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DE3521626A1 - Mit rueckschub-verdichtungs-regelung betriebene brennkraftmaschine - Google Patents

Mit rueckschub-verdichtungs-regelung betriebene brennkraftmaschine

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DE3521626A1
DE3521626A1 DE19853521626 DE3521626A DE3521626A1 DE 3521626 A1 DE3521626 A1 DE 3521626A1 DE 19853521626 DE19853521626 DE 19853521626 DE 3521626 A DE3521626 A DE 3521626A DE 3521626 A1 DE3521626 A1 DE 3521626A1
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Germany
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lever
inlet
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valve
crankshaft
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Reinhard R. 3180 Wolfsburg Gospodar
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

Reinhard R. Gospodar den 11.06.1985
Eichelkamp %
3180 Wolfsburg 1
Mit Rückschub-Verdichtungs-Regelung betriebene Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine betriebssichere, in der Herstellung relativ einfache Ausführung einer Rückschub-Verdichtungs-Regelung für Ottomotoren. Diese Regelung ist bereits seit längerem bekannt; z.B. HAUSSR G. "Teillastverfahren für Verbrennungsmotoren" Kraftfahrtechnik 1955 (DDR) Nr. k S. 98 bis 1oif.
Diese Regelung erzielt im Teillastgebiet Kraftstoffersparnisse bis zu 30%, aber eine für die kommerzielle Verwertung brauchbare Konstruktion wurde bisher nicht gefunden. Die Regelung wird neuerdings auch dadurch interessant, daß sie - im Gegensatz zu den ebenfalls verbrauchsabsenkenden Schichtlademotoren - rait\ = 1 Werten arbeiten kann und damit den Einsatz von 3 Weg-Katalysatoren und "X-Sonden ermöglicht. Die im niedrigen Teillastgebiet fast geschlossene Drosselklappe erzeugt einen hohen Widerstand beim Gaswechsel und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch. )*
)* Die Erfindung hat zwar das Ziel mit der Rückschub-Verdichtungs-Regelung den bestmöglichen Teillastverbrauch für Ottomotoren zu erreichen, doch können alle Ausführungen der erfindungsgemäßen Verdichtungsregulierung auch mit der Drosselregelung kombiniert werden, wobei allerdings nur etwa 153^ als Verbrauchsminderung zu erreichen sind.
Die Rückschub-Regelung - welche durch sehr spaten Einlaßschluß den größeren Teil des Kraftstoff-Luft-Gemischs in ein vergrößertes Ansaugrohr zurückschiebt - vermeidet diesen Widerstand zwar, der noch verbleibende geringe Kompressionsweg des Kolbens führt zu einem zu niedrigen Kompressions-Enddruck und damit wieder zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch.
Nur die Kombination von variablen Einlaßschluß und variabler Verdichtung führt bei Ottomotoren imn iedrigen Teillastgebiet zu dieselähnlichen Kraftstoffverbräuchen.
Dieses Teillastgebiet wird bei Kraftfahrzeug-Motoren durch die heutigen hohen Verkehrsdichten immer häufiger genutzt. In der Zeitschrift Kraftfahrtechnik 1955 Nr 5 S. 139 werden als Ergebnis von Patent-Recherchen folgende Möglichkeiten angegeben:
1 Zylinderlängsverschiebung
2 Zylinderschwenkung
3 Exentrische Lagerung der Kurbelwelle
k Doppelkolben-Anordhung mit kontinuierlich mitschwingenden Verstellkolben
5 Ruhender Verstellkolben im Zylinderkopf
6 Ruhender Verstellkolben im Arbeitskolben
7 Veränderlicher Kolbenhub mit exzentrischer Pleuellagerung.
Alle diese Möglichkeiten befriedigten offenbar nicht, denn bis heute wurde von keinem serienfähigen Motor mit variabler Verdichtung berichtet,(obwohl die Verdichtungserhöhung bei Teillast auch mit der Drosselregelung gewisse Vorteile im Kraftstoffverbrauch ergibt).
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch einen einarmigen Hebel auf den die Pleuelstange einer normalen Kurbelwelle wirkt, (evtl. ist auch eine Exzenterwelle möglich).
Die Funktionsweise dieses Kurbeltriebs mit Ubertragungshebel ist folgendermaßen ( siehe Bild 1 ):
Die Gaskraft (Fg) wirkt vom Kolben (1) ausgehend über den Kolbenbolzen (A) auf die Kolbenstange (2) und über das Lager (B) auf den Ubertragungshebel (3).
Dieser Hebel (3) ist über das Lager (C) mit dein Kur be Tge na use verbunden.
An dem Hebel (3) ist außerdem mit Lager (D) der normale Kurbeltrieb mit der Pleuelstange (k) an das Pleuellager (E) der Kurbelwelle (5) angekoppelt.
Die Anlenkung der Pleuelstange (if) mit dem Lager (D) an den Ubertragungshebel (D) kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen:
1.1 Zwischen Lager (B) und (C)
(Hierbei ergeben sich gegenüber dem Kolbenstangenweg kleinere Pleuelstangenwege -bei größeren Pleuelstangenkräften-)
1.2 Bei über Lager (B) hinaus verlängertem Hebel mit größerem Hebelarm als die Kolbenstange (2).
(Hierbei ergeben sich größere Pleuelstangenwege -bei kleinerem Pleuelstangenkräften-).
Die Verstellung der Verbrennungsraumgröße - wobei eine Veränderung des Verbrennungsraumes um etwa ψΌ des Zylinderhubraumes angestrebt wird - geschieht folgendermaßen ( siehe Bild 2 ):
2.1 Durch Verschiebung des Anlenkpunktes (0,1 der Pleuelstange (k) am Übertragungshebel (3) in einem Langloch. Dabei wird neben dem Hebel (3) ein Hilfshe bei (3a) ohne Langloch angeordnet. Die Verstellung erfolgt indem der Drehpunkt (Ca) des Hilfshebels (3a) senkrechtjzur Zylinderachse verschoben wird. Da der Hebel (3) im Lager (Da) drehbar ist, kann zur Verstellung eine Exzenterwelle Verwendung finden, die bis 18O° verdreht wird.
2.2 Verschiebung des Anlenkpunktes (3) der Kolbenstange (2) im Langloch des Hebels (3). Die Verstellung erfolgt hierbei analog zu 2.1
An den angegebenen Verstellpunkten können mechanische oder hydraulische Verstellglieder die beabsichtigte Kompressionsraumverstellung herbei führen, wobei Verstellmotoren oder Verstellzylinder ortsfest angeordnet werden.
Für die Ausführungen nach Punkt 2.1 und 2.2 sind jedoch auch oszillierende Verstellzylinder im Hebel (3) denkbar, die ihre Ölversorgung über Lagerpunkt (C) erhalten.
)oder annähernd senkrecht
COPY
2.3 Durch direktes Verschieben des Anlenkpunktes (C) am Kurbelgehäuse parallel zur Zylinderachse (kein Hilfshebei) Die Verschiebung des Anlenkpunktes (C) kann geradli nig aber auch auf gekrümmten Bahnen ( z.3. Exzenterwelle ) erfolgen, weil Kolbenstange wie Pleuel ein seitliches Ausweichen zulassen.
Bei den Ausführungen nach 2.1 und 2.2 verändert sich bei der Verstellung der Verbrennungsraumgröße etwas der Hubraum des Motors, während er bei 2.3 nahezu konstant bleibt. 3ei 2.3 muß der Pleuelhub vom Kolbenstangenhub wesentlich abweichen, um eine Verstellung mit brauchbaren Betätigungsweg zu ermöglichen, während bei 2.1 und 2.2 auch eine Verstellung möglich ist, wenn in einem Verstellpunkt des Verstellbereichs Pleuelhub und Kolbenstangenhub gleich sind. Hierbei sind ( bei versetzter Anordnung ) die Lagerachsen von (3) u. (D)in einer Linie.
Durch Anordnung eines Schlitzes für den 'Jbertragungshebel (3) im unteren Teil des Zylinders kann die 3auhöhe des Motors verkleinert werden.
Um die Anzahl der Verstelleinrichtungen sowie Kurbelkröpfungen und Pleuel zu vermindern, ist es vorteilhaft die Übertragungshebel zweier benachbarter Zylinder zu kombinieren (siehe Bild 3): Damit entfallen:
1 Hauptlager; 1 Kurbelwellenkröpfung; 1 Pleuellager;
1 Pleuelstange sowie 1 Verstelleinrichtung.
Dabei kann die desachsierte Kurbelwelle mit Gegengewichten versehen und mit nur einer entgegengesetzt laufenden Zusatzwelle annähernd ein Lanchesterausgleich 1. Ordnung erreicht werden.
2 solcher Zylinderpaare mit insgesamt 2 Kurbelwellenkröpfungen ( ISO versetzt ) ergeben einen ifZylindermotor.
3 solcher Zylinderpaare mit 3 KurbelwellenkrÖpfungen ( 120 versetzt ) ergeben einen SZylindermotor.
COPY
-■8- /
J J ._ ι C λ D Der erfindungsgemäße Motor mit Rückschubverdichtungsregelung hat 2 Einlaßventile und 1 Auslaßventil (ein 2. Auslaßventil ist dabei möglich ).
Die Steuerung des Rückschubs kann hierbei auf zwei Arten erfolgen: 3.1 1.Einlaßventil und das Auslaßventil haben normale Steuerzeiten und werden von der gleichen Nockenwelle gesteuert. Das 2. Einlaßventil - welches die gleiche Ventilerhebungskurve wie das 1. haben kann - hat bei './ollSifebenfan s gleiche oder nahezu gleiche Steuerzeiten wie das 1. Einlaßventil, wird aber von einer zusätzlichen Nockenwelle betätigt.
Diese Nockenwelle wird mit Zah nriemen oder Kette angetrieben.
Im ziehenden Trum dieses Nockenantriebs befindet sich eine gesteuerte Spannrolle und im Leertrum gleichzeitig eine federbelastete Spannrolle.
3ei Vollast bewirkt die gesteuerte Spannrolle eine ergebliche Auslenkung des ziehenden Trums, den die federbelastete Spannrolle im Leertrura ausgleicht. 3ei niedriger Teillast ist diese Auslenkung im ziehenden Tl" u ft! gering oder gänzlich auf gehoben ,während die federbelastete Spannrolle eine erhebliche Auslenkung des Leertrums bewirkt.
Hierbei wäden also Einlaßöffnung und Einlaßschluß des 2. Einlaßventils auf Spät verschoben, wobei der verspätete Einlaßschluß den Rückschub bewirkt. ( Die verspätete Einlaßöffnung des 2. Einlaßventils ist ohne Bedeutung, da ja das I.Einlaßventil weiter normal öffnet.
Die beiden Spannrollen legen beim Verstellen unterschiedliche .Vege zurück. Im Bedarfsfall kann jedoch über eine Kurvenscheibe oder ähnlichem eine formschlüssig oder halbfornischlüssige Kupplung beider Spannrollen erreicht werden.
3.2. Hierbei werden die Nocken der beiden Einlaßventile nicht gegeneinander verstellt, sondern der Nocken des 2. Einlaßventile 3 weist einen Versatzwinkel von ungefähr oO° N'.V
bezogen auf den 1. Einlaßnocken, auf.
COPY
-ir.-:, a.
352Ί626
Die Regelung des 2. Sinlaßventiles erfolgt hierbei durch Verkleinerung des Ventilhubes mittels variabler Kipphebel-'Jbersetzung. 3ei dieser Methode entspricht z. B. eine Kipphebel-Übersetzung von 30 zu 30 am (voller Ventilhub) einer niedrigen Teillaststellung, während bei Vollast ein Verhältnis von 60 zu 0 mm eingestellt wird, welches ein geschlossenes 2. Einlaßventil bedeutet.
Somit ist es erforderlich die Kipphebelachse in einem Langloch um ca. 30 mm zu verschieben, wobei durch Führungsschienen die korrekte Lage des Kipphebels zum Ventil gewährleistet wird.
Der übergang von niedriger Teillast zur Vollast erfolgt hierbei durch eine Verringerung des Ventilhubes, der eine kleinere Rückschubmenge zur Folge hat.
- Leerseite

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    M ) Viotor mit variabler Verbrennungsraumgröße, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Kolben (1) eine bewegliche Kolbenstange (2) befindet, welche mit einem Ubertragungshebel (3) mit Lager (C) am Kurbelgehäuse angelenkt ist und an diesem Hebel (3) ein normaler Kurbeltrieb mit Pleuelstange (k) und Kurbel (5) angeschlossen wird,tfobei der Anlenkpunkt des Kurbeltriebs sowohl mit größerem, wie auch mit kleinerem Hebelarm als der Hebelarm der Kolbenstange ausgeführt werden kann.
    Als Sonderfall bei bestimmten Betriebspunkten sind auch gleich große Hebela .rme möglich.
  2. 2) Motor nach Anspruch (1) bei dem die Verstellung der Verbrennungsraumgröße durch Verschiebung des Anlenkpunktes des Kurbeltriebs (D) am Ubertragungshebel (3) erfolgt.
    3) Motor nach Anspruch (1) bei dem die Verstellung der Verbrennungsraumgröße durch Verschiebung des Anlenkpunktes (B) der Kolbenstange am Ubertragungshebel C3) erfolgt.
    if) Motor nach Anspruch (1) bis (3) bei dem ein Hilfshebel (3a) der sich neben dem Ubertragungshebel (3) befindet die Anlenkpunkte von Kurbeltrieb (D) oder von der Kolbenstange (B) in einem Langloch verschiebt.Dies wird durch eine Verschiebung des Drehpunktes des Hilfshebels (Ca) am Kurbelgehäuse erreicht.
    5) Motor nach Anspruch (1) bis (k) bei dem ein Gleitstein
    ( evtl. 2 ) im Langloch zur Erzielung brauchbarer Gleitbahndrücke angeordnet wird.
    6) Motor nach Anspruch (1); (2) u. (3) bei dem sich im übötragungshebel (3) ein hydraulisches^Verstellglied befindet,dessen ölzufuhr und Ölabfuhr über den Drehzapfen des Ubertragungshebeis (3) am Kurbelgehäuse erfolgt.
    ) Eventuell doppelwirkend
    7) Motor nach Anspruch Τ·> berL den·"d*e" Verstellung durch eine Q-, zur Zylinderachse parallele Verschiebung des Anlenkp.unktes ^ (C) des Ubertragungshebels (3) am Kurbelgehäuse erfolgt.
    r— Es sind auch gekrümmte Bewegungskurven möglich, wenn sie in
    !_ der entsprechenden Richtung erfolgen.
    8) Motor nach den vorhergehenden Ansprüchen bei denen zwei
    benachbarte Zylinder ab Ubertragungshebel zusammengefaßt werden, sodaß sie zu einer bei jeder Kurbelwellenumdrehung zündenden Kombination (Viertakt) mit nur einer Kurbelwellenkröpfung und einer Pleuelstange werden.
    9) Motor nach Anspruch 8) bei dem die gegenüber der Zylindermitte desachsierte Kurbelwelle 'Gegengewichten versehen wird, welche in Verbindung mit einer entgegengesetzt laufenden Zusatzwelle annähernd einen Lanch^sterausgleich 1. Ordnung ereichen.
    10) Motor nach den Ansprüchen 8) und 9) bei dem zwei dieser Zylinderpaare mit zwei Kurbelwellenkröpfungen einen Vierzylindermotor und drei Zylinderpaare mit drei Kröpfungen einen Sechszylindermotor ergeben.
    11) Motor nach den Ansprüchen 8; bis 10), bei dem die Gegengewichtspaare symmetrisch gegeneinander versetzt sind, sodaß der '.Vellehabstand kleiner als der zweifache Ausgleichsgewichtradius ausgeführt werden kann.
    12) Motor nach den Ansprüchen 1) bis 11), bei dem an Lager-buchse oder -aufnahme des Anlenkpunktes (C) ein Sensor für eine Lagerkraftmessung angebracht wird. Bei zu großen Kräften wird mit einer entsprechenden Vorrichtung zum Verstellmotor der Verbrennungsraum vergrößert.
    13) Motor mit Rückschub-Verdichtungsregelung mit 2 Einlaßventilen, bei dem das 1. Ventil mit normalen Steuerzeiten arbeitet, während beim 2. Einlaßventil eine zusätzliche im Betrieb verstellbare Nockenwelle den Einlaßschluß (und zwangsläufig Einlaßöffnung) zwecks Leistungsregelung verändert.
    COPY
    Rückschub- Verdichtungs-Motor nach Anspruch 12 bei dem diese zusätzliche Nockenwelle mit Zahnriemen oder Kette angetrieben wird, in deren Lasttrum eine gesteuerte Spannrolle angeordnet ist, welche eine entsprechende Auslenkung des Lasttrums und damit eine Vorverlegung des Einlaßschlusses bewirkt. Lasttrum voll ausgelenkt = Vollast Lasttrum ohne Auslenkung = niedrige Teillast Im Leertrum hält dabei eine feder- oder öldruck-belastete Spannrolle die Riemenspannung aufrecht.
    15) Rückschub-Verdichtungs-Motor nach Anspruch 12 und ]J bei dem durch Verbindung beider Spannrollen über Kurvenscheiben oder Kurvennuten stets eine korrekte Riemen= oder Kettenspannung aufrecht erhalten wird.
    16) Rückschub-Verdichtungs-Motor mit 2 Einlaßventilen , bei dem das 1. Ventil mit normalen Steuerzeiten arbeitet, während das 2. Einlaßventil mit einem Nocken (auf derselben Welle) mit ungefähr um 60 ° Nockenwellenwinkel (12o° Kurbelwellenwinkel) zurückversetzten Einlaßschluß arbeitet und damit den größten Teil der Zylinderladung in das Saugrohr zurückschiebt. IJm hierbei die Motorleistung zu vergrößern wird der Ventilhub des 2. Einlaßventils verkleinert und bei Vollast bleibt dieses Ventil geschlossen.
    17) Rückschub-Verdichtungs-Motor bei dem vom Zweitakt-Motor bekannte automatische Ventile am Saugrohreintritt ein unbeabsichtigtes Zurückschieben des Kraftstoff-Luftgemischs in die Atmosphäre verhindern.
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