SE468223B - Foerbraenningsmotor med variabelt kompressionsfoehaallande - Google Patents

Description

-l> O".

CO 10 'l5 20 25 30 PO b” l krav finns inte, utan det är sannolikt erforderligt att anordna olika typer av tätningar vid olika ställen utefter delningarna. Detta i sin tur föranle- der problem att ansluta tätningarna till varandra. En god tätning mellan cylinderdelen och vevhusdelen är av väsentlig betydelse både för att för- hindra att smuts intränger i vevhuset och för att förhindra att olja och/eller i vevhuset förekommande gaser läcker ut.

Förbränningsmotorer för fordonsbruk utnyttjas även för att driva ett fler- tal olika hjälpapparater, exv generator, servopumpar, kompressor och vattenpump. Dessa är vid motorer med ett fast kompressionsförhållande anfästa till motorns cylinderdel via olika konsoler och drivs av motorns vevaxel med hjälp av remtransmissioner. Vid en motor med en rörlig cylin- derdel är detta inte möjligt med mindre än att komplicerade arrang- emang för deras drivning anordnas. Den ovannämnda patentskriften US 2, 770,224 ger inte heller någon lösning på hur detta ska kunna anordnas i praktiken.

Vid en motor för fordonsbruk ansluts motorns utgående axel via en kopp- ling vidare till en växellåda. Möjligheterna att praktiskt anordna ett fläns- plan för att anfästa ett kopplingshus eller en växellåda till motorns ena ände är likaså begränsade om motorns cylinderdel är rörlig. Förbrän- ningsmotorer för annat bruk än i fordon uppvisar analoga problemställ- ningar.

Uppfinningens ändamål Föreliggande uppfinning har till syfte att undanröja dessa problem vid en motor av ovan beskriven typ. Sålunda har uppfinningen till syfte att vid en motor med ett variabelt kompressionsförhållande möjliggöra en god tät- ning mellan motorns cylinderdel och vevhusdel. Ett ytterligare syfte är att möjliggöra en enkel montering av hjälpapparater till motorn och att möj- liggöra att enkla arrangemang kan anordnas för deras drivning. Likaså är det ett syfte att möjliggöra att ett konventionellt flänsplan kan utnyttjas för anfästning av kopplingshus och växellåda till motorns vevhusdel. 10 15 20 25 30 4 6 8 2 2 3 Kort beskrivning av uppfinningen I enlighet med uppfinningen åstadkommes dessa syften genom att mo- torn utformas med de särdrag som anges i bifogat patentkravs 1 känne- tecknande del.

Genom att uppfinningsenligt utforma motorns vevhusdel med uppdragna sidoväggar utefter motorns båda sidor och att förbinda dessa sidor vid motorns båda ändar, bildas möjligheter för att anfästa en tätning i samma plan. Därigenom möjliggörs att en god tätning kan erhållas. Utformning- en av vevhusdels fasta sidoväggar möjliggör också att anfästning av vev- axeldrivna hjälpapparater kan anordnas enkelt på i sig konventionellt sätt även när cylinderdelen är rörlig relativt vevhusdelen.

Ytterligare uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av ef- terföljande beskrivning exemplifierande en fördelaktig utföringsform.

Figurförteckning Beskrivningen görs med hänvisning till bifogade ritningar av vilka Fig 1 visar en perspektivvy av motorns grunduppbyggnad, Fig 2a visar en vertikal tvärsnittsvy av motorn i ett läge för maximal kompression, Fig 2b visar en vertikal tvärsnittsvy av motorn i ett läge för minimal kompression, Fig 3 visar en frontvy av motorn, Fig 4 visar kamaxeltransmission vid motorns främre ände, Fig 5 visar i perspektiv en detaljvy av ett arrangemang för att variera motorns kompression, Fig 6 visar en tvärsnittsvy av detaljer ingående i ett tätningsarrang- emang, och Fig 7 visar ett schematiskt kopplingsschema för ett elektriskt styrsys- tem för att reglera motorns kompression. 10 15 20 25 30 35 PO TO (JJ Beskrivningsexempel Beskrivningsexemplet görs med hänvisning till en flercylindrig förbrän- ningsmotor av Ottotyp och som är avsedd att användas i ett fordon såsom en personbil. Bifogad figur 1 visar i perspektiv motorns 10 grunduppbygg- nad, varvid ett flertal även väsentliga delar bortttagits för att förbättra åskådligheten. Figurerna 2-4 visar därvid motorn 10 i ett mer komplett men ändock ej fullständigt utförande.

Motorn 10 innefattar en cylinderdel 11 med ett i detta fall fyra i rad an- ordnade cylindrar 12. Motorn 10 innefattar även en vevhusdel 13 inrym- mande motorns 10 vevaxel 14 och dess lagringar. Vardera cylinder 12 in- rymmer en kolv 15 som via en vevstake 16 är förbunden med vevaxeln 14.

På i sig konventionellt sätt innefattar motorn 10 en oljesump 17 anfäst till vevhusdelens 13 undersida.

Cylinderdelen 11 är utefter sin ena sida, i figurerna 2-3 den vänstra sidan, vid sin nedre ände utformad med fyra lageröron 18, av vilka enbart ett framgår av figuren 2a, och i vilken utsträcker sig en axel 19 anfäst i fem la- gerbockar anfästa till vevhusdelen 13. Detta arrangemang möjliggör att cylinderdelen 11 kring denna axel 19 kan tippas relativt vevhusdelen 13.

Eftersom vevaxeln 14 och därmed förbundna motorkolvar 15 är lag rade i vevhusdelen 13 medan avståndet till cylinderdelen11 kan varieras, kan motorns 10 kompressionsförhållande varieras.

Figuren 2a visar motorn 10 i ett läge där cylinderdelen 11 är minimalt tippad kring axeln 19 och i vilket läge motorn 10 uppvisar ett maximalt kompressionsförhållande. Figuren 2b visar på motsvarande sätt ett läge där cylinderdelen 11 är maximalt tippad kring axeln 19 och således motorn 10 i ett läge för ett minimalt kompressionsförhållande. Figurerna 2a och 2b ärför övrigt helt lika.

Det är med hänsyn till de tvärkrafter som utövas av motorns 10 kolvar 15 mot respektive cylinderväggar, fördelaktigt eller åtminstone en bra kompromisslösning att ledaxeln 19 kan anordnas på en relativt låg höjd i förhållande till motorns vevaxel 14. s 10 15 20 25 30 35 468 223 Vevhusdelen 13 är vidare utformad med integrerade och i höjdled upp- dragna sidoväggar 21,22 på ömse sidor om cylinderdelen 11. Sidoväggar- na 21,22 utsträcker sig därvid i höjdled till en nivå som väsentligen över- ensstämmer med cylinderdelens 11 övre ändyta 23. På motorns 10 ena än- de, i detta fall den bakre änden, är anordnad en monterbartransmis- ionskåpa 24 och på den andra främre änden är anordnad en monterbar gavelplatta 25,vi|ka båda också utgör sidoväggar. Gavelplattan 25 och transmisisonskåpan 24 förbinder de båda vevhusdelsfasta sidoväggarna 21,22 med varandra. Gavelplattan 25 och transmissionskåpan 24 ut- sträcker sig också i höjdled till en nivå väsentligen överensstämmande med cylinderdelens 11 övre ändyta 23. Detta medför att övre ändytor 82- 85 på sidoväggarna 21,22, gavelplattan 25 och transmissionskåpan 24 kommer att ligga i samma plan, vilket plan även väsentligen överensstäm- mer med cylinderdelens 11 övre ändyta 23. Sidoväggarna 21,22, transmis- sionskåpan 24 och gavelplattan 25 kommer på detta sätt att omsluta cylin- derdelen 11 runt dess omkrets. I detta exempel utgör de övre ändytorna 82-85 på sidoväggarna 21,22 transmissionskåpan 24 och gavelplattan 25 tillika respektive dels övre kant. I alternativa utföringsformer räcker det med att respektive del 21,22,24,25 är utformad med analoga ytor som ej samtidigt behöver vara kant.

I en alternativ utföringsform är det möjligt att sidoväggarna 21,22 är monterbart anfästa till vevhusdelen 13 i stället för att vara integrerade delar av densamma.

Såsom visas i figur 1 ärtransmissionskåpan 24 utformad med en fläns 20 till vilken är anfäst en kopplingskåpa, 38 inrymmande en med motorns 10 utgående axel förbunden koppling. Till kopplingskåpan 38 är anfäst en växellåda 47 avi sig konventionell utformning. Kopplingskåpan 38 och växellådan 47 inrymmer även en slutväxel som överför utgående drivkraft till drivaxlar (ej visade). Drivaxlarna är anordnade att utsträcka sig parall- ellt med motorn 10 och på ömse sidor om kopplingskåpan 38/växellådan 47, vilket antyder att det är fråga om ett fordon med tvärställd motor.

Till cylinderdelens 11 övre sida 23 är anfäst ett cylinderhuvud 26 med in- och utloppskanaler 27,28, in- och utloppsventiler 29,30 och två överligg- ande kamaxlar 31,32. ln- och utloppskanalerna 27,28 är anslutna till sed- vanliga arrangemang (ej visade) såsom exempelvis in- och utloppssystem 468 225 10 15 20 25 30 35 liksom ock tillhörande apparater för bränsleinsprutning, överladdnings- aggregat och avgasreningsarrangemang.

Mellan motorns 10 cylinderhuvud 26 och cylinderdel 11 är anordnad en topplockspackning 33. Mellan motorns 10 cylinderdel 11 och omgivande sidoväggarna 21,22, transmissionskåpan 24 och gavelplattan 25 är anord- nad en elastisk tätning 34 som utsträcker sig runt hela cylinderdelen 11.

Tätningen 34 är avsedd för avtätning av motorns 10 vevhus. Tätningen 34 är med fördel utformad med en bälgformad tvärsnittsform, vilket medger att den kan röra sig både i sitt eget plan, kan avvinklas och kan medge olika höjdlägen för olika delar av tätningen 34. Såsom närmare visas i figur 6 är tätningen 34 vid sin inre kant 35 även tätande fastpressad mellan cylinderhuvudet 26 och cylinderdelen 11. Genom att topplocks- packningen 33 är i det närmaste helt stel undviks att den elastiska tätning- en 34 sammanpressas alltför mycket mellan cylinderhuvudet 26 och cylin- derdelen 11.Tätningen 34 fasthålls ytterligare av en hållare 36 som me- delst bultförband 37 är anfäst vid cylinderdelen 11 och vilken hållare 36 är ingjuten itätningen 34. I den visade utföringsformen är hållaren 36 vin- kelbockad, men även andra former är tänkbara.

Vid tätningens 34 yttre kant är ingjuten en plåtkant, vilken medelst ett antal bultförband 39 ärtätande anfäst vid de övre ändytorna av sidovägg- arna 21,22, gavelplattan 25 respektive kåpan 24. Härför är dessa ändytor utformade med monteringshål 40.

På den lagringsaxeln 19 motstående sidan, i figurerna 2a och 2b den hög- ra sidan, av cylinderdelen 11 är anordnat fyra vevstaksliknande stag 41, vilka även schematiskt visas i figuren 5. Stagen 41 är i sina respektive övre ändar lagrade vid en längsgående axel 42, som i sin tur är anfäst i fem cy- linderdelsfasta lagerbockar 43. Stagen 41 är i sina respektive nedre ändar excentriskt lagrade på en excenteraxel 44, vilken är anfäst i fem vevhus- delsfasta lagerbockar 45. De fem cylinderdelsfasta lagerbockarna 43 är i längsled anordnade vid cylinderdelens 11 ändar respektive i området mel- lan cylindrarna 12, där cylinderdelen 11 har förhållandevis hög styvhet.

Stagen 41 är i sina undre ändar utformade med separata lageröverfall 46 som möjliggör enkel montering och demontering av desamma relativt ex- centeraxeln 44. Vid excenteraxelns 44 främre ände är anfäst ett drivhjul lO 15 20 25 30 35 7 468 223 ingående i en transmission medelst vilken excenteraxeln 44 kan roteras.

Excenteraxeln 44 kan roteras maximalt ca ett halvt varv, vilket motsvarar stagens 41 maximala slaglängd och även motsvarar det intervall inom vil- ket motorns 10 kompression kan varieras. Stagen 41 samverkar med an- slag 49 utformade på cylinderdelens 11 sida, så att sidoytor 50 på respekti- ve stag 41 kommer till anliggning mot anslagen 49 i excenteraxelns 44 båda ändlägen. Genom att på detta sätt anordna en formfast begräns- ning av excenteraxelns 44 rotation kan excenteraxeln 44 i sidled placeras nära cylinderdelen 11. Motorn 10 kan därigenom utformas kompakt.

Såsom visas i figur 3 är en vid vevaxelns 14 främre ände anfäst remskiva 51 utnyttjad för att med en gemensam drivrem 52 driva olika hjälpapparater för motorn 10,såsom generator 53, styrservopump 54 och vattenpump 55.

Samtliga dessa hjälpapparater 53-55 är anfästa till motorns 10 vevhusdel 13 via sedvanliga konsoler,anfästa vid de uppdragna sidoväggarna 21,22.

Härför är sidoväggarna 21,22 på sina utsidor utformade med anfästnings- hål 72, av vilka några är visade i figur 1, eller motsvarande som möjliggör anfästning av hjälpapparaterna 53-55 på i sig konventionellt sätt medelst bultförband. Vid vevhusdelen 13 är även via en konsol 56 anfäst en elek- trisk motor 57 som via en kuggrem 58 driver en kuggförsedd remskiva 59 och ett med denna vridfast förbundet kugghjul (ej visat) . Kugghjulet bil- dar tillsammans med ett invändigt kugghjul en växel inrymd i ett urtag i transmissionskåpan 24 och som ärtäckt av ett lock 61. Det invändiga kugghjulet utgör tillika drivhjul för excenteraxeln 44.

En dylik växel med ett kugghjul anordnat inuti ett hjul med invändiga kuggar äri sig välkänt och benämns bl a harmonic drive. Genom att utfor- ma kugghjulet med ett visst antal kuggar och att därvid utforma det in- vändiga kugghjulet med enbart en ytterligare kugg, erhålls en växel med hög utväxling. När kugghjulet har roterats ett varv har det invändiga kugg hjulet vridit sig en vinkel motsvarande en kugge. På detta sätt kan det invändiga kugghjulet och den med denna fast förbunna exenteraxeln 44 roteras med hög precision med hjälp av elmotorn 57. Excenteraxeln 44i detta exempel kan maximalt roteras ett halvt varv, motsvarande att sta- gen 41 maximalt respektive minimalt tippar cylinderdelen 11 relativt vev- husdelen 13 och vilket även motsvarar motorns 10 minimala respektive maximala kompressionsförhållande. -l>~ 10 15 20 25 30 35 PO 2 (_;~.l Figuren 4 visar en transmission för drivning av motorns 10 två kamaxlar 31,32. Ett vid vevaxeln 14 anfäst kedjehjul 63 driver via en första kedja 64 ett fritt lagrat mellanhjul 65. Mellanhjulet 65 driver via en andra kedja 66 två kedjehjul 67,68 anordnade vid de båda kamaxlarna 31,32. Genom att anordna mellanhjulet 65 koncentriskt med cylinderdelens 11 lagringsaxel 19, kommer drivningen av kamaxlarna 31,32 inte nämnvärt påverkas vid cylinderdelens 11 vridningsläge relativt vevhusdelen 13. Båda kedjorna 64,66 sträckes av konventionella spännanordningar 69,70 och den andra kedjan styrs även av en konventionell ledskena 71.

Figuren 7 visar schematiskt ett elektriskt styrsystem för att reglera elmo- torn 57 och därmed även för att reglera motorns 10 kompressionsförhål- lande. En mikroprocessorbaserad styrenhet 75 är förbunden med en giva- re 76 i motorns 10 inloppssystem och erhåller via denna en signal repre- senterande trycket i inloppssystemet. Detta tryck är ett mått på motorns 10 belastning. Styrenheten 75 är även förbunden med en givare 77 som till styrenheten avger en signal representerande vevaxelns 14 rotations- hastighet, dvs motorns 10 varvtal. Med ledning av dessa motorparametrar och i minneskretsar i styrenheten 75 lagrade börvärden för ett önskat kompressionsförhållande, avger styrenheten 75 en utsignal till elmotorn 57 att intaga ett visst vridningsläge. Därvid påverkas via den ovannämnda transmissionen excenteraxeln 44 att inta ett motsvarande vridningsläge, varvid cylindrdelen 11 vrides kring lag ringsaxeln 19 och det önskade kompressionsförhållandet erhålls.

Som ovan nämnts kan excenteraxel 44 enbart roteras ca ett halvt varv medan elmotorn 57 för att åstadkomma detta måste roteras ett flertal varv. Vid exenteraxeln 44 är anordnad en lägesgivare 78 avkännande exenteraxelns 44 relativa rotationsläge, och vilken lägesgivare 78 år åter- kopplad till styrenheten 75 för att avge en signal motsvarande exenter- axelns 44 rotationsläge och därmed indirekt även motorns 10 komp- ressionsförhållande. En dylik lägesgivare 78 kan exempelvis vara utformad som en potentiometer. l mer utvecklade utföringsformer av uppfinningen kan styrenheten 75 och givarna 36,77 ingå i större enheterför reglering av motorn 10 ochde be- höver därför inte utgöras av separata komponenter eller vara anordnade enbart för reglering av elmotorn 57 såsom exemplifierats ovan. 10 15 20 25 30 35 9 468 223 _ l det fall motorn regleras medelst ett elektriskt styrt gasreglage 79 kan ett dylikt förbindas med styrenheten 75 för att avge en signal för beräkning av önskat kompressionsförhållande i stället för de båda givarna 76,77 för inloppstryck och motorvarvtal. På figuren 7 är detta antytt med streckade linjer. På figuren 7 är med streckade linjer även antytt att styrenheten 75 g kan utnyttjas för att avge styrsignaler till motorns tändsystem 80 och i fö- rekommande fall till motorns överladdningssystem 81 för reglering av yt- terligare motorparametrar.

Genom att motorns 10 kompressionsförhållande på beskrivet sätt kan regleras kan motorn ävePfnärden körs med dellast köras så att ett högt kompressionstryck erhålls. Härvid erhålls fördelen av en förbättrad ter- misk verkningsgrad och minskad bränsleförbrukning. Med fördel bör motorn vara av överladdad typ vilket medför att kompressionstrycket kan varieras över ett brett driftsområde. Med fördel kan därför styrenheten 75 vara utformad att även reglera motorns 10 överladdningsaggregat 81. l beroende av styrsignaler från styrenheten 75 kommer således elmotorn 57 att rotera excenteraxeln 44, så att cylinderdelen 11 under inverkan av stagen 41 påverkar cylinderdelen 11 att inta en viss vinkel relativt vevhus- delen 13 för att därigenom ge motorn 10 ett visst, aktuellt kompressions- förhållande.

I samband med dessa relativa rörelser mellan cylinderdelen 11 och vevhus- delen 13 utsätts tätningen 34 för såväl dragning, tryck och vridning.

Genom att tätningen 34 utefter sin yttre kant är anfäst till samma plan och att dess inre kant 35 också utefter ett plan och att dessa båda plan ligger väsentligen i samma plan, eller åtminstone i närheten av varandra, utsätts tätningen 34 ändock inte för några större påkän ningar. Tätning- ens 34 egen elasticitet tillsammans med den veckade bälgformen medför att den förmår att uppta och medfölja de relativa rörelser som förekom- mer mellan cylinderdelen 11 och vevhusdelen 13.

Tätningen 34 kan utformas som en integrerad enhet, vilket både under- lättar monterbarheten och säkerställer god tätning. I en alternativ utför- ingsform kan tätningen 34 även tänkas vara integrerad med topplocks- packningen 33. __ 1o 4t>8 225 Möjligheterna att på detta sätt åstadkomma en god tätning bildas av ut- formningen av sidoväggarna 21,22, gavelplattan 25 och transmissions- kåpan 24. Denna utformning möjliggör också att de av vevaxeln 14 drivna hjälpapparaterna 53-55 enkelt kan anfästas till motorn 10, utan att hän- 5 syn behöver tas till att cylinderdelen 11 är rörlig relativt vevhusdelen 13.

Uppfinningen är inte begränsad av den exemplifierade utföringsformen utan kan inom ramen av bifogade patentkrav med fördel utnyttjas även i ett flertal olika modifierade utföringsformer.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 11 Patentkrav

1. Förbränníngsmotor (10) vid vilken en cylinderdel (11) är vridbart anfäst till en vevhusdel (13) och under inverkan av reglerorgan kan intaga olika vridlägen för att åstadkomma olika kompressionsförhållanden kännetecknad av att vevhusdelen (13) är utformad med och/eller är förbunden med sido- väggar (21,22,24,25) utsträckande sig att omsluta cylinderdelen (11), att sidoväggarna (21,22,24,25) i höjdled är utformade med övre begräns- ningsytor (82-85),vilka ligger väsentligen i samma plan och att en tätning (34) är anordnad mellan sidoväggarnas (21,22,24,25) begränsningsytor (82-85) och cylinderdelen (1 1) för att ås- tadkomma tätning mellan vevhusdelen (13) och cylinderdelen (11).

2. Förbränníngsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att sidoväggarnas (21,22,24,25) begränsningsytor (82-85) ligger väsentligen på samma nivå som ett delningsplan mellan cylinderdelen (11) och ett till denna anfäst cylinderhuvud (26).

3. Förbränníngsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att tät- ningen (34) är utformad av ett elastiskt material som vid sin inre kant (35) är anfäst till en hållare (36) av ett stelt material och att hållaren (36) me- delst bultförband (37) är anfäst till cylinderdelen (11).

4. Förbränníngsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att en inre kant (35) av tätningen (34) ärtätande fastpressad mellan cylinderde- len (11) och ett cylinderhuvud (26).

5. Förbränníngsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att tät- ningen (34) uppvisar en bälgform utsträckande sig i omkretsled runt cy- linderdelen (11).

6. Förbränníngsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att sidoväggarna är utformade som två vevhusdelsfasta sidoväggar (21 ,22) utsträckande sig på ömse sidor om cylinderdelen (1 1) och att dessa sido- väggar (21,22) vid motorns (10) främre respektive bakre ände är förbund- na medelst monterbara sidoväggar (24,25). 0"*- CO 12 22 (JJ

7. Förbränningsmotor enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d a v att de vevhysdelsfasta sidoväggarna (21 ,22) är utformade integrerade med vev- husdelen (13) och att en av de monterbara sidoväggarna är utformad som en transmissionskåpa (24) som medelst bultförband är anfäst till vevhus- delen (13) och de vevhusdelsfasta sidoväggarna (21,22).

8. Förbränningsmotor enligt patentkrav1 k ä n n e t e c k n a d a v att de vevhusdelsfasta väggarna (21,22) på sina utsidor är utformade med anfäs- ningshål för hjälpapparater (53-55) för motorn. 'i