DE2514727A1 - Reciprocating IC vehicle engine - has adjustable variable profile cam for valves to vary compression ratio - Google Patents
Reciprocating IC vehicle engine - has adjustable variable profile cam for valves to vary compression ratioInfo
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- DE2514727A1 DE2514727A1 DE19752514727 DE2514727A DE2514727A1 DE 2514727 A1 DE2514727 A1 DE 2514727A1 DE 19752514727 DE19752514727 DE 19752514727 DE 2514727 A DE2514727 A DE 2514727A DE 2514727 A1 DE2514727 A1 DE 2514727A1
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Abstract
Description
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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Kammer, einem in der Kammer bewegbaren Kolben, einer in die Kammer führenden Öffnung, einem aus der Kammer herausführenden Ausgang, einem System zur Zuführung von Fluidmedium zu dem Einlaß und einem System zum Entfernen von Fluidmedium von dem Auslaß.The invention relates to an internal combustion engine with a chamber, a piston movable in the chamber, one in the Opening leading to the chamber, an outlet leading out of the chamber, to a system for supplying fluid medium the inlet and a system for removing fluid medium from the outlet.
Es ist wünschenswert, Motoren mit variabler Opazität, Nocken-/ Ventilrad und Kompressionsverhältnis zu haben. Mit diesem Konzept werden eine Reihe von Vorteilen erreicht.It is desirable to use motors with variable opacity, cam / To have valve wheel and compression ratio. A number of advantages are achieved with this concept.
Ein Motor mit steuerbarem variablem Kompressionsverhältnis ermöglicht die Änderung der Verhältnisse bei kaltem Motor oder bei Starten des Motors, wodurch das Starten einfacher wird. Die Art und Weise und das Ausmaß der wünschenswerten Änderung hängt im großen Maße von der Art des verwendeten Motors ab. Beispielsweise würde bei einem vorverdichteten oder einem turboverdichteten Kompressionszündungsmotor ein Anwachsen bei den Startdrücken den Mangel an Ladungsdruck infolge der unwirksamen Ladung kompensieren. Ein weiterer vielleicht wichtigerer Vorteil eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis würde darin bestehen, daß der Kraftstoff immer bei optimalem Verhältnis für eine gegebene Betriebsbedingung verbrannt wird und da-An engine with a controllable variable compression ratio allows the ratios to be changed when the engine is or is cold when the engine is started, which makes starting easier. The nature and extent of the change that is desired depends to a large extent on the type of motor used. For example, a pre-compressed or a turbo-compressed would Compression ignition engine an increase in starting pressures due to the ineffective lack of charge pressure Compensate charge. Another perhaps more important benefit of a variable compression ratio engine would be consist in the fact that the fuel is always burned at the optimum ratio for a given operating condition and
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durch Kraftstoff eingespart wird. (Grundsätzlich läßt sich sagen, je höher das Kompressionsverhältnis, je größer ist die bei der Verbrennung einer gegebenen Kraftstoffmenge erzielbare Arbeit, siehe Anhang A.) Motoren sind für ein solches Kompressionsverhältnis konstruiert, bei dem sie unter der am meisten vorteilhaften Bedingung richtig funktionieren, gewöhnlich bei niedriger Umdrehung mit hoher Last. Tatsächlich tritt diese Bedingung für einen kleinen Teil des gesamten Betriebslebens auf, und so könnte durch Verändern des KompressionsVerhältnisses nach oben während anderer Arbeitsbedingungen mehr Arbeit aus derselben Kraftstoffmenge herausgeholt werden. Bei bekannten Konstruktionen ist es zur Veränderung der MotorkompressionsVerhältnisse erforderlich, die Motorgeometrie körperlich zu ändern, wobei diese Änderung meistens nicht leicht und während des Laufs des Motors nicht momentan erreichbar ist.is saved through fuel. (Basically it can be said that the higher the compression ratio, the larger it is The work that can be achieved by burning a given amount of fuel, see Appendix A.) Engines are for such a compression ratio designed to function properly under the most favorable condition, usually at low rotation with high load. Indeed, this condition occurs for a small part of the entire business life on, and so could by changing the compression ratio upwards, more work can be extracted from the same amount of fuel during other work conditions. At acquaintances Constructions is there to change the engine compression ratios It is necessary to physically change the engine geometry, although this change is usually not easy and during the run of the motor cannot be reached at the moment.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen Änderungen der Motorgeometrie nicht erforderlich sind. Der Motor soll ein variabel wirksames Kompressionsverhältnis und/oder eine variabel wirksame Kapazität haben. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll der Motor Arbeitskammerventile mit variabler Anhebung und Öffnungsdauer haben. Da Motoren heute mit einer solchen Kapazität gebaut werden, bei der die maximal erforderliche Leistung erreicht wird, führt die Möglichkeit der Herabsetzung der effektiven Kapazität in einem Fall, in dem die maximale Leistung nicht erforderlich ist, dazu, daß Kraftstoff eingespart und die Lebensdauer des Motors infolge kleinerer Verbrennungslasten vergrößert wird.The object of the invention is to create an internal combustion engine, in which the changes to the engine geometry described above are not required. The engine should be a variably effective one Compression ratio and / or a variable effective Have capacity. According to a further development of the invention, the motor should have working chamber valves with variable lift and opening times to have. Since engines today are built with such a capacity, at which the maximum required power is achieved becomes, introduces the possibility of lowering the effective capacity in a case where the maximum power is not required to save fuel and extend the life of the engine as a result of lower combustion loads is enlarged.
Die meisten Motoren haben feste Ventileinstellungen, die ein Kompromiß verschiedener idealer Einstellungen für verschiedene Betriebsweisen sind. Es ist daher erkennbar, daß die Verwendung einer variablen Nockenwelle optimale Ventileinstellungen unter allen Bedingungen ermöglichen würde, wodurch eine verbesserteMost engines have fixed valve settings that compromise several ideal settings for different ones Modes of operation are. It can therefore be seen that the use of a variable camshaft under optimal valve settings would allow all conditions, thereby improving
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Wirksamkeit pro Volumen und folglich eine bessere Kraftstoffausnutzung und/oder Übereinstimmung mit Ausgangsemissionsstandardwerten unter verschiedenen Betriebsbedingungen erreicht werden.Effectiveness per volume and consequently better fuel economy and / or compliance with baseline emission standards under various operating conditions will.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur verbesserten Ladezusammensetzungsregelurig in Zweitaktmotoren zu schaffen» Die Wirksamkeit von Zweitaktmotoren hängt in beträchtlichem Maße von der Proportion von Luft/Kraftstoff-Gemisch und Ausgangsgasen in der Ladung ab und ferner davon, wie die relevanten Bestandteile gemischt und während der Verbrennung verteilt sind. Eine Verbesserung in der Ladungszusammensetzungssteuerung führt daher zu Verbesserungen in der mechanischen Wirksamkeit und folglich zur Kraftstoffeinsparung. Durch die verbesserte mechanische und thermodynamische Wirksamkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten Motors soll der Motor eine breite Anwendung finden.It is also an object of the invention to provide a device for improved To create charge composition regular in two-stroke engines »The effectiveness of two-stroke engines depends in considerable Measures depend on the proportion of air / fuel mixture and output gases in the cargo and also on how the relevant ones Components are mixed and dispersed during combustion. An improvement in charge composition control therefore leads to improvements in the mechanical efficiency and consequently to fuel economy. Through the improved mechanical and thermodynamic effectiveness of the engine designed according to the invention, the engine should have a wide Find application.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll es mit dem Motor möglich sein, verschiedene Kraftstoffe zu verwenden.According to a further development of the invention, it should be possible with the engine to use different fuels.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Verbrennungsmotor der eingangs beschriebenen Art gelöst, der gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Anordnung zur wahlweisen und geregelten Änderung des Betriebes des Einlasses und des Auslasses, wobei die Anordnung wenigstens einen Nocken aufweist, der axial und in Rotationsrichtung bewegbar ist und der wenigstens einen Nockenvorsprung mit sich progressiv änderndem Querschnitt aufweist. The object of the invention is achieved by an internal combustion engine of the initially described type which according to the invention is characterized for selectively by an arrangement and which ationsrichtung controlled change in the operation of the inlet and the outlet, the assembly having at least one cam axially and in red is movable and has at least one cam projection with a progressively changing cross section.
Der Motor umfaßt eine Nocken- und Nockenstößeleinrichtung, die bewirkt, daß der Ventiltakt und die Anhebung wahlweise und gesteuert variieren können, auch dann, wenn der Motor in Betrieb ist. In der folgenden Beschreibung ist unter Motor jede Form einer Maschine zu verstehen, bei der Expansionszyklen ver-The engine includes cam and cam follower means which cause the valve stroke and lift to selectively and can vary in a controlled manner, even when the engine is in operation. In the following description, under motor is any To understand the shape of a machine in which expansion cycles
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wendet werden, einschließlich Pumpen, und unter Ventil ist jede Art einer gesteuert vergrößerbaren und verkleinerbaren öffnung oder eines Durchganges zu verstehen, einschließlich von Kegelventilen, Kugelventilen, Hülsen und Drosselklappenventilen, Schlitzen, Toren usw. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verbrennungsmotoren vom Typ der Brennkraftmaschine einschließlich Zweitaktern und Viertaktern, Tauchkolbenmotoren und Rotormotoren, Diesel- und Benzinmotoren, vorverdichteten, turboverdichteten und solchen Motoren mit natürlicher Ansaugung, Vergasermotoren und Motoren mit Kraftstoffeinspritzung. Die Erfindung bezieht sich auch auf äußere Verbrennungskraftmaschinen wie Dampfmaschinen, Stirling- und Rankine-Zyklusmotoren.applied, including pumps, and under valve is to understand any type of controllably enlargeable and shrinkable opening or passage, including of cone valves, ball valves, sleeves and butterfly valves, slots, gates, etc. The invention relates particularly on internal combustion engines of the internal combustion engine type including two-stroke and four-stroke, plunger-piston engines and rotor motors, diesel and gasoline motors, supercharged, turbo-charged and those with natural Induction, carburettor and fuel injected engines. The invention also relates to external internal combustion engines such as steam engines, Stirling and Rankine cycle engines.
Mit der-Erfindung wird das wirksame Kompressionsverhältnis und/oder die wirksame Kapazität durch wahlweises und gesteuertes Ablassen eines Teiles des bereits angesaugten Induktionsfluids oder durch Beschränken oder Fördern der Ansaugung des Induktionsfluids erreicht, wobei die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens einen axial und in Rotationsrichtung bewegbaren Nocken besitzt und der Nocken einen oder mehrere Nockenvorsprünge mit progressiv sich änderndem Querschnitt besitzt. In der Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung erläutert, bei denen unterschieden wird zwischen der Variation des Kompressionsverhältnisses und der Kapazität und dem Vorsehen eines Ventilmechanismus zur verbesserten Steuerung und/oder Änderung des Arbeitsfluidseingangs und -ausgangs zu der Arbeitskammer. Diese letztere Steuerung und/oder Änderung, die durch einen variablen Ventiltakt und variable Ventilöffnungszeit erreicht wird, liefert eine wirksame Änderung des Kompressionsverhältnisses und/oder der Kapazität. Gemäß der Erfindung wird das Kompressionsverhältnis und/oder die Kapazität durch die nachfolgend beschriebene Einrichtung geändert. Ein Motor ist so konstruiert, daß seine Teile bei fester Geometrie arbeiten, wodurch eine vorbestimmte Menge Ladung angesaugt wird. Diese MengeWith the invention, the effective compression ratio and / or the effective capacity through selective and controlled draining of part of the induction fluid that has already been sucked in or achieved by restricting or promoting the suction of the induction fluid, the arrangement according to the invention has at least one axially movable cam and in the direction of rotation, and the cam has one or more cam projections with a progressively changing cross-section. In the description are various embodiments of the Invention explained, in which a distinction is made between the variation of the compression ratio and the capacity and the provision of a valve mechanism for improved control and / or variation of the working fluid inlet and outlet the Chamber of Labor. This latter control and / or change made by a variable valve cycle and variable valve opening time is achieved provides an effective change in compression ratio and / or capacity. According to the invention the compression ratio and / or the capacity is changed by the means described below. An engine is like that designed so that its parts operate at a fixed geometry, thereby sucking in a predetermined amount of charge. This quantity
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entspricht dem Hubraum. Dieser Hubraum bezieht sich gewöhnlich auf die geometrische Konfiguration des Motors und wird definiert als die Bohrung multipliziert mit der Anzahl der Takte, ferner als Kapazität, aber in dieser Beschreibung bezieht er sich auf die Menge der tatsächlich angesaugten Ladung unter einer normalen oder gewünschten Standard- oder optimalen Arbeitsbedingung, die im weiteren als effektive Kapazität beschrieben corresponds to the cubic capacity. This displacement usually relates to the geometric configuration of the engine and is defined as the bore multiplied by the number of strokes, furthermore as capacity, but in this description it refers to refers to the amount of charge actually sucked in under a normal or desired standard or optimal working condition, further described as effective capacity
2 wird. So hat ein Motor mit einem Bohrungsquerschnitt von 50 cm und einem Hub von 10 cm einen konventionell beschriebenen Hubraum und eine Kapazität von 500 cm , obwohl er tatsächlich im Fall eines natürlich ansaugenden Motors weniger Ladungsvolumen gemessen bei einer äußeren Umgebungsdichte enthält, beispielsweise 450 cm j und wenn es sich um einen mit Kraft angetriebenen Ansaugmotor handelt, um mehr Ladung von beispielsweise 8OO cnr, Diese tatsächlichen Ladungen werden hier als Hubraum oder effektive Kapazität bezeichnet. Wenn der oben beschriebene Motor ein Arbeitsvolumen im oberen TotpunktZentrum des Kompressionstaktes von 50 cnr hat, dann hat der Motor ein Verdichtungsverhältnis von 10 : 1. Das bezieht sich jedoch auf die geometrische Ausbildung des Motors, und es ist erkennbar, daß die beiden obigen Beispiele ein wirkliches oder effektives Kompressionsverhältnis von 9 : 1 bzw. l6 : 1 haben.2 will. So has a motor with a bore cross-section of 50 cm and a stroke of 10 cm has a conventionally described displacement and a capacity of 500 cm, although it is actually in the In the case of a naturally aspirating engine, less charge volume measured at an external ambient density contains, for example 450 cm j and if it is a powered one Intake motor is about more load of, for example, 8OO cnr, These actual loads are referred to herein as displacement or effective capacity. If the engine described above is a Working volume in the top dead center of the compression stroke of 50 cnr, then the engine has a compression ratio of 10: 1. However, this relates to the geometric design of the engine, and it can be seen that the above two examples provide a real or effective compression ratio of 9: 1 or 16: 1.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dieses effektive Kompressionsverhältnis wahlweise und gesteuert durch Ablassen eines Teiles der angesaugten Ladung während des Kompressionstaktes zu variieren. Es ist erkennbar, daß bei Ablassen von 50 cnr in dem Fall des oben erwähnten natürlich ansaugenden Motors nur 400 cnr Ladung zum Ausführen der Arbeit verbleiben, was eine Verminderung des wirksamen Kompressionsverhältnisses von 9 : 1 auf 8 : 1 und eine Reduktion der wirksamen Kapazität von 450 auf 400 crrr bedeutet. Es wird vorgeschlagen, daß dieses Ablassen durch wahlweises und gesteuertes öffnen eines dafür vorgesehenen, mit dem Abeitsvolumen in Verbindung stehenden Volumens erfolgt oder in einer bevorzugten Ausführungsform durchAccording to the invention it is proposed to use this effective compression ratio optionally and controlled by releasing part of the sucked-in charge during the compression stroke to vary. It can be seen that at 50 cnr bleed in the case of the naturally aspirated engine mentioned above only 400 cnr of charge remain to carry out the work, reducing the effective compression ratio of 9: 1 to 8: 1 and a reduction in the effective capacity from 450 to 400 cm. It is suggested that this drainage by selective and controlled opening of a volume provided for this purpose, which is connected to the work volume takes place or in a preferred embodiment by
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das zweite öffnen eines bereits in dem Motor vorgesehenen Ventils wie etwa das Einlaß- oder Auslaßventil. Eine Einrichtung, die das zweite öffnen bewirkt, wird später beschrieben. Alternativ dazu kann das Ablassen durch wahlweises und gesteuertes verzögertes Schließen des Einlaßventils bis zu einer bestimmten Dauer des Kompressionstaktes erfolgen. Wenn das Ablassen durch das zweite öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils erfolgt, wird der Takt vorzugsweise so gewählt, daß er mit dem "Pulseffekt" zusammenfällt j d.h. mit dem partiellen Vakuum, welches hinter dem Ventil entweder durch eine zurücklaufende Druckwelle, die durch die Ladungszurückdrängung gegen das geschlossene Einlaßventil entsteht, oder im Moment der Ausgangsladung entsteht.the second opening one already provided in the engine Valve such as the inlet or outlet valve. A device that effects the second opening will be described later. Alternatively, the draining can be done by selective and controlled delayed closing of the inlet valve up to a certain value Duration of the compression cycle. If draining occurs by opening the inlet or outlet valve a second time, the timing is preferably chosen so that it coincides with the "pulse effect" j i.e. with the partial vacuum which behind the valve either by a returning pressure wave, which is caused by the charge being pushed back against the closed inlet valve arises, or arises at the moment of the initial charge.
Ein abgewandeltes Verfahren der Änderung des wirksamen Kompressionsverhältnisses und der Kapazität eines Motors besteht in der wahlweisen und gesteuerten Beschleunigung des Verschliessens des Einlaßventils oder der Verminderung des Öffnungsgrades des Einlaßventils, wodurch die Ladungsansaugung verringert wird. Das ergibt einen Drosseleffekt, und in einer Mehrzahl von Motortypen ist dieses Verfahren weniger mechanisch wirksam als die oben beschriebene Einrichtung.A modified method of changing the effective compression ratio and the capacity of a motor consists in the selective and controlled acceleration of the closure of the intake valve or the reduction in the degree of opening of the intake valve, whereby the charge suction is reduced. This gives a choke effect, and in a majority of types of engines this method is less mechanically efficient than that facility described above.
Die Änderungen können bewirkt werden durch automatische oder von Hand einstellbare Einrichtungen und können abhängen von solchen Faktoren wie der Motorgeschwindigkeit, der Last, dem Wunsch nach Verhinderung von schädlichen Auspuffgasen, der Umgebungstemperatur, dem atmosphärischen Druck, der Qualität des zur Verfügung stehenden Brennstoffes, dem Warmstarten, dem Kaltstarten, dem Wunsch nach Verminderung der Motorleistung unter bestimmten Umständen ohne proportionale Verminderung der Motorgeschwindigkeit oder irgendwelcher anderer Paktoren. Die Änderung kann zwischen Operationen des Motors oder während der Operation oder kontinuierlich und endlos zwischen zwei gewünschten Polaritäten erfolgen. In einer Mehrzahl der Fälle wird der Motor so ausgebildet, daß er bei einer Polarität mit zunehmender Varia-The changes can be effected by automatic or manually adjustable devices and can depend on such factors as the engine speed, the load, the desire to prevent harmful exhaust gases, the ambient temperature, the atmospheric pressure, the quality of the available fuel, hot starting, cold starting, the desire to decrease engine power in certain circumstances without reducing engine speed proportionally or any other factor. The change can be made between operations of the engine or during the operation or be carried out continuously and endlessly between two desired polarities. In a majority of the cases, the engine will designed in such a way that with a polarity with increasing varia-
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tion zu einer anderen Polarität arbeitet. Mit anderen Worten arbeitet er normal bei maximalem Kompressionsverhältnis und Kapazität mit einer Verminderung, wenn bestimmte Laufbedingungen es wünschenswert machen wie in dem Fall von einem Motorfahrzeug mit natürlich ansaugendem Motor. Oder der Motor kann so gebildet sein, daß er nur bei maximalem Verhältnis/Kapazität unter bestimmten Bedingungen wie beim Starten arbeitet und eine Reduktion unter normalen Bedingungen erfolgt, wie beispielsweise in dem Fall eines mit Kraft geladenen Schiffsmotors. (Siehe auch Anhang A.)tion to a different polarity works. In other words, it works normally at the maximum compression ratio and Capacity with a decrease when certain running conditions make it desirable, as in the case of a motor vehicle with naturally aspirating engine. Or the motor can be designed so that it can only operate at maximum ratio / capacity works under certain conditions such as when starting and a reduction occurs under normal conditions, such as in the case of a powered marine engine. (See also Appendix A.)
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further features and usefulnesses of the invention emerge from the description of exemplary embodiments on the basis of FIG Characters. From the figures show:
Fig. IA Draufsichten auf ein Hauptanhebeprofil und ein und IB Sekundäranhebeprofil eines Nockens für einen Motor mit variablem Kompressionsverhältnis;Fig. 1A plan views of a main lifting profile and a and IB secondary lift profile of a cam for a variable compression ratio engine;
Fig. 2A einen Querschnitt entlang der Linien A-A, B-B, bis 2D c_C D-D 2A shows a cross section along the lines AA, BB, to 2D c _ C DD
Fig. 3A entsprechende perspektivische Darstellungen des bis 3D Nockens;3A shows corresponding perspective representations of the to 3D cam;
Fig. 4a eine Anordnung zum seitlichen Gleiten einer Nockenwelle in Abhängigkeit von Motorgeschwindigkeit und Last;4a shows an arrangement for laterally sliding a camshaft depending on engine speed and load;
Fig. kB abgewandelte Einrichtungen zum Antreiben der Nocken bls 4Ρ welle von Fig. 4A;FIG. KB modified devices for driving the cam bls 4Ρ shaft of FIG. 4A;
Fig. 5A Konfigurationen von Zweitaktverbrennungskammern; bis 5BFig. 5A shows configurations of two-stroke combustion chambers; to 5B
Fig. 6 Teile von Nocken mit variablem Profil;6 shows parts of cams with a variable profile;
Fig. 7-9 Ausführungsformen von Rollennockenstößeln; und 13A-13B7-9 embodiments of roller cam followers; and 13A-13B
Fig. 10 einen Nocken mit sich in Längsrichtung änderndem Profil;10 shows a cam with a profile that changes in the longitudinal direction;
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Pig. 11, 12 Ausführungsformen von Kufennockenstößeln; und 14-16Pig. 11, 12 embodiments of skid cam followers; and 14-16
Fig. 17A Konfigurationen von variablen Nocken und nicht-17A configurations of variable cams and non-
1S ' rotierenden Nockenstößeln; 1S 'rotating cam followers;
Fig. 18 Nocken/Nockenstößelbelastungen;Figure 18 shows cam / cam follower loads;
Fig. 19 eine Nockenstößelschmiereinrichtung;19 shows a cam follower lubricating device;
Fig. 20 einen Nockenstößel mit getrennten Kontaktbereichen;20 shows a cam follower with separate contact areas;
Fig. 21A detaillierte Querschnittsgrenzen zwischen Nocken-21A detailed cross-sectional boundaries between cam-
bls 21C Stößelbereichen; bls 21C ram areas;
Fig. 22A eine Draufsicht auf andere Konfigurationen derFIG. 22A is a top plan view of other configurations of FIG
1S Nockenstößelbereiche; und 1S cam follower areas; and
bj"g"2^e andere Nockenstößelkonfigurationen. b j "g" 2 ^ e other cam follower configurations.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist wenigstens einen Nocken auf, der dem Nockenstößel in zwei Richtungen, nämlich die Umdrehungsrichtung und die axiale Richtung, getrennt oder in Kombination nachlaufen kann. Der Nocken kann ein, zwei oder mehrere wirksame Nockenvorsprünge aufweisen, die getrennt sein oder ineinanderlaufen können. Der mit einem solchen Nocken zusammen verwendete Nockenstößel kann entweder rund oder gewölbt sein und sich frei um seine Achse drehen, oder er kann beispiels weise durch eine Einrichtung zum Festkeilen festgesetzt werden, um einen Querschnitt zu ergeben, der auf einer Linie parallel zu dem Nockenquerschnitt (entweder flach oder gekrümmt in der anderen Richtung) aus zwei oder mehreren verschiedenen Ebenen besteht, wobei diese Ebenen selbst gekrümmt, profiliert oder flach sein können.The device according to the invention has at least one cam which the cam follower in two directions, namely the direction of rotation and the axial direction, separately or in combination, can follow. The cam can be one, two or have a plurality of effective cam projections which can be separate or intermesh. The one with such a cam The cam follower used can either be round or curved and rotate freely about its axis, or it can, for example wisely be set by means of wedging to give a cross-section that is on a line parallel to the cam cross-section (either flat or curved in the other direction) consists of two or more different planes, these planes themselves can be curved, profiled or flat.
Figur IA zeigt beispielsweise einen Nocken 1, der auf einer gleitbaren Nockenwelle 3a montiert ist, bei dem das primäre Hebeprofil oder der Nockenvorsprung la mit zunehmend sich ändernderFigure IA shows, for example, a cam 1 on a slidable camshaft 3a is mounted, in which the primary lifting profile or the cam projection la with increasingly changing
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Größe von der Seite gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß die Änderung der Längsstellung des Nockens relativ zu der festen Führungsrolle ergibt, daß der drehbare, einen gewölbten Kopf aufweisende Nockenstößel 2 in verschiedenem Ausmaß angehoben wird. Der Nocken 1 besitzt ein wesentlich kleineres sekundäres Profil oder Nockenvorsprung 3 mit progressiv zunehmender Änderung, wie es in Seitenansicht in Figur IB gezeigt ist. Die Abschnitte A bis D in Figur IA sind jeweils in den Figuren 2A bis 2D gezeigt und illustrieren die fortschreitende Änderung der beiden Profile. Figur IB zeigt einen abgewandelten Nockenstößel 5, der nicht frei drehen kann und der drei separate Ebenen, eine sekundäre Nockenvorsprungskontaktebene 6, eine Abstandsebene und eine primäre Nockenvorsprungskontaktebene 8 aufweist. Ein derartiger Nockenstößel ist in größeren Einzelheiten in Figur gezeigt. Die Nocken- und Nockenstößelanordnung gemäß den Figuren 1 und 2 ist zum Montieren in einem Viertaktverbrennungsmotor geeignet, um ein zweites Anheben zu ermöglichen, damit die Einlaßventile einen Teil der angesaugten Ladung ablassen, wobei das Verhältnis von Abschnitt 2a hohen Umdrehungen mit maximal wirksamem Kompressionsverhältnis und Kapazität und der Abschnitt 2b niedrigen Umdrehungen mit hoher Last, was ein minimal wirksames Kompressionsverhältnis und Kapazität ergibt, entsprechen, wobei die Variation von Verhältnis/Kapazität davon abhängt, ob und in welchem Maße die zweite Anhebung wirksam wird. Da sich der Nocken in zwei Dimensionen bewegt, wurde der Haupteinlaßnockenvorsprung ebenfalls variabel gemacht, um ein Einlaßventil zu schaffen, welches einen Nockenvorsprung mit äußerster Proportionalität zur Motorgeschwindigkeit und Last besitzt. Die sekundären Anhebeeigenschaften können eliminiert werden, um eine Ausführungsform mit einer variablen Anhebung pro Takt für das Einlaß- und/oder Auslaßventil des Motors zu schaffen. Diese Ausführungsform ist schematisch in Figur 3B gezeigt, welches eine perspektivische Darstellung eines Nockens ist, der nur einen Nockenvorsprung hat, welcher in der Anhebung und/oder Verweilzone variiert. Ein solcher Nocken kann auch zur Steuerung des wahlweisen späten oder zeitigen Schließens eines Ventiles zum Ablassen von oder Beschrän-Size shown from the side. It can be seen that the change in the longitudinal position of the cam relative to the fixed Guide roller results in the rotatable, domed head cam follower 2 being raised to various degrees will. The cam 1 has a much smaller secondary profile or cam projection 3 with a progressively increasing change, as shown in side view in Figure IB. Sections A to D in Figure 1A are in Figures 2A to 2D and illustrate the progressive change of the two profiles. Figure IB shows a modified cam follower 5, which cannot rotate freely and the three separate planes, a secondary cam lobe contact plane 6, a spacing plane and has a primary cam lobe contact plane 8. Such a cam follower is shown in greater detail in Figure shown. The cam and cam follower arrangement according to Figures 1 and 2 is suitable for mounting in a four-stroke internal combustion engine, to allow a second lifting so that the inlet valves release some of the charge that has been drawn in, the Ratio of section 2a high revs with maximum effective compression ratio and capacity and section 2b correspond to low revolutions with high load, which gives a minimal effective compression ratio and capacity, where the variation in ratio / capacity depends on whether and to what extent the second increase takes effect. As the cam moved in two dimensions, the main intake cam lobe has also been made variable to create an intake valve which has a cam projection with extreme proportionality to engine speed and load. The secondary lifting properties can be eliminated to an embodiment with a variable increase per cycle for the intake and / or exhaust valve of the engine. This embodiment is shown schematically in Figure 3B, which is a perspective view of a cam having only one cam projection, which varies in the elevation and / or dwell zone. Such a cam can also be used to control the optional late or early closing of a valve to drain or restrict
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ken des Einlasses der Ladung des Motorarbeitsvolumens verwendet werden. Figur 3D zeigt einen ähnlichen Nocken, dessen Nokkenvorsprung aber ein longitudinal verdrehtes oder axial geneigtes Profil zum Erzeugen eines variablen Ventiltaktes besitzt. Das in Figur 3D gezeigte Merkmal kann bei jeder Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. Figur 3A ist eine perspektivische Darstellung eines Nockens, der zur Betätigung eines Spezialventils zum Ablassen von Ladung von der Arbeitskammer des Motors geeignet ist. In dieser Ausführungsform besitzt er einen Nockenvorsprung, der progressiv verkleinert wird bis zu einem Teil des Nockens hin, wo kein Nockenvorsprung oder eine Anhebung mehr vorhanden ist. Auch dieses Merkmal kann bei jeder Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. Figur 3C zeigt einen Nocken mit mehreren Nockenvorsprüngen, die parallel progressiv anwachsen im Gegensatz zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform.ken of the inlet of the charge of the engine working volume can be used. Figure 3D shows a similar cam, its cam projection but has a longitudinally twisted or axially inclined profile to produce a variable valve stroke. The feature shown in Figure 3D can be used in any embodiment of the invention can be used. Figure 3A is a perspective Representation of a cam that is used to actuate a special valve for discharging cargo from the working chamber of the engine suitable is. In this embodiment it has a cam projection, which is progressively reduced down to a part of the cam where there is no longer a cam protrusion or a rise is available. This feature can also be used in any embodiment of the invention. Figure 3C shows a cam with a plurality of cam projections which grow progressively parallel in contrast to the embodiment shown in FIG.
Figur 4a zeigt als Beispiel eine Anordnung zur seitlichen Bewegung einer Nockenwelle in Abhängigkeit von den Motorgeschwindigkeiten und der Last. Die Nockenwelle 3a ist in einer Einrichtung mit Lager 6 und Dichtung 7 montiert. Ein Ende der Nockenwelle 3a ist mit einem Paar von Zentrifugalgewichten 8 (die hier in vereinfachter Form dargestellt sind) verbunden, die die Nockenwelle bei zunehmender Umlaufgeschwindigkeit wegen der entwickelten Zentrifugalkraft nach rechts ziehen. Das andere Ende der Nockenwelle ist mit einem Kolben 9 verbunden, welcher in einem einseitig geschlossenen Zylinder 10 gleitbar ist. Wahlweise wirkt eine Druckfeder 11 gegen den durch die Zentrifugalkraft bewirkten Rechtszug in der Welle und wird dabei ausgeglichen durch eine Druckfeder 13, die mit einer Einstellschraube 14 und einer Arretiermutter 15 in Eingriff steht. Ein Auslaß 12 ist mit einem Ansaugrohr verbunden, wobei ein Vergrößern der Motorlast durch eine Ladedepression in der Kammer 10 bewirkt, daß der Kolben 9 und die daran befestigte Nockenwelle nach links bewegt werden. Sind die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Nocken an der in Figur 4A gezeigten Nockenwelle befestigt, dann können Variationen im Ventiltakt und Anheben, effektivem Kompressionsverhält-As an example, FIG. 4a shows an arrangement for lateral movement a camshaft as a function of the engine speeds and the load. The camshaft 3a is mounted in a device with a bearing 6 and a seal 7. One end of the camshaft 3a is connected to a pair of centrifugal weights 8 (which are shown here in simplified form) which Pull the camshaft to the right as the rotational speed increases because of the centrifugal force developed. The other The end of the camshaft is connected to a piston 9 which can be slid in a cylinder 10 which is closed on one side. Optional a compression spring 11 acts against the right-hand pull in the shaft caused by the centrifugal force and is balanced in the process by a compression spring 13 which is engaged with an adjusting screw 14 and a locking nut 15. An outlet 12 is connected to an intake manifold, wherein an increase in the engine load by a charge depression in the chamber 10 causes the Piston 9 and the camshaft attached to it are moved to the left. Are the cams shown in Figures 1 to 3 on the Attached to the camshaft shown in Figure 4A, then variations in the valve cycle and lifting, effective compression ratio
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nis und Kapazität automatisch durch solche Paktoren wie Motorgeschwindigkeit und/oder Last gelenkt werden. Zur Vereinfachung ist der Antrieb der Nockenwelle nicht gezeigt. Das kann über einen kerbverzahnten und gezahnten Ring 16 zur Kette 17 hin erfolgen, wie es schematisch in Figur 4B dargestellt ist, oder durch Zahnräder mitZähnen, die eine größere Ausdehnung als normal besitzen, wie es in Figur 4C gezeigt ist. Alternativ dazu kann die Nockenwelle gemäß der Plandarstellung in Figur 4D und der Seitenansicht 4E durch eine gewinkelte Kette 17 über ein Kettenzahnrad 18, welches an der Nockenwelle 3a befestigt ist, über ein im Winkel angeordnetes Zwischenkettenzahnrad 19 von einem Antriebskettenzahnrad 20 angetrieben werden. In einer anderen in Figur 4F gezeigten Ausführungsform ist die Kette nicht gewinkelt, aber die Glieder sind so ausgebildet und die Kette hat eine solche Länge, daß eine seitliche Bewegung möglich ist. Die in Figur 4A gezeigte Ausführungsform hat das Beispiel der seitlichen Bewegung der Nockenwelle in Abhängigkeit von Motorgeschwindigkeit und Last gezeigt, aber die seitliche Bewegung kann auch durch irgend andere Parameter automatisch geregelt werden, beispielsweise durch die Motortemperatur, Auspuffabgasrege Ib et rächt ungen usw.nis and capacity automatically by factors such as motor speed and / or load can be steered. For the sake of simplicity, the drive of the camshaft is not shown. That can about one splined and toothed ring 16 to chain 17 take place, as shown schematically in Figure 4B, or by Gears having teeth larger than normal as shown in Figure 4C. Alternatively, can the camshaft according to the plan view in Figure 4D and the side view 4E by an angled chain 17 via a sprocket 18, which is attached to the camshaft 3a, via an angled intermediate chain sprocket 19 of a Drive sprocket 20 are driven. In another embodiment shown in Figure 4F, the chain is not angled, but the links are designed and the chain is of such a length that lateral movement is possible. the The embodiment shown in Figure 4A has the example of the lateral Camshaft movement shown as a function of engine speed and load, but lateral movement can also be automatically controlled by any other parameter, for example by the engine temperature, exhaust gas rain Ib et revenge, etc.
Im obigen wurden die Grundprinzipien der Erfindung beschrieben. Im weiteren werden konstruktive Einzelheiten, die sich insbesondere auf die Nockenstößel beziehen, anhand verschiedener Anwendungsbeispiele und Ausführungen der Erfindung beschrieben.In the above the basic principles of the invention have been described. In the further construction details, which are in particular refer to the cam follower, described with reference to various application examples and embodiments of the invention.
Die zweite öffnung des Auslaß- oder Einlaßventils oder die öffnung eines anderen Spezialventils während eines Maschinentaktes oder in einigen Ausführungsformen des Expansionstaktes hat viele nützliche Anwendungsformen. In dem Fall einer zweiten öffnung des Auslaßventils kann das Ablassen eines Teiles der Ladung dazu verwendet werden, die Auspuffemissionssteuerung zu verbessern, insbesondere wenn thermische oder katalytische Faktoren in dem Ausgang verwendet werden. Diese Technik wird vorzugsweise bei Motoren mit direkter Zündung verwendet, bei denen die Ladung zumThe second opening of the outlet or inlet valve or the opening another special valve during an engine cycle or in some embodiments the expansion cycle has many useful forms of application. In the case of a second opening of the exhaust valve, releasing a portion of the charge can be used to improve exhaust emission control, especially if thermal or catalytic factors are used in the output. This technique is preferred for engines used with direct ignition where the charge is to
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Zeitpunkt des Ausblasens keinen Kraftstoff enthalten muß, um extra Luft oder Sauerstoff zu dem Auslaßventil zu liefern. In einigen Ausführungsformen kann das Ablassen einer Kraftstoff enthaltenden Ladung zum Erzeugen einer Verbrennung und folglich einer gesonderten Hitze in einem Auslaßreaktor verwendet werden, wobei der Reaktor eine entsprechend robuste Konstruktion hat und die verbrennbare Ladung und die restlichen Auslaßgase geeignet ausgeglichen und gemischt sind, um das Risiko einer Detonation zu vermindern. Bei vielen Anwendungen wird ein erfindungsgemäß ausgebildeter Motor so gebaut, daß ein Teil der Ladung während bestimmter Bedingungen abgelassen wird, etwa bei niedriger Geschwindigkeit/hoher Last, wobei ein Anwachsen in der 'Verbrennungsmischung leicht auftritt. Erfolgt das Ablassen über das Auslaßventil, dann wird gleichzeitig Luft zu dem Auslaßsystem zugeführt, um die Reduktion von teilweise verbrannten Bestandteilen b"ei einer reichen Mischung zu bewirken. Bei anderen Ausführungsformen oder Situationen bewirkt die Erfindung ein Ablassen der Ladung zu dem Auslaßsystem zu dem Zweck, die Ausgangsemissionen zu regeln, wodurch die Motorwirkung nicht direkt beeinflußt wird.Purge time does not need to contain fuel to deliver extra air or oxygen to the exhaust valve. In some embodiments may include draining a fuel Charge used to produce combustion and consequently separate heat in an outlet reactor, whereby the reactor has a suitably robust construction and the combustible charge and the remaining exhaust gases are suitable balanced and mixed to reduce the risk of detonation. In many applications, one will be used in accordance with the invention trained engine built so that some of the cargo is drained during certain conditions, such as low speed / high speed Load, being an increase in the 'combustion mixture occurs easily. If the discharge takes place via the exhaust valve, then air is simultaneously supplied to the exhaust system added to effect the reduction of partially burned ingredients in a rich mixture. In other embodiments or situations, the invention causes the charge to be discharged to the exhaust system for the purpose of removing the output emissions to regulate, whereby the engine effect is not directly influenced.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Anordnung zum Ablasserybder Beschränken von Ladung für einen Motor, um einen Mehrstoffbetriebsmotor zu schaffen. Es ist bekannt, daß derartige Motoren gewünscht werden, die verschiedene Kraftstoffe verbrennen können, insbesondere im militärischen Bereich, in Überland- oder Forschungsfahrzeugen. Der Motor ist so aufgebaut, daß er beispielsweise Dieselkraftstoff bei höchstem Kompressionsverhältnis ohne Ablassen, wahlweises Ablassen und geregeltes Ablassen bei Kraftstoffen mit höher Viskosität verbrennt. Beispielsweise kann ein Motor so aufgebaut sein, daß er bei Dieselöl mit einem wirksamen Kompressionsverhältnis von 16 : 1 arbeitet, welches durch Ablassen von Ladung auf 10 : 1 bei Verwendung von Benzinkraftstoff reduziert wird.Another embodiment of the invention consists of one Arrangement for the Ablasserybder restriction of charge for an engine, to create a multi-fuel engine. It is known that such engines are desired which use various fuels can burn, especially in the military sector, in intercity vehicles or research vehicles. The engine is designed in such a way that that it can, for example, use diesel fuel at the highest compression ratio without draining, optional draining and regulated Draining fuel with higher viscosity burns. For example, an engine can be designed to run on diesel oil operates with an effective compression ratio of 16: 1, which by dumping charge to 10: 1 when in use of gasoline fuel is reduced.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren des teilweisen Ablassens der Ladung durch eine sekundäre öffnung des Auslaß- oder Einlaßventiles oder durch die öffnung eines anderen Ventiles oder durch das verzögerte Schließen des Einlaßventiles erreicht, um die Ladungszusammensetzung besser zu steuern. Beispielsweise ist es bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen die Ladung aus einer Kombination von frischem Kraftstoff -/Luft ge misch und verbleibenden Abgasen von der vorhergehenden Verbrennung besteht. Bei Viertaktmotoren kann eine geeignete Ausbildung des Ventiltaktes und der öffnung die restlichen Abgase auf eine solche Menge vermindern, bei der diese den Motor nicht beträchtlich beeinflussen, das ist aber nicht der Fall bei Zweitaktmotoren, wo die Ladung immer einen beträchtlichen Anteil an restlichen Abgasen enthält. Da nahezu immer ein gesteuerter oder gewünschter Pluidfluß durch den Verbrennungsraum stattfindet, kann der Anteil von Abgas, der bei geschlossenen Ventilen vorhandenist, an einer bestimmten Stelle, gewöhnlich nahe dem Auslaßventil, größer sein. Das ist insbesondere bei Motoren der Fall, bei denen das Auslaßventil im oberen Teil der Verbrennungskammer liegt, wobei die Abgase, die vorher mehr mit der Ladung gemischt waren, während des Kompressionstaktes aufgrund ihrer hohen Temperatur im Vergleich zu der ankommenden Ladung angestiegen sind und eine Schicht nahe dem Ausgangsventil bilden. Gemäß der Erfindung wird das Auslaßventil ein zweites Mal während des Kompressionstaktes geöffnet, damit der größte Teil der Schicht oder Tasche des restlichen Abgases ausgestoßen wird, um so die Reinheit der Ladung im Moment der Verbrennung zu verbessern. Es ist zu erkennen, daß die volumenmäßige Wirksamkeit des Motors dadurch geringfügig vermindert wird, aber das wird dadurch kompensiert, daß die Menge der frisch angesaugten Ladung vergrößert wird, inässondere bei Zweitaktmotoren, bei denen die Ladung nahezu immer in einem gewissen Ausmaß durch Kraft induziert ist und Einstellungen verhältnismäßig leicht möglich sind. In Figur 5A ist als Beispiel ein Querschnitt durch eine Zweitaktverbrennungskammer 21 mit unteren Einlaßöffnungen 22 und einem Kopfauslaßventil 23 gezeigt, wobei der Kolben 24 auf dem haltenIn another embodiment of the invention, the method the partial discharge of the charge by a secondary opening of the outlet or inlet valve or through the opening another valve or by delaying the closing of the inlet valve to improve the charge composition to control. For example, it is known that in internal combustion engines, the charge from a combination of fresh fuel - / Air mixed and remaining exhaust gases from the previous one There is combustion. In the case of four-stroke engines, a suitable design of the valve stroke and the opening can reduce the remaining Reducing exhaust gases to such an amount that they do not significantly affect the engine, but it is not the case with two-stroke engines, where the load is always considerable Contains proportion of residual exhaust gases. There is almost always a controlled or desired fluid flow through the combustion chamber takes place, the proportion of exhaust gas that is present when the valves are closed, at a certain point, usually near the exhaust valve, be larger. This is particularly the case with engines in which the exhaust valve is in the upper part the combustion chamber, with the exhaust gases, which were previously more mixed with the charge, during the compression stroke due to their high temperature compared to the incoming cargo have risen and a layer near the exit valve form. According to the invention, the exhaust valve is opened a second time during the compression stroke, so that most of it the layer or pocket of the remaining exhaust gas, so as to improve the purity of the cargo at the moment of combustion. It can be seen that this diminishes the volumetric efficiency of the engine slightly, but it does compensates for the fact that the amount of freshly sucked in charge is increased, especially in the case of two-stroke engines where the Charge is almost always force-induced to some extent and adjustments are relatively easy. As an example, FIG. 5A shows a cross section through a two-stroke combustion chamber 21 shown with lower inlet ports 22 and a head outlet valve 23 with the piston 24 on hold
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Wege nach oben beim Kompressionstakt gezeigt ist. Das Ventil 23 besitzt einen speziell gewölbten Kopf, der es den heißen verbleibenden Gasen, die bei 25 durch die Pünktchen angedeutet sind, ermöglicht, sich am höchsten Punkt 26 über der Kammer am Umfang des Ventils zu sammeln, welches während des Kompressionstaktes für einen kurzen zweiten Moment geöffnet wird. Figur 5B zeigt einen Querschnitt einer Zweitaktverbrennungskammer 29 mit einem Querfluß von den Einlaßöffnungen 27 zu den Ausgangsöffnungen 28, wobei sich der Kolben 30 am unteren TotpunktZentrum befindet. Es ist eine zusätzliche Ausgangsöffnung 31 vorgesehen, die durch ein gleitbares Tor 32 verschließbar ist und mit einem Aiggangstunnelsystem 33 in Verbindung steht. Wenn ein Ablassen von restlichen Abgasen (die sich über der Hauptausgangsöffnung sammeln) während des Kompressionstaktes gewünscht wird, dann kann das Tor 32 ganz oder teilweise während des Motorbetriebes geöffnet werden oder kann ganz oder teilweise während jedes Taktes öffnen und schließen. Das Tor kann durch eine Einrichtung, von Hand oder automatisch betätigt werden. Die Mechanik zu seiner Efebätigung ist hier zur Abkürzung wegen der Einfachheit der Erklärung der entsprechenden Prinzipien weggelassen.Paths up at the compression stroke are shown. The valve 23 has a specially domed head, which it the hot remaining Gases, which are indicated by the dots at 25, allow themselves to be at the highest point 26 above the chamber at To collect the circumference of the valve, which is opened for a short second moment during the compression stroke. Figure 5B shows a cross-section of a two-stroke combustion chamber 29 with a cross flow from the inlet ports 27 to the outlet ports 28, the piston 30 being at the bottom dead center. An additional outlet opening 31 is provided, which can be closed by a slidable gate 32 and is connected to an exit tunnel system 33. When a drain of residual exhaust gases (which collect above the main outlet opening) is desired during the compression stroke, then the gate 32 can be fully or partially opened during engine operation, or can be fully or partially opened during each Open and close clocks. The gate can be operated by a device, manually or automatically. The mechanics of his Efficiency is here for the convenience of the abbreviation Explanation of the corresponding principles omitted.
Eine Ausführungsform und Anwendung der Erfindung ist ein Motor für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise bei einem Personenkraftwagen, einem Überlandschlepper, einer Eisenbahnlokomotive, einem Bulldozer oder Planierer usw. Die meisten Pahrzeugmotoren sind so ausgebildet, daß sie unter allen normalerweise anzutreffenden Bedingungen vernünftig arbeiten, und verwenden dabei einen gegebenen bestimmten Kraftstoff. Das feste Kompressionsverhältnis eines bekannten Motors wird daher bestimmt durch die Notwendigkeit, nachteilige Effekte wie Frühzündung oder Klopfen unter der schwierigsten Betriebsbedingung, die anzutreffen sein wird, was gewöhnlich die niedrige Motorgeschwindigkeit mit hoher Last ist, zu eliminieren. Diese Situation wird nur für einen kleinen Teil des Motorbetriebes im Zeitablauf oder in kleinen Abstandsbereichen angetroffen, und der Motor könnte den speziellen Kraftstoff während der anderen Betriebsweisen bei beträcht-One embodiment and application of the invention is an engine for a motor vehicle, for example a passenger car, an overland tug, a railroad locomotive, a bulldozer or leveler, etc. Most vehicle engines are trained to operate properly in all conditions normally encountered using a given particular fuel. The fixed compression ratio a known engine is therefore determined by the need for adverse effects such as pre-ignition or knocking under the most severe operating condition that will be encountered, which is usually the low engine speed with high Burden is to eliminate. This situation occurs only for a small part of the engine operation over time or in small Were encountered and the engine could use the specific fuel during the other modes of operation at considerable
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lieh höheren KompressionsVerhältnissen verbrennen. Es ist bekannt, daß die von der Verbrennung einer bestimmten Kraftstoffmenge gewinnbare Leistung direkt proportional zum Anwachsen des Kompressionsverhältnisses innerhalb bestimmter praktischer Grenzen ansteigt. Es ist daher erkennbar, daß die Erfindung durch Ermöglichen der Änderung der Kompressionsverhältnisse in der Weise, daß diese immer optimal für die gegebenen Laufbedingungen sind, es ermöglicht, daß eine beträchtlich größere Leistung von einer gegebenen Menge Kraftstoff im Vergleich zu konventionellen Motoren gewonnen werden kann. Dadurch wird eine entsprechende Menge Kraftstoff eingespart. Beispielsweise kann ein Motor eines Personenkraftwagens, der 6.000 Umdrehungen pro Minute laufen kann, mit einem geometrischen Kompressionsverhältnis von 13 : 1 konstruiert sein und eine wahlweise und gesteuert variable zweite Einlaßventilanhebung während des Kompressinstaktes haben, wodurch maximal ein Viertel der angesaugten Ladung abgelassen werden kann. Die Variation wird automatisch durch eine Kombination der Motorgeschwindigkeit und Last gesteuert. Unter der schlechtesten Situation von niedriger Umdrehungszahl und hoher Last (beispielsweise beim Starten unter voller Last ab einem Abhang) würde das Ablassen am größten sein, wodurch ein wirksames Kompressionsverhältnis von ungefähr 9 : 1 entsteht (wobei ein maximal wirksames Kompressionsverhältnis 12 : 1 sein soll). Bei Zwischensituationen wie dem Fahren bei niedriger Geschwindigkeit in der Stadt würde ein teilweises Ablassen stattfinden, welches ein wirksames Verhältnis von 10,5:1 ergibt, während bei Autobahnfahrt nichts abgegeben würde, was ein effektives Verhältnis von 12 : 1 ergibt, welches als 13 : 1 bei herkömmlicher Messung bezeichnet werden würde. Als Ergebnis ist die Gesamtwirksamkeit und die Kraftstoffeinsparung speziell beim Autobahnfahren wesentlich größer als bei einem entsprechenden herkömmlichen Motorfahrzeug.lent higher compression ratios to burn. It is known, that the power obtainable from the combustion of a certain amount of fuel is directly proportional to the increase the compression ratio increases within certain practical limits. It can therefore be seen that the invention by allowing the compression ratios to be changed in the way that these are always optimal for the given running conditions enables considerably greater performance can be obtained from a given amount of fuel compared to conventional engines. This creates a corresponding amount of fuel saved. For example, an engine of a passenger car that rotates 6,000 revolutions per Minute can run, be constructed with a geometric compression ratio of 13: 1 and be optional and controlled variable second intake valve lift during the compression stroke which means that a maximum of a quarter of the sucked-in charge can be drained off. The variation will be automatic controlled by a combination of engine speed and load. Under the worst situation of low RPM and high load (e.g. when starting under full load from a slope) the lowering would be greatest, creating an effective compression ratio of approximately 9: 1 (with a maximum effective compression ratio 12: 1 should be). In intermediate situations such as driving at low speed in the city, a partial deflation would be required take place, which results in an effective ratio of 10.5: 1, while nothing would be released when driving on the motorway gives an effective ratio of 12: 1, which would be referred to as 13: 1 in conventional measurement. As a result the overall effectiveness and the fuel saving, especially when driving on the motorway, is significantly greater than with a corresponding one conventional motor vehicle.
Aus den obigen Beschreibungen geht hervor, daß eine Variation im wirksamen Kompressionsverhältnis eine proportionale und entsprechende Variation in der effektiven Kapazität zur Folge hat. Die Variation in der effektiven Kapazität kann einen Vorteil inFrom the above descriptions it can be seen that a variation in the effective compression ratio is proportional and corresponding Result in variation in effective capacity. The variation in effective capacity can be an advantage in
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einer Anzahl von Situationen beweisen. Beispielsweise tritt in dem oben beschriebenen Fahrzeug die Reduktion in der effektiven Kapazität und folglich der Kraftstoffverbrauch während der Situationen im Stadtfahren auf, wo der Kraftstoffverbrauch normalerweise hoch ist. Die Reduktion der effektiven Kapazität muß nicht unbedingt eine, proportionale Reduktion in der wirklichen (im Gegensatz zur theoretischen) Motorleistung bedeuten. Soll beispielsweise das effektive Kompressionsverhältnis/Kapazität bei niedrigen Umdrehungen/hoher Last reduziert werden, dann kann unter dieser Bedingung ein reicheres Gemisch richtig verbrannt werden, vielleicht infolge der höheren b.m.e.p. Wird eine Reduktion der effektiven Kapazität von 10$ vorgenommen und eine Kompensation durch Vorsehen einer 10% reicheren Mischung erreicht, dann kann in etwa dieselbe Kraftstoffmenge wie bei einem konventionellen Motor verbrannt werden, was ungefähr dieselbe Leistung ergibt. Ein Teil der Erfindung besteht jedoch speziell in der Anordnung der beschriebenen Merkmale,durch die ein Motor gebildet wird, bei dem eine beträchtliche Variation der effektiven Kapazität möglich ist. Es ist bekannt, daß Kraftfahrzeuge mit Motoren ausreichender Kapazität ausgestattet sind, um eine adäquate Leistung in allen Situationen zu liefern, einschließlich von Notfällen, obwohl diese maximale Leistung und die dafür erforderliche Kapazität selten erforderlich sind und selten benutzt werden. Durch die Möglichkeit der wahlweisen reduzierbaren oder variablen effektiven Kapazität wird daher eine bessere Ausnutzung des Kraftstoffes und damit Kraftstoffeinsparung erreicht. Hat beispielsweise eh Fahrzeug einen Motor mit einer maximalen effektiven Kapazität von 2.000 cm , die wahlweise und variabel reduzierbar ist auf 1.400 cm , dann wird der untere Bereich der effektiven Kapazität und des proportionalen Kraftstoffverbrauches während des Stadtfahrens und der ständigen Autobahnfahrt verwendet, und die höheren Kapazitäten werden nur bei hoher Geschwindigkeit, beim überholen, beim Fahren unter Last usw. verwendet. Die Variation der Kapazität kann von Hand oder automatisch gesteuert werden durch Faktoren einschließlich derprove a number of situations. For example, in the vehicle described above, the reduction in effective capacity, and hence fuel consumption, occurs during urban driving situations where fuel consumption is normally high. The reduction in the effective capacity does not necessarily have to mean a proportional reduction in the real (as opposed to the theoretical) engine output. If, for example, the effective compression ratio / capacity is to be reduced at low revs / high load, then a richer mixture can be properly burned under this condition, perhaps as a result of the higher BMEP % richer mixture, then roughly the same amount of fuel as a conventional engine can be burned, giving roughly the same performance. Specifically, however, part of the invention resides in the arrangement of the features described thereby forming a motor capable of substantial variation in effective capacity. It is known that motor vehicles are equipped with engines of sufficient capacity to provide adequate power in all situations, including emergencies, although this maximum power and capacity is seldom required and is seldom used. The possibility of the optionally reducible or variable effective capacity therefore achieves better utilization of the fuel and thus fuel savings. For example, if eh vehicle cm a motor having a maximum effective capacity of 2.000 cm, which is selectively and variably reducible to 1.400, then the lower portion of the effective capacitance and the proportional fuel consumption during the city driving and the constant highway driving is used, and the higher capacity are only used at high speed, when overtaking, driving under load, etc. The variation in capacity can be controlled manually or automatically by factors including the
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Motorgeschwindigkeit, der Last, der Umgebungsatmosphäre, der Temperatur und des Druckes usw. Es wurde also beschrieben, daß nach der Erfindung ein Motor mit optimalem effektivem Kompressionsverhältnis und ein Motor mit einer optimalen effektiven Kapazität geschaffen werden können. In einer idealen Ausführung der Erfindung wird diese in einem Kraftfahrzeugmotor verwendet, und beide Vorteile der beiden Gruppen der Motorparametervariation werden zu einem Kompromiß kombiniert.Engine speed, load, ambient atmosphere, temperature and pressure, etc. So it has been described that according to the invention an engine with an optimal effective compression ratio and an engine with an optimal effective compression ratio Capacity can be created. In an ideal embodiment of the invention, this is used in a motor vehicle engine, and both advantages of the two sets of motor parameter variation are combined into a compromise.
Die Erfindung kann in einem Motor zum Unterstützen des Startens verwendet werden. Beispielsweise neigen geeignete Kompressionsverhältnisse für die Ottomotoren zum Vergrößern mit der Geschwindigkeit. Daher kann für einen vorgegebenen Motor ein kleineres Kompressionsverhältnis als normalerweise während des Startens und der entsprechend zugehörigen niedrigen Umdrehungszahlen erforderlich sein, was manuell oder automatisch durch Variation des Ventilbetriebes so erreicht werden kann, daß eine maximale Reduktion im effektiven Verhältnis während des Startens erreicht wird. Bei anderen Motoren wie den turboverdichteten oder vorverdichteten Motoren kann während des Startens ein höheres Kompressionsverhältnis als normalerweise verlangt werden, um die Untätigkeit eines motorabhängigen Vorverdichters zu kompensieren. In letzterem Fall wird die Erfindung so konkretisiert, daß sie ein Ablassen von Ladung während des normalen Laufes etwa beim sekundären Ventilhub ermöglicht, und der sekundäre Hub und das Abgeben erfolgen während des Startens nicht. In einer bevorzugten Ausführungsform'kann dieses Prinzip in Kombination mit einem Zweitaktmotor verwendet werden, der einen sekundären Hub und ein Abgeben während des normalen Laufens hat, um die verbleibenden Restausgangsgase in dem Verbrennungsraum auszustoßen, wobei daran erinnert sei, daß viele Zweitakter eine Art von unterstützter Ansaugung haben, die motorabhängig ist, und daher entstehen Schwiaigkeiten beim Start. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der oben beschriebene Zweitaktmotor ein turboverdichteter oder vorverdichteter Schiffsdieselmotor oder ein Motor für eine Eisenbahnlokomotive oder ein Gene-The invention can be used in an engine to assist starting. For example, suitable compression ratios for the gasoline engines tend to increase with speed. Therefore, for a given engine, a lower compression ratio than would normally be possible during start-up and the correspondingly associated low revolutions may be required, which can be done manually or automatically by variation valve operation can be achieved in such a way that a maximum reduction in the effective ratio during starting is achieved. With other engines such as the turbo-compressed or pre-compressed engines, a higher Compression ratio than normally required, to compensate for the inactivity of an engine-dependent supercharger. In the latter case, the invention is specified in such a way that that it allows a discharge of charge during normal running, such as the secondary valve lift, and the secondary lift and the delivery does not occur during start-up. In a preferred embodiment, this principle can be used in combination can be used with a two-stroke engine that has a secondary stroke and output during normal running in order to achieve the remaining residual exhaust gases in the combustion chamber, remembering that many two-stroke engines have a type of assisted suction, which is engine dependent, and therefore difficulties arise at start-up. In another preferred Embodiment can be the above-described two-stroke engine a turbo-compressed or pre-compressed marine diesel engine or an engine for a railroad locomotive or a gen-
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ratorkraft-beaufschlagter Dieselmotor oder andere große Motoren, die normalerweise zwischen 100 bis 1.000 Umdrehungen pro Minute laufen, sein. Derartige Motoren werden heute sehr häufig in großen Handelsschiffen wie Massenfrachtern, Supertankern, Containerschiffen usw. verwendet. Es ist bekannt, daß die grossen einzelnen Motoren, die diese Schiffe haben können, nicht einwandfrei unterhalb einer bestimmten Umdrehungszahl arbeiten können, und das ergibt manchmal Probleme bei der Feinmanövrierung solcher großer Schiffe. Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung ist ein Motor mit einem wahlweisai und gesteuerten Ladungsausstoß während des langsamen Laufes vorgesehen, durch den die Leistung pro Umdrehung vermindert werden kann und so weniger mechanische Arbeit pro vorgegebener Motorumdrehungszahl geleistet wird. Marineschiffe wurden bereits für die Anwendung eines derartigen Motors angegeben, bei dem die Leistung pro Umdrehung wahlweise variabel ist, aber dieses Prinzip kann auch bei jedem anderen speziellen oder nichtspeziellen Motor verwendet werden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Schiffsmotor mit einem mittleren gesteuerten Ladungsausstoß während des Kompressionstaktes, der durch einen existierenden sekundären Ventilhub oder durch eine zusätzliche Ventilöffnung bewirkt wird, um beispielsweise die Ladungszusammensetzung zu verbessern. Während des normalen Laufes hat der Motor wahlweise weniger oder keinen Ausstoß während des Startens und hat wahlweise einen Ausstoß zum Vermindern der Leistung pro Umdrehung, wobei die Menge des letzteren Ausstoßes möglicherweise größer ist als während des normalen Laufes.Ratorkrafted diesel engine or other large engines, which are normally between 100 to 1,000 revolutions per Minute run, be. Such engines are very common today in large merchant ships such as bulk freighters, super tankers, Container ships etc. used. It is known that the large individual engines that these ships can have are not can work properly below a certain number of revolutions, and this sometimes creates problems with fine maneuvering such big ships. In accordance with another aspect of the invention is an engine with optional and controlled charge ejection provided during the slow run, through which the power per revolution can be reduced and so less mechanical work is performed per specified engine speed. Naval ships were already applying for it specified of such a motor, in which the power per revolution is optionally variable, but this principle can also can be used with any other special or non-special engine. A preferred embodiment of the invention is a marine engine with a medium controlled charge discharge during the compression stroke, which is caused by an existing secondary valve lift or by an additional valve opening is effected, for example, to the charge composition to improve. During normal running, the engine has either less or no output during start-up and optionally has an output to reduce the power per revolution, the amount of the latter output possibly being is larger than during the normal run.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch bei einer Motorbremse verwendet werden. Ein Weg zum Erreichen desselben besteht in der wahlweisen und gesteuerten Beschränkung der Einlaßöffnung und/oder einer sekundären Öffnung des Einlaßventils, so daß der größte Teil des während des Ansaugtaktes angesaugten Pluidmediums wieder in das Ansaugsystem ausgestoßen wird, wobei die Kammer verhältnismäßig fluidarm gehalten wird, wenn alle Ventile geschlossen sind und der Kolben an dem oberen Totpunktzen-The principle according to the invention can also be used in an engine brake. One way to achieve the same is in the selective and controlled restriction of the intake port and / or a secondary opening of the intake valve so that the Most of the fluid medium sucked in during the intake stroke is expelled back into the intake system, with the Chamber is kept relatively low in fluid when all valves are closed and the piston at the top dead center
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trum ist. Das bewirkt, daß die Kolben gegen das relative Teilyakuum auf dem Verbrennungstakt (inoperativ bei Eigenzündungsmotoren) arbeiten. Alternativ dazu kann das Auslaßventil so unter Motorbremsbedingungen angeordnet werden, daß es nahezu keine öffnung während des Ausstoßtaktes oder seine Hauptöffnung während des Expansionshubes hat, wobei entweder die Kraft von jeder Zündung abgeleitet wird oder in dem Fall von Dieselmotoren das Gas gegen den normalen Pluß zurückgesaugt wird. Alternativ dazu kann der erfindungsgemäße Nocken verwendet werden, dessen einer Teil lein oder nahezu kein Profil besitzt, so daß unter Motorbremsbedingungen dieser Teil gegenüber dem Nockenstößel liegt, was nahezu keine oder überhaupt keine Ventilöffnung wahlweise sowohl des Einlaßventils als auch des Ausgangsventils ergibt. Wenn beide oder alle Ventile so während des Motorbremsens in Ruhezustand gehalten werden, dann wird die Verbrennungskammer abgeschlossen, wodurch ein großer Teil Mehrarbeit von dem Kolben zum Komprimieren oder Expandieren des Fluidmediums darin aufgebracht werden muß, wodurch eine größere Bremswirkung erreicht wird. Alle diese Kunstgriffe, die Nockenabgleichungen relativ zu den Nockenstößeln, die speziell für die Bremsbedingung gewählt sind, beinhalten, können durch Mechanismen oder in Eingriff gebrachte Gelenke entweder automatisch oder durch die Bedienungsperson ausgelöst werden. Bei großen Lastern kann der Fahrer die Bremswirkung progressiv verstärken, indem er einen Hebel bewegt, der die Nockenwelle entlang ihrer Rotationsachse verschiebt. Das kann eine Aufwärtsbewegung (entgegen der Druckfederwirkung) für das Drosselpedal einleiten, welches der Fahrer entweder durch Hinterhaken seines Fußes unter die Oberfläche des Pedals und Hochziehen desselben oder durch Anbringen eines Bogens an dem Pedal wie bei Radrennfahrerpedalen bewirkt werden. Mit anderen Worten gesagt bremst ein Fahrer durch Anheben seines Fußes vom Gaspedal, welches in seine Querstellung zurückgeht, ab und bewirkt so eine bestimmte Motorbremsung. Eine schwerere Bremsung wird bewirkt durch eine Aufwärts-Gaspedalhebelwirkung. Zusätzlich oder alternativ kann die durch die Nockenwellenbewegung ausgelöste schwerere Bremsung mit dem ersten Ab-dream is. This causes the pistons against the relative partial vacuum work on the combustion cycle (inoperative for self-ignition engines). Alternatively, the exhaust valve can do so under engine braking conditions that there is almost no opening during the exhaust stroke or its main opening during the expansion stroke, either deriving the power from each ignition or in the case of diesel engines the gas is sucked back against the normal plus. Alternatively for this purpose, the cam according to the invention can be used, its a part has little or almost no profile, so that under engine braking conditions that part is opposite to the cam follower is, which results in almost no or no valve opening selectively of both the inlet valve and the outlet valve. If both or all of the valves are so held at rest during engine braking, then the combustion chamber becomes completed, eliminating a great deal of extra work from the piston to compress or expand the fluid medium therein must be applied, whereby a greater braking effect is achieved. All of these tricks, the cam alignments relative to the cam followers that are specifically chosen for the braking condition may include by mechanisms or engaged joints are released either automatically or by the operator. With great vices can the driver can progressively increase the braking effect by moving a lever that moves the camshaft along its axis of rotation shifts. This can initiate an upward movement (against the compression spring action) for the throttle pedal, which the Driver either by hooking his foot under the surface of the pedal and pulling it up, or by attaching it of an arc on the pedal as in a racing cyclist's pedals. In other words, a driver brakes by lifting his foot from the accelerator pedal, which goes back to its transverse position, and thus causes a certain engine braking. One heavier braking is effected by an upward accelerator lever action. Additionally or alternatively, the camshaft movement triggered heavier braking with the first
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schnitt der Bremspedalrücknahmebewegung gekoppelt werden und durch leichte bis mittlere Bremspedalanwendung wie auch durch schwerere Anwendung ausgelöst werden.section of the brake pedal withdrawal movement and through light to medium brake pedal application as well as through heavier application will be triggered.
Es wurde bereits ausgeführt, daß vaiable Nockenmechanismen be-' kannt sind, von denen einige einen Nocken besitzen, der eine Dreh- und Axialbewegung ausführen kann. Solche Nocken haben gewöhnlich einen konischen Nockenvorsprung von progressiv anwachsendem Querschnitt. Solche Nocken haben gewöhnlich Probleme bei der Nockenstößelausbildung. Theoretisch sollte der Nockenstößel einen sich ändernden Abschnitt entlang einer Parallele durch die Nockenachse haben, wie es aus den Abschnitten m und η durch den Nocken von Figur 6 entnommen werden kann. Die Erfindung gibt verschiedene Ausführungsformen an, die im weiteren beschrieben werden und die so ausgebildet sind, daß die herkömmlichen Probleme im Zusammenhang mit den Nockenstößeln von variablen Nocken beseitigt werden.It has already been stated that variable cam mechanisms be ' are known, some of which have a cam that can perform a rotary and axial movement. Have such cams usually a conical cam projection of progressively increasing cross-section. Such cams usually have problems in the cam follower training. In theory, the cam follower should have a changing section along a parallel through the cam axis, as can be seen from the sections m and η through the cam of FIG. The invention indicates various embodiments, which are described below are described and which are designed so that the conventional problems associated with the cam followers of variable Cams are eliminated.
Zur Festlegung der Terminologie und der Annahmen, die bei dieser Beschreibung gemacht werden, ist in Figur 6 ein typischer variabler Profilnocken 30 gemäß der Erfindung gezeigt, dessen gestrichelter Teil 31 das kleinste Profil und dessen gestrichelter Teil 32 das größte Profil zeigt. Der Pfeil 33 bezeichnet den Nockenvorsprung oder Arbeitsteil des Nockens, der in drei Abschnitte mit dem Hubteil 31J5 dem Verweilteil 35 und dem Absenkteil 36 unterteilt ist. Bei einigen Nockenausbildungen ist der Verweilteil so klein, daß er praktisch nicht existiert. Der nichtarbeitende Teil des Nockens ist durch den Pfeil 37 bezeichnet. Die Zeichnung zeigt einen alternativen Nockenstößel 38 in Kontakt mit dem nichtarbeitenden Teil des Nockens und einen Nockenstößel 39 außer Kontakt mit dem Nocken, wobei ein Zwischenspalt 40 zwischen den beiden besteht. In den meisten drehbetätigten hin- und herbewegbaren Mechanismen ist irgendwo ein Abstands- und/oder Einstellmechanismus vorgesehen, so daß der Nockenstössei nur während des Arbeitsteils der Nockenbewegung unter schwe-In order to establish the terminology and the assumptions made in this description, a typical variable profile cam 30 according to the invention is shown in FIG. 6, whose dashed part 31 shows the smallest profile and whose dashed part 32 shows the largest profile. The arrow 33 denotes the cam projection or working part of the cam, which is divided into three sections with the lifting part 3 1 J 5, the dwell part 35 and the lowering part 36. In some cam designs, the dwell portion is so small that it practically does not exist. The non-working part of the cam is indicated by arrow 37. The drawing shows an alternate cam follower 38 in contact with the non-operating portion of the cam and a cam follower 39 out of contact with the cam with an intermediate gap 40 between the two. In most rotary reciprocating mechanisms, some spacing and / or adjustment mechanism is provided somewhere so that the cam follower i only during the working part of the cam movement under heavy load.
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rer Last steht. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Nockenstößel in leichtem Kontakt mit dem Nocken während des Michtarbeitens stehen, aber das Material kann auf alle Arten von Nockenstößelausbildung und Stellung relativ zum Nocken während des Nichtarbeitens einschließlich des Falles, bei dem er gegen den Nocken unter schwerer Belastung steht, angewendet werden. Aus Figur 6 ist ersichtlich, daß jede seitliche Linie oder Ebene eines Nockenstößels unter verschiedenen Winkeln in Bezug auf die Richtung der Hin- und Herbewegung geneigt sein muß. Während des Nichtarbeitsteiles der Nockenbewegung soll die Ebene des Nockenstößels ungefähr parallel zur Nockenachse liegen, aber während des Arbeitsteiles sollte die Ebene variabel gegen die Nockenachse geneigt sein, wie es durch Abschnitt η gezeigt ist. Der Nichtarbeitsteil des Nockens soll in den meisten Ausführungsformen zylindrisch sein, so daß der Abstand oder die Belastung zwischen Nocken und Nockenstößel bei einer Nockenseitwärtsbewegung und daraus folgenden Variation des Profils konstant bleibt.the load. In the following description it is assumed that the cam followers are in light contact with the cam standing while working, but the material can have all kinds of cam follower configurations and positions relative to the Cam is applied while not working including the case where it stands against the cam under heavy load will. From Figure 6 it can be seen that each lateral line or plane of a cam follower is subordinate to different ones Angles must be inclined with respect to the direction of reciprocation. During the non-working part of the cam movement the plane of the cam follower should be approximately parallel to the cam axis, but during the working part the Plane be variably inclined to the cam axis, as shown by section η. The non-working part of the cam should be cylindrical in most embodiments, so that the Distance or the load between the cam and the cam follower during a cam sideways movement and the resulting variation of the profile remains constant.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Nockenstößel eine drehbar montierte drehbare Führungsrolle auf. In Figur 7 ist perspektivisch eine Führungsrolle 40 gezeigt, die in Lagern 41 montiert ist, welche an einem Rahmen 42 befestigt sind, welcher durch Lager 43 an einem hin-und herbewegbaren Glied 44 drehbar befestigt ist. Der Bereich der Führungsrollendrehbewegung ist durch Pfeile 45 angezeigt. Wahlweise können eine Feder oder Spannungs- oder Kompressionsmittel 46 zum Vorspannen der Führungsrolle in eine Position senkrecht zu dem Glied 44 während des Nichtarbeitsteils der Nockenbewegung vorgesehen sein. Beispielsweise ist in Figur 8 ein Nockenstößel mit einer Zwillingsrollenkonfiguration gezeigt, der einen parallel zum Nockenquerschnitt genommenen Abschnitt hat, welcher in Figur 9 gezeigt ist, wo die Drehzentren 47 der Führungsrolle zu einem Sattel verbunden sind, der über einen Kugelabschnitt 49 und eine Kugel 50 mit dem hin- und herbewegbaren Glied 44 drehbar befestigt istIn a preferred embodiment, the cam follower has a rotatably mounted rotatable guide roller. In Figure 7 a guide roller 40 is shown in perspective, which is mounted in bearings 41 which are attached to a frame 42, which by means of bearings 43 on a member 44 which can be moved to and fro is rotatably attached. The range of guide roller rotation is indicated by arrows 45. Optionally, a spring or tensioning or compression means 46 for biasing the guide roller to a position perpendicular to the member 44 during of the non-working part of the cam movement. For example, in Figure 8 there is a cam follower with a twin roller configuration which has a section taken parallel to the cam cross section, which is shown in FIG is where the centers of rotation 47 of the guide roller become a saddle which is rotatably attached to the reciprocable member 44 via a ball portion 49 and a ball 50
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Obwohl es meistens angenehm ist, die Bewegung der zwei Führungsrollen auf ein hin- und herbewegbares Glied zu beziehen, können drei oder mehrere Rollen mit einem Glied verbunden werden, oder Gruppen von Rollen können mit verschiedenen Gliedern 44 verbunden werden, einschließlich eines solchen Falles, bei dem ihre Hin- und Herbewegung aufeinanderfolgend möglich ist, wobei diese letztere Ausfuhrungsform nicht dargestellt ist. Die Führungsrollen sind als zylindrisch gezeigt, sie können aber auch Kombinationen von zylindrischen und gekrümmten Formen für eine longitudinale Krümmung des Nockenprofils haben. Solche Führungsrollen sind als Beispiel in den Figuren 13A bis 13D gezeigt.Although it is mostly comfortable, the movement of the two guide rollers referring to a reciprocating link, three or more rollers can be connected to one link, or groups of pulleys can be connected to various members 44, including one such case at which their back and forth movement is possible in succession, this latter embodiment not being shown. the Guide rollers are shown as cylindrical, but they can also be combinations of cylindrical and curved shapes for have a longitudinal curvature of the cam profile. Such guide rollers are shown as an example in FIGS. 13A to 13D shown.
In Figur IA ist ein Nockenstößel mit gewölbter Konfiguration gezeigt, der auf viele Arten die einfachste Art eines Nockenstössels ist, der mit einem variablen Profilnocken verwendet werden kann. Wegen seines offensichtlich einzigen Kontaktpunktes (in der Theorie haben alle Nockenstößel einen unendlich kleinen Kontaktpunkt) hat dieser Nockenstößel eine größere Punktlast als andere Typen. Da er jedoch sich gewöhnlich drehen kann, treten diese hohen Punkt lasten über einen größeren Bereich von orte rn auf als bei anderen Typen. Berechnungen zeigen, daß solche Nockenstößel und Nocken eine geringere Abnutzung haben als zu erwarten ist, was zwischen etwa dem Zweifachen bis Fünffachen eines herkömmlichen Typs einer Nocken/Nockenstößelanordnung des selben Materials angenommen wird. Diese kleinere als zunächst angenommene Abnutzung legt nahe, daß es wirtschaftlich ist, den Erfindungsgegenstand so auszubilden, daß gewölbte Nockenstößel verwendet werden, vorausgesetzt, daß diese eine härtere Oberfläche als bei herkömmlichen Nockenanordnungen haben. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, das Prinzip des gewölbten Kopfes so abzuändern, daß eine Einrichtung entsteht, die als Drei- oder Mehrpunktschlittennockenstößel bezeichnet wird und zwei oder mehrere getrennte Kontaktbereiche besitzt, die für Nocken mit Profilen oder togarithmischen oder irregulären (eher als linearen) zunehmenden Profilen geeig-In Figure IA, a cam follower is shown with a curved configuration, which in many ways is the simplest type of cam follower to be used with a variable profile cam can. Because of its apparently only point of contact (in theory all cam followers have an infinitely small one Contact point), this cam follower has a greater point load than other types. However, since he can usually turn, kick these high points load over a larger area of locations rn than with other types. Calculations show that such cam followers and cams have less wear than at is expected to be between about two to five times that of a conventional type of cam / follower assembly the same material is assumed. This less than initially assumed wear and tear suggests that it is economical to to form the subject matter of the invention so that curved cam followers are used, provided that this is a harder one Surface than with conventional cam arrangements. In another embodiment of the invention it is proposed that to modify the principle of the domed head to create a device that functions as a three-point or multi-point slide cam follower and has two or more separate contact areas that are used for cams with profiles or togarithmischen or irregular (rather than linear) increasing profiles
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net sind, wobei ein solcher Nocken als Ausführungsbeispiel in Figur 10 gezeigt ist, worin 59 im Aufriß einen Haupthubnockenvorsprung und 51 in der Ebene einen sekundären Hubnockenvorsprung zeigen. Als Beispiel ist ein Mehrfachpunktnockenstößel mit drei getrennten Kontaktbereichen in Draufsicht in Figur 11 und im Querschnitt in Figur 12 gezeigt. Der Nockenstößel ist hier aus gepreßtem Blech mit drei gewölbten Abschnitten 53 gebildet, die mit dem Nocken 1 in Kontakt gelangen können, und besitzt zwischen den Vertiefungen einen Drehmechanismus wie eine Kalotte 58 zum Aufnehmen einer Kugel 57 des hin- und herbewegbaren Gliedes 44. In der gezeigten Ausführungsform neigt der Schlitten dazu, seine Stellungen relativ zur Nockenrichtung der Drehung 56 beizubehalten, da die Zugbewejung auf die Gesamtheit der Kontaktpunkte zweimal so groß ist wie die Schubbewegung. Es können jedoch wahlweise gummiartige oder drückende Elemente 54 vorgesehen sein, die den Schlitten in eine gewünschte Position relativ zur Nockenachse bringen. Es wurde ein Schlitten beschrieben, aber jedes drehbar gelagerte Element mit zwei oder mehreren möglichen Nockenkontaktpunkten kann als ein Nokkenstößel verwendet werden. Kontaktpunkte mit gewölbtem Querschnitt wurden gezeigt, aber es können Kontaktpunkte von jedem Querschnitt verwendet werden, die zu einer verwendeten speziellen Nockenkonfiguration passen. Ein alternativer Kontaktpunkt ist als Beispiel in den Figuren 14 und 15 unter Bezugnahme auf die in den Figuren 11 und 12 gezeigte Ausführungsform gezeigt. Obwohl die Nockenstößel als solche mit drei oder mehreren Punkten beschrieben worden sind, können zwei oder mehrere dieser Punkte zu einer linearen Kante 55 kombiniert werden, wie es als Beispiel in der Draufsicht in Figur 16 gezeigt ist, deren Querschnitt Figur 12 entspricht. Es ist zu erkennen, daß das Vorsehen der Nockenstößel von den Figuren 8, 9 und 11 bis 13 eine mehr graduelle, progressive aber früher reziprokative Betätigung als mit einem Nockenstößel mit einem einzigen Kontaktpunkt in sich schließt, aber alle Einstellungen zum Kompensieren desselben können leicht an Nockenprofilen vorgenommen werden.one such cam is shown as an exemplary embodiment in Figure 10, wherein 59 shows in elevation a main lifting cam projection and 51, in the plane, a secondary lift cam projection demonstrate. As an example, a multi-point cam follower with three separate contact areas is shown in plan view in FIG and shown in cross section in FIG. The cam follower is formed here from pressed sheet metal with three curved sections 53, which can come into contact with the cam 1, and has a rotating mechanism such as a rotating mechanism between the recesses Cap 58 for receiving a ball 57 of the reciprocating Link 44. In the embodiment shown, the inclines Slide to maintain its positions relative to the cam direction of rotation 56, since the Zuggewejung on the whole the contact point is twice as large as the pushing movement. However, it can optionally be rubbery or oppressive Elements 54 are provided, which the carriage in a desired Bring the position relative to the cam axis. A carriage was described, but each rotatably mounted element has two or more possible cam contact points can be used as a cam follower be used. Domed contact points have been shown, but any contact points can be Cross-section can be used that match a particular cam configuration used. An alternative point of contact is as an example in Figures 14 and 15 with reference to FIG the embodiment shown in Figures 11 and 12 is shown. As such, although the cam followers have been described in three or more points, two or more of them Points are combined to form a linear edge 55, as shown as an example in the plan view in Figure 16, the cross-section thereof Figure 12 corresponds. It can be seen that the provision of the cam followers of Figures 8, 9 and 11-13 is one more gradual, progressive but earlier reciprocal actuation than with a cam follower with a single point of contact is self-contained, but all adjustments to compensate for it can easily be made on cam profiles.
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In Figur IB wurde ein nichtrotierender Nockenstößel beschrieben, der zwei oder mehrere definierte Oberflächen besitzt, von denen jede einer speziellen Situation der Nockendrehung, z.B. dem primären Hub, dem sekundären Hub, dem Nichtarbeitsbereich usw. entspricht. Um eine optimale Wirksamkeit und Abnutzung sowohl des Nockens als auch des Nockenstößels sicherzustellen, ist es üblicherweise notwendig, die Oberflächen der nichtrotierenden Nockenstößel genau und in besonderen Formen auszugestalten, meistens gedreht verzerrte flache oder gekrümmte Ebenen beschreibend. Beispielsweise sind in den Figuren 17A bis 17D in Querschnitt/Seitendarstellung nur verschiedene Nockenvorsprünge 60 und entsprechende Nockenstößeloberflächenteile 6l gezeigt, worin 62 eine beabsichtigte Drehrichtung und 63 die Richtung der Hin- und Herbewegung ist. Der gestrichelte BereichIn Figure IB, a non-rotating cam follower was described, which has two or more defined surfaces, each of which corresponds to a particular situation of cam rotation, e.g. corresponds to the primary hub, secondary hub, non-work area, and so on. To ensure optimal effectiveness and wear and tear To ensure both the cam and the cam follower, it is usually necessary to remove the surfaces of the non-rotating Design cam followers precisely and in special shapes, mostly twisted, distorted flat or curved planes descriptive. For example, FIGS. 17A to 17D in cross-section / side view only different cam projections 60 and corresponding cam follower surface parts 6l where 62 is an intended rotating direction and 63 is the direction of reciprocation. The dashed area
64 entspricht den möglichen Nockenstößelkontaktflächen für eine gegebene seitliche Position des Nockens. Es ist aus den Figuren ersichtlich, daß die wechselseitige Nockenstößelachse nicht mit der Nockenrotationsachse zusammenfallen muß sondern gegen diese versetzt sein kann. (Die Ausführungsformen in den Figuren 17A bis 17D sind nicht genau gezeichnet sonder dienen nur zur Illustration des Prinzips der verwendeten Nockenstößelausbildung. ) Einige der gezeigten Nockenstößel haben konkave Oberflächen. Das hat bei verschiedenen gezeigten Ausfuhrungsformen, wie sie beispielsweise in Figur l8 gezeigt ist, Vorteile. Mit64 corresponds to the possible cam follower contact areas for a given lateral position of the cam. It can be seen from the figures that the reciprocal cam follower axis is not must coincide with the cam axis of rotation but can be offset against this. (The embodiments in the figures 17A to 17D are not drawn exactly but only serve to illustrate the principle of the cam follower design used. ) Some of the cam followers shown have concave surfaces. In the various embodiments shown, this has as shown for example in Figure 18, advantages. With
65 ist die Achse der Nockendrehung in Richtung 68, mit 66 die Achse der Hin- und Herbewegung des konkaven Nockenstößels 67 bezeichnet, Das Auftreffen des Nockenvorsprungs 69 bewirkt, daß eine Kraft in ungefähr der Richtung 71 ausgeübt wird, während der Hub am ungefähren Kontaktpunkt 70 ungefähr in Richtung 72 geht, wobei die Lasten 71 und 72 nach dem Vektorprinzip zur Last 73 zusammengefaßt werden können, die ungefähr der Hin- und Herbewegungsachse gerichtet ist. Die konkave Ausbildung vergrößert so die Neigung, daß der Kontakt zwischen Nocken und Nockenstößel vor der Linie der Hin- und Herbewegungsachse erfolgt, wobei ein solcher Vorauskontakt dazu neigt, den Nockenstößelrotationskontaktlasten auf dem Nockenstößel entgegenzuwirken.65 is the axis of cam rotation in direction 68, with 66 being the axis of reciprocation of the concave cam follower 67 The impact of the cam lobe 69 causes a force to be exerted in approximately the direction 71 during the stroke at the approximate contact point 70 goes approximately in the direction 72, the loads 71 and 72 according to the vector principle can be combined to the load 73, which is directed approximately to the axis of reciprocation. The concave training increases the inclination so that the contact between the cam and the cam follower is in front of the line of the reciprocating axis, such pre-contact tends to put the cam follower rotary contact loads counteract on the cam follower.
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Da die höheren Kontaktlasten zwischen Nockenstößel und variablen Profilnocken auftreten können, kann der Nockenstößel eine Eimerform 72 mit Ablaufrinnen 71 in den Kontaktoberflächen haben, damit Schmiermittel in dem Eimer oder abfallenden hin und her gehenden Teil die Kontaktoberfläche erreichen kann, wie es in Figur 19 gezeigt ist, wobei 73 ein Schmiermittel ist. Diese Ausführungsform kann bei jeder Art von Nockenstößel einschließlich der Schlitten mit gekrümmtem Oberflächenbereich verwendet werden. Die Nockenstößel sollten vorzugsweise eine gewisse Drehbewegung ausführen können, wie es aus den Beispielen mit Kugel- und Kalottenkonstruktion erkennbar ist. Gewünschtenfalls kann wahlweise eine Spanneinrichtung 7l\ zum Beschränken der Drehbewegung eingebaut sein, die beispielsweise nur in einer Ebene wirksam sein kann. Es sind nichtdrehbare Nockenstößel mit separaten Oberflächen beschrieben, die jeder einer getrennten Nockenfunktion entsprechen. Beispielsweise ist in Figur 20 im Aufriß solch ein Nockenstößel 81 gezeigt, wobei 80 die Achse der Nockendrehung darstellt, der eine Kontaktfläche 82 besitzt, die eine verdreht verzogene gekrümmte Ebene entsprechend dem primären Nockenvorsprung, eine Kontaktfläche 83 mit einer verdreht verzogenen flachen Ebene entsprechend dem sekundären Nockenvorsprung 84 und eine Fläche mit einer nichtverzogenen flachen Ebene entsprechend dem Nichtarbeitsbereich des Nockens aufweist. Grenzen zwischen den verschiedenen getrennten Bereichen können jede beliebige Form haben einschließlich eines scharfen Querschnittes in Figur 21A, einen abgerundeten oder stufenweisen Querschnitt wie in Figur 21B oder einen Querschnitt mit einer negativen Vertiefung wie in Figur 2IC, wobei die Grenzen die Fläche von jeder Konfiguration der Draufsicht beschreiben. Die Figuren 22A bis 22C zeigen Beispiele von verschiedenen Endansichten der Nockenstößel des in Figur 20 gezeigten Querschnittes, wobei der Pfeil 85 die Richtung der Nockenvorsprungsannäherung zeigt. Die Grenzen zwischen den Bereichen sind zur Vereinfachung klar definiert gezeigt, können aber jede andere Konfiguration haben. Unter bestimmten Umständen, wenn beispielsweise die Abstände hinreichend genau sind, kann die Fläche entsprechend dem Nichtarbeitsteil des Nockens insgesamt eliminiertSince the higher contact loads may occur between the cam follower and variable profile cams, the cam follower can have a bucket shape 72 with drainage channels 71 in the contact surfaces to allow lubricant in the bucket or sloping reciprocating portion to reach the contact surface, as shown in Figure 19 , where 73 is a lubricant. This embodiment can be used with any type of cam follower including the curved surface portion carriages. The cam followers should preferably be able to perform a certain rotational movement, as can be seen from the examples with ball and dome construction. If desired, a tensioning device 7 l \ can optionally be installed for restricting the rotary movement, which can be effective, for example, only in one plane. Non-rotatable cam followers are described with separate surfaces each corresponding to a separate cam function. For example, such a cam follower 81 is shown in elevation in Figure 20, 80 representing the axis of cam rotation, having a contact surface 82 having a twisted warped curved plane corresponding to the primary cam lobe, a contact surface 83 having a twisted warped flat plane corresponding to the secondary Cam projection 84 and a surface with a non-warped flat plane corresponding to the non-working area of the cam. Boundaries between the various separate areas can be of any shape including a sharp cross-section in Figure 21A, a rounded or stepped cross-section as in Figure 21B, or a cross-section with a negative indentation as in Figure 2IC, the boundaries being the area of any top view configuration describe. Figures 22A through 22C show examples of various end views of the cam followers of the cross section shown in Figure 20, with arrow 85 indicating the direction of cam lobe approach. The boundaries between the areas are shown clearly defined for simplicity, but can have any other configuration. Under certain circumstances, for example when the distances are sufficiently precise, the area corresponding to the non-working part of the cam can be eliminated altogether
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werden, wie es beispielsweise in Figur 22D gezeigt ist.as shown in Figure 22D, for example.
Der nichtrotierende Nockenstößel ist beispielsweise in kreisförmigem Querschnitt gezeigt, kann aber einen Querschnitt jeder anderen Konfiguration haben, einschließlich einer rechteckigen, ovalen, dreieckigen Form oder einer Form, die einem Fernsehschirm entspricht, usw. Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt der nichtrotierende Nockenstößel keine leicht festlegbaren Grenzen, sondern besitzt eine im wesentlichen gekrümmte oder abgerundet variierende Oberfläche. Als Beispiel ist ein solcher Nockenstößel in Draufsicht in Figur 23A und in verschiedenen alternativen Querschnitten in den Figuren 23B bis 23E gezeigt.For example, the non-rotating cam follower is circular Cross-section shown, but may have a cross-section of any other configuration, including a rectangular, oval, triangular shape or a shape corresponding to a television screen, etc. In a modified embodiment the non-rotating cam follower has no easily determinable limits, but has essentially one curved or rounded varying surface. As an example, such a cam follower is shown in plan view in FIG 23A and shown in various alternative cross-sections in Figures 23B to 23E.
Alle oben beschriebenen Ausführungsformen können in allen möglichen Kombinationen miteinander und bei jeder Motorart verwendet werden, die wiederum bei jedem Mechanismus oder bei jedem Kraftfahrzeug verwendet werden können. Beispielsweise kann das Motorstarten verbessert werden durch Variation der Einführung des Ladungsausstoßens wahlweise durch Vorsehen eines sekundären Ventilhubes, aber auch durch Verwenden der Prinzipien der Verzögerung oder Beschleunigung der Öffnung und/oder der Änderung der öffnung der Einlaß- oder Ausganpsventile. Zur Illustration der Prinzipien wurden die Nocken und die Nockenstößel allgemein als fest gezeigt, aber sie können aus allen möglichen Materialien gebildet sein und jeden möglichen Aufbau haben und insbesondere hohl sein, zusammengesetzt, auf gepreßtem Blech, rohrgeformt usw., jeweils zu einer Motorskala passend, beispielsweise vom Modellflugzeug oder Rasenmäher bis zu großen Verbrennungsmotoren für Überseeschiffe.All of the embodiments described above can be used in all possible ways Combinations with each other and with each type of engine can be used, in turn with each mechanism or with each Motor vehicle can be used. For example, engine starting can be improved by varying the introduction of charge ejection optionally by providing a secondary valve lift, but also by using the principles the delay or acceleration of the opening and / or the change in the opening of the inlet or outlet valves. To the By way of illustration of the principles, the cams and the cam followers have generally been shown as being fixed, but they can be made from any possible materials and have any possible construction and in particular be hollow, composite, on pressed Sheet metal, tube-shaped, etc., each matching an engine scale, for example from model airplanes or lawn mowers to large ones Internal combustion engines for overseas ships.
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25U72725U727
ANHANG AAPPENDIX A.
Bei bestimmten Brennkraftmaschinen, namhaft bei luftangesaugten Ottomotoren für Kraftfahrzeuge, ist das Risiko einer Frühzündung ein begrenzender Paktor bei der Bestimmung des Kompressionsverhältnisses, und zwar wegen der Zeitabhängigkeit der Detonation wächst das Risiko der frühzeitigen Zündung mit zunehmender Motorgeschwindigkeit. Bei Experimenten, die unter anderem von Roensch and Hughes 1950 durchgeführt worden sind, wurde gefunden, daß bei einem gegebenen Kraftstoff (98 Oktan) ein Motor detonationsfrei bei 8OO Umdrehungen pro Minute bei einem Kompressionsverhältnis von 8 : 1 und bei 4.000 Umdrehungen pro Minute bei einem Kompressionsverhältnis von 11,2 : 1 laufen konnte. Der Vorteil beim Leistungsausgang gegenüber einem Kompressionsverhältnis von 8 : 1 bei 4;000 Umdrehungen pro Minute betrug ungefähr 11$. Bei Verwendung eines Kraftstoffes mit niedrigerer Oktanzahl (88 Oktan) waren das Kompressionsverhältnis 6 : 1 bei 8OO Umdrehungen pro Minute und 9,6 : 1 bei 4.000 Umdrehungen pro Minute. Hier betrugen die Leistungsgewinne 2OS?. Heute sind Motoren allgemein höher drehend als früher, während die Oktanzahlen infolge der Umweltschutzgesetze wirksam herabgesetzt worden sind. Das legt nahe, daß die möglichen ökonomischen Vorteile von Motoren mit variablem Kompressionsverhältnis wesentlich sind. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß solche Motoren bei richtiger Entwicklung durchschnittlich ±5% Kraftstoff einsparen, dann würde die Verwendung derartiger Motoren bei allen Kraftfahrzeugen in einem Land wie den Vereinigten Staaten es ermöglichen, daß die ölimporte für dieses Land halbiert werden könnten,In the case of certain internal combustion engines, notably air-sucked gasoline engines for motor vehicles, the risk of pre-ignition is a limiting factor in determining the compression ratio, and because of the time-dependent nature of the detonation, the risk of pre-ignition increases with increasing engine speed. In experiments carried out by Roensch and Hughes, among others, in 1950, it was found that for a given fuel (98 octane) an engine detonation-free at 800 revolutions per minute at a compression ratio of 8: 1 and at 4,000 revolutions per minute at a Compression ratio of 11.2: 1 could run. The power output advantage over an 8: 1 compression ratio at 4,000 rpm was approximately $ 11. When using a lower octane (88 octane) fuel, the compression ratio was 6: 1 at 800 revolutions per minute and 9.6: 1 at 4,000 revolutions per minute. Here the performance gains were 2OS ?. Today engines are generally revving higher than they used to be, while the octane numbers have been effectively reduced as a result of environmental protection laws. This suggests that the potential economic benefits of variable compression ratio engines are substantial. For example, assuming that such engines, if properly designed, save an average of ± 5% fuel, then the use of such engines on all motor vehicles in a country like the United States would allow oil imports for that country to be cut in half,
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