DE1451962A1 - Zweitakt-Brennkraftmaschine und Kolben fuer diese - Google Patents

Description

The British Internal Combustion Engine Research Institute limited

1 6. Sep. 1968

Zweitaicb-Brennkraftmaschine und Kolben für diese (Zusatz zu Patent 1 256 941)

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen und Kolben für diese und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsraums im Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine zwecks Erhöhung des Wirkungsgrads dieser Maschine.

Das Hauptpatent 1 256 941 betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, mit einem zweiteiligen Kolben, dessen zwei Kolbenteile ^QgSSfiEEJqiSee^^ axial relativ zueinander innerhalb eines begrenzten maximalen Bereichs in Abhängigkeit von einem vorbestimmten, bei jedem Kolbenspiel einzuhaltenden, maximalen Verbrennungsraumdruck unter entsprechender Veränderung des Verbrennungsramvolumens (und damit des Kompressionsverhältnisses) bewegbar sind, wobei der eine Kolbenteil mindestens einen Teil der Kolbenoberseite bildet und der andere Kolbenteil mit der Antriebswelle in Verbindung steht und zwischen den beiden Kolbenteilen eine

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N e*4.e ' Jnterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Xnderungsge«. v. 4. ff. 19$3I

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volumenveränderliche Kammer vorgesehen ist, die über eine in dem mit der Antriebswelle verbundenen Kolbenteil liegende leitung zur Zufuhr von Flüssigkeit von der Verbindung zur Antriebswelle verbunden ist und über eine weitere Leitung und ein darin vorgesehenes, bei Überschreitung des maximalen Verbrennungsraumdrucks öffnendes Auslaß-Rückschlagventil zur unteren Außenseite dieses Kolbenteils in Verbindung steht.

Ein weiteres Merkmal der im Hauptpatent beschriebenen und beanspruchten Erfindung besteht darin, daß der durch die Verzögerung der in der Verbindungs- bzw«, Pleuelstange befindlichen Ölsäule etwa am oberen Totpunkt erzeugte Druck in Verbindung mit dem normalen Schmieröldruck zum Aufladen eines kleinen» a.us einem Zylinder und einem federbelasteten Kolben "bestehenden Öl Speichers-aus genutzt werden kann» Im weiteren Verlauf des Arbeitstakts, wenn sich der Maschinenkolben über den unteren Teil seines Hubs bewegt und der in der zwischen den inneren und äußeren Hauptabschnitten des Kolbens festgelegten Hydrauiikkammer herrschende Druck niedrig ist, drängt die Feder das öl aus dem Speicher heraus in die Hydraulikkammer, so daß bei jedem Arbeitstakt eine kleine Bewegung des äußeren Kolbenteils relativ zum inneren Teil erfolgt und hierdurch der Abstand zwischen dem Kolbenboden und dem inneren Kolbenteil vergrößert wird»

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In Weiterentwicklung dieses Grundgedankens wird diese Bewegung erfindungsgemäß in Richtung auf eine Verkleinerung des Verdichtungsraums durch den Druck eines mit Hilfe einer mechanischen Pumpe zugeführten Fluidums hervorgebracht.

Die erfindungsgemäße lösung "besteht bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine der im Hauptpatent beschriebenen Art insbesondere darin, daß zur Hervorbringung der axialen Relativbewegung und Vergrößerung des Abstands der beiden Kolbenteile voneinander in einem von diesen eine Pumpe zur Förderung einer jeweils vorbestimmten Flüssigkeitsmenge vorgesehen ist, deren Eingangsseite über ein Ansaug-Rückschlagventil mit der Flüssigkeits-Zufuhrleitung und deren Ausgangsseite über ein Abgabe-Rückschlagventil zur Kammer verbunden ist, und dass eine diese Pumpe bei Annäherung gegen den unteren Kolbentotpunkt betätigende Vorrichtung vorgesehen ist.'

In den Zeichnungen sind zwei beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Brennkraftmaschinenkolben mit den Merkmalen der Erfindung,

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Mg. 2 einen Teilschnitt durch, den Kolben gemäß Fig. 1 mit in einer anderen Stellung "befindlicher Pleuelstange,

Mg. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Mg. 4 einen Längsschnitt durch die Pumpe der Ausführungsform der Erfindung gemäß Mg. 3, in vergrößertem Maßstab,

Mg. 5 und 6 den Pig. 3 bsw. 4 ähnelnde Ansichten abgewandelter Kolben- und Pumpenanordnungen und

Mg. 7 einen Schnitt durch einen Kolben mit aus zwei Teilen bestehendem Kolbenboden.

Gemäß Mg. 1, in welcher eine für eine Hohlkolben-Brennkraftmaschine geeignete Anordnung dargestellt ist, ist ein Abschnitt 1, 2 der Außenfläche des dünnen Endes einer Pleuelstange 3 so ausgebildet, daß sie als Kurvenfläche dient, welche beim Verschwenken der Pleuelstange 3 einen Kolbenstößel 4 verdrängt. Wenn die Pleuelstange während des Arbeitshubs des Kolbens das Ende ihrer entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufenden Be?#egungsbahn erreicht hat, erfolgt

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die Berührung mit dem Kolbenstößel 4 gemäß Mg. 1 bei 1. Nach, "beendetem Arbeitshub und zu Beginn des Verdichtungshubs verschwenlct sich die Pleuelstange im Uhrzeigersinn, wobei der Kolbenstößel 4 durch die Abwälzwirkung des Abschnitts 1_f 2 gemäß Pig. 2 nach links gegen eine Rückstellfeder 5 verlagert wird und dabei Schmieröl über ein Einweg- bzw. Rückschlag-Auslaßventil 6 in eine Hydraulikkammer 7 pumpt.

Während des restlichen !Teils des Arbeitstakts der Brennkraftmaschine verschwenkt sich die Pleuelstange entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei der Kolbenstößel 4 durch die Rückstellfeder 5 nach rechts verlagert wird. Dabei öffnet sich ein Einweg- bzw. Rückschlag-Einlaßventil 8 und läßt über einen Zufuhrkanal 9 in der Pleuelstange über ein Fußventil 10 eintretendes Schmieröl in den Raum hinter dem Kolbenstößel eintreten, welcher durch das öl gefüllt wird.

Das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine wird beim Verdiohtungs- und beim Arbeitshub in erster Linie in Abhängigkeit vom höchsten auf den Kolben einwirkenden aasdruck geändert, so daß unter allen Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine die höchstzulässigen Verdichtungs- und Ausdehnungsverhältnisse erzielt werden. Durchmesser und Hub des Kolbenstößels sind so ausgewählt* daß eine Bewegung

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von etwa 0,01 - 0,02 mm des äußeren KoIbenteils relativ zum inneren Kolbenteil hervorgebracht wird, um eine Verkleinerung des Verdichtungsraums zu bewirken. Palis diese Wirkung keinen den vorbestimmten Maximalwert übersteigenden maximalen Zylinder- bzw. Verbrennungsdruck hervorruft, werden die genannten kleinen Bewegungen bei jedem Kolbenhub fortgesetzt, bis dieser Maximalwert vorübergehend um einen geringen Betrag überschritten wird. Sobald dies der Fall ist, wird eine Auslaßventilanordnung 11 betätigt, die eine entsprechend kleine Ölmenge abläßt. Bei mit konstanter leistung arbeitender Maschine bewegt sich somit der äußere Kolbenteil bei jedem Arbeitstakt um ein kleines Stück relativ zum inneren Teil aufwärts und abwärts.

Die zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses dienenden fortgesetzten Bewegungen erfolgen, wenn die leistungsabgabe der Brennkraftmaschine verringert werden soll und der maximale Zylinder- bzw. Verbrennungsdruck anderenfalls unter den vorbestimmten Maximalwert fallen würde. Hierbei besteht keine Notwendigkeit für eine plötzliche Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses, da einige wenige Arbeitstakte bei niedrigerem als dem maximalen Yerbrennungsdruck keine nachteiligen Folgen haben. Wenn jedoch die Maschinenleistung erhöht wird, wobei der maximale Verbreiaiungsdruck

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plötzlich ansteigen und der Maschine Schaden zufügen würde, ist eine schnelle Verminderung des Verdichtungsverhältnisses erforderlich. Die Auslaßventilanordnung 11 ist daher so ausgebildet, daß unter diesen Bedingungen eine große AuBlaßfläche freigegeben wird, welche ein schnelles Ausstoßen von öl aus der Kammer 7 ermöglicht, so daß der maximale Verbrennungsdruck den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

Beim Auftreten einer großen zyklischen Ausdehnung der Hydraulikkammer 7» beispielsweise beim langsamen Durchdrehen der Brennkraftmaschine von Hand oder mittels eines Motors, öffnen sich beide Ventile 6 und 8 und ermöglichen einen unmittelbaren ölfluß vom Zufuhrkanal 9 in die Hydraulikkammer 7, wobei letztere mit öl gefüllt gehalten wird.

In den Fig. 3 und 4 ist eine für eine Kreuzkopfmaschine geeignete Anordnung mit den Merkmalen der Erfindung veranschaulicht. Der Kolbenstößel 12 einer Pumpenanordnung 13 weist in diesem Fall nahe seinem oberen Ende ein Einwegebzw. Rückschlag-Einlaßventil 14 auf, während eine HülBe 15 an ihrem oberen Ende ein Einwege- bzw. Rückschlag-Auslaßventil 16 aufweist. Das Schmieröl wird über Kanäle 17 und 18 zur Unterseite des Einlaßventils 14 geleitet. .

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Wenn sich der Kolben der äußeren bzw. unteren Totpunkt st ellung nähert, kommt das vorstehende Ende des Kolbenstößels 12 in Anlage gegen einen feststehenden Anschlag 19 und der Kolbenstößel führt während der weiteren Bewegung in die Totpunktstellung seinen Förderhub relativ zur Hülse aus. Gewünschtenfalls kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, obwohl im vorliegenden Fall keine solche Feder dargestellt ist, da selbst dann, wenn der normale Schmieröldruck während der Beschleunigung des Kolbens aus der äußeren bzw. unteren Totpunktstellung durch die Trägheit der in der Pleuelstange befindlichen ölsäule überschritten wird, die Trägheitswirkung später den Schmieröl-Förderdruck unterstützt bzw. verstärkt, wenn sich die Kolbenbewegung bei der Annäherung an den inneren bzw. oberen Totpunkt verlangsamt, so daß der Kolbenstoßel in seine äußere Stellung gedrückt wird. Obgleich bei einer kleineren Hohlkolbenmaschine eine leder, wie diejenige gemäß Fig. 1, wünschenswert sein kann, um das Füllen der Pumpe beim langsamen Durchdrehen der Maschine in kaltem Zustand zu gewährleisten, sind Kreuzkopf maschinen normalerweise so groß, daß sie mit einer Einrichtung zur Gewährleistung eines ausreichenden Schmieröldruoks beim Anlassen ausgerüstet werden können.

Gemäß Fig. β kann die Pumpe beispielsweise auch in einem

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sieht "bewegenden Teil des Kreuzkopfs angeordnet und gemäß Pig. 5 über einen in der Pleuelstange 3 vorgesehenen Kanal 17 mit dem Kolben verbunden sein, wobei der feststehende Anschlag 19 entsprechend angeordnet ist. Der Austrag der Pumpe erfolgt hierbei in das untere Ende des über ein Rückschlagventil 16 in die Hydraulikkammer führenden Kanals 17· Die Seile gemäß den Pig. 5 und 6 arbeiten auf dieselbe Weise wie die ähnlich bezeichneten Teile gemäß den Pig. 3 und 4«

Bei der anstelle der Anordnung gemäß Pig. 5 anwendbaren Ausführungsform der Erfindung gemäß Pig. 7 wird wiederum die Pumpeneinrichtung gemäß Pig. 6 verwendet. Die Kolbenkrone bzw. der Kolbenboden besteht in diesem Pail aus zwei Teilen, d.h. ein innerer kolbenähnlicher Teil 21 ist längsverschieblich in eine im äußeren, napfartigen Teil 22 vorgesehene Zylinderausnehmung eingesetzt. Ein in eine Uut in der Wand des Außenteils 22 eingesetzter Ring 23 dient zur Begrenzung der Längs- bzw. Axialbewegung des Innenteils des Kolbens.

Die volumenveränderbare Kammer 7 ist zwischen den beiden Kolbenteilen ausgebildet. Der Kolben gemäß Pig. 7 arbeitet ähnlich wie die Anordnung gemäß den Pig. 5 und 6.

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Durch entsprechende Anpassung können die Kolben gemäß den Mg. 1 und 3, ähnlich wie die Konstruktion gemäß Mg. 7, mit zweiteiligem Kolbenboden ausgebildet werden.

Selbstverständlich soll die vorstehende Beschreibung in jeder Hinsicht nur beispielhaft sein, da zahlreiche Einzelheiten, in welchen die Erfindung verwirklicht ist, abgeändert werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine, mit einem zweiteiligen Kolben, dessen zwei Kolbenteile (gemäß Patent 1 256 941) axial relativ zueinander innerhalb eines begrenzten maximalen Bereichs in Abhängigkeit von einem vorbestimmten, bei jedem Kolbenspiel einzuhaltenden, maximalen Verbrennungsraumdruck unter entsprechender Veränderung des Verbrennungsraumvolumens (und damit des Kompreesionsverhältnisses) bewegbar sind, wobei der eine &olbenteil mindestens einen Seil der Kolbenoberseite bildet und der andere Kolbenteil mit der Antriebswelle in Verbindung steht und zwischen den beiden Kolbenteilen eine volumenyeränderliche Kammer vorgesehen ist, die Über eine in dem mit der Antriebswelle verbundenen Kolbenteil liegende Leitung zur Zufuhr von Flüssigkeit von der Verbindung zur Antriebswelle verbunden ist und über eine weitere Leitung und ein darin vorgesehenes, bei Überschreitung des maximalen Verbrennungsraumdrucks öffnendes Auslaß-Rückschlagventil zur unteren Außenseite dieses Kolbenteils in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hervorbringung der axialen Relativbewegung und Vergrößerung des Abstands

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SUO C/nferiagen (M-7§iAi*.2Nr. ISateSifcs Änderungsges. v. 4 9.196

der "beiden Kolbenteile voneinander in einem von diesen eine Pumpe (4 bzw. 12) zur Förderung einer jeweils vorbestimmten JFlüssigkeitsmenge vorgesehen ist, deren Eingangsseite über ein Ansaug-Rüclcschlagventil (8) mit der Flüssigkeits-Zufuhrleitung (9) und deren Ausgangsseite über ein Abgabe-Rückschlagventil (6) zur Kammer (7) verbunden ist, und dass eine diese Pumpe bei Annäherung gegen den unteren Kolbentotpunkt betätigende Vorrichtung vorgesehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Überdruckventil versehen ist, das einen ELuidumaustritt ermöglicht, wenn der in der Kammer herrschende Druck einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelbereich des Kolbenbodens durch einen zusätzlichen bzw. Hilfskolben gebildet wird, der sich relativ zum "ümfangsabschnitt des Kolbenbodens zu bewegen vermag.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mechanisch betätigte Pumpe innerhalb des Kolbens befindet und einen in einem Zylin-

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der angeordneten Kolbenstoß el aufweist und daß am oberen Ende der Yerbindungs- bzw. Pleuelstange ein kurvenartiges Glied vorgesehen ist, welches den Kolbenstößel in seinem Zylinder gegen die Wirkung einer leder verlagert, wenn sich die Pleuelstange am Ende des Arbeitshubs und zu Beginn des Verdichtungshubs des Kolbens von dessen einer Seite zur anderen verschwenkt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch betätigte Pumpe im Kolben angeordnet ist und einen in einem Zylinder geführten Kolbenstößel aufweist und daß an einem maschinenfesten Teil ein feststehender Anschlag vorgesehen ist, welcher mit dem Kolbenstößel der Pumpe in Berührung gelangt und den Kolbenstößel in seinem Zylinder verlagert, wenn sich der Kolben dem äußeren bzw. unteren Totpunkt nähert.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch betätigte Pumpe außerhalb des Kolbens angeordnet ist und einen in einem Zylinder geführten Kolbenstößel aufweist und daß ein Anschlag vorgesehen ist, welcher den Kolbenstößel bei der Annäherung des Kolbens an seinen äußeren bzw. unteren Totpunkt berührt und ihn in seinem Zylinder verlagert.

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7» Brennkraftmaschine naoh Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kreuzicopfmaschine ist und daß die Pumpe am Kreuzkopf und der Anschlag an einem ma« schinenfesten Teil "befestigt sind.

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