DE865552C

DE865552C - Regulation of the compression chamber size in an internal combustion engine

Info

Publication number: DE865552C
Application number: DEE1846A
Authority: DE
Inventors: George R Ericson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-07-26
Filing date: 1950-07-26
Publication date: 1953-02-02

Description

Regelung der Verdichtungsraumgröße bei einer Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Verdichtungsraumgröße bei einer Brennkraftmaschine mit einem mehrere Zylinder aufweisenden Zylinderblock und einer im Kurbelgehäuse außerhalb der Längsmittelebene des Zylinderblockes gelagerten Nockenwelle für die Ventilsteuerung.Regulation of the compression space size in an internal combustion engine The invention relates to the regulation of the compression chamber size in an internal combustion engine with a cylinder block having multiple cylinders and one in the crankcase outside the longitudinal center plane of the cylinder block for the camshaft Valve control.

Gemäß der Erfindung ist der Zylinderblock schwingbar auf der Nockenwelle gelagert und es ist ein von dem hinter der Drosselklappe auftretenden Saugrohrdruck beaufschlagter Regler vorgesehen, der den Zylinderblock mit zunehmendem Unterdruck im Saugrohr entgegen der vom Zylinderdruck auf den Zylinderblock ausgeübten Kraft im Sinne einer Verdichtungsraumverkleinerung zu verschwenken sucht. Durch den Erfindungsvorschlag werden die Arbeitsweise und die Leistung der Maschine bei allen Arbeitsbedingungen verbessert. Dies gilt insbesondere für Maschinen, die beim normalen Arbeiten einer relativ großen Änderung in der Geschwindigkeit und, Belastung unterworfen werden, wie beispielsweise Motoren für Kraftfahrzeuge usw. Durch die Erfindung erhält man eine wirksame Regelung der selbsttätigen Einstellung des Zylinderverdichtungsraum-es mit Bezug auf das Ansaugvolumen der frischen Ladung, sowie es sich in Abhängigkeit von den verschiedenen Arbeitsbedingungen des Motors ändert. Ein wertvolles Ergebnis dieser Regelung ist, daß eine wirksamere Verbrennung und eine größere Motorenleistung bei jeder Drosselklappeneinstellung und bei allen Cxeschwindigkeits- und Belastungsbedingungen erhalten wird.According to the invention, the cylinder block is swingable on the camshaft stored and it is one of the intake manifold pressure occurring behind the throttle valve acted upon regulator provided, which the cylinder block with increasing negative pressure in the intake manifold against the force exerted by the cylinder pressure on the cylinder block seeks to pivot in the sense of a compression area reduction. By the invention proposal the operation and performance of the machine in all working conditions improved. This applies in particular to machines that, during normal work, have a subject to relatively large changes in speed and load, such as engines for automobiles, etc. The invention provides an effective regulation of the automatic adjustment of the cylinder compression chamber-es with reference to the suction volume of the fresh cargo, as well as depending on it changes from the various working conditions of the engine. A valuable result This scheme is that more efficient combustion and greater engine power at every throttle setting and at all speed and loading conditions is obtained.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung weitererläutert. Es sind: Fig. i eine schematische Draufsicht auf eine Brenn'kraftmaschine, bei der Teile weggebrochen und im Schnitt dargestellt sind, um bestimmte Kennzeichen der Erfindung gut zu zeigen, Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch einen Zylinder der Maschine, bei welchem die Lage des Zylinders derart ist, daß die Verdichtungsraum@größe einen Kleinstwert hat, Fi.g. 3 ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt, bei welchem die Verbrennungsraumgröße einen Höchstwert 'hat. Von dem Mehrzylindermotor der Fig. i ist nur ein Zylinder io im Schnitt in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Das Kurbelgehäuse ist in den Fig. 2 und 3 nur in Bruchteilen bei i i und 12 und als obere Außenlinie in Fig. i gezeigt. Das Kurbelgehäuse besteht aus einem besonderen Bauteil, in welchem die Motorkurbelwelle i(. und die Nockenwelle 15 für die Einlaß- und Auslaßventile in Arbeitsverbindung miteinander gelagert sind. Die Nockenwelle 15 liegt nahe dem oberen Ende des Kurbelgehäuses undverhältnismäßig nahe dem Seitenteil' iii des Gehäuses. Der Antrieb der Nockenwelle erfolgt durch ein auf der Nockenwelle sitzendes Zahnrad 16. Es steht mit einem auf der Kurbelwelle sitzenden Antriebsritzel iß im Eingriff. Ihr Übersetzungsverhältnis ist 2 : i zur Erzielung der erforderlichen halben Umlaufgeschwindigkeit -der Nockenwelle.The invention is further explained with the aid of the drawing. There are: FIG. 1 shows a schematic plan view of an internal combustion engine in which parts broken away and shown in section to show certain features of the invention to show well, Fig. 2 is a vertical section through a cylinder of the machine, in which the position of the cylinder is such that the compression space @ size a Has the smallest value, fig. 3 a section similar to FIG. 2, in which the size of the combustion chamber has a maximum value '. There is only one cylinder of the multi-cylinder engine of FIG io shown in section in FIGS. The crankcase is shown in Figs. 2 and 3 shown only in fractions at i i and 12 and as the upper outline in FIG. The crankcase consists of a special component in which the engine crankshaft i (. and the camshaft 15 for the intake and exhaust valves in working connection are stored together. The camshaft 15 is located near the top of the crankcase and relatively close to the side part 'iii of the housing. The drive of the camshaft takes place by a gear 16 sitting on the camshaft. It stands up with one the drive pinion seated on the crankshaft meshes. Your gear ratio is 2: i to achieve the required half the rotational speed of the camshaft.

Der Zylinderaufbau bildet eine von dem. Kurbelgehäuse getrennte, in sich vollständige Einheit. Sie besteht aus dem Zylinderblock ig und dem Kopfaufbau 2o, der für jeden Zylinder einen Zylinderkopf 2.2 hat. Von dem Block i9 wird für jeden Zylinder zur Steuerung seiner Einlaßöffnung 24 ein Einlaßsteuerventi123 getragen. Der Ventilstößel ragt durch den unteren Längsseitenteil 26 des Blockes, um das Ventil durch den auf der Nockenwelle 15 befindlichen Einlaßnocken 2,7 zu betätigen. In ähnlicher Weise wird ein Auslaßventil 2t5 an jedem der Zylinder durch den Block -i@ getragen und durch den Auslaßnocken 29 betätigt. Das SSaugrohr29 hat ein Mittelanschlußstück 3o, mit welchem der nicht darg-estellbe Vergaser verbunden ist. Die Drosselklappe ist bei 313 irri Anschlußstück 30 gezeigt. Der Kolben 31 ist in der üblichen Weise mit einem Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 14 beispielsweise über die Pleuelstange 34 verbunden, so daß ein gleichbleibender Hub mit B:ezug auf den Zylinder erfolgt.The cylinder structure forms one of that. Crankcase separate, complete unit. It consists of the cylinder block ig and the head structure 2o, which has a cylinder head 2.2 for each cylinder. An intake control valve 123 is carried by block i9 for each cylinder to control its intake port 24. The valve tappet protrudes through the lower longitudinal side part 26 of the block in order to actuate the valve by means of the inlet cam 2,7 located on the camshaft 15. Similarly, an exhaust valve 2t5 on each of the cylinders is carried by the block -i @ and operated by the exhaust cam 29. The suction pipe 29 has a central connection piece 3o, with which the carburettor, not shown, is connected. The throttle valve is shown at 313 in the fitting 30 . The piston 31 is connected in the usual way to a crank pin 32 of the crankshaft 14, for example via the connecting rod 34, so that a constant stroke takes place with B: ezug on the cylinder.

D.'er Zylinderaufbau kann eine Schwingverlagerung relativ zu dem Kurbelgehäuse um eine Achse ausführen, die außerhalb der Längsmittelebene d.es Motors liegt. Im Ausführungsbeispiel ist der Zvlinderaufbau schwingbar auf der Nockenwelle 15 als Achse durch die Konsolen 3:5 gelagert. Sie hängen von den Enden des Zylinderblockteiles 26 der Fig. 2 herab und sitzen schwingbar auf der Nockenwelle. Zur Sicherung der Schwinglagerung der Zylindereinheit können eine oder mehrere Zwischenkonsolen .zwischen dem Zylinderblock und der Nockenwelle vorgesehen sein. Der Blockseitenteil 26 liegt .genügend von der Kurbelgehäusekante i i auf Abstand, so daß bei einer Schwingverlagerung des Zylinderblockes keine Berührung stattfindet. Zum Abschluß des Kurbelgehäuses ist im Abstandsraum 3,6 als Schutz gegen das Eindringen von Fremdstoffen und .gegen den Austritt von Kurbelgehäuseöl auf die Motorenaußenwandeine biegsame Zwischenwand oder Membran 38 in Längsrichtung des Kurbelgehäuses vorgesehen. Eine Längskante 39 dieser Zwischenwand ist dichtend auf der Kurbelgehäusekante i i befestigt oder aufgeklemmt, während ihre gegenüberliegende Längskante 4o in ähnlicher Weise am Seitenteil des Zylinderblockes befestigt ist. ` In Längsrichtung des Blockes i9 erstreckt sich auf der gegenüberliegenden Seite und an seiner unteren Kante -ein nach auswärts gerichteter Flansch 42', welcher auf dem nach einwärts gerichteten Wandteil 43 des Kurbelgehäuses 12 aufruhen kann. Der Wandteil 43 dient als Anschlag zur Begrenzung der Schwingbewegung des Zylinderblockes im Uhrzeigersinn der Fig. 2. Ähnlich der Abdichtung an der Nockenwellenseite ist das Kurbelgehäuse an der Wand 43 durch eine biegsame Zwischenwand: 44 längs. des Motors abgedichtet, die dichtend an der Kurbelgehäusewand 43 und dem Zylinderblockflansch 42 befestigt ist. Eine gleiche Abdichtung 45 (Fig. i) ist an jeder Stirnseite des Kurbelrgehäuses in Verbindung mit der entsprechenden Stirnseite des Zylinderblockes vorgesehen. Die biegsamen Dichtungswände zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderblock sichern denAbschluß des Kurbelgehäuses und gestatten eine Verlagerung des Zylinderaufbaues relativ zum Kurbelgehäuse beim Verschwingen um die Nockenwelle als Achse.D.'er cylinder structure can oscillate relative to the crankcase about an axis which lies outside the longitudinal center plane of the engine. In the exemplary embodiment, the cylinder structure is pivotably mounted on the camshaft 15 as an axis through the 3: 5 consoles. They hang down from the ends of the cylinder block part 26 of FIG. 2 and are seated so that they can swing on the camshaft. One or more intermediate brackets can be provided between the cylinder block and the camshaft to secure the oscillating mounting of the cylinder unit. The block side part 26 is at a sufficient distance from the crankcase edge ii so that no contact occurs when the cylinder block is oscillated. To close the crankcase, a flexible partition or membrane 38 is provided in the longitudinal direction of the crankcase in the spacing space 3.6 as protection against the ingress of foreign matter and against the escape of crankcase oil on the engine outer wall. A longitudinal edge 39 of this partition is sealingly fastened or clamped onto the crankcase edge ii, while its opposite longitudinal edge 4o is fastened in a similar manner to the side part of the cylinder block. `` In the longitudinal direction of the block 19 extends on the opposite side and on its lower edge -an outwardly directed flange 42 ', which can rest on the inwardly directed wall part 43 of the crankcase 12. The wall part 43 serves as a stop to limit the oscillating movement of the cylinder block in the clockwise direction in FIG. 2. Similar to the seal on the camshaft side, the crankcase is on the wall 43 by a flexible partition: 44 lengthways. of the engine, which is sealingly attached to the crankcase wall 43 and the cylinder block flange 42. An identical seal 45 (FIG. I) is provided on each end face of the crankcase in connection with the corresponding end face of the cylinder block. The flexible sealing walls between the crankcase and the cylinder block secure the closure of the crankcase and allow the cylinder structure to be displaced relative to the crankcase when it swings about the camshaft as an axis.

Hierfür dient die Welle 46. °Sie ist drehbar in den Ständern 47 gelagert und weist aufAbstand stehende e Nockenelemente oder Exzenter48 auf. JederExzenter geht durch eine ovale Öffnung 5o eines Vorsprunges oder Kopfes 51, welcher aus einem Stück mit dem Zylinderblock i9 besteht und sich seitlich von ihm weg erstreckt. IYie Öffnung 5o hat bei 49 einen kleinen Spielraum für den Exzenter zur Erteilung der Schwingbewegung der Zylindereinheit. Man kann auch nur einen Exzenter q:8 auf der entsprechend kurzen Welle 46 vorsehen.The shaft 46 is used for this purpose. It is rotatably mounted in the stands 47 and has spaced apart cams or eccentrics 48. Every eccentric goes through an oval opening 5o of a projection or head 51, which consists of a Piece exists with the cylinder block i9 and extends laterally away from it. IYie opening 5o at 49 has a little leeway for the eccentric to issue the oscillating movement of the cylinder unit. You can also only have one eccentric q: 8 provide the correspondingly short shaft 46.

Auf der Welle 46 ist die Nabe 54 eines Antriebshebels 52 aufgekeilt, dessen Außenendes 55 schwingbar mit einem Ende 56 einer Stange 58 verbunden ist. Ihr anderes Ende 6:o ist in ähnlicher Weise schwingbar mit einem in einem Zylinder 62 verschiebbaren Kolben 61 verbunden. Der Zylinder 62 ist am Zylinderblock i9 befestigt. Eine Leitung 64 verbindet den Einlaß 65 am Zylinderdeckel,62i mit dem Motorsaugrohr 2,9 bei,66 zwischen der Drosselklappe 33 und den Motorzylinderansaugbohrungen, von welchen eine bei 68, dargestellt ist.The hub 54 of a drive lever 52 is keyed on the shaft 46, the outer end 55 of which is swingably connected to one end 56 of a rod 58. Its other end 6: o is similarly oscillatable with one in a cylinder 62 sliding piston 61 connected. The cylinder 62 is attached to the cylinder block i9. A line 64 connects the inlet 65 on the cylinder cover, 62i with the engine intake manifold 2.9 at .66 between the throttle valve 33 and the engine cylinder intake bores, from which one is shown at 68.

Da die Schwingverlagerung der Zylindereinheit nur verhältnismäßig gering ist, ist die Größe der Exzentrizität der Nockenelemente oder Exzenter 48 relativ zu der Welle 46 entsprechend !ldein, wie sich dies aus' den Fig. 2 und 3 ergibt. Die Verlagerung der Zylindereinheit erfolgt in direkter Übereinstimmung mit dem Sau.grohrdruck oder -vakuum.Since the oscillatory displacement of the cylinder unit is only proportionate is small, the amount of eccentricity of the cam members or eccentrics 48 is relative to the shaft 46 accordingly! ldein, how this from ' 2 and 3 results. The cylinder unit is moved in a direct manner Correspondence with the sow pipe pressure or vacuum.

Es sei angenommen, daß die Maschine angelassen wird und bei nur wenig geöffneter Drossefklappe arbeitet, wie dies z. B. bei belastungslosem Leerlauf oder unter geringer Belastung und bei niedriger Geschwindioceit der Fall ist. Das Saugrohrvakuum ist dann verhältnismäßig hoch und erzeugt einen entsprechenden hohen Saugzug im Zylinder 62, so daß der Kolben 6,1 die in Fi.g. 2 dargestellte oberste Lage einnimmt. Infolgedessen werden die Exzenter 48 in der Richtung betätigt, daß der Zylinderblock in seine tiefste Stellung geschwungen wird, bei der der Flansch -42 in Berührung mit der Kurbelgehäusewand 43 (Fig. 2) liegt. In dieser Stellung hat die Verdichtungsraumgröße im Zylinder einen Kl.einstwert, wodurch ein "hoher Grad an Verdichtung des knappen oder kleinen Volumens der frischen Ladung, welches dem Zylinder unter diesen Arbeitsbedingungen zugeführt wird, gewährleistet ist.Assume that the engine is started and only a little open throttle works, as z. B. with no-load idling or is the case under low stress and at low speed. The intake manifold vacuum is then relatively high and generates a correspondingly high induced draft in the Cylinder 62, so that the piston 6.1 the in Fi.g. 2 occupies the top layer shown. As a result, the eccentrics 48 are operated in the direction that the cylinder block is swung into its lowest position at which the flange -42 is in contact with the crankcase wall 43 (Fig. 2). In this position has the compression area size a Kl.einstwert in the cylinder, resulting in a "high degree of compression of the tight or small volume of the fresh charge which the cylinder under these working conditions is supplied, is guaranteed.

Sobald die Drosselklappe weiter geöffnet wird, nimmt das Saugrohrvakuum entsprechend ab.. Es stei eine konstante Belastung angenommen. Der Kolben 61, senkt sich im Zylinder 62. Der Zylinderblock wird unter Wirkung des mittleren wirksamen Zylinderdrucks, der zum Zeitpunkt der Abnahme des Satugrohrvakuums besteht, angehoben, bis der verringerte S augzug im Zylinder 6L und der mittlere, auf die Exzenter 48 wirkende Zylinderdruck im Gleichgewicht sind. Der Verdichtungsraum im Zylinder wird im direkten Verhältnis zur Abnahme des Säugrohrvakuums vergrößert, so daß auf diese Weise der Verdichtungsraum besser dem größeren Volumen der nun stattfindenden frischen Ladung angepaßt ist.As soon as the throttle valve is opened further, the intake manifold vacuum decreases accordingly. A constant load is assumed. The piston 61 lowers itself in cylinder 62. The cylinder block becomes effective under the action of the middle Cylinder pressure, which exists at the time of the decrease in the vacuum tube vacuum, is increased, until the reduced suction in cylinder 6L and the middle one on eccentric 48 acting cylinder pressure are in equilibrium. The compression space in the cylinder is increased in direct proportion to the decrease in the suction tube vacuum, so that on this Way the compression space is better suited to the larger volume of the fresh ones that are now taking place Charge is adjusted.

Sobald das Saugrohrvakuum wesentlich abnimmt, oder sich einem Wert nähert, der nur etwas unterhalb des Außenluftdrucks liegt, wie es z. B. bei voller Belastung und bei weit geöffneter Drosselklappe des Motors der Fall ist, übertrifft der mittlere wirksame Zylinderdruck den sehr geringen Saugzug im Zylinder 62 und verschwenkt den Zylinderaufbau in seine in Fig.3 dargestellte Grenzstellung, in welcher sich der Saugkolben 61 im wesentlichen in der unteren Stellung seines Hubes befindet. Die Verdichtungsraumgröße hat jetzt einen Höchstwert und reicht aus, um die wirksamste Verdichtungsgröße der großen:, dann erhaltenen frischen Ladung zu gewährleisten.As soon as the intake manifold vacuum decreases significantly, or a value approaches, which is only slightly below the outside air pressure, as z. B. at full Load and when the throttle valve of the engine is wide open is exceeded the mean effective cylinder pressure the very low induced draft in cylinder 62 and pivots the cylinder structure in its limit position shown in Figure 3, in which the suction piston 61 is essentially in the lower position of its stroke is located. The compression area size now has a maximum value and is sufficient to the most effective compression size of the large:, then received fresh charge too guarantee.

Es sei nun angenommen, daß die Drosselklappe in einer offenen Stellung gehalten wird, während eine Erhöhung oder Abnahme der Motorbelastung in Abhängigkeit von der Abnahme bzw. Zunahme der Motorgeschwindigkeit erfolgt und das Saugrohrvakuum entsprechend abnimmt bzw. zunimmt. Der Zylinderblock wird dann in Übereinstimmung mit dem 'Saugrohrvakuum durch Ausschwenken eingestellt. um den Verdichtungsraum dem geänderten Ansaugvolumen der frischen Ladung anzupassen. Ändert sich ferner die Motorgeschwindigkeit, während die Motorbelastung bei einer gegebenen Drosselklappenstellung konstant bleibt, so ändert sich das Saugrohrvaleuum entsprechend, was: sich, wie zuvor, in einer durch Ausschwenken erfolgten Einstellung des Zylinderblockes auswirkt, um die Verdichtung dem dann zugeführten Volumen der frischen Ladung anzupassen.Assume now that the throttle is in an open position is held while an increase or decrease in the engine load as a function of from the decrease or increase in engine speed and the intake manifold vacuum decreases or increases accordingly. The cylinder block will then be in compliance with the 'suction tube vacuum set by swiveling out. around the compression area to adapt to the changed suction volume of the fresh load. Also changes the engine speed, while the engine load for a given throttle position remains constant, the intake manifold changes accordingly, what: how previously, in a setting of the cylinder block made by swiveling it out, in order to adapt the compression to the volume of the fresh cargo that is then supplied.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Regulation of the compression space size in an internal combustion engine with a cylinder block having multiple cylinders, and one in the crankcase outside the longitudinal center plane of the cylinder block for the camshaft Valve control, characterized in that the cylinder block can swing on the Camshaft mounted and one of the intake manifold pressure occurring behind the throttle valve acted upon regulator is provided, which the cylinder block with increasing negative pressure in the intake manifold against the force exerted by the cylinder pressure on the cylinder block seeks to pivot in the sense of a compression area reduction. 2. Internal combustion engine with a control according to claim r, characterized in that flexible closing means connect the free edge parts of the cylinder block to the crankcase.