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Vorrichtung zur Veränderung des Kolbenhubes bei Brennkraftmaschinen
Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Verändern des Kolbenhubes der Maschine während
des Betriebes möglich ist, sind bekannt. Bei diesen wird der Verbrennungsdruck mindestens
durch drei Kraftübertragungsorgane (zwei Kurbelstangen und einen ein- oder zweiarmigen
Hebel) auf die Kurbel übertragen. Sie konnten sich aber wegen ihres schlechten Wirkungsgrades
und wegen der verhältnismäßig hohen Herstellungskosten nicht einführen. Diese Mängel
sind in der nachstehend beschriebenen Erfindung beseitigt. Der Fortschritt nachstehender
Erfindung ist besonders darin zu erblicken, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung
zur übertragung der Kraft vom Kolben der Maschine auf die Kurbelwelle nur zwei Kraftübertragungsorgane
(Pleuelstange und einarmiger Hebel) nötig sind.
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Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Brennkraftmaschine
mit verstellbarem Kolbenhub, bei welcher die Leistung, die Drehzahl und das Drehmoment
innerhalb zweier durch die Abmessungen der Maschine gegebenen Grenzen beliebig während
des Betriebes verändert werden können. Ebenso kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
das Ladungsgemisch im Zylinder auf eine gleichbleibende, größere oder kleinere Verdichtungsspannung
verdichtet werden.
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Bei gleichbleibendem Zylinderdurchmesser bewirkt ein Vergrößern des
Kolbenhubes ein größeres Hubvolumen, wodurch eine Mehrleistung der Maschine bedingt
ist. Gleichzeitig vergrößert sich auch das Hubverhältnis, wodurch sich wiederum
das Drehmoment vergrößert, während sich die Tourenzahl verringert.
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Bei Brennkraftmaschinen, deren Verwendung ein Verändern des Übersetzungsverhältnisses
(Wechselgetriebe) bedingt, wird diese Veränderung durch die Hubverstellung bewirkt.
Bei Fahrzeugmotoren z. B. kann bei entsprechender Ausbildung ein Wechselgetriebe
in Wegfall kommen.
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Beiliegende Abbildung zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i der Abbildung zeigt die Anordnung für einen Viertaktfahrzeugmotor.
, Die Kraft wird sich vom Kolben, Kolbenbolzen, Pleuelstange auf den einarmigen
verstellbaren Hebel a, b übertragen. Dieser Hebel a, b ist drehbar auf der
Kurbelwelle gelagert und schwingt in einer Ebene, welche senkrecht zur Achse der
Kurbel d liegt. Am Hebelarm b des einarmigen Hebels ist die Pleuelstange e befestigt;
diese überträgt die Kraft auf die Kurbel d. Der verstellbare Hebelarm a des einarmigen
Hebels ist zwischen vier Rollen (Abb. i) oder auf einer Gleitführung c (Abb. 2)
verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung der Führung c des Hebelarmes a kann zweckmäßig
durch Schraubenspindeln, welche von Welle und Kegelrädern angetrieben sind, erfolgen.
Die Schraubenspindeln führen Führungsstücke f, welche schwalbenschwanzförmig in
die Querrippen g des Motorgehäuses eingelassen sind.
Die Gleitführung
c des Hebelarmes a ist drehbar in den beiden Führungsstücken f aufgehängt. Das Verstellen
des Hebelarmes a bewirkt ein Verändern des Hebelverhältnisses a : b und somit
ein Verstellen des Kolbenhubes S. Soll die Verdichtung der Gase im Verdichtungsraum
des Zylinders immer dieselbe Spannung beibehalten, so darf der Kolben bei größerem
Hub nicht mehr in seine ursprüngliche Totpunktlage zurückkehren, sondern diese muß
bei gleicher Verdichtungsspannung, größerem Hubvolumen und größerem Verdichtungsvolumen
eine der Differenz der Verdichtungsvolumina entsprechende Strecke v nach abwärts
verlegt werden. Da bei Verkürzung des Hebelarmes a und dementsprechend größerem
Hub S2 der obere Totpunkt des Kolbens um die Strecke v nach abwärts verschoben wird,
so muß die Gleitführung c des Hebelarmes a zweckmäßig z. B. auf einer schiefen Ebene
1a geführt werden.
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Abb.3 zeigt die durch Veränderung des Hebelarmes a entstandenen verschieden
großen Kolbenhübe S" S2. Der Abstand v der oberen Kolbentotpunkte sei, wie vorher
beschrieben, durch die Differenz der beiden Verdichtungsvolumina bedingt.
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Bei dem kleineren Hub Si steht die Radiale r der Kurbelwelle d senkrecht
auf dem einarmigen Hebel a, b. Die Pleuelstange steht senkrecht auf dem Hebelarm
b, und der Kolben befindet sich in der oberen Totpunktlage. Bei kleinerem Hub Si
und "unterem Totpunkt Tul der Kurbel d steht die Radiale y senkrecht auf
dem einarmigen Hebel a, b. Dieser ist gegenüber seiner früheren Lage um den Winkel
a gedreht. Der untere Totpunkt TTtl der Kurbel d ist von der senkrechten Kurbelmitte
also um den Winkel a und um das Stück y = r - sin a, wenn r den Radius
der Kurbel bezeichnet, verschoben worden. Der obere Totpunkt To, der Kurbel d ist
gleichgeblieben. Hieraus ist zu ersehen, daß, wenn die Kurbel rechtsdrehend, der
Arbeitskurbelweg bei Hingang um das Stück y - r - sin a länger ist als .der Kurbelweg
bei Rücklauf. Er beträgt:
Bei größerem Kolbenhub SZ und gleichbleibender Verdichtungsspannung wird der drehbare
Schwingpunkt P auf der schiefen Ebene h nach P1 verschoben, wodurch der Hebelarm
a sich verkürzt. Der Totpunkt To,
der Kurbel d ist also von Toi nach
Tot um den Betrag x = r - sin ß gewandert, wenn ß den Neigungswinkel
des Hebels a, b zur Horizontalen bezeichnet. Der.Kolben befindet sich jetzt in der
oberen Totpunktlage. In der unteren Tatpunktlage des Kolbens ist der Totpunkt der
Kurbel Tu, nach Tue um den Betrag z - y - sin y gerückt, wenn
y den Winkel zwischen den beiden Hebelstellungen der Totpunkte bei größerem
Hub bezeichnet. Da der Winkel y größer ist als der Winkel a, so ist auch z größer
als y. Bei größerem Hub werden daher, wie bedingt, auch die Voröffnungen der Ventile
größer. Durch die erfindungsgemäße Anordnung beschreibt das untere Ende der Pleuelstange
eine ellipsenförmige Bahn für sämtliche Hubverstellungen, wodurch nur sehr geringe
seitliche Drücke auf die Zylinderwandungen entfallen und die Abnutzung sehr gering
ist.