DE3339578A1 - Device for compression control - Google Patents
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Abstract
Description
Einrichtung zur Verdichtungssteuerung Compaction control device
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubko Iben- Brennkraf tmas chine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for controlling the Compression ratio of a Hubko Iben internal combustion engine according to the generic term of claim 1.
Derartige Einrichtungen zur Verdichtungssteuerung, die die sich als Folge der Drosselregelung bei Otto-Motoren im Teillastbetrieb einstellenden Wirkungsgradeinbußen durch Veränderung der Größe des Kompressionsraumes und damit der Verdichtung auszugleichen versuchen, sind bereits bekannt. Günstige Ergebnisse, insbesondere im Hinblick auf den Eraftstoffverbrauch bei Teillast und die Schadstoffemissionen werden dann erreicht, wenn der Verdichtungsenddruck bzw. der Verbrennungsspitzendruck unabhängig von der jeweiligen Belastung der Brennkraftmaschine in etwa konstant und mit geringem Abstand zu der Xlopfgrenze gehalten wird.Such devices for compaction control, which are known as Consequence of the throttle control in Otto engines in partial load operation setting losses in efficiency to compensate by changing the size of the compression space and thus the compression try are already known. Favorable results, especially in terms of the fuel consumption at partial load and the pollutant emissions are then achieved, if the compression end pressure or the combustion peak pressure is independent of the respective load of the internal combustion engine approximately constant and with a small interval is held at the drop limit.
Bei einer solchen bekannten Einrichtung zur Verdichtungssteuerung ist als Steuerelement eine in Achsrichtung des Hydraulikzylinders verstellbare Steuerhülse vorgesehen, durch deren Verstellung die Stellung des Verstellkolbens und damit des Nebenkolbens bestimmt wird. Nachteilig an einer derartigen Einrichtung ist, daß diese Ausführung relativ viel Bauraum oberhalb des Hydraulikzylinders erfordert, der bei den bekannt engen Raumverhältnissen an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, die insbesondere für einen Fahrzeugantrieb verwendet werden soll, nicht immer gegeben ist (DE-OS 3117 133).In such a known device for compaction control is a control sleeve adjustable in the axial direction of the hydraulic cylinder as a control element provided, by adjusting the position of the adjusting piston and thus the Secondary piston determined will. A disadvantage of such a device is that this version requires a relatively large amount of space above the hydraulic cylinder, with the known tight space conditions on a reciprocating internal combustion engine, which is to be used in particular for a vehicle drive, is not always given is (DE-OS 3117 133).
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung zur Verdichtungssteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die günstigere Bauraumverhältnisse sowie eine bessere Funktion gewährleistet.The object on which the invention is based is therefore to provide a Device for compaction control according to the preamble of claim 1 to create the more favorable installation space conditions as well as a better function.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.This problem is solved in accordance with the characterizing part of the patent claim 1.
Durch Anordnung des erfindungsgemäß vorgesehenen walzenförmigen Drehschiebers werden zum einen die Bauraumverhältnisse oberhalb des Verstellkolbens wesentlich verbessert, da als Steuerbewegung für das Steuerelement nur noch eine Drehbewegung des Drehschiebers erforderlich ist. Zum anderen ergibt sich dadurch, daß die Stellung des Verstellkolbens durch eine mit der Stirnfläche des Verstellkolbens zusammenwirkende spiralförmige Verbindungs- oder Ablaufnut gesteuert wird, der Vorteil, daß jeweils am Ende der Verstellbewegung des Verstellkolbens eine vorteilhafte Drosselung der Druckmittelabfuhr erfolgt, die für einen weichen Anschlag des Nebenkolbens sorgt. Diese Verbindungsnut soll dabei ständig mit einem unterhalb des scheibenförmigen Verstellkolbens angeordneten, an einen Druckmittelsammelbehälter angeschlossenen Auslaßraum verbunden sein.By arranging the cylindrical rotary valve provided according to the invention On the one hand, the structural space conditions above the adjusting piston are essential improved, since only a rotary movement is required as a control movement for the control element of the rotary valve is required. On the other hand it results from the fact that the position of the adjusting piston by a cooperating with the end face of the adjusting piston spiral connection or drainage groove is controlled, the advantage that each at the end of the adjusting movement of the adjusting piston an advantageous throttling of the Pressure medium discharge takes place, which ensures a soft stop of the secondary piston. This connecting groove is supposed to be constantly with one below the disk-shaped one Adjusting piston arranged, connected to a pressure medium collecting container Be connected to the outlet space.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Darstellungen gezeigt, die im folgenden näher erläutert werden.In the drawing, an embodiment of the invention is based schematic representations shown, which are explained in more detail below.
Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch den Teil eines Zylinders einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Verdichtungssteuerung, Figur 2 einen Schnitt durch die Verdichtungssteuerungsvorrichtung gemäß den Schnittlinien II-II nach Figur 1 und Figur 3 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Figur 1 zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Verdichtungssteuerung.FIG. 1 shows a longitudinal section through part of a cylinder a reciprocating internal combustion engine with the compression control according to the invention, FIG. 2 shows a section through the compaction control device according to the cutting lines II-II according to FIG. 1 and FIG. 3, on an enlarged scale, a detail from the Figure 1 to illustrate the compression control according to the invention.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Hauptzylinder einer beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bestimmten Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem ein Hauptkolben 2 gleitet, der gegenüber einem Zylinderkopf 3 einen Hauptbrennraum 4 begrenzt, in dem etwa im oberen Totpunkt des Hauptkolbens 2 die Verbrennung stattfindet.In the drawing, 1 is a master cylinder, for example designated internal combustion engine intended to drive a motor vehicle, in which a main piston 2 slides, which opposite a cylinder head 3 has a main combustion chamber 4, in which the combustion takes place approximately at top dead center of the main piston 2.
In diesen Hauptbrennraum 4 münden hier nicht weiter dargestellte Ein- und Auslaßkanäle, die in bekannter Weise durch Ein- und Auslaßventile gesteuert werden.In this main combustion chamber 4, not shown here, open into and outlet channels controlled in a known manner by inlet and outlet valves will.
Der Hauptbrennraum 4 steht mit einem in dem Zylinderkopf 3 angeordneten Nebenbrennraum 5 in Verbindung, dessen Volumen durch einen in einer Bohrung 6 des Zylinderkopfes 3 gleitend geführten Nebenkolben 7 veränderbar ist. Dieser Nebenkolben 7, der Kolbenringe 8 zur Abdichtung des Nebenbrennraums 5 nach außen sowie eine in den Nebenbrennraum 5 hineinragende Zündkerze 9 trägt, ist mit einem Verstellkolben 10 verbunden, der seinerseits in einem im Zylinderkopf 3 ausgebildeten Zylinder 11 gleitet. In diesem Zylinder 11 ist oberhalb des ringscheibenförmigen Verstellkolbens 10 ein nach außen abgedichteter I)ruckmittelarbeitsraum-15 ausgebildet, der über eine mit einem Rückschlagventil 17 versehene Leitung 16 von einer Druckmittelpumpe 18 mit Druckmittel aus einem Vorratsbehälter 22 versorgt wird. Ein hier nicht weiter gezeigter Druckregler sorgt dabei dafür, daß ein vorgegebener Druckaitteldruck nicht überschritten wird.The main combustion chamber 4 is arranged in the cylinder head 3 with a Secondary combustion chamber 5 in connection, the volume of which is in a bore 6 of the Cylinder head 3 slidably guided secondary piston 7 is changeable. This secondary piston 7, the piston rings 8 for sealing the auxiliary combustion chamber 5 to the outside and a Carries a spark plug 9 protruding into the secondary combustion chamber 5 with an adjusting piston 10 connected, in turn in a cylinder formed in the cylinder head 3 11 slides. In this cylinder 11 is above the annular disk-shaped adjusting piston 10 an outwardly sealed I) pressure chamber-15 is formed, which over a line 16 provided with a check valve 17 from a pressure medium pump 18 is supplied with pressure medium from a storage container 22. One here no further The pressure regulator shown ensures that a given pressure does not occur is exceeded.
An der Unterseite des Verstellkolbens 10 ist ein ringförmiger Auslaßraum 20 vorgesehen, aus dem das Druckmittel drucklos über eine Verbindungsleitung 19 in den Druckmittelsammelbehälter 22 zurückgeführt wird.On the underside of the adjusting piston 10 is an annular outlet space 20 is provided, from which the pressure medium is depressurized via a connecting line 19 is returned to the pressure medium collecting container 22.
Zur Steuerung der Stellung des Verstellkolbens 10 und damit auch des Nebenkolbens 7 dient ein Steuerelement, das aus einem walzenförmigen Drehschieber 12 gebildet ist, der im wesentlichen parallel zur Längsachse der Nebenzylinderbohrung 6 etwa am Außenumfang des Druckmittelarbeitsraums 15 gehalten ist. Dieser Drehschieber 12 ist dabei so angeordnet, daß er mit einem Teil seines Umfangs in eine teilzylindrische Längsausnehmung 24 des Zylinders 11 sowie mit dem anderen Deil seines Umfangs in eine teilzylindrische Längsausnehmung 25 am Außenumfang des Verstellkolbens 10 eingreift. Am Außenumfang des walzenförmigen Drehschiebers 12 ist eine spiralförmig verlaufende Verbindungs- oder Ablaufnut 13 angebracht, die an ihrem unteren Ende ständig mit dem Auslaßraum 20 in Verbindung steht.To control the position of the adjusting piston 10 and thus also the Secondary piston 7 is used as a control element, which consists of a cylindrical rotary valve 12 is formed, which is substantially parallel to the longitudinal axis of the auxiliary cylinder bore 6 is held approximately on the outer circumference of the pressure medium working space 15. This rotary valve 12 is arranged so that it is partially cylindrical with part of its circumference Longitudinal recess 24 of the cylinder 11 and with the other part of its circumference in a partially cylindrical longitudinal recess 25 engages on the outer circumference of the adjusting piston 10. On the outer circumference of the cylindrical rotary valve 12 is a spiral Connection or drainage groove 13 attached, which is constantly with at its lower end the outlet space 20 is in communication.
Diese Verbindungsnut 13 bestimmt nun die Stellung des Verstellkolbens 10, indem dieser unter dem Einfluß des in den Brennräumen 4 und 5 auftretenden Verdichtungsdruckes bis zu einer Stelle axial zurückweichen kann, an der die Verbindungsnut 13 in der Zylinderwandung 11 verschwindet und folglich keinen Druckmittelabfluß aus dem Druckmittelarbeitsraum 15 mehr ermöglicht. Diese oberste Stellung des Verstellkolbens 10 ist in der Figur 3 mit unterbrochenen Linien angedeutet und ist für die einzelnen Betriebszustände der Brennkraftmaschine so vorbestimmt, daß in den Brennräumen 4 und 5 eine maximale Verdichtung auftritt, die kurz unterhalb der Klopfgrenze liegt.This connecting groove 13 now determines the position of the adjusting piston 10 by this under the influence of the compression pressure occurring in the combustion chambers 4 and 5 can recede axially to a point at which the connecting groove 13 in the Cylinder wall 11 disappears and consequently no pressure medium outflow from the pressure medium working space 15 more enables. This uppermost position of the adjusting piston 10 is shown in the figure 3 indicated with broken lines and is for the individual operating states the internal combustion engine predetermined so that in the combustion chambers 4 and 5 a maximum Compression occurs that is just below the knock limit.
Durch Verdrehen des Walzenschiebers 12 kann die Stellung des Verstellkolbens dem jeweiligen Betriebszustand angepaßt werden, wobei die Verstellung in Abhängigkeit von dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise also in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe bzw. des Fahrpedals erfolgen kann.By turning the roller slide 12, the position of the adjusting piston can be adapted to the respective operating state, the adjustment as a function on the load condition of the internal combustion engine, for example as a function of can take place from the position of the throttle valve or the accelerator pedal.
Als Stellgröße könnten jedoch auch die Signale eines Kopfsensors verwendet werden, so daß der Verstellkolben schrittweise solange in Richtung auf eine Verkleinerung des Verbrennungsraums verstellt wird, bis Klopfen auftritt (entsprechend der älteren Anmeldung P 33 09 714).However, the signals from a head sensor could also be used as the manipulated variable so that the adjusting piston gradually as long in the direction of a reduction in size of the combustion chamber is adjusted until knocking occurs (according to the older Registration P 33 09 714).
Mit 14 ist ein Betätigungsgestänge zur Verstellung des w zenförmigen Drehschiebers 12 angedeutet, das in axialer Richtung über dem Verstellkolben 10 relativ wenig Bauraum erfordert, und das beispielsweise mit der Drosselklappe so verbunden sein kann, daß bei voll geöffneter Drosselklappe entsprechend voller Leistung der Brennkraftmaschine der Verstellkolben 10 in seine oberste Stellung in dem Zylinder 11 verstellt wird, während bei geschlossener Drosselklappe der Verstellkolben bis zur Auflage an dem ringförmigen Anschlag 21 nach unten gedrückt wird.With 14 is an operating linkage for adjusting the w zen-shaped Rotary slide 12 is indicated, which in the axial direction over the adjusting piston 10 Requires relatively little installation space, for example with the throttle valve can be connected that when the throttle valve is fully open, correspondingly full power the internal combustion engine, the adjusting piston 10 in its uppermost position in the cylinder 11 is adjusted, while with the throttle valve closed the adjusting piston up to is pressed down to rest on the annular stop 21.
Wie oben bereits erwähnt wurde, wird die Stellung des Verstellkolbens 10 im wesentlichen von der Stelle bestimmt, an der die spiralförmige Verbindungsnut 13 in der Zylinderwandung 11 verschwindet. Ein Verdrehen des walzenförmigen Drehschiebers 12 bewirkt dabei, daß diese Stelle in Zylinderachsrichtung entweder nach oben oder nach unten verschoben wird. Solchen Veränderungen der Stellung der Verbindungsnut 13 bezüglich des Druckmittelarbeitsraums 15 folgt der Verstellkolben 10 sehr schnell, zumindest innerhalb eines Arbeitstaktes. Der Nebenkolben 7 führt, insbesondere wenn eine den Verstellkolben 10 entgegen der Druckbeaufschlagung des Druckmittelarbeitsraums 15 belastende Rückstellfeder nicht vorhanden ist, eine ständige Auf- und Abbewegung während des Arbeitstaktes aus, indem der Nebenkolben 7 während des Ansaugtaktes durch den in den Verbrenn1lngsräumen 4, 5 entstehenden Unterdruck axial in der Zeichnung nach unten gezogen wird und während des Verdichtungstaktes durch den in'. den Verbrennungsräumen entstehenden Verdichtungsdruck wieder nach oben zurückgedrückt wird.As already mentioned above, the position of the adjusting piston 10 essentially determined by the point at which the spiral-shaped connecting groove 13 disappears in the cylinder wall 11. A twisting of the cylindrical rotary valve 12 causes this point in the cylinder axis direction either upwards or is moved down. Such changes in the position of the connecting groove 13 with respect to the pressure medium working chamber 15, the adjusting piston 10 follows very quickly, at least within one work cycle. The secondary piston 7 leads, especially if one the adjusting piston 10 counter to the pressurization of the pressure medium working space 15 onerous return spring is not present, a constant up and down movement during the work stroke by the secondary piston 7 during the intake stroke due to the negative pressure arising in the combustion chambers 4, 5 axially in the drawing is pulled down and during the compression stroke by the in '. the combustion chambers resulting compression pressure is pushed back up again.
Die Rückverstellung des Nebenkolbens 7 und des mit diesem verbundenen Verstellkolbens 10 erfolgt dabei aber nur solange, bis keine Verbindung mehr zwischen dem Druckmittelarbeitsraum 15 und dem Auslaßraum 20 über die Verbindungsnut 13 vorhanden ist und folglich in dem Druckmittelarbeitsraum 15 ein hydraulisches, eine weitere Rückverstellung des Verstellkolbens 10 verhinderndes Anschlagpolster entsteht, das ständig über die Pumpe 18 und das Rückschlagventil 17 mit Druckmittel versorgt wird.The resetting of the secondary piston 7 and the associated piston Adjusting piston 10 takes place only until there is no longer any connection between the pressure medium working chamber 15 and the outlet chamber 20 via the connecting groove 13 is present and consequently a hydraulic, A stop pad preventing further resetting of the adjusting piston 10 arises, which is constantly via the pump 18 and the check valve 17 with pressure medium is supplied.
Unter Bezugnahme auf die Figur 3 zeigt sich dabei, daß auf dem letzten Teil der Rückverstellung des Verstellkolbens 10 eine durch die Verbindungsnut 13 gebildete dreieckförmige Druckmittelauslaßöffnung 23 entsteht, die beginnend von der mit ausgezogenen Linien eingetragenen Stellung des Verstellkolbens 10 bis zu der mit unterbrochenen Linien eingetragenen Endstellung immer kleiner wird und so der Druckmittelauslaß zunehmend gedrosselt wird. Diese Drosselung des Druckmittelauslasses bewirkt einen relativ weichen Anschlag des Verstellkolbens 10 in seiner Endstellung und verhindert einen harten Aufschlag auf dem hydraulischen unnachgiebigen Polster des Druckmittelarbeitsraums 15.With reference to FIG. 3, it can be seen that on the last Part of the return adjustment of the adjusting piston 10 through the connecting groove 13 formed triangular pressure medium outlet opening 23 arises starting from the position of the adjusting piston 10 shown in solid lines up to the end position entered with broken lines is getting smaller and smaller and so on the pressure medium outlet is increasingly throttled. This throttling of the pressure medium outlet causes a relatively soft stop of the adjusting piston 10 in its end position and prevents a hard impact on the hydraulic rigid cushion of the pressure medium working space 15.
Der ständige Durchfluß des Druckmittels durch den Drucknittelarbeitsraum 15, die Verbindungsnut 13 und den Auslaßraum 20, der zumindest solange erfolgt, wie der Verstellkolben 10 nicht in seiner höchsten, in der Figur 3 mit unterbrochenen Linien angedeuteten Stellung steht, bewirkt im übrigen eine günstige Kühlung des Nebenkolbens 7 und der in diesem gehaltenen Zündkerze 9.The constant flow of the pressure medium through the pressure medium working space 15, the connecting groove 13 and the outlet space 20, which takes place at least as long as like the adjusting piston 10 not in its highest, in the figure 3 with interrupted Lines indicated position, causes a favorable cooling of the rest of the Secondary piston 7 and the spark plug 9 held in it.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der wal zenförmige Drehschieber 12 am äußeren Rand des Verstellkolbens 10 in der teilzylindrischen Ausnehmung 25 geführt ist. Dieses Ineinandergreifen der Bauteile führt zu einer sicheren und eindeutigen Fixierung des Verstellkolbens 10 und damit auch des Nebenkolbens 7 in Umfangsrichtung. Dies ist besonders dann wichtig, wenn der dem Nebenbrennraum 5 zugewandte Boden des Nebenkolbens 7 eine unsymmetrische Ausbildung, etwa wegen einer Schrägstellung der Achse des Nebenzylinders 6 bezüglich der Achse des Hauptzylinders 1 aufweist. In diesem Fall ist eine Fixierung des Nebenkolbens in Umfangsrichtung erforderlich, um bei den vorhandenen engen Toleranzen ein Aufschlagen des Nebenkolbens auf den Hauptkolben zu verhindern.Another advantage results from the fact that the wal zen-shaped rotary valve 12 on the outer edge of the adjusting piston 10 in the part-cylindrical recess 25 is led. This interlocking of the components leads to a safe and unambiguous Fixing of the adjusting piston 10 and thus also of the secondary piston 7 in the circumferential direction. This is particularly important when the floor facing the secondary combustion chamber 5 of the secondary piston 7 has an asymmetrical design, for example because of an inclined position the axis of the slave cylinder 6 with respect to the axis of the master cylinder 1. In this case it is necessary to fix the secondary piston in the circumferential direction, to allow the secondary piston to hit the To prevent main piston.
Claims (2)
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DE3339578A1 true DE3339578A1 (en) | 1985-05-09 |
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