DE809613C

DE809613C - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE809613C
Application number: DEJ552A
Authority: DE
Inventors: Alfred Jante
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-02-26
Filing date: 1950-02-26
Publication date: 1951-07-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren. Sie geht von der bekannten Rückscbubregelung aus, bei der von dem angesaugten konstanten Gemischvolumen je nach der Belastung ein größerer oder kleinerer Teil vor Beginn der Verdichtung in die Ansaugleitung zurückgeschoben wird, während der Rest im Zylinder verdichtet und verbrannt wird. Diese Rückschubregelung weist mit abnehmender Belastung der Maschine ein starkes Absinken des thermischen Wirkungsgrades und damit eine erhebliche Verschlechterung des spezifischen Brennstoffverbrauches auf.
Gemäß der Erfindung wird die Rückschubregdlung in der Weise mit einer Regelung des Verdichtungsdruckes kombiniert, daß letzterer über dem gesamten Regelbereich konstant bleibt. Dadurch wird eine Regelung erreicht, die frei von Drosselverlusten ist und auch im Bereiche geringerer Teillasten keinen schlechteren Brennstoffverbrauch aufweist als bei hohen Teillasten und Vollast.
Die neue Regelung ermöglicht deshalb im Fahrzeugbetrieb die Verwendung überdimensionierter Motoren (Leistungsreserve), ohne daß dabei ein untragbarer Brennstoffverbrauch des zum größten Teil mit Teillast betriebenen Motors in Kauf genommen werden muß. Die Regelung des Verdichtungsdruckes geschieht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch Ändern des Kompressionsraumvolumens in Abhängigkeit von der Einstellung des Rückschubregelorgans.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Abb. i zeigt einen Längsschnitt in Richtung der Zylinderachse, Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht der Abb. i, Abb. 3 zeigt ein Zeit-Weg-Schaubild des Maschinenkolbens und des Verdrängerkolbens.
Im Zylinder i der Brennkraftmaschine gleitet der Motorkolben 2 und ihm gegenüber als veränderliche Begrenzung des Verdichtungsraumes 3 der Verdrängerkolben 4. Letzterer wird von der Hilfskurbelwelle 5 angetrieben. Die Nockenwelle 6 der Maschine steht in bekannter Weise über die Zahnräder 7, 8 mit der Kurbelwelle 9 in Verbindung. Sie weist neben dem nicht dargestellten Nocken für das Auslaßventil einen in ihrer Längsrichtung verschiebbaren, durch eine Feder io gegen Verdrehen gesicherten Nocken ii für das Einlaßventil 12 auf. Der Nocken ii hat eine schräge Ablaufflanke 13, durch die der Zeitpunkt des Schließens des Einlaßventils um so mehr verspätet wird, je weiter der Nocken in Abb. 2 nach links verschoben ist. Dadurch wird erreicht, daß mit zunehmender Verschiebung des Nockens ii nach links eine zunehmende Teilmenge des vorher in den Zylinder gesaugten Gemisches zu Beginn des Verdichtungshubes durch das noch offene Einlaßventil wieder in die Ansaugleitung zurückgeschoben und nach Abschluß des Einlaßventils nur der im Zylinder verbliebene Rest verdichtet und verbrannt wird. Die Leistung der Maschine wird deshalb um so kleiner, je später das Einlaßventil schließt. Mit abnehmender, im Zylinder verbleibender Gemischmenge verkleinert sich auch der Verdichtungsdruck. Ein kleiner Verdichtungsdruck hat aber eine schlechte Verbrennung und damit Brennstoffverluste zur Folge. Um zu erreichen, daß der Verdichtungsdruck konstant bleibt, weist der Verdrängerkolben einen so großen Hub auf, daß die durch ihn verursachte maximale Verkleinerung des Verdichtungsraumvolumens, die eintritt, wenn der Motorkolben .2 und der Verdrängerkolben 4 am Ende der Verdichtung ihre innere Totlage aufweisen, bei der größten Rückschubmenge noch den normalen Verdichtungsdruck gewährleistet. , Ferner ist der Antrieb des Verdrängerkolbens (Hilfskurbelwelle 5) gegenüber der Motorkurbelwelle 9 in Abhängigkeit von der Stellung des Einlaßventilnockens ii in der Weise verdrehbar, daß mit zunehmender Verspätung des Einlaßventilschlusses der Verdichtungsraum verkleinert wird. Der inneren Totlage des Motorkolbens wird dabei jeweils eine solche Kurbelstellung des Verdrängerkolbens zugeordnet, daß der Verdichtungsdruck konstant bleibt.
Abb.3 veranschaulicht die Änderung der Drehwinkellage der Hilfskurbilwelle 5 gegenüber derHauptkurbelwelle 9. Die Zeit-Weg-Kurve des Motorkolbens 2 ist mit a und die des z. B. mit halber Drehzahl angetriebenen Verdrängerkolbens 4 mit b gekennzeichnet. Die Kurbelwellen 5 und 9 stehen dabei so zueinander, daß die inneren Totlagen der beiden Kolben 2 und 4 zusammenfallen. Der Verdichtungsraum 3 hat dann die kleinste Höhe X und damit das kleinste Volumen. Je mehr die Hilfskurbelwelle 5 gegenüber der Hauptkurbelwelle verdreht wird, um so größer wird die Höhe des Verdichtungsraumes und damit dessen Volumen (vgl. die strichpunktierte Kennlinie b' und die zugehörige Höhe X'). Das größte Verdichtungsraumvolumen wird erreicht, wenn der inneren Totlage des Motorkolbens die äußere des Verdrängerkolbens zugeordnet ist.
Die Verdrehung der Hilfskurbelwelle 5 gegenüber der Motorkurbelwelle 9 in Abhängigkeit von der Stellung des Einlaßventilnockens ii wird folgendermaßen erreicht: An dem mittels des Hebels 14 verschieb-! baren Nocken ii ist ein Fortsatz 15 angeordnet, der an seinem Umfang ein steiles Gewinde aufweist. Auf dieses Gewinde ist eine lose um die Nockenwelle 6 drehbare, jedoch in Längsrichtung gegen Verschieben gesichehe Muffe 16 aufgeschraubt, welche z. B. ein Kettenrad 17 zum Antrieb der Hilfskurbelwelle 5 aufweist. Das Verschieben des Nockens ii hat somit das Verdrehen der Muffe 16 und damit der Hilfskurbelwelle 5 gegenüber der mit der Nockenwelle 6 über die Zahnräder 7, 8 verbundenen Kurbelwelle 9 zur Folge. Die schräge Ablaufflanke 13 und die Steigung des Gewindes auf dem Fortsatz 15 können ohne weiteres sa aufeinander abgestimmt werden, daß über dem gesamten Regelbereich die durch das Rückschieben des Gemisches verursachte Verminderung des Verdichtungsdruckes durch Verkleinern des Verdichtungsraumes wieder aufgehoben, der Verdichtungsdruck also konstant gehalten wird.
Anstatt die Drehwinkellage des Antriebs .5 des Ver-_ drängerkolbens gegenüber der Kurbelwelle 9 zu verändern, kann auch der Hub des Verdrängerkolbens durch bekannte Mittel, z. B. ein verstellbares Doppelexzenter, verändert werden. Dabei wird der Verdichtungsraum mit zunehmendem Hub des Verdrängerkolbens verkleinert.
Bei Brennkraftmaschinen mit zwei gegenläufigen Kolben, sog. Gegenkolbenmaschinen, kann die erfindungsgemäße Veränderung des Verdichtungsraumvolumens dadurch erreicht werden, daß die Kurbelwellen der Gegenkolben in Abhängigkeit von der Stellung des verschiebbaren Einlaßventilnockens gegeneinander verdrehbar sind. Es übernimmt also gewissermaßen einer der Gegenkolben gleichzeitig die Aufgabe des beschriebenen Verdrängerkolbens 4.
Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß der Verdrängerkolben 4 von der Kurbelwelle der Maschine angetrieben wird. Er kann auch in einfacher Weise mittels eines Verstellgestänges verschiebbar sein, welches mit dem Verstellgestänge des Nockens ii derart verbunden ist, daß mit zunehmender Verspätung des Einlaßventilschlusses der Verdichtungsraum in der Weise verkleinert wird, daß der Verdichtungsdruck konstant bleibt. Diese gegenüber der auf der Zeichnung dargestellte vereinfachte Regelung erfordert jedoch eine sorgfältige Bemessung der Zylinderschmierung, um zu verhindern, daß der ruhende Verdrängerkolben durch Ölkohleansatz fest wird.
Schließlich kann auch auf einen Verdrängerkolben ganz verzichtet werden und statt dessen der Zylinder mitsamt seinem Zylinderdeckel nach Art der bekannten Prüfstandmotoren (Klopfmotor) in Achsrichtung verschiebbar oder um die Nockenwelle der Ein-und Auslaßventile schwenkbar sein. Dabei wird selbstversfändlich auch das Verstellgestänge des Zylinders mit demjenigen des Einlaßventilnockens in der Weise verbunden, daß der Verdichtungsdruck konstant bleibt. Die hierbei auftretenden Veränderungen in den Ein- und Auslaßventilgestängen können durch entsprechende Formgebung der verschiebbaren Antriebsnocken ohne weiteres ausgeglichen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung von gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmaschinen, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bekannten Rückschubregelung mit einer Regelung des Verdichtungsdruckes in der Weise, daß letzterer über dem gesamten Regelbereich konstant bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsraumvolumen in Abhängigkeit von der Einstellung des Rückschubregelorganes veränderbar ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck des Veränderns des Verdichtungsraumvolumens ein in den Verdichtungsraum (3) hineinragender verschiebbarer Verdrängerkolben (4) vorgesehen ist, während zum Zweck des Veränderns der in die Ansaugleitung zurückgeschobenen Gemischmenge das Einlaßventil (i2) durch einen verschiebbaren Nocken (ii) mit schräger Ablaufflanke (i3) gesteuert wird, wobei das Verstellgestänge (i5, 16, 17) des Verdrängerkolbens (4) mit demjenigen (r4, 15) des Nockens (ZZ) derart verbunden ist, daß mit zunehmender Verspätung des Einlaßventilschlusses der Verdichtungsraum (3) in der Weise verkleinert wird, daß der Verdichtungsdruck konstant bleibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Anordnung eines Verdrängerkolbens (4) der Zylinder der Maschine mitsamt seinem Kopf in Achsrichtung verschiebbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (4) vom Motor angetrieben und sein gleichbleibender Hub so groß bemessen ist, däß die durch ihn verursachte maximale Volumenverkleinerung des Verdichtungsraumes (3) bei der größten Rückschubmenge noch den normalen Verdichtungsdruck gewährleistet und daß die Antriebsmittel (5) (Nokken, Kurbel, Exzenter) des Verdrängerkolbens (4) gegenüber der Kurbelwelle (9) des Motors mittels eines Verstellgestänges (i5, 16, 17) verdrehbar sind, so daß zum Zweck des Veränderns des Verdichtungsraumvolumens der inneren Totlage des Motorkolbens (2) jede Lage des Verdrängerkolbens (4) zwischen seiner inneren und äußeren Totlage zugeordnet werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (4) vom Motor angetrieben wird und Antriebsmittel, z. B. ein verstellbares Doppelexzenter, aufweist, welche das Verändern seines Hubes und damit des Verdichtungsraumvolumens zulassen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 in Verbindung mit einer Gegenkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gegenkolben gleichzeitig als verstellbarer Verdrängerkolben wirkt, indem seine Antriebsmittel gegenüber denjenigen des anderen Gegenkolbens verdrehbar sind.