DE3521626C2

DE3521626C2 - Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer Verbrennungsräume

Info

Publication number: DE3521626C2
Application number: DE19853521626
Authority: DE
Inventors: Reinhard R Gospodar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-15
Filing date: 1985-06-15
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2005-06-16
Also published as: DE3521626A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der selbständigen Patentansprüche.

Einrichtungen zur Verstellung der Größe der Verbrennungsräume, wie sie in gattungsgemäßer Ausbildung aus den Fig. 1 und 2 der FR- Zusatzpatentschrift 37.278 bekannt sind, bieten Vorteile hinsichtlich Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Maschine. Diese bekannte Konstruktion erfordert je Übertragungshebel ein individuelles Pleuel und verlangt einen großen Abstand zwischen den Zylindern, da die Übertragungshebel sich in Draufsicht im wesentlichen zwischen den Zylinderumrissen erstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brenn kraftmasche zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung der vorteilhaften Möglichkeit der Kraftstoffverbrauchssenkung kleiner baut und mit einem geringeren Aufwand an bewegten Teilen auskommt.

Die erfindungsgemäßen Lösungen dieser Aufgabe bestehen in den kenn zeichnenden Merkmalen der selbständigen Patentansprüche, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung können die Zylinder also dicht nebeneinander ange ordnet sein, da sich zwischen ihnen keine Bestandteile der Einrich tungen befinden. Beiden Verbrennungsräumen sind ein Pleuel und eine Kurbelwellenkröpfung gemeinsam. Weiterhin bietet die Erfindung unter Ausnutzung der Tatsache, daß bei jeder Abwärtsbewegung der Kolben in einem Verbrennungsraum eine Zündung stattgefunden hat, den Vorteil, daß sich Spiel in den Lagern der Übertragungshebel und des Pleuels nicht bemerkbar macht.

Üblicherweise erfolgt die Lasteinstellung bei Otto-Brennkraftmaschine mittels einer Drosselklappe im Ansaugsystem. Da die im niedrigen Teil lastgebiet fast geschlossene Drosselklappe einen hohen Widerstand beim Gaswechsel erzeugt, ist die mit der Einrichtung zur Veränderung der Brennraumgröße (durch Verdichtungserhöhung bei Teillast) erziel bare Verbrauchsabsenkung recht begrenzt.

Eine wesentlich größere Verbrauchsabsenkung im Teillastgebiet (bis zu 30%) verspricht die seit längerem bekannte - drosselfreie - Rück schubregelung (s. z. B. Hauser, "Teillastverfahren für Verbrennungsmoto ren" in "Kraftfahrtechnik" 1955, Nr. 4, S. 98-104), die mit sehr spä tem Einlaßschluß von Einlaßventilen und demgemäß Rückschieben eines größeren Teils des Kraftstoff-Luft-Gemischs in das Saugrohr arbeitet. Gegenüber dem ebenfalls verbrauchsgünstigen Schichtladungsprinzip kann dieses Verfahren mit Gemischen mit λ=1 arbeiten und ermöglicht daher den Einsatz von Dreiwege-Katalysatoren und λ-Sonden. Nachteilig hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs ist bei diesem Verfahren jedoch die Verringerung des Kompressionsweges des Kolbens und damit die Er niedrigung des Kompressions-Enddrucks.

Legt man nun gemäß Anspruch 10 bei einer Maschine mit Rückschubregelung die Einrichtungen zur Größenverstellung der Verbrennungsraume so aus, daß im Teillastgebiet, das bei Kraftfahrzeug-Maschinen infolge der hohen Verkehrsdichte zunehmend genutzt wird, die beschriebene Verrin gerung des Kompressionsweges kompensiert wird, so erhält man eine Otto-Maschine mit im niedrigen Teillastgebiet dieselmaschinenähnlichem Kraftstoffverbrauch und idealer Abgasentgiftung durch einen Dreiwege- Katalysator. Bei einer Dieselmaschine ist dagegen die Abgasentgiftung problematisch.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Gaskraft in den Verbrennungsräumen wirkt vom Kolben 1 ausgehend über den Kolbenbolzen A auf die jeweilige Kolbenstange 2 und über das Lager B auf den jeweiligen Übertragungshebel 3. Die Hebel 3 sind über Lager C mit dem Kurbelgehäuse verbunden. An die Querverbindung zwischen den Hebeln 3 ist außerdem mit Lager D der normale Kurbel trieb mit der Pleuelstange 4 an das Pleuellager E der Kurbelwelle 5 angekoppelt.

Die Verstellung der Verbrennungsraumgröße - wobei eine Veränderung des Verbrennungsraumes um etwa 9% des Zylinderhubraumes angestrebt wird - geschieht folgendermaßen:

In Fig. 1 durch direktes Verschieben der Anlenkpunkte C am Kurbelge häuse parallel zur Zylinderachse. Diese Verschiebung kann geradlinig oder auf gekrümmten Bahnen (z. B. Exzenterwelle) erfolgen, weil Kol benstange wie Pleuel ein seitliches Ausweichen zulassen.

In Fig. 2 durch Verschiebung des Anlenkpunktes D der Pleuelstange 4 an den Übertragungshebeln 3 durch Parallelverschiebung der Querver bindung 6 in Langlöchern 7. Dazu ist neben Hebel 3 ein Hilfshebel 3a ohne Langloch angeordnet. Die Verstellung erfolgt, indem der Dreh punkt Ca des Hilfshebels 3a zumindest annähernd senkrecht zu den Zy linderachsen verschoben wird. Da Hebel 3 im Lager Da drehbar ist, kann zur Verstellung eine Exzenterwelle Verwendung finden, die bis 180° verdreht wird.

An den angegebenen Verstellpunkten können mechanische oder hydrauli sche Verstellglieder die beabsichtigte Kompressionsraumverstellung herbeiführen, wobei Verstellmotoren oder Verstellzylinder ortsfest angeordnet werden. Jedoch sind auch oszillierende Verstellzylinder im Hebel 3 denkbar, die ihre Ölversorgung über Lager C erhalten.

In Fig. 1 muß der Pleuelhub vom Kolbenstangenhub wesentlich abweichen, um eine Verstellung mit brauchbarem Betätigungsweg zu ermöglichen, während in Fig. 2 auch eine Verstellung möglich ist, wenn in einem Verstellpunkt des Verstellbereichs Pleuelhub und Kolbenstangenhub gleich sind.

Durch Anordnung von Schlitzen für die Übertragungshebel 3 im unteren Teil der Zylinder kann die Bauhöhe der Maschine verkleinert werden.

Die desachsierte Kurbelwelle kann mit Gegengewichten versehen und mit nur einer entgegengesetzt laufenden Zusatzwelle annähernd ein Lanchesterausgleich 1. Ordnung erreicht werden.

Zwei solcher Zylinderpaare mit insgesamt zwei Kurbelwellenkröpfungen (180° versetzt) ergeben einen Vierzylindermotor, drei solcher Zylin derpaare mit drei Kurbelwellenkröpfungen (120° versetzt) ergeben einen Sechszylindermotor.

Der erfindungsgemäße Motor mit Rückschubverdichtungsregelung hat zwei Einlaßventile und ein Auslaßventil (ein zweites Auslaßventil ist möglich). Die Steuerung des Rückschubs kann auf zwei Arten erfolgen:
Ein erstes Einlaßventil und das Auslaßventil haben normale Steuerzeit und werden von der gleichen Nockenwelle gesteuert. Das zweite Einlaß ventil - welches die gleiche Ventilerhebungskurve wie das erste haben kann - hat bei Vollast ebenfalls gleiche oder nahezu gleiche Steuerzei ten wie das erste Einlaßventil, wird aber von einer zusätzlichen Nockenwelle betätigt. Diese Nockenwelle wird mit Zahnriemen oder Kette angetrieben. Im ziehenden Trum dieses Nockenantriebs befindet sich eine gesteuerte Spannrolle und im Leertrum gleichzeitig eine federbelastete Spannrolle.

Bei Vollast bewirkt die gesteuerte Spannrolle eine erhebliche Auslen kung des ziehenden Trums, die die federbelastete Spannrolle im Leertrum ausgleicht.

Bei niedriger Teillast ist diese Auslenkung im ziehenden Trum gering oder gänzlich aufgehoben, während die federbelastete Spannrolle eine erhebliche Auslenkung des Leertrums bewirkt. Hierbei werden also Ein laßöffnung und Einlaßschluß des zweiten Einlaßventils auf Spät ver schoben, wobei der verspätete Einlaßschluß den Rückschub bewirkt. Die verspätete Einlaßöffnung des zweiten Einlaßventils ist ohne Be deutung, da ja das erste Einlaßventil weiter normal öffnet.

Die beiden Spannrollen legen beim Verstellen unterschiedliche Wege zurück. Im Bedarfsfall kann jedoch über eine Kurvenscheibe oder ähn liches eine formschlüssige oder halbformschlüssige Kupplung beider Spannrollen erreicht werden.

Bei der anderen Steuerungsart werden die Nocken der beiden Einlaßven tile nicht gegeneinander verstellt, sondern der Nocken des zweiten Einlaßventils weist einen Versatzwinkel von etwa 60° NW-Winkel, be zogen auf den ersten Einlaßnocken, auf. Die Regelung des zweiten Einlaßventils erfolgt hierbei durch Verkleinerung des Ventilhubs mittels variabler Kipphebel-Übersetzung. Bei dieser Methode entspricht z. B. eine Kipphebel-Übersetzung von 30 zu 30 mm (voller Ventilhub) einer niedrigen Teillaststellung, während bei Vollast ein Verhältnis von 60 zu 0 mm eingestellt wird, welches ein geschlossenes zweites Einlaßventil bedeutet. Somit ist es erforderlich, die Kipphebelachse in einem Langloch um ca. 30 mm zu verschieben, wobei durch Führungsschie nen die korrekte Lage des Kipphebels zum Ventil gewährleistet wird. Der Übergang von niedriger Teillast zur Vollast erfolgt hierbei durch eine Verringerung des Ventilhubs, der eine kleinere Rückschub menge zur Folge hat.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter, Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben- Zylinder-Anordnungen,

- deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- die Lager (C) der Übertragungshebel (3) sind in einer zur Ebene der beiden Zylinderachsen parallelen Ebene gemeinsam verstellbar.

2. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter, Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben- Zylinder-Anordnungen,

- deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- die Anlenkungsstellen der Querverbindung (6) an den Übertragungs hebeln (3) sind längs den Übertragungshebeln (3) gemeinsam verstellbar.

3. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter, Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben- Zylinder-Anordnungen,

- deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- die Lager (C) der Übertragungshebel (3) sind in einer zur Ebene der beiden Zylinderachsen parallelen Ebene gemeinsam verstellbar;
- die Anlenkungsstellen der Querverbindung (6) an den Übertragungs hebeln (3) sind längs den Übertragungshebeln (3) gemeinsam verstellbar.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverbindung (6) in Langlöchern (7) der Übertragungshebel (3) verschiebbar ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Querverbindung (6) ein an einem Kurbelgehäuse der Maschine mit verschiebbarem Drehpunkt (Ca) angelenkter Hilfshebel (3a) angreift.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Gelenksteinführungen in den Langlöchern (7).

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest ein doppeltwirkendes hydraulisches Stellglied, dessen Ölversorgung über die Lager (C) der Übertragungshebel (3) erfolgt.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mehrere, auf jeweils eine Kurbelwellenkröpfung arbeitende Paare von Hubkolben-Zylinder-Anordnungen.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß an einem Lager (C) der Übertragungshebel (3) ein Sensor für die Lagerkraft vorgesehen ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftwertes eine Verstellung in Richtung Vergrößerung der Brennräume erfolgt.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Maschine mit Einrichtungen zur Rückschub regelung die Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe der Verbrennungsräume für die Kompensation von Verringerungen des Kompressionswegs der Kolben (1) infolge der Rückschubregelung im Teillastgebiet ausgelegt sind.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß je Brennraum zwei Einlaßventile vorhanden sind, von denen ein erstes mit festen Steuerzeiten und Ventilhüben betätigt wird, während das zweite Einlaßventil nur bei Teillast mit gegenüber den festen Steuer zeiten in Richtung später verschobenen Steuerzeiten betätigt wird.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Einlaßventil über einen Nocken einer ersten Nockenwelle mit den festen Steuerzeiten betätigt wird, während das zweite Einlaß ventil über einen Nocken einer zweiten Nockenwelle mit Steuerzeiten betätigt wird, die bei Vollast den Steuerzeiten des ersten Einlaßven tils entsprechen, dagegen bei Teillast in Richtung später verschoben sind.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nockenwelle mittels Zahnriemen oder Kette angetrieben ist, in deren Lasttrum eine gesteuerte Spannrolle angeordnet ist, die durch Änderung der Auslenkung des Lasttrums die Steuerzeiten einstellt.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Leertrum zur Aufrechterhaltung der Riemenspannung eine feder- oder öldruckbelastete Spannrolle angeordnet ist.

15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spannrollen über Kurvenscheiben oder Kurvennuten zwecks Auf rechterhaltung der Riemen- oder Kettenspannung verbunden sind.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Einlaßventil über einen Nocken auf der ersten Nockenwelle mit um ungefähr 60° Nockenwellenwinkel in Richtung später verschobene Einlaßschluß betätigt wird und sein Ventilhub mit zunehmender Last bis auf den Ventilhub Null bei Vollast verringert wird.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekenn zeichnet durch Rückschlagventile am Saugrohreintritt.