DE2426985A1

DE2426985A1 - COMBUSTION MACHINE

Info

Publication number: DE2426985A1
Application number: DE19742426985
Authority: DE
Inventors: Erik Nielsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-06-04
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2232680A1; FR2232680B1; DK130485C; DK130485B

Description

Dipl.-lng.W.DahlkeDipl.-Ing. W. Dahlke

DipL-lng. H.-]. Lippert 31. Mai 1974DipL-lng. H.-]. Lippert May 31, 1974

PatentanwältePatent attorneys

506 Refrath bei Köln Frankenforster Straße 137506 Refrath near Cologne Frankenforster Strasse 137

Erik Nielsen Klampenborg / DänemarkErik Nielsen Klampenborg / Denmark

¹¹ Brennkraftmaschine ^M ¹¹ internal combustion engine ^M

Die Erfindimg betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem im "Kopf jedes Zylinders vorgesehenen Hilfszylinder, in dem ein Hilfskolben verschiebbar angeordnet ist, auf den in der einen Richtung der Druck in der Verbrennungskammer und in der anderen Richtung eine Feder einwirken. In solchen Brennkraftmaschinen soll der Hilfskolben zur Änderung des VerdichtungsverhältnissesThe invention relates to an internal combustion engine with an in "head" each cylinder provided auxiliary cylinder in which an auxiliary piston Is slidably arranged on which in one direction the pressure in the combustion chamber and in the other Act in the direction of a spring. In such internal combustion engines, the auxiliary piston is intended to change the compression ratio

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in Abhängigkeit der Belastung dienen, indem bei niedriger Belastung lediglich eine geringe Menge Brennstoff-Luft-Gemisch in die Zylinder eingesaugt wird, so daß der FUllungsgrad niedrig und die Verdichtung in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit festem Verdichtungsverhältnis entsprechend niedrig wird, was wiederum in brennstoff mäßiger Hinsicht unwirtschaftlich ist, sowie unvollständige Verbrennung mit sich daraus ergebender Verschmutzung zur Folge hat.Depending on the load, serve by at low load only a small amount of fuel-air mixture is sucked into the cylinder, so that the degree of filling is low and the compression in a conventional internal combustion engine with a fixed compression ratio is correspondingly low, which in turn is uneconomical in terms of fuel, as well as incomplete combustion with the resulting pollution has the consequence.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der erwähnten Art ist die Federbelastung des Hilfskolbens derart angepaßt, daß der Kolben während jedes Verdichtungshubes vom Verdichtungsdruck bewegt wird. Während des Verbrennungsverfahrens wird der Hilfskolben von einem besonderen Verschlußmechanismus festgehalten, der in einer bestimmten Stellung des Hauptkolbens von diesem betätigt wird. Ein solcher Verschlußmechanismus, der für jeden Zylinder vorgesehen sein, muß, wird die Brennkraftmaschine erheblich komplizieren, und da er sehr großen Einwirkungen ausgesetzt wird und unter ungünstigen Bedingungen arbeitet, d.h. bei hohen Temperaturen und mit großer Geschwindigkeit, wird der Verschlußmechanismus auch stark abgenutzt werden und sich schwer arbeitsfähig halten lassen.In a known internal combustion engine of the type mentioned, the spring loading of the auxiliary piston is adapted so that the Piston is moved by the compression pressure during each compression stroke. During the combustion process, the auxiliary piston becomes held by a special locking mechanism, which in a certain position of the main piston of this is operated. Such a locking mechanism, which must be provided for each cylinder, becomes the internal combustion engine considerably complicate, and since it is exposed to very large impacts and works under unfavorable conditions, i.e. at at high temperatures and at great speed, the locking mechanism will also become severely worn and down difficult to keep able to work.

Es sind auch Brennkraftmaschinen mit einem verschiebbaren Hilfskolben zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bekannt,There are also internal combustion engines with a displaceable auxiliary piston known to change the compression ratio,

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wobei der Hilfskolben unter Einwirkung eines in der Regel hydraulischen Servomechanismus steht. Ein solcher Servomechanismus ist im Prinzip imstande, die Betriebsbedingungen hinsichtlich der veränderbaren Größe zu optimieren, welche den Servomechanismus steuert und die beispielsweise der Höchstdruck in der Verbrennungskammer sein kann; er ist aber verhältnismäßig kompliziert und kostspielig.the auxiliary piston under the action of a usually hydraulic Servomechanism is standing. Such a servomechanism is in principle able to handle the operating conditions the changeable size to optimize which the servomechanism controls and which can be, for example, the maximum pressure in the combustion chamber; but it is proportionate complicated and expensive.

Es ist auch bekannt, den Hilfskolben mit einem Schwingungsdämpfer in Form eines Kolbens zu verbinden, der sich in einem mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder bewegen kann und dadurch Flüssigkeit von der einen Seite des Kolbens zur anderen durch eine enge Passage hindurchpreßt. Ein solcher Schwingungsdämpfer hat zur Folge, daß der Hilfskolben nicht den einzelnen Druckänderungen pro Arbeitszyklus folgt, sondern sich über eine gewisse Periode nach dem Mitteldruck einstellt. Dies wird indessen bewirken, daß eine plötzliche Erhöhung der Belastung der Brennkraftmaschine vorübergehendes Klopfen verursacht, weil sich der Hilfskolben nicht schnell genug in die dem neuen Be-Isetungszustand entsprechende Stellung bewegen kann. Es wurde vorgeschlagen, diesen Nachteil durch Verbindung des Schwingungsdämpfers mit einem Nebenschlußkanal zu beseitigen, der durch ein federbeanspruchtes Drehventil öffnungs- und schließfähig ist, welches von der Drosselklappe durch einen anderen Schwingungsdämpfer betätigt wird, der bewirkt, daß lediglich schnelleIt is also known to connect the auxiliary piston to a vibration damper in the form of a piston, which is in a with Can move fluid filled cylinder and thereby fluid from one side of the piston to the other through a through a narrow passage. Such a vibration damper has the consequence that the auxiliary piston does not respond to the individual pressure changes per working cycle, but occurs over a certain period after the mean pressure. This will meanwhile cause a sudden increase in the load on the internal combustion engine to cause temporary knocking because the auxiliary piston does not move quickly enough into the new loading condition can move corresponding position. It has been proposed to eliminate this disadvantage by connecting the vibration damper with a bypass channel, which by a spring-loaded rotary valve that can be opened and closed which is from the throttle valve through another vibration damper is operated, which causes only rapid

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Öffnungsbewegungen der Drosselklappe auf das Drehventil übertragen werden und das Öffnen des Nebenschlußkanals zur Folge haben. Dies läßt eine schnelle Einstellungsbewegung des Hilfskolbens zu.Transfer opening movements of the throttle valve to the rotary valve and result in the opening of the bypass channel. This allows a quick adjustment movement of the auxiliary piston to.

Erfindungsgemäß wird eine schnelle Einstellung des Hilfskolbens für den Fall plötzlicher Belastungserhöhungen durch weit einfachere und preiswertere Mittel erreicht, und zwar durch Verbindung des Hilfskolbens mit einer Vorrichtung, die eine hauptsächlich freie Bewegung des Hilfskolbens in der der Federspannung entsprechenden Richtung zuläßt, aber auf Bewegungen in entgegengesetzter Richtung bremsend wirkt. Der Umstand, daß der Hilfskolben nicht festgehalten wird, sondern schwingen kann, trägt dazu bei, den Hilfszylinder von Kohleablagerungen freizuhalten. According to the invention, a quick setting of the auxiliary piston in the event of sudden increases in load is made by far simpler ones and cheaper means achieved by connecting the auxiliary piston to a device which is primarily one allows free movement of the auxiliary piston in the direction corresponding to the spring tension, but on movements has a braking effect in the opposite direction. The fact that the auxiliary piston is not held, but can swing, helps to keep the auxiliary cylinder free of carbon deposits.

Die erwähnte Vorrichtung kann erfindungsgemäß aus einenfverschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder bestehen, in dem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, der mit dem Hilfskolben in Verbindung steht, wobei die beiden Seiten des Kolbens teils durch eine Drosselpassage, teils durch einen mittels eines Einwegeventils zu öffnenden und zu schließenden Kanal miteinander verbunden sind. Eine solche Vorrichtung bildet einen einfach wirkenden Schwingungsdämpfer.According to the invention, the aforementioned device can consist of a closed, exist with liquid-filled cylinder, in which a piston is slidably arranged, which with the auxiliary piston is in communication, the two sides of the piston partly through a throttle passage, partly by means of a One-way valve to be opened and closed channel with each other are connected. Such a device forms a single-acting vibration damper.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine darstellt. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which represents an embodiment of the internal combustion engine according to the invention. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil des Zylinderkopfes und den oberen Teil des Zylinders mit dem Kolben im oberen Totpunkt;Fig. 1 is a section through part of the cylinder head and the top of the cylinder with the piston at top dead center;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Steuerung der Bewegungen des Hilfskolbens.2 shows a section through a device for controlling the movements of the auxiliary piston.

In Fig. 1 ist mit 1 die Verbrennungskammer eines Zylinders mit einer Brennkraftmaschine, einem Kolben 14 und einem Zylinderkopf 15 mit Ventilen 16 und 17 bezeichnet. Oben im Zylinderkopf ist ein Hilfszylinder 2 ausgebildet, in dem ein Hilfskolben 3 verschiebbar angeordnet ist. Am Boden des Hilfskolbens 3 findet sich eine Gewindebohrung 4 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Zündkerze. Der Hilfskolben 3 weist zwei diametral entgegengesetztliegende Zapfen 5 auf, die sich in länglichen Öffnungen 6 jeweils in einem der beiden Arme eines gabelförmigen Hebels 7 bewegen. Der Hebel 7 sowie die zu den anderen Zylindern gehörenden entsprechenden Hebel sind an einer in der Längsrichtung des Zylinderkopfes gelagerten Welle 8 befestigt, so daß sich sämtliche Hebel 7 gleichzeitig bewegen.In Fig. 1, 1 is the combustion chamber of a cylinder with an internal combustion engine, a piston 14 and a cylinder head 15 with valves 16 and 17. Up in the cylinder head an auxiliary cylinder 2 is formed in which an auxiliary piston 3 is slidably arranged. At the bottom of the auxiliary piston 3 there is a threaded hole 4 for receiving a spark plug, not shown. The auxiliary piston 3 has two diametrically opposite pins 5, which are located in elongated openings 6 each in one of the two arms of a fork-shaped Move lever 7. The lever 7 and the corresponding levers belonging to the other cylinders are attached to one in the In the longitudinal direction of the cylinder head mounted shaft 8 so that all levers 7 move simultaneously.

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Fig. 2 zeigt einen Hebel 9, der an der Welle 8 befestigt ist. Das freie Eide des Hebels 9 ist mit einem Kolben 10 drehbar verbunden, der sich in einem mit Stoßdämpferflüssigkeit gefüllten Zylinder 11 bewegt. Eine kräftige Feder 12 preßt den Kolben 10 zum Boden des Zylinders 11 hin. Der Kolben 10 weist ein Ventil 13 auf, das die Flüssigkeit hindurchströmen läßt, wenn sich der Kolben nach oben bewegt, das aber das Hindurchströmen der Flüssigkeit versperrt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt.FIG. 2 shows a lever 9 which is attached to the shaft 8. The free oath of the lever 9 can be rotated with a piston 10 connected, which moves in a cylinder 11 filled with shock absorber fluid. A strong spring 12 presses the Piston 10 towards the bottom of cylinder 11. The piston 10 has a valve 13 which allows the liquid to flow through when the piston moves upwards, but the flow through blocks the liquid when the piston moves down.

Wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, werden sich sämtliche Hilfskolben 3 und der Kolben 10 in ihrer niedrigsten Stellung, wie in der Zeichnung gezeigt, befinden, indem die Feder 12 derart bemessen ist, daß sie gerade der Kraft widerstehen kann, die der Druck in der Verbrennungskammer gegen die Hilfskolben 3 bei Leerlauf ausübt.If the internal combustion engine is idling, they will be all auxiliary pistons 3 and the piston 10 are in their lowest position, as shown in the drawing, by the Spring 12 is dimensioned so that it can withstand just the force that the pressure in the combustion chamber against the auxiliary piston 3 exerts at idle.

Wenn sich die Drosselklappe öffnet, steigt der Druck in den Verbrennungskammern, und die Hilfskolben 3 bewegen sich nach oben. Der Kolben 10 folgt nach oben mit, bis die Feder 12 so viel zusammengepreßt ist, daß sie der auf die Hilfskolben 3 ausgeübten Kraft widersteht. Solange keine Änderung des Drucks in den Verbrennungskammern erfolgt, werden sämtliche Hilfskolben und der Kolben 10 in der gleichen Stellung stehenbleiben.When the throttle valve opens, the pressure in the combustion chambers increases, and the auxiliary pistons 3 move up. The piston 10 follows up with it, until the spring 12 so much is compressed so that it withstands the force exerted on the auxiliary piston 3. As long as there is no change in pressure in the combustion chambers takes place, all auxiliary pistons and the piston 10 will remain in the same position.

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Die Feder 12 ist so bemssen, daß die Hilfskolben 3 und der Kolben 10 ihre obere Stellung dann einnehmen, wenn der Druck in den Verbrennungskammern möglichst hoch ist, d.h. wenn der Füllungsgrad der Zylinder möglichst hoch ist.The spring 12 is dimensioned so that the auxiliary piston 3 and the piston 10 then assume their upper position when the pressure in the combustion chambers is as high as possible, i.e. when the degree of filling of the cylinders is as high as possible.

Vermindert sich die öffnung der Drosselklappe, nimmt der Druck in den Verbrennungskammern ab, und die Hilfskolben 3 und der Kolben 10 bewegen sich langsam nach unten, indem die Feder 12 nunmehr die gegen die Kolben 3 ausgeübte Kraft überwinden kann und zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinder 11 Flüssigkeit hindurch lecken kann, also eine Drosselpassage entsteht.If the opening of the throttle valve decreases, the pressure decreases in the combustion chambers, and the auxiliary pistons 3 and the piston 10 slowly move downwards by the spring 12 can now overcome the force exerted against the piston 3 and between the piston 10 and the cylinder 11 liquid can leak through, so a throttle passage is created.

Es ist ersichtlich, daß sich das Volumen der Verbrennungskammern und damit das Verdichtungsverhältnis zwischen zwei den Endstellungen der Hilfskolben 3 entsprechenden Werten selbsttätig ändern kann. Damit ist das beabsichtigte Ergebnis erzielt worden. Dadurch, daß die Hauptkolben, wie in Fig. 1 gezeigt gewölbt gestaltet sind, läßt sich die Größe des Verdichtungsverhältnisses im Leerlauf bestimmen, und durch Anpassen cer Größe der Hilfszylinder 2 läßt sich die Größe des Verdichtungsverhältnisses bei Vollbelastung bestimmen.It can be seen that the volume of the combustion chambers and thus the compression ratio between two the End positions of the auxiliary piston 3 corresponding values automatically can change. The intended result has thus been achieved. By having the main piston as shown in FIG are designed arched, the size of the compression ratio can be determined at idle, and by adjusting cer The size of the auxiliary cylinder 2 can be the size of the compression ratio determine at full load.

Die Zündkerzen brauchen nicht, wie auf der Zeichnung gezeigt, in den Hilfskolben 3 angeordnet zu sein. Wenn man aber diese Anordnung wählt, wird erreicht, daß keine Tasche mit Möglich-The spark plugs do not need to be arranged in the auxiliary piston 3, as shown in the drawing. But if you have this Arrangement, it is achieved that no pocket with possible

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keit für unvollständige Verbrennung entsteht.incomplete combustion arises.

Es sind auch viele andere Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise braucht die Feder 12 nicht im Zylinder 11 angeordnet zu sein. Sie muß nur so angeordnet sein, daß sie den Aufwärtsbewegungen der Hilfskolben 3 entgegenwirkt.Many other changes are possible within the scope of the invention. For example, the spring 12 does not need to be in the cylinder 11 to be arranged. It only has to be arranged in such a way that it counteracts the upward movements of the auxiliary piston 3.

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Claims

1, ) Internal combustion engine with an auxiliary cylinder provided in the head of each cylinder, in which an auxiliary piston is slidably arranged, on which the pressure in the combustion chamber acts in one direction and a spring in the other direction, characterized in that the auxiliary piston (3 ) is connected to a device (10, 11, 12, 13) which allows a mainly free movement of the auxiliary piston in the direction corresponding to the tension of the spring (12), but which has a braking effect on movements in the opposite direction.

■ 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that said device consists of a closed, liquid-filled cylinder (11), in which a piston (10) is displaceably arranged is, which is connected to the auxiliary piston (3), and that the two sides of the piston (10) partly through a throttle passage, partly through a channel that can be opened and closed by means of a one-way valve (13) are connected to each other.

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