DE10225587A1 - Verbrennungsmotor mit vollvariablem Verdichtungsverhältnis und drosselfreier Laststeuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine, bei der das Verdichtungsverhältnis variabel, in Abhängigkeit von der Last, Drehzahl und Temperatur, eingestellt wird, bei der der Steuerantrieb durch einen Kettentrieb gebildet wird, der seinen Achsabstand selbsttätig einstellt, und die mit einem variablen Ventilhubsystem bzw. mit einer drosselfreien Laststeuerung betrieben wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine, bei der das Verdichtungsverhältnis variabel in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl eingestellt wird. Bei Ottomotoren wird üblicherweise ein festes Verdichtungsverhältnis gewählt, das im Wesentlichen durch die Klopfgrenze an der Volllast des Motors bestimmt wird. In der Teillast stellt sich dann entsprechend der Füllung der Zylinder ein deutlich niedrigeres Verdichtungsverhältnis ein. Mit diesem niedrigen Verdichtungsverhältnis sinkt der Wirkungsgrad in der Teillast. Wird das Verdichtungsverhältnis in der Teillast erhöht, bzw. entsprechend der Klopfgrenze eingestellt, wird der Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine reduziert.
• Nach 1 ist ein Verbrauchsvorteil z. B. bei einer Last von 1 bar um mehr als 10% realisierbar. Der realisierbare Kraftstoffverbrauch wird durch die Klopfgrenze und durch den Restgasgehalt begrenzt. Hoher Restgasgehalt verlangsamt die Verbrennung, erhöht die Temperatur nach der Verdichtung und erhöht damit auch die Klopfneigung, wenn man die Verdichtung in dem Bereich von 14 bis 20 erhöht. Zudem wird bei diesen Verdichtungsverhältnissen bei einem Ventiltrieb mit konstantem Ventilhub die Brennraumgeometrie extrem ungünstig, da zur Vermeidung einer Kollision zwischen Kolben und Einlassventil extrem tiefe Ventiltaschen in der Kolbenoberfläche notwendig sind. Wenn man den Ventilhub variabel gestaltet, wie z. B. im Patent mit der Anmelde-Nr. 126 226 56 ausgeführt, so kann im Teillastbereich eine Verdichtung von 14–20 bei reduzierten Ventilhüben eingestellt werden. Solche variablen Ventilhübe werden bei einer drosselfreien Laststeuerung in Verbindung mit einer Steuerzeitverstellung (NANOS, VVT) verbunden. Bei den oben genannten variablen Ventilhubsystemen wird zudem mit dem Ventilhub auch die Steuerzeit verstellt. Mit der Steuerzeitverstellung kann damit insbesondere auch der Restgasgehalt so verstellt werden, dass höhere Verdichtungsverhältnisse in der Teillast eingestellt werden können als bei Motoren mit konstantem Ventilhub.
• Die Verstellung des variablen Verdichtungsverhältnisses erfolgt nach 2 durch ein Verschieben der Zylindereinheit 1 gegen einen Grundrahmen 2. In der Nullstellung ist eine Verdichtung, z. B. von 10.0 eingerichtet. In dieser Stellung weist der Kolben gegenüber der Trennebene zur Zylinderkopfdichtung einen Unterstand von z. B. 4 mm auf. Der Zylinderkopf mit der Sauganlage und der Abgasanlage ist mit der Zylindereinheit fest verschraubt. Wird nun die Zylindereinheit gegenüber dem Grundrahmen angehoben, wird die Verdichtung entsprechend 3 verstellt. Die Zylindereinheit wird durch Keile oder durch einen Kulissenstein (4) hydraulisch oder durch ein Schraubgetriebe elektrisch verstellt. Die Verstellung wird von einem Wegsensor erfasst und über eine Steuereinheit innerhalb von 0,3 Sec. eingeregelt. Die Steuereinheit kann auch Bestandteil des Steuergerätes sein. Die Zylindereinheit 1 wird im Grundrahmen geführt. Wird die Zylindereinheit 1 gegenüber Grundrahmen 2 verschoben, muss der Steuerungsantrieb dem veränderten Abstand der Nockenwelle zur Kurbelwelle angepasst werden. Dies erfolgt bei dieser Endung durch einen selbsteinstellenden Kettentrieb (5).
• Der übliche Dreieckskettentrieb wird in 3 Kettentriebe aufgeteilt. Das Kettenrad 5 der Kurbelwelle bildet mit einem Doppelkettenrad 6 den Kettentrieb 1. Das Doppelkettenrad 6 wird in einer kreisbogenförmigen Kulisse 7 mit dem Radius R im Grundrahmen 2 geführt. In dieser Kulisse wird es mit einer Feder und einem ölgedämpften Dämpfer in der Stellung 8 gehalten. Wird nun der Zylinderkopf mit der Nockenwelle 9, 10 zusammen mit der Zylindereinheit um X-mm angehoben, bewegt sich das Doppelkettenrad 6 auf seiner Kulissenbahn und gleicht selbsttätig den Achsabstand AX + X aus.
• Der Zylinderkopf 11 ist mit einer Sauganlage, Drosselklappensteller, Luftmassenmesser und einem karosseriefesten Luftfilter verbunden. Die Verlagerung X wird durch ein elastisches Ausgleichselement, z. B. einem Faltenbalg ausgeglichen. Weiter ist der Zylinderkopf mit einer Abgasanlage, die ebenfalls an der Karosserie befestigt wird, verbunden. Die Verlagerung X wird durch ein elastisches Ausgleichselement, wie es bei frontangetriebenen Fahrzeugen bekannt ist, das in Längsrichtung und in einer Drehrichtung auch bei hohen Abgastemperaturen flexibel ist, ausgeglichen.

Claims (5)

1. Ein Verbrennungsmotor, bei dem das Verdichtungsverhältnis vollkommen variabel in Abhängigkeit von Last, Drehzahl, Ansauglufttemperatur und Motortemperatur durch Verschieben des Zylinderkopfes mit der Zylindereinheit gegenüber der Kurbelwellenachse geregelt wird und bei dem die dabei eintretende Achsabstandsänderung im Steuerbetrieb durch einen selbsteinstellenden Kettentrieb ausgeglichen wird.
2. Ein Verbrennungsmotor, der mit einem vollkommenen variablen Verdichtungsverhältnis entsprechend Anspruch 1 und mit einem variablen Ventilhubsystem bzw. mit einer drosselfreien Laststeuerung betrieben wird.
3. Ein Verbrennungsmotor, bei dem das Verdichtungsverhältnis vollkommen variabel geregelt wird und bei dem das Verdichtungsverhältnis über einen wegmessenden Sensor erfasst wird.
4. Ein Verbrennungsmotor, bei dem das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von Last, Drehzahl, Ansauglufttemperatur und Motortemperatur durch ein Steuergerät eingeregelt wird.
5. Ein Verbrennungsmotor entsprechend Anspruch 1, bei dem die Verschiebung durch einen Keil oder durch einen Kulissenstein erfolgt, der hydraulisch oder elektrisch über ein Getriebe betätigt wird.