20 auf der Außenseite der Innenwand 12 des Kolbenaußenteils 7 eingreift. Die Hülse 18 ist drehbar, jedoch axial fixiert zwischen Zylinderblock 1 und Kurbelgehäuse la gelagert und an ihrem in der Zeichnung unteren Ende mit einer Außenverzahnung 21

ersehen, in die eine Schnecke 22 eingreift, die auf einer Verstellwelle 23 angeordnet ist. Die Verstellwelle 23 kann von einem nicht gezeigten pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Stellglied in Abhängigkeit von Betriebsparametern gedreht werden. Durch Drehen der Welle 22 und der Schnecke 23 wird die Hülse 18 gedreht und sie nimmt über die Längsverzahnung 19, 20 das Kolbenaußenteil 7 mit. Diese Drehung relativ zum Kolbeninnentei 1 10 bewirkt infolge des Gewindes 13, 14 eine Längsverschiebung des Kolbenaußenteils 7 und dadurch eine Veränderung des Volumens des Arbeitsraumes 17 und eine entsprechende Veränderung des Verdichtungsverhältnisses.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind die Außenverzahnungen 21 benachbarter Hülsen 18 miteinander in Eingriff, sodaß durch Drehen der in Figur 1 linken Hülse 18 mittels der Verstellwelle 22 gleichzeitig alle übrigen Hülsen 18 verdreht werden und das Verdichtungsverhältniis aller Zylinder bei jeder Drehzahl gleichzeitig stufenlos verändert werden kann. Da sich benachbarte Hülsen 18 gegensinnig drehen, müssen naturgemäß die Gewinde 13, 14 benachbarter Kolben gegensinnig sein.

In der Innenwand 12 des Kolbenaußenteils 7 und in der Hülse 18 sind Durchbrüche 24 bzw. 26 angeordnet, um einerseits das Gewicht des Kolbens zu verringern und andererseits das Entstehen einer Druckdifferenz zwischen Innen und Außen zu verhindern und außerdem die Schmierung der Zylinderwand sicherzustellen.

Die Drehung der Verstellwelle 23 kann z.B. in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgen, aber auch in Abhängigkeit von Signalen eines K1opfsensors, um bei Auftreten einer klopfenden Verbrennung das Verdichtungsverhältnis herabzusetzen.

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Claims

268/84 AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis Patentansprüche

1.J Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis, bei der jedem Zylinder ein Kolben zugeordnet ist, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung steht und aus zwei in Richtung der Kolbenachse gegeneinander verstellbaren Teilen besteht, von denen das erste Teil· gelenkig mit dem Pleuel verbunden ist und ein Außengewinde trägt und das zweite Teil den Arbeitsraum begrenzt und mit einem Innengewinde versehen ist, das mit dem Außengewinde in Eingriff ist, und mit einer Einrichtung zum Verdrehen des

zweiten Teils, dadurch α c k e π η ζ e i c h -

net , daß die einrichtung eine koaxisl zur Kolbenachse (15) a ripf or c'nrt e, drehbare, jedoch axial fixierte

Hülse (18) aufweist, die das erste Kolbenteil (10) umgibt und mit der das zweite Kolbenteil (7) drehfest, aber axial verschiebbar verbunden ist.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) eine parallel zur Kolbenachse (15) verlaufende Innenverzahnung (19) aufweist und einen rohrförmigen Abschnitt (12) des zweiten Kolbenteils (7) umgibt, der mit einer mit der Innenverzahnung (19) in Eingriff stehenden Außenverzahnung (20) versehen ist.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) an ihrem" von dem Kolben abgewandten Ende eine Außenverzahnung (21) trägt, in die ein auf einer Verstellwelle (23) sitzendes Ritzel ( 22) ei η greif t«

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) und der rohrfermige Abschnitt (.12) des zweiten Kolbenteils (7) mit Durchbrüchen (24 bzw. 26) versehen ist.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnungen (21) der Hülsen (18) benachbarter Zylinder miteinander in E i ngr if f stehen .