DE3148193A1

DE3148193A1 - "kolbenbrennkraftmaschine mit veraenderlichem verdichtungsverhaeltnis"

Info

Publication number: DE3148193A1
Application number: DE19813148193
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7050 Waiblingen Noltemeyer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-12-05
Filing date: 1981-12-05
Publication date: 1983-06-09

Description

"Kolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem
Verdichtungsverhältnis" Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenbrennkraftmaschine, deren Zylinder jeweils einen in Abhängigkeit von der Belastung veränderlichen Verdichtungsra@@ aufweisen, wobei deren Kolben jeweils in gelenkiger Verbindung mit einem Stellhebel stehen, an dem das kleine Auge der am Kurbelzapfen angreifenden Pleuelstange angelenkt ist und dessen eines Hebelende durch eine Gelenkstange mit einem Stellkolben eines Stellzylinders verbunden ist, dem ein Druckmittel zugeführt wird, das durch ein Druckregelventil aus dem Stellzylinder abfließen kann. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Anpassung des Verdichtungsverhältnisses an die Belastung der Brennkraftmaschine. Besonders bei Ottomotoren, die im unteren und mittleren Teillastbereich ein geringeres Verdichtungsverhältnis aufweisen, läßt sich mit einer angepaßten Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses Qine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades und damit eine Senkung des Kraftstoffverbrauches erreichen Bei einer bekannten derartigen Brennkraftmaschine (DE-PS 575 230) ist der Stellhebel im Kurbelgehäuse untergebracht, das zu diesem Zweck mit einem besonderen, mit einem Deckel versehenen Ansatz versehen ist. Der Stellzylinder ist außerhalb des Zylinderkurbelgehäuses auf diesem Ansatz angeordnet. Dadurch erfordert diese Ausführung ein besonders gestaltetes Kurbelgehäuse, das außerdem einen erhöhten Raumbedarf mit sich bringt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Stelleinrichtung zu schaffen, die sich auf einfache Weise in jede Brennkraftmaschine einbauen läßt. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das andere Hebelende des Stellhebels einen zylindrischen Ansatz aufweist, mit dem der Stellhebel im kleinen Pleuelauge drehbar gelagert ist und in dem der Kolbenbolzen exzentrisch angeordnet ist, und daß ferner der Stellzylinder vom Schaft der Pleuelstange gebildet wird. Diese Stelleinrichtung zeichnet sich durch eine äußerst raumsparende Bauweise aus. Sie kann durch einfaches Auswechseln der Pleuel auch nachträglich in jede Brennkraftmaschine eingebaut werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Stellkolben ein mit einer Einlaßöffnung versehener Kolbenraum angeordnet, der durch ein im Boden des Stellkolbens angeordnetes Rückschlagventil mit dem Zylinderraum des Stellzylinders verbunden ist, der im Bereich seines Bodens ein nach außen öffnendes Druckregelventil aufweist. Die Anordnung, die eine lastabhängige Verstellung des Stellhebels bewirkt, ermöglicht durch ihre gestreckte Bauweise eine günstige Unterbringung des Stellzylinders in der Pleuelstange.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bn der Beschreibung angegeben Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine bei maximalem Verdichtungsverhältnis, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kolben dieses Zylinders nach der Linie II-II der Fig 1, rig: 3 einen Längsmittelschnitt durch ein in der Pleuelstange angeordnet es Druckregelventil nach der Linie III-III der Fig. 1 und Fig k einen Lä.ngsmittelschnitt durch den Zylinder bei minimalem Verdichtungsverhältnis.
Fig 1 zeigt einen Zylinder 11 einer Kolbenbrennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Kolben 12 in seinem oberen Totpunkt. Mit 13 ist ein Zylinderkopf bezeichnet, der den Verdichtungsraum 14 nach oben begrenzt In Kolben bolzenaugen 15 des Kolbens 12 ist ein Kolbenbolzen i6 drehbar gelagert . Eine Pleuelatange 17 mit einem Schaft 18, einem kleinen und einem großen Pleuelauge .9 bzw. 20 stellt die Verbindung zwischen dem Kolben 12 und einem Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle her Kanäle 22 und 23 im Kurbelzapfen 21 sowie eine Ringnut 24 und ein Kanal 25 in der Pleuelstange 17 dienen der Zufuhr von Schmieröl.
Zur selbsttätigen Anpassung des Verdichtungsverhältnisses an die Betriebszustände der Brennkraftmaschine ist die Pleuelstange 17 mit einer Stelleinrichtung 26 versehen, die im wesentlichen aus einem Stellhebel 27 besteht, der mit einer Gelenkstange 28 mit dem Stellkolben 29 eines Stellzylinders 30 verbunden ist.
Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist der Stellhebel 27 aus zwei symmetrischen Hälften 31 und 32 zusammengesetzt. An seinem einen Hebelende 33 weist der Stellhebel 27 zylindrische Ansätze 34 auf, mit denen er im kleinen Pleuelauge 19 drehbar gelagert ist. Das andere Hebelende 35 ist gabelförmig ausgebildet. In Bohrungen 36 am Hebelende 35 ist ein Bolzen 37 eingepreßt, an den das eine Auge 38 der Gelenkstange 28 angelenkt ist. Die Achse der zylindrischen Ansätze 34 ist mit A, die des Bolzens 37 mit B bezeichnet.
Der Kolbenbolzen i6 ist durch Einpressen in Bohrungen 39 der zylindrischen Ansätze 34 so exzentrisch angeordnet, daß seine Achse C zwischen den Achsen A und B liegt. Die Längsachse des Stellhebels 27 ist mit D bezeichnet.
Die beiden Hälften 31 und 32 des Stellhebels 27 werden durch den eingepreßten Kolbenbolzen 16 und den eingepreßten Bolzen 37 zusammengehalten. Bohrungen 40 in den Ansätzen 34 dienen der Gewichtseinsparung. Das kleine Pleuelauge 19 weist im Bereich des gabelförmigen Hebelendes 35 eine geringere Tiefe auf 1 so daß der Stellhebel 27 seitlich nicht über das kleine Pleuelauge 19 hinausragt und in seiner Schwenkbewegung nicht behindert ist.
Der Stellzylinder 30 wird vom Schaft 18 der pleuels stange 17 gebildet, der dazu einen seitlichen Ansatz 41 aufweist. Die Achse F des Stellzylinders 30 bildet mit der Längsaches E der Pleuelstange 17 einen spitzen Winkel (Fig 4) , Dabei liegt der Boden 42 des Stellt zylinders 30 oberhalb des großen Pleuelauges 20 und die Öffnung 43 des Stellzylinders 30 seitlich unterhalb des kleinen Pleuelauges 19. Die Achse F des Stellzylinders 30 ist so ausgerichtet, daß sie senkrecht auf der strich punktiert angedeuteten Mittellage Dm des Stellhebels 27 steht. Dies ergibt einen günstigen Kraftangriff am Stellhebei 27 bei nur geringen seitlichen Auslenkungen der Gelenkstange 28 Der er Stellzylinder 30 ist durch einen Kanal 44 an den Kanal 25 für Schmieröl in der Pleuelstange 17 angeschlossen und benötigt daher keinen eigenen Druckmittelkreislauf.
Der Stallkolben 29 ist mit einem Bolzen 45 mit dem Auge 46 der Gelenkstange 28 verbunden. Der Stellkolben 29 ist hohl und umschließt einen Kolbenraum 47. Eine im Zylinderraum 48 des Stellzylinders 30 angeordnete Druckfeder 49, die sich einerseits am Boden 42 des Stellzylinders 309 andererseits an der Unterseite des Bodens 50 des Stellkolbens 29 abstützt1 drückt den Stellkolben 29 nach außen.
Der Kolbenraum 47 ist durch eine Bohrung 52 im Stellkolben 29 und eine Längsnut 53 an dessen Außenseite mit dem Kanal 44 verbunden und damit stets mit Öl gefüllt. Im Boden 50 des Stellkolbens 29 ist ein federbelastetes Rückschlagventil 54 angeordnet, das je nach den Druckverhältnissen eine Verbindungsbohrung 55 zwischen dem Kolbenraum 47 und dem Zylinderraum 48 öffnet oder sperrt Im Bereich des Bodens 42 des Zylinderraumes 48,in dem sich ständig ein mehr oder wertiger großes Ölvolumen befindet, ist ein übliches Druckregelventil 56 angeordnet, das bei Überschreiten eines bestimmten Druckes im Zylinderraum 48 einen in das Kurbelgehäuse führenden Kanal 57 öffnet. Der Aufbau des Druckregelarentiles 56 ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Stellhebel 27 wirkt als einarmiger Hebel mit den wirksamen Hebellängen AB=l und AC=e zwischen der Achse A der zylindrischen Ansätze 34 als Drehachse und der Achse B des Bolzens 37 bzw. der Achse C des Kolbenbolzens 16. Er kann aus seiner in Fig. 1 dargestellten oberen Endlage um seine Achse A um etwa sechzig Grad in seine in Fig. 4 gezeigte untere Endlage geschwenkt werden.
Dabei legt der über die Gelenkstange 28 angelenkte Stellkolben 29 den Weg s zurück. Gleichzeitig legt der an der Achse C angreifende, in seinem oberen Totpunkt stehende Kolben 12 zwischen seiner oberen Endstellung nach Fig. 1 und seiner unteren Endstellung nach Fig. 4, die in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist, einen Weg h zurück, der eine entsprechende Herabsetzung des Verdichtungsverhältnisses bewirkt. Schwenkt man den Stellhebel 27 in umgekehrter Richtung, so nimmt das Verdichtungsverhältnis wieder entsprechend zu. Der Weg h des Kolbens 12 verhält sich dabei zum Weg s des Stellkolbens 29 wie die Hebellänge e zur Hebellänge 1.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine greifen die auf den Kolben 12 einwirkenden Gas-, Massen- und Reibungskräfte an der Achse C des Kolbenbolzens 16 an und werden vom Stellhebel 27 im Verhältnis e zu 1 iiber die Gelenkstange 28 auf den Stellkolben 29 übertragen. Der Stellkolben 29 wirkt seinerseits auf das im Zylinderraum 48 einige schlossene Ölvolumen und zwar in der Hochdruckphase eines Arbeitsspiels belastend und in der Niederdruckphase entlastend Wird beispielsweise bei der in Fig 4 gezeigten Stellung des Stellkolbens 29 bei minimal eingestelltem Verdichtungsverhältnis dieser und damit auch das ölvolumen im Stellzylinder 30 in der Nisderdruckphase eines Arbeitsspiales entlastet, so öffnet der Druck des dem Kolbenraum 47 durch den Kanal 44, die Längsnut 53 und die Bohrung 52 zugeführten Öles das Rückschlagventil 54 Damit strömt Öl aus dem Kolbenraum 47 in den Zylinderraum 48. Gleichzeitig bewegt sich der Stellkolben 29 nach außen und schwenkt über die Gelenkstange 28 das Hebelende 35 des Stellhebels 27 nach oben. Über den Kolbenbolzen 16 wird auch der Kolben 12 relativ zur ?leuelstange 17 angehoben und damit der Verdichtungsraum verkleinert, d.h. das Verdichtungsverhältnis erhöht.
Bei Belastung des Stellkolbens 29 schließt das Rückschlagventil 54 und das im Zylinderraum 48 eingeschlossene, nicht zusammenpreßbare Öl verhindert ein Eintauchen des Stellkolbens 29. Damit behält auch die Gelenkstange 28, der Stellhebel 27 und der Kolben 12 seine augenblickliche Relativstellung gegenüber der Pleuelstange 17 bei. Das augenblickliche Verdichtungsverhältnis bleibt bestehen.
Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine stellt sich auf diese Weise ein höheres Verdichtungsverhältnis ein1 das den verringerten Wirkungsgrad wieder erhöht. Fig 1 zeigt das maximale Verdichtungsverhältnis, das sich bei sehr geringer Belastung der Brennkraftmaschine einstellt.
Nähert sich die Belastung des Kolbens 12 und damit auch diejenige des Stellkolbens 29 einem Maximalwert, so öffnet sich unter dem erhöhten Druck des im Zylinderraum 48 befindlichen Ölvolumens das Druckregelventil 56, so daß Öl aus dem Zylinderraum 48 durch den Kanal 57 nach außen ins Kurbelgehäuse abfließen kann. Damit kann der belastete Stellkolben 29 weiter in den Stellzylinder 30 eintauchen.
Die Gelenkstange 28, der Stellhebel 27 und der Kolben 12 folgen dieser Abwärtsbewegung, wobei der Verdichtungsraum 14 vergrößert und das Verdichtungsverhältnis verringert wird, bis das Druckregelventil 56 wieder schließt. Auf diese Weise kann das Verdichtungsverhältnis mit wachsender Belastung der Brennkraftmaschine wieder verringert werden. Fig. 4 zeigt das beim Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine sich einstellende minimale Verdichtungsverhältnis.
Zwischen dem minimalen und dem maximalen Verdichtungsverhältnis können je nach der Belastung der Brennkraftmaschine von der Stelleinrichtung 26 alle Zwischenwerte selbsttätig eingestellt werden. Dabei sind der Zufluß von Öl in den Zylinderraum 48 durch das Rückschlagventil 54 oder dessen Abfluß durch das Druckregelventil 56 ein haß für die Erhöhung oder Verringerung des Verdichtungsverhältnisses.
Das Regelverhalten der Stelleinrichtung 26 wird außer von den einwirkenden Kräften noch von der Größe der Ventilzeit querschnitte des Rückschlagventils 54 und des Druckregelventiles 56 sowie von der Güte der Abdichtung des Zylinderraumes 48 bestimmt.
Die an den Stellkolben 29 angreifende Druckfeder 49 hat die Aufgabe, nach Abschalten der Brennkraftmaschine das in Fig. 1 dargestellte maximale Verdichtungsverhältnis einzustellen, so daß beim Anlassen der Brennkraftmaschine, besonders beim Kaltstart, günstige Startbedingungen herrschen.

Claims

A n s p r ü c h e 1. Kolbenbrennkraftmaschine, deren Zylinder jeweils einen in Abhängigksit von der Belastung veränderlichen Verdichtungsraum aufweisen, wobei deren Kolben jeweils in gelenkiger Verbindung mit einem Stellhebel stehen, an dem das kleine Auge der am Kurbelzapfen angreifenden Pleuelstange angelenkt ist und dessen eines Hebelende durch eine Gelenkstange mit einem Stellkolben eines Stellzylinders verbunden ist, dem ein Druckmittel zugeführt wird, das durch ein Druckregelventil aus dem Stellzylinder abfließen kann, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das andere Hebelende (33) des Stellhebels (27) einen zylindrischen Ansatz (34) aufweist, , mit dem der Stellhebel (27) im kleinen Pleuelauge (19) drehbar gelagert ist und in dem der Kolben.

bolzen (16) exzentrisch angeordnet ist, und daß ferner der Stellzylinder (30) vom Schaft (18) der Pleuelstange (17) gebildet wird.
2. Kolb enbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Stellkolben (29) ein mit einer Einlaßöffnung (52) versehener Kolbenraum(47) angeordnet ist, der durch ein im Boden (50) des Stellkolbens (29) angeordnetes Rückschlagventil (54) mit dem Zylinderraum (48) des Stellzylinders (30) verbunden ist, der im Bereich seines Bodens (42) ein nach außen öffnendes Druckregelventil (56) aufweist.
3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einlaßöffnung (52) des Kolbenraumes (47) mit einem in den Stellzylinder (30) mündenden Schmierölkanal.(44) der Pleuelstange (17) über eine Längsnut (53) im Bereich der Innenwand des Stellzylinders (30) in Verbindung steht.
4. Kolbenbreunkraftmaschine nach den Ansprüchen t bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Achse (F) des Stellzylinders (30) so ausgerichtet ist, daß sie senkrecht auf der Mittellage (Dm) des Stellhebels (27) steht.
5. Kolbenbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen-l bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Unterseite des Stellkolbens (29) durch eine Druckfeder (49) belastet ist.