DE60017940T2

DE60017940T2 - Einrichtung zur veränderung des verdichtungsverhältnisses für die betriebszustandsoptimierung einer hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE60017940T2
Application number: DE60017940T
Authority: DE
Inventors: Michel Marchisseau
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: MARCHISSEAU, MICHEL, LIMOGES, FR; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: KR100720327B1; AU2179601A; WO2001040641A9; EP1238189B1; JP4505170B2; DE60017940D1; EP1238189A1; ES2237479T3; WO2001040641A1; US6789515B1; JP2003515696A; KR20020081217A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die reaktiv ist und sehr wenig Energie verbraucht, um kontinuierlich den Kompressionsgrad, vor allem der Motoren mit alternierend bewegenden Kolben, zu optimieren. Diese Erfindung ist speziell wichtig, um die Energieausbeute der Motoren zu verbessern, die nicht ständig bei deren Maximallast verwendet werden oder die Treibstoffe mit mehreren unterschiedlichen Oktanzahlen verwenden. Diese Erfindung ist kompatibel mit einem sehr geringen Schadstoffniveau und vor allem für die Motoren mit alternierend bewegenden Kolben ausgelegt, deren Zylinder flach oder V-förmig oder in Reihe angeordnet sind. Im vorliegenden Dokument bezeichnet die „Kompressionsgrad" genannte Bezeichnung den Grad geometrischer Kompression eines Verbrennungsmotors mit alternierend bewegten Kolben.
Stand der Technik
Die kontinuierliche Optimierung des Kompressionsgrads ist wichtig, um den Treibstoffverbrauch und den Beitrag zum Treibhauseffekt für die Anwendungsgebiete zu vermindern, wo die Motoren nicht bei Volllast sind und für die Motoren, die Treibstoffe mit mehreren unterschiedlichen Oktanzahlen verwenden.
Die Verbrennung in den bei sehr schwachen Lasten verwendeten Motoren mit gesteuerter Zündung ist vollständiger, wenn der Kompressionsgrad beim Betrieb optimiert ist. Die Emissionen von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Partikeln sind daher geringer.
Die kontinuierliche Optimierung des Kompressionsgrads ist wichtig, um einen Motor im Betriebsmodus mit Zündung durch Kompression von einer Vormischung von Sauerstoffträger und Treibstoff zu halten. Ein solcher Betriebsmodus, insbesondere beschrieben in dem Patent WO 99 42718 A ermöglicht es, ein sehr geringes Niveau von Stickoxid-Emissionen zu erreichen.
Andererseits ist die Optimierung des Kompressionsgrads kompatibel mit gewöhnlichen Systemen zur Verminderung der Emissionen der Stickoxide wie den Auspuffgas-Rezyklierungssystemen (EGR) oder den Katalysatoren für Stickoxide.
Verschiedene Lösungen, um den Kompressionsgrad von Motoren mit wechselnd bewegten Kolben zu modifizieren, gehören zum Stand der Technik. Ein System wird hiernach dargelegt.
Eine bekannte Lösung, um den Kompressionsgrad variieren zu lassen, besteht darin, ein bewegliches Teil in dem Zylinderblock anzuordnen. Das Patent WO 99 13206 A beschreibt ein Beispiel. Die Verschiebung dieses Teils muss in Gegenwart der Gase bei der Verbrennung sichergestellt werden. Die Zwischenräume müssen auf ein Minimum reduziert werden, um die Trennrückstände bzw. unverbrannten Stoffe zu begrenzen. Das bewegliche Teil nimmt mit den Ventilen im Zylinderkopf Platz und nimmt an der Form der Brennkammer teil.
Das Patent US A 2 770 224 erwähnt einen Motor, dessen Block in zwei Teile unterteilt, es ermöglicht, den Abstand zwischen Kolben und dem entsprechenden Zylinderkopf variieren zu lassen. Das Patent WO 93 23664 A offenbart eine Lösung, um diesem Vorrichtungstyp zu dienen. Der Aufwand zur Trennung der beiden Teile des Motorblocks wird verwendet, um den Kompressionsgrad zu vermindern und um Energie einzufangen. Die eingefangene Energie wird anschließend verwendet, um den Kompressionsgrad zu erhöhen, wenn sich die Motorlast erhöht. Die Betriebshysterese ist durch die von einem Stellglied gelieferte Energie begrenzt. Die Struktur des Motorblocks ist festgelegt und dimensioniert, um die mechanische Beständigkeit der Verbindung zwischen den beiden unterteilten Teilen des Motorblocks sicherzustellen sowie um Vibrationen zu minimieren.
Das Patent WO 95 29329 A stellt eine Vorrichtung dar, die zwei Exzentriken am Kopf jeder Pleuelstange umfasst. Der Winkelpositionierung dieser Exzentriken ist eine Funktion der Last der Motoren und ermöglicht es, den Abstand zwischen jedem Kolben und dem entsprechenden Zylinderkopf zu modifizieren.
Eine Kategorie von Lösungen besteht darin, die Länge der Pleuelstange zu modifizieren, z.B. indem ein Gelenk hinzugefügt wird, das die Geradheit der Pleuelstange modifiziert. Die Patente EP 0 520 637 A und DE 195 02 820 A können in diese Kategorie von Lösungen klassifiziert werden. Die Zusatzteile, die die Kräfte zwischen den Kolben und den Naben der Kurbelwelle übertragen, müssen folglich festgelegt und dimensioniert werden, um die erforderliche Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Eine andere Kategorie von Lösungen, die spezieller an Reihenmotoren angepasst ist, umfasst Exzentriken, die auf den Kurbelwellenlagern angebracht sind, um den Winkel zwischen der Kurbelwellenachse und dem Zylinderkopf zu modifizieren. Die Patente FR 2 669 676 A, US-A-1 872 856, US-A-4 738 230, DE-A-3 601 528 stellen Vorrichtungen dar, die in dieser Kategorie klassifiziert werden können. Die Starrheit der Kurbelwellenlagern muss kompatibel mit der erforderlichen Lebensdauer sein. Das Patent DE 297 19 343 U offenbart eine Vorrichtung, um die Ausrichtung der Kurbelwelle mit der Übertragung sicherzustellen. Ein am Ende der Kurbelwelle angebrachtes Ritzel greift in ein inneres Zahnrad, das auf dem Motorschwungrad angebracht ist. Die Zähne dieser Zahnkränze müssen Rotations-Vibrations-Modi in der Kurbelwelle widerstehen, die Lebensdauer und die erforderliche Ruhe eines Betriebs sicherstellen.
Das Patent WO 91 10051 A erwähnt eine Exzentrik, die am Fuß jeder Pleuelstange platziert ist und der der Kurbelwelle entsprechende Nabe, deren Neigungswinkel dank der Zahnkränze erhalten wird. Die Verzahnungen müssen vorgesehen und verwirklicht werden, um die Lebensdauer sowie die erforderliche Betriebsruhe sicherzustellen.
Die Patente JP 7527/90, JP 7528/90, JP 1255166/90 und EP 0 438 121 A1 beziehen sich auf eine Exzentrik, die entweder am Kopf oder am Fuß der Pleuelstange angebracht ist, von der die Winkelposition per Hydraulik eingestellt wird und durch einen lösbaren Finger stabilisiert ist. Dieser Finger ist vorgesehen und dimensioniert, um die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer, die erforderlich sind, sicherzustellen. Diese Vorrichtung ermöglicht eine diskrete Regelung des Kompressionsgrads.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Optimierung des Kompressionsgrads in durch Konstruktion festgelegten Bereichen zur Aufgabe, vor allem für Motoren mit Zylindern, entweder in Reihe oder in V-Form oder flach bzw. in Boxerform. Die Erfindung weist, was die notwendigen Techniken betrifft, den Vorteil auf, mit den aktuellen Techniken kompatibel zu sein, die industriell für die Zylinderköpfe, die Motorblöcke, die Kurbelwellen und deren Verbindungen mit den Kraftübertragungen verwendet werden.
Sie weist auch, was den Einsatz betrifft, den Vorteil auf, die Verwendung von ähnlichen Technologien zu jenen bereits beherrschten auf Motoren mit wechselnd bewegten Kolben zuverlässig gemachten Technologien zu ermöglichen. Die besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen andere im Folgenden genannten Vorteile.
Die vorliegende Erfindung ist auf Verbrennungsmotoren mit alternierend durch einen von einer Kurbelwelle bewegten Kolben anwendbar. Jeder dieser Motoren umfasst eine oder eine Mehrzahl von Brennkammern und ein Gehäuse. Das Gehäuse ist für die vorliegende Beschreibung und die Ansprüche definiert als das Stück oder die feste Anordnung von Stücken), das bzw. die die Verbindung zwischen der oder den Brennkammern und den festen Teilen der Lager der Kurbelwelle sicherstellt bzw. sicherstellen. Die Rotationsachse der Drehzapfen der Kurbelwelle wird Kurbelwellenachse genannt. Diese Motoren umfassen auch eine(n) oder mehrere Zylinderkopf (Zylinderköpfe), der mit dem Gehäuse entweder verschieden oder ein Monoblock ist (sind).
Jeder Kolben ist mit einer Nabe der Kurbelwelle, insbesondere durch eine Kolbenachse, eine Pleuelstange und eine Exzentrik verbunden, die am Fuß dieser Pleuelstange und entsprechenden Nabe der Kurbelwelle angeordnet ist.
Die Modifikation des Kompressionsgrads jeder Brennkammer wird dank der Modifikation des Abstands zwischen der Kurbelwellenachse und der Achse des Fußes der entsprechenden Pleuelstange erhalten. Die Modifikation jeder dieser Abstände wird durch den Neigungswinkel der oben genannten Exzentriken gesteuert. Für die Beschreibung und die Ansprüche der vorliegenden Erfindung ist ein Kolben für jede vollständige Umdrehung der Kurbelwelle am oberen Totpunkt, wenn der Abstand zwischen diesem Kolben und dem entsprechenden Zylinderkopf minimal ist.
Das Verfahren besteht darin, den Kompressionsgrad jeder Brennkammer zu modifizieren, indem die nachfolgend beschriebenen Funktionen mit möglichen Abweichungen in den Toleranzen verwirklicht werden, die mit dem guten Betrieb und den Ausführungsmöglichkeiten kompatibel sind:

– Bewegen eines Punkts in einer zu der Kurbelwellenachse orthogonalen Ebene;
– Halten einer geometrischen Achse in einer zur Kurbelwellenachse orthogonalen Ebene und Beweglich Lagern dieser geometrischen Achse um den Kreuzungspunkt der Projektion des im vorigen Absatz genannten Punkts mit der Rotationsebene dieser geometrischen Achse;
– Wählen einer anderen Geometrieachse, die in einer Ebene ebenfalls orthogonal zur Kurbelwellenachse enthalten ist und Aufrechthalten einer Parallelstellung und eines festgelegten Abstands zwischen den beiden genannten geometrischen Achsen, derart, dass deren Richtung, wenn der Kolben am oberen Totpunkt ist und die Richtung der Bewegung des IM ersten Absatz genannten Punkts unterschiedlich sind;
– Erhalten einer relativ starren Position zwischen der geometrischen Achse, die Gegenstand der im vorigen Absatz genannten Wahl ist, und der zwischen dem Fuß der Pleuelstange und der Nabe der Kurbelwelle angeordneten Exzentrik.

Das nachfolgend definierte Vokabular wird im Folgenden dieser Beschreibung verwendet, um die Punkte, Ebenen und geometrischen Achsen des Verfahrens zu definieren, das im vorigen Absatz beschrieben ist:

– der Punkt, der in einer zu der Kurbelwellenachse orthogonalen Ebene bewegt wird, wird beweglicher Punkt genannt werden;
– die zur Kurbelwelle orthogonale Ebene, in der sich der bewegliche Punkt bewegt, wird Ebene des beweglichen Punkts genannt werden;
– die erste geometrische Achse, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung definiert wird, wird beweglich gelagerte Achse bzw. ausschwenkbare Achse genannt werden;
– die zur Kurbelwellenachse orthogonale Ebene, die die Projektion des beweglichen Punkts enthält, der die gelagerte Achse anneigt und in dem die angeschwenkte Achse erhalten ist, wird Projektionsebene genannt werden;
– die Projektion des beweglichen Punkts auf die Projektionsebene wird Lagerungspunkt genannt werden;
– die zweite geometrische Achse, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung definiert ist, wird auf die Exzentrik fixierte bzw. festgelegte Achse genannt werden;
– die zur Kurbelwellenachse orthogonale Ebene, die die auf die Exzentrik festgelegte Achse enthält, wird Hebelebene genannt werden.

Für die Motoren, die mehrere Brennkammern umfassen, ist das Verfahren gemäß der Erfindung in jeder Brennkammer anwendbar, deren Modifikation des Kompressionsgrads gewünscht wird.
Das Verfahren wird besser beim Lesen der sieben nachfolgend geschriebenen Absätze verstanden. Diese sieben Absätze betreffen das Verfahren für die Modifizierung des Kompressionsgrads einer einzigen Brennkammer des Motors.
Die Ausführungen gemäß der Erfindung zielen auf die exakten in dem Verfahren genannten geometrischen Merkmale ab. Hingegen wird jede Ausführung mit Abweichungen im Verhältnis zu den exakt anvisierten Werten hergestellt. Diese möglichen Abweichungen im Verhältnis zu den exakten geometrischen Merkmalen liegen in den Toleranzen, die mit den Ausführungsmöglichkeiten gemäß dem Verfahren kompatibel sind und einen guten Betrieb des Motors ermöglichen.
Die Ebene des beweglichen Punkts, die Projektionsebene und die Hebelebene sind im Verhältnis zur Kurbelwellenachse definiert. Außerdem haben die Kurbelwelle und ihre Achse keine axiale Verschiebungsmöglichkeit im Verhältnis zum Gehäuse. Die Ebene des beweglichen Punkts, die Projektionsebene und die Hebelebene haben daher immer die gleichen Positionen relativ zum Gehäuse. Die Bewegungen der gelagerten Achse und der zur Exzentrik fixierten Achse, des beweglichen Punkts und des gelagerten Punkts sind relative Bewegungen im Verhältnis zum Gehäuse.
Die gelagerte Achse und die zur Exzentrik fixierte Achse werden parallel und äquidistant zueinander gehalten. Jede dieser beiden Achsen ist in einer orthogonalen Ebene der Kurbelwellenachse enthalten. Jede dieser beiden Achsen wechselt die Ebene im Laufe des Verfahrens nicht. Die Merkmale haben insbesondere die Konsequenzen, die in der Praxis mit möglichen Abweichungen erhalten werden, die kompatibel mit dem guten Betrieb und den Ausführungsmöglichkeiten kompatibel sind, nachfolgend aufgezählt:

– die beweglich gelagerte Achse und die zur Exzentrik festgelegte Achse haben die gleiche Richtung:
– jede Bewegung der beweglichen gelagerten Achse ist nur in der Projektionsebene möglich;
– jede Bewegung der zur Exzentrik festgelegten Achse ist nur in der Hebelebene möglich;
– jede Translation der beweglich gelagerten Achse mit einer senkrechten Komponente zu ihr selbst treibt die zur Exzentrik festgelegte Achse gemäß dieser Komponente an;
– jede Translation der zur Exzentrik festgelegten Achse mit einer zu ihr selbst senkrechten Komponente ruft eine Translation der beweglich gelagerten Achse gemäß dieser Komponente hervor;
– jede Rotation der beweglich gelagerten Achse um den Lagerungspunkt herum ruft eine Rotation gleichen Winkels der zur Exzentrik festgelegten Achse um die orthogonale Projektion des Lagerungspunkts auf der Hebelebene hervor;
– jede Rotation der zur Exzentrik festgelegten Achse um die Achse der entsprechenden Nabe der Kurbelwelle herum ruft eine zur beweglich gelagerten Achse identische Rotation hervor;
– die relativen Translationen zwischen der beweglich gelagerten Achse und der zur Exzentrik festgelegten Achse parallel zueinander sind weder verboten noch durch das Verfahren der Erfindung vorgeschrieben;
– beide Fälle sind daher möglich, entweder die Ausführung ermöglicht die in diesem Absatz genannten Translationen oder die Ausführung ermöglicht sie nicht.

Das Verfahren ist daher kompatibel mit Vorrichtungen, für die der Betrieb eine Variation des Abstands zwischen dem Lagerungspunkt und der Achse der der Kurbelwelle entsprechenden Nabe induziert.
Das Verfahren ist auch mit Vorrichtungen kompatibel, die keine Variation des Abstands zwischen dem Lagerungspunkt der Achse und der der Kurbelwelle entsprechenden Nabe ermöglicht.
Die Winkelpositionierung bzw. der Neigungswinkel der Exzentrik auf Ihrer Nabe ist entsprechend der Winkelpositionierung der zur Exzentrik festgelegten Achse und der im Verhältnis zum Gehäuse beweglich gelagerten Achse fixiert. Beiden verschiedenen Positionen des beweglichen Punkts in der Ebene des beweglichen Punkts entsprechen, da die Richtung zwischen diesen beiden unterschiedlichen Positionen des beweglichen Punkts nicht parallel zur Richtung der beweglich gelagerten Achse und der zur Exzentrik festgelegten Achse ist, wenn der Kolben am oberen Totpunkt ist, zwei verschiedene Winkelpositionierungen der beweglich gelagerten Achse, der zur Exzentrik festgelegten Achse und der Exzentrik, im Verhältnis zum Gehäuse. Bei diesen beiden Neigungswinkeln entsprechen beide unterschiedlichen Kompressionsgraden, außer für die speziellen Fälle, wo diese beiden Winkelversetzungen einem gleichen Abstand zu der Kurbelwellenachse und dem Fuß der Pleuelstange entsprechen.
Dieser Absatz zählt mehrere spezielle Anwendungen des Verfahrens auf, die als nicht begrenzende Beispiele angegeben sind. Für die erste sind der bewegliche Punkt und der Lagerungspunkt in derselben zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene. Für die zweite der bewegliche Punkt ist mit dem Lagerungspunkt verschmolzen. Für diese beiden speziellen Anwendungen ist die Ebene des beweglichen Punkts verschmolzen mit der Projektionsebene. Für die dritte sind die gelagerte Achse und die zur Exzentrik fixierte Achse in einer gleichen zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene. Für die vierte sind die gelagerte Achse und die zur Exzentrik festgelegte Achse verschmolzen. Für diese beiden letzteren speziellen Anwendungen sind die Projektionsebene und die Hebelebene verschmolzen. Alle möglichen Kombinationen zwischen den speziellen vorgenannten Anwendungen bilden Anwendungen des Verfahrens.
Gemäß einem anderen Merkmal wird der bewegliche Punkt durch einen Punkt in Translation versetzt, dessen Bewegung parallele und zur Ebene des beweglichen Punkts senkrechte Komponenten hat.
Gemäß einem anderen Merkmal ist das Verfahren auch auf thermische Verbrennungsmotoren anwendbar, die auch eine elektronische Vorrichtung zur Berechnung von optimalen Steuerungswerten des Betriebs dieser Motoren, Sensoren zum Messen der Werte von physikalischen Größen, die den Betrieb dieser Motoren charakterisieren, Vorrichtungen zum Regeln der Steuerungen des Betriebs dieser Motoren auf von der oben genannten Berechnungsvorrichtung berechnete Werte umfassen. Dieses Verfahren umfasst drei Phasen, die während des Betriebs der Motoren durchgeführt werden, die erste Phase besteht im Messen der Werte von physikalischen Größen, die den Betrieb dieser Motoren kennzeichnen; wobei diese physikalischen Größen den Kompressionsgrad umfassen, die zweite Phase besteht darin, in Abhängigkeit der bei der ersten Phase gemessenen physikalischen Größe die optimalen Werte von Steuerparametern des Motors zu berechnen, um die Energieausbeute zu' maximieren und die Schadstoffausstöße zu minimieren, wobei diese Steuerparameter den Kompressionsgrad umfassen, die dritte Phase besteht für jeden Zylinder darin, die nachfolgend beschriebenen Funktionen durchzuführen:

– Bewegen eines Punkts in einer zu der Kurbelwellenachse orthogonalen Ebene;
– Halten einer geometrischen Achse in einer zur Kurbelwellenachse orthogonalen Ebene und Beweglich Lagern dieser geometrischen Achse um den Kreuzungspunkt der Projektion des im vorigen Absatz genannten Punkts mit der Rotationsebene dieser geometrischen Achse;
– Wählen einer anderen Geometrieachse, die in einer Ebene ebenfalls orthogonal zur Kurbelwellenachse enthalten ist und Aufrechthalten einer Parallelstellung und eines festgelegten Abstands zwischen den beiden genannten geometrischen Achsen, derart, dass deren Richtung, wenn der Kolben am oberen Totpunkt ist und die Richtung der Bewegung des IM ersten Absatz genannten Punkts unterschiedlich sind;
– Erhalten einer relativ starren Position zwischen der geometrischen Achse, die Gegenstand der im vorigen Absatz genannten Wahl ist, und der zwischen dem Fuß der Pleuelstange und der Nabe der Kurbelwelle angeordneten Exzentrik;
– Regeln der Bewegung des im ersten Absatz genannten Punkts dieser dritten Phase, um den Kompressionsgrad zum optimalen, für die zweite Phase berechneten Wert konvergieren zu lassen.

Für jedes andere Merkmal des im obigen Absatz beschriebenen Verfahrens wird der Kompressionsgrad entlang der Messung einer physikalischen Größe gemessen, die es ermöglicht, den Kompressionsgrad zu berechnen, z.B.: die Messung der Bewegung des Lagerungspunkts. Die anderen gemäß diesem Verfahren gemessenen physikalischen Größen sind Teil der physikalischen Größen, die gewöhnlich für das Steuern der Verbrennungsmotoren mit alternierend bewegten Kolben berücksichtigt werden. Die Steuerparameter des Motors, um die Energieausbeute zu maximieren und die Schadstoffausstöße zu minimieren, außer dem Kompressionsgrad, sind Teil von gewöhnlich zum Steuern der Verbrennungsmotoren mit alternierend bewegten Kolben verwendeten Steuerparameter.
Gemäß einem anderen Merkmal wird das oben beschriebene Verfahren einerseits durch Berechnung einer zweiten Phase vervollständigt: von den Mengen von Luft und Treibstoff, die zur Verbrennung zugelassen werden sowie dem Auslösewinkel der Verbrennung in Abhängigkeit der Werte von physikalischen Größen, die den Motorbetrieb kennzeichnen, gemessen in der ersten Phase, insbesondere der Kompressionsgrad, andererseits durch Steuerung in der dritten Phase von den Vorrichtungen zum Erhalt der Einlassluftmenge, der Einlasstreibstoffmenge, des Verbrennungsauslösewinkels, um die Werte dieser drei Steuerparameter zu den berechneten Werten in der zweiten Phase im Betrieb konvergieren zu lassen, insbesondere den Kompressionsgrad.
Die Dosierung der für geringe Lasten eingelassenen Luftmenge zeigt mehrere Vorteile. Die Temperatur am Verbrennungsende kann geringer sein und daher die mechanische Lebensdauer, die Energieausbeute und den Kampf gegen Stickoxidemissionen begünstigen. Dies ist auch ein wichtiger Parameter, um einen Motor im Betriebsmodus mit Zündung durch Kompression einer Vormischung von Sauerstoffträger und Treibstoff zu halten. Wir merken an, dass die Dosierung von Einlassluft, erhalten durch Einstellung der Einlassventilpositionierung, wichtig ist, um Lastverluste beim Einlass zu begrenzen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, integriert in einen Verbrennungsmotor mit alternierend bewegten, angetrieben durch eine Hauptkurbelwelle, die eine Exzentrik, angeordnet zwischen dem Fuß jeder Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass jede zwischen dem Fuß jeder Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe angeordnete Exzentrik mithilfe einer Stange ausgerichtet wird, deren Richtung auf einem Drehpunkt beweglich gelagert bzw. geschwenkt wird.
Gemäß einer ersten Liste von komplementären Merkmalen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist für jede zwischen dem Fuß der Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe die Stange fest mit der Exzentrik verbunden und ein Teil dieser Stange gleitet in dem auf der Schwenkachse gelagerten Stück. Dieses Schwenken ist festgelegt oder gelagert, entweder auf einem Schieber oder über die gelagerten Arme eines Schwenkarms bzw. Schwinghebels (im folgenden Schwenkarms genannt). Der Schieber oder Schwenkarm wird durch ein Führungssystem geführt und in Position gehalten. Die Anordnung wird konstruiert, um während des Betriebs geometrische Merkmale zu wahren, die in den mit den Ausführungsmöglichkeiten möglichen Toleranzen liegen sowie mit dem guten Betrieb der Vorrichtung und des Motors. Diese geometrischen Merkmale sind die folgenden: die Achse des gleitenden Teils der Stange in einer zur Hauptkurbelwellenachse senkrechten Ebene, die Bewegungen des Drehpunkts, des Schiebers oder der gelagerten Arme werden in den zur Hauptkurbelwellenachse parallelen Ebenen durchgeführt, die Achse des Drehpunkts bzw. Schwenkachse ist parallel zur Hauptkurbelwellenachse.
Gemäß einer zweiten Liste von ergänzenden Merkmalen der Vorrichtung gemäß der Erfindung gleitet für jede zwischen dem Fuß einer Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe angeordneten Exzentrik ein Teil der Stange in einem mit der Exzentrik fest verbundenen Teil. Diese gleitende bzw. verschiebende Stange ist auch fest mit einem auf der Achse des Drehpunkts gelagerten Teil verbunden. Dieses Schwenken ist festgelegt oder gelagert entweder auf einem Schieber oder auf Armen, die von einem Schwenkarm gelagert sind. Der Schieber oder Schwenkarm wird durch ein Führungssystem geführt und in Position gehalten. Die Anordnung wird konstruiert, um während des Betriebs die geometrischen Merkmale in den Toleranzen zu wahren, die mit den Ausführungsmöglichkeiten sowie mit dem guten Betrieb der Vorrichtung und des Motors kompatibel sind. Diese geometrischen Merkmale sind die folgenden: die Achse des gleitenden Teils der Stange in einer zur Hauptkurbelwellenachse senkrechten Ebene, die Bewegungen des Drehpunkts, des Schiebers oder der gelagerten Arme werden in den zur Hauptkurbelwellenachse senkrechten Ebenen durchgeführt, die Achse des Drehpunkts bzw. Schwenkachse ist parallel zur Hauptkurbelwellenachse.
Gemäß einer dritten Liste von ergänzenden Merkmalen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist für jede zwischen dem Fuß einer Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe die Stange fest mit der Exzentrik und einem auf der Achse des Drehpunkts gelagerten Teil verbunden. Der Drehpunkt ist auf den auf einem Schwenkarm gelagerten Armen fixiert. Die durch alle Drehpunkte bzw. Schwenkungen und alle beweglich gelagerten Arme der Schwenkarme gebildete Anordnung, die es ermöglichen, die fest mit den Exzentriken verbundenen Stangen, die zwischen den Füßen von Pleuelstange und den in der Hauptkurbelwelle entsprechenden Naben angeordnet sind, werden angetrieben, um eine Kurbelwelle zur Orientierung bzw. Richtungskurbelwelle zu bilden. Jeder Drehpunkt, der die Richtung einer fest mit einer Exzentrik verbundenen Stange lagert, bildet eine Nabe dieser Kurbelwelle zur Orientierung und jeder entsprechende beweglich gelagerte Arm eines Schwenkarms bildet einen Hebel, der diese Nabe mit dem entsprechenden Zapfen dieser Kurbelwelle zur Orientierung verbindet. Die Kurbelwelle zur Orientierung wird geführt oder orientiert durch ein Führungssystem. Dieses Führungssystem umfasst ein auf einer Achse beweglich gelagertes Chassis, die im Verhältnis zum Gehäuse festgelegt ist und in Position gehalten wird. Die festen Teile der Lager der Kurbelwelle zur Orientierung sind fest mit dem beweglich gelagerten Chassis verbunden. Das Führungssystem und die Kurbelwelle zur Orientierung werden konstruiert, um während dem Betrieb die geometrischen Merkmale zu wahren, die in den Toleranzen liegen, die mit den Ausführungsmöglichkeiten sowie mit dem guten Betrieb der Vorrichtung und des Motors verträglich sind. Diese Merkmale sind die folgenden:

– die beweglich gelagerte Achse des Chassis ist verschmolzen mit der Achse der Hauptkurbelwelle;
– jeder Drehpunkt und die Achse der Kurbelwelle der Orientierung sind parallel zur Achse der Hauptkurbelwelle;
– die Bewegungen jedes Drehpunkts werden gemäß den zur Achse der Hauptkurbelwelle senkrechten Ebenen durchgeführt;
– die Länge des Hebels jeder Nabe der Orientierungs-Kurbelwelle ist gleich der Länge des Hebels der entsprechenden Nabe, die zur Hauptkurbelwelle gehört;
– die Orientierungs-Kurbelwelle ist in Rotation mit der Hauptkurbelwelle derart verbunden, dass die Hebel einer Nabe dieser beiden Kurbelwellen immer parallel sind.

Gemäß einer Variante der Konstruktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist jede Exzentrik, die zwischen dem Fuß der Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe angeordnet ist, mithilfe einer Stange orientiert, deren Richtung über ein Kugelgelenk bzw. einen Kippzapfen gelagert ist. Die anderen vorgenannten Merkmale sind unverändert.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung oder ihre im vorangehenden Absatz beschriebene Konstruktionsvariante, zugeordnet zu irgendeiner der drei Listen vorgenannter ergänzender Merkmale ist konform mit allen Vorschriften des Verfahrens gemäß der Erfindung. Das Führungssystem, der Drehpunkt oder das Kugelgelenk, der Schieber oder der Schwenkarm, die oben definiert sind, sind daher konform mit den in dem Verfahren gemäß der Erfindung für den beweglichen Punkt, den Lagerungspunkt, die Ebene des beweglichen Punkts und die Projektionsebene beschriebenen Merkmalen. Der Drehpunkt und das Kugelgelenk bilden einen Lagerungspunkt dieser Bewegung; seine Bewegungen des Schiebers oder jedes beweglich gelagerten Arms eines Schwenkarms bilden zur Hauptkurbelwellenachse senkrechte Ebenen; diese Ebenen entsprechen der Definition der Projektionsebene und der Ebene des beweglichen Punkts. Mehrere Punkte des Schiebers und des Schwenkarms entsprechen der Definition des beweglichen Punkts. Die Projektion der Richtung der Stange auf der Projektionsebene entspricht der Definition der gelagerten Achse. Die Bewegung irgendeines Punkts der Exzentrik bei der Rotation der Hauptkurbelwelle definiert eine Ebene, die der Definition der Hebelebene entspricht. Die Projektion der Richtung der Stange auf die Hebelebene entspricht der Definition der auf der Exzentrik festgelegten Achse.
Gemäß einer vierten Liste ergänzender Merkmale der Erfindung umfasst der Motor einen elektronischen Rechner. Die Position des Schiebers oder der beweglich gelagerten Arme für jede zwischen dem Fuß einer Pleuelstange und der der Hauptkurbelwelle entsprechenden Nabe angeordnete Exzentrik wird durch den elektronischen Rechner vor allem unter Berücksichtigung der Möglichkeiten berechnet, die durch die mechanische Konstruktion des Motors definiert sind. Die vierte in diesem Absatz beschriebene Merkmalsliste kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung oder ihre Konstruktionsvariante allein oder zugeordnet zu irgendeiner der drei anderen Listen vorgenannter ergänzender Merkmale vervollständigen.
Gemäß einem anderen Merkmal verwendet ein Stellglied die Enthalpie der Auspuffgase, um dazu beizutragen, den Kompressionsgrad zu modifizieren.
Gemäß einem anderen Merkmal integriert die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer der oben beschriebenen Versionen das im obigen Absatz beschriebene Merkmal.
Die Verwendung eines Teils der Enthalpie der Auspuffgase zeigt den Vorteil, den Energieverlust durch den Auspuff vermindern zukönnen, um die Vorrichtung zur Modifikation des Kompressionsgrads anzutreiben, um die Energieausbeute zu verbessern.
Gemäß einem anderen Merkmal wird wenigstens eine durch die Auspuffgase gespeiste Turbine verwendet, um die Kompressionsgrade des Motors zu modifizieren.
Gemäß einem anderen Merkmal integriert die Vorrichtung gemäß der Erfindung in irgendeiner der oben beschriebenen Versionen das im obigen Absatz beschriebene Merkmal.
Gemäß einem anderen Merkmal ermöglicht es ein hydraulisches Stellglied, die Vorrichtung zur Modifikation des Kompressionsgrads einzustellen.
Gemäß einem anderen Merkmal wirkt ein Gasarbeitszylinder auf einen Druckarbeitszylinder, um einen hydraulischen Druck zu liefern, um den Kompressionsgrad des Motors zu modifizieren. Diese Konzeption bietet eine größere Wahl, um das Gas-Stellglied anzuordnen.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung sind die zwischen den Füßen von Pleuelstangen und den Naben der Hauptkurbelwelle angeordneten Exzentriken fest mit einem oder mehreren Fingern verbunden und oder diese Finger werden zu einem Halbraum gerichtet, der durch eine mit der Exzentrik fest verbundenen Ebene definiert ist, wobei diese Ebene die Achse der Nabe enthält.
Diese Konzeption ermöglicht es, die Masse und den Aufwand zu minimieren.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung sind beide Exzentriken fest mit einer Winkelpositionierung derart verbunden, dass die Achsen mit ihrem Innendurchmesser verschmolzen sind.
Diese Konzeption ermöglicht, es den Kompressionsgrad von zwei auf der gleichen Nabe einer Hauptkurbelwelle angekoppelten Zylindern zu modifizieren.
Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von bestimmten bevorzugten Ausführungsformen besser verstanden werden, die lediglich als rein veranschaulichende Beispiele angegeben werden. In dieser Beschreibung bezieht man sich auf die anliegenden Zeichnungen, in denen:
Die 1 ein Schema ist, das die Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Die 2 zwei schematische Ansichten in Querschnitten eines Motors mit Zylindern darstellt, die in Reihe angeordnet sind, von dem der Mechanismus zur Modifizierung des Kompressionsgrads eine mit der Exzentrik fest verbundene Stange umfasst, die im Verhältnis zu einem Schieber gleitet.
Die 3 zwei schematische Querschnittsansichten eines Motors mit in Reihe angeordneten Zylindern dar stellt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine fest mit der Exzentrik verbundene Stange umfasst, die im Verhältnis zu einem Schwenkarm gleitet.
Die 4 zwei schematische Querschnittsansichten eines Motors mit in Reihe angeordneten Zylindern darstellt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine fest mit der Exzentrik verbundene Stange umfasst, die im Verhältnis zur Orientierungs-Kurbelwelle gleitet.
Die 5 eine Vorrichtung darstellt, die es ermöglicht, die Einstellung der in 3 gezeigten Orientierungs-Kurbelwelle zu modifizieren.
Die 6 zwei schematische Querschnittsansichten eines Motors mit in Reihe angeordneten Zylindern zeigt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine fest mit der Exzentrik verbundene Stange und ein auf der Nabe einer Orientierungs-Kurbelwelle geführtes Teil umfasst.
Die 7 zwei schematische Querschnittsansichten eines Motors mit in Reihe angeordneten Zylindern darstellt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine Stange umfasst, die im Verhältnis zur Exzentrik gleitet und die fest mit einem durch den Drehpunkt geführten Stück verbunden ist.
Die 8 eine schematische Querschnittsansicht eines Motors mit in V-Form angeordneten Zylindern darstellt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine fest mit der Exzentrik verbundene Stange umfasst, die im Verhältnis zu einem Schwenkarm gleitet.
Die 9 eine schematische Querschnittsansicht eines Boxermotors darstellt, dessen Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads eine fest mit der Exzentrik verbundene Stange umfasst, die im Verhältnis zum Schieber gleitet.
Die 10 einen Gasarbeitszylinder darstellt, der auf den Druckarbeitszylinder wirkt.
Die 11 bis 14 mehrere Konstruktionsvarianten in beiden angehängten Exzentriken darstellen, umfassend ein oder mehreren in der seiner Halbachse passierenden Halbebene angeordnete Finger.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 stellt den Fuß einer Pleuelstange (6) dar, in der eine Exzentrik (8) liegt, die auf einer Nabe (5) der Hauptkurbelwelle (4) eines Motors mit wechselnd bewegten Kolben angebracht ist. Der Arm (3) der Hauptkurbelwelle (4) verbindet die Nabe (5) mit dem Zapfen (2). Die anderen Elemente der 1 sind gemäß den Vorschriften des Verfahrens gemäß der Erfindung konstruiert. Die Ebenen (7), (9) und (10) sind senkrecht zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) positioniert; sie haben nicht die Möglichkeit zur Translation im Verhältnis zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4); sie stellen jeweils die Hebelebene (7), die Projektionsebene (9) und die Ebene des beweglichen Punkts (10) dar. Der Punkt (12) wird in der Ebene des beweglichen Punkts (10) angeordnet; dieser Punkt stellt den beweglichen Punkt (12) dar. Die Projektion des beweglichen Punkts (12) gemäß einer Richtung (13) auf der Projektionsebene (9) definiert den Punkt (14); dieser Punkt stellt den Lagerungspunkt (14) dar. Die geometrische Achse (15) ist in der Projektionsebene (9) bei einem festgelegten Abstand vom Lagerungspunkt (14), dargestellt durch die gestrichelte Linie (11) enthalten; die Geometrieachse (15) ist um den Lagerungspunkt (14) gelagert; diese geometrische Achse (15) stellt die gelagerte beweglich Achse (15) dar. Die Geometrieachse (16) ist in der Hebelebene (7) enthalten; sie ist parallel zur beweglich gelagerten Achse (15) und festgelegt zur Exzentrik (8). Die Geometrieachse (16) stellt die zur Exzentrik (16) festgelegte Achse dar; ihr Abstand mit der gelagerten Achse (15) muss beim Betrieb konstant bleiben. Die geometrischen, in diesem Absatz beschriebenen Merkmale werden beim Betrieb gemäß dem Verfahren mit Abweichungen aufrechterhalten, die in den mit dem guten Betrieb gemäß dem Verfahren und den zu Ausführungsmöglichkeiten kompatiblen Toleranzen liegen.
Beim Betrieb, wenn der bewegliche Punkt (12) in einer von der Richtung der beweglich gelagerten Achse (15) unterschiedlichen Richtung bewegt wird, führt sich seine Bewegung in der Ebene des beweglichen Punkts (10) aus und treibt den Lagerungspunkt (14) in die Projektionsebene (9). Diese Bewegung des Lagerungspunkts (14) bewegt die beweglich gelagerte Achse (15) gemäß einer zu ihr selbst radialen Komponente; die beweglich gelagerte Achse (15) bleibt parallel und bei konstantem Abstand zu der zur Exzentrik fixierten Achse (16). Die gelagerte Achse (15) und die zur Exzentrik festgelegte Achse (16) schwenken daher um den Lagerungspunkt (14) und um die Nabe (5) der Hauptkurbelwelle (4). Folglich ruft die Bewegung des beweglichen Punkts (12) gemäß der von der gelagerten Achse verschiedenen Richtung (15) eine Modifikation des Neigungswinkels der Exzentrik (8) hervor.
An beiden unterschiedlichen Positionen des beweglichen Punkts (12), da die Richtung zwischen den beiden Positionen nicht parallel zur Richtung der gelagerten Achse (15) und der zur Exzentrik festgelegten Achse (16) ist, entsprechen zwei verschiedenen Kompressionsgraden der entsprechenden Brennkammer, außer für den speziellen Fall, wo die beiden Positionen nicht den Abstand zwischen der Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) und der Achse des Pleuelstangenfußes (6) modifizieren.
Der Motor (20), in dem das Verfahren und die Vorrichtung wirken, umfasst wenigstens einen Zylinderkopf (21),(21a),(21b), eine Brennkammer, eine Kurbelwelle (4), ein Gehäuse (24), das den oder die Brennkammer(n) mit dem festen Teil der Lager (51) der Hauptkurbelwelle (4) fest verbindet. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, Kompressionsgrade jeder Brennkammer zu modifizieren, die einen Kolben (22),(22a), eine Buchse (23),(23a),(23b), eine Pleuelstange (6),(6a),(6b), eine Exzentrik (8),(8a),(8b), festgelegt zwischen der Nabe (5), der Haupt-Kurbelwelle (4) und dem Fuß der Pleuelstange (6),(6a),(6b) umfasst.
Die bevorzugte Form zum Ausführen der Erfindung ist in den 8, 11 und 14 dargestellt. Die Vorrichtung zur Modifikation des Kompressionsgrads ermöglicht es, jede Exzentrik (8),(8a),(8b) auszurichten, die zwischen dem Fuß einer Pleuelstange (6),(6a),(6b) und der Nabe (5) angeordnet ist, die der Hauptkurbelwelle (4) des Motors (20) entspricht, mithilfe einer Stange (35), deren Richtung auf einem Drehpunkt (29) beweglich gelagert wird. Die Stange (35) ist fest mit der Exzentrik (8),(8a),(8b), einem Seitenteil bzw. einer Führung (50) und einem Finger (90) verbunden; dieser Finger (90) ist zu einem durch eine Ebene (110) definierten Halbraum gerichtet, die fest mit der Exzentrik (8),(8a),(8b) verbunden ist, wobei diese Ebene die Achse der Nabe (5) der Hauptkurbelwelle (4) enthalt. Die Stange (35) gleitet in dem auf dem Drehpunkt (29) fixierten, beweglich gelagerten Teil (30). Der Drehpunkt (29), dargestellt durch einen Strich-Punkt-Kreis in der 8 wird in den beweglich gelagerten Armen eines Schwenkarms (39) beweglich gelagert. Das Führungssystem des Schwenkarms (39) umfasst eine Schwenkachse (38), dargestellt durch einen Strich-Punkt-Kreis in der 8. Der Schwenkarm (39) schwenkt während des Betriebs um diese Schwenkachse (38). Die Position der Schwenkachse (38) ermöglicht einen Betrieb ohne Überlagerung mit der beweglichen Ausrüstung des Motors (20). Die Anordnung wird konstruiert, um während des Betriebs geometrische Merkmale zu wahren, die in den Toleranzen liegen, die kompatibel mit den Ausführungsmöglichkeiten sowie mit dem guten Betrieb der Vorrichtung und des Motors sind. Diese geometrischen Merkmale sind die folgenden: die Achse des gleitenden Teils der Stange (35) ist eine Hebelebene (7) senkrecht zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4), die Bewegungen des Drehpunkts (29) und der beweglich gelagerten Arme des Schwenkarms (39) werden in den Projektionsebenen (9) und den Ebenen des beweglichen Punkts (10) senkrecht zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) durchgeführt, die Achse des Drehpunkts (29) ist parallel zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4). Die beweglich gelagerten Arme des Schwenkarms (39) werden dank einer nachfolgend beschriebenen Vorrichtung in Position gehalten. Eine Verzahnung ist auf einem der gelagerten Arme des Schwenkarms (39) fixiert. Die anderen gelagerten Arme des Schwenkarms (39) sind in Rotation fest mit dieser Verzahnung durch Verbindungsriegel bzw. Querbalken (31) gehalten. Die genannte Verzahnung greift in die Schnecke (32). Die Schnecke (32) wird in Rotation in einem Gehäuse (24) geführt und in Rotation mit zwei Turbinen (26) und (81) mittels zweier Geschwindigkeitsreduzierer (27) und (80) gekoppelt. Die Montagerichtungen der beiden Turbinen (26) und (28) werden derart ausgeführt, dass die beiden Turbinen (26) der Schnecke (32) ein Rotationsmoment in umgekehrter Richtung zum Drehmoment liefern, das von der anderen Turbine (81) geliefert wird. Diese beiden Turbinen (26) und (81) werden durch die Auspuffgase des Motors (20) dank von Kanälen und Ventilen zur Versorgung gespeist, die nicht dargestellt sind. Diese Ventile werden durch einen Rechner des Motors (20) gesteuert, um den Kompressionsgrad des Motors (20) zu den durch diesen Rechner berechneten Werten konvergieren zu lassen.
Die 8 stellt die bevorzugte Art dar, um die auf einen Motor angewandte Erfindung durchzuführen, dessen Zylinder in V-Form angeordnet sind. Diese bevorzugte Art, die Erfindung zu realisieren, ist auch auf Motoren anwendbar, deren Zylinder in Reihe, gegenüber oder in mehreren Vs angeordnet sind. Die 3 stellt für einen Motor eine Leitung, eine Vorrichtung zur Ausrichtung der Exzentrik (8) dar, die eine Stange umfasst, die fest mit der Exzentrik (8), gelagert auf einem Drehpunkt (29) umfasst, wobei dieser Drehpunkt (29) auf den Armen gelagert ist, die von einem Schwenkarm (39) gelagert sind. Die bewegliche Ausrüstung ist durch Ausgleichsmassen (25) ausgeglichen.
Eine andere Art, jeden Drehpunkt (29) konform mit dem Verfahren zu führen, besteht darin, entweder jeden Drehpunkt (29) in einem Schieber (28) einzustellen oder jeden Drehpunkt (29) in einem Schieber (28) festzusetzen. Das Führungssystem jedes Schiebers (28) umfasst z.B. eine geradlinige Führung (33), deren Führungsrichtung in den Projektionsebenen des beweglichen Punkts (10) senkrecht zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) enthalten ist. Diese andere Art, um die Führung des Drehpunkts (29) durchzuführen, ist in den 2 und 9 veranschaulicht. Die 9 betrifft einen Boxermotor. Die Stange (35) ist fest mit der Exzentrik (8a) verbunden und auf dem Kugelgelenk (91) beweglich gelagert. Das Kugelgelenk (91) wird auf dem Schieber (28) geführt.
Eine Art, die Anzahl von Stellgliedern eines Motors (20) zu begrenzen, der mit mehreren Zylindern und einer Vorrichtung zur Modifikation des Kompressionsgrads mit mehreren Schiebern (28) ausgerüstet ist, besteht darin, die Schieber (28) untereinander durch Verbindungsriegel bzw. Querbalken (31) zu verbinden. Beide Schieber (28) werden jeder durch eine Schnecke (32) angetrieben. Die beiden Schnecken (32) sind durch eine kinematische Kette verbunden, um identische Bewegungen für alle Schieber (28) zu erhalten.
Eine andere Art, die Exzentrik (8),(8a),(8b) mit der Stange (35) auszurichten, besteht darin, die Stange (35) in der Bohrung eines Winkelausrichtstücks (70) gleiten zu lassen, das fest mit der Exzentrik (8),(8a),(8b) verbunden ist und die Stange (35) an einem beweglich gelagerten Teil (61) zu befestigen, das auf der Achse des Drehpunkts (29) beim Betrieb schwenkt.
Die 7 veranschaulicht diese Konstruktion.
Eine andere Art, um die Erfindung durchzuführen, ist in der 6 dargestellt. Für jede Exzentrik (8),(8a),(8b), platziert zwischen einem Pleuelstangenfuß (6) und der Nabe (5), die der Hauptkurbelwelle (4) entspricht, ist die Stange (35) fest mit der Exzentrik (8) und dem beweglich gelagerten Teil (61), in Rotation auf der Achse des Drehpunkts (29a),(29b),(29c) geführt, verbunden. Die Drehpunkte (29a),(29b),(29c) bilden Naben einer Orientierungs-Kurbelwelle. Diese Orientierungs-Kurbelwelle ist gebildet aus Drehpunkten (29a),(29b),(29c), Hebeln (41), die die Drehpunkte (29a),(29b),(29c) mit den Zapfen (42) verbinden, die dieser Orientierungs-Kurbelwelle entsprechen. Die Orientierungs-Kurbelwelle ist durch ein Führungssystem geführt und gerichtet, das ein Chassis (60), gelagert um eine mit der Hauptkurbelwellen-Achse (4) verschmolzene Achse, umfasst. Die Lager der Orientierungs-Kurbelwelle sind auf dem Chassis (60) fixiert. Das Führungssystem und die Orientierungs-Kurbelwelle werden konstruiert, um beim Betrieb geometrische Charakteristiken zu wahren, die in den Toleranzen liegen, die mit den Ausführungsmöglichkeiten sowie mit dem guten Betrieb der Vorrichtung und des Motors kompatibel sind. Diese geometrischen Merkmale sind die folgenden: die Bewegungen jedes Drehpunktes (29a),(29b),(29c) werden in der Projektionsebene (9), senkrecht zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) durchgeführt, jeder Drehpunkt (29a),(29b),(29c) und die Achse der Orientierungs-Kurbelwelle sind parallel zur Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4), die beweglich gelagerte Achse des Chassis ist mit der Achse (1) der Hauptkurbelwelle (4) verbunden, die Länge der Hebel (4) jeder Nabe der Orientierungs-Kurbelwelle, die aus den Drehpunkten (29a),(29b),(29c) gebildet sind, ist gleich der Länge der Hebel (3) der entsprechenden Nabe (5), die zur Hauptkurbelwelle (4) gehört, die Orientierungs-Kurbelwelle ist in Rotation mit der Hauptkurbelwelle (4) derart verbunden, dass die Hebel (41) und (3) der Naben dieser beiden Kurbelwellen, die derselben Brennkammer entsprechen, immer parallel sind, dieses Merkmal wird dank der Tatsache erhalten, dass die Hauptkurbelwelle (4) und die Orientierungs-Kurbelwelle jede drei Hebel (41) und (3) besitzen, die um 120° versetzt sind. Die drei Drehpunkte (29a),(29b),(29c) sind teilweise in der 6 dargestellt.
Für alle Arten, die Drehpunkte (29a),(29b),(29c) zu führen, die oben beschrieben sind, können entweder der Schieber (28) oder die gelagerten Arme des Schwenkarms (39) oder das Chassis (60) durch eine Schnecke (32) angetrieben werden, die mit einer einzigen Turbine (26) mittels eines Geschwindigkeitsreduzierers (27) und einer Bremse (34) verbunden ist, die durch den Rechner des Motors gesteuert wird. Die Schrittweite der Schnecke (32) ist derart, dass der mechanische Antrieb reversibel ist. Die Montagerichtung der Turbine (26) ermöglicht es, den Kompressionsgrad anwachsen zu lassen. Die Schübe der Pleuelstangen auf die Exzentriken motorisieren die Verminderung des Kompressionsgrads. Die Bremse (34) ermöglicht es, die Modifikationsrichtung des Kompressionsgrads zu regeln oder diese Modifikation zu stoppen. Die in diesem Absatz beschriebene Konstruktion ist in den 2, 3, 6 und 7 veranschaulicht.
Der Mechanismus zur Modifikation des Kompressionsgrads, der in der 9 dargestellt ist, wird durch einen hydraulischen Arbeitszylinder (93) angetrieben. Dieser hydraulische Arkeitszylinder wird durch Kanäle (55) und (56) gespeist. Er ist mit einem Schieber (28) über eine Stange (92) verbunden.
Die 4 und 5 stellen eine andere Art dar, die Erfindung auszuführen. Für jede Exzentrik (8),(8a),(8b), angeordnet zwischen einem Pleuelstangenfuß (6) und der Nabe (5), die der Hauptkurbelwelle (4) entspricht, ist eine Stange (35) fest mit der Exzentrik (8) verbunden und gleitet in dem gelagerten Stück (30), geführt auf dem Drehpunkt (29). Die Drehpunkt (29) bilden Naben einer Orientierungs-Kurbelwelle. Diese Orientierungs-Kurbelwelle ist aus Drehpunkten (29) gebildet, wobei Hebel (41) die Drehpunkte (29) ein den Zapfen (42) verbinden, die dieser Orientierungs-Kurbelwelle entsprechen. Diese Orientierungs-Kurbelwelle wird in Lagern (43) geführt, deren feste Teile auf dem Gehäuse (24) fixiert sind. Die Orientierungs-Kurbelwelle ist in Rotation mit der Hauptkurbelwelle (4) mit einem nicht dargestellten Zahnriemen und zwei Rollen (53) und (57) desselben Durchmessers und mit einer Anzahl von Zähnen verbunden. Die Winkelpositionierung der Orientierungs-Kurbelwelle im Verhältnis zur Hauptkurbelwelle (4) ist während des Betriebs dank der variablen Versetzungsvorrichtung (54) modifizierbar. Die variable Versetzungsvorrichtung (54) wird per Hydraulik eingestellt; sie ist mit Hydraulikfluid durch die Kanäle (55) und (56) gespeist.
Der hydraulische Arbeitszylinder (93) oder die variable Positionierungsvorrichtung (54) können durch eine Hydraulikpumpe, nicht in den Figuren dargestellt, versorgt werden.
Eine andere Art, um den Hydraulikarbeitszylinder (93) oder die variable Positionierungsvorrichtung (54) mit Druckflüssigkeit zu versorgen, ist in der 10 dargestellt. Ein Gas-Arbeitszylinder (103) wirkt auf einen Druckbeaufschlager (106). Die Eingangskanäle (100a) und (100b) der Kammern (102a),(102b) des Gas-Arbeitszylinders (103) sind durch Ventile (101a),(101b) gesteuert und an Auspuffgas gespeist. Die Auspuffkanäle (105a),(105b) werden durch Ventile (104a),(104b) versorgt und sind mit der freien Luft verbunden. Jede der beiden Kammern (107a),(107b) des Druck-Arbeitszylinders (106) ist mit einer Hydraulik-Kanalisation (55) oder (56) zur Versorgung des hydraulischen Arbeitszylinders (93)-oder der variablen Positionierungsvorrichtung (54) durch zwei parallele Zweige verbunden, von denen der eine mit einem Ventil (108c),(108b) und der andere mit einem Ventil (108a),(108d) und einer Anti-Rücklaufklappe (109a),(109b) ausgerüstet ist. Die Anti-Rücklaufklappe (109a),(109b) stoppt den Hydraulik-Flüssigkeitsstrom in dem entsprechenden Zweig zum Druck-Arbeitszylinder (106), wenn eines der Ventile (108c) oder (108b), das nicht in Reihe mit der Anti-Rücklaufklappe (109a),(109b) steht, geschlossen wird, während die drei anderen Hydraulik-Ventile offen sind, ist so die einzig mögliche Bewegung des Kolbens des Druckbeaufschlagers die Bewegung, die das Volumen der Kammer (107a),(107b) vermindert, die mit dem geschlossenen Ventil (108c) oder (108a) verbunden ist. Diese Montage ermöglicht daher gleichzeitig, leicht die Modifikationsrichtung des Kompressionsgrads zu regeln und die Auspuffgase zu verwenden.
Gemäß einem anderen Merkmal sind die beiden Kammern (107a),(107b) des Druckbeaufschlagers (106) auch mit einem Hydraulikreservoir über zwei Anti-Rücklaufklappen (109c),(109d) verbunden. Die Montagerichtung dieser beiden Anti-Rücklaufklappen (109c), (109d) ermöglicht lediglich den Durchgang von Flüssigkeit von dem Hydraulikreservoir ab zum Druckbeaufschlager (106) hin. Diese Montage ermöglicht es, den Druckbeaufschlager im Fall eines Entweichens an der Kapazitätsgrenze der Ölreserve zu füllen.
Gemäß einer anderen Konstruktionsvariante der Anordnung, die aus einem Gas-Arbeitszylinder (103) und einem Druck-Arbeitszylinder (106) besteht, sind die Ausgangskanäle (105a),(105b) des Gas-Arbeitzylinders (103) verbunden mit der Ansaugung des Motors (20). Diese Variante ist nicht in den Figuren dargestellt.
Die Exzentriken (8),(8a),(8b) sind in zwei Halbschalen (121) und (122) ausgebildet. Diese Konstruktion, dargestellt in den 11 bis 14, erleichtert die Montage.
Die 11 bis 12 stellen die feste Verbindung zwischen der Stange (35) und der Exzentrik (8),(8a),(8b) dar. Diese feste Verbindung zwischen der Stange (35) und der Exzentrik (8),(8a),(8b) umfasst eine Platte (52), einen oder mehrere Finger (90) und einen oder mehrere Seitenteile (50). Die Platte (52) bildet ein Zwischenstück zwischen der Stange (35) und dem oder den Fingern (90). Der oder die Finger (90) sind durch die Seitenteile (50) verlängert. Wenn diese Teile an dem Motor (20) angebracht sind, sind der oder die Finger (90) außerhalb des Umkreises des Pleuelstangenkopfs und mit der Platte (52) verbunden, während der oder die Anschläge (50) partiell oder vollständig in der Dicke des Pleuelstangenfußes (6) oder des Pleuelstangenkopfs integriert ist und verbunden mit den Exzentriken (8),(8a),(8b).
Gemäß der bevorzugten Befestigung der Stange (35) an der Exzentrik (8),(8a),(8b) oder den Fingern (90) fest an den Seitenteilen (50) sind alle zu dem Halbraum hingerichtet, der durch eine fest mit der Exzentrik (8),(8a),(8b) verbundenen Ebene (110) definiert ist, wobei diese Ebene die Achse (120) des Innendurchmessers der Exzentrik (8),(8a),(8b) enthält. Dieser Halbraum ist in der 11 durch das Rechteck (111) symbolisiert. Die Achse (120) des Innendurchmessers der Exzentrik (8),(8a),(8b) ist mit der Achse der Nabe (5) der Hauptkurbelwelle (4) verschmolzen, wenn diese Teile an dem Motor (20) angebracht sind.
Die 12 bis 14 stellen mehrere Arten dar, die Verbindung zwischen den beiden gekoppelten Exzentriken (8),(8a),(8b) und der Stange (35) zu konstruieren. In der 12 trennen die Seitenteile (50) zwei Exzentriken (8a),(8b). In den 13 und 14 sind die beiden Seitenteile (50) in nicht demontierbarer Weise auf der Halbschale (122) fixiert; die der Stange (35) am nächsten ist. Die beiden Seitenteile (50) sind beiderseits der durch die beiden gekoppelten Exzentriken (8a),(8b) gebildeten Anordnung angeordnet. Die Halbschale (121) ist auf der Halbschale (122) durch Fixierungsschnecken (130) fixiert.
Gewerbliche Anwendungsmöglichkeiten
Diese Erfindung ist auf Motoren und auf Kompressoren mit wechselnd durch eine Kurbelwelle angetriebenen Kolben anwendbar, deren Brennkammern oder deren Kompressionskammern entweder in Reihe oder gegenüber oder in V-Form oder gemäß mehreren Vs angeordnet sind.

Claims

Vorrichtung zum Modifizieren des Kompressionsgrads eines Verbrennungsmotors, der eine durch einen Zylinderkopf (21, 21a, 21b), einen Zylinder (23, 23a, 23b) und einen Kolben (22, 22a, 22b) bei wechselnder Bewegung begrenzte Brennkammer umfasst, wobei der Kolben mit einer Pleuelstange (6, 6a, 6b) verbunden ist, die mit einer Kurbelwelle (4) verbunden ist, die eine Exzentrik (8, 8a, 8b) zwischen dem Fuß der Pleuelstange und der Nabe (5) dieser Kurbelwelle eingefügt aufweist, wobei die Exzentrik mit der Rotation an einem Ende einer Stange (35) verbunden ist, die winkelbeweglich ist und mit einem Teil (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (30) auf einer Achse (29) ausschwenkt, welche durch Bewegungsmittel (28; 39; 41, 42) getragen wird, die es ermöglichen, den Positionierwinkel der Exzentrik zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (30) Mittel zum Verschieben der Stange (35) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel einen Schieber (28) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel einen Schwinghebel (39) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel eine Kurbelwelle zur Schwenkung (41, 42) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Stellglied (26, 54, 81, 93, 103, 106) der Bewegungsmittel (28; 39; 41, 42) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied eine Turbine (26, 81) ist, die durch Auspuffgase des Motors gespeist wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein hydraulischer Arbeitszylinder (93, 106) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasarbeitszylinder (103) auf den hydraulischen Arbeitszylinder (106) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied eine variable Positioniervorrichtung (54) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (26, 81) eine Schnecke (32) steuert, die mit den Bewegungsmitteln (28, 39) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrik (8) zwei Exzentriken (8a, 8b) umfasst, die miteinander mit einem Neigungswinkel fest verbunden sind und in Rotation mit einer selben Stange (35) verbunden sind.