DE1451926A1 - Internal combustion piston engine with automatic adjustment of the piston stroke adapted to the respective requirements of the operation with simultaneous adjustment of the compression ratio - Google Patents
Internal combustion piston engine with automatic adjustment of the piston stroke adapted to the respective requirements of the operation with simultaneous adjustment of the compression ratioInfo
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Description
Patentanwalt Darf rmi.l vvin'i'-'t νν<···Ι>π Patent attorney Darf rmi.l vvin'i '-' t νν <··· Ι> π
Dipl.-Ing. Walter Jackisch 7 Stuttgart I«. ManufttnS· 40 1 Λ ζ 1 Q 9 RDipl.-Ing. Walter Jackisch 7 Stuttgart I «. ManufttnS · 40 1 Λ ζ 1 Q 9 R
Anmelder und Erfinder:
Dr. In^. Konstantin PATTASApplicant and inventor:
Dr. In ^. Constantine PATTAS
A 29 505 - s DenA 29 505-s Den
-4, A\ig. 1969-4, A \ ig. 1969
"Brennkraft-Kolbenmaechine alt selbsttätiger, den ,jeweiligen Anforderungen de3 Betriebs angepaßter Verstellung des Kolbenhubs "bei rrleichgeiticrer Verstellung des VerdichtunfcoverhUltniaoos""Internal combustion piston engine old automatic, the adapted to the respective requirements of the company Adjustment of the piston stroke "with equal adjustment of the VerdichtunfcoverhUltniaoos"
Das von den heute bekennten Irennkraft-ilolberiniaschinen gelieferte Drehmoment entspricht in seines Verlauf rait der Drehzahl im allgemeinen nicht den Forderungen dea £otrieb3.The one supplied by the Irennkraft ilolberini machines, which are known today The torque curve generally does not correspond to the requirements of the drive3.
In Fig. 1 sind die Leistungen 1<* über der Drehzahl η aufgetragen (Kurve A - z.B. für Straßen- oder Gchienenfahrzeuge gewünschte Antriebsleistung, Kurve B - leistung üblicher Kolbencaschinen).In Fig. 1, the powers 1 <* are plotted against the speed η (Curve A - e.g. for road or rail vehicles desired drive power, curve B - power of conventional piston machines).
In.Pig. 2 ist in einem Diagramm qualitativ das für den Betrieb von Straßen- oder Schienenfahrzeugen gewüncchto (Kurve C) und daa von den üblichen Kolbennaschinen gelieferte Drehmoment M (Kurve D) in Abhängigkeit von der Drehzahl η aufgezeichnet. In.Pig. 2 is qualitatively recorded η in a diagram the supplied for the operation of road or rail vehicles gewüncchto (curve C) and daa from the usual Kolbennaschinen torque M (Curve D) as a function of the speed.
Kurve A in Fig. 1 sagt aus, ä&Q die maximale Leistung über einen möglichst großen Betriebsbereich gleichbleibend zur Verfügung stehen soll. Daraus folgt für die gewünschte. Curve A in Figure 1 indicates ä & Q the maximum power should be a large as possible operating range consistently available. It follows for the desired
BAD ORIGfNALBAD ORIGfNAL
U51926U51926
Kurve C in Pig» 2 ein hyperbolischer Verlauf nach der Formel K = konst.II/a. Die Kurve C in Pie· 2 ist geläufig unter der Bezeichnung "Zujkrafthyperbel". Da die von der üblichen Kolbenmaschine gelieferte Kennlinie grund sätzlich anders als diese Hyperbel verläuft (a. Kurve B in Fig.l und D in ?ig.2), nüssen Anpasoungovorrichtungen in Γογβ von cechaniach geschalteten odor automatischen IleUrgancgetrieben vorgesehen, werden. Diese Anpussungsvorrichtungen habon den Zweck, die durch den Verbrennungsmotor Gegebene Drehacnent-Drehzahl-Charakteristik an die gewünschte Kennlinie (s.Kurve A in Fig. 1 und C in Pi~.2) anzunähern. In Fig.3 i3t außer der Zugkrafthyperbel die Drehaorjent-Drehzahl-Kennlinie einer herköcalichen iirennkraft-Kolbennaschine ηit Yiergang-Getriebe aufgezeichnet. Die dünn ausgezogenen linien gelten jeweils für den ganzen Drehzahlbereich der Maschine in den einzelnen GäUijön; die dick ausgezogene Linie markiert don Vorlauf von Drehmoment und Drehzahl bei Pe nutzung aller vier Gänge. Die mit dem Getriebe erreichte ICennlinie weist Unstetigkeitssteilen an den Schaltpunkten uuf, die in der Praxis versc'ulechxerten Wirkungsgrad und erhöhte Abnutzung nach sich ziehen. Au^erden ist auch bei grösserer Gangzahl eine vollständige 'überdeckung der Kennlinie Kit der Zugkrafthyperbel nicht erreichbar. Zudem mu3 für ein Getriebe ein nicht unerheblicher Aufwand an Raum und Bau kosten vorgesehen werden. 'Curve C in Pig »2 is a hyperbolic course according to the formula K = const.II / a. Curve C in Pie * 2 is familiar under the name "Zujkrafthyperbel". Since the from the characteristic curve delivered with the usual piston machine differently than this hyperbola runs (a. curve B in Fig.l and D in? ig.2), nuts adjusting devices in Γογβ by cechaniach switched odor automatic IleUrganc-driven are provided. These pussing devices The purpose is to adjust the rotational speed characteristic given by the internal combustion engine to the desired To approximate the characteristic curve (see curve A in Fig. 1 and C in Pi ~ .2). In Fig. 3, in addition to the tractive force hyperbola, the rotational speed characteristic curve is also shown a traditional piston engine η with Yiergang transmission recorded. The thinly undressed lines apply to the entire speed range of the machine in the individual GäUijön; the thick line marks the advance of torque and speed when using PE all four courses. The characteristic curve achieved with the gearbox shows discontinuities at the shift points uuf, which in practice lead to dubbed efficiency and increased wear and tear. Au ^ earth is also with larger ones Number of gears a complete 'coverage of the characteristic curve Kit of the traction hyperbola not accessible. In addition, for a Gear a not inconsiderable amount of space and construction costs are provided. '
Hit der vorliegenden Srflaäung soll erreicht v/erden, daß eine gewünschte Kennlinie das Brensoinentes "bsvi. der leistung über den Hauptdrehzahibereicli eingehaltes werden kann, ohne daß es hierzu notwendig Is%% eiß herkösalieaesg mechanisch ge schaltetes oder automatisches Se trieb® vorzusehen. Palisi wird von den an sisa fegkaBnten Maßnahmen Sebraucii ga.3aclit» "den Kolbenhub s und das YerMcätnsgsveriältsals € &'& ändern.Hit the present Srflaäung should v reaches / earthed, that a desired characteristic can be the Brensoinentes "bsvi. In performance over Hauptdrehzahibereicli turned haltes without providing that it is necessary for this purpose trieb® Is%% hite herkösalieaesg mechanically ge switched or automatic Se. Palisi is of the measures sisa fegkaBnten Sebraucii ga.3aclit »" change the piston stroke s and the YerMcätnsgsveriältsas € &'& .
BADBATH
Sie Erfindung lot dadurch gekennzeichnet, daß Verstell mittoi Bowohl für die Länge des Kolbonhubea alo auch solche für dia Einstellung des Verdichtunjsvoi*hä.ltni3oea vorgesehen sind und beide Hittel nach der Drehzahl der Abtriebewelle dca Motora von einer Verstellvorrichtung derart beeinflußt oind| daß bei einer Änderung des Kolbenhubes das Verdichtungsverhältnis erhalten bleibt oder sich nach einer beliebig best iMibaren Abhängigkeit mit dem Hub ändert.You invention lot characterized in that Verstell mittoi Bowohl for the length of the Kolbonhubea alo also such intended for setting the Verdichtunjsvoi * hä.ltni3oea are and both means according to the speed of the output shaft dca Motora influenced by an adjusting device in this way oind | that when the piston stroke changes, the compression ratio remains or after any best iMibaren dependency changes with the hub.
Die Krfindung Geht von der bekannten Tatsache aus, daß bei gleichbleibenden mittleren Indizierten Druck p^ in den Zylindern das Drehmoment direkt proportional dem Kolbenhub s ist. Daxait gilt also s^n und z.B. für die gewünschte Kennlinie der Kraftfahrzeug-Antriobsnaschine die Gleichung s»n « konst.The invention is based on the known fact that with constant mean indexed pressure p ^ in the cylinders the torque is directly proportional to the piston stroke s. So s ^ n applies, and e.g. for the desired characteristic the motor vehicle drive machine the equation s »n« const.
Es ist in den meisten Anwendungsfällen sinnvoll, bei einer Hubverstellung das Verdichtungsverhältnis £ , das als das Verhältnis von kleinstem zu größtem Zylinüerrauw oberhalb dos Kolbene definiert ist, konstant zu halten, damit bei konstant eingestellter Brennst off auf uhr gleichbleibender riitt lerer indizierter Druck und damit gleichbleibende Verhältnisse bei der Verbrennung erzielt werden können.In most applications, it makes sense to use the compression ratio £, which is used as the Ratio of smallest to largest cylinder rough above dos piston is defined to keep constant, thus at constant set fuel on the clock, constant friction indicated pressure and thus constant conditions during combustion can be achieved.
leim Taumelscheibcnmotor lassen sich beide Aufgaben in eleganter V.eise gekoppelt lösen.glue swashplate motor can do both tasks in an elegant way V. loosen coupled.
Zua leispiel ist mit einer drehzahlabuän~igen Verstellung des Neigungswinkels der Sauceischeibe, ar* der die Pleuel der in ortsfesten oder rotierenden Zylindern hin- und herbewegten Kolben angeleckt sind, eine Verstellbewegung eines an sich bekannten Zylinderkopfkolbens verbunden.An example is with a speed-dependent adjustment of the angle of inclination of the sauce disk, ar * of the connecting rods of the pistons moved back and forth in stationary or rotating cylinders are licked, an adjustment movement in itself known cylinder head piston connected.
009810/0534009810/0534
.4- U51926. 4 - U51926
Eine andere konotruktiv einfacher zu verwirklichende Lösung koppelt eine Veränderung des Kolbenhubes aufgrund der Winkelverotellung des lioigungswinkels der Taumelscheibe mit einer Verschiebung des Hubbereichca in Richtung der Kolbonbewogung.Another solution that is structurally easier to implement couples a change in the piston stroke due to the angular adjustment the lioigungswinkel of the swash plate with a Shifting the stroke range approx in the direction of the piston movement.
In Fig. 4 ißt beispielsweise eine Lösung für einen !Taumel öcheibenaotor dargestelltJIn Fig. 4, for example, a solution for a wobble disk actuator is eating shown J.
In einem stillstehenden Gehäuse (1) befinden sich mehrere Zylinder (2), vorzugsweise in ungerader Anzahl und mit zur Achse des Motors geneigter Achse, in denen Kolben (3) laufen, deren Kolbenstangen (4) in sphärischen Lagern (5) auf einer Taumelscheibe (6) gelagert sind. Die Taumelscheibe (6) ist kardanisch über den Ring (7) in der nicht umlaufenden, aber axial gegenüber den Gehäuse (l) verschieblichen Glocke (r), aufgehängt und über radial und axial wirkende Wälzlager (9) gegen die ringförmige, umlaufende Scheibe (10) abgestützt, die ihrerseits über in Gleitlagerbuchcen drehbare Zapfen (11) der Vellc (12) auf der letzteren gelagert ist. Die Scheibe (10) trägt an einer Stelle ihres Unifangs ein Gelenk (13) mit Dreh- und begrenzter Verochiebemöglichkeit, nit dem Die in der Schwungscheibe (14) gelagert ist, die axial unverschieblich im Gehäusekopf (15) auf axial und radial v/irkenden V.Ulzlagern (16) abgestützt ist. Die längsverschiebbare V/elle (12) hat ihre Eauptlagerstellen im Mittelpunkt der kardanischen Aufhängung der Taumelscheibe (6) und im Schiebesitz gegenüber der Habe (17) der Schwungscheibe (14). Die Nabe (17) ist die Abtriebswelle des Motors.In a stationary housing (1) there are several cylinders (2), preferably in an odd number and with Axis of the motor inclined axis in which pistons (3) run, whose piston rods (4) are mounted in spherical bearings (5) on a swash plate (6). The swash plate (6) is gimbal via the ring (7) in the bell (r) that does not rotate but is axially displaceable with respect to the housing (l), suspended and supported against the annular, circumferential disc (10) by means of roller bearings (9) that act radially and axially, which in turn via journals (11) that can be rotated in plain bearing bushes the Vellc (12) is mounted on the latter. The disc (10) carries a joint (13) with rotation and limited Verochiebemöglichkeit, nit the die in the Flywheel (14) is mounted, which is axially immovable in the housing head (15) on axially and radially v / acting V.Ulzlager (16) is supported. The longitudinally displaceable V / elle (12) has their main bearing points in the center of the cardanic suspension of the swash plate (6) and in the sliding seat opposite the hub (17) of the flywheel (14). The hub (17) is the Motor output shaft.
Wird nun aufgrund eines durch äußere Kräfte oder durch Kassenkräfte der Scheiben (6) und (10) aufbringbaren Momentes die Taumelscheibe (6) mit der Scheibe (10) in ihrer lieigung gegenübor einer in der Zeichenebene liegenden Senkrechten zur Wellenaehs© a - a um den ¥inkel Aa. verstellt, so ist aufgrund der a-iai unrerachi ob'.-Li dien Anlenkung der Scheibe (10)If the swashplate (6) with the disk (10) is now due to a moment that can be applied by external forces or by the forces of the disks (6) and (10) in its position opposite a perpendicular to the shaft aehs © a - a lying in the plane of the drawing ¥ inkel Aa. adjusted, so is due to the a-iai unrerachi ob '.- Li dien articulation of the disc (10)
OBIGfNALOBIGfNAL
U51926U51926
an der Schwungscheibe (14) über das Gelenk (13) ait der Winkeländorung zwangsläufig eine Verschiebung χ der Welle (12) in Richtung der Wellenachse a - a verbunden.on the flywheel (14) via the joint (13) ait the Angular change inevitably results in a shift χ of the shaft (12) connected in the direction of the shaft axis a - a.
In den; in Fig. 4 gezoigten Ausführungsbeiupiel wird das Verstellmoaent der Scheiben (6) und/10) durch einen an sich bekannton Fliehkraftregler, der die Drehzahl des Motors z.B. an der Schwungscheibe (14) abgreift, aufgebracht. Zwei Fliehgewichto (3.) wirken über Zwisohonhebel (22) mit Ilurveuscheiben (23) auf eine Rolle (24)f die an eine Stange (25) angelonkt ist. Die Stange (25) erführt bei einer DrehzahlHnde rung durch dio Lageänderung der Flieh.~ev/ichte (21) über die Iiobol (22) mit der Kurvenscheibe (23) und die Rolle (24) eine Auslenkung in axialer Richtung. 3ie3e Auslenkung wird auf eine Verstelleinrichtung (26) übertragen, der seiner seits mit Hilfe mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Hilfsenergie in bekannter V,'ei3o eine der Drehzahländerung angepaßte Verschiebung χ der V.'elle (12) und Y/inkelver stellung der Scheiben (6) und (10) herbeiführt, üs ist auch denkbar, daß der Fliehkraftregler die Verschiebung χ unmittelbar hervorruft .In the; In Fig. 4 drawn Ausführungsbeiupiel the Verstellmoaent the disks (6) and / 10) is applied by a known centrifugal governor, which picks up the speed of the engine, for example on the flywheel (14). Two flyweights (3.) act via intermediate levers (22) with curved disks (23) on a roller (24) f which is linked to a rod (25). In the event of a change in speed, the rod (25) causes a deflection in the axial direction through the change in position of the centrifugal density (21) via the Iobol (22) with the cam disk (23) and the roller (24). The deflection is transmitted to an adjusting device (26) which, on the other hand, uses mechanical, hydraulic or electrical auxiliary energy in a known V, ei3o a shift χ of the shaft (12) and Y / angular adjustment of the discs ( 6) and (10), it is also conceivable that the centrifugal governor causes the shift χ directly.
Die Kurvenscheibe (23) kann so berechnet werden, daß jede gewünschte Abhängigkeit zwischen Drehzahl η und Hub s einge stellt werden kanu.The cam (23) can be calculated so that any desired dependency between speed η and stroke s can be set.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung3form ist es gleichgültig, ob Massenkrafte und -momente der Scheiben (6) und (10) ausgeglichen sind oder nicht, da.die Regelung zwangsläufig die gewünschte Verstellung herbeiführt. Jedoch wird man in diesen Falle vorzugsweise massenkraft- und rückstellaonentenfreie Scheiben (6) und (10) anwenden» da dann die erforderliche Leistung der Verstelleinrichtung (26) kleiner und der lauf der Maschin« rualger und gleicher Piger wirö.In the embodiment shown in Fig. 4, it does not matter whether the inertial forces and moments of the disks (6) and (10) are balanced or not, because the control inevitably brings about the desired adjustment. However, it will in this case preferably both inertia and rückstellaonentenfreie discs (6) and (10) apply "because then the required power of the adjusting device (26) is smaller and the running of the Maschin" rualger and equal Piger wirö.
■ .. 6 -■ .. 6 -
*AD* AD
Die Bedingungen für vollständige Freiheit von Massenkräften und -momenten lauten:The conditions for complete freedom from mass forces and moments are:
a) der Schwerpunkt der Taumelscheibe (6) mit den angelenkten Kolben (3) und der umlaufenden Scheibe (10) muß im kardanischen Aufhängungspunkt liegen.a) the center of gravity of the swash plate (6) with the hinged piston (3) and the rotating disc (10) must be in cardanic suspension point.
b) das Trägheitsmoment der umlaufenden Scheibe (10) um Ihre Symmetrieachse muß gleich der Summe der Trägheitsmomente von Taumelscheibe (6) und umlaufender Scheibe (10) be zogen auf die zur Ebene des größten V.'inkels «senkrechte Achse sein.b) the moment of inertia of the rotating disc (10) around your The axis of symmetry must be equal to the sum of the moments of inertia of the swash plate (6) and the revolving plate (10) refer to the plane perpendicular to the plane of the largest V.'angle Be axis.
In Pig. 5 ist eine andere Ausführungsform gezeigt. 2ei die seo Auoführungsbeispiel wird das Verstellmoment durch dfehzahlabhängige Kacsenmosente der Scheiben (6) und (IG) aufgebracht. Lurch geeignete V.ahl der Schwerpunktlage sowie der Trägheitsmomente kann man die Tendenz der Scheiben, den V.inkel cc su verändern, so beeinflussen, daß man ein drehzahlabhängiges B-Ückstellmoaent und damit eine drehzahlabhängig© ..inkeländerung des Kinkels « bekommt. Das Verstellmoment erzeugt eine Kraft in Richtung der V.'ellenachse a - a, die über den Teller (18) der »eile (12) auf die Federn (.19, 19a) übertragen wird. Yom Teller (1:) aus kann die ürehbewegung der V/elle (12) zum Antrieb von konventionellen Steuerungsorganen und I-febenaggregaten weitergeleitet v/erden· Bis I?edern (19f 19a) sind z.B. durch geeignete Schichtung von Tellerfedern oder anderer Federeleisente so dimensioniert, daß sie Rückstellkräfte erzeugen, welche die Yerstellicräfte derart korrigieres, daß sich Jeweils al® gsrwünschta Yer — Schiebung χ ä©r V/elle (12), tsw» iie gevränseixte V.rir»lcolverstellung des V/inkels β und damit die gewünschte Kista^erusg des Hubes s bsi dem gewünschten Veirilich-iungsvethaltaia ^ tn Abhäsgigkglt von der IIn Pig. Another embodiment is shown. In the seo execution example, the adjustment torque is applied by the deficiency-dependent Kacsenmosente of the disks (6) and (IG). With a suitable choice of the center of gravity and the moments of inertia, the tendency of the disks to change the angle cc su can be influenced in such a way that one gets a speed-dependent B-Ückstellmoaent and thus a speed-dependent © "angle change of the angle". The adjusting moment generates a force in the direction of the axis a - a, which is transmitted to the springs (19, 19a) via the plate (18) of the cable (12). From the plate (1 :) the turning movement of the ball (12) for driving conventional control organs and auxiliary units can be passed on · To I ? Edern (19 f 19a) are dimensioned, e.g. by suitable layering of disc springs or other spring elements, so that they generate restoring forces which correct the Yerstelli forces in such a way that in each case a desired displacement χ ä © r V / elle (12), tsw »iie gevranseixte V. r ir» lcol adjustment of the angle β and thus the desired Kista ^ erusg of the stroke s to the desired Veirilich-iungsvethaltaia ^ tn dependent on the I
»ad omm “Ad omm
H51926H51926
Pur die Anwendung dieser Kaachine ia luftfahrzeug cder Schienenfahrzeug wird man z.B. einen hyperboliochen Ver lauf des Hubes s über der Drehzahl η bei konstantem Verdichtungsverhältnis £ anstreben. For the use of this Kaachine ia aircraft or rail vehicle, for example, a hyperbolic course of the stroke s over the speed η at a constant compression ratio £ will be aimed for.
009810/053*009810/053 *
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- 1965-05-07 DE DE19651451926 patent/DE1451926A1/en active Pending
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