DE3927521C2 - Tauchkolben mit variabler Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben mit varia­ bler Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Kolben sind beispielsweise aus der DE 27 19 ­ 043 C2 bekannt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, die Einwegeventile, durch die Drucköl in die Steuerkammer geführt wird bzw. durch die das Drucköl von der Steuerkammer in die Dämpfungskammer geleitet wird, funktionsmäßig zu verbessern. Darüber hinaus sollen diese Ventile eine möglichst kleine zu bewe­ gende Masse besitzen und in Kolbenachsenrichtung ei­ nen möglichst kleinen Einbauraum benötigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Ventile mit einem Aufbau nach den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Die Funktion und der Aufbau der erfindungsgemäßen Ventile sowie die mit diesen Ventilen erzielbaren Vorteile werden im Zusammenhang mit dem nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispiel noch näher er­ läutert werden.

Von diesem Ausführungsbeispiel zeigen in der Zeich­ nung

Fig. 1 einen Schnitt durch einen VKH-Kolben nach der Linie I-I in Fig. 2

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 ein Teilschnitt durch den Kolben nach Linie III- III.

Die relativ in Achsrichtung gegeneinander bewegbaren Teile des Kolbens sind ein Kolbenoberteil 1 sowie ein Kolbenunterteil 2. Das Kolbenoberteil 1 besteht wie­ derum aus dem Kolbenboden 3 mit den Ringnuten 4, an dem von der offenen Seite aus ein Verschlußring 5 an­ gebracht ist.

Das Kolbenunterteil 2 besteht im wesentlichen aus ei­ nem Grundkörper 6 mit dem Schaft und den Naben sowie einer an dem dem Kolbenboden 3 zugewandten Ende des Grundkörpers angebrachten Deckplatte 7, die radial über den Grundkörper 6 hinausragt.

Das Kolbenoberteil 1 ist auf dem Außenumfang der Deckplatte 7 längs verschiebbar geführt, wobei der Verschlußring 5 bei maximaler Kompressionshöhe an die Deckplatte 7 von unten anschlägt. Die Steuerkammer 8 des Kolbens befindet sich zwischen der Deckplatte 7 und dem Kolbenboden 3, während die Dämpfungskammer 9 durch den zwischen Deckplatte 7 und Verschlußring 5 liegenden Ringraum gebildet wird.

Das Druckbegrenzungsventil 10 für die Steuerkammer 8 befindet sich am unteren Ende des Grundkörpers 6 und ist mit der Steuerkammer 8 über eine Leitung 11 ver­ bunden.

Das Drucköl-Zuführventil für die Steuerkammer 8 ist eine zungenförmige Lamelle 12, die als Einwegeventil lediglich einen Ölzufluß in die Steuerkammer 8 er­ laubt, während sie einen Rückfluß sperrt.

Die Lamelle 12 ist Bestandteil einer zwischen dem Grundkörper 6 und der Deckplatte 7 eingespannten Mem­ branplatte 13 aus flexiblem einheitlichem Material.

Die Funktion des als zungenförmige Lamelle 12 ausge­ bildeten Ölzufuhr-Einwegeventils ist wie folgt. Die Lamelle 12 liegt bei einem nicht mit Öl beaufschlag­ ten Kolben flach auf einer entsprechend gestalteten Gegenfläche des Grundkörpers 6 an. In dieser Gegen­ fläche des Grundkörpers 6 befindet sich eine von der Lamelle 12 abgedeckte Öffnung einer Ölzufuhrleitung 15. Auf der der Öffnung der Ölzufuhrleitung 15 abge­ wandten Seite der Lamelle 12 befindet sich in der Ab­ deckplatte 7 ein Hohlraum 16, der ein Abheben der La­ melle 12 erlaubt. Dieser Hohlraum 16 ist wiederum über Bohrungen 17 mit der Steuerkammer 8 verbunden. Steht an der Anströmseite der Lamelle 12 ein höherer Druck als auf der Abströmseite an, so öffnet die La­ melle 12 und läßt Öl in die Steuerkammer 8 eintreten. Sobald der Druck abströmseitig in der Steuerkammer 8 größer geworden ist als derjenige Druck anströmseitig der Lamelle 12, wirkt die Lamelle rückflußsperrend.

Das Schließen der Lamelle wird durch die beim Öffnen gespeicherte Federkraft unterstützt, bzw. beschleu­ nigt.

Gemeinsam mit der als Einwege-Zufuhrventil wirkenden Lamelle 12 ist an die Membranplatte 13 das die Steu­ erkammer 8 mit der Dämpfungskammer 9 verbindende Ein­ wegeventil als weitere zungenförmige Lamelle 18 ange­ formt. Diese Lamelle 18 deckt die Öffnung eines die Abdeckplatte 7 durchdringenden in die Steuerkammer 8 mündenden Kanals 19 ab. Zum Abheben der Lamelle 18 von der Öffnung des Kanals 19 ist in dem Grundkörper 6 ein flacher mit der Dämpfungskammer in Verbindung stehender Hohlraum 20 ausgebildet.

Da das die beiden Kammern 8 und 9 verbindende Ventil nicht nur als Einwegeventil fungieren soll, sondern gleichzeitig noch als Drosselventil für einen Ölrück­ fluß aus der Dämpfungskammer 9 in die Steuerkammer 8 hinein, besitzt die Lamelle 18 im Bereich der Öffnung des Kanals 19 eine Drosselbohrung 21 mit einem Durch­ messer von etwa 0,3-0,5 mm bei einem Kolbendurch­ messer von ungefähr 100 mm. Diese Drosselbohrung 21 bewirkt, daß der Kolbenboden bei jedem Aufwärtshub geringfügig in Richtung Kompressionshöhenvergrößerung gegenüber dem Grundkörper 6 verschoben werden kann. Hierdurch wird bei Brennraumdrücken, die noch kein Öffnen des Druckbegrenzungsventiles 10 bewirken, die angestrebte Kompressionshöhenvergrößerung des Kolbens erreicht.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere in ei­ ner äußerst kompakten Ausbildung der durch die Lamel­ len 12 und 18 gebildeten Ventile. Durch diese kompak­ te Bauweise sind die zu bewegenden Ventilmassen äu­ ßerst gering, wodurch einerseits ein schnelles An­ sprechen der Ventile gegeben ist und andererseits das Verschleißverhalten der Ventile erheblich verbessert wird. Die Membranplatte 13 kann aus Stahl, Metall, Kunststoff oder einem anderen elastischen Material sein. Es können auch mehrere Membranplatten 13 glei­ cher oder unterschiedlicher Dicke geschichtet sein, um eine entsprechende Federkennlinie der Lamellen 12, 18 zu erhalten. Durch eine scheiben- oder ringförmige Ausbildung der Membranplatte kann diese praktisch wie eine Dichtung durch die Deckplatte 7 auf dem Grund­ körper 6 verspannt werden.

Die Membranplatte 13 kann auch ein- oder beidseitig mit elastischem Material beschichtet sein, um zusätz­ lich eine Abdichtung an den Durchbrüchen zwischen Ober- und Unterteil zu erreichen. Die Anordnung der Drosselbohrung 21 in der Lamelle 18 erspart eine se­ parate Düse und verhindert einerseits durch die sehr kurze Bohrung und andererseits durch die dauernde Be­ wegung der Lamelle 18 ein Verstopfen der Öffnung 21.

Um die Spannungen an den Lamellen(12, 18)-Einspann­ stellen zu verringern, wird die Lamellenform zweckmä­ ßigerweise so gewählt, daß sie ungefähr einem Träger gleicher Biegung entspricht. Dies kann auch durch entsprechend geformte Bohrungen oder Schlitze in der Lamelle 12, 18 erreicht werden.

Die Anlageflächen 14 in den Hohlräumen 16, 20 für die Lamellen 12, 18 zur Begrenzung des Öffnungshubes kön­ nen so ausgeführt sein, daß ihre jeweilige Formgebung der Biegelinie der Lamellen 12, 18 entspricht oder ihr zumindest angenähert ist.

Claims (8)

1. Tauchkolben mit variabler Kompressionshöhe für Verbren­ nungsmotoren, bei dem ein Kolbenboden (3) mit zumindest einem Teil der Kolbenringpartie axial relativ ver­ schiebbar auf einem den Kolbenbolzen aufnehmenden Kol­ benunterteil (2) angeordnet ist und bei dem zwei mit Drucköl füllbare über ein mit einem Drossel-Bypass (21) versehenes Einwegeventil (18) miteinander verbundene Kammern (Steuerkammer 8, Dämpfungskammer 9) vorgesehen sind, deren jeweiliges Volumen sich bei Relativver­ schiebung des Kolbenbodens (3) in reziprokem Verhältnis ändert, wobei die Steuerkammer noch ein Einwegeventil (12) zur Zufuhr von Drucköl sowie ein Druckbegrenzungs­ ventil (10) zur Abfuhr von Drucköl aus dem Kolben her­ aus besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölzufuhr-Einwegeventil der Steuerkammer (8) und/oder das die beiden Kammern (8, 9) verbindende Ein­ wegeventil eine flexible zungenförmige Lamelle (12) bzw. flexible zungenförmige Lamellen (12, 18) sind, die jeweils eine zugeordnete Durchflußöffnung einer Zu- bzw. Ableitung (15, 19) abdeckt bzw. abdecken.

2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung in der Lamelle (18) eine feine im Bereich der Öffnung der Leitung (19) liegende Bohrung (21) ist.

3. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (12, 18) einstückiger Bestandteil ei­ ner aus durchgehend gleichem Material bestehenden ring- oder scheibenförmigen Membranplatte (13) sind.

4. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (13) mit Hilfe einer steifen Deckplatte (7) an einem Grundkörper (6) des Kolbenun­ terteiles (2) befestigt ist, wobei Hohlräume (16, 20) zum Abheben der Lamellen (12, 18) von den durch diese jeweils abgedeckten Öffnungen zum Aufnehmen und Weiter­ leiten von Drucköl vorgesehen sind.

5. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (16, 20) eine Form aufweisen, die der Biegelinie der Lamelle (12, 18) ganz oder annähernd entspricht und mit ihren jeweiligen Abständen die Öff­ nungshübe begrenzen.

6. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (13) aus einem Eisenwerkstoff be­ steht und eine Dicke zwischen etwa 0,1 und 0,2 mm auf­ weist.

7. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Membranplatten (13) gleicher oder unterschiedlicher Dicke mit gleicher oder unterschied­ licher Lamellenform übereinander geschichtet sind.

8. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (13) ein- oder beidseitig be­ schichtet ist.