DE19544989A1 - Automobile IC engine arrangement - Google Patents

Automobile IC engine arrangement

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Abstract

The engine has the compression space and the stroke varied in dependence on the engine loading as in P4444555.5, to provide good fuel economy and low exhaust emission levels, even during urban traffic crawls. The axis (3) is supported by a single-arm lever (10), raised at one side by a lifting device in the form of a threaded spindle (8) and provided with a toothed cog segments (5,9) at the other side cooperating with toothed racks (6). A worm shaft (5) fits through a coaxial bore in the axis and is coupled directly, or via a clutch, to the rotor of an electric motor or a hydromotor.

Description

Zu 1. (Fig. 1)To 1. ( Fig. 1)

Der im Patentanspruch 1 (Fig. 1) angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß beim Heben bzw. Senken der Achse (3, Fig. 1, P 44 44 555.5) und dem Verändern der Hebellänge (a, Fig. 2, P 195 02 820.1) die Mittellinie der Pendelbewegung des Hebels (4, Fig. 2, P 195 02 820.1) aus der senkrechten Lage nach rechts oder nach links gedreht wird.The invention specified in claim 1 ( Fig. 1) is based on the problem that when lifting or lowering the axis ( 3 , Fig. 1, P 44 44 555.5) and changing the lever length (a, Fig. 2, P 195 02 820.1) the center line of the pendulum movement of the lever ( 4 , Fig. 2, P 195 02 820.1) is turned from the vertical position to the right or to the left.

Dies hat eine Differenz des Verdichtungsverhältnisses zwischen den linken und rechten Zylindern der Zylinderpaare zur Folge.This has a difference in the compression ratio between the left and right cylinders of the Result in pairs of cylinders.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch angegebene Konstruktion gelöst.This problem is solved by the construction specified in the claim.

Die Achse (3, Fig. 1), an der die zweiseitigen Hebel (2, Fig. 1) befestigt sind, wird im Drehpunkt (4) der Zahnradsegmente (5 und 9) abgestützt. Die Zahnstangen (6) werden von der mittleren Lage aus oben und unten in Richtung Schwungscheibe so gekrümmt, wie es zur Korrektur der Abweichung der Mittellinie der Pendelbewegung des Hebels (4, Fig. 2) von der Senkrechten infolge des Hebens bzw. Senkens der Achse (3) und Verändern der Hebellänge (a, Fig. 2) erforderlich ist.The axis ( 3 , Fig. 1), on which the two-sided levers ( 2 , Fig. 1) are attached, is supported in the pivot point ( 4 ) of the gear segments ( 5 and 9 ). The racks ( 6 ) are curved from the middle position upwards and downwards in the direction of the flywheel, in order to correct the deviation of the center line of the pendulum movement of the lever ( 4 , FIG. 2) from the vertical as a result of the lifting or lowering of the axis ( 3 ) and changing the lever length (a, Fig. 2) is required.

Darüber hinaus wird durch den Hebel (1, Fig. 1) und die Schraubenfeder (7, Fig. 1) die Hubvorrichtung (das Schneckengetriebe mit der Gewindespindel (8)) erheblich entlastet.In addition, the lifting device (the worm gear with the threaded spindle ( 8 )) is considerably relieved by the lever ( 1 , Fig. 1) and the coil spring ( 7 , Fig. 1).

Eine Abstützung der Achse (3) neben dem Drehpunkt (4, Fig. 1) der Zahnradsegmente ist auch möglich, wenn die Maße der Zahnradsegmente (r) und der Abstand der Achse (b) vom Drehpunkt (4) der Zahnradsegmente (5 und 9) untereinander abgestimmt werden.A support of the axis ( 3 ) next to the fulcrum ( 4 , Fig. 1) of the gear segments is also possible if the dimensions of the gear segments (r) and the distance of the axis (b) from the fulcrum ( 4 ) of the gear segments ( 5 and 9 ) are coordinated with each other.

Zur Messung und Verstellung der Höhe der Achse (3) und Längenveränderung (a) des Hebels (4, Fig. 2) kann die im Maschinenbau übliche Regelungstechnik angewandt werden.The control technology customary in mechanical engineering can be used to measure and adjust the height of the axis ( 3 ) and length change (a) of the lever ( 4 , FIG. 2).

Zu 2. (Fig. 2)To 2. ( Fig. 2)

Beim Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1 (P 44 44 555.5) und Patentanspruch der Zusatzanmeldung P 195 02 820.1 wird die Kraft von sämtlichen Kolben zur Schwungscheibe über die zweiseitigen Hebel (2, Fig. 2), die gemeinsame Achse (3), einen Hebel (4) und eine Kurbelstange übertragen.In the internal combustion engine according to claim 1 (P 44 44 555.5) and claim of additional application P 195 02 820.1, the force from all pistons to the flywheel is via the two-sided lever ( 2 , Fig. 2), the common axis ( 3 ), a lever ( 4th ) and transfer a crank rod.

Das hat infolge der synchronen Wirkung der Massenkräfte aller bewegten Teile einen schlechten Rundlauf des Motors zur Folge.This has a poor concentricity of the due to the synchronous effect of the mass forces of all moving parts Motors result.

Dieses Problem wird durch die Anordnung der Kolbenpaare (1, Fig. 2) über je einen verstellbaren Hebel (4) und je einer Kurbelstange an eine Kurbelwelle mit am Rotationskreis zueinander versetzten Hubzapfen gelöst. Jedes Kolbenpaar hat dann eine eigene Achse mit verstellbarem Hebel (4), der am Zapfen (12) über eine Kurbelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist.This problem is solved by the arrangement of the pairs of pistons ( 1 , Fig. 2) via an adjustable lever ( 4 ) and a crank rod on a crankshaft with crank pins offset from one another on the rotation circle. Each pair of pistons then has its own axle with an adjustable lever ( 4 ) which is connected to the crankshaft on the pin ( 12 ) via a crank rod.

Damit die Hebellänge (a) bei mehreren Hebeln (4) zur gleichen Zeit verändert werden kann, wird die Schneckenwelle (5) durch eine Bohrung der Achsen (3) geführt, so daß mit einem Antrieb (7) über eine Schneckenwelle alle Spindeln (6) zur Veränderung der Hebellänge (a) synchron angetrieben werden. Auf der Schneckenwelle vor der nächsten Schnecke eine Klauenkupplung angeordnet, deren Spiel die unterschiedlichen Bewegungsabläufe der Kolbenpaare kompensiert. Die Bewegungsabläufe werden durch die versetzte Anordnung der Hubzapfen der Kurbelwelle bestimmt. Eine Hälfte der Klauenkupplung ist als Elektromagnet ausgebildet, der die andere gegen den Widerstand einer Rückzugfeder in sich verengende Schlitze zieht. So wird das Spiel der Kupplung während des Antriebes der Schnecke beseitigt. Das Übersetzungsverhältnis und die Steigung des Gewindes der Spindel verringern außerdem die Abweichung der Hubverstellung zwischen den Kolbenpaaren.In order that the lever length (a) with several levers (4) can be changed at the same time, the worm shaft (5) is guided through a bore of the axles (3), so that a drive (7) via a worm shaft all the spindles (6 ) are driven synchronously to change the lever length (a). A claw coupling is arranged on the worm shaft in front of the next worm, the play of which compensates for the different movements of the piston pairs. The motion sequences are determined by the offset arrangement of the crank pin of the crankshaft. One half of the claw coupling is designed as an electromagnet, which pulls the other into narrowing slots against the resistance of a return spring. This eliminates the play of the clutch during the drive of the worm. The gear ratio and the pitch of the thread of the spindle also reduce the deviation of the stroke adjustment between the pairs of pistons.

Zu 3. (Fig. 2 und 3)To 3. ( Fig. 2 and 3)

Solange das Schneckengetriebe (8, Fig. 3) nicht angetrieben wird, führt die Schneckenwelle (5) gemeinsam mit der Achse (3), die mit dem zweiseitigen Hebel (2, Fig. 2) fest verbunden ist, und dem Hebel (4) die hin- und hergehende Bewegung aus.As long as the worm gear ( 8 , Fig. 3) is not driven, the worm shaft ( 5 ) together with the axis ( 3 ), which is firmly connected to the two-sided lever ( 2 , Fig. 2), and the lever ( 4 ) the back and forth movement from.

Der Antriebsmotor (7, Fig. 2) (Elektro-, oder Hydromotor) ist direkt oder über eine Kupplung (9) (z. B., Klauenkupplung mit einem Spiel, das die hin- und hergehende Bewegung kompensiert) mit der Schneckenwelle (5) verbunden.The drive motor ( 7 , Fig. 2) (electric or hydraulic motor) is directly or via a clutch ( 9 ) (e.g., claw clutch with a game that compensates for the reciprocating movement) with the worm shaft ( 5 ) connected.

Die Halterung (10) des Motors (7, Fig. 2) ist auf dem beweglichen Gestell (11), auf dem auch die Achse (3) gelagert ist, befestigt.The bracket ( 10 ) of the motor ( 7 , Fig. 2) is attached to the movable frame ( 11 ) on which the axis ( 3 ) is also mounted.

Zum Antrieb des Schneckengetriebes (8) kann auch die hin- und hergehende Bewegung der Achse (3) und des Schneckengetriebes (8) in Verbindung mit zwei Freilaufgetrieben (1 und 2, Fig. 3) ausgenutzt werden. In Fig. 3 ist der Antrieb der Schnecke (8) mittels Freilaufgetriebe (1 und 2) dargestellt.To drive the worm gear ( 8 ), the reciprocating movement of the axis ( 3 ) and the worm gear ( 8 ) can be used in conjunction with two freewheel gears ( 1 and 2 , Fig. 3). In Fig. 3 the drive of the screw ( 8 ) by means of freewheel gear ( 1 and 2 ) is shown.

Jeder Freilauf sperrt in entgegengesetzter Richtung. Je nach Antriebsrichtung des Schneckengetriebes (8) (Verlängern oder Kürzen der Hebellänge a, Fig. 2) wird mittels Kipphebel (10) der eine oder der andere Freilauf (1 oder 2) festgehalten, so daß die Schneckenwelle (5) sich nur in einer gewünschten Richtung drehen kann.Each freewheel locks in the opposite direction. Depending on the drive direction of the worm gear ( 8 ) (lengthening or shortening the lever length a, Fig. 2) one or the other freewheel ( 1 or 2 ) is held by means of rocker arm ( 10 ), so that the worm shaft ( 5 ) is only in one desired direction can rotate.

Zur Herabsetzung der Geschwindigkeit der hin- und hergehenden Bewegung der Schneckenwelle kann zwischen ihr und dem Freilaufgetriebe ein Zahnradgetriebe eingesetzt werden.Can reduce the speed of the reciprocating movement of the worm shaft a gear transmission can be used between it and the freewheel gear.

Die Betätigung der Kipphebel (10) kann mit elektromagnetischem, hydraulischem oder mechanischem Antrieb (7) erfolgen.The rocker arms ( 10 ) can be actuated with an electromagnetic, hydraulic or mechanical drive ( 7 ).

Die Halterung (6) des Kipphebels (10) samt Antrieb (7) ist ebenfalls auf dem beweglichen Gestell (11), auf dem auch die Achse (3) in den Lagern (9) liegt, befestigt.The bracket ( 6 ) of the rocker arm ( 10 ) together with the drive ( 7 ) is also attached to the movable frame ( 11 ) on which the axis ( 3 ) is located in the bearings ( 9 ).

Zur Erhöhung der Selbsthemmung des Schneckengetriebes kann eine mit einer Feder belastete Bremsvorrichtung, die auf der Achse (3) befestigt werden kann, dienen.To increase the self-locking of the worm gear, a spring-loaded braking device that can be attached to the axis ( 3 ) can be used.

Zu 4 (Fig. 4 und 5)To 4 ( Figs. 4 and 5)

Die Variierung des Verbrennungsraumes bei Zweitaktmotoren ist in der Literatur (Offenlegungsschrift DE 36 01 528 A1 vom 23. 7. 87, 1. Spalte) beschrieben und wird durch Anwendung eines Gegenkolbens erreicht.The variation of the combustion chamber in two-stroke engines is in the literature (Offenlegungsschrift DE 36 01 528 A1 from July 23, 87, 1st column) and is described by application of an opposed piston.

Die im Patentanspruch 4 angegebene Erfindung ermöglicht es jedoch, sowohl den Verbrennungsraum als auch den Hub zu variieren.However, the invention specified in claim 4 enables both the combustion chamber and also vary the stroke.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Zylinderbuchsen (1, Fig. 4) des Zweitaktmotors relativ zum Motorblock (2) beweglich ist.This is achieved in that the cylinder liners ( 1 , Fig. 4) of the two-stroke engine are movable relative to the engine block ( 2 ).

Der Zweitaktmotor nach Patentanspruch 4 dieser Anmeldung führt zu einem besseren Rundlauf des Verbrennungsmotors nach P 44 44 555.5 und P 195 02 820.1.The two-stroke engine according to claim 4 of this application leads to a better concentricity of the Internal combustion engine according to P 44 44 555.5 and P 195 02 820.1.

In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßer wassergekühlter, im Motorblock beweglicher Zylinder mit eingezeichnetem Kolben (im oberen Totpunkt, OT, gestrichelt dargestellt, und im unteren Totpunkt, UT, durchgezogene Linien) und den Steuerschlitzen (A=Auslaß-, E=Einlaß- und Ü=Überströmschlitz) bei 100%iger Hubhöhe dargestellt.In Fig. 4, an inventive water-cooled cylinder movable in the engine block with the piston shown (in top dead center, TDC, dashed lines, and in bottom dead center, UT, solid lines) and the control slots (A = exhaust, E = intake and Ü = overflow slot) at 100% lifting height.

In Fig. 5 ist der gleiche Zylinder dargestellt, aber um 50% verkleinerten Hub- und Verdichtungsraum.The same cylinder is shown in FIG. 5, but the displacement and compression space is reduced by 50%.

Die beweglichen Zylinder (1, Fig. 5) sind unten über einen Rahmen starr miteinander verbunden.The movable cylinders ( 1 , Fig. 5) are rigidly connected to each other below by a frame.

Dieser Rahmen ist über eine Halterung mit gekrümmtem Langloch (A, Fig. 5), das die Querbewegung des Gestells relativ zu den Zylindern erlaubt, mit dem Gestell (11, Fig. 2) verbunden. Die Halterung am Gestell ist neben den Lagern der Achse (3), dem Drehpunkt der Zahnradsegmente (5 und 6, Fig. 1), befestigt, so daß beim Heben des Gestells die Kolben etwas höher angehoben werden als die Zylinder. Damit werden die Einlaßschlitze (E) und Auslaßschlitze (A) bei kleinerem Hub durch die Kolben zum Teil zugedeckt (Fig. 5).This frame is connected to the frame ( 11 , Fig. 2) by means of a holder with a curved elongated hole (A, Fig. 5) which allows the frame to move transversely relative to the cylinders. The bracket on the frame is next to the bearings of the axis ( 3 ), the fulcrum of the gear segments ( 5 and 6 , Fig. 1), so that when lifting the frame, the pistons are raised slightly higher than the cylinders. Thus, the inlet slots (E) and outlet slots (A) are partially covered by the pistons with a smaller stroke ( Fig. 5).

Da bei kleinerem Hub der untere Kolbenrand im oberen Totpunkt des Kolbens den Einlaßschlitz E nicht mehr freigegeben würde, muß der Einlaßschlitz (E, Fig. 4) verlängert und von einem an der Außenseite des Zylinders angeordneten Schieber (3, Fig. 4) in proportionaler Abhängigkeit von der Lage der Achse (3, Fig. 2) gesteuert werden.Since the lower piston edge would no longer be released at the top dead center of the piston with a smaller stroke, the inlet slot (E, FIG. 4) must be lengthened and proportionally by a slide ( 3 , FIG. 4) arranged on the outside of the cylinder Depending on the position of the axis ( 3 , Fig. 2) can be controlled.

Wird der Einlaßschlitz, wie in der Zeichnung (Fig. 4) dargestellt, von einer feststehenden Platte (3) abgedeckt, dann muß dem Motor vorkomprimierte Luft zugeführt werden, da bei mittlerer Hubhöhe die Einlaßschlitze zu groß sind, um die Luft unterhalb des Kolbens vorzuverdichten. If, as shown in the drawing ( Fig. 4), the inlet slot is covered by a fixed plate ( 3 ), then the engine must be supplied with pre-compressed air, since the inlet slots are too large at medium lift heights to pre-compress the air below the piston .

Vorteileadvantages

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors gegenüber denen in der Literatur (Automobil Revue, Nr. 49/4, Dez. 1986, Seite 29 und 30) beschriebenen sind:The advantages of the internal combustion engine according to the invention compared to those in the literature (automobile Revue, No. 49/4, Dec. 1986, pages 29 and 30) are:

Es wird nicht nur der Verdichtungsraum, sondern auch der Hub in Abhängigkeit von der Motorbelastung verstellt.Not only does the compression area, but also the stroke depending on the engine load adjusted.

Es werden keine Veränderungen an Kolben, an den Pleueln oder am Verbrennungsraum (außer Größenvariierung) vorgenommen.No changes are made to the pistons, connecting rods or combustion chamber (except Size variation).

Bei Verkleinerung des Hubes verringern sich auch die Wärmeverluste. Der Motor wird schneller warm, und der Katalysator wird schneller wirksam.When the stroke is reduced, the heat losses are also reduced. The engine warms up faster, and the catalyst takes effect more quickly.

Durch Variierung des Hub- und Verdichtungsraumes im großen Bereich ist es möglich, Kraftstoff insbesondere bei Fahrt in Kolonne oder bei Leerlauf des Motors an Ampeln im Stadtverkehr einzusparen sowie Schadstoffemissionen zu reduzieren.By varying the displacement and compression space over a wide range, it is possible to use fuel especially when driving in a column or when the engine is idling at traffic lights in city traffic as well as reducing pollutant emissions.

Das Problem der Kompressionsschwankungen beim Turbodiesel ist mit dieser Erfindung gelöst. Infolge der Verkürzung des Hebels (a, Fig. 2) bei Hubvergrößerung ergibt sich ein höheres Drehmoment bei niederen Drehzahlen.The problem of the compression fluctuations in the turbodiesel is solved with this invention. As a result of the shortening of the lever (a, FIG. 2) when the stroke is increased, there is a higher torque at lower speeds.

Beim Bremsen mit dem Motor kann der Hub und das Verdichtungsverhältnis vergrößert werden. Die parallele Anordnung der Zylinder ergibt eine kompaktere Bauweise gegenüber den üblichen Reihenmotoren.When braking with the engine, the stroke and compression ratio can be increased. The parallel arrangement of the cylinders results in a more compact design compared to the usual ones In-line engines.

Die Kurbelwelle hat bei gleicher Zylinderzahl nur die halbe Länge.With the same number of cylinders, the crankshaft is only half the length.

Das Konstruktionsprinzip des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann auch für Kompressoren mit variabler Förderleistung verwendet werden.The design principle of the internal combustion engine according to the invention can also be used for compressors variable delivery rate can be used.

Der Verbrennungsmotor in der Variante des Zweitaktmotors nach Patentanspruch 4 dieser Zusatzanmeldung hat für den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor den Vorteil, daß bei jedem Hub komprimiert wird und die dabei entstehende Kompressionskraft der Kraft der bewegten Massen bei Änderung der Bewegungsrichtung entgegenwirkt. Dies ist für den Rundlauf des Motors wichtig.The internal combustion engine in the variant of the two-stroke engine according to claim 4 of this additional application has the advantage for the internal combustion engine according to the invention that is compressed with each stroke and the resulting compression force of the force of the moving masses when changing the Counteracts the direction of movement. This is important for the concentricity of the engine.

Der Zweitaktmotor ist einfacher im Aufbau, benötigt keine Ventile und Ventilsteuerung und hat ein besseres Masse/Leistungsverhältnis.The two-stroke engine is simpler in construction, requires no valves and valve control and has a better one Mass / performance ratio.

Mit einem Kompressor zur Vorkomprimierung der Luft und Direkteinspritzung würde er sich für den Verbrennungsmotor dieses Patents bestens eignen.With a compressor for pre-compression of the air and direct injection, he would go for the Internal combustion engine of this patent are ideal.

Claims (4)

1. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, P 44 44 555.5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (3, Fig. 1) auf einem einseitigen Hebel (1, Fig. 1) liegt, der zu einem Gestell ausgebildet ist, das auf einer Seite von einer Hubvorrichtung (Schraubenspindel 8, Fig. 1) angehoben werden kann, und auf der anderen Seite mit Zahnradsegmenten (9 und 5, Fig. 1) in Zahnstangen (6) eingreift.1. Internal combustion engine according to claim 1, P 44 44 555.5, characterized in that the axis ( 3 , Fig. 1) is on a one-sided lever ( 1 , Fig. 1) which is formed into a frame on one side of a lifting device (screw spindle 8 , Fig. 1) can be raised, and on the other hand with gear segments ( 9 and 5 , Fig. 1) engages in racks ( 6 ). 2. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, P 44 44 555,5, und Patentanspruch der Zusatzanmeldung P 195 02 820.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenwelle (5, Fig. 2) durch eine koaxiale Bohrung der Achse (3) geführt und in ihr gelagert ist und auf der Antriebsseite über eine Kupplung (9) oder direkt mit dem Rotor eines Elektromotors oder Hydromotors (7) verbunden ist.2. Internal combustion engine according to claim 1, P 44 44 555.5, and claim of the additional application P 195 02 820.1, characterized in that the worm shaft ( 5 , Fig. 2) through a coaxial bore of the axis ( 3 ) and stored in it and is connected on the drive side via a clutch ( 9 ) or directly to the rotor of an electric motor or hydraulic motor ( 7 ). 3. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 2 dieser Zusatzanmeldung und Patentanspruch der Zusatzanmeldung P 195 02 82.1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebsseite der Schneckenwelle (5, Fig. 3) für jede Drehrichtung je ein Freilaufgetriebe (1 und 2) angebracht ist, von denen, je nach gewünschter Drehrichtung, eins von beiden zum Antrieb des Schneckengetriebes (8) mittels Kipphebel (4) kraftschlüssig festgehalten werden kann.3. Internal combustion engine according to claim 2 of this additional application and claim of the additional application P 195 02 82.1, characterized in that on the drive side of the worm shaft ( 5 , Fig. 3) for each direction of rotation, a freewheel gear ( 1 and 2 ) is attached, of which Depending on the desired direction of rotation, one of the two for driving the worm gear ( 8 ) can be firmly held by means of the rocker arm ( 4 ). 4. Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, P 44 44 555.5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchse (1, Fig. 4) des Verbrennungsmotors in der Variante des Zweitaktmotors relativ zum Motorblock (2) in Hubrichtung beweglich ist und in derselben Richtung verlängerte Einlaßschlitze (E) besitzt, deren Größe von an der Außenseite des Zylinders angebrachten Schiebern (3) in Abhängigkeit von der Lage der Achse (3, Fig. 1) gesteuert wird.4. Internal combustion engine according to claim 1, P 44 44 555.5, characterized in that the cylinder liner ( 1 , Fig. 4) of the internal combustion engine in the variant of the two-stroke engine is movable relative to the engine block ( 2 ) in the stroke direction and in the same direction elongated inlet slots (E ), whose size is controlled by sliders ( 3 ) attached to the outside of the cylinder depending on the position of the axis ( 3 , Fig. 1).
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