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Verfahren und Einrichtung zum selbsttätigen Regeln von Brennkraftmaschinen mit
Schrägscheibenantrieb.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine hiezu gehörende Einrichtung für eine Brennkraftmasehine mit Schrägscheibenantrieb, bei der Hub und Verdichtungsverhältnis in eindeutiger Abhängigkeit voneinander veränderbar sind, so dass ein hoher thermischer Wirkungsgrad und Sicherheit vor Detonation in vollkommener Weise erreicht werden. Die Verstellung des Hubes und der Verdichtung erfolgt selbsttätig, so dass der Führer nur den Arbeitsdruck willkürlich zu regeln hat, und in solcher Weise, dass die Maschinenleistung in höherem Masse als bei bisher bekannten Brennkraftmasehinen dem Bedarf angepasst wird. Unter Arbeitsdruck wird hier und im folgenden die Summe der jeweils von den Gasdrücken in den Zylindern herrührenden Kolbenkräfte verstanden.
Dabei wird der dem Leerlauf der Maschine entsprechende Arbeitsdruck kulz mit Nullarbeitsdruck bezeichnet.
Die zur selbsttätigen Verstellung bereits vorgeschlagenen Fliehkraftregler haben, da die Fliehkraft mit dem Quadrate der Drehzahl wächst, den Nachteil, dass sie bei einer bestimmten hohen Drehzahl unter allen Umständen den kleinsten Hub einstellen. Dies ergibt ein Leistungsdiagramm, das von dem
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bietet als bei willkürlicher Verstellung von Hub und Verdichtungsverhältnis, z. B. von Hand aus, eine Bedienungsart, die aber für Kraftfahrzeuge nicht zweckmässig ist. Das erfindungsgemässe selbsttätige Verfahren und die nach diesem arbeitende Regelvorrichtung ermöglicht hingegen das Einhalten einer fast unveränderlichen Leistung über einen grossen Drehzahlbereich bis zur Höchstdrehzahl und einen geringen Brennstoffverbrauch bei geringem oder Nullarbeitsdruck ebenfalls in einem grossen Drehzahlbereieh.
Zu diesem Zweck wird der gesamte Verstellbereich des Hubes nur bei gleichzeitiger Änderung der Drehzahl und des Arbeitsdruckes durchmessen, wogegen bei Änderung der Drehzahl allein oder des Arbeitsdruckes allein nur ein Teil dieses Bereiches durchmessen wird, u. zw. bei Vergrösserung des Arbeitsdruckes oder Verminderung der Drehzahl im Sinne einer Hubvergrösserung, bei Verminderung des Arbeitsdruckes und Vergrösserung der Drehzahl im Sinne einer Hubverkleinerung. Hiemitlässt die Maschine eine bis zur Höchstdrehzahl ausreichend grosse Volldruckleistung und einen sehr geringen Brennstoffverbrauch bei kleinem oder Nulldmck erreichen. Bei Arbeitsdrücken, die zwischen dem vollen Arbeitsdruck und dem Nullarbeitsdruck liegen, wird auch ein entsprechender Mittelwert des Hubverstellbereiches eingehalten.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar, u. zw. ist Fig. 1 ein Axialsehnitt durch die Maschine, die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen der Schrägscheibenabstützung und Fig. 4 stellt im Axialschnitt eine Dämpfungsanordnung dar.
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bar und in dem Lager 6 verschiebbar, mit diesem Lager aber im Gehäuse drehbar gelagert. Sie setzt sich nach rechts in einen Bund 7, einen Zapfen 8 und einen Bund 9 fort und trägt auf dem Querbolzen 10 die Hülse 11, die bis zum Anschlag ihres Innenmantels an die Welle 1 um den Bolzen 10 drehbar ist. Auf der Hülse 11 sitzt mit ihr fest verbunden die Sehwungscheibe 12 und die mit den Lagern 2. 2 drehbar getragene, als Hohlkörper ausgebildete Schrägscheibe. 3, an der die Kolbenstangen K angreifen.
Die Schrägscheibe ist durch eine an ihrem äusseren Umfang angreifende Gelenkstütze 7.'3 gegen Drehung gesichert und gegenüber dem Gehäuse abgestützt.
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Folge hat, wodurch die eindeutige Abhängigkeit zwischen den Änderungen des Hubes und des Verdichtungverhältnisses gegeben ist. Auf dem Zapfen 8 ist ein Abstützteller 18 für die Druckfedern 19, 20 längsverschiebbar gelagert, deren andere Enden sich gegen die Stirnwand des Gehäuses 17 bzw. gegen den Bund 7 der Welle 1 abstützen. Auf den Teller 18 wirken ferner die Hebelarme 21 der um die Bolzen.' an Fortsätzen der Hohlwelle 17 drehbaren Fliehgewichte 23 ein.
Die Maschine arbeitet wie folgt :
1. Bei Stillstand sind beide Federn 19, 20 entspannt ; der Teller 18 ist ganz rechts, die Fliehgewichte 23 liegen innen an, die verschiebbare Welle 1 steht in einer Mittellage.
. 2. Läuft die Maschine mit kleiner Drehzahl und grossem Arbeitsdruck, so wird die Welle 1 ganz nach rechts verschoben, wobei die Feder 20 zusammengedrückt wird und der Hub seinen Höchstwert, die Verdichtung ihren Mindestwert hat.
3. Ist die Drehzahl hoch und der Arbeitsdruck gross, so schieben die Fliehgewichte den Teller 18 nach links, bis die Federn 19 und 20 ganz gespannt sind. Die Welle 1 steht in einer Mittellage, Hub und Verdichtung haben einen Mittelwert, der aber mit den Werten unter 1 nicht übereinzustimmen braucht.
4. Ist die Drehzahl hoch, aber der Arbeitsdruck klein oder Null, so ist die Feder 19 gespannt, die Feder 20 entspannt, die Welle 1 ist ganz nach links verschoben, der Hub hat seinen Mindestwert, die Verdichtung ihren Höchstwert.
Durch die Wahl der Federn-M und 20 lässt sich das Leistungsdiagramm der Maschine in weiten Grenzen beeinflussen. Das geeignetste Leistungsdiagramm ergibt sich bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Hub und die Endspannung der Feder 20 je etwa fünf Achtel vom analogen Wert der Feder 19 beträgt.
Bei der vorliegenden Maschine ist ein Massenausgleich vorgesehen. Bei Maschinen mit veränder- barem Hub und Verdichtungsverhältnis sowie Schrägscheibenantrieb wurde bereits ein Massenausgleich in der Weise vorgeschlagen, dass zwei ineinandergreifende, sternförmige Schrägscheiben Verwendung finden, die zur Hauptwelle symmetrisch angeordnet sind. Hiedurch wird aber die Wirkung der hin und her gehenden Massen nur nach aussen, z. B. auf das Maschinenfundament, nicht aber auf die Verstellvorrichtung aufgehoben.
Um ohne Verwendung einer symmetrischen Doppelanordmng sowohl das Maschinenfundament als auch die Verstellvorrichtung, die unmittelbar (ohne Verwendung eines Servomotors) auf die Hauptwelle wirkt, von der Wirkung der hin und her gehenden Massen unabhängig zu machen, wird erfindunggemäss das Kräftepaar, verursacht von der Schrägscheibe 3 und den mit ihr verbundenen hin-und her gehenden Massen, durch die Wirkung der schräg umlaufenden Scheibe 12 aufgehoben, die in die hohle Schrägscheibe 3 so verlegt ist, dass Schwerpunkt und Hauptschwerebene der Körper 3 und 12 ganz oder fast ganz zusammenfallen.
Bei dieser Anordnung bilden die Massen 3 und 12 in jeder Lage und bei jeder Drehzahl ohne fehlerhafte Nebenwirkungen gleich oder fast gleich grosse ausgleichende Massenkraftmomente, wobei dieser Massenausgleich unmittelbar nur die Lager 2,2 belastet und Massenwirkungen weder in das Verstellgestänge noch nach aussen gelangen.
Die umlaufende Scheibe 12 wird erfindungsgemäss zur Verteilung des Schmieröles an die Pleuelstangenlager benutzt. Das Schmieröl kann zentral durch die Karbelwelle 1 und den Querbolzen 10, durch dieinFig. lnichteingezeichneteBohrungenoderseitlich durch das Ölrohr 24 an die Scheibe 12 geführt werden, dessen Mündung 25 mit einer Aussparung 26 in der Wand der Scheibe 3 zusammenwirkt.
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Scheibe 12 führen, wie tieferstehend beschrieben wird.
Gemäss Fig. 2 ist die Schrägscheibe 3 durch die Gelenkstütze 13 gegen Verdrehung gestützt.
Erfindungsgemäss wird die Stütze 13 durch Ölzufuhr in den Hohlraum der Scheibe 3 verwendet, zu welchem Zwecke sie mit der Bohrung 27 versehen ist. Das Gelenk 28 und etwa das obere Drittel 29 der Stütze 13 stellen mit ihrer Masse eine einseitige Belastung des Scheibenumfanges dar, die zum Ausgleich der Massenwirkung Gegengewichte 30, u. zw. eines diametral gegenüber von 28 und zwei an den Enden des senkrecht darauf stehenden Durchmessers erfordern. Diese Umfangsbelastung wird weiters durch eine ihr entsprechende Massenbeteilung im Kranze der Scheibe 12 (Fig. 1) ausgeglichen.
Die Verwendung von zwei an diametral gegenüberliegenden Punkten des Scheibenumfanges angreifenden Gelenkstützen bietet bei vollkommenem Massenausgleich den Vorteil, dass die Belastung mit Ausgleichsmassen gegenüber der Anordnung mit nur einer Gelenkstütze auf die Hälfte vermindert wird. Bei dieser Anordnung ist gemäss Fig. 3 das Gelenk 31 der Stütze 13a verschiebbar gelagert, um bei Längsverschiebungen der Kurbelwelle je nach der Bogenbewegung ihres oberen Gelenkes eine gewisse Nachgiebigkeit zu erhalten. Die Stütze 13a wird ständig durch die Feder 32 mit annähernd der Hälfte der grössten am Umfang der Scheibe 3 vorkommenden Kraft belastet. Die Stange 13 hat dann im Betrieb eine Kraft aufzunehmen, die zwischen dem positiven und dem negativen Wert der Hälfte dieser Umfangskraft schwankt.
Dadurch kann jede der Stangen 13, 13a halb so stark und l alb so schwer als die einzelne Stange 13 gemäss Fig. 2 bemessen werden. Demzafolge können die Gegengewichte 30a in Fig. 3 halb so schwer sein als die Gegengewichte 30 in Fig. 2 und ebenso wird die zusätzliche Masse an der Scheibe 12 nur halb so schwer.
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Bei der Anordnung von drei oder mehr Stangen 13, l. 3a usf., deren Gelenke am Scheibenumfang gleichmässig verteilt angeordnet werden, entfällt die Verwendung von toten Gegengewichten 30, 30a
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Die in Fig. 1 unter 18-23 bezeichnete Verstellvorrichtung genügt in dieser schematischen Form nicht allen praktischen Anforderungen. Es muss noch eine Ergänzung hinzutreten, die verhindert, dass das ganze System durch die einzelnen Kolbenstösse, die den mittleren Gesamtarbeitsdruek über- oder unterschreiten, in dauernde Schwingungen versetzt wird.
Eine einfache, an sich bekannte unver- änderliche Reibungsbremse kann wohl zusätzlich, aber nicht allein verwendet werden, da sie bei kleinen Kolbendrücken zu stark, bei grossen Kolbendrücken zu schwach wirken würde.
Erfindungsgemäss wird eine Schwingungsdämpfung angewendet, die dem jeweiligen gesamten Arbeitsdruck proportional ist. Gemäss Fig. 4 liegt die Feder 19 rechts an dem Teller 18, die Feder 20 an dem Teller 33 an. Die Nabe 34 des Tellers 18 ist durchbrochen und führt die sie durchdringenden abgeschrägten Gleitschuhe 35, die durch den konisch ausgebohrten Teller 33 an den Zapfen 8 angepresst werden und dort als Reibungsbremse dienen. Analog liegt zwischen den konisehen Flächen der Teller 18 und 36 ein mehrteiliger Gleitsehuhring 37, ler unter dem Druck der Feder 19 sich an den Innenmantel der Hohlwelle 17 anlegt und ebenfalls bremst.
Die Neigung der Konusse wird so bemessen, dass die Gleitschuhe wohl die von einzelnen Kolbenstössen verursachten Schwankungen, nicht aber die Schwankungen des Gesamtarbeitsdrjlckes und-die selbsttätige Einstellbewegung abdämpfen.
PATENT-ANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum selbsttätigen Regehr von Brennkraftmaschinen mit Schrägscheibenantrieb durch gemeinsames Verstellen von Hub und verdichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Verstellbereich des Hubes nur bei gleichzeitiger Änderung der Drehzahl und des Arbeitsdiuckes durchmessen wird, wogegen bei Änderung der Drehzahl allein oder des Arbeitsdruckes allein nur ein Teil dieses Bereiches durchmessen wird, u. zw. bei Vergrösserung des Arbeitsdruckes oder Verminderung der Drehzahl im Sinne einer Hubvergrösserung, bei Verminderung des Arbeitsdruckes und Vergrösserung der Drehzahl im Sinne einer Hubverkleinerung.
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