DE2705339A1

DE2705339A1 - Gemischverdichtende, fremdgezuendete brennkraftmaschine mit kombinierter drossel- und verdichtungsregelung

Info

Publication number: DE2705339A1
Application number: DE19772705339
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Thauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1978-08-10
Also published as: US4182288A

Description

Gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit kombinierter Drossel- und Verdichtungsregelung

Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit kombinierter Erossei- und Verdichtungsregelung mit mindestens einem in einem Hauptzylinder gleitenden, eine Kurbelwelle antreibenden Hauptkolben und einem in einem Hilfszylinder gleitenden Hilfskolben, der von einer von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebswelle betätigbar ist und dessen Arbeitsraum mit dem Arbeitsraum des Hauptkolbens in Verbindung steht und im oberen Verdichtungstotpunkt des Hauptkolbens ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine veränderbares Volumen aufweist, wozu eine Steuervorrichtung zur Veränderung dei* Phasenlage

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des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben vorgesehen ist.

Gemischverdichtende, fremdgezündete Hubkolben-Brennkraftmaschinen (Otto-Motoren) arbeiten üblicherweise mit FUllungs- oder Drosselregelung. Hierbei wird im Teillastgebiet durch Drosselung auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine das Füllungsgewicht des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches bei etwa gleichbleibendem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gegenüber dem Vollastzustand stark herabgesetzt. Dadurch wird jedoch der Verdichtungsenddruck mit zunehmender Drosselung immer weiter verringert, so daß nach den bekannten thermodynamischen Zusammenhängen der thermische Wirkungsgrad bei Teillast gegenüber Vollast stark abfällt, was einen Anstieg des spezifischen Verbrauchs der Brennkraftmaschine zur Folge hat.

Es ist bereits bekannt, durch zusätzliche Regelung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses in der Art, daß das effektive Verdichtungsverhältnis in etwa konstant bleibt, eine wesentliche Verbesserung dee thermischen Wirkungsgrades bei Teillast zu erreichen. Unter effektivem Verdichtungsverhältnis ist dabei die folgende auf den Verdichtungsenddruck bezogene Beziehung zu verstehen

V + V
S C
£ -._ * ' , wobei V_g das durch das

Kraftstoffluftgemisch ausgefüllte Zylindervolumen am Ende des Saughubes und V_n der Arbeitsraum am Ende des Verdichtungstaktes darstellt. Eine durch eine derartige kombinierte Drossel- und Verdichtungsregelung geregelte Brennkraftmaschine kann Kraftstoffverbrauchszahlen erreichen, die unter denen eines Dieselmotors liegen, was sich natürlich auch auf die Qualität der ausgestoßenen Abgase auswirkt.

Eine auf diesem Prinzip beruhende Brennkraftmaschine ist durch die deutsche Offenlegungscchrift 25 2/| ΟΠΟ bekannt, boi der jedem herkömmlichen Hauptkolbon ein in einem Hili'ozylinder gleitender Hilfskolben zugeordnet ist, der von einer von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebswelle betätigbar ist. Die Arbeitsräume des Haupt- und Hilfskolbens stehen ständig miteinander in Verbindung und durch Steuerung

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der Phasenlage des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben kann im oberen Verdichtungstotpunkt des Hauptkolbens ein in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine veränderliches Verdichtungsvolumen des aus Haupt- und Hilfskolben bestehenden Aggregates erreicht werden. Dabei kann die Brennkraftmaschine natürlich aus einer Mehrzahl solcher aus Haupt- und Hilfskolben bestehender Aggregate zusammengehet zt sein.

Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine noil der Hilfskolben mit einer größeren Hubfrequenz als der Hauptkolben angetrieben werden, so daß er wahrend einet", einzigen Hubs des Hauptkolbens mehrere vollständige Hübe ausführt. Dies führt zwangsläufig zu erheblichen Kolbengeschwindigkeiten des Hilfskolbens, was einen erhöhten Verschleiß und bei einer Ausführung des Zwischentriebs in Form eines Planetengetriebes, wie in der bekannten Druckschrift vorgeschlagen, zu erheblichen zusätzlichen Geräuschen führt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit kombinierter Drossel- und Verdichtungsregelung gemäß der eingangs genannten Bauart zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Antriebswelle für den Hilfskolben mit der halben Frequenz der Kurbelwelle angetrieben ist,und daß die Steuervorrichtung als zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle angeordnete nteuerbare, hydraulische Kupplung ausgebildet ist. Dadurch, daß die Antriebswelle für den Hilfskolben nur mit der halben Frequenz der Kurbelwelle angetrieben wird, ergeben sich für den Hilfskolben hinsichtlich Verschleiß und Lebensdauer noch geringere Anforderungen als an den Hauptkolben. Durch Verwendung einer steuerbaren hydraulischen Kupplung für den den Antrieb der Antriebswelle durch dio Kurbelwelle besorgenden Zwischentrieb v.'ird gegenüber der zuvor beschriebenen, bekannten Ausführungsform eine wesentliche Geräunchverminderunc; erreicht. Die Dimensionierung des Hilfskolbens sowie dessen Hubs erfolgt dabei unter dem Gesicht/punkt,

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daß in dem Gesamt-Verdichtungsraum über dem Haupt- und Hilfskolben, beispielsweise bei 1/4 Last, das heißt bei 25 #> Füllung des Arbeitsraums, ein bestimmtes effektives Verdichtungsverhältnis erzielt wird. In diesem Lastzustand soll der Hilfskolben etwa zur gleichen Zeit wie der Hauptkolben seinen oberen Totpunkt am 3nde des Verdichtungstaktes des Hauptkolbens erreichen. Arbeitet die Brennkraftmaschino bei Volllast, das heißt bei annähernd 100 Jj Füllung, dann nimmt der Hilfskolben gerade etwa seinen unteren Totpunkt ein, wenn der Hauptkolben den oberen Verdichtungstotpunkt erreicht. Hierbei sollte dann wiederum ein etwa gleiches effektives Verdichtungsverhältnis wie bei 25 f; Teillast erreicht werden. Infolge der erfindungsgemäßen Vorschrift, daß nämlich der Hilfskolben mit der halben Frequenz des Hauptkolbens osziliert, ergibt sich im Vollastzustand der Brennkraftmaschine der zusätzliche Vorteil, daß durch den als Regelkolben wirkenden Hilfskolben beim Einlaßtakt eine zusätzliche Gemischmenge angesaugt wird. Bei dem Auslegungs-Teillastzustand der Brennkraftmaschine, bei dem Haupt- und Hilfskolben am Ende des Verdichtungstaktes gleichzeitig den oberen Totpunkt erreichen, v/ird dagegen im Auslaßtakt von dem Hilfskolben ein Abgasvolumen zurückgehalten, das einer inneren Abgasrückführung entspricht, v/odurch bekanntlich der Anteil an Stickoxyden wirkungsvoll abgebaut werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll die hydraulische Kupplung nach Art eines hydraulischen Flügelzellen-Verstellmotors ausgebildet sein mit einer von der Kurbelwelle über einen Zahnriemen angetriebenen Antriebsnabe, in deren exzentrischer zylindrischer Ausnehmung ein mit der Antriebswelle verbundener, im Durchmesser kleinerer Läufer unter Bildung eines sichelförmigen Arbeitsraumo verdrehbar ist, wobei ein radial beweglicher, flügelartiger Schieber am Läufer den sichelförmigen Arbeitsraum in zwei mit Druckmittelanschlüssen versehene Teilräume unterteilt. Dabei ist vorgesehen, daß der Läufer gegenüber der Antriebsnabe um 180° verdrehbar ist und daß in den zu den Druckmittelanschlüssen führenden Druckmittelleitungen jeweils steuerbare Ein- und Auslaßventile vorgs^eehen sind, über die die Teilarbeitsräume mit einer Druckmittelquelle beziehungsweise mit einem Druckmit-

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telauslaO verbindbar Rind.

Dabei irat es vorteilhaft, wenn die Steuerung der Ein- und Auslaßventile in Abhängigkeit von Signalen eines den Verdichtungsenddruck in dem Arbeitsraum des Hauptkolbens messenden Druckgebers erfolgt. Auf diese Weise erfolgt die Steuerung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem in dem Arbeitsraum erzielten Verdichtungsenddruck. Dabei soll dem Druckgeber ein von dem Zündverteiler im Takt der Zündung angesteuertes Signalfilter und diesem ein mit einem Soll-Wert für den Vardichtungsenddruck beaufschlagter Soll-Istwert-Vergleicher nachgeechaltet sein,wobei der letztere die Signale zur Steuerung der Ein- und Auslaßventile abgibt. Um den Verdichtungsenddruck gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine geringfügig ändern zu können, soll der Soll-Wort des Soll-Istwert-Gebers veränderbar sein.

Zum Antrieb des Hilfskolbens von der Antriebswelle kann entweder ein Kurbeltrieb oder ein Hockentrieb vorgesehen san, wobei letzterer so aungebildet sein kann, daß bestimmte, aufgrund der Kinematik des Kurbeltriebs sich ergebende Nachteile vermieden werden. Bei der Verwendung eines Nockentriebs für den Antrieb des Hilfskolbens von der Antriebswelle soll weiter vorgesehen sein,daß der Hilfskolben eine gelenkig gelagerte Pleuelstange aufweist, die an einem schwenkbar gelagerten Schlepphebel angelenkt ist, der von einer Feder in Kontakt mit einem auf der Antriebswelle angebrachten Nocken gehalten ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn eine am Kipphebel angreifende, im Bereich des Grundkreises des Nockens das Spiel zwischen dem Schlepphebel und dem Nocken einstellende Einstellschraube vorgesehen ist.

Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in teils schematischer Darstellungweise in Figur 1 einen Längsschnitt durch eine aus einem Haupt- und einem Hilfszylinder bestehende Zylinderanordnung einer erfindungsgeraäßen Brennkraftmaschine,

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Figur 2 eine Darstellung der Steuerung der Phasenlage des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben,

Figur 3 einen Längsschnitt durch eine steuerbare hydraulische Kupplung,

Figur 4 einen Querschnitt durch die hydraulische Kupplung gemäß den Schnittlinien IV-IV nach Figur 3 und

Figuren) Diagramme der Hübe des Haupt- und Hilfskolbens, 5 und 6· ,jeweils aufgetragen über der Zeit.

In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Hauptzylinder einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem ein Hauptkolben 2 gleitet. Zwischen dem Hauptkolben 2 und dem Zylinderkopf 3f der in üblicher Weise durch Ventile gesteuerte Ein- und Auslaßkanäle aufweist, wird ein Arbeitsraum 4 eingeschlossen, der in der in der Figur 1 der Zeichnung gezeigten Stellung des Hauptkolbens 2, nämlich im oberen Verdichtungstotpunkt, sein kleinstes Volumen einnimmt. Dieser dem Hauptkolben 2 zugeordnete Arbeitsraum 4 ist über einen Verbindungskanal 5 mit einem Arbeitsraum 6 eines in einem Hilfszylinder 7 gleitenden Hilfskoibens 0 verbunden. Mit 19 ist eine Zündkerze bezeichnet, die in den aus den beiden Arbeitsräumen 4 und 6 zusammengesetzten Raum hineinragt.

Der Hilfskolben 8 weiet ein Pleuel 9 auf, dessen freios Ende an einem um eine Achse 11 schwenkbaren Schlepphebel 10 angelenkt ist, der von einem auf einer Antriebswelle 12 angeordneten Nocken 13 betätigbar ist. Auf den Gchlepphebel 10 wirkt ein von einer Feder 14 belasteter Federteller 15 ein, wodurch der Kontakt des Schlepphebels 10 mit dem Nocken 13 aufrecht erhalten wird. Zur Einstellung des Spiels zwischem dem Schlepphebel 10 und dem Nocken 15 im Bereich des Grundkreises des Nockens dient eine Einstellschraube 16, die gegenüber einem Gehäuseteil 1Θ verstellbar ist und auf eine Nase 17 des Schlepphebels 10 einwirkt. Anstelle des Nockentriebes kann auch ein Kurbeltrieb zum Antrieb des Hilfskolbens θ durch die Antriebswelle 12 vorgesehen sein.

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Wie in der Figur 2 angedeutet ist, wird die Antriebswelle 12 von der Kurbelwelle 21, beispielsweise mittels eines Zahnriemens 22, angetrieben, wobei in der Triebverbindung eine Steuervorrichtung 23 eingeschaltet ist. Der Antrieb der Kurbelwelle 21 erfolgt dagegen in herkömmlicher Weise über Pleuel 20 von dem beziehungsweise den Hauptkolben 2.

Zur Steuerung der Phasenverschiebung zwischen dem Hilfskolben 8 und dem Hauptkolben 2 ist also, wie bereits erwähnt, eine hydraulisch steuerbare Kupplung vorgesehen, die in den Figuren 3 und 4 gezeigt und später erläutert wird. Diese steuerbare Kupplung erhält Steuersignale, die den Lastzustand der Brennkraftmaschine anzeigen, wozu in dem Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine ein Druckgeber 24 angeordnet ist, der ein Signal des wechselnden Zylinderdruckes kontinuierlich über eine Leitung 25 an ein als Signalfilter wirkendes, elektronisches Bauteil 26 weitergibt. Dieses Signalfilter 26 ist andererseits an einen Kontaktgeber 28 des Zündverteilers 27 angeschlossen. Dadurch ist das Signalfilter 26 in der Lage, zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Drucksignal abzugeben, welches ein Maß für den am Ende des Verdichtungshubes in den verbundenen Arbeitsräumen 4» 5» 6 der Brennkraftmaschine herrschenden Druckes darstellt. Alle Signale, die zu anderen Zeiten eingehen, v/erden dagegen nicht v/eitergegeben.

Dem Signalfilter kann noch ein Signaldämpfer 29 nachgeschaltet sein, der bei starken Schwankungen des Verdichtun^senddruck-Signalwertes als Ausgangswert einen Mittelwert mehrerer eingehender Signale als VerdichtungBonddruck-Istwertsignal an einen Soll-Ist-Wert-Vergleichcher 30 v/eitergibt. In diesem elektronischen Bauteil wird der Ist-Wert des Verdichtungsenddruckes mit einem von einem Sollwertgeber 32 über eine Signalleitung 31 zugeführten Soll-Wert verglichen und entsprechend der Abweichung beider Werte ein Ausgangssignal abgegeben, da3 entweder über die Signalleitung 33 oder die Signalleitung 34 weitergeleitet wird. Dabei ist es auch möglich, daß der von dem Sollwertgeber 32 zugeführte Soll-Wert dea Verdichtungsenddruckes zwecks Erreichung eines klopffreien Teillastbetriebes in Abhängigkeit vom

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Lastzustand der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise verändert wird. Durch eine solche Veränderung des vorgegebenen Solldruckwertes besteht auch die Möglichkeit, den Motor leicht an verschiedene Kraftstoffqualitäten anzupassen.

Die von dem Soll-Ist-Wert-Vergleicher 50 abgegebenen Signale steuern nun Ventile 35 bis 38, die in zu der hydraulischen Kupplung 23 führenden Druckmittelleitungen 41 und 42 angeordnet sind. Dabei sind mit und 36 Einlaßventile bezeichnet, die die Druckmittelleitungen 4I und über eine Leitung 45 mit der Druckseite einer aus einer Ölwanne 44 Druckmittel ansaugenden Pumpe 43 verbinden. 37 und 38 stellen dagegen Auslaßventile dar, die die Druckmittelleitungen 41 und 42 über Drosselstellen 39 und 40 mit der Atmosphäre, das heißt mit-.der Ölwanne 44i in Verbindung bringen. Die beispielsweise elektrisch angetriebene Ölpumpe 43 ist ständig im Betrieb, wobei ihr Ausgangsdruck durch ein in einer Rückführleitung 46 angeordnetes federbelastetes Regelventil bestimmt wird.

Die von dem Soll-Ist-V/ert-Vergleicher 30 ausgehenden Signalleitungen 33 und 34 sind nun so geschaltet, daß ihre Signale jeweils das Einlaßventil der einen und das Auslaßventil der anderen der beiden Druckmittelleitungen 4¹ und 42 beaufschlagen. So soll beispielsweise die Signalleitung 33 das Einlaßventil 36 in der Druckmittelleitung und das Auslaßventil 37 in der Druckmittelleitung 4I betätigen, und zwar dann, wenn der Ist-Wert des Verdichtungsenddruckes größer ist als der ooll-Wert. Dagegen soll das Einlaßventil 35 der Druckmittelleitung 41 und das Auslaßventil 38 der Druckmittelzuführungsleitung betätigt werden, wenn der Ist-Wert des Verdichtungsenddruckes kleiner als der vorgegebene Soll-Wert ist.

Durch eine derartige Steuerung der Druckmittelzufuhr, das heißt endweder Beaufschlagung der einen oder anderen Druckmittelzuführungsleitung 41» 42 wird nun die in den Figuren 3 und 4 gezeigte, als Flügelzellen-Verstellmotor ausgebildete hydraulische Kupplung verstellt,

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die in dor Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle 21 und der Antriebswelle 12 eingeschaltet ist. Dabei besteht die hydraulische Kupplung 23 aus einer über den Zahnriemen 22 von der Kurbelwelle 21 angetriebenen Antriebsnabe 48, die eine gezähnte Außenkontur 49 und eine exzentrische, zylindrische Ausnehmung 50 aufweist. In dieser exzentricchen Ausnehmung 50 ist ein mit der Antriebswelle 12 einstückiger, im Durchmesser kleinerer scheibenförmiger Läufer 51 angeordnet, der einen radial beweglichen, federbelasteten Schieber 54 aufweist. Dieser Schieber 54 toilt den zwischen dem scheibenförmigen Läufer 51 und der Innenkontur 50 der Antriebrmabe 40 verbleibenden sichelförmigen Arbeitsraum in zwei Räume 56 und 57, die an ihrer engsten Stelle durch eine Radialdichtung 5ö gegeneinander abgedichtet sein können. In die Arbeitsräume 56 und 57 münden Druckmittelleitungen 52 und 53» die mit den Druckmittelzuführungsleitungen 41 und 42, gegebenenfalls auch, wie in der Figur 3 gezeigt ist, über eine in der Antriebswelle 12 angeordnete, zentrale Bohrung 55, verbunden sind. Mit 52 ist ein ortefestes Gehäuse bezeichnet, in dem die Antriebswelle 12 und die mit dieser verbundene hydraulische Kupplung 23 gelagert ist. Eine Verstellung der hydraulischen Kupplung erfolgt nun durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume 56 und 57» wodurch sich eine Verdrehung des mit dem Schieber 54 versehenen scheibenförmigen Läufers 51 gegenüber der Antriebenabe 49 ergibt. Wird beispielsweise die Druckmittelzuführungsleitung 41 über das Einlaßventil 35 an die Druckseite der Ölpumpe 43 angeßchloseen, so vird dem Arbeitsraum 56 in gesteuerter V/eice Druckmittel zugeführt, während aus dem Arbeitsraum 57 durch die gleichzeitige Öffnung des Auslaßventils 38 Druckmittel abfließen kann. Dadurch wird der scheibenförmige Läufer 51 aus der in der Figur 4 angedeuteten mittleren Stellung gegenüber der Antriebsnabe 48 entgegen dem Urzeigersinn verstellt. Dies bedeutet bei der in der Zeichnung durch den Pfeil 59 angedeuteten Drehrichtung eine Verzögerung des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben. Der Verdrehbereich zwischen dem scheibenförmigen Läufer 51 und der Antriebsnabe 48 soll ca. 180°, bezogen auf den Drehwinkel der Antriebswelle betragen.

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Auk den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Diagrammen sollen nun die durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung erreichbaren Hubverläufe des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben, und zwar bei verschiedenen Lasten, dargestellt v/erden. So zeigt die Figur 5 die Verhältnisse bei einer gemäß der Figur 1 ausgebildeten Nockensteuerung des Hilfskolbens durch die Antriebswelle, während in der Figur 6 eine Kurbelsteuerung des Hilfskolbens zugrunde gelegt ist. Mit 60 ist in der Figur 5 und mit 66 in der Figur 6 jeweils der Druckverlauf in dem gemeinsamen Arbeitsraum von Haupt- und Hilfskolben und zwar über den Weg des Hauptkolbers aufgetragen. Mit oT und uT sind jeweils der obere und der untere Totpunkt des Hauptkolbens angedeutet. Der Kurvenzug 61 stellt dagegen den Hub des Hilfskolbens im Vollastbetriebszustand der Brennkraftmaschine und der Kurvenzug 62 den Hubverlauf des Hilfskolbens bei einer Auslegungsteillast von etwa 25 ",» der Nennleistung dar. Auf der Zeitachse sind dabei der obere und der untere Totpunkt des Hilfekolbens eingetragen, der erfindungsgemäß mit der halben Frequenz des Hauptkolbens oszilieren soll. Das Übersetzungsverhältnis wird dabei durch den Zahnriementrieb festgelegt. Bei Betrachtung der Kurvenzüge 61 und 62 zeigt sich nun, daß diese um 180 Drehwinkel der Antriebswelle gegeneinander verschoben sind, wobei der Hilfskolben bei Vollast der Brennkraftmaschine gerade seinen unteren Totpunkt erreicht, wenn der Hauptkolben seinen oberen Verdichtungetotpunkt einnimmt. Bei 25 % Teillast ist die Phasenlage des Hilfskolbens dagegen so weit versohoben, daß er im oberen Verdichtungstotpunkt des Hauptkolbens ebenfalls den oberen Totpunkt erreicht. Mit dem strichpunktierten Kurvenzug 65 ist noch der Hubverlauf des Hilfskolbens bei einer mittleren Teillast angedeutet, bei der der Hilfskolben dem Hauptkolben bezüglich den oberen Verd:
welle nacheilt.

ο den oberen Verdichtungstotpunktes um 90 Drehwinkel der Antriebe-

Unter dom Kurvenzug 6I ist ein Feld 63 schraffiert angedeutet, das einen zusätzlichen Annaugeffekt den Hilfskolbens während des Ansaugtaktes des Hauptkolbens angibt. Bei Vollast der Brennkraftmaschine saugt nämlich der Hilfskolben circa 5') ')' seines Hubvolumens zusätzlich

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an und vergrößert auf diese V/eise den Liefergrad der Brennkraftmaschine. Mit dem Feld 64 ist dagegen in dem Hubverlauf des Hilfskolbens bei 25 /> Auslegeteillast ein Gebiet gekennzeichnet, in dem ·. ährend des Auspufftaktes des Hauptkolbens dor Arbeitsraum über dem Hilfskolben vergrößert wird. Dadurch wird ein Teil des in dem gesamten Arbeitsraum vorhandenen Abgp.svolunvinn in den dorn Hilfskolben zugeordneten Arbeitsraum gesaugt und dort zurückgehalten. Dif>s entspricht einer inneren Abgasrückführung bei Teillast, vo-r durch der Ausstoß an schädlichen Abgasbcstandteilen, insbesondere der Ausstoß an Stickoxyden,bekanntlich herabgesetzt werden kann.

In der Figur 6 sind der Figur 5 entsprechende Hubverläufe dargestellt, und zwar bezeichnet der Kurvenzug 67 <len Hubverlauf des Hilfskolbens bei Vollast, der Kurvenzug 6ü den Hubverlauf bei 25 f° Auslegeteillast und der strichpunktierte Kurvenzug 72 den Hubverlauf de3 Hilfskolbens bei einer mittleren Teillast zwischen der Auslegeteillast und Vollast. Di'j Hubverläufe den Ililfskolbens unterscheiden sich gegenüber denjenigen in der Figur 5 dadurch, daß der Hilfskolben hier von der Antriebswelle über einen Kurbeltrieb angetrieben wird, wodurch sich sinusförmige Kurvenzüge ergeben. Das Feld 69 unter dem Kurvenzug 67 gibt wieder den Bereich an, v/o der Hilfskolben während des Ansaugtakteg des Hauptkolbens zusätzlich frisches Gemisch ansaugt, und zwar zu etwa 50 ?' seinen Hubvolumens. Das Feld gibt dagegen ein Gebiet an, in dan wahrem.¹ des Arbeitstaktes des Hauptkolbens der Hilfskolben eine Verdichtung aufführt, das heißt, eine negative Arbeit leistet. Dieser nachteilige Effekt konnte bei den Diagrammen der Figur 5 durch eins onfcnprechende Ausbildung der Nockensteuerung vermiede, i worden. ')av· FoI ei. 7^ bei dem Kurven zug 60 gibt wieder den Bereich an, in dom Ln Ausl '?getcillaatzustand von dem Hilfskolben eine gewisse Abgaomengo ang^r!sau# und zurückgehalten wird,so da3 sich ein? innere Abgasrückführung einstellt.

Mit der erfindungsgemün ausgeführten Steuervorrichtung zur Steuerung der Phasenlage des Hilfskolbens gegenüber dem Hauptkolben ergibt sich also die Möglichkeit, bei jedem Lastzustand der gemischansaugen-

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den, fremdgezündeten Brennkraftmaschine ein etwa konstantes effektives Verdichtungsverhältnis und damit einen hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine einzuhalten. Die in den Druckmittelzuführungsleitungen 41 und 42 angeordneten Drosselstellen 59 und 40 Gorgen dabei dafür, daß ein zu plötzlicher Druckabfall in dem mit dem /uslaßventil verbundenen Arbeitsraum der hydraulischen Kupplung nicht zu Störungen in der Übertragung des wechselnden Drehmomentes führt, andererseits jedoch die Verstellgeschwindigkeit der Kupplung nicht übermäßig verzögert wird. Spaltverluste in der hydraulischen Kupplung sind ohne nachteiligen Einfluß auf die Punktion der Steuervorrichtung, da diese infolge der erfindungsgemäß ausgeführten Anpassung der Antriebwelle und des Hilfskolbens an den vorgegebenen Wert des Verdichtungsenddruckes selbsttätig ausgeglichen v/erden.

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Claims

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ANSPRÜCHE

.j GemiBchverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit kombinierter Drossel- und Verdichtungsregelung mit mindestens einem in einem Hauptzylinder gleitenden, eine Kurbelwelle antreibenden Hauptkolben und einem in einem Hilfszylinder gleitenden Hilfskolben, der von einer von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebswelle betätigbar ist und dessen Arbeitsraum mit dem Arbeitsraum des Hauptkolbens in Verbindung steht und im oberen Verdichtungstotpunkt des Hauptkolbens ein in Abhängigkeit von Betriebsparamatern der Brennkraftmaschine veränderbares Volumen aufweist, wozu eine Steuervorrichtung zur Veränderung der Phasenlage des Hilfskolben3 gegenüber dem Hauptkolben vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (12) für den Hilfskolben (8) mit der halben Frequenz der Kurbelwelle (21) angetrieben ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuervorrichtung (23) als zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle angeordnete, steuerbare hydraulische Kupplung ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kupplung (23) nach Art eines hydraulischen Flügelzellen-Verstellmotors ausgebildet int mit einer von der Kurbelwelle (21) über einen Zahnriemen (22) angetriebenen Antriebsnabe (4ö)» in deren exzentrischer zylindrischer Ausnehmung (50) ein mit der Antriebswelle (12) verbundener, im Durchmesser kleinerer Läufer (51) unter Bildung eines sichelförmigen Arbeitsraumes (56, 57) verdrehbar ist, wobei ein radial beweglicher, flügelartiger Schieber (54) am Läufer den sichelförmigen Arbeitsraum in zwei mit Druckmittelanschlüssen (52, 53) versehene Teilräuinc unterteilt.

4· Brennkraftmaschine? nach Anspruch j, dadurch gekonnzeichnet, daß der Läufer (51) gegenüber der Antriebnnabe (4ö) um circa 180 verdrehbar ist.

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'j. Brennkraftmaschine nach Anspruch }, dadurch gekennzeichnet, daß in zu den Druckmittelanschlüssen (52, 5)) führenden Druckmittellei tunken (4' j 42) jeweils steuerbare Ein- und Auslaßventile (35 - jf]) vorgesehen sind, über die die Teilarbeitsräurae (56, 5/) mit einer Druckmittelnu^lln b<?z io'iungsweise mit einem Druukmi. t toi rwr.l aß verbindbar :;inü.

6. Brenkraftmasehine nach Zuspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Ein- und Auslaßventile (35 - 30) in Abhängigkeit von Signalen eines den Verdichtungsenddruck in dem Arbeitsraum des Hauptkolbens meinenden Druckgebers (24) erfolgt.

7· Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckgeber (24) ein von dem Zündverteiler (27) im Takt der Zündung angesteuertes Signal filter (26) nachgeschältet ist.

0. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalfilter (26) ein mit einem Ποΐΐ-Vert für den Verdichtungsenddruck beaufschlagter Soll-Istvjert-Vergleicher (30) nachgeßchaltet ist, der die Signale zur Steuerung der Ein- und Auslaßventile (35 - 38) abgibt.

9· Brennkraftmaschine nach Anspruch Π, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert des Soll-Istv/ert-Vorgleichers (30) in Abhängigkeit von dem r-etriebszunto.ru¹ der TVrennkraft iaschine anzeigenden Parametern steuerbar iut.

10. Brennkraftnasnhine nach einem dor vorausgegrmgerien Ansprüche, dadurch gekennze ichn';t, daß der Hilfskolben (Q) mittels eines Kurbeltriebs von der Antriebswelle (''-) angerieben ist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (θ) mittels eines Nockentriebs von der Antriebswelle (12) angetrieben ist.

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12. Brennkraftmaccliine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (8) eine gelenkig gelagerte Pleuelstange

(9) aufweist, die an einem schwenkbar gelagerten Schlepphebel

(10) angelenkt ist, der von oiner Feder (14) in Kontakt mit einem auf der Antriebswelle (12) angeordneten Nocken (13) gehalten ist.

1j. IH'"imkraftmanchine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dp? ein-¹ am Schlepphebel (10) angreifende, im Bereich des Orundkreiscr. den Nockens (13) das Spi ?] zwischen dem Schlepph'lel und dem Nocken einstellende Einntellnchraube (12) vorgesehen ist.

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