SE513062C2 - Förfarande för styrning av arbetsförloppet i en förbränningskolvmotor samt motor för genomförande av förfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 513 062 2 av skadliga avgaser. Detta åstadkommes med ett förfarande, som utmärkes av de särdrag, som anges i den kännetecknande delen av patentkravet 1, samt med en motor, som utmärkes av de särdrag, som anges i den kännetecknande delen av patent- kravet 11.

Fördelaktiga utföringsformer av förfarandet och motorn enligt uppfinningen anges i de osjälvständiga krav, som är knutna till patentkravet 1 respektive patentkravet 11.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, som i delvis schematisk form visar olika utföringsformer av en motor enligt uppfinningen för genomfö- rande av förfarandet enligt uppfinningen, varvid fíg. 1 är en schematisk ändvy av en förbränningskolvmotor enligt en utföringsform av uppfinningen, fig. 2 är en schematisk vy av motorn enligt fig. 1 med till- hörande styrsystem, fig. 3 visar ett tvärsnitt genom en anordning för inmatning av luft till motorn enligt fig. 1 och 2, fig. 4 visar ett schematiskt snitt genom motorn enligt fig. 1 vinkelrätt mot vevaxelns rotationsaxellinje, fig. 5 visar ett schematiskt längdsnitt genom motorn enligt fig. 1, i huvudsak genom cylindrarnas längdaxellinjer, fig. 6 visar ett schematiskt snitt genom en del av motorn enligt fig. 1, fig. 7 är en delvis skuren sidovy av en drivanordning för kammekanismen i motorn enligt fig. 1, fig. 8 är en uppifrån sedd planvy, delvis skuren och med vissa delar borttagna, av en del av en kammekanism enligt uppfinningen, fig. 9 och 10 är schematiska sidovyer av delar av ventilme- kanismen i en motor enligt fig. 1, fig. 11 är ett tryck-volymdiagram (PV-diagram), som visar arbetsförloppet i motorn enligt fig. 1.

I fig. 1 visas schematiskt en förbränningskolvmotor 1 med ett cylinderhuvud 2 och ett motorblock 3. I motorblocket 3 är en vevaxel 4 lagrad på ett sätt, som beskrives närmare nedan. 10 15 20 25 30 513 062 3 Motorn 1 har en eller flera cylindrar, men antalet cylindrar är i huvudsak utan betydelse vad gäller uppfinningen, och därför anges icke något bestämt cylinderantal.

Motorn 1 är försedd med ett inloppssystem 5 och ett avgas- system 6, som endast visas delvis. Både inloppssystemet 5 och avgassystemet 6 har givetvis anslutning till var och en av motorns 1 cylindrar.

I motorns 1 inloppssystem 5 ingår en inmatningsanordning 7 för inmatning av luft till motorn 1. Inmatningsanordningen 7 tar in luft genom en inloppsledning 8, som är försedd med en luftrenare 9. Inmatningsanordningen 7 tar vanligen in omgiv- ningsluften, men det är även tänkbart att inmatningsanord- ningen 7 förses med luft med annan temperatur och/eller annat tryck. I detta sammanhang bör även observeras att inmatnings- anordningen 7 inte behöver förses med luft med normal samman- sättning, utan man kan även tänka sig att inmatningsanord- ningen 7 förses med en gas eller gasblandning med annan sammansättning, eventuellt även blandad med bränsle. För enkelhets skull användes emellertid i denna beskrivning uttrycket "luft", varvid detta uttryck skall anses innefatta även ovan angivna variationer.

Inmatningsanordningen 7 drives medelst ett drivorgan 10, vilket visas med punktstreckade linjer i fig. 1 och i sin tur drives av vevaxeln 4. Drivorganet 10 driver ett drivhjul 11, som är fäst på en axel 12 i inmatningsanordningen 7. Driv- organet 10 kan utgöras av vilket som helst känt drivorgan, exempelvis en kedja, en kuggrem eller liknande. Alternativt kan kraftöverföringsanordningen mellan vevaxeln 4 och axeln 12 i inmatningsanordningen 7 utgöras av en kugghjulstransmis- sion eller någon annan kraftöverföringsanordning, som i likhet med den visade ger ett fast utväxlingsförhållande mellan vevaxeln 4 och axeln 12.

Motorn l innefattar även en förflyttningsanordning 13, vilken möjliggör ändring av det inbördes avståndet mellan rotations- axellinjen 4a för vevaxeln 4 och cylinderhuvudet 2. Genom 10 15 20 25 30 513 062 4 ändring av detta avstånd åstadkommes en ändring av motorns 1 kompressionsförhållande, och detta kommer att beskrivas närmare nedan.

Vidare är motorn 1 i cylinderhuvudet 2 försedd med en ventil- mekanism 14, vilken antydes schematiskt i fig. 1 och kommer att beskrivas närmare nedan. Ventilmekanismen 14 drives vid den i fig. 1 visade utföringsformen av vevaxeln 4, vilken driver ett drivorgan 15 i form av en kedja eller liknande.

Kedjan 15 driver ett kedjehjul 16 på en mellanaxel 17. Mel- lanaxeln 17 uppbär dessutom ett sekundärkedjehjul 18, som driver en sekundärkedja 19, vilken i sin tur driver ett kedjehjul 20, som är förbundet med ett transmissionshjul 21 i ventilmekanismen 14.

Till motorn 1 hör även en ram 22, vilken omger motorblocket 3 och uppbär hela motorn 1 på ett sätt, som beskrives närmare nedan. Ramen 22 är avsedd att vara fast monterad i exempelvis ett fordon, och mot ramen 22 kan en koppling och en växellåda anslutas på känt sätt.

I fig. 2 visas motorn enligt fig. 1 i mindre skala, och i fig. 2 visas även ett styrsystem för styrning av arbetsför- loppet i motorn 1, varvid detta styrsystem visas mycket schematiskt. Styrsystemet innefattar en styrenhet 23, till vilken är anslutna ett antal givare för inmatning av värden på olika parametrar till styrenheten 23 samt ett antal reg- lerorgan, som från styrenheten 23 får signaler för reglering av olika funktioner hos motorn. Således finns ett reglerorgan 24 för inställning av motorns kompressionsförhållande och avgivande av signaler till styrenheten 23 beträffande det aktuella värdet på kompressionsförhållandet. Vidare finns ett reglerorgan 25 för inställning av den av inmatningsanord- ningen 7 avgivna luftmängden och för avgivande av signaler till styrenheten 23 beträffande reglerorganets 25 aktuella läge. På liknande sätt finns ett reglerorgan 26 för inställ- ning av ventilmekanismen 14 och för avgivande av signaler till styrenheten 23 angående reglerorganets 26 aktuella inställningsläge. Vidare finns en givare 27 för avgivning av 10 15 20 25 30 35 513 062 5 signaler beträffande motorns aktuella varvtal, en givare 28 för avgivande av signaler beträffande det aktuella läget hos en gaspedal 29 eller ett annat gasreglage i det fordon, i vilket motorn 1 är monterad. Dessutom finns en givare 30 för avgivande av signaler beträffande tryck och/eller temperatur hos omgivningsluften samt en givare 31 för avgivande av signaler beträffande tryck och/eller strömningshastighet i inloppssystemet 5. Slutligen är styrenheten 23 även kopplad till ett tändsystem för motorn, i fig. 2 schematiskt antytt med ett tändstift 32, samt till en bränsletillförselanordning 33 för tillförsel av bränsle till motorn 1. Funktionen hos dessa reglerorgan och givare kommer att beskrivas närmare nedan.

I fig. 2-4 visas inmatningsanordningen 7 i snitt. Axeln 12 är lagrad i ett hus 34 och uppbär en cirkulärcylindrisk rotor 35, vilken är utformad med ett antal radiella spår för vingar 36, som är förskjutbara i radiell riktning i spåren. I den radiellt yttre änden av var och en av vingarna 36 finns ett tätningsorgan 37, som är avsett att åstadkomma tätning mellan respektive vinge 36 och huset 34.

I huset 34 finns en fast cylindermantel 38, mot vars insida tätningsorganen 37 verkar. Cylindermanteln 38 är över en del av sin yta perforerad av öppningar 39. Utanför öppningarna 39 är huset 34 utformat med en inloppskanal 40, till vilken inloppsledningen 8 är ansluten. Öppningarna 39 är avsedda att utgöra ett inlopp till det inre av huset 15, och cylinderman- teln 38 är vidare försedd med en utloppsöppning 41, som är öppen mot en utloppskanal 42 i huset 34. Utloppskanalen 42 är i sin tur ansluten till inloppssystemet 5.

Utanför cylindermanteln 38 finns en yttre, delcylindrisk skärm 43, vilken är styrd för rörelse i huvudsak i anliggning mot utsidan av cylindermanteln 38. Skärmens 43 rörelse åstad- kommes med hjälp av reglerorganet 25, som exempelvis kan bestå av ett drivkugghjul, som står i ingrepp med kuggar på utsidan av skärmen 43 (icke visat i fig. 3). Vid sin rörelse kommer skärmen 43 att i större eller mindre utsträckning 10 15 20 25 30 35 513 062 6 frige öppningarna 39 för att ge luft från inloppskanalen 40 tillträde till det inre av huset 34. Då axeln 12 drives medelst drivanordningen 4, 10, 11 kommer rotorn 35 att rote- ra, varvid vingarna 36 medelst tätningsorganen 37 löper längs insidan av cylindermanteln 38. Vingarna 36 tätar därvid dels mot insidan av cylindermanteln 38, dels mot husets 34 gavlar och avgränsar separata luftkamrar 44, i var och en av vilka en bestämd luftmängd transporteras från inloppskanalen 40 till utloppskanalen 42. Under denna transport utsättes den i en luftkammare 44 inneslutna luftmängden för en tillstånds- förändring, som är olika beroende på läget hos skärmen 43.

I fig. 3 visas skärmen 43 i ett läge, där öppningarna 39 är frilagda och öppna mot inloppskanalen 40. Detta innebär att luftkammaren 44 inte avgränsas förrän den i rotationsrikt- ningen bakre vingen 36 har passerat samtliga öppningar 39.

Därvid är luftkammarens 44 volym så stor som möjligt, och vid fortsatt vridning av rotorn 35 åstadkommes en kompression av luften tills luftkammaren 44 öppnas mot utloppsöppningen 41 och utloppskanalen 42.

Om skärmen 43 från det i fig. 3 visade läget vrides till ett läge, där den största delen av öppningarna 39 täckes av skärmen kommer luft från inloppskanalen 40 att strömma in i en luftkammare 44, vars volym är relativt liten då den av- gränsas genom att den i rotorns 35 rotationsriktning bakre vingen 36 passerar kanten av skärmen 43. Vid fortsatt rota- tion av rotorn 35 kommer den i luftkammaren 44 inneslutna luftmängden att först uträtta arbete vid en expansion med åtföljande temperatursänkning och därefter utsättas för en viss återkompression till lämplig volym innan luftmängden i luftkammaren 44 genom utloppsöppningen 41 matas ut i utlopps- kanalen 42.

Genom inställning av läget hos skärmen 43 kan man således välja storleken hos den luftmängd, som inneslutes i varje luftkammare 44 och som avgränsad luftmängd föres till ut- loppsöppningen 41 och utloppskanalen 42. Beroende på skärmens 43 läge utsättes därvid den avgränsade luftmängden i varje 10 15 20 25 30 35 513 D62 7 luftkammare 44 för en tillstândsförändring, som ger en an- passning av luftens tryck och temperatur till motorns 1 luft- behov. Inställningen av skärmens 43 läge sker därvid med hjälp av reglerorganet 25.

Beträffande den detaljerade uppbyggnaden av inmatningsanord- ningen 7 och andra utföringsformer av densamma hänvisas till den samtidigt härmed inlämnade patentansökan med titel "För- farande och anordning för inmatning av luft till en förbrän- ningsmotor".

Såsom angivits ovan innefattar motorn 1 även en förflytt- ningsanordning 13, som möjliggör inställning av motorns kompressionsförhållande. Förflyttningsanordningen 13 visas bäst i fig. 4 och 5. I dessa figurer visas en av motorns cylindrar 45, i vilken en kolv 46 är anordnad för rörelse fram och åter. Kolven 46 är medelst en vevstake 47 (visad som en grov punktstreckad linje i fig. 4 och 5) förbunden med vevaxeln 4. I cylinderhuvudet 2 finns ett förbränningsrum 48 samt inlopps- och utloppskanaler för att möjliggöra gasväx- ling i detta. Av dessa kanaler visas i fig. 4 och 5 en in- loppskanal 49, vars förbindelse med förbränningsrummet 48 styres medelst en ventil 50, vilken i sin tur regleras me- delst ventilmekanismen 14 på ett sätt, som kommer att be- skrivas närmare nedan.

Vevaxeln 4 är lagrad för rotation i ramlager i motorblocket 3. Varje ramlager innefattar en inställningsskiva 51, 52 respektive 53, såsom framgår av fig. 5. Var och en av in- ställningsskivorna 51, 52 och 53 är försedd med en lager- öppning 54, 55 respektive 56, och Vevaxeln 4 är lagrad för rotation i dessa lageröppningar. Lageröppningarna 54, 55 respektive 56 är excentriskt anordnade i inställningsskivorna 51, 52 respektive 53 och är i sin tur lagrade för vridning i lageröppningar 57, 58 respektive 59 i motorblocket 3.

De vid motorns ändar belägna inställningsskivorna 51 och 53 är vidare utformade med lagerbanor 60 respektive 61, som är anordnade koncentriskt med vevaxelns 4 rotationsaxellinje 4a. 10 15 20 25 30 513 062 8 På lagerbanorna 60 och 61 är lager 62 respektive 63 anordna- de, vilka lager är anordnade i lageröppningar 64 respektive 65 i gavlar 66 respektive 67 i ramen 22, vilken därigenom via inställningsskivorna 51 och 53 uppbär hela motorn.

Vid vridning av inställningsskivorna 51, 52 och 53 medelst en mekanism, som beskrives närmare nedan, kommer motorblocket 3 och cylinderhuvudet 2 att förflyttas i förhållande till ramen 22. För att denna förflyttning skall ske på önskat sätt är den övre delen av motorblocket 3 styrd i förhållande till ramen 22 medelst styrorgan (icke visade).

Inställningsskivorna 51, 52 och 53 är försedda med kuggseg- ment 68, 69 respektive 70, som är koncentriska med lageröpp- ningarna 57, 58 respektive 59 i motorblocket 3. Kuggsegmenten 68, 69 och 70 står i ingrepp med kugghjul, av vilka ett visas vid 71 i fig. 4, på en ihålig regleraxel 72, vilken är lagrad för vridning i motorblocket 3. Regleraxeln 72 är utförd som en del av en hydraulisk vridcylinder och utgör en del av reglerorganet 24, som beskrivits ovan i samband med fig. 2.

Vid vridning av inställningsskivorna 51, 52 och 53 medelst kugghjulen 71 på regleraxeln 72 kommer vevaxelns 4 rotations- axellinje 4a att förflyttas i förhållande till motorblocket 3 och cylinderhuvudet 2. Vid den visade utföringsformen sker detta genom att motorblocket 3 och cylinderhuvudet 2 för- skjutes i förhållande till vevaxeln 4, medan vevaxelns 4 rotationsaxellinje 4a är fast i förhållande till ramen 22.

Vid vridning av inställningsskivorna 51, 52 och 53 förflyttas rotationsaxellinjen 4a i förhållande till den yta av cylin- derhuvudet 2, som avgränsar förbränningsrummet 48 i cylindern 45. Detta innebär att kolvens 46 övre vändläge ändras, vilket i sin tur innebär att förbränningsrummets 48 volym då kolven 46 befinner sig i sitt övre vändläge förändras. Därigenom ändras motorns 1 kompressionsförhållande.

För att den inbördes förflyttningen mellan cylinderhuvudet 2 och vevaxeln 4 skall kunna genomföras erfordras även en anordning för att hålla drivorganet 15 för drivning av ven- 10 15 20 25 30 35 513 062 9 tilmekanismen 14 sträckt. En sådan anordning visas schema- tiskt i fig. 1 och innefattar ett utjämningshjul 73 på var- dera sidan om vevaxeln 4. Drivorganet 15 är på visat sätt fört över utjämningshjulen 73, vilka är lagrade vid mitten av var sin arm 74. Den ena änden av varje arm 74 är ledbart monterad vid en punkt 75, som är fast i förhållande till vevaxeln 4, medan den andra änden av vardera armen 74 är ledbart ansluten till en punkt 76, som är rörlig tillsammans med motorblocket 3 och cylinderhuvudet 2. På detta sätt åstadkommes att man oberoende av läget hos vevaxelns 4 rota- tionsaxellinje 4a håller drivorganet 15 spänt, varvid detta sker utan någon förändring av det inbördes vridningsläget mellan vevaxeln 4 och mellanaxeln 17.

För en närmare beskrivning av förflyttningsanordningen 13 och tillhörande delar för ändring av kompressionsförhållandet hänvisas till den samtidigt härmed inlämnade patentansökan med titel "Förfarande och anordning för ändring av kompres- sionsförhållandet i en förbränningsmotor".

I samband med beskrivningen av fig. 1 nämndes ventilmekanis- men 14. Denna visas närmare i fig. 6-10. Ventilmekanismen 14 drives såsom beskrivits ovan av en kraftöverföringsanordning eller transmission, som drives av motorns 1 vevaxel 4. Såsom beskrivits ovan driver denna kraftöverföringsanordning ett transmissionshjul 21, som i sin tur driver två kamaxlar 77 respektive 78 med hjälp av två drivhjul 79 respektive 80, som endast antydes sçhematiskt i fig. 6.

För påverkan av ventilen 50 är kamaxlarna 77 och 78 försedda med var sitt kamorgan 81 respektive 82, och dessa kamorgan verkar mot ett överföringsorgan 83, vilket i sin tur verkar mot en ventiltryckare 84, som direkt påverkar ventilen 50.

I fig. 8-10 visas en ventilmekanism, som skiljer sig från den i övriga figurer visade ventilmekanismen 14 genom att venti- lerna 50 i varje cylinder är anordnade i vinkel i förhållande till varandra. Denna utformning är därvid i första hand avsedd för en motor med fyra ventiler per cylinder, men samma 10 15 20 25 30 513 062 10 generella utformning kan även användas vid en motor med två ventiler per cylinder. Såsom framgår av fig. 8-10 finns dels kamaxlar 77a och 78a, som motsvarar kamaxlarna 77 och 78 enligt fig. 1, dels kamaxlar 77b och 78b för de i förhållande till de första ventilerna 50 snedställda ventilerna 85 (se fig. 9 och 10).

Såsom framgår av fig. 8 är drivhjulen 79a, 80a anordnade på med bommar försedda drivpartier 86a respektive 87a på kamax- larna 77a respektive 78a. Bommarna på drivpartierna 86a och 87a är anordnade med en förut bestämd, relativt liten stig- ningsvinkel i förhållande till längdaxellinjen hos kamaxeln 77a respektive 78a. Bommarna har vid den i fig. 8 visade utföringsformen olika stigningsriktning, men det är givetvis alternativt möjligt att utforma bommarna med samma stignings- riktning. Beträffande stigningsvinklarna gäller att man genom lämpligt val av dessa kan få önskat rörelsemönster hos venti- len 50, såsom kommer att beskrivas närmare nedan.

Drivhjulen 79a, 80a står i ingrepp med transmissionshjulet 21, vilket såsom framgår av fig. 7 har en längd som motsvarar längden hos drivpartierna 86a, 87a. Genom förskjutning av drivhjulen 79a, 80a längs drivpartierna 86a, 87a kan man ändra det inbördes vridningsläget hos kamaxlarna 77a, 78a.

Vad som beskrivits ovan beträffande kamaxlarna 77a, 78a gäller givetvis på motsvarande sätt för kamaxlarna 77b, 78b.

För förskjutning av drivhjulen 79, 80 längs tillhörande drivpartier 86, 87 finns ett ok 88 (se fig. 7), som griper om drivhjulen 79, 80 och samtidigt medger att dessa roterar.

Oket 88 är förskjutbart fram och åter medelst reglerorganet 26 (icke visat i fig. 7-10), som kan utgöras av en tryck- mediecylinder eller ett mekaniskt inställningsorgan av lämp- ligt slag. De båda ändlägena för drivhjulen 79, 80 visas i fig. 8, varvid det ena ändläget visas i figurens övre del, medan det andra ändläget visas i figurens nedre del. 10 15 20 25 30 35 513 062 ll I fig. 9 och 10 visas en ventilmekanism enligt uppfinningen i olika lägen. I fig. 9 visas ventilen 50 i det ögonblick den börjar öppna, varvid kamaxlarna 77a, 78a befinner sig i det inbördes vridningsläge, som de intar då drivhjulen 79a, 80a befinner sig i det axiella läge på drivpartierna 86a, 87a som visas överst i fig. 8. I fig. 10 visas ventilen 50 i det ögonblick den börjar öppna, varvid kamaxlarna 77a, 78a be- finner sig i det inbördes vridningsläge de intar då driv- hjulen 79a, 80a befinner sig i det läge på drivpartierna 86a, 87a som visas nedtill i fig. 8.

Av fig. 9 och 10 framgår vidare att överföringsorganet 83a, 83b består av en platta, vilken på sin mot ventiltryckaren 84a, 84b vända sida är försedd med ett utsprång 89a, 89b.

Utsprånget 89a, 89b är delcylindriskt och passar i ett mot- svarande urtag 90a, 90b i ventiltryckaren 84a, 84b. Axellin- jerna för överföringsorganets 83a, 83b delcylindriska ut- språng 89a, 89b samt även för ventiltryckarnas 84a, 84b delcylindriska urtag 90a, 90b sträcker sig därvid i huvudsak parallellt med kamaxlarnas 77a, 78a respektive 77b, 78b längdaxellinjer. Detta innebär att överföringsorganen 83a, 83b fungerar som tvåarmade hävstänger och kan svänga kring sin förbindning med ventiltryckarna 84a, 84b i plan, som är vinkelräta mot kamaxlarnas 77a, 78a, 77b, 78b längdaxellin- jer.

Som framgår av ventilen 50 i fig. 9 och 10 samverkar kamorga- nen 81a, 82a på kamaxlarna 77a, 78a med var sin arm på över- föringsorganet 83a. Det är lämpligt att centrum för överfö- ringsorganets 83a delcylindriska utsprång 89a är beläget på eller i närheten av den yta på överföringsorganet 83a, med vilken kamorganen 81a, 82a samverkar. Detsamma gäller givet- vis även för ventilen 85 och tillhörande delar.

Med denna uppbyggnad av ventilmekanismen 14 får man möjlighet att ändra ventilernas 50 och 85 rörelsemönster i beroende av motorns l driftsförhållanden. I fig. 9 visas exempelvis att ventilen 50 respektive 85 öppnas snabbt, d.v.s. med stor acceleration. Ventilens 50 respektive 85 öppettid är därvid 10 15 20 25 30 51-3 062 12 förhållandevis kort, vilket beror på att de båda kamorganen 81a, 82a respektive 8lb, 82b arbetar parallellt, d.v.s. deras vridningsläge är detsamma. Detta innebär att överföringsorga- net 83a, 83b inte utför någon svängningsrörelse i förhållande till ventiltryckaren 84a, 84b utan fungerar som ett stelt överföringsorgan. I fig. 10 visas däremot kamaxlarna 77a, 78a respektive 77b, 78b i ett annat inbördes vridningsläge.

Kamorganet 81a på kamaxeln 77a börjar just påverka överfö- ringsorganet 83a, medan kamorganet 82a på kamaxeln 78a fort- farande inte påverkar överföringsorganet 83a. Fortsatt rota- tion från läget enligt fig. 10 kommer därför att innebära att kamorganet Bla trycker ned samverkande arm av överförings- organet 83a. Därvid kommer överföringsorganet 83a att svänga i förhållande till ventiltryckaren 84a ända tills kamorganet 82a på kamaxeln 78a börjar påverka sin arm av överförings- organet 83a. Detta innebär att öppningsrörelsen tar relativt lång tid, vilket innebär att ventilens 50 acceleration har varit relativt låg. Ventilens 50 totala öppethållningstid blir därigenom relativt lång.

För en mera detaljerad beskrivning av ventilmekanismen 14 hänvisas till den samtidigt härmed ingivna patentansökan med titel "Förfarande och anordning för manövrering av en ven- til".

I den ovan beskrivna motorn enligt uppfinningen kan man styra arbetsförloppet i enlighet med förfarandet enligt uppfin- ningen. En grundläggande faktor är därvid att man med hjälp av inmatningsanordningen 7 direkt kan styra storleken hos den luftmängd, som införes i var och en av motorns cylindrar 45.

Såsom angivits ovan sker detta genom att skärmen 43 vrides för att tillsluta en större eller mindre del av öppningarna 39, så att varje luftkammare 44 vid avgränsning av densamma medelst den i rotationsriktningen bakre vingen 36 får en bestämd volym. Den därvid inneslutna luftmängden utsättes därefter för en tillståndsförändring innan den släppes ut genom utloppsöppningen 41 och utloppskanalen 42 samt införes i inloppssystemet 5. 10 15 20 25 30 35 513 062 13 Regleringen av läget hos skärmen 43 sker med hjälp av regler- organet 25, vilket styres av styrenheten 23. Läget hos skär- men 43 bestämmes därvid i beroende av motorns varvtal, vilket avkännes av givaren 27, läget hos gaspedalen 29, vilket avkännes av givaren 28, samt tillståndet hos luften i in- loppssystemet 5, vilket avkännes av givaren 31. Dessutom påverkas skärmens 43 läge i beroende av tillståndet i omgiv- ningsluften, vilket avkännes av givaren 30. Signalerna från samtliga givare och reglerorgan bearbetas av styrenheten 23, som därefter ger en signal till reglerorganet 25 för inställ- ning av skärmen 43.

Samtidigt med detta använder styrenheten 23 uppgifterna från givare och reglerorgan för att beräkna ett inställningsläge för reglerorganet 24, vilket såsom beskrivits ovan åstadkom- mer inställning av förflyttningsanordningen 13, så att in- ställningsskivorna 51, 52 och 53 vrides till ett bestämt vinkelläge. Därigenom inställes ett bestämt kompressionsför- hållande i varje cylinder 45 genom att kolvens 46 övre vänd- läge får en bestämd inställning. Detta innebär givetvis att kompressionsvolymen, d.v.s. volymen i förbränningsrummet 48 då kolven 46 befinner sig vid sitt övre vändläge, får ett bestämt värde. Kompressionsförhållandet bestämmes därvid medelst styrenheten 23 på så sätt i förhållande till stor- leken hos det av inmatningsanordningen 7 inmatade luftflödet i inloppssystemet 5, att motorns aktuella luftbehov precis tillfredsställes. Detta innebär att man i varje förbrännings- rum 48 i motorn vid slutet av kompressionstakten eftersträvar samma tryck och temperatur oberoende av motorns varvtal och belastningsförhållanden. Därigenom kan man uppnå bästa möj- liga förhållanden för förbränning av det bränsle, som med styrning av styrenheten 23 inmatas genom bränsletillförsel- anordningen 33. Bränslemängden regleras därvid givetvis i förhållande till luftmängden i förbränningsrummet 48.

Fig. 11 visar ett PV-diagram för en motor enligt uppfin- ningen. Kurvan 91 visar därvid förhållandena vid högt kom- pressionsförhållande i motorn, medan kurvan 92 visar för- hållandena vid lågt kompressionsförhållande. Detta innebär 10 15 20 25 30 513 Û62 14 att kurvan 91 avser arbete med liten luftmängd, som inmatas medelst inmatningsanordningen 7, medan kurvan 92 avser arbete med stor inmatad luftmängd. Detta visas av pilarna 93 respek- tive 94, som antyder den inmatade luftmängdens storlek före tillståndsförändringen i inmatningsanordningen 7. Linjen 95 anger därvid normalt atmosfärstryck. Den streckade linjen 95a respektive den punktstreckade linjen 95b antyder högre res- pektive lägre lufttryck, varvid inmatningsanordningen 7 ändrar den till motorn inmatade luftmängden till vad som anges med pilarna 93a, 94a respektive 93b, 94b. I diagrammet anger vidare linjen 96 det i förbränningsrummet 48 uppnådda trycket vid slutet av kompressionsslaget, medan linjen 97 anger förbränningstrycket. Pilarna 98 respektive 98a anger slagvolymen i motorn, d.v.s. den volym som kolven 46 deplace- rar under ett arbetsslag. Denna volym är givetvis lika obe- roende av det aktuella kompressionsförhållandet i motorn.

I fig. 11 visas vidare en graf 100, som anger kolvens 46 undre vändläge, och en graf 101, som anger kolvens 46 övre vändläge. Dessutom visar fig. ll en graf 102, som anger förhållandena i motorns inloppskanal 49. Avståndet mellan graferna 102 och 100 utgör därvid ett mått på motorns voly- metriska verkningsgrad. Om den volymetriska verkningsgraden var 100 % skulle graferna 102 och 100 sammanfalla.

Vid vridning av inställningsskivorna 51, 52 och 53 får man en förflyttning av vevaxelns 4 rotationsaxellinje 4a inte endast parallellt med cylinderns 45 längdaxellinje, utan även vin- kelrätt mot denna. Förflyttningen sker således i två dimen- sioner, varigenom vevstakens 47 vinkel i förhållande till cylinderns 45 längdaxellinje förändras. Denna förändring kan utnyttjas för förbättring av motorns funktion. Då vevaxelns 4 rotationsaxellinje 4a är förskjuten i sidled i förhållande till cylinderns 45 längdaxellinje innebär detta att kolven 46 under den sista delen av kompressionsslaget rör sig en längre sträcka för varje grads vridning av vevaxeln 4 än vid den första delen av det efterföljande arbetsslaget. På detta sätt kan man få bättre förhållanden för förbränningen i förbrän- ningsrummet 48 och därigenom en ökning av motorns verknings- 10 15 20 25 30 513 062 15 grad. Genom lämplig dimensionering av inställningsskivorna 51, 52 och 53 och lämplig placering av dessa kan man därvid åstadkomma en sidoförskjutning av vevaxelns 4 rotationsaxel- linje 4a, som ger det önskade rörelsemönstret hos kolven 46 vid olika kompressionsförhållanden.

Med hjälp av reglerorganet 26 kan man såsom angivits ovan förändra öppnings- och stängningstiderna för ventilerna 50 respektive 85. Detta kan därvid utnyttjas på så sätt, att styrenheten 23 vid låga varvtal hos motorn 1 förflyttar oket 88 och därigenom drivhjulen 79 och 80 på så sätt, att man får en snabb öppning och stängning av ventilerna 50 respektive 85, vilket ger förbättrade strömningsförhållanden genom ventilerna och därigenom förbättrad gasväxling i förbrän- ningsrummet 48. Vid högt varvtal däremot kan reglerorganet 26 åstadkomma omställning av oket 88 och drivhjulen 79 och 80, så att öppningen och stängningen av ventilerna 50 respektive 85 sker med mindre acceleration, varigenom man undviker problem med överbelastning av materialet i detaljerna i ventilmekanismen 14.

Styrenheten 23 kan dessutom åstadkomma att ventilernas 50 och 85 öppnings- och stängningstider utsättes för en tvångsmässig begränsning då motorn 1 arbetar med mycket högt kompressions- förhållande, d.v.s. med mycket liten luft- och bränslemängd.

Därvid kommer nämligen kompressionsvolymen, d.v.s. volymen i förbränningsrummet 48 vid kolvens 46 övre vändläge, att vara mycket liten. Detta innebär att kolven 46 befinner sig mycket nära ventilerna 50 respektive 85, varför dessa måste vara stängda då kolven 46 befinner sig i sitt övre vändläge och i närheten av detta. Detta innebär att det s.k. överlappet, d.v.s. den tid under vilken både inloppsventil och avgasven- til är helt eller delvis öppen vid slutet av utblåsningssla- get, måste begränsas kraftigt eller vara obefintligt.

Claims (25)

10 15 20 25 30 35 (513 062 16 Patentkrav

1. Förfarande för styrning av arbetsförloppet i en förbrän- ningskolvmotor (1), vilken motor har en eller flera cylindrar (45) med var sin fram- och återgående kolv (46), ett inlopps- system (5) för tillförsel av luft till var och en av cylind- rarna (45), ett avgassystem (6) för bortförsel av förbrän- ningsprodukter från var och en av cylindrarna (45) samt ventiler (50, 85) i var och en av cylindrarna för reglering av förbindelsen mellan respektive cylinder (45) och inlopps- systemet (5) samt mellan respektive cylinder och avgassyste- met (6), varvid förfarandet innefattar att den till motorn (1) tillförda luftmängden regleras i beroende av motorns luftbehov medelst en inmatningsanordning (7) i inloppssyste- met (5), cykel hos var och en av motorns cylindrar (45) avgränsas en k ä n n e t e c k n a t av att för varje arbets- bestämd luftmängd medelst inmatningsanordningen (7) och matas i avgränsat tillstånd till motorns inloppssystem (S), att den bestämda luftmängdens storlek regleras i beroende av motorns aktuella luftbehov, samt att kompressionsförhållandet i motorn (1) regleras i förhållande till den bestämda luftmäng- dens storlek, så att luftmängdens tillstånd i cylinderns (45) förbränningsrum (48) vid slutet av kompressionstakten är i huvudsak detsamma oberoende av motorns (1) belastningsför- hâllanden.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den bestämda luftmängden i inmatningsanordningen (7) utsättes för en tillståndsförändring, så att den vid inmat- ning i inloppssystemet (5) har ett tillstånd, som i huvudsak motsvarar tillståndet hos den tidigare inmatade luften i inloppssystemet (S).

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att den bestämda luftmängdens storlek regleras genom ändring av volymen av varje luftmängd vid avgränsning av densamma. 10 15 20 25 30 35 513 062 17 k ä n n e t e c k - av att kompressionsförhållandet i motorn (1) regleras

4. Förfarande enligt något av krav 1-3, n a t genom ändring av det inbördes avståndet mellan rotations- axellinjen (4a) för motorns vevaxel (4) och den yta av mo- torns cylinderhuvud (2), som utgör begränsning vid änden av varje cylinder (45).

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den inbördes förflyttningen mellan vevaxelns (4) rota- tionsaxellinje (4a) och cylinderhuvudet (2) genomföres på så sätt, att vevaxelns rotationslinje förflyttas både parallellt med det plan, som innehåller längdaxeln i var och en av motorns cylindrar (45) och vinkelrätt mot detta plan.

6. Förfarande enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t av att den inbördes förflyttningen åstadkommes genom att vevaxelns (4) rotationsaxellinje (4a) förflyttas längs en cirkelbågformig bana, sett i förhållande till cylinderhuvudet (2). k ä n n e t e c k - av att ärvärden för motorns (1) driftparametrar avkän-

7. Förfarande enligt något av krav 1-6, n a t nes medelst avkänningsorgan (24-28, 30, 31), vilka avger ärvärdessignaler till en styrenhet (23), att styrenheten (23) enligt ett förutbestämt program beräknar börvärden för den till motorn tillförda luftmängden samt för kompressionsför- hållandet och avger reglersignaler för reglering av dessa parametrar med hjälp av tillhörande regleranordningar (24, 25).

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att styrenheten även beräknar börvärden för öppnings- och stängningstider för ventilerna (50, 85) samt avger regler- signaler till en regleranordning (26) för reglering av ven- tilernas (50, 85) öppnings- och stängningstider.

9. Förfarande enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k - n a t av att styrenheten (23) även beräknar börvärden för tillförsel av bränsle till motorn (1) och avger reglersigna- 10 15 20 25 30 513 062 18 ler till en bränsletillförselanordning (33) för reglering av bränsletillförseln till motorn.

10. Förfarande enligt något av krav 7-9, k ä n n e - t e c k n a t den för tidpunkten för tändning av bränsle-luftblandningen i av att styrenheten (23) även beräknar börvär- motorns (1) cylindrar (45) och avger reglersignaler till en tändningsanordning (32) för reglering av tändningstidpunkten.

11. Förbränningskolvmotor (1) för genomförande av förfarandet enligt krav 1, vilken motor har en eller flera cylindrar (45), ett inloppssystem (5) med en inmatningsanordning (7) för tillförsel av luft till var och en av cylindrarna, ett avgassystem (6) för bortförsel av förbränningsprodukter från var och en av cylindrarna samt ventiler (50, 85) i var och en av cylindrarna (45) för reglering av förbindelsen mellan respektive cylinder och inloppssystemet (5) samt mellan respektive cylinder och avgassystemet (6), k ä n n e - t e c k n a d med åtminstone en luftkammare (44) för matning av en bestämd, av att inmatningsanordningen (7) är försedd avgränsad luftmängd från en inloppskanal (40) till en ut- loppskanal (42), en drivanordning (4, 10, ll), som är kopplad till motorn (1) för att drivas av denna i ett förutbestämt förhållande till rotationen hos motorns vevaxel (4), samt reglerorgan (25, 43) för reglering av volymen hos varje luftkammare (44) vid avgränsning av den bestämda luftmängden, samt att det finns en anordning (13) för ändring av det inbördes avståndet mellan rotationsaxellinjen (4a) för mo- torns vevaxel (4) och den yta av motorns cylinderhuvud (2), som utgör begränsning vid änden av var och en av cylindrarna (45) i motorn (1).

12. Motor enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att inmatningsanordningen (7) är av vingkompressortyp med en i ett cylindriskt hus (34) excentriskt belägen, cylindrisk rotor (35) med i huvudsak radiellt anordnade vingar (36), vilka mellan sig avgränsar luftkamrarna (44), samt att varje luftkammares (44) förbindelse med inloppskanalen (40) är 10 15 20 25 30 35 513 062 19 anordnad att medelst reglerorganen (25, 43) avbrytas vid ett förutbestämt, inställbart läge.

13. Motor enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att inloppskanalen (40) är anordnad radiellt utanför vingarna (36) i huset (34) och att förbindelsen mellan inloppskanalen (40) och husets (34) inre utgöres av ett antal öppningar (39) i en cylindermantel (38), mot vars insida vingarna (36) tätar, varvid reglerorganen innefattar en skärm (43), som är anordnad radiellt utanför cylindermanteln (38) och är för- skjutbar i omkretsled längs denna för att täcka en större eller mindre del av det med öppningarna (39) försedda partiet av cylindermanteln (38).

14. Motor enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att utloppskanalen (42) är anordnad radiellt utanför vingarna (36) i huset (34) och att förbindelsen mellan husets (34) inre och utloppskanalen (42) utgöres av en utloppsöppning (41) i cylindermanteln (38).

15. Motor enligt krav 13 eller 14, k ä n n e t e c k n a d av att skärmen (43) är anordnad att inställas medelst ett drivorgan, som är anordnat i huset (34).

16. Motor enligt något av krav 11-15, k ä n n e t e c k - n a d av att vevaxeln (4) är lagrad för rotation i excent- riskt placerade lageröppningar (54-56) i cirkulära inställ- ningsskivor (51-53), vilka är vridbart lagrade i lageröpp- ningar (57-59) i motorns motorblock (3), samt att en vrid- ningsanordning (68-72) är kopplad till inställningsskivorna (51-53) för samtidig vridning av dessa i förhållande till motorblocket (3).

17. Motor enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att en inställningsskiva (51, 53) är anordnad vid vardera änden av vevaxeln (4), varvid var och en av dessa inställningsski- vor har en med lageröppningen (54, 56) koncentrisk lagerbana (60, 61), medelst vilken inställningsskivan (51, 53) är vridbart lagrad i en ram (22), samt att motorblocket (3) 10 15 20 25 30 513 062 20 medelst åtminstone ett styrorgan är förbundet med ramen (22) för styrd förflyttning i förhållande till denna vid vridning av inställningsskivorna (51-53) medelst vridningsanordningen (68-72), vilken är fast anordnad i förhållande till motor- blocket (3).

18. Motor enligt krav 16 eller 17, av att vridningsanordningen utgöres av en hydraulisk vrid- k ä n n e t e c k n a d cylinder (72) med kugghjul eller kuggsegment (71), som står i ingrepp med kuggsegment (68-70) på var och en av inställ- ningsskivorna (51-53).

19. Motor enligt något av krav 16-18, varvid vevaxeln (4) på känt sätt är anordnad att driva en ventilmekanism (14) i cylinderhuvudet (2) medelst åtminstone ett drivorgan (15), k ä n n e t e c k n a d av att drivorganet (15) är fört över två utjämningshjul (73), vilka är anordnade för förflyttning i motsvarighet till förflyttningen av vevaxelns (4) rota- tionsaxellinje (4a) i förhållande till motorblocket (3) utan inbördes vridningsrörelse mellan vevaxeln (4) och ventilmeka- nismen (14).

20. Motor enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a d av att ventilmekanismen (14) för varje ventil (50, 85) innefattar en av drivorganet (15) driven kammekanism för påverkan av en ventiltryckare (84), vilken är anordnad att manövrera venti- len (50, 85), varvid kammekanismen innefattar dels två i huvudsak parallella, roterbara kamaxlar (77, 78) med var sitt kamorgan (81, 82) för påverkan av ventiltryckaren (84) me- delst ett gemensamt överföringsorgan (83), dels en mekanism (79, 80, 86-88) för ändring av kamaxlarnas (77, 78) inbördes vridningsläge. 7

21. Motor enligt krav 20, k ä n n e t e c k n a d av att överföringsorganet (83) utgöres av en tvåarmad hävstång, vilken är förbunden med ventiltryckaren (84) för svängning i ett plan, som är i huvudsak vinkelrätt mot kamaxlarnas (77, 78) längdaxellinjer, och att kamorganen (81, 82) på kamax- 10 15 20 25 30 513 062 21 larna (77, 78) är anordnade att samverka med var sin av hävstångens armar.

22. Motor enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av att förbindningen mellan överföringsorganet (83) och ventiltryc- karen (84) utgöres av ett delcylindriskt utsprâng (89) på överföringsorganet (83) och ett passande, delcylindriskt urtag (90) i ventiltryckaren (84), varvid centrum för ut- språnget (89) och urtaget (90) företrädesvis i huvudsak sammanfaller med den yta på överföringsorganet (83), med vilken kamorganen (81, 82) samverkar.

23. Motor enligt något av krav 20-22, k ä n n e t e c k - n a d av att mekanismen för ändring av kamaxlarnás (77, 78) inbördes vridningsläge innefattar ett drivhjul (79, 80) på var och en av kamaxlarna, vilka drivhjul är förskjutbart anordnade på bomförsedda drivpartier (86, 87) på kamaxlarna, varvid bommarna på drivpartierna (86, 87) är anordnade med en förutbestämd stigningsvinkel i förhållande till kamaxlarnas (77, 78) längdaxellinjer.

24. Motor enligt krav 23, k ä n n e t e c k n a d av att drivhjulen (79, 80) är förskjutbara i kamaxlarnas (77, 78) längdriktning medelst ett ok (88), som griper om drivhjulen (79, 80) och drives av ett reglerorgan (26).

25. Motor enligt krav 23 eller 24, k ä n n e t e c k n a d av att bommarna på drivpartiet (86) på den ena kamaxeln (77) har motsatt stigningsriktning mot bommarna på drivpartiet (87) på den andra kamaxeln (78).