DE2938520A1 - Four stroke engine - has auxiliary camshaft to interrupt ignition on alternate strokes for part load operation - Google Patents

Four stroke engine - has auxiliary camshaft to interrupt ignition on alternate strokes for part load operation

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Rudolf Ing.(Grad.) 8300 Landshut Druxeis
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Abstract

The engine has a normal camshaft (11), on which a lobe (18) works a rocker arm (16) which acts on the stem (20) of the exhaust valve. Another cam works the inlet valve (2). An auxiliary camshaft (5) has lobes (14,6) which operate rocker arms (15,21). One arm (15) acts on a pushrod (19) which depresses the rocker arm (16) of the exhaust valve. The other (21) acts on the stem (4) of an auxiliary inlet valve. For part load operation the auxiliary inlet valve is closed and the exhaust valve held open on every second stroke. For full load operation a control cam (23) moves the shaft (26) on which the auxiliary rocker arms (15,21) pivot.

Description

PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNGPATENT AND UTILITY MODEL APPLICATION

Zusatzpatent zu P 29 37 088.5 undAdditional patent to P 29 37 088.5 and

G 79 26 030.3G 79 26 030.3

Bezeichnungdescription

Verbrennungsmotor mit ArbeitstaktumstellungCombustion engine with change of working cycle

Anmelder:Applicant:

Rudolf Druxeis Ing. (grad) 8300 LandshutRudolf Druxeis Ing. (Grad) 8300 Landshut

Erfinder:Inventor:

Gleich AnmelderSame as applicant

130015/0265130015/0265

VERBRENNUNGSMOTOR MIT ARbtITS ΓAKiUMSTELLUNGCOMBUSTION ENGINE WITH WORKING ACI CONVERSION

Die Erfindung betrifft eine Umstellung der Arbeitstakte, bezogen auf die Motorumdrehung.The invention relates to a changeover of the work cycles, based on the engine revolution.

Wie bekannt, ist der Arbeitsvorgang beim Viertaktverfahren wie folgt:As is known, the operation is in the four-stroke process as follows:

1. Ansaugen bzw. Einspritzen1. Suction or injection

2. Verdichten oder Komprimieren2. Compress or compress

3. Verbrennung (Arbeit)3. Combustion (work)

4. Ausschieben (Auspuffen)4. Pushing out (exhausting)

D. h., jeder Zylinder hat nach jeder zweiten Motorumdrehung einen Arbeitshub. Motoren werden in der Leistung so ausgelegt, daß bei Höchstlast (z.B. beim Automobil die Höchstgeschwindigkeit bzw. höchste Zuglast) genügend Energie vorhanden ist.This means that every cylinder has a working stroke after every second engine revolution. Motors are designed in terms of performance that at maximum load (e.g. the maximum speed or maximum tensile load in an automobile) there is sufficient energy.

Im Teillastbereich wird jedoch die Leistung nicht verlangt. Wie weiter bekannt, wird die Leistung dadurch gemindert, daß man durch Dosierung der Zylinderfüllung mit Kraftstoff die Leistung regulieren kann. Diese Regulierung bringt analog eine Regulierung des Kraftstoffes. Da jedoch Verbrennungs-Motoren erst ab einer gewissen Motordrehzahl wirtschaftlich arbeiten, wird im Teillastbereich, im Verhältnis zur geforderten Leistung, mehr Kraftstoff verbraucht, als eigentlich notwendig wäre.In the partial load range, however, the performance is not required. As is also known, the performance is reduced by the fact that you can regulate the performance by metering the cylinder filling with fuel. This regulation brings analog a regulation of the fuel. Since, however, internal combustion engines Only work economically above a certain engine speed is in the partial load range, in relation to the required Power, consumes more fuel than is actually necessary.

Die vorliegende Erfindung zeigt die Möglichkeit, daß trotz höherer Motordrehzahl weniger Kraftstoff verbraucht wird, da im Teillastbereich nur nach jeder vierten Motorumdrehung ein Arbeitshub pro Zylinder erfolgt. Die Umstellung in den Teillastbereich wird durch eine zusätzliche Nockenwelle erreicht .The present invention shows the possibility that less fuel is consumed despite a higher engine speed, because in the partial load range there is only one working stroke per cylinder after every fourth engine revolution. The switch to the Partial load range is achieved by an additional camshaft.

Fig. I zeigt das Prinzipschema der Ventil- und Einspritzanordnung eines Viertaktmotors.Fig. I shows the basic diagram of the valve and injection arrangement of a four-stroke engine.

Durch den Ansaugkanal (1) wird bei geöffnetem Einlaßventil (2) Luft (bei Einspritz-Motoren) bzw. Luftkraftetoffgemisch (bei Vergaser-Motoren) in den Zylinderraum gesaugt.When the inlet valve (2) is open, air (for injection engines) or air / fuel mixture (for carburettor engines) is sucked into the cylinder chamber through the intake duct (1).

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Über die Einspritzdüse (3) wird bei Einspritz-Motoren Kraftstoff eingespritzt. Das Zusatzventil (4) ist geöffnet und hat in dieser Stellung keinen Einfluß auf die Wirkungsweise des Viertaktprinzips.In injection engines, fuel is supplied via the injection nozzle (3) injected. The additional valve (4) is open and in this position has no effect on the mode of operation of the four-stroke principle.

Fig. II zeigt ebenfalls die Ansaugfolge des Viertaktverfahrens. Allerdings ist hier das Zusatzventil (4) geschlossen. Die Schließung ist über die Zusatznockenwelle (5) und Nocke (6) erfolgt. Diese Schließung des Zusatzventils (4) verhindert das Ansaugen von Luft bzw. Luftgemisch. Außerdem wurde über die gleiche Nocke (6) der Stößel (7) nach unten gedruckt und das Umsteuerventil (8) so gestellt, daß der Kraftstoff, welcher von der Einspritzpumpe über die Leitung (9) zugeführt wird, nicht an die Düse (3) gelangt, sondern über die Rücklaufleitung (10) zum Kraftstofftank zurückgeführt wird. Im Zylinderraum befindet sich, da kein "Ansaugen" erfolgen konnte, kein Kraftstoffgemisch, sodaß die nachfolgenden Takte: "Komprimieren", "Verbrennung" und "Ausstoßen" Leertakte sind. Die Zündung kann im Teillastbereich ebenfalls unterbrochen werden.Fig. II also shows the intake sequence of the four-stroke process. However, the additional valve (4) is closed here. The closure is via the additional camshaft (5) and Cam (6) takes place. This closing of the additional valve (4) prevents air or air mixture from being sucked in. aside from that was over the same cam (6) of the plunger (7) pressed down and the reversing valve (8) is set so that the Fuel, which is supplied from the injection pump via line (9), does not reach the nozzle (3), but instead returned to the fuel tank via the return line (10) will. Since no "suction" could take place, there is no fuel mixture in the cylinder space, so that the following Bars: "Compress", "Combust" and "Eject" are empty bars. The ignition can also be used in the partial load range to be interrupted.

Damit eine verminderte aber kontinuierliche Arbeitsfolge erhalten bleibt, wird durch dieses Zusatzventil (4) und den Stößel (7) jeder zweite Viertaktablauf als Leistungsablauf unterbrochen. Das wird dadurch erreicht, daß sich die Zusatznockenwelle (5) im Verhältnis zur Nockenwelle (11)This additional valve (4) and the The tappet (7) is interrupted every second four-stroke cycle as a power cycle. This is achieved in that the additional camshaft (5) in relation to the camshaft (11)

1 : 2 dreht, d. h., die Nockenwelle (11) dreht sich bei1: 2 rotates, i.e. i.e., the camshaft (11) rotates at

2 Kurbelwellenumdrehungen 1 mal, die Zusatznockenwelle (5) dreht sich bei 4 Kurbelwellenumdrehungen 1 mal. Es wird somit exakt erreicht, daß bei geöffnetem Einlaßventil (2) das Zusatzventil (4) einmal offen ist und bei der nächsten Folge geschlossen. Analog dazu das Umsteuerventil (8).2 crankshaft revolutions 1 time, the additional camshaft (5) rotates 1 time with 4 crankshaft revolutions. So it becomes achieved exactly that when the inlet valve (2) is open, the additional valve (4) is open once and in the next sequence closed. The reversing valve (8) is analogous to this.

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Die Umschaltung für den Teillastbetrieb erfolgt über die Nocke (12. Fig. I und II zeigen die Stellung für Teillastbetrieb. Mit einer Drehung der Nocke (12) um 90° nach oben, wird der Kipphebel (13) soweit nach oben abgehoben, daß die Nocke (6) keine Einwirkung auf den Kipphebel (13) hat und der Motor arbeitet wieder mit voller Leistung.The switchover for partial load operation takes place via the Cam (12. Fig. I and II show the position for partial load operation. With a rotation of the cam (12) by 90 ° upwards, the rocker arm (13) is lifted up so far that the The cam (6) has no effect on the rocker arm (13) and the motor works again at full power.

Da bei einem Vergaser-Motor mit geschlossenem Zusatzventil (4) beim Ansaugvorgang Unterdruck bzw. beim Einspritz-Motor ohne Zusatzventil (4) beim Verdichtungsvorgang zum Komprimieren der reinen Luft Energie erforderlich ist, zeigen Fig. III und IV eine Lösung, wie sowohl ohne Unterdruck, als auch ohne Komprimierung, die Taktfolgen im Teillastbereich ohne Arbeitshub ablaufen.Because in a carburetor engine with closed additional valve (4) there is negative pressure during the intake process or in the case of the injection engine show without additional valve (4) energy is required to compress the pure air during the compression process III and IV show a solution for the clock sequences in the partial load range, both without negative pressure and without compression run without a working stroke.

Fig. II zeigt das Prinzipschema in der Teillastfolge, wie über die gleiche Zusatznockenwelle (5) nach Fig. I und II zusätzlich über den Nocken (14) der Kipphebel (15) gesteuert wird. Dieser Kipphebel (15) ist so über der Hauptnocken\i/elle (11) mit dem Kipphebel (16) und der Kipphebelwelle (17) angeordnet, daß nach Abfallen der Nocke (18) der Stößel (19) das Ventil (20) weiter geöffnet hält.Fig. II shows the principle diagram in the partial load sequence, such as The rocker arm (15) is also controlled via the same additional camshaft (5) according to FIGS. I and II via the cam (14) will. This rocker arm (15) is above the main cam (11) with the rocker arm (16) and the rocker arm shaft (17) arranged that after the cam (18) has dropped, the plunger (19) the Keeps valve (20) open.

Beim Vergaser-Prinzip wird bei geschlossenem Zusatzventil (4) über das offene Auslaßventil (20) Abgas in den Zylinder zurückgesaugt. Damit wird der in Fig. II entstehende Unterdruck vermieden. Damit nicht unnötig viele Ventilbewegungen entstehen, bleibt das Auslaßventil (20) solange offen, bis der nächstfolgende Ausstoßtakt abgeschlossen ist. Bei der darauf folgenden Arbeitslastfolge hat sich beim Takt "Ansaugen" die Zusatznockenwelle (5) um 180° weitergedreht, sodaQ über den Nocken (6) das Zusatzventil (4) während dem Ansaugen von Kraftstoffgemisch über das Hauptventil (2) offen ist. Der Nocken (14) ist ebenfalls abgefallen, sodaß das Auslaßventil (20) nur über den Zuständigen Hauptnocken (18) geöffnet wird.With the carburettor principle, when the additional valve (4) is closed, exhaust gas is sucked back into the cylinder via the open exhaust valve (20). This avoids the negative pressure occurring in FIG. II. So that there are no unnecessary valve movements, the exhaust valve (20) remains open until the next exhaust cycle is completed. With the one on it The following workload sequence has changed during the "suction" cycle Additional camshaft (5) rotated further by 180 ° so that the additional valve (4) is activated via the cam (6) while the Fuel mixture is open via the main valve (2). Of the Cam (14) has also dropped out, so that the outlet valve (20) is only opened via the main cam (18) responsible.

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Fig. IV zeigt das Prinzipschema in der Teillastfolge den ursprünglichen Takt "Komprimieren". Dieser entfällt jedoch, da das Auslaßventil (20) über den Nocken (14), den Kipphebel (15) und den Stößel (19) zusätzlich offen ist. Die vorher, ohne Beimischung von Kraftstoff, engesaugte Luft wird ohne Kompression ausgestoßen. Die Kraftstoffbeimischung wurde dadurch verhindert, daß das Umsteuerventil (8) über den Stößel (22) und Kipphebel (21) so gestellt vi/ar, daß der von der Einspritzpumpe über die Leitung (9) kommende Kraftstoff über die Rückleitung (10) zum Kraftstofftank zurückgeführt wurde.Fig. IV shows the principle diagram in the partial load sequence original stroke "compress". However, this is omitted because the exhaust valve (20) via the cam (14), the rocker arm (15) and the plunger (19) is also open. The one previously sucked in without adding fuel Air is expelled without compression. The addition of fuel was prevented by the reversing valve (8) via the plunger (22) and rocker arm (21) so positioned vi / ar that the from the injection pump via the line (9) incoming fuel was returned to the fuel tank via the return line (10).

Im nächsten Takt, welcher in der Arbeitstaktfolge "Verbrennung" wäre, kann nun, je nach konstruktiver Auslegung, über das Auslaßventil (20) Abgas angesaugt werden oder aber über einen zusätzlichen Nocken (14) (nicht gezeichnet) auf der Zusatznockenwelle (5) das Einlaßventil (2) nochmals geöffnet werden, um wiederum reine Luft anzusaugen.In the next cycle, which is in the work cycle sequence "Combustion" can now, depending on the design, over the exhaust valve (20) exhaust gas can be sucked in or via an additional cam (14) (not shown) on the With the additional camshaft (5), the inlet valve (2) can be opened again to draw in clean air again.

Dieses Wechselspiel von Arbeitslastfolge und Teillastfolge wiederholt sich für jeden Zylinder nach jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung. D. h., bei zwei hintereinander folgenden Kurbelwellenumdrehungen läuft die normale Viertaktarbeitsfolge, wie eingangsbeschrieben, ab. Bei den nächsten zwei hintereindander folgenden Kurbelwellenumdrehungen läuft die Viertaktfolge als Teillastfolge ohne Arbeit ab, da kein Krfatstoff zugeführt wird. Außerdem wird durch zusätzliches öffnen von Auslaß- bzw. Ansaugventil die Kompression verhindert und somit hierfür keine Energie abverlangt .This interplay of workload sequence and partial load sequence is repeated for each cylinder after every second revolution of the crankshaft. That is, with two consecutive Crankshaft revolutions runs the normal four-stroke work sequence, as described above. With the next two consecutive crankshaft revolutions, the four-stroke sequence runs as a partial load sequence with no work, since no fuel is supplied. In addition, additional opening the outlet or suction valve prevents compression and therefore does not require any energy .

Fig. V zeigt das Prinzipschema der Ventilstellung und Kraftstoffeinspritzung mit abgeschaltetem Teillastbetrieb. D. h., der Motor arbeitet mit voller Leistung ohne Eingriff durch die Zusatznockenwelle (5).Fig. V shows the basic diagram of the valve position and Fuel injection with part-load operation switched off. This means that the engine works at full power without the intervention of the additional camshaft (5).

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Das Umschalten in den Teillastbetrieb und umgekehrt geschieht durch die Steuernocke (23) und den Hebelarm (24), vi/elcher über das Lager (25) drehbar ist. Außerdem ist die Kipphebelwelle (26) in dem Hebelarm (24) gelagert. Durch Drehung der Nocke (23) um 180° wird der Hebelarm (24) um das Lager (25) nach oben bzw. nach unten bewegt. Diese Bewegung wird von der Kipphebelwelle (26) mitvollzogen, da, wie schon erwähnt, deren Lagerung im Hebelarm (24) ist. In Fig. V ist die Nocke (23) nach oben gedreht, damit wurde die Kipphebelwelle (26) über den Hebelarm (24) nach oben abgehoben. Dieses Abheben bewirkt, daß z. B. trotz oberer Stellung der Nocke (14) der Stößel (19) den Kipphebel (16) nicht mehr erreicht und damit keinen Einfluß auf die Stellung des Ventils (20) hat. Zusätzlich zum Abheben der Kipphebelwelle (26) wird der Kipphebel (21) insgesamt angehoben, sodaß über den Stößel (22) das Umsteuerventil (8) so gestellt ist, daß der Kraftstoff zur Einspritzdüse (3) fließen kann.Switching to partial load operation and vice versa happens through the control cam (23) and the lever arm (24), vi / elcher is rotatable via the bearing (25). Besides, the Rocker arm shaft (26) mounted in the lever arm (24). By rotating the cam (23) by 180 °, the lever arm (24) is turned the bearing (25) moves up or down. This movement is carried out by the rocker arm shaft (26), because, as already mentioned, their storage is in the lever arm (24). In Fig. V the cam (23) is rotated upwards so that the rocker arm shaft (26) was lifted up over the lever arm (24). This lifting causes z. B. despite upper position of the cam (14) the plunger (19) no longer reaches the rocker arm (16) and thus no influence on the Position of the valve (20). In addition to lifting the rocker arm shaft (26), the rocker arm (21) is raised as a whole, so that the reversing valve (8) is set via the tappet (22) in such a way that the fuel flows to the injection nozzle (3) can flow.

Die Drehbewegung der Steuernocke (23) wird ebenfalls über die Zusatznockenwelle (5) vollzogen. An der Zusatznockenwelle (5) befindet sich ein Mitnehmer (nicht gezeichnet), welcher durch Einrücken einer Kupplung (nicht gezeichnet), bei Bedarf die Steuernocke (23) um 180° weiterdreht. Das Einrücken der Kupplung und damit die Umstellung auf Teillastbetrieb und umgekehrt, kann jederzeit bei laufendem Motor erfolgen. Die Betätigung der Kupplung kann manuell oder automatisch, z. B. über Gaspedal, Drehmoment, Drehzahl oder Geschwindigkeit erfolgen.The rotary movement of the control cam (23) is also carried out via the additional camshaft (5). On the additional camshaft (5) there is a driver (not shown), which by engaging a clutch (not shown), If necessary, turn the control cam (23) further by 180 °. The engagement of the clutch and thus the changeover to partial load operation and vice versa, can be done at any time with the engine running. The clutch can be operated manually or automatically, e.g. B. be done via accelerator, torque, speed or speed.

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Claims (12)

Ansprüche^Claims ^ Verbrennungsmotor mit Arbeitstaktumstellung dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zusätzliche Nockenwelle (5) bei einem Viertaktmotor jedem Zylinder, wahlweise nach jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung (volle Leistung) und auch nur nach jeder vierten Kurbelwellenumdrehung (Teilleistung), Kraftstoff zugeführt wird.Internal combustion engine with working cycle changeover, characterized in that by an additional Camshaft (5) in a four-stroke engine for each cylinder, optionally after every second crankshaft revolution (full power) and only after every fourth crankshaft revolution (partial power), fuel is supplied will. 2.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Drehbewegung der Zusatznockenwelle (5) zur Hauptnockenwelle (11) 1 : 2 ist. D. h., bei einer Umdrehung der Zusatznockenwelle (5) dreht sich die Hauptnockenwelle (11) zwei mal.2.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the ratio of the rotational movement the additional camshaft (5) is 1: 2 to the main camshaft (11). That is, with a One revolution of the additional camshaft (5), the main camshaft (11) rotates twice. 3.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr zusätzlich durch das Zusatzventil (4) und das Umsteuerventil (8) gesteuert wird.3.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that the fuel supply in addition is controlled by the additional valve (4) and the reversing valve (8). 4.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Zusatzventils (4) und das Umsteuerventil (8) auf mechanischem Weg exakt mit dem Haupteinlaßventil (2) übereinstimmt.4.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the control of the additional valve (4) and the reversing valve (8) mechanically exactly with the main inlet valve (2) matches. 130015/0265130015/0265 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED -Z- 293852Q -Z- 293852Q 5.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch zusätzliche Nocken (14) auf der Zusatznockenwelle (5) das Ein- und Auslaßventil zusätzlich bewegt (geöffnet) M/erden kann.5.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that additional cams (14) On the additional camshaft (5), the inlet and outlet valves are also moved (opened) M / earth can. 6.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umstellung über die Nocke (23) erfolgt, welche mit Hilfe eines Mitnehmers über die 'usatznockenwelle (5) bewegt wird.6.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the conversion on the Cam (23) takes place, which with the help of a driver on the 'additional camshaft (5) is moved. 7.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Teillastbetrieb bei allen Motoren, unabhängig von der Zylinderanzahl, eingesetzt werden kann.7.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the partial load operation at all Motors, regardless of the number of cylinders, can be used. 8.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auch im Teillastbetrieb alle Motorenteile gleichmäßig zum Einsatz kommen und dadurch eine gleichmäßige Beanspruchung gewährleistet ist.8.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that even in partial load operation all Engine parts are used evenly and therefore an even load is guaranteed. 9.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Taktumstellung auf Teillastbetrieb bei allen bekannten Motorentypen und Kraftstoffzufuhrsystemen angewendet werden kann.9.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the clock changeover to partial load operation can be used with all known types of engines and fuel supply systems can. 130015/0265130015/0265 10.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daG die Umstellung auf Teillastbetrieb und auf Vollbetrieb jederzeit bei laufendem Motor erfolgen kann.10.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that daG the changeover to partial load operation and full operation at any time while the Motor can be done. 11.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umstellung sowohl manuell als auch automatisch erfolgen kann.11.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the conversion both manually as well as automatically. 12.) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch die um die Hälfte verminderte Kraftstoffzufuhr, pro Motorumdrehung ■*''■ im Teillastbereich, eine wesentliche Gesamteinsparung des Kraftstoffverbrauches gegeben ist.12.) Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that reduced by half Fuel supply per engine revolution ■ * '' ■ in the partial load range, a substantial overall saving the fuel consumption is given. 130015/0265130015/0265
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1992016729A1 (en) * 1991-03-16 1992-10-01 Anthony Edgar Blackburn Piston engine cycles

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