Einrichtung zur Regelung der Kompression bei mit Vorkompression und Selbstzündung arbeitenden Verbrennungsmotoren, bei welchen die Verbrennungsgase nach dem Verlassen des Verbrennungszylinders noch als Treibmittel wirken. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Kompression bei mit Vorkompression und Selbstzündung arbeitenden Verbrennungsmotoren, bei wel- ehen die Verbrennungsgase nach dem Ver lassen des Verbrennungszylinders, gegebenen falls nach Mischung mit mittelst einer- Pum penvorrichtung verdichteter Luft, noch als Treibmittel wirken.
Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Zweitakt-. als auch auf Viertaktmotoren und kann mit Vorteil bei nach dem Dieselprinzip arbeitenden Motoren Verwendung finden. Die Motorleistung kann ganz oder teilweise zur Verdichtung des Treibmittels heran gezogen werden, indem der Verbrennungs motor einen Kompressor antreibt.
Die Er findung ist nicht nur bei ausschliesslich als Gasgeneratoren arbeitenden Verbrennungs motoren, sondern auch bei solchen Motoren anwendbar, die mit einem oder mehreren Niederdruekzylindern oder Abgasturbinen zwecks weiterer Expansion der Verbren nungsgase versehen sind, wobei der Kom pressor für die Vorkompression auch von den Niederdruckzylindern oder der Abgasturbine angetrieben werden kann.
Bei derartigen Verbrennungsmotoren kön nen bei den verschiedenen Betriebsverhält nissen grössere Änderungen im Vorkompres- sionsdruck auftreten, was zur Folge hat, dass auch der Kompressionsdruck in den Motor zylindern sich ändert und bei hohem Vor kompressionsdruck zu hoch und bei geringem Vorkompressionsdruck, beispielsweise beim Anfahren des Motors, so gering sein kann, dass die Zündung nicht mehr gesichert ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, diesen Nachteil zu vermeiden. Die Regelungs einrichtung gemäss der Erfindung wird selbsttätig von einem von den Betriebsver hältnissen des Motors abhängigen Druck eines Mediums derart verstellt, dass bei geringem Druck des betreffenden Mediums ein Steuerorgan, das mit seinem Schliessen während des Kompressionshubes des Motors die Kompression einleitet, früher schliesst, so dass die Kompression im Motorzylinder während eines verhältnismässig grossen Teils des iiolbenhubm erfolgt. und dass bei höhe rem Druck das Organ später schliesst, so dass die Kompression während eines geringeren Teils des Kolbenhubes erfolgt.
In den beifolgenden Zeichnungen ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Einrichtung zur Regelung der Kompression an einem Zweitakt-Dieselmotor veranschau licht. bei welchem der Schluss des Auslass- ventils die Kompression einleitet und die Abgase unter einem Druck von 4 bis 6 at auspuffen.
Fig. 1 zeigt im Schnitt in perspektivi scher Darstellung den Zylinderkopf eines Motorzylinders mit dem Auslassventil und dessen Steuerung; Fig. 2 zeigt dasselbe schematisch und Fig. 3 zeigt Indikatordiagramme.
Das Auslassventil 1 des Zylinders 5 wird jeweils von einem Schwingdaumen 3, der auf eine an der Ventilspindel angebrachte Rolle 4 einwirkt, entgegen der Wirkung der Schliessfeder 2 geöffnet. Der Daumen 3 erhält seine Bewegung von einer von der Motorwelle angetriebenen Welle 6, die eine Exzenterscheibe 7 trägt, deren Stange 8 mittelst eines Zapfens 9 mit einer an den Daumen 3 angelenkten Stange 10 in Ver bindung steht.
Die Exzenterstange 8 ist ungefähr in der Mitte mittelst eines Zap fens 11 mit zwei Stangen 12 verbunden, die mittelst eines Zapfens 14 an zwei Arme 13 aasgelenkt sind, die auf in derselben Axe drehbar gelagerten Zapfen 15 sitzen. Der Zapfen 14 ist durch eine Stange 16 und mit- telst zweier auf einer Achse 19 sitzenden Hebel 17, 18 mit einem selbsttätigen Regler 20 verbunden, der den Zapfen 14 um die Zapfen 15 drehen kann.
Der Regler 20 besitzt zwei Kolben 21, 22, von denen der :eine, 21, federbelastet ist und der andere 22, mit Hilfe einer Leitung 23 unter dem Druck eines Mediums, zum Bei spiel der Abgase des Zylinders, der Vor kommpression oder unter dem Kompressions druck steht. In letzterem halle wird der Kom pressionsdruck von der Regeleinrichtung nicht ganz konstant gehalten, sondern ist beim An fahren etwas niedriger als im Betrieb. Die beiden Kolben sind mit dem Hebel 18 ver bunden.
Da ein Zweitaktmotor der genannten Art, bei dem die Verbrennungsgase den Verbren nungszylinder unter einem Überdruck ver lasen, zweckmässig -seinen Spülluftkompres- sor selbst antreibt, wird der Druck der Spül luft, der im Normalbetrieb etwas höher ist als der Druck der dem Verbrennungszylinder entströmenden Gase, besonders beim Anfah ren wesentlich niedriger, und um eine für die Selbstzündung genügende Kompression zu erhalten, muss das Auslassventil während des Kompressionshubes wesentlich früher schliessen als bei Normalbetrieb. Dies ist näher in Fig. 3 erläutert. in der 24 ein An lassindikatordiagramm zeigt.
Nach diesem Diagramm öffnet das Auslassventil im Punkt a und schliesst im Punkt b, wo die Kompression beginnen muss, damit der ge zeigte Kompressionsdruck erreicht wird. In dem für Normalbetrieb gezeichneten Dia gramm 25 ist die Kompressionslinie im we sentlichen die gleiche wie im Diagramm 24; wegen .des höheren Spülluftdruckes darf des halb die Kompression erst bedeutend später beginnen, damit der Kompressionsdruck un verändert erhalten bleibt. Das Auslassventil, das im Punkt d öffnet, schliesst in die-ein Falle erst im Punkt e.
Die den genannten Öffnungszeiten entsprechenden Kurbelwinkel sind in dem unter .den Diagrammen dar gestellten Kurbelkreis mit c beziehungsweise mit f bezeichnet. Von der im Diagramm 25 gestrichelten Fortsetzung der Kompressor- linie sind noch einige weitere, dazwischen liegenden Spülluftdrücken entsprechende Off- nungswinkel im Kurbelkreis gestrichelt an gedeutet.
Ferner ist im Kurbelkreis der Öff nungswinkel g des Einlassventils angegeben, (las immer zur selben Zeit öffnet, stets gleich lange offen bleibt und bei allen Betriebs verhältnissen vor dem Auslassventil schliesst, o dass das Auslassventil mit seinem Schlie ssen die Kompression einleitet.
Eine übersichtliche Darstellung der Wir kung des Reglers 20 auf den Öffnungs winkel des Auslassventils ist in Fig. 2 gezeigt, Die Bewegung des Zentrums der Exzenter bohrung in der Exzenterstange auf den Ex zenterkreis g ergibt in Verbindung mit der Führung des Zapfens 11 eine Bewegung des Zapfens 9, die mit Hilfe der Stange 10 auf den Daumen 3 übertragen wird. In der ge zeigten Lage des Zapfens 14 bewegt sich der Zapfen 11 auf dem Kreisbogen h, während der Zapfen 9 die Kurve i beschreibt, die dem für Normalbetrieb geeigneten Öffnungs winkel f entspricht.
Der Regler 20 verschiebt für das Anfahren den Zapfen 74 längs des Bogens j in die Lage 1c, so dass sich dann der Zapfen 11 längs des Bogens m bewegt und der Punkt 9 die Kurve 7a beschreibt. die dem Öffnungswinkel c entspricht.
Aus der Figur geht hervor, das infolge der Form und Anordnung des Daumens 3 die Stange 10 auf Zug beansprucht wird, wenn das i'entil geöffnet wird. Die Belastung der Stange erreicht während dieser Zeit ihren Höchstwert, weil nicht nur die durch die Ventilbeschleunigung verursachten Kräfte, sondern auch die Federspannung überwunden werden muss. Dass diese Kräfte, die eine be trächtliche Grösse annehmen können, nur Zug beanspruchungen in der Stange hervorrufen, ermöL^-lichi: eine leichte Stange 10.
Infolge der direkten Einwirkung des Daumens auf die Ventilspindel können .die an der Ventil beschleunigung teilnehmenden Massen klein gehalten werden, so dass eine wesentlich hö here Beschleunigung als sonst üblich zuge lassen werden kann, wodurch kurze Öff-. nun--s- und Schliesszeiten und .damit geringe Drosselungsverluste erhalten werden.
-Natürlich können die Stangen 12, 13 in ihrer Länge einstellbar sein. Die Ventile kön nen auch mit zwei um ein und .dieselbe Quer achse drehbaren Rollen 4 versehen sein, die auf den beiden Seiten der Ventilspindel an geordnet, die Betätigung der Ventile erleich tern. An Stelle von Ventilen können Schie ber verwendet werden.
Device for regulating the compression in internal combustion engines working with pre-compression and auto-ignition, in which the combustion gases still act as propellants after leaving the combustion cylinder. The present invention relates to a device for regulating the compression in internal combustion engines working with pre-compression and auto-ignition, in which the combustion gases still act as propellants after leaving the combustion cylinder, if necessary after mixing with air compressed by means of a pump device.
The invention relates to both two-stroke. as well as four-stroke engines and can be used with advantage in engines operating on the diesel principle. The engine power can be used in whole or in part to compress the propellant by the internal combustion engine driving a compressor.
The invention is not only applicable to combustion engines working exclusively as gas generators, but also to those engines that are provided with one or more low pressure cylinders or exhaust gas turbines for the purpose of further expansion of the combustion gases, with the compressor for the pre-compression also from the low pressure cylinders or the exhaust turbine can be driven.
In internal combustion engines of this type, major changes in the pre-compression pressure can occur under the various operating conditions, with the result that the compression pressure in the engine cylinders also changes and is too high when the pre-compression pressure is high and when the pre-compression pressure is low, for example when starting the engine , can be so low that the ignition is no longer safe.
The present invention enables this disadvantage to be avoided. The control device according to the invention is automatically adjusted by a pressure of a medium that is dependent on the operating conditions of the engine in such a way that at low pressure of the medium in question, a control element that initiates the compression when it closes during the compression stroke of the engine closes earlier, so that the compression in the engine cylinder takes place during a relatively large part of the iiolbenhubm. and that at higher pressure the organ closes later, so that the compression takes place during a smaller part of the piston stroke.
In the accompanying drawings, a device for controlling the compression on a two-stroke diesel engine is illustrated as an embodiment of the invention. at which the closure of the exhaust valve initiates compression and exhausts the exhaust gases under a pressure of 4 to 6 atm.
Fig. 1 shows in section in a perspective representation of the cylinder head of an engine cylinder with the exhaust valve and its control; Fig. 2 shows the same schematically and Fig. 3 shows indicator diagrams.
The outlet valve 1 of the cylinder 5 is opened in each case by a swinging thumb 3, which acts on a roller 4 attached to the valve spindle, counter to the action of the closing spring 2. The thumb 3 receives its movement from a shaft 6 driven by the motor shaft, which carries an eccentric disk 7, the rod 8 of which is connected by means of a pin 9 to a rod 10 articulated to the thumb 3.
The eccentric rod 8 is connected approximately in the middle by means of a pin 11 with two rods 12 which are articulated by means of a pin 14 to two arms 13 which sit on pins 15 rotatably mounted in the same axis. The pin 14 is connected by a rod 16 and by means of two levers 17, 18 seated on an axle 19 to an automatic controller 20 which can rotate the pin 14 about the pin 15.
The regulator 20 has two pistons 21, 22, one of which: one, 21, is spring-loaded and the other 22, with the help of a line 23 under the pressure of a medium, for the case of the exhaust gases of the cylinder, the compression before or under the Compression pressure. In the latter hall, the compression pressure is not kept constant by the control device, but is slightly lower when driving than when it is in operation. The two pistons are connected to the lever 18 a related party.
Since a two-stroke engine of the type mentioned, in which the combustion gases leave the combustion cylinder under excess pressure, expediently drives its scavenging air compressor itself, the pressure of the scavenging air, which in normal operation is slightly higher than the pressure of the gases flowing out of the combustion cylinder significantly lower, especially when starting, and in order to obtain sufficient compression for self-ignition, the exhaust valve must close much earlier during the compression stroke than during normal operation. This is explained in more detail in FIG. 3. 24 shows an annealing indicator diagram.
According to this diagram, the outlet valve opens at point a and closes at point b, where compression must begin so that the compression pressure shown is reached. In the diagram 25 drawn for normal operation, the compression line is essentially the same as in diagram 24; Because of the higher purging air pressure, the compression may only begin significantly later so that the compression pressure remains unchanged. The outlet valve, which opens at point d, only closes in a trap at point e.
The crank angles corresponding to the stated opening times are denoted by c and f, respectively, in the crank circle provided under .den diagrams. From the continuation of the compressor line shown in dashed lines in diagram 25, some further opening angles corresponding to scavenging air pressures in between are indicated in broken lines in the crank circle.
In addition, the opening angle g of the inlet valve is specified in the crank circle (it always opens at the same time, always remains open for the same length of time and closes in front of the outlet valve in all operating conditions, so that the outlet valve initiates compression when it closes.
A clear representation of the effect of the controller 20 on the opening angle of the outlet valve is shown in Fig. 2, The movement of the center of the eccentric hole in the eccentric rod on the Ex center circle g results in connection with the guidance of the pin 11 a movement of the pin 9, which is transferred to the thumb 3 with the aid of the rod 10. In the ge shown position of the pin 14, the pin 11 moves on the circular arc h, while the pin 9 describes the curve i, which corresponds to the opening angle f suitable for normal operation.
The controller 20 moves the pin 74 along the arc j into the position 1c for starting, so that the pin 11 then moves along the arc m and the point 9 describes the curve 7a. which corresponds to the opening angle c.
The figure shows that, due to the shape and arrangement of the thumb 3, the rod 10 is subjected to tensile stress when the valve is opened. The load on the rod reaches its maximum value during this time, because not only the forces caused by the valve acceleration but also the spring tension have to be overcome. The fact that these forces, which can assume considerable magnitude, only cause tensile stresses in the rod, makes it possible: a light rod 10.
As a result of the direct action of the thumb on the valve spindle, the masses participating in the valve acceleration can be kept small, so that a much higher acceleration than usual can be allowed, thereby short opening. now - s and closing times and so that low throttling losses are obtained.
-Of course, the rods 12, 13 can be adjustable in length. The valves can also be provided with two rollers 4 rotatable about one and the same transverse axis, which are arranged on both sides of the valve spindle and facilitate the actuation of the valves. Slides can be used instead of valves.