DE3117133A1

DE3117133A1 - "einrichtung zur lastabhaengigen steuerung des verdichtungsverhaeltnisses einer 4takt-hubkolben-brennkraftmaschine"

Info

Publication number: DE3117133A1
Application number: DE19813117133
Authority: DE
Inventors: Panagiotis 3180 Wolfsburg Adamis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-11-18

Description

VOLKS WAG ENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Volfsburg

Unsere Zeichen: K 3104
1702pt-we-sch

Einrichtung zur lastabhängigen Steuerung des "Verdichtungsverhältnisses einer 4^akt-Hubkolb en-Bferinkraftmas chine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verdichtungsverhältnisses einer 4^akt-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits bekannt, die sich als Folge der Drosselregelung bei Otto-Motoren im Teillastbetrieb einstellenden Wirkungsgradeinbußen durch Veränderung der Größe des Kompressionsraumes und damit der Verdichtung auszugleichen, so daß infolgedessen der Kraftstoffverbrauch bei Teillast und die Schadstoffemissionen gesenkt werden können. Optimale Ergebnisse werden dabei dann erreicht,, wenn der Verdichtungsenddruck bzw. der Verbrennungsspitzendruck unabhängig von der jeweiligen Belastung der Brennkraftmaschine in etwa konstant gehalten wird. Die für eine derartige stufenlose Regelung des Verbrennungsspitzendruokes bzw. des Verdichtungsverhältnisses erforderliche Steuerung bzw. Regelung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig, so daß bisher solchermaßen gesteuerte Brennkraftmaschinen nicht zum Einsatz gekommen sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Bauart zu schaffen, die sich durch eine kompakte und

Voriltzendtr Vorstand: Toni Sctimücktr, Vor«ll:»nd«r · Claul Borgward ·■ Karl-H«lru Brlem · Prof. Dt. t»*n. Emit FIaIs · Dr. Jur. P«t»r Fr»rk

de* Auftlditirati: Dr.jur.Wollgang R.H«bb»l · Günl»r Hartwich · Horit MUnin#r · Dr, r«'.col.Wern«r P.SOimldt · Prel.Dr.ru. pol.Friedrich Thorn*· Keel Gusist Ratjen " Sitz d»r G«»»llidi»ft: Wolfibure ' - ■ Amtsgericht Woltiburg HÜB

einfache Bauweise sowie durch ein schnelles Ansprechverhalten auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Stellung des Verstellkolbens durch eine vorzugsweise in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine verstellbare Steuerhülse bestimmt wird, die zweckmäßigerweise mit dem Laststeuerglied der Brennkraftmaschine, bei Kraftfahrzeugmotoren also beispielsweise mit dem Fahrpedal verbunden ist, wird eine relativ einfache und wenig bauaufwendige Verdichtungssteuerung erreicht, die auf komplizierte Meß- und Steuergeräte verzichtet. Zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung ergeben sich gemäß den TTnteransprüchen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen in schematischer Darstellungsweise

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Verdichtung ssteuerung und

Figur 2 eine AusführungsVariante der erfindungsgemäßen Ver- ' dichtungssteuerung. - .."_.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehene Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei ist mit 1 die beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bestimmte Brennkraftmaschine insgesamt und mit 2 einer der Hauptzylinder bezeichnet, in dem ein Hauptkolben 3 gleitet, der gegenüber einem Zylinderkopf 5 einen Hauptbrennraum 4 begrenzt. In diesen Hauptbrennraum münden Ein- und Auslaßkanäle, von denen hier nur einer gezeigt und mit 6 bezeichnet ist. 6a stellt ein diesen Gaswechselkanal steuerndes Ventil dar.

Der Hauptbrennraum 4 steht mit einem in dem Zylinderkopf 5 liegenden Nebenbrennraum 7 in Verbindung, dessen Volumen durch einen in

einer Bohrung 8 des Zylinderkopfes gleitend geführten Nebenkolben 9 in. Abhängigkeit von der geforderten Leistung der Brennkraftmaschine veränderbar ist. Dieser Mebenkolben 9 ist über eine Kolbenstange 10 mit einem Verstellkolben 11 verbunden, der seinerseits in einem ' ' Zylinder 12 gleitet. Mit 13 ist eine den Verstellkolben 11 in Richtung auf eine Vergrößerung des Nebenbrennraums 7 belastende Peder bezeichnet, der der Druck eines Druckarbeitsraums 14 entgegenwirkt. Dieser Druckarbeitsraum 14 wird über eine Druckmittelleitung 15, in der ein Rückschlagventil 16 und eine Pumpe I7 angeordnet sind, mit Druckmittel vorzugsweise von konstantem Druck versorgt.

Der dem Verstellkolben 11 zugeordnete Zylinder 12 ist in Pig. 1 als mit dem Zylinderkopf 5 starr verbundener Hohlzylinder ausgebildet und weist eine axial verlaufende, relativ schmale Ausnehmung 20 auf, in die ein radial nach innen vorstehender Steg I9 einer am Außenumfang des Hohlzylinders 12 gleitend geführte Steuerbuchse 18 eingreift.

Die Verstellung der Steuerbuchse kann nun in der Weise vorgenommen werden, daß sie direkt über ein hier nicht weiter gezeigtes Betätigungsgestänge mit dem Laststeuerglied der Brennkraftmaschine, beispielsweise also mit dem Pahrpedal verbunden ist und zwar in der Weise, daß mit zunehmendem Niedertreten des Pahrpedals die Steuerhülse 18 bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel nach oben bewegt wird. Diese Verstellung der Steuerhülse 18 nach oben bewirkt,"daß zwischen der Steuerkante 21 und der Stirnfläche des Verstellkolbens 11 eine Verbindung zwischen dem Druckbeaufschlagungsraum 14 und dem über eine Ablauföffnung 23 mit dem Druckmittelbehälter verbundenen Auslaßraum 22 hergestellt wird.

Die Polge dieser Öffnung des Druckarbeitsraums I4 ist, daß der von der Peder 13 belastete Verstellkolben 11 der Verstellung der Steuerhülse 18 zu folgen versucht, wobei sich eine Vergrößerung des Hebenbrennraums 7 ergibt. Unterstützt wird diese Verstellung des Stellkolbens 11 von dem während des Verdichtungstaktes auf den Nebenkolben 9 wirkenden Kompressionsdruck, der die Kolben 9 und so weit'zurückdrückt, bis die Stirnfläche des Verstellkolbens 11

wieder die Steuerkante 21 der Steuerhülee 18 erreioht hat und den Druckmittelabfluß versperrt. Eine weitere Verstellung der Kolben 5 und 11 ist dann wegen der Inkompressibilität des hydraulischen Druckmittels nicht mehr möglich.

Bei einer umgekehrten Laständerung der Brennkraftmaschine, das heißt "bei abnehmender Maschinenleistung wird die Steuerhülse in der Zeichnung nach unten verstellt, wobei die Steuerkante den Verstellkolben 11 überläuft. Die Nachführung des Verstellkolbens erfolgt hier durch das von der Pumpe 17 über das Rückschlagventil 16 in den Druckmittelarbeitsraum 14 geförderte Druckmittel, das durch an sich bekannte Steuerungsmittel auf einem vorgegebenen, konstanten Druckniveau gehalten wird. Diese Verstellung des Verstellkolbens 11 kann jedoch nur in den Phasen erfolgen, in denen in dem Hauptarbeitsraum 4 und dem Bebenbrennraum 7 geringe Arbeitsdrücke etwa· in der Höhe des Ataosphärendruckniveaus herrschen, das heißt also beispielsweise während i_ - des Ansaug- und Ausschiebebaktes. Während des Kompressionstaktes

steht dagegen ein wesentlich höherer Arbeitsdruck an dem Hebenkolben 9 an» der eine Verkleinerung des Nebenbrennraumvolumens verhindert. Während dieser Betriebszustände ist. das Rückschlagventil 16 geschlossen und die Konkompressibilität des hydraulischen Druckmittels verhindert ein Ausweichen des Verstellkolbens. 11 und des Mebenkolbens 9· ·~

Durch die direkte Verstellung der Steuerhülse in Abhängigkeit beispielsweise von der Betätigung des Fahr- oder Gaspedals wird bei mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten Fahrzeugen eine relativ einfache Verdichtungssteuerung erreicht, bei der bei höheren Lastzuständen ein größeres Volumen des ITebenbrennraums und bei niedrigen Lasten ein kleineres Volumen automatisch eingestellt werden. Der Aufwand für diese Regelung ist dabei relativ gering.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Verstellung des Bfebenkolbens in Richtung auf eine Vergrößerung des Mebenbrennraums 7 bei Laststeigerungen relativ schnell und schlagartig erfolgt, da hierbei der Verstellkolben 11 der Steuerhülse 18 direkt und unmittelbar

folgt,zumal diese Veretellbewegung von dem während der Kompreseionstakte anstehenden Verdichtungsdruck unterstützt wird. Kritische Betriebszustände mit klopfender Verbrennung werden dadurch mit Sicherheit vermieden. Im umgekehrten Pail, das heißt bei einer Absenkung der Maschinenlast, wird dagegen die Verstellung des Verstellkolbens im wesentlichen nur durch den Druck/von der Pumpe in den Arbeitsraum 14 geförderten Druckmittels bewirkt, was,da dieser Druck relativ klein gehalten wird, nicht mit der gleichen Schnelligkeit erfolgt. Dies ist jedoch insofern unkritisch, da in solchen Fällen zwar Wirkungsgradeinbußen, andererseits aber keine kritischen Betriebszustände in Kauf zu nehmen sind.

In der Figur 2 der Zeiohnung ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der die Steuerbuchse 18' direkt den dem Verstellkolben 11 zugeordneten Zylinder bildet. Der Druckarbeitsraum 14' wird dabei durch einen gehäusefesten Deckel 27 abgegrenzt, der den Anschluß für die Druckmittelleitung 15 aufweist und demgegenüber die Steuerhülse 18' dichtend geführt ist. Die Steuerhülse weist an ihrem inneren Mantel eine axiale Ablaufnut 25 mit einer an ihrem Ende vorgesehenen Steuerkante 26 auf, die mit der Stirnseite des Verstellkolbens 11 in der oben beschriebenen Weise zur Bestimmung der Stellung des Verstellkolbens 11 zusammenwirkt. Auch hier kann die Steuerhülse 18' über eine nicht weiter gezeigte Gestängeanordnung direkt von dem Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine, beispielsweise dem Fahr- oder Gaspedal, in der Weise betätigt werden, daß bei steigender Last die Hülse in der Zeichnung nach oben und bei fallender last nach unten verstellt wird, wobei der Stellkolben 11 dieser Bewegung folgt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung die Verdichtungsregelung nur für einen Zylinder dargestellt ist. Selbstverständlich würden auch die anderen Zylinder gleiche Vorrichtungen aufweisen und die Verstellung der Steuerbüchsen könnte dann von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus, beispielsweise einem Betätigungsgestänge, von dem Fahr- oder Gaspedal aus erfolgen. Die Betätigung könnte aber auch in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Drosselklappe oder dem Saugrohrdruck erfolgen und

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es wäre auch denkbar für die Betätigung besondere Stellmotoren heranzuziehen, die dann von dem Leistungsstellglied oder ganz allgemein von der die Leistung des Motors charakterisierenden Zustandsgrö'ße gesteuert würde.

Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

f 1./Einrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verdichtungsverhältnisses einer ^akt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem jedem Zylinder zugeordneten, das Volumen eines mit dem Zylinderarbeitsraum verbundenen Hebenbrennraums verändernden Nebenkolben, der mit einem in einem Hydraulikzylinder gleitenden und von einem unter im wesentlichen konstantem Druck zugeführten Druckmittel beaufschlagbaren Verstellkolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Achsrichtung des Hydraulikzylinders (12) verstellbare Steuerhülse (18) vorgesehen ist, die eine mit der druckbeaufschlagten Stirnseite des Verstellkolbens (1.1) zur Steuerung des Druckmittelabflusses zusammenwirkende Steuerkante (21; 26) aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (18) in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine verstellbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (18) zur Verstellung mit dem Laststeuerglied der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Voriltzandar VoriUnd: Toni Sdimück»r, VoiellJ«nd»r ■ Claui Boigwmd - KaH-Hf Im Brltm · Piol. Df. uctin. Emit FIiIo ■ Dr. |ui", l'oi»r Fi»rk

dat. AufilditiraU; Dr.jur.Wotfgsng R.H«bb«l · BUnltr Herlwlcfi · Hont Müninei ■ Dr.rt'.ool.Witnar P.löimldl · PMSt.Di.r»i.pol.Frl«erlctiThorn»· Karl Guttal Ratjen " Sitz dar G«i«llidia<t: WoKiburg ' Atntigarleh! Wolliburg HRt

4· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da£ der Hydraulikzylinder durch einen gehäusefesten Eohizyiinäer (12) gebildet ist, an dessen Außenumfang die Steuerbusse (18) gleitend gehalten ist, die mit einem radial nach innen vorspringenden, die Steuerkante (21) aufweisenden Steg (19) in eine axial verlaufende Ausnehmung (20) des Hohlzylinders eingreift.

5· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (I8¹) als den Yerstellkolben (11) direkt umgebender Hydraulikzylinder ausgebildet ist und an ihrem Innenmantel eine axial gerichtete Ablaufnut (25) mit einer an ihrem Endpunkt vorgesehenen Steuerkante (26) aufweist.