SE513061C2 - Förfarande och anordning för ändring av kompressionsförhållandet i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 D61 2 hållandet. För detta erfordras lämpliga ventilsystem och system för inmatning av luft och bränsle, men dessa system utgör ingen del av föreliggande uppfinning och kommer därför inte att beskrivas närmare.

Ovan angivna ändamål åstadkommes medelst ett förfarande och en anordning av inledningsvis angivet slag, varvid förhållan- det enligt uppfinningen utmärkes av de särdrag, som anges i den kännetecknande delen av patentkravet 1, medan anordningen enligt uppfinningen utmärkes av de särdrag, som anges i den kännetecknande delen av patentkravet 2. Enligt uppfinningen får man vid vridning av inställningsskivorna en relativ rörelse hos vevaxelns rotationsaxellinje i förhållande till cylinderhuvudet och cylindern eller cylindrarna i två dimen- sioner, nämligen dels parallellt med längdaxellinjen för varje cylinder i motorn, dels vinkelrätt mot denna. På detta sätt får man förutom en ändring av kompressionsförhàllandet även en sidoförskjutning av vevaxeln, vilket innebär att vinkelförhàllandet för vevstaken i varje cylinder förändras.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen beskrives i underkraven.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l är en schematisk ändvy av en förbränningsmotor med en anordning enligt en utföringsform av uppfinningen, fig. 2 visar ett schematiskt snitt genom motorn enligt fig. 1 vinkelrätt mot vevaxelns rotationsaxellinje i läge för minsta kompressionsförhållande, fig. 3 visar ett snitt som motsvarar fig. 2, men i läge for högsta kompressionsförhållande, fig. 4 visar ett schematiskt längdsnitt genom motorn enligt fig. l, i huvudsak genom cylindrarnas längdaxellinjer, i läge för minsta kompressionsförhållande, fig. 5 visar ett snitt som motsvarar fig. 4, men i läge för högsta kompressionsförhållande, fig. 6 är en schematisk, delvis skuren ändvy av en motor enligt en annan utföringsform av uppfinningen, 10 15 20 25 513 061 3 fig. 7 visar ett schematiskt längdsnitt genom en del av motorn enligt fig. 6, i huvudsak genom cylindrarnas längd- axellinjer, i läge för minsta kompressionsförhållande, fig. 8 visar ett mot fig. 7 svarande snitt, men i läge för högsta kompressionsförhållande, fig. 9 är en schematisk vy av en drivanordning för en kamaxel i en motor enligt uppfinningen.

På ritningarna visas en förbränningsmotor, som är utförd med en anordning enligt uppfinningen. Förbränningsmotorn innefat- tar på känt sätt ett motorblock 1 och ett cylinderhuvud 2.

Motorblocket 1 är på känt sätt nedåt tillslutet medelst ett oljetråg 3 och inrymmer ett antal cylindrar 4, i var och en av vilka en kolv 5 är anordnad för rörelse fram och åter.

Varje kolv 5 är medelst en vevstake 6 (visad som en grov punktstreckad linje i fig. 2-5) förbunden med en vevaxel 7, vilken är lagrad i motorblocket 1 för rotation kring en rotationsaxellinje 7a.

Cylinderhuvudet 2 är på känt sätt utformat med ett förbrän- ningsrum 8 för varje cylinder 4 samt inlopps- och utlopps- kanaler för att möjliggöra gasväxling i förbränningsrummet 8.

Av dessa kanaler visas i fig. 2 och 3 en inloppskanal 9, vars förbindelse med förbränningsrummet 8 styres medelst en ventil 10, som i sin tur regleras medelst en ventilmekanism ll.

Ventilmekanismen ll utgör ingen del av föreliggande uppfin- ning och beskrives därför inte närmare här. Ventilmekanismen 11 drives i sin tur av vevaxeln 7, och denna drivanordning kommer att beskrivas närmare nedan.

I cylinderhuvudet 2 finns dessutom för varje cylinder 4 ett tändstift 12, som på känt sätt med sin inre ände skjuter in i förbränningsrummet 8. Tändstiftet 12 och det tändsystem, i vilket detta ingår, hör inte heller till föreliggande uppfin- ning och beskrives därför inte närmare här. Om motorn är en dieselmotor finns givetvis inget tändstift, men i stället finns ett munstycke för bränsleinsprutning. minmm . h... m . 10 15 20 25 30 35 513 061 4 Vevaxeln 7 är enligt uppfinningen lagrad för rotation i ramlager i motorblocket 1. Varje ramlager innefattar vid utföringsformen enligt fig. 1-5 en inställningsskiva 13, 14 resp. 15, såsom bäst visas i fig. 4 och 5. Var och en av inställningsskivorna 13, 14 och 15 är därvid försedd med en lageröppning 16, 17 resp. 18, och vevaxeln 7 är lagrad för rotation i dessa lageröppningar. Lageröppningarna 16, 17 resp. 18 är excentriskt anordnade i inställningsskivorna 13, 14 resp. 15, såsom tydligast framgår av fig. 2 och 3. In- ställningsskivorna 13, 14 och 15 är i sin tur lagrade för vridning i lageröppningar 19, 20 och 21 i motorblocket 1.

De vid motorns ändar belägna inställningsskivorna 13 och 15 är vidare utformade med lagerbanor 22 resp. 23, vilka är anordnade koncentriskt med vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a.

På lagerbanorna 22 och 23 är lager 24 resp. 25 anordnade, vilka lager är anordnade i lageröppningar 26 resp. 27 i gavlar 28 resp. 29 i en ram 30. Ramen 30 omger motorblocket 1 och uppbär via inställningsskivorna 13 och 15 hela motorn.

Ramen 30 är avsedd att vara fast monterad, och mot ramen 30, närmare bestämt dess gavel 29, kan en koppling och en växel- låda anslutas på känt sätt.

Vid vridning av inställningsskivorna 13, 14 och 15 medelst en mekanism, som beskrives närmare nedan, komer motorblocket 1 och cylinderhuvudet 2 att förflyttas i förhållande till ramen 30. För att denna förflyttning skall ske på önskat sätt är den övre delen av motorblocket 1 styrd i förhållande till ramen 30 medelst styrorgan (icke visade).

Inställningsskivorna 13, 14 och 15 är försedda med kuggseg- ment 31, 32 resp. 33, som är koncentriska med lageröppningar- na 19, 20 resp. 21 i motorblocket 1. Kuggsegmenten 31, 32 och 33 står i ingrepp med kugghjul, av vilka ett visas vid 34 i fig. 2 och 3, på en ihålig regleraxel 35, vilken är lagrad för vridning i motorblocket 1. Regleraxeln 35 är därvid utförd som en del av en hydraulisk vridcylinder, och den visas i närheten av sina ändlägen i fig. 2 och 3. 10 15 20 25 30 v 35 513 061 5 Vid vridning av inställningsskivorna 13, 14 och 15 medelst kugghjulen 34 på regleraxeln 35 kommer vevaxelns 7 rotations- axellinje 7a att förflyttas i förhållande till motorblocket 1 och cylinderhuvudet 2. Vid den på ritningarna visade ut- föringsformen sker detta därvid genom att motorblocket 1 och cylinderhuvudet 2 förskjutes i förhållande till vevaxeln 7, medan vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a är fast i förhållande till ramen 30. Vid vridningen av inställningsskivorna 13, 14 och 15 förflyttas vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a mot eller bort från den yta av cylinderhuvudet 2, som avgränsar för- bränningsrummet 8 i cylindern 4. Detta innebär att kolvens 5 övre vändläge ändras, vilket i sin tur innebär att förbrän- ningsrumets 8 volym då kolven 5 befinner sig i sitt övre vändläge förändras. Detta innebär även att motorns kompres- sionsförhållande ändras. I fig. 2 och 4 visas kolven 5 i sitt övre vändläge med vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a belägen på största möjliga avstånd från cylinderhuvudet 2, och i fig. 3 och 5 visas kolven 5 i sitt övre vändläge med vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a belägen på minsta möjliga avstånd från cylinderhuvudet 2. Detta innebär att fig. 2 och 4 visar lägsta möjliga kompressionsförhållande, medan fig. 3 och 5 visar högsta möjliga kompressionsförhållande.

I fig. 6-8 visas en motor enligt en annan utföringsform av uppfinningen. Denna skiljer sig i vissa avseenden från motorn 'enligt fig. 1-5. De detaljer, som är gemensama för de båda utföringsformerna, betecknas dock i samtliga figurer med sama hänvisningsbeteckningar.

Vid motorn enligt fig. 6-8 är vevaxeln 7 lagrad för rotation i lager 36-38 i ett motorblock 39, som i detta fall icke innefattar motorns cylindrar 4. Dessa är i stället anordnade i en cylinderbank 40, vilken är anordnad ovanför motorblocket 39 och på vilken cylinderhuvudet 2 är monterat.

Cylinderbanken 40 är förbunden med motorblocket 39 medelst inställningsskivorna 13-15, vilka är lagrade för vridning kring lagren 36-38, samt förbindningsskivor 41-43. Förbind- ningsskivorna 41-43 är lagrade på den yttre omkretsen av 10 15 20 25 30 35 513 061 6 resp. inställningsskiva 13-15 och är förbundna med cylinder- banken 40 medelst skruvar 44.

Regleraxeln 35 är vid utföringsformen enligt fig. 6-8 ut- formad med kuggsegment 45 för samverkan med inställnings- skivornas 13-15 kuggsegment 31-33, såsom bäst framgår av fig. 6.

Vid vridning av inställningsskivorna 13-15 kommer cylinder- banken 40 och cylinderhuvudet 2 att förflyttas i förhållande till motorblocket 39, så att man får den önskade förändringen av kompressionsförhållandet på motsvarande sätt som be- skrivits i samband med utföringsformen enligt fig. 1-5. I fig. 7 visas därvid vevaxeln 7 med sin rotationsaxellinje 7a belägen på största möjliga avstånd från cylinderhuvudet 2, medan fig. 8 visar vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a belägen på minsta möjliga avstånd från cylinderhuvudet 2. Detta innebär att fig. 7 visar lägsta möjliga kompressionsförhål- lande, medan fig. 8 visar högsta möjliga kompressionsför- hållande.

Den i fig. 6-8 visade utföringsformen är även möjlig att använda vid motorer med flera cylinderbankar, exempelvis V-motorer och boxermotorer, varvid samtliga cylinderbankar kan manövreras medelst en enda regleraxel.

I fig. 1 och 6 visas även en anordning för drivning av en i cylinderhuvudet 2 anordnad mellanaxel 46, som i sin tur driver ventilmekanismen 11. Mellanaxeln 46 drives av vevaxeln 7 medelst en drivkedja 47, som visas med punktstreckade linjer. Drivkedjan 47 drives av vevaxeln 7, och då vevaxeln 7 förflyttas i förhållande till cylinderhuvudet 2 genom att inställningsskivorna 13, 14 och 15 vrides ändras givetvis avståndet mellan mellanaxeln 46 och vevaxeln 7. För att drivkedjan 47 hela tiden skall hållas sträckt är denna på båda sidor om vevaxeln 7 förd över utjämningshjul 48. Varje utjämningshjul 48 är monterat på en arm 49, vars ena ände är ledbar kring en punkt 50, som är fast i förhållande till vevaxeln 7. Den andra änden av vardera armen 49 är ledbart 10 15 20 25 30 513 061 7 ansluten till en punkt 51, som är rörlig tillsamans med cylinderhuvudet 2. På detta sätt åstadkommes att man obe- roende av läget hos vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a i förhållande till cylinderhuvudet 2 håller drivkedjan 47 spänd, varvid detta sker utan någon förändring av det in- bördes vridningsläget mellan vevaxeln 7 och mellanaxeln 46.

Såsom framgår av fig. 1 och 6 driver mellanaxeln 46 en sekun- därkedja 52 resp. 53, som i sin tur driver ventilmekanismen ll. Sekundärkedjan 52 resp. 53 påverkas inte av vevaxelns 7 rörelse i förhållande till cylinderhuvudet 2 och några ut- jämningsanordningar för sekundärkedjan 52 resp. 53 erfordras därför icke.

I fig. 9 visas en alternativ utföringsform av drivanordning för ventilmekanismen 11. Vid denna utföringsform driver vevaxeln 7 en drivaxel 54 i ventilmekanismen medelst ett enda drivorgan i form av en kuggrem 55 med kuggar på båda sidorna.

Kuggremen 55 är därvid förd över utjämningshjul 56 på båda sidor om vevaxeln 7. Utjämningshjulen 56 är på motsvarande sätt som vid utföringsformen enligt fig. 1 och 6 anordnade på armar 57. Den ena änden av varje arm är ledbart fäst vid en punkt 58, som är fast i förhållande till vevaxeln 7, medan den andra änden av varje arm 57 är ledbart ansluten till en punkt 59, som är fast i förhållande till cylinderhuvudet 2.

Dessutom finns ett spännhjul 60, som är anordnat att hålla kuggremmen 55 under lämplig spänning för undvikande av glapp.

I fig. 7 visas det ena ändläget för armarna 57 med heldragna linjer, medan det andra ändläget visas med punktstreckade linjer. Det bör i detta samanhang även observeras att kugg- remen 55 kan utbytas mot en kedja om detta skulle vara önskvärt.

Såsom framgår särskilt av fig. 2 och 3 får man vid vridning av inställningsskivorna 13-15 en förflyttning av vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a inte endast parallellt med cylinderns 4 längdaxellinje, utan även vinkelrätt mot denna. Förflytt- ningen sker således i två dimensioner. Därigenom ändras 10 15 20 25 30 513 061 8 givetvis även vevstakens 6 vinkel i förhållande till cylind- erns 4 längdaxellinje.

Denna ändring av vevstakens 6 vinkel i förhållande till cylinderns 4 längdaxellinje 4a framgår vid en jämförelse mellan fig. 2 och 3, vilka båda visar läget då kolven 5 befinner sig i sitt övre vändläge. I fig. 2 är vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a förskjuten i sidled i förhållande till cylinderns 4 längdaxellinje. Detta innebär att kolven 5 under den sista delen av kompressionsslaget rör sig en längre sträcka för varje grads vridning av vevaxeln 7 än vid den första delen av det efterföljande arbetsslaget. På detta sätt kan man uppnå en ökning av motorns verkningsgrad.

I fig. 3 är vevaxelns 7 rotationsaxellinje 7a förskjuten en" mindre sträcka i förhållande till cylinderns 4 längdaxel- linje, och det är givetvis möjligt att genom lämplig dimen- sionering av inställningsskivorna 13-15 och lämplig placering av dessa åstadkomma en sidoförskjutning av vevaxelns 7 rota- tionsaxellinje 7a som ger det önskade rörelsemönstret hos kolven 5 vid olika kompressionsförhållanden.

Ovan beskrivna förhållanden gäller givetvis även vid den i fig. 6-8 visade utföringsformen.

Den ovan beskrivna anordningen ger såsom angivits tidigare möjlighet till ändring av motorns kompressionsförhållande inom ett stort område. Denna ändring kan utföras då motorn är i drift, och genom lämplig reglering av rörelserna hos reg- leraxeln 35 kan man ändra kompressionsförhållandet hos motorn på så sätt, att det anpassas till de aktuella belastningsför- hållandena. Ändringen genomföres därvid medelst ett enda manöverorgan i form av en regleraxel, och detta gäller obero- ende av antalet cylindrar i motorn och oberoende av antalet cylinderbankar och deras placering.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 513 061 9 Patentkrav

1. Förfarande för inställning av kompressionsförhållandet i en förbränningsmotor genom ändring av det inbördes avståndet mellan rotationsaxellinjen för motorns vevaxel och den yta av motorns cylinderhuvud, som utgör begränsning vid änden av varje cylinder i motorn, varvid ändringen sker genom inbördes förflyttning längs en förutbestämd bana, som medför förflytt- ning både parallellt med ett plan, som innehåller längdaxel- linjen i var och en av cylindrarna, och vinkelrätt mot detta plan, k ä n n e t e c k n a t av att vevaxeln hålles med sin rotationsaxellinje i oförändrat läge och cylinderhuvudet tillsammans med cylindern eller cylindrarna förflyttas längs den förutbestämda banan.

2. Anordning för genomförande av förfarandet enligt krav 1 för inställning av kompressionsförhållandet i en förbrän- ningsmotor genom ändring av det inbördes avståndet mellan rotationsaxellinjen (7a) för motorns vevaxel (7) och den yta av motorns cylinderhuvud (2), som utgör begränsning vid änden av varje cylinder (4) i motorn, varvid vevaxeln (7) är lagrad för rotation i excentriskt placerade lageröppningar (16-18) i cirkulära inställningsskivor (13-15), vilka är vridbart lagrade i lageröppningar (19-21) i motorns motorblock (1), varjämte en vridningsanordning (31-35) är kopplad till in- ställningsskivorna (13-15) för samtidig vridning av dessa i förhållande till motorblocket (1), av att en inställningsskiva (13, 15) är anordnad vid vardera k ä n n e t e c k n a d änden av vevaxeln (7), varvid var och en av dessa inställ- ningsskivor (13, 15) har en med lageröppningen (16-18) kon- centrisk lagerbana (22, 23), medelst vilken inställnings- skivan (13, 15) är vridbart lagrad i en ram (30), samt att motorblocket (1) medelst åtminstone ett styrorgan är för- bundet med ramen (30) för styrd förflyttning i förhållande till denna vid vridning av inställningsskivorna (13-15) medelst vridningsanordningen (31-35), vilken är fast anordnad i förhållande till motorblocket (1). 10 15 20 25 30 513 061 10

3. Anordning för genomförande av förfarandet enligt krav 1 för inställning av kompressionsförhållandet i en förbrän- ningsmotor genom ändring av det inbördes avståndet mellan rotationsaxellinjen för motorns vevaxel och den yta av motorns cylinderhuvud, som utgör begränsning vid änden av varje cylinder i motorn, k ä n n e t e c k n a d av att vevaxeln (7) är lagrad för rotation i lager (36-38) i motorns motorblock (39), att cirkulära inställningsskivor (13-15) medelst excentriskt placerade lageröppningar är lagrade för vridning i motorblocket (39), att åtminstone en cylinderbank (40), vilken inrymmer motorns cylindrar (4) och på vilken cylinderhuvudet (2) är monterat, är förbunden med överför- ingsskivor (41-43), vilka är lagrade på inställningsskivornas (13-15) yttre omkrets, samt att en vridningsanordning (31, 35, 45) är kopplad till inställningsskivorna (13-15) för samtidig vridning av dessa i förhållande till motorblocket (39).

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att vridningsanordningen utgöres av en hydraulisk vridcy- linder (35) med kugghjul eller kuggsegment (34, 45), som står i ingrepp med kuggsegment (31-33) på var och en av inställ- ningsskivorna (13-15).

5. Anordning enligt något av krav 2-4, varvid vevaxeln (7) på känt sätt är anordnad att driva en ventilmekanism (ll) i cylinderhuvudet (2) medelst åtminstone ett drivorgan i form av en kedja (47) eller en kuggrem (55), n a d av att drivorganet (47, 55) är fört över två utjäm- k ä n n e t e c k - ningshjul (48, 56), vilka är anordnade för förflyttning i motsvarighet till förflyttningen av vevaxelns (7) rotations- axellinje (7a) i förhållande till motorblocket (1, 39), utan inbördes vridningsrörelse mellan vevaxeln (7) och ventilmeka- nismen (ll).