DE4408646A1 - Aufgeladene Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Art einer Kurbelschleifenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Hubkolben-Brennkraft­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine der­ artige Maschine ist aus der DE-OS 42 16 565, F02B 25/04, in der Weise bekannt, daß der den Arbeitsraum der Maschine begrenzende Kolben mit seiner Rückseite zugleich den Kolben einer Kolben- Zylinder-Anordnung bildet, die also zwischen dem Brennraum und der Kurbelschleife angeordnet ist und einen Ladeluftkompressor darstellt, der über eine Leitung, ggf. unter Zwischenschaltung eines Ladeluftkühlers, mit dem Lufteinlaß der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Bekannt ist auch - DE-OS 35 00 644, F01B 23/08 - eine boxer­ motorähnliche Ausbildung einer Kurbelschleifenmaschine, bei der dem Arbeitszylinder der Maschine eine einen Kompressor bildende Kolben-Zylinder-Anordnung bezüglich der Kurbelschleife gegenüber liegt, wobei der Kolben des Kompressors über eine weitere Kol­ benstange mit der Kurbelschleife starr verbunden ist. Dieser Kompressor dient jedoch nicht zur Erzeugung von Ladeluft für die Maschine.

Nun ist es bei Brennkraftmaschinen bekannt, zwecks Erhöhung des Wirkungsgrads das Verdichtungsverhältnis lastabhängig zu verän­ dern. Dies geschieht nicht nur mittels eines größenveränderbaren Nebenraumes (DE-OS 33 09 714, F02D 15/04), sondern auch durch verändern des axialen Abstands zwischen Kolbenbolzen und Kolben­ stirnfläche (DE-PS 34 04 343, F02B 75/04) oder durch Verstellen des axialen Abstands zwischen Kurbelwelle und oberem Ende des Zylinders (DE-OS 31 14 572, F02B 75/04) unter Verwendung von Ge­ winden. Diese Lösungen erfordern aufwendige Kolbenkonstruktionen bzw. die Verstellung relativ großer Massen im Betrieb der Ma­ schine. Für Schiffsmaschinen ist auch bekannt (EP 0 197 852 A3, F02B 75/04), die Kolbenstange längsverschiebbar zu lagern, also starr mit dem Kolben zu verbinden, und an ihrem dem Kolben abge­ kehrten Ende ein Pleuel vorzusehen. Die Kolbenstange ist geteilt ausgeführt, und zwischen ihren beiden Teilen befindet sich eine Druckkammer, deren Druck zwecks Änderung der wirksamen Länge der Kolbenstange variabel ist. Hier wird also zur Gewinnung einer Einrichtung zu Veränderung des Verdichtungsverhältnisses das ganze Maschinenkonzept verändert und eine erhebliche Vergröße­ rung der Bauhöhe der Maschine in Kauf genommen.

Betrachtet man nun erneut den eine gattungsgemäße aufgeladene Hubkolben-Brennkraftmaschine betreffenden Stand der Technik, nämlich entsprechend der eingangs diskutierten DE-OS 42 16 565, so könnte man daran denken, in Anlehnung an die Konstruktion nach der ebenfalls genannten EP 0 197 852 A3 die - in der Konstruktion nach der Offenlegungsschrift den Zylinder des Ladeluftkompressors durchsetzende - Kolbenstange geteilt aus­ zuführen und mit einer hydraulischen Verstelleinrichtung zu versehen. Der Nachteil einer derartigen Konstruktion wäre jedoch darin zu sehen, daß jede Änderung der wirksamen Länge der Kolbenstange eine Änderung sowohl des Verdichtungsverhältnisses im Arbeitszylinder der Maschine als auch (in entgegengesetzter Richtung) im Zylinder des Ladeluftkompressors zur Folge hätte. Eine derartige Kopplung der Beeinflussungen der Arbeitsweisen der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen wäre jedoch äußerst unerwünscht.

Wenn nämlich eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Ladeluftverdichters vorgenommen wird, geschieht dies unter anderen Aspekten. Während beispielsweise aus Wirkungsgradgründen im Teillastbereich der Maschine in ihrem Arbeitszylinder eine Erhöhung des Kompressionsenddrucks und damit eine Vergrößerung des Kompressionsverhältnisses erwünscht ist, kann demgegenüber dann eine Verringerung des Kompressionsverhältnisses im Lade­ luftkompressor erwünscht sein.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße aufgeladene Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Möglichkeit der optimalen Einstellung des Kompressionsverhältnisses im Arbeitszylinder und/oder im Ladeluftkompressor ohne gegenseitige Beeinflussung der Arbeits­ weise der jeweils anderen Kolben-Zylinder-Anordnung ermöglicht, ohne daß ein erheblicher zusätzlicher Aufwand in Kauf genommen werden muß.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Von dem gattungbildenden Stand der Technik unterscheidet sich die Erfindung also zunächst durch Verlegung des Ladeluftkom­ pressors auf die dem Hubkolben bezüglich der Kurbelschleife gegenüberliegende Seite. Dadurch wirken sich über einen Stell­ trieb beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Be­ triebsweise der Maschine vorgenommene Änderungen der wirksamen Länge einer der Kolbenstangen nicht auf die Verhältnisse im Bereich der jeweils anderen Kolben-Zylinder-Anordnung aus, da die Lage der Kurbelschleife von derartigen Längenverstellungen unabhängig ist. Demgemäß sind auch derartige Einstellungen der Kompressionsverhältnisse in beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen völlig unabhängig voneinander entsprechend den jeweiligen Para­ metern vornehmbar. So besteht die Möglichkeit, durch lastab­ hängige Einstellung des Kompressionsverhältnisses in der Hubkolben-Zylinder-Anordnung im Zusammenwirken mit einer ge­ eigneten Zündzeitpunkt-Einstellung eine Wirkungsgradoptimierung unter Vermeidung von Klopferscheinungen zu erreichen, während gleichzeitig das Kompressionsverhältnis im Ladeluftkompressor den tatsächlichen Anforderungen der Maschine angepaßt werden kann, so daß auch der Wirkungsgrad des Ladeluftkompressors optimiert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kurbelschleifenmotor zeigt, während Fig. 2 den in Fig. 1 bei II-II angedeuteten Querschnitt wiedergibt.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man bei 1 den in dem Arbeitszylinder 2 der Maschine in Fig. 1 senkrecht bewegbaren Hubkolben, der über die allgemein mit 22 bezeichnete Kolben­ stange in axialer Richtung starr mit der Kurbelschleife 3 ver­ bunden ist, die - über ein geeignetes Lager - von dem Kurbel­ zapfen 4 der Ausgangs-Kurbelwelle der Maschine durchsetzt ist.

Auf der der Kolben-Zylinder-Anordnung 1, 2 abgekehrten Seite des Kurbelzapfens 3 ist dieser über die weitere Kolbenstange 5 starr mit dem Kolben 6 der ferner den Zylinder 7 enthaltenden Kolben- Zylinder-Anordnung des Ladeluftkompressors 8 verbunden, dessen Luftzuführung 9 über das Flatterventil 10 führt und dessen Luft­ austritt 11 über das Flatterventil 12 mit der Leitung 13 in Ver­ bindung steht, die über den Luftsammler 14 zum Lufteintritt 15 der Maschine führt. Ebenso wie der Abgasauslaß 16 ist der Luft­ einlaß 15 mit einem Hubventil bestückt, das in bekannter Weise mittels einer nicht dargestellten Nockenwelle betätigt wird.

In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenom­ men, daß nur im Bereich der Kolbenstange 22 eine Vorrichtung zur Veränderung des Kompressionsverhältnisses in der Kolben-Zylin­ der-Anordnung 1, 2 in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebs­ weise der Maschine vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist der Teil 17 der Kolbenstange 22 drehbar am Kolben 1 angelenkt und mit einem Außengewinde 18 versehen, das teleskopierend in das kur­ belschleifenfeste Innengewinde 19 eingreift. Der Kolbenstangen­ teil 17 ist in dargestellter Weise im Querschnitt vieleckig geformt, so daß er drehfest, aber axiale Gleitbewegungen zu­ lassend, das Zahnrad 20 durchsetzt, das in axialer Richtung, d. h. in Fig. 1 in senkrechter Richtung, fest, jedoch drehbar gelagert ist. Zur Einleitung von Drehbewegungen dient die eine Schneckenverzahnung aufweisende Zahnstange 21, die mit einem nicht dargestellten Stellmotor in Verbindung steht, der seiner­ seits beispielsweise über einen Mikrocomputer in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen der Maschine angesteuert wird. Drehbewegungen des Kolbenstangenteils 17 haben über die Gewinde 18 und 19 eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der wirksamen axialen Länge der Kolbenstange 22 und damit eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses zur Folge, ohne daß dadurch die Verhältnisse im Bereich des Ladeluftkompressors 8 beeinflußt werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit minimalem Aufwand eine gat­ tungsgemäße aufgeladene Hubkolben-Brennkraftmaschine geschaffen, die hinsichtlich der jeweiligen Betriebsverhältnisse optimal eingestellt werden kann.

Claims (3)

1. Aufgeladene Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Art einer Kurbelschleifenmaschine, in der eine Linearbewegungen aus­ führende Kolbenstange starr mit einer längsverschiebbar gelagerten, von einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Maschine durchsetzten Kurbelschleife verbunden ist und Expan­ sionsbewegungen des Hubkolbens zur Ladedruckerzeugung aus­ genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kurbel­ schleife (3) ein Kolben (6) einer auf der dem Hubkolben (1) abgekehrten Seite der Kurbelschleife (3) angeordneten, als Ladeluftkompressor (8) mit dem Lufteinlaß (15) der Maschine verbundenen Kolben-Zylinder-Anordnung über eine weitere Kol­ benstange (5) verbunden ist, und daß in zumindest einer der Kolbenstangen (22, 5) eine über eine Gleitführung (17, 20) umfangskrafteinleitend mit einem Stelltrieb gekoppelte Vor­ richtung (17, 18, 19, 20) zur Änderung der wirksamen Länge dieser Kolbenstange (22) und damit des Verdichtungsverhält­ nisses der zugeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung (1, 2) liegt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen unrunden Querschnitt aufweisender Teil (17) der betreffenden Kolbenstange (22) ein Zahnrad (20) längsver­ schiebbar, aber drehfest durchsetzt, das mit einer Zahnwelle (18) kämmt, daß der Teil (17) der Kolbenstange (22) drehbar ist und in Gewindeverbindung (18, 19) mit der Kurbelschleife (3) und/oder dem betreffenden Kolben (1) steht.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Zylinder (7) des Ladeluftkompressors (8) rückschlagventilbestückte (10, 12) Ein- und Auslässe (9, 11) zugeordnet sind.