DE3310548C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein variables Kompressions-System für Brennkraft-Maschinen nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Kompressions-System ist durch die US-Patentschrift 41 87 808 bekannt.

Bei Brennkraft-Maschinen mit innerer Verbrennung kann eine Verbesserung der Leistungsausbeute und eine Reduzierung des spezifischen Brennstoffverbrauchs durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses erreicht werden. Eine solche Erhöhung des Kompressionsverhältnisses bedingt jedoch nachteilig das Auftreten von Klopfen in der Schwerlastzone und/oder in der Zone niedriger Drehzahl des Motors. So muß bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen, deren Kompressionsverhältnis konstant ist, das praktikable Kompressionsverhältnis unausweichlich auf ein solches niedriges Niveau eingestellt werden, daß im Schwerlastbereich und/oder im Bereich niedriger Drehzahl ein Klopfen nicht auftritt. Daraus resultiert, daß es unmöglich ist, eine ausreichende Leistungsausbeute zu erzielen und den spezifischen Brennstoffverbrauch im Schwerlastbereich und/oder im Bereich niedriger Drehzahl zu reduzieren.

Bei dem gattungsgemäßen System nach der US-Patentschrift 41 87 808 wird der Nebenkolben 9 durch den Öldruck in der Kammer 12 in Richtung auf die Brennkammer 7 gedrückt, wenn der Druck in der Brennkammer 7 negativ wird (d. h., wenn er unterhalb des atmosphärischen Druckes liegt), und zwar während des Einlaß-(Expansions-)Hubes des Hauptkolbens 2, während er in eine eingestellte Position zurückgestellt wird, in der die Überströmöffnungen 16 durch den Ventilschieber 17 geschlossen sind, wenn der Druck in der Brennkammer 7 während des nachfolgenden Kompressionshubes des Hauptkolbens sich vergrößert. Auf diese Weise bewegt sich der Nebenkolben 9 bei jedem Motorzyklus hin und her.

Der Nebenkolben soll jedoch möglichst in einer eingestellten Position gehalten werden, und zwar ohne die vorgenannte hin- und hergehende Bewegung, um einen Abrieb und eine darauf resultierende Leckage zwischen dem Nebenkolben 9 und dem Nebenzylinder 8 sowie zwischen dem hin- und hergehenden Teil 10 und dem Ventilschieber 17 zu vermeiden. Solch eine hin- und hergehende Bewegung ist jedoch aufgrund der Erzeugung des Negativdrucks in der Brennkammer 7 während des Expansionshubes des Hauptkolbens 2 unvermeidlich.

Bei Abwesenheit jeglicher Mittel zur Begrenzung der Bewegung des Nebenkolbens 9 in Richtung auf die Brennkammer 7 zu wird der hin- und hergehende Hub des Nebenkolbens 9 unannehmbar groß. Daraus resultiert ein erheblich beschleunigter Abrieb und eine Dichtungsleckage, wodurch die Lebensdauer des Systems zur Einstellung des Kompressionsverhältnisses erheblich verkürzt wird.

Es ist von fast noch größerer Bedeutung, daß der große Hub des Nebenkolbens 9 ein unerwünschtes Anwachsen des Volumens des Drucköls zur Folge hat, welches über die Überströmöffnungen 16 während des Kompressionshubs des Hauptkolbens 2 freigegeben wird (Rückkehrhub des Nebenkolbens 9). Solch ein Anwachsen des freigegebenen Ölvolumens hat eine größere Zeitspanne für das Rückkehren in die eingestellte Position zur Folge, welche durch die einstellbare Position des Ventilschiebers 17 bestimmt ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß eine Neigung zu einem größeren Kompressionsverhältnis des Motors gegenüber dem eingestellten Verhältnis besteht, weil der Hauptkolben 2 seinen Kompressionshub beendet, bevor der Nebenkolben 9 in seine eingestellte Position zurückkehrt. Eine solche Tendenz besteht um so mehr, je höher die Motordrehzahl ist.

In der Fig. 3 der obengenannten US-Patentschrift 41 87 808 sind zwar hydraulische Mittel offenbart, die dazu dienen, eine übermäßige Bewegung des Nebenkolbens 45 in Richtung der Brennkammer während des Expansionshubes zu begrenzen. Diese hydraulischen Mittel sind jedoch komplizierter aufgebaut und benötigen mehr Raum als die im erfindungsgemäßen Patentanspruch 1 beanspruchten Federmittel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herzustellendes, aber auf Dauer lecksicheres variables Kompressions-System für Brennkraftmaschinen anzugeben

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Dabei ersetzt das Federmittel 25 die hydraulischen Mittel nach Fig. 3 der obengenannten US-Patentschrift. Dies dient ebenso der einfachen Herstellbarkeit wie das zweite und das dritte Merkmal, die beide darauf hinzielen, die Überströmöffnung und die entsprechenden Steuermittel außerhalb des Nebenzylinders bzw. außerhalb des Gehäuses anzuordnen.

Dies ermöglicht es, eine genaue Gleitbewegung des Regelgliedes zu erzielen und so eine Dichtungsleckage weitgehend zu vermeiden. Bei der gattungsbildenden US-Patentschrift 41 87 808 befinden sich die Überströmöffnungen 16 nämlich innerhalb des Gehäuses und tief innerhalb des rohrförmigen, hin- und hergehenden Teiles 10, wodurch erst schwierig wird, die genaue Bearbeitung der Gleitberührungsfläche an oder neben den Überströmöffnungen 16 vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft mithin ein verbessertes System zum Steuern des Kompressionsverhältnisses, um zu verhindern, daß Drucköl (Arbeitsöl) zur Druckölquelle zurückfließt, und zwar unabhängig von dem intensiven Öldruck, welcher an der Rückseite des Nebenkolbens aufgrund der in der Brennkammer durchgeführten Explosion erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße System erlaubt ferner die Änderung des Kompressionsverhältnisses bei einem niedrigen Niveau des hydraulischen Druckes.

Ferner kann die Änderung des Kompressionsverhältnisses weich und stufenlos erfolgen, ohne daß beim Motordrehmoment Schwankungen auftreten und ohne daß während der Änderung des Kompressionsverhältnisses ein Klopfen eintritt.

Beim erfindungsgemäßen System vollzieht sich die Änderung des Kompressionsdruckes automatisch oder von Hand auf einfache und leichte Weise entsprechend den variablen Betriebsbedingungen des Motors, wie z. B. der Motordrehzahl, der Motorbelastung, des Auftretens von Klopfen usw.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes System vorzusehen, das konstruktiv einfach und kompakt im Aufbau sowie leicht im Gewicht ist und das ferner ohne Zunahme von Vibrationen und Geräuschen betrieben werden kann.

Beim Betrieb des Systems gemäß der Erfindung wird die Druckölversorgung zur Druckölkammer vollzogen, wenn die Überspielöffnung durch das Überspielglied geschlossen wird, und wenn das Rückschlagventil in der Drucköl-Lie­ ferpassage im offenen Zustand sich befindet, d. h. wenn eine Kraft zum Vorschieben des Nebenkolbens, abgeleitet vom Druck des zugeführten Drucköls (Arbeitsöl) größer ist als eine Kraft zum Zurückziehen des Nebenkolbens, abgeleitet von einem Druck in der Brennkammer, und insbe­ sondere beim Einlaßhub oder beim Ausstoßhub, beispielsweise. Beim Kompressionshub oder beim Expansionshub befin­ det sich das Rückschlagventil, wenn die Kompressionskammer unter hohem Druck steht, in ihrem geschlossenen Zustand. Daher bedingt eine intensive Druckzunahme in der Druckölkammer, verursacht durch die Expansion in der Brennkammer, kein Zurückfließen des Arbeitsöles zu solchen hydraulischen Einheiten, wie beispielsweise zur hydrauli­ schen Pumpe, die an der Druckölquellenseite angeordnet ist.

Bei einem derartigen Druck-balancierten Zustand ist die Überströmöffnung ein wenig geöffnet, um ein kontinuierli­ ches Freilassen des durch die Drucköl-Lieferpassage und die Druckölkammer eingeführten Arbeitsöles zu erlauben, wenn das Überströmregelglied dahingehend bewegt wird, die Spülöffnung zu schließen. Sobald die Spülöffnung voll­ ständig geschlossen ist, wird das Freimachen des Arbeits­ öles dadurch beendet, wodurch der Druck in der Drucköl­ kammer beim Einlaß- oder Auslaßhub nuf ein Niveau des Arbeitsöllieferdruckcs ansteigt, so daß die Kraft zum Vorschieben des Nebenkolbens in Richtung auf die Brenn­ kammer, entwickelt durch diesen angehobenen Druck in der Brennkammer, größer wird als die Kraft zum Zurückziehen des Nebenkolbens weg von der Brennkammer, woraus ein Vorschie­ ben des Nebenkolbens in Richtung auf die Brennkammer resultiert.

Wenn dieses Vorschieben des Nebenkolbens bis zu einem bestimmten Umfang fortschreitet, wird die Überström­ öffnung erneut geöffnet, um das Freiwerden des Arbeits­ öles zu beginnen. Sobald das durch die Überströmöffnung freigewordene Ölvolumen mit dem in die Druckölkammer gelieferten Ölvolumen ausbalanciert ist, kommt das Vor­ schieben des Nebenkolbens zum Ende.

Wie beobachtet wird, wird das Vorschieben des Nebenkol­ bens in Richtung auf die Brennkammer beherrscht durch das Zuführen des Arbeitsöles in die Brennkammer beim Einlaß- oder Auslaßhub, wo der Druck in der Druckölkammer niedrig ist, wogegen das Zurückziehen des Nebenkolbens weg von der Brennkammer durch das Freiwerden des Arbeitsöles aus der Druckölkammer über die Überströmöffnung beherrscht wird. Daher muß ein Druck des der Druckölkammer zugeführ­ ten Arbeitsöles nicht einen intensiven Explosionsdruck übersteigen, welcher in der Brennkammer erzeugt wird. Daraus resultiert, daß das Arbeitsöl bei einem niedrigen Druckniveau verwendet werden kann. Dies bedeutet, daß eine Hydraulikpumpe mit hoher Kapazität nicht länger für das Betätigen des Nebenkolbens erforderlich ist. Weiterhin können Niedrigdrucköle, die beispielsweise als Schmieröle für verschiedene Teile des Motors oder als Arbeitsöle für die Servosteuerung oder für ein automatisches Getrie­ be als Arbeitsöl für das System gemäß der Erfindung ver­ wendet werden. In dem Fall, wenn Schmieröl für die Motor­ teile als in Frage kommendes Arbeitsöl verwendet wird, kann eine Schmierölpumpe als Arbeitsölpumpe für das erfin­ dungsgemäße System dienen.

Die Bewegung des Nebenkolbens nach vorne und nach hinten wird weiterhin beherrscht durch das Steuern des Überström­ regelgliedes, so daß die Überströmöffnung geeignet geöffnet oder geschlossen wird, so daß das Kompressionsverhältnis stufenlos geändert werden kann.

Wenn ein intensiver Explosionsdruck beim Expansionshub auf den Nebenkolben wirkt, wenn das Rückschlagventil in der Drucköllieferpassage sich in seiner geschlossenen Lage befindet, wird auf den Nebenkolben kraftmäßig so eingewirkt, daß sich dieser ein wenig nach hinten bewegt, wodurch die Überströmöffnung dahingehend geschlossen wird, einen rapiden Druckanstieg in der Druckölkammer zu verursachen. So können die intensiven Explosions­ drücke, die auf den Nebenkolben wirken, gut abgefangen werden und gleichzeitig durch Kompression des Arbeits­ öles in der Druckölkammer hinter dem Nebenkolben abgepuf­ fert werden. Dies resultiert darin, daß jede Zunahme von Vibrationen und Geräuschen nicht gefördert werden, obwohl die intensiven Explosionsdrücke intermittierend auf den Nebenkolben wirken. Weiterhin bewegt das überströmregel­ ventil sich nicht unerwartet unter dem Explosionsdruck. Daher wird das Kompressionsverhältnis im wesentlichen ohne Fluktuationen auf dem gewünschten Niveau gehalten. Hinzu kommt, daß eine relativ geringe Kraftaufwendung genügt, das Überströmregelglied anzutreiben.

Entsprechend der Erfindung ist keine dicke Kolbenstange erforderlich, da der intensive Explosionsdruck nicht als eine kompressive Kraft darauf wirkt. Es ist kein besonderer Hydraulikzylinder erforderlich, um den Neben­ kolben nach vorne und zurück zu bewegen, wie dies in­ härent bei den Systemen gemäß dem Stand der Technik, wie sie zuvor beschrieben worden sind, vorgesehen ist, zu­ sätzlich zu einem, bei dem der Nebenkolben zum Verändern des Kompressionverhältnisses des Motors angebracht ist. Eine Hydraulikpumpe relativ geringer Kapazität von üblich kleiner Größe ist ausreichend, um das Arbeitsöl für den Nebenkolben unter Druck zu setzen, weil das Öl auf einen niedrigen Druckniveau verwendet werden kann. Außerdem kann diese Pumpe in solch einem besonderen Fall weggelas­ sen werden, wenn eine Schmierölpumpe für diese wirksam wird. All diese Merkmale der Erfindung tragen zusammen­ wirkend zu einer einfachen und kompakten Konstruktion bei, ebenso wie zu einer Reduzierung des Gewichtes des Systems.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner ein leichtes und stetes Starten des Motors, indem der Nebenkolben nach dem Anhalten des Motors in seine hinterste Lage zurückgezogen wird (beste Bereitschaftsstellung), und zwar am weitesten weg von der Brennkammer.

Durch die Erfindung wird es weiterhin ermöglicht, daß die Verschlechterung des Drucköls (Arbeitsöl), verursacht durch ein Durchblasglas, welches durch den Freiraum zwischen dem Nebenkolben und dem zugehörigen Nebenzylinder dringt, durch Vorsehen der Durchblas­ gaskammer minimal gehalten werden kann.

Ferner ist das beanspruchte System exakt auf Motoren des Gegenstromtyps und ebenso auf Mehrzylindermotoren, wie z. B. Zweizylindermotoren, Dreizylindermotoren, Vierzylindermotoren und dgl. anwendbar. Es ist shließlich nicht nur auf Motoren mit Kerzenzündung anwendbar, sondern auch auf Motoren mit Kompressionszündung.

Anhand der Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht eines Zweizylinder-Reihenmotors, bei dem ein variables Kompressionssystem für Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung eingebaut ist.

Fig. 2A eine vergrößerte Schnittansicht in Richtung der Pfeile entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 2B eine detaillierte Darstellung eines Teils der Fig. 2A in vergrößertem Maßstab und der Darstel­ lung einer Überlauföffnung,

Fig. 3 eine fragmentarische Bodenansicht eines Zylinder­ kopfes in Richtung der Pfeile entlang der Linie 3-3 in Fig. 2A,

Fig. 4 eine vergrößerte, teilweise weggeschnitten darge­ stellte Ansicht mit der Darstellung des Betriebs­ eingriffes eines Überlaufregelgliedes in Form eines Überlaufringes mit einem zusammenwirkenden gegabelten Hebel,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht in Richtung der Pfeile entlang der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines Bei­ spiels eines automatischen Steuersystems zum Steuern des variablen Kompressionsverhältnisses,

Fig. 7 ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines anderen Beispiels eines automatischen Steuersystems für das variable Kompressionsverhältnis,

Fig. 8 eine fragmentarische Schnittansicht mit der Dar­ stellung einer Abänderung des Überlaufregelglie­ des und einer zusammenwirkenden Überlauföffnung,

Fig. 9 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer anderen Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung bei Anwendung bei einem Zweizylindermotor,

Fig. 10 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 10-10 der Fig. 9 in Richtung der dort angegebenen Pfeile,

Fig. 11 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 der Fig. 10 in Richtung der dort angegebenen Pfeile,

Fig. 12 eine der Fig. 2A ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Systems der Erfindung, bei dem ein Drehventil zum Steuern der Druckölversorgungspassage verwen­ det wird,

Fig. 13 eine fragmentarische Schnittansicht entlang der Linie 13-13 in Fig. 12 in Richtung der dort ange­ gebenen Pfeile und

Fig. 14 einen reduzierten Schnitt ähnlich dem der Fig. 12, jedoch mit der Darstellung einer weiteren Ausfüh­ rungsform des Systems der Erfindung, welches so ausgebildet ist, daß solche Öle als wirksame Be­ tätigungsöle für das System der Erfindung verwendet werden, die für das Betätigen des Kraftsteuer­ mechanismus, der automatischen Transmission oder einer anders ausgerüsteten Vorrichtung oder Mechanismus verwendet wird.

In den beigefügten Zeichnungen bezeichnen gleiche Be­ zugszeichen gleiche oder entsprechende Teile über alle Ansichten. Fig. 1-8 zeigen einen Zweizylinder-Reihen­ motor mit innerer Verbrennung 1, welcher mit einem variab­ len Kompressionssystem entsprechend dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung ausgerüstet ist. Der Motor 1 ist so dargestellt, daß er einen ersten Hauptzylinder A₁ und einen zweiten Hauptzylinder A2 aufweist. Der Motor hat einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3, wobei letzterer von ersterem abgestützt wird, wie dies herkömmliche Praxis ist.

Der Zylinderblock 2 weist ein Paar von beabstandeten Zylin­ derbohrungen 5 auf, welche den ersten und zweiten Zylinder A₁, A₂ bilden. In jedem Zylinder ist ein Hauptkolben 4 verschiebbar für die bekannte auf- und abgehende Hin- und Herbewegung angebracht. Der Zylinderkopf 3 weist ein Paar von inneren Hohlräumen auf, die als Brennkammern 6 dienen und entsprechend dem Paar von Zylinderbohrungen 5 ausgebildet sind.

Jeweils in jedem Zylinderbereich A₁, A₂ sind eine Kombina­ tion von Einlaß 7 und Auslaß 8 im Zylinder­ kopf 3 ausgebildet, wie dies nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird.

Ein Zündende 9 a einer bekannten Zündkerze 9, welche vom Zylinderkopf 3 gehalten wird, ragt vorzugsweise in der Mitte in jedes Paar von Brennkammern 6 und liegt dort frei.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ist jeder Einlaß und Auslaß 7, 8 in einer Seitenwand 12 (linke Seitenwand in der Darstellung) des Zylinderskopfes ausgebildet, die im wesentlichen parallel zu einer Längsmittellinie 11 verläuft. Diese Längsmittellinie 11 verläuft durch die Mitten 10 der Zylinderbohrungen 5 und zwar in derselben Richtung wie die, in der eine nicht dargestell­ te Kurbelwelle des Motors 1 verläuft. Jede Kombination von Einlaß bzw. Auslaß 7, 8 verläuft durch die Wand 12 und mündet in die zugehörige Brennkammer 6 an Öffnungen 7 a, 8 a, die längs der Mittellinie 11 angeordnet sind. Jeder Einlaß 7 wird durch ein bekanntes Einlaßventil 13 gesteuert, welches an der Öffnung 7 a vorgesehen ist, während jeder Auslaß 8 durch ein bekanntes Auslaßven­ til 14 gesteuert wird, welches an der Öffnung 8 a vorge­ sehen ist, wie dies in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Diese Ventile 13, 14 können auf herkömmliche Weise be­ tätigt werden. Jede Kombination von Einlaß und Auslaß 7, 8 befinden sich in einer sogenannten Gegenstromanord­ nung, bei der das Brennstoff-Luft-Gemisch durch in der linken Seitenwand 12 des Motors ausgebildeten Einlaß 7 in die Brennkammer gebracht wird. Nach der Verbrennung wird das Gemisch als Gegenstromabgas durch den Auslaß 8, welcher in derselben Seitenwand 12 des Motors angeordnet ist, abgegeben.

Jeder der Zylinder A₁, A₂ ist mit einem Nebenzylinder 15 versehen, welcher rechts von der Mittellinie 11 angeord­ net ist, was am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist. In anderen Worten bedeutet dies, daß jeder Nebenzylinder 15 an entgegengesetzten Seiten der Öffnungen 7 a, 8 a des Einlasses und Auslasses 7, 8 hinsichtlich der Mittel­ linie 11 angeordnet ist. Jeder Nebenzylinder 15 mündet mit seinem unteren Ende in die zugehörige Brennkammer 6 und mit ihrem oberen Ende in eine obere Kammer oder einen oberen Raum des Zylinderkopfes 3. Die obere Endöffnung des Nebenzylinders 15 wird durch ein Schließ­ teil, wie eine Abdeckplatte 16, geschlossen. Wenn dies gewünscht ist, kann das Schließteil 16 integriert mit dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sein.

Ein Nebenkolben 17, welcher zwei oder mehr herkömmliche Kolbenringe 18 aus seinem Umfang trägt, ist verschieb­ bar für eine Hin- und Herbewegung innerhalb jedes Neben­ zylinders 15 angeordnet, so daß das Verschieben des Neben­ kolbens 17 das Freiraumvolumen der Brennkammer 6 und somit das Kompressionsverhältnis des Motors verändern kann.

Insbesondere wenn der Nebenkolben 7 sich axial in Rich­ tung auf die Brennkammer 6 bewegt, wird das Freiraumvolu­ men der Kammer 6 für ein höheres Kompressionsverhältnis reduziert, während, wenn der Nebenkolben 17 sich von der Brennkammer 6 weg bewegt, das Freiraumvolumen der Kammer 6 für ein niedrigeres Kompressionsverhältnis ver­ größert wird. Zufällig ist der Nebenkolben 17 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Jedoch kann ein verbren­ nungsmotorseitiger Teil des gesamten Körpers des Kolbens aus Keramik und/oder einem anderen geeigneten Material bestehen.

Zwischen der Oberseite des Nebenkolbens 17 und der In­ nenwand des Schließteiles 16 ist eine Drucköl-(Arbeitsöl-) Kammer 19 ausgebildet, welche über eine Drucköl- Lieferpassage 20 mit einer bekannten Druckölquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Steuerventilmittel, bei­ spielsweise ein Rückschlagventil 21, ist in der Drucköl- Lieferpasse 20 vorgesehen, so daß die Passage 20 aufgrund eines Druckanstieges in der Brennkammer 6 während des Kompressions- oder Expansionshubes geschlossen wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2A ist jeder Neben­ kolben 17 in einem axial begrenzten Umfang zwischen der Druckölkammer 19 und dem obersten Kolbenring 18 von einer ringförmigen Durchblasgaskammer 22 umgeben, welche dadurch vorgesehen sein kann, daß eine Ringausnehmung in einer oder in beiden zylindrischen Wänden des Nebenkolbens 17 und des Nebenzylinders 15 ausgebildet ist. Jede Durch­ blasgaskammer 22 ist über eine Leitung 23, die im Zylinder­ kopf 3 ausgebildet ist und ebenso eine Ausnehmung 27, die damit in Verbindung steht, mit einer bekannten Durch­ blasgasbehandlungseinrichtung, wie einen Einlaßluftreini­ ger (nicht dargestellt) des Motors oder einer Ansauglei­ tung (nicht dargestellt) zum Motor, verbunden.

Innerhalb der Durchblasgaskammer 22 befindet sich eine Schraubenfeder 25, um normalerweise den Nebenkolben 17 nach oben weg von der Brennkammer 6 zu drücken.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2A ist das hintere En­ de jedes Nebenkolbens 17 mit einer kurzen zylindrischen Ausnehmung 27 versehen, welche von einer Ringschulter 27 a und einer kurzen zylindrischen Innenwandfläche 27 b begrenzt wird. Eine bewegliche hohle Kolbenstange 26 verläuft ko­ axial zum Nebenkolben 17 durch das Schließteil 16 und ist fest am geflanschten vorderen Ende der hinteren End­ fläche des Nebenkolbens mittels eines einschnappenden Sicherungsringes 29 oder dgl. angebracht, welcher angepaßt werden kann, nachdem der Endflansch 28 innerhalb der zylin­ drischen Ausnehmung 27 in Anlage mit der Ringschulter 27 a gebracht wurde. Der Durchmesser des ringförmigen Endflan­ sches 28 ist ein wenig kleiner als der der zylindrischen Ausnehmung 27, um so einen schmalen Ringfreiraum 30 zwischen der zylindrischen Wandfläche 27 b und dem Umfang des Endflansches 28 vorzusehen, woraus resultiert, daß sich die Kolbenstange 26 ein wenig quer zur Längsachse des Nebenkolbens 7 bewegen kann.

Jede der Kolbenstangen 26 verläuft durch das zugehöri­ ge Schließteil 16 auf axial verschiebbare Weise. Die Kolbenstange ist mit einer Axialbohrung 31 versehen, deren unteres Ende in eine Kühlkammer 32 mündet, welche im Inneren des Nebenkolbens 17 ausgebildet ist. Die Kühl­ kammer 32 steht über eine Leitung 33 mit der Druckölkam­ mer 19 in Verbindung.

Der obere Abschnitt der Kolbenstange 26 ragt aus dem Schließteil 16 hinaus und ist mit einem Durchgangsloch 34 versehen, welches nachfolgend als "Überlauföffnung" bezeichnet wird. Dieses Durchgangsloch 34 steht mit der Axialbohrung 31 in Verbindung, und zwar für den Zweck der Abgabe des Drucköls (Arbeitsöl) in der Druckölkammer 19 in die bekannte obere Kammer oder dem im Inneren des Zylin­ derkopfs 3 ausgebildeten Raum. Ein Überlaufregelglied, welches beispielsweise die Form eines Schieberings 35 haben kann, wird nachfolgend als "Überlaufring" bezeichnet. Er ist zur Kolbenstange 26 relativ verschiebbar ange­ bracht, so daß dieser Überlaufring die Überlauföffnung 34 schließen kann, wenn sich die Kolbenstange axial nach hinten bewegt, während dieser Überlaufring die Überlauf­ öffnung öffnet, wenn sich die Kolbenstange axial nach vor­ ne bewegt.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird eine Zwischen­ welle 36, welche in Richtung der Reihe des Paares von Hauptzylindern A₁, A₂ verläuft, auf der Oberseite des Zylin­ derkopfes 3 durch eine Vielzahl von Lagergliedern 37 ab­ gestützt, so daß sie winkelmäßig um ihre eigene Achse bewegbar ist.

Ein Paar von gegabelten Hebeln 38 sind in den Haupt­ zylinderbereichen A₁, A₂ entsprechend der Darstellung in Fig. 1 an einem Ende der Zwischenwelle 36 fest ange­ bracht. Jeder der gegabelten Hebel 38 kann eine zylindri­ sche Basis oder einen Ansatz 38 a aufweisen, mittels dem der Hebel verschiebbar auf der Welle 36 abgestützt ist und daran für eine gemeinsame Drehung in einer einjustier­ ten Stellung durch Festziehen einer Klemmschraube 39, die in der Basis 38 a eingeschraubt ist, festgeklemmt wer­ den kann.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und 2A kann ein Paar von beabstandeten freien Enden jedes Hebels 38 mit einem Paar von gegenüberliegenden Stiften 40 versehen sein, welche in Eingriff mit einer Ringnut 41 nach innen verlaufen, welche Ringnut 41 im Umfang jedes Überlaufrin­ ges 35 ausgebildet ist, so daß sowohl die Überlaufringe 35, die in den Hauptzylinderbereichen A₁ und A₂ angeord­ net sind, gleichzeitig in Schiebebewegung entlang der Kolbenstangen 26 sein können, und zwar in Übereinstimmung mit der Winkelbewegung der Zwischenwelle 36.

Die zuvor beschriebene Konstruktion nimmt, wenn der Druck in der Druckölkammer 19 und somit der in der Brennkammer niedriger als der der Druckölquelle wird, das Rückschlag­ ventil 21 in der Passage 20 seine offene Stellung unter dem Druck der Druckölquelle mit dem Ergebnis ein, daß das Arbeitsöl in die Kammer 19 gefördert wird. Wenn jeder der Überlaufringe 35 aus ihrer in ausgezogener Linie dar­ gestellten Lage hinunter in die mit strichpunktierten Li­ nien dargestellte Lage in Fig. 2A axial bewegt wird, wird jede der Überlauföffnungen 34 geschlossen. Daher wird das Freiwerden des Arbeitsöles daraus hinsichtlich eines Ansammelns des Drucköls in der Kammer 19 unterbrochen.

In anderen Worten bedeutet dies, daß, so lange der Druck in der Brennkammer 6 beim Einlaßhub oder beim Ex­ pansionshub relativ niedrig ist, das Arbeitsöl konti­ nuierlich in die Kammer 19 gefördert und dort angesam­ melt wird, bis der darin befindliche Druck ausreichend zugenommen hat, um den Nebenkolben 17 in Richtung auf die Brennkammer 6 gegen den Druck in der Brennkammer 6 einzudrücken, welcher Druck in der Brennkammer 6 dagegen den Nebenkolben 17 nach hinten drückt.

Wenn andererseits der Nebenkolben 17 axial in Richtung auf die Brennkammer 6 bewegt wird, damit die Überlauföff­ 34 geöffnet werden kann, wird das Arbeitsöl erneut freigemacht bis das freigemachte Ölvolumen aus der Über­ lauföffnung in einen Zustand der Gleichheit mit dem in die Kammer 19 zugelieferten Ölvolumen erlangt. Da in diesem Zustand die durch den Druck in der Kammer 19 ent­ wickelte Kraft zum Drücken des Nebenkolbens 17 axial nach unten ausgeglichen ist mit einer durch den Druck in der Brennkammer 6 und ebenso durch eine Federlast der Schraubenfeder 25 zum Drücken des Nebenkolbens axial nach oben entwickelten kombinierten Kraft, kommt die Vorwärts­ bewegung des Nebenkolbens zu einem Ende.

Wenn im Gegensatz dazu jeder Überlaufring 35 axial von der in strichpunktierten Linien dargestellten Lage in die in ausgezogenen Linien dargestellte Lage gemäß Fig. 2A bewegt wird, nimmt jede Überlauföffnung 34 ihre vollständig offene Lage ein, um die Abgabe vom Ölvolumen daraus maxial zu gestalten. Als Resultat nimmt der Druck in der Kammer 19 ab, damit der Nebenkolben 17 sich aufgrund des Druckes in der Kammer 6 und ebenso aufgrund der Federwirkung der Schraubenfeder 25 von der Brennkammer 6 axial weg bewegen kann bis die Überlauföffnung erneut durch den Überlaufring 35 geschlossen wird. Nach dem Schließen der Überlauföffnung nimmt das dadurch abgegebene Ölvolumen ab, um mit dem in die Kammer 19 zugeführten Ölvolumen mit dem Resultat ausbalanciert zu werden, daß die Rückwärtsbe­ wegung des Nebenkolbens 17 zu einem Ende kommt. So kann die Axialbewegung jedes Nebenkolbens 17 einstellbar durch die Axialverschiebebewegung des kooperativen Überlauf­ ringes 35 gesteuert werden. Daher kann das Kompressions­ verhältnis des Motors wunschgemäß modifiziert werden.

Für den Fall, daß auf den Nebenkolben 17 beim Expansions­ hub ein intensiver Explosionsdruck ausgeübt und folglich auf den Nebenkolben kraftmäßig so eingewirkt wird, daß er sich von der Brennkammer weg bewegt, um ein Schließen der Überlauföffnung 34 zu verursachen, begrenzt sich das Arbeitsöl auf das in der Druckölkammer 19 befindliche Öl, da das Rückschlagventil 21 in der Drucköllieferpassage 20 in diesem Zustand eine geschlossene Lage einnimmt. So kann der in der Kammer 19 entwickelte Druck gegen den intensiven Explosionsdruck wirken. In diesem Fall kann die auf den Nebenkolben 17 wirkende Explosionskraft durch Abgabe des Drucköls absorbiert oder gepuffert werden, be­ vor die Überlauföffnung 34 geschlossen wird und somit dem nachfolgenden Druckanstieg in der Kammer 19.

Wie am besten aus Fig. 2A ersichtlich ist, ist der Durch­ messer des hinteren Endes des Nebenkolbens größer als der Durchmesser des vorderen Endes desselben. Diese besondere Konstruktion jedes Nebenkolbens 17 sieht einen Vorteil dahingehend vor, daß der maximal erhöhte Druck in der Druckölkammer 19, erzeugt durch die Expansion in der Brennkammer 6, niedriger sein kann als der maximale Explo­ sionsdruck in der Kammer 6, im wesentlichen im Verhältnis zur Differenz zwischen dem Flächenbereich des hinteren Endes des Nebenkolbens und des Flächenbereiches des vorde­ ren Endes des Nebenkolbens.

Es sollte festgestellt werden, daß entsprechend der vor­ liegenden Erfindung der intensiv erhöhte Druck in der Druckölkammer 19, erzeugt durch die Expansion in der Brennkammer 6, nicht nachteilig die erwartete Axialschie­ bebewegung der Überlaufringe 35 beeinträchtigt.

Entsprechend der Erfindung sind die auf den Hauptzylindern A₁ und A₂ angeordneten Paare von Überlaufringen 35 mit der einzelnen zwischenverbindenden Welle 36 über die ge­ gabelten Hebel 38 verbunden. Daher kann das Kompressions­ verhältnis an den beiden Hauptzylindern A₁ und A₂ zu der­ selben Zeit geändert werden, zu der eine Winkelbewegung bzw. ein Verdrehen der genannten Welle 36 vorgenommen wird. Wenn in diesem Zusammenhang aufgrund eines Fehlers oder beispielsweise von Bearbeitungsfehlern ein bestimmter Unterschied in der Dimension und/oder der Lage zwischen der Überlauföffnung im ersten Zylinderbereich A₁ und dem im zweiten Zylinderbereich A₂ besteht, kann nicht erwartet werden, gleichzeitige Öffnungs/Schließfunktionen des Paares von Überlauföffnungen 34 zu erhalten. Daher kann nicht die gewünscht genaue Steuerung des Kompressionsverhältnisses in jedem der Hauptzylinder A₁, A₂ erreicht werden.

Ein einfacher Weg zur Lösung des zuvor diskutierten Prob­ lems besteht in der genauen Einstellung der Lagen der Paare von gegabelten Hebeln 38. Nach dem Losschrauben der Klemm­ schrauben 39 für eine freie axiale Verschiebebewegung je­ des gegabelten Hebels 38 entlang der Zwischenwelle 36 sollte mehr im einzelnen die Öffnungs/Schließlage des Paares von Überlauföffnungen 34 an den Zylindern A₁, A₂ genau dadurch eingestellt werden, daß das Paar von gegabelten Hebeln 38 in ihre relativ eingestellten Lagen verschoben werden. Dann sollten die gegabelten Hebel 38 in diesen einjustierten Stellen durch Festziehen der Klemmschrau­ ben 39 festgeklemmt werden.

Die vorgenannte Positionseinstellung kann vorteilhafter­ weise durch Verwendung von exzentrischen Stiften 40 a durchgeführt werden, welche in Eingriff mit der korres­ pondierenden Ringnut 41 jedes Überlaufringes 35 sich befinden. Die Mitte jedes der Stifte 40 a befindet sich exzentrisch des vergrößerten zylindrischen Basisabschnit­ tes 40 a′, welcher in jedem der freien Enden der gegabel­ ten Hebel 38 drehbar abgestützt ist, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Der Einstellvorgang nach dem Lö­ sen jedes Paares von Klemmschrauben 42, die die exzentri­ schen Stifte 40 a in Lage klemmen, sollte die relative Öffnungs/Schließlage des Paares von Überlauföffnungen 34 in den Zylinderbereichen A₁, A₂ genau durch Drehen der Stifte 40 a oder ihrer Basisabschnitte 40 a′ so eingestellt werden, daß die Überlauföffnungen 34 gleichzeitig geöff­ net oder geschlossen werden können. Schließlich sollte jeder der Stifte 40 a durch Festziehen der Klemmschrauben 42 in der eingestellten Lage festgeklemmt werden.

Die Zwischenwelle 36 wird betriebsmäßig mit einer geeigneten Betätigungseinrichtung verbunden. Dies erfolgt über einen Lenkerarm 43 für die gewünschte begrenzte Winkel­ bewegung um ihre eigene Achse. Bei der in Fig. 1 und 2A dargestellten Ausführungsform wird als Betätigungsmittel ein Membranmechanismus 44 verwendet. Jedoch können auch andere Arten von Betätigungsmittel verwendet werden, bei­ spielsweise ein elektrisch arbeitendes Betätigungsmittel.

Der Membranmechanismus 44 ist mit einer Membran 46 ver­ sehen, die sich herkömmlicherweise betriebsmäßig innerhalb eines Gehäuses 46 a abstützt. Eine Betätigungsstange 45 ist an ihrem inneren Ende mit der Membran 46 verbunden. Mit ihrem äußeren Ende, welches aus dem Gehäuse herausläuft, ist die Betätigungsstange mit dem Lenkerarm 43 verbunden, welcher mit seinem einen Ende an der Zwischenwelle 36 befestigt ist. In der Membrankammer 47, getrennt durch die Membran 46, ist eine Schraubenfeder 48 vorge­ sehen, die normalerweise die Betätigungsstange 45 axial nach vorne drückt (in der Darstellung nach unten), wie dies in Fig. 2A dargestellt ist.

Die Membrankammer 47 steht auf bekannte Art und Weise mit einer Ansaugleitung (nicht dargestellt) des Motors in Verbindung, und zwar über eine Leitung, durch die der negative Druck (die sogenannte "Ansaugleitung"), welcher in der Einlaßleitung erzeugt wird, in die Membran­ kammer eingeleitet wird. Wenn so der Negativdruck in der Kammer 47 erhöht wird (hohes Saugvakuum) wird auf die Betätigungsstange 45 dahingehend kraftmäßig eingewirkt, daß sie sich axial nach hinten (nach oben) gegen die Fe­ derlast der Schraubenfeder 48 bewegt, um dadurch beide Überlaufringe 35 gleichzeitig in Richtung auf die Brennkam­ mer zu bewegen.

Wenn im Gegensatz dazu der Negativdruck in der Membran­ kammer 48 abnimmt (auf den atmosphärischen Druck), wird durch die Schraubenfeder 48 so auf die Betätigungsstange 45 eingewirkt, daß diese sich axial nach vorne (nach unten) bewegt, um dadurch auf die Überlaufringe 35 derartig kraft­ mäßig einzuwirken, daß sich diese gleichzeitig von der Brennkammer weg bewegen. Diese Rückziehbewegung der Über­ laufringe 35 ist beispielsweise durch einen aufschnappbaren Sicherheitsring 50 begrenzt, welcher an dem rück­ seitigen Ende (oberes) der Kolbenstange 26 fest angebracht ist.

Wie bekannt, ändert sich der Negativdruck (Ansaugvakuum) Stufenlos auf ein atmosphärisches Druckniveau, im allgemeinen im umgekehrten Verhältnis zur Belastung des Motors, wenn die Motorlast zunimmt. Dementsprechend fällt jedes Kompressionsverhältnis in den Hauptzylindern A₁, A₂ stufenlos, wenn die Motorlast zunimmt, während es stufen­ los ansteigt, wenn die Motorlast abnimmt. So kann das Kompressionsverhältnis automatisch auf weiche, glatte und stufenlose Weise in Übereinstimmung mit der Zunahme der Belastung des Motors gesteuert werden.

Wenn der Motor angehalten wird, wird das Ansaugvakuum auf das atmosphärische Druckniveau geändert. Daher er­ reicht ebenso der Druck in der Membrankammer 47 das atmosphärische Druckniveau. Unter solchen Bedingungen kann die Schraubenfeder 38 die Betätigungsstange 45 so stoßen, daß auf jeden der Überlaufringe 35 derartig kraftmäßig eingewirkt wird, daß sie sich in Eingriff mit dem Siche­ rungsring 50, welcher an der Oberseite der zugehörigen Kolbenstange 26 befestigt ist, von der Brennkammer 6 weg bewegen kann. Daraus resultiert, daß jede Kolbenstange 26 zusammen mit dem zusammenwirkenden Nebenkolben 17 kraft­ mäßig durch die weitere Verschiebebewegung des Überlauf­ ringes 35 zurückgezogen wird, bis das hintere Ende des Nebenkolbens 17 mit dem Schließteil 16 in Berührung ge­ langt. So nimmt nach dem Anhalten des Motors jeder Neben­ kolben seine extrem zurückgezogene Lage ein, in der das Kompressionsverhältnis minimalst gehalten wird. Konsequen­ terweise wird zum Zeitpunkt des nachfolgenden Startens des Motors das minimale Kompressionsverhältnis aufrecht­ erhalten, bis der Motor seinen vollständigen Betrieb ein­ nimmt, um das ausreichende Ansaugvakuum vorzusehen. So genügt entsprechend der Erfindung eine niedrige Span­ nung an der Zündkerze zum Starten des Motors. In anderen Worten bedeutet dies, daß nicht weiter für das Starten des Motors eine hohe Spannung erforderlich ist, die andererseits bei einem hohen Kompressionsverhältnis notwendig war. Weiterhin ist entsprechend der Erfindung ein geringes Drehmoment für das Drehen der Kurbelwelle beim Starten des Motors erforderlich.

Im allgemeinen steht die Brennkammer beim Expansionshub unter einem solch hohen Druck, daß mehr oder weniger des erzeugten Verbrennungsgases als Durchblasgas durch einen sehr schmalen Freiraum existiert, welcher zwischen einem Innenumfang eines Nebenzylinders und einem Außenum­ fang eines Nebenkolbens gebildet ist.

Entsprechend der Erfindung ist die Durchblasgaskammer vorteilhafterweise zwischen dem äußeren Umfang des Neben­ kolbens 17 und dem Innenumfang des Nebenzylinders 15 in jedem der Hauptzylinderbereiche A₁, A₂ vorgesehen, und zwar auf kommunizierende Weise mit der bekannten Durchblas­ gasbehandlungseinrichtung über die Öffnung 23 und die Pas­ sage 24, wie dies zuvor bereits beschrieben worden ist. So wird ein Teil des erzeugten Durchblasgases, welches auf die Druckölkammer 19 gerichtet wird, zunächst in die Durchblasgaskammer 22 eingeführt und dann in die bekannte Durchblasgasbehandlungseinrichtung gebracht. Als Ergebnis kann der Durchblasgasstrom in die Druckölkammer 19 bemerkenswert reduziert und daher eine unerwünschte Leckage des Arbeitsöles von der Kammer 19 in die Brennkammer 6 minimal gehalten werden, wodurch solch besondere Vorteile geschaffen werden, daß die Verschlechterung des Drucköls zum Betätigen der Nebenkolben 17 minimal gehalten werden kann und daß eine unerwünschte Begrenzung des Durchblas­ gases in die Druckölkammer 19, die eine Behinderung eines weichen Hin- und Hergehens des Nebenkolbens verursacht, minimal gehalten werden kann.

Anstatt des mechanischen Betätigungsmittels 34 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung der zuvor beschriebenen Art, kann auch ein elektrisch gesteuertes Betätigungsmittel verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, das variable Kompressionsverhältnis des Motors durch solch besondere Systeme wie in Fig. 6 und 7 automatisch zu steuern.

Das automatische Steuersystem, wie es schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, umfaßt einen Motorlastdetektor 52 (Einlaß-Ansaugvakuum ist verfügbar als Motorlast) und einen Motordrehzahldetektor 53. Beide Detektoren sind mit einem Betätigungsmittel-Steuerkreis 51 verbunden, welcher den Betrieb eines elektrisch betätigten Betätigers 44 a zum Bewirken der Bewegung der Überlaufringe steuert. So ist es durch Eingeben der von den Detektoren 52, 53 erfaßten Signale in den Kreis 51 möglich, das variable Kompressionsverhältnis des Motors automatisch zu steuern, so daß das Behältnis stufenlos kleiner wird, wenn die Motor­ last zunimmt, während das Kompressionsverhältnis stufen­ los größer wird, wenn die Motordrehzahl zunimmt.

Das andere Beispiel des automatischen Steuersystems ent­ sprechend der Darstellung in Fig. 7 umfaßt einen Klopf­ sensor 54, welcher mit einem Betätigersteuerkreis 51 a verbunden ist, der den Betrieb eines elektrisch betrie­ benen Betätigers 44 b zum Bewirken der Bewegung der Überlauf­ ringe steuert. So ist es möglich, das variable Kompres­ sionsverhältnis so automatisch zu steuern, daß der Motor ein relativ hohes Kompressionsverhältnis aufweist, wenn kein Klopfen auftritt, während ein relativ niedriges Kompressionsverhältnis vorliegt, wenn ein Klopfen auf­ tritt.

Bei der automatischen Steuerung des variablen Kompressions­ verhältnisses sieht die zuvor beschriebene Betätigungsanordnung, die gleichzeitige Veränderung der relativen Kompressionsverhältnisse des Paares von Hauptzylindern durch einen gemeinsamen Einzelbetätiger erlaubt, solche Vorteile vor, daß im Vergleich zu dem Beispiel, bei dem ein einzelner Betätiger für jeden Hauptzylinder vorge­ sehen ist, weniger Raum benötigt wird. Außerdem besteht ein Vorteil darin, daß der Fehler oder die Differenz der Kompressionseigenschaften minimiert werden kann, die jedem der Hauptzylinder innewohnen.

Andererseits wird ein Klopfen im Motor beispielsweise bei einer hohen Temperatur im Motor verursacht, bei hoher Temperatur der Einlaßluft, bei niedriger Feuchtigkeit der Einlaßluft, und/oder bei hohem atmosphärischen Druck. Um daher automatisch das Kompressionsverhältnis aufgrund der verschiedenen Betriebsbedingungen zu steuern, wie beispielsweise variable Motorlast, variable Motordrehzahl, Auftreten von Klopfen, ist es wünschenswert, für die kompensatorische Einstellung des Kompressionsverhältnis­ ses solche äußeren Faktoren, wie beispielsweise die Tempe­ ratur im Motor, die Temperatur und Feuchtigkeit der Ein­ laßluft und/oder der Grad des atmosphärischen Druckes zu steuern. Wenn beispielsweise die Motortemperatur höher wird, sollte eine solche Einstellung in der Steuerung des Kompressionsverhältnisses durchgeführt werden, um das Kompressionsverhältnis zu vermindern.

Für die automatische Steuerung des Kompressionsverhältnis­ ses ist es empfehlenswert, zusätzlich Hilfssteuerungen, wie das Regeln der Arbeitsölversorgung in die Druckölkam­ mer oder Regeln der Betriebsdrehzahl eines Drosselventils bei der Beschleunigung und/oder der Verzögerung des Motors vorzusehen. Es ist ebenso möglich, eine Steuerung zum Regeln des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit der Ände­ rung des Kompressionsverhältnisses hinzuzufügen. Darüber hinaus ist es möglich, die zuvor diskutierte automatische Steuerung unter variablen Betriebsbedingungen des Motors durch Verwendung des Mikrocomputersystems durchzuführen, welches optimal alle Faktoren einschließlich der zuge­ fügten äußeren Faktoren, wie das Klopfen, die Beschleu­ nigung und/oder die Verzögerung des Motors und/oder den Zündzeitpunkt zu totalisieren.

Bei der Anordnung des Zylinderkopfes 3, welcher mit Zünd­ kerzen 9 und dem Einlaß und Auslaß 7, 8 versehen ist, zusammen mit den Nebenkolben 15 für das Verändern des Freiraumvolumens des Motors 1 befindet sich jede Zünd­ kerze 9 im wesentlichen in der Mitte 10 der zugehörigen Zylinderbohrung 5, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Öffnungen 7 a, 8 a des Einlasses und Auslasses 7, 8 sind auf einer Seite (in Fig. 1 die linke Seite) hinsicht­ lich der Mittellinie 11 angeordnet, während die Nebenzylin­ der 15 auf der entgegengesetzten Seite (rechte Seite) dazu angeordnet sind. Mehr insbesondere ist jede Zündker­ ze 9 von oben gesehen im wesentlichen in der Mitte der Brennkammer 6 angeordnet, die die Öffnungen 7 a, 8 a des Einlasses und Auslasses 7, 8 bildet und ebenso das äußer­ ste Ende des Nebenzylinders 15, welches äußerste Ende in der Nähe des Zündendes 9 a der Zündkerze liegt.

Entsprechend dieser Anordnung ist es möglich, die Zünd­ wirkung der Zündkerze 9 in die gesamte Brennkammer und eben­ so in den Nebenzylinder 15 ganz genau auszubreiten, wodurch die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches beträchtlich beschleunigt wird.

Als ein besonderer Vorteil ist es möglich, den Ventil­ betätigungsmechanismus (selbst bekannt und hier nicht dargestellt) für das Einlaßventil 13 und das Auslaßven­ til 14 einer Seite der Mittellinie 11 zuzuordnen, während der Nebenkolben-Hin- und Herbeweg-Mechanismus einschließ­ lich der beweglichen Kolbenstange 26, den Überlaufregel­ gliedern 35 und den Hebeln 38 der entgegengesetzten Seite zugeordnet ist, wodurch ein Vorteil und eine Einfachheit hinsichtlich der Konstruktion, der Herstellung des Zusammenbaus, der Inspektion und der Wartung erzielt werden kann. Dies liegt an der besonderen Anordnung, gemäß der der Einlaß und der Auslaß 7 bzw. 8 auf einer Seite der Längsmittellinie 11 (Fig. 1) liegen, während die Nebenzylinder 15 zusammen mit den kooperati­ ven Nebenzylindern 15 auf der anderen Seite derselben Mittellinie liegen.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform eines überlauf­ regelmechanismus mit einem zylindrischen Schieber 35 a, welcher nachfolgend als "Überlaufstange" bezeichnet wird, die axial verschiebbar innerhalb einer hohlen Kolbenstange 26 a angeordnet ist. Diese hohle Kolbenstange 26 a weist eine Axialbohrung 31 a auf, die als Ölpassage dient und mit der Druckölkammer 19 auf dieselbe zuvor beschriebene Weise verbunden ist. Ein einschnappender Sicherungsring 50 a ist innerhalb des hinteren Endes (oberes Ende) der Kolbenstange 26 a befestigt, welcher die Rückziehbewegung (Bewegung nach oben) der Überlaufstange 35 a begrenzt.

Die Überlaufstange 35 a kann über ihre Verbindungsstange 38 a betriebsmäßig mit einem geeigneten Betätigungsmittel verbunden werden, wie dies zuvor bereits beschrieben wor­ den ist, so daß ein axiales Vor- und Zurückgleiten inner­ halb der Bohrung 31 a aufgrund der variablen Betriebsbe­ dingungen des Motors erfolgt. Wenn die Überlaufstange 35 a ihre am weitesten zurückgezogene Lage einnimmt (hinterste Lage), werden die Kolbenstange 26 a und somit der Neben­ kolben 17 in ihre meist zurückgezogene Lage bewegt, wenn das Kompressionsverhältnis ein Minimum ist.

Fig. 9-11 zeigen eine weitere Ausführungsform des Über­ laufregelmechanismus, welcher einen Überlaufring 35 b des Ringzahnradtypes und eine axial bewegbare, jedoch nicht drehbare Kolbenstange 26 b umfaßt, in der sich eine Axial­ bohrung 31 b befindet. Außerdem ist in der nicht drehbaren Kolbenstange 26 b eine schlitzförmige Überlauföffnung 34 ausgebildet. Die Axialbohrung 31 b und die Überlauföffnung 34 stehen miteinander in Verbindung, um eine Passage für das Arbeitsöl (Drucköl) vorzusehen.

Der Überlaufring 35 b stützt sich mit Hilfe eines Stütz­ bockes 55 auf dem Zylinderkopf 3 ab, um so um die Achse der Kolbenstange 26 b drehbar zu sein, welche Kolbenstange sowohl durch den Überlaufring 35 b als auch den Bock 55 in relativem Verschiebeverhältnis dazu verläuft.

Die Kolbenstange 26 b ist in der geeigneten Lage mit einer schlitzförmigen Überlauföffnung 34 b ausgebildet, deren Längsachse hinsichtlich der der Kolbenstange um einen be­ stimmten Winkel R geneigt verläuft, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Der Überlaufring 35 b ist mit einer Frei­ machöffnung 56 versehen, welche mit der Überlauföffnung 34 b zusammenwirkt, um das Freimachen des Arbeitsöles dadurch zu erlauben, wenn die Öffnung 56 über die Öffnung 34 b passiert, und zwar zusammen mit der nach vorne und nach hinten gerichteten Verschiebebewegung der Kolbenstange 26 b.

Der Überlaufring 35 b des Ringzahnradtyps mit Zähnen 58 kämmt mit einer beweglichen Zahnstange 57, welche auf dem Zylinderkopf 3 vorgesehen ist und in Richtung der Reihe des Paares von Hauptzylindern A₁ und A₂ verläuft. Die Zahn­ stange kann sich auf dem beabstandeten Böcken 55 abstützen, um so durch einen angemessenen Betätiger 44 c, der in Lage auf dem Zylinderkopf 3 angeordnet ist, hinsichtlich einer Bewegung nach vorne und zurück anzutreiben, um das Paar von gezahnten Überlaufringen 35 in Richtung des Pfeiles A oder B (Fig. 11) aufgrund der variablen Betriebsbedingungen des Motors zu drehen, wie beispielsweise die variablen Motorlasten entsprechend der vorstehenden Beschreibung.

Beim Betrieb kann die Relativlage der Freimachöffnung 56 zum geneigten Schlitz oder der Überlauföffnung 34 b in eine Lage I oder II (Fig. 10) geändert werden, wenn der Überlaufring 35 b gedreht wird, wodurch die Überlauföffnung 34 b dementsprechend geöffnet oder geschlossen werden kann.

Bei dem zuvor beschriebenen Überlaufregelmechanismus kann die Zahnstange 57 durch einen Gelenk- bzw. Lenkme­ chanismus oder einen anderen geeigneten Antriebsmechanismus ersetzt werden, durch den die Überlaufringe 35 b gleichzei­ tig angetrieben werden können. Weiterhin kann eine Überlauf­ öffnung, die im wesentlichen gleich mit der dargestellten Überlauföffnung 34 b ist, im Überlaufring 35 b ausgebildet sein, während eine Freimachöffnung, die im wesentlichen gleich der Freimachöffnung 56 ist, in der Kolbenstange 56 b ausgebildet sein. Die Gestalt der Überlauföffnung 34 b und der Freimachöffnung 56 kann wunschgemäß geändert werden, beispielsweise entsprechend den strichpunktierten Linien in Fig. 10.

Das Rückschlagventil 21, welches in der Druckölpassage 20 vorzusehen ist, wie dies nachfolgend noch beschrieben wird, kann durch ein Drehventil ersetzt werden, wie es in Fig. 12 und 13 dargestellt ist, welches seine geschlossene Lage aufgrund der Drehung des Motors während der Perioden der Kolbenhübe einnimmt, wo der Druck im Verbrennungsmotor erhöht wird.

In Fig. 12 und 13 ist ein Drehventil 21 a als Beispiel des vorgenannten Typs für die Erfindung verfügbar dargestellt. Das Drehventil 21 a hat einen Ventilkörper 59, der so ange­ ordnet ist, daß er in Erwiderung auf die Drehbewegung der nicht dargestellten Kurbelwelle des Motors arbeitet, und zwar auf eine solch besondere Weise, daß das Drehventil eine vollständige Umdrehung pro zwei vollständige Um­ drehungon der Kurbelwelle durchführt. Auf diese Weise ist es möglich, die Drucköllieferpassagen 20 a, 20 b während der Zeitperiode von der Mitte bis zum Ende eines Kompressionshubes zu schließen, wo der Druck im Verbren­ nungsmotor erhöht wird, während die Passagen 20 a, 20 b in der anderen Zeitperiode der Kolbenhübe geöffnet wer­ den.

Für den Fall, daß das Rückschlagventil 21 zum Steuern der Drucköl-Lieferpassage 20 verwendet wird, kann angenommen werden, daß die Öffnungs- und Schließeigenschaften des Ventils im Hochdrehbereich des Motors verschlechtert wer­ den. Jedoch durch Verwenden des Drehventils 21 a, welches aufgrund der Motordrehzahl betätigt wird, kann eine hohe Betriebszuverlässigkeit erzielt werden, wodurch verhin­ dert wird, daß Drucköl zur Druckölquelle zurückfließt.

Das Drehventil 21 a kann auch durch ein solches Ventil ersetzt sein, das durch einen Drehnocken oder dgl. betätigt wird.

Wenn das Arbeitsöl der Druckölkammer 19 zugeführt wird, ist es möglich, Öle, wie beispielsweise Schmieröl des Motors, Arbeitsöl für den Kraftsteuermechanismus oder für die automatische Transmission zu verwenden. In einem besonderen Fall, in dem Schmieröl des Motors als in Frage kommendes Arbeitsöl vorwendet wird, kann der Aufbau der Ölversorgung erheblich durch die Anordnung vereinfacht wer­ den, bei der das Schmieröl, als Arbeitsöl dienend, von der Schmierölpumpe in die Passagen 21 oder 21 a eingeführt wird, die zu einer Hauptförderstrecke zum Verteilen des Öls zu den verschiedenen Teilen des Motors führt, während das von der Überlauföffnung der Kolbenstange freigemachte Öl in die obere Kammer oder den oberen Raum des Zylinder­ kopfes freigelassen wird, um so in eine nicht dargestellte Ölwanne zurückgeführt zu werden, die sich am unteren Teil des Zylinderblocks 2 befindet, zusammen mit dem Schmieröl für den nicht dargestellten Ventilbetätigungs­ mechanismus, welcher im allgemeinen innerhalb der oberen Kammer des Zylinderkopfes vorgesehen ist.

Um andererseits das Arbeitsöl für den Kraftsteuermechanismus, d. h. für die Servolenkung oder das für die automatische Übertragung (automatisches Getriebe) zu verwenden, kann die nachfolgend beschriebene und in Fig. 14 dargestellte Anordnung verwendet werden, bei der eine Abzweigpassage 60, die von der Arbeitsölpumpe für die Servolenkung oder das Getriebe ausgeht, mit der Drucköl-Lieferpassage 20 in Verbindung steht, die zur Druckölkammer führt, während das von der Überströmöffnung 34 freigegebene Öl in einen Hohlraum eingeführt wird, welcher sich innerhalb eines Deckels 61 befindet, der außerhalb des Schließteiles 16 zum Abdecken des Überströmregelgliedes 35 und der Kolben­ stange 26 vorgesehen ist, und dann in einen nicht darge­ stellten Ölsumpf der Servolenkung oder des automatischen Getriebes zurückgeführt wird.

Claims (16)

1. Variables Kompressions-System für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung,

• - ein mit der Brennkammer (6) zumindest eines Hauptzylinders (2) in Verbindung stehendes Freivolumen ist durch hydraulisches Regeln einer nach vorne und nach hinten gerichteten Bewegung eines Nebenkolbens (17) einstellbar,
• - der Nebenkolben (17) ist verschiebbar in einem Nebenzylinder (15) untergebracht,
• - der Nebenzylinder (15) steht mit der Brennkammer (6) in Verbindung,
• - eine Druckölkammer (19) ist an der der Brennkammer (6) abgewandten Seite des Nebenkolbens (17) ausgebildet und ist mit einer Druckquelle in Verbindung bringbar,
• - zum Steuern der Druckölzufuhr zur Druckölkammer (19) bei der volumetrischen Vergrößerung der Druckölkammer (19) und zur Verhinderung eines Druckölabfließens bei der volumetrischen Verkleinerung der Druckölkammer (19) ist ein Steuerventil (21) vorgesehen,
• - ein hin- und herbewegbares, hohles Teil (26) ist mit einem Ende am Nebenkolben (17) angeschlossen und weist eine mit der Druckölkammer (19) in Verbindung stehende innere Ölpassage (31) auf,
• - in dem hohlen Teil (26) ist eine Überströmöffnung (34) ausgebildet, die mit der inneren Ölpassage (31) verbunden ist, um dadurch das von der Druckölkammer in die innere Ölpassage eingeführte Arbeitsöl freizugeben,
• - auf dem hohlen Teil ist dazu relativ bewegbar ein Überströmregelglied (35) angeordnet, um die Überströmöffnung (34) zu schließen, wenn der Nebenkolben (17) sich von der Brennkammer (6) weg bewegt und um die Überströmöffnung (34) zu öffnen, wenn sich der Nebenkolben (17) auf die Brennkammer zu bewegt,
• - außerhalb des Nebenzylinders (15) befindet sich eine Betätigungseinrichtung (44) zum Betätigen des Überströmregelgliedes (35),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Nebenkolben (17) normalerweise durch Federmittel (25) von der Brennkammer (6) weggedrückt wird,
• - das hohle Teil (26) einen aus dem Nebenzylinder (17) vorstehenden Abschnitt aufweist, der mit der Überströmöffnung (34) versehen ist,
• - das Überströmregelglied (35, 35 a, 35 b) relativ zum vorstehenden Abschnitt des hohlen Teils (26) bewegbar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (25) um den Nebenkolben (17) angeordnet sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Rückschlagventil (21) ist, das bei Druckanstieg in der Brennkammer schließt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Drehventil (21 a) ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hin- und herbewegbare hohle Teil die Form einer Kolbenstange (26, 26 a, 26 b) hat, die koaxial zum Nebenkolben angeordnet ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmregelglied ein Überströmregelring (35) ist, der auf dem Außenumfang des hohlen Teiles (26) verschieblich angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmregelglied eine Überströmregelstange (35 a) ist, die innerhalb der Ölpassage (31 a) axial verschieblich ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung eine schlitzförmige Öffnung (34 b) ist, deren Längsachse um einen vorbestimmten Winkel relativ zur Achse der Kolbenstange wesentlich geneigt ist, und daß das Überströmregelglied ein drehbarer Ring (35 b) ist, der relativ verdrehbar auf dem genannten Tell der Kolbenstange (26 b) so befestigt ist, daß er um die Achse der Kolbenstange innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches drehbar ist, und daß der drehbare Ring mit einer Freigabeöffnung (56) versehen ist, die mit der schlitzförmigen Überströmöffnung dahingehend zusammenwirkt, ein Freigeben des Arbeitsöles dadurch zu erlauben, wenn ein Überlappen mit der schlitzförmigen Überströmöffnung vorliegt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmregelglied ein drehbarer Ring (35 b) ist, der relativ verdrehbar auf dem genannten Teil der Kolbenstange (26 b) befestigt und innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches um die Achse der Kolbenstange drehbar ist, daß der drebare Ring mit einer schlitzförmigen Freigabeöffnung (56 b) versehen ist, deren Längsachse um einen vorbestimmten Winkel relativ zur Achse der Kolbenstange wesentlich geneigt ist, und daß die Kolbenstange mit der genannten Überströmöffnung (34 b) ausgebildet ist, die mit der schlitzförmigen Freigabeöffnung dahingehend zusammenwirkt, ein Freigeben des Arbeitsöles dadurch zu erlauben, wenn ein Überlappen mit der schlitzförmigen Freigabeöffnung vorliegt.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Ring ein Zahnradring (35 b) ist, welcher durch eine hin- und hergehende Zahnstange (57) angetrieben ist.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchblasgaskammer (22) zwischen einem Außenumfang des Nebenkolbens (17) und einem Innenumfang des Nebenzylinders (15) so ausgebildet ist, daß sie den Nebenkolben umgibt.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmregelglied (35, 35 a, 35 b) so mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist, daß es dadurch auf automatisch gesteuerte Weise aufgrund der variablen Betriebsbedingungen des Motors betätigbar ist.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmregelglied (35, 35 a, 35 b) auf solche Weise betätigbar ist, daß der Nebenkolben (17) seine meist zurückgezogene Lage einnimmt, um ein minimales Kompressionsverhältnis vorzusehen, wenn der Motor angehalten wird.

14. System nach Anspruch 1 für die Verwendung bei einem Motor des Typs mit zumindest einer Brennkammer, einer Zündkerze (9), die von oben betrachtet im wesentlichen im Zentrum der Brennkammer (6) angeordnet ist, und einem Einlaß (7), dessen Öffnung (7 a) in die Brennkammer (6) mündet, einem Auslaß (8), dessen Öffnung (8 a) in die Brennkammer mündet, wobei beide Öffnungen (7 a, 8 a) auf einer Seite einer Mittellinie (11) liegen, die von oben betrachtet durch die Mitte der Brennkammer und im wesentlichen parallel zur Längsachse des Motors verläuft, die im wesentlichen parallel zur Achse der Kurbelwelle des Motors ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Nebenzylinder (15) auf einer entgegengesetzten Seite der einen Seite der Mittellinie (11) in die Brennkammer (6) mündet.

15. System nach Anspruch 1 für die Verwendung bei einem Motor des Typs mit zumindest zwei Hauptzylindern (A₁, A₂), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Überströmregelglieder (35, 35 a, 35 b) vorgesehen sind, die mit zumindest zwei Hauptzylindern zusammenwirken, und daß zumindest zwei Überströmregelglieder miteinander so verbunden sind, daß sie gleichzeitig betätigbar sind.