DE1193305B

DE1193305B - Internal combustion engine with changeable compression ratio

Info

Publication number: DE1193305B
Application number: DEG23936A
Authority: DE
Inventors: Raymond Georges
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-11-15
Filing date: 1958-02-18
Publication date: 1965-05-20

Description

Brennkraftmaschine mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, deren Verdichtungsverhältnis mittels eines in einer zylindrischen Verlängerung eines in den Hauptbrennraum einmündenden Hilfsbrennraumes axial verstellbar geführten Tauchkolbens während des Betriebes veränderbar ist. Dabei ist innerhalb des Führungszylinders des Tauchkolbens eine diesen dichtend umschließende und durch ihr zugeordnete Antriebsmittel axial verschiebbare Gleithülse eingeschaltet. Diese Anordnung soll die Möglichkeit geben, während des Betriebes das Verdichtungsverhältnis mittels eines hand- oder fußbetätigten Gestänges durch Verstellen des Tauchkolbens beliebig einzuregeln. Die Gleithülse hat dabei die Funktion eines lediglich zur Verstellung des Tauchkolbens hin und wieder benutzten Ventils bzw. Schiebers, wobei die Lage der Gleithülse das Verstellmaß des Tauchkolbens bestimmt.Internal combustion engine with variable compression ratio There are Internal combustion engines known, the compression ratio by means of a in a cylindrical extension of an auxiliary combustion chamber opening into the main combustion chamber axially adjustable guided plunger is changeable during operation. One of the plunger plungers is sealed within the guide cylinder enclosing sliding sleeve which is axially displaceable by its associated drive means switched on. This arrangement should give the possibility during operation the compression ratio by means of a hand or foot-operated linkage Adjustment of the plunger as required. The sliding sleeve has the function a valve that is only occasionally used to adjust the plunger or slide, whereby the position of the sliding sleeve determines the adjustment of the plunger.

Die Erfindung geht von einer Brennkraftinaschine der vorbeschriebenen Art aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, Ablagerungen von Verbrennungsrückständen oder deren Anbacken an den bei einer Verstellung des Tauchkolbens von diesem freigegebenen Wandbereich des Führungszylinders zu vermeiden, so daß jederzeit eine einwandfreie Verstellbarkeit des Tauchkolbens gewährleistet ist.The invention is based on an internal combustion engine of the type described above Kind of out. It is based on the task of removing deposits from combustion residues or their sticking to the one released by the plunger when it is adjusted To avoid the wall area of the guide cylinder, so that at all times a perfect Adjustability of the plunger is guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die sich in der Länge mindestens aus dem Verstellweg des abdichtend wirkenden Bereichs des Tauchkolbens erstreckende Gleithülse während des Motorlaufs durch die ihr zugeordneten Antriebsmittel in ständiger Hin- und Herbewegung gehalten ist und daß die Amplitude der Hin- und Herbewegung mindestens dem axialen Abstand zwischen der jeweils eingestellten und der tiefstmöglichen Stellung des Tauchkolbens entspricht.To solve this problem, the invention proposes that the in length at least from the adjustment path of the sealing area of the Plunger piston extending sliding sleeve while the engine is running through its associated Drive means is kept in constant reciprocating motion and that the amplitude the back and forth movement at least the axial distance between the set and corresponds to the lowest possible position of the plunger.

Daraus ergibt sich, daß die nach erfolgter Verstellung des Tauchkolbens aus seiner tiefstmöglichen Lage ständig hin- und herbewegte Gleithülse als Schmier- und Reinigungswerkzeug dient, wobei die jeweilige Lage des Tauchkolbens das Mindestverstellmaß bzw. die Amplitude der Gleithülse bestimmt.It follows that the after adjustment of the plunger sliding sleeve continuously moved back and forth from its lowest possible position as a lubricant and cleaning tool is used, the respective position of the plunger being the minimum adjustment or the amplitude of the sliding sleeve is determined.

Es ist zwar auch eine Brennkraftmaschine mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei welcher der Arbeitskolben innerhalb des Arbeitszylinders mit einer während des Betriebes axial hin-und herverstellbaren Büchse umgeben ist. Dabei handelt es sich jedoch um einen an Stelle der sonst üblichen Ventile verwendeten Gaswechselschieber. Zwar führt die ständige Verstellung dieses Schiebers in gewissen Grenzen ebenfalls zu einer Reinhaltung der Führungsflächen. Jedoch besteht bei der in diesein Fall gegebenen Zweckbestimmung nicht die mindeste Veranlassung, die Bewegungsamplitude der Büchse im Sinne einer Anpassung an die jeweilige Einstellung des Tauchkolbens mindestens so groß zu wählen, daß die Laufflächen über den gesamten axialen Verstellbereich des Tauchkolbens von Ablagerungen frei gehalten werden. Vielmehr wird der Bewegungshub des Gaswechselschiebers immer gerade nur so groß bemessen sein, wie es für die Steuerungsvorgänge notwendig ist.It is also an internal combustion engine with a variable compression ratio known in which the working piston within the working cylinder with a is surrounded axially reciprocating sleeve during operation. It acts However, it is a gas exchange slide used instead of the otherwise usual valves. The constant adjustment of this slide also leads within certain limits to keep the guide surfaces clean. However, in this case there is given purpose does not have the slightest cause, the amplitude of movement the sleeve in terms of an adaptation to the respective setting of the plunger to be chosen at least so large that the running surfaces over the entire axial adjustment range of the plunger must be kept free of deposits. Rather, the range of motion is of the gas exchange slide should only be as large as it is for the control processes necessary is.

Schließlich ist auch eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Aufbau das der Erfindung zugrunde liegende Problem ebenfalls berücksichtigt. Der zur Beeinflussung des Verdichtungsverhältnisses verschiebbare Teil des Zylinderkopfes trägt außenseitig umlaufende Dichtleisten, die so ausgebildet sind, daß sie irgendwelche Verunreinigungen oder Rückstände von den Führungsflächen im Verlauf der Bewegung des vorerwähnten Teiles abstreifen. Es liegt auf der Hand, daß dabei ein Sauberhalten der Führungsflächen nur über den Bereich möglich ist, über den das zum Zweck der Beeinflussung des Verdichtungsverhältnisses verstellbare Teil gegenüber den Führungsflächen verschoben wird. Allerdings kann, wenn diese Verschiebung über einen bestimmten Zeitraum ein bestimmtes Ausmaß nicht überschreitet, ein Verschmutzungsgrad eintreten, der später ein weiteres Verschieben über diesen Bereich hinaus verhindert, so daß dann auch die vorerwähnten Dichtleisten, die zusätzlich die Funktion von Abstreifern haben, die Rückstände nicht mehr entfernen können. Außerdem ist nicht zu übersehen, daß, da die Abstreifer elastisch nachgiebig .angebracht und ausgebildet sind, eine Gewähr für das Sauberhalten der Führungsflächen insbesondere dann nicht gegeben ist, wenn die Rückstände verhältnismäßig hart und an der Führungsfläche angebacken sind. In diesem Fall besteht nämlich die Möglichkeit, daß die Abstreifleisten nachgeben und über die Rückstände hinweggleiten.Finally, an internal combustion engine is also known, the structure of which the problem underlying the invention is also taken into account. The one to influence the compression ratio displaceable part of the cylinder head carries on the outside circumferential sealing strips, which are designed so that they are any impurities or residues from the guide surfaces in the course of the movement of the aforementioned Strip off part. It is obvious that it is important to keep the guide surfaces clean is only possible over the area over which this is for the purpose of influencing the compression ratio adjustable part is displaced relative to the guide surfaces. However, if this shift fails to a certain extent over a certain period of time exceeds, a degree of pollution occur, which is later another move beyond this range prevents so that then also the aforementioned Sealing strips, which also have the function of wipers, remove the residues can no longer remove. In addition, it cannot be overlooked that, as the scrapers are elastically flexible. attached and designed, a guarantee for keeping clean of the guide surfaces is not given, in particular, if the residues are proportionate are hard and baked on the guide surface. In this case the Possibility of the squeegees yielding and sliding over the residue.

Die letzterwähnte bekannte Brennkraftmaschine weist überdies auch eine axial hin- und herverstellbare Büchse auf, bei der es sich ebenfalls um einen Gaswechselschieber handelt. Diese Büchse ist jedoch nicht geeignet, die Führungsflächen zu säubern, da sie außerhalb des diese Führungsflächen tragenden Teiles angeordnet ist.The last-mentioned known internal combustion engine also has an axially reciprocating sleeve, which is also a Gas exchange slide acts. However, this bushing is not suitable for the guide surfaces to clean, since they are arranged outside of the part carrying these guide surfaces is.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Frequenz der Hin- und Herbewegung der Gleithülse zweckmäßig eine oder nur wenige Perioden in der Sekunde beträgt und somit zwischen einem Zehntel und einem Zwanzigstel der Motordrehzahl liegt. Länge und Bewegungsamplitude der Gleithülse sind vorteilhaft derart aufeinander abgestimmt, daß die Hülse im Zuge ihrer Hin- und Herbewegung die Führungsflächen des Tauchkolbens sowie des Führungszylinders auf deren gesamter Länge überstreicht.The invention also proposes that the frequency of the back and forth Movement of the sliding sleeve expediently one or only a few periods per second is and thus between a tenth and a twentieth of the engine speed lies. The length and amplitude of movement of the sliding sleeve are advantageous in such a way on one another matched that the sleeve in the course of its back and forth movement, the guide surfaces of the plunger and the guide cylinder over their entire length.

Die Bewegungsamplitude der Gleithülse kann in Abhängigkeit von der Stellung des Tauchkolbens innerhalb des Führungszylinders selbsttätig derart änderbar sein, daß sich das vordere Ende der Hülse nur jeweils zwischen ihrer eigenen tiefstmöglichen Stellung und der unteren Einstellungsebene des Tauchkolbens hin- und herbewegt, während die Hülse bei Einnahme der tiefstmöglichen Stellung des Tauchkolbens stillsteht.The amplitude of movement of the sliding sleeve can be a function of the Position of the plunger within the guide cylinder can be changed automatically in this way be that the front end of the sleeve is only deepest possible between its own Position and the lower adjustment level of the plunger moved back and forth, while the sleeve stands still when the plunger is in its lowest possible position.

Zweckmäßig ist die axiale Länge der Gleithülse etwa gleich der Höhe des Tauchkolbens bemessen, wobei sie diesen an der vorderen, den Hilfsbrennraum begrenzenden Stirnfläche mit einem radial nach innen vorspringenden Ansatz umgreift und die Hin- und Herbewegung der Hülse einerseits durch einen den Tauchkolben am hinteren Ende zugeordneten Anschlag und andererseits durch einen am Boden des Führungszylinders vorgesehenen Anschlag begrenzt ist.The axial length of the sliding sleeve is expediently approximately equal to the height of the plunger, placing it at the front, the auxiliary combustion chamber bounding end face engages with a radially inwardly projecting approach and the reciprocating movement of the sleeve on the one hand by a plunger on the rear end associated stop and on the other hand by a on the bottom of the guide cylinder provided stop is limited.

Der Gleithülse kann als Antrieb ein sich selbst umsteuernder hydraulischer Kolbenmotor zugeordnet sein.The sliding sleeve can be a self-reversing hydraulic drive as a drive Be assigned piston engine.

Im übrigen ist die Gleithülse zweckmäßig durch einen sich über ihre gesamte Länge erstreckenden, axial oder schrägverlaufenden Schlitz in der Radialebene dehnbar.In addition, the sliding sleeve is expediently by one over their entire length extending, axially or obliquely extending slot in the radial plane stretchable.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Brennkraftmaschine mit regelbarem Verdichtungsgrad, F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Gleithülse, F i g. 3 die zugehörige Draufsicht, F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Dämpfers für die Verstelleinrichtung des Tauchkolbens.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through the upper part of an internal combustion engine with adjustable degree of compression, FIG. 2 a longitudinal section through a sliding sleeve, F i g. 3 the associated top view, FIG. 4 shows a longitudinal section through a second Embodiment of a damper for the adjusting device of the plunger.

Der in F i g. 1 dargestellte Motor weist einen Zylinder 1 auf, dessen Hauptbrennraum 4, in dem Ventile 6 angeordnet sind, über einen Kanal 9 a mit einem Hilfsbrennraum 8 verbunden ist. Mit diesem wirkt ein Tauchkolben 10 zusammen, der die Zündeinrichtung, z. B. eine Zündkerze 11, tragen kann.The in F i g. The engine shown in FIG. 1 has a cylinder 1, the main combustion chamber 4 of which, in which valves 6 are arranged, is connected to an auxiliary combustion chamber 8 via a duct 9 a. With this a plunger 10 cooperates, which the ignition device, z. B. a spark plug 11 can carry.

Zwischen dem Tauchkolben 10 und seinem Führungszylinder ist eine Gleithülse 23 angeordnet, die, wenn der Motor in Betrieb ist, eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Diese kann verhältnismäßig langsam sein und z. B. eine oder mehrere Schwingungen in der Sekunde betragen, so daß eine einfache und leichte Antriebsvorrichtung ausreicht. A sliding sleeve 23 is arranged between the plunger piston 10 and its guide cylinder and, when the motor is in operation, performs a reciprocating movement. This can be relatively slow and z. B. be one or more vibrations per second, so that a simple and lightweight drive device is sufficient.

Die Antriebsvorrichtung kann elektrisch sein. Zweckmäßiger ist jedoch eine hydraulische Vorrichtung, da hierbei eine Änderung der Amplitude besonders einfach ist.The drive device can be electric. However, it is more expedient a hydraulic device, because this is a change in amplitude in particular is easy.

Das in F i g. 1 der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit einem Tauchkolben 10 versehen, dessen Lage selbsttätig in Abhängigkeit von dem in den Brennräumen 4 und 8 herrschenden Höchstdruck eingestellt wird. Die diesen Tauchkolben 10 umgebende Gleithülse 23 weist eine Länge auf, die etwa gleich der des Kolbens 10 ist. Die Gleithülse 23 kann im Verlauf ihrer Hin- und Herbewegung die gesamte Führungsfläche überstreichen. Dazu ist lediglich notwendig, daß die Amplitude dem jeweiligen Abstand zwischen dem Boden des Tauchkolbens 10 und der vorderen Endlage, die dieser Boden einnehmen kann, entspricht.The in Fig. The embodiment illustrated in the drawing is provided with a plunger piston 10 , the position of which is automatically set as a function of the maximum pressure prevailing in the combustion chambers 4 and 8. The sliding sleeve 23 surrounding this plunger piston 10 has a length which is approximately equal to that of the piston 10. The sliding sleeve 23 can sweep over the entire guide surface in the course of its to-and-fro movement. For this it is only necessary that the amplitude corresponds to the respective distance between the bottom of the plunger 10 and the front end position that this bottom can assume.

F i g. 1 läßt erkennen, daß jeder Zylinder zwei symmetrisch angeordnete, hängende Ventile 6 aufweist und Hilfsbrennraum 8 und Kolben 10 in der Achse des Zylinders angeordnet sind. Die Verbindung zwischen Hilfsbrennraum 8 und Hauptbrennraum 10 wird durch schräge, düsenartige Kanäle 9 a hergestellt, die eine besonders gute Verteilung und Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemisches gewährleisten.F i g. 1 shows that each cylinder has two symmetrically arranged, hanging valves 6 and the auxiliary combustion chamber 8 and piston 10 are arranged in the axis of the cylinder. The connection between the auxiliary combustion chamber 8 and the main combustion chamber 10 is established by inclined, nozzle-like channels 9 a, which ensure particularly good distribution and thorough mixing of the fuel-air mixture.

Jeder Kolben 10 trägt eine Zahnstange 24, in die ein Zahnrad 25 eingreift. Dieses ist auf einer Welle 26 angebracht, die sich entlang den in Reihe angeordneten Zylindern erstreckt. Für jeden Zylinder ist ein Zahnrad 25 vorgesehen. Außerdem ist ein weiteres Zahnrad auf der Welle 26 angeordnet, das mit einer Zahnstange 27 zusammenwirkt. Diese Zahnstange kann unter Einwirkung eines Federelementes stehen, das den Kolben 10 in den Hilfsbrennraum 8 hinein zu verschieben sucht. Zweckmäßiger wird im allgemeinen ein hydraulisches Antriebssystem sein, das aus einer Zufuhrleitung 28 für die Flüssigkeit, einer Pumpe 29 mit nachgeschaltetem Druckregelschieber 29a, einem Kolben 30 und einer Dämpfvorrichtung besteht. Letztere kann einen vollen Kolben 20 (F i g. 1) oder einen Ringkolben 20 a (F i g. 4) aufweisen, der mit einer Führungsmuffe 30 zusammenwirkt, deren Innenraum durch einen Kanal 31 mit der Kammer 32 in Verbindung steht, in welcher der Kolben 20a geführt ist.Each piston 10 carries a toothed rack 24 in which a gear 25 engages. This is mounted on a shaft 26 which extends along the cylinders arranged in series. A gear 25 is provided for each cylinder. In addition, a further gear wheel is arranged on the shaft 26, which cooperates with a toothed rack 27. This rack can be under the action of a spring element which seeks to move the piston 10 into the auxiliary combustion chamber 8. In general, a hydraulic drive system consisting of a supply line 28 for the liquid, a pump 29 with a downstream pressure control slide 29a, a piston 30 and a damping device will be more expedient. The latter can have a full piston 20 (FIG. 1) or an annular piston 20 a (FIG. 4) which interacts with a guide sleeve 30, the interior of which is in communication with the chamber 32 through a channel 31, in which the piston 20a is guided.

Die Gleithülse 23 ist, wie die F i g. 2 und 3 zeigen, so ausgebildet, daß sie eine gewisse radiale Elastizität aufweist. Dies wird durch einen geraden oder schrägverlaufenden Schlitz 33 erreicht. Dadurch erübrigt sich die Anbringung besonderer Dichtringe.The sliding sleeve 23 is, like the FIG. 2 and 3 show, designed so that it has a certain radial elasticity. This is done by a straight or inclined slot 33 is reached. This eliminates the need for attachment special sealing rings.

Die Hin- und Herbewegung der Gleithülse 23 wird durch eine Anzahl - z. B. drei - hydraulischer Zylinder-Kolben-Anordnungen 36, 35 bewirkt. Jeder der Kolben 35 ist mit einer Kolbenstange 34 versehen, deren freies Ende mit der Gleithülse 23 verbunden ist. Den Zylindern 36 sind Drehverteiler 37 zugeordnet, durch welche die Zylinderräume entweder mit einer ölzufuhrleitung 38 oder einer Auslaßleitung 39 in Verbindung gebracht werden.The reciprocation of the sliding sleeve 23 is made by a number - e.g. B. three - hydraulic cylinder-piston assemblies 36, 35 causes. Everyone who Piston 35 is provided with a piston rod 34, the free end of which with the sliding sleeve 23 is connected. Rotary distributors 37 are assigned to the cylinders 36, through which the cylinder spaces either with an oil supply line 38 or one Outlet line 39 are brought into communication.

Die Bewegung der Gleithülse 23 wird in der einen Richtung durch einen Anschlag 40 begrenzt, der an der dem Hilfsbrennraum 8 abgekehrten Seite des Tauchkolbens 10 angebracht ist. Die Zeichnung (F i g. 1) läßt erkennen, daß der Hub der Gleithülse 23 um so größer ist, je weiter der Tauchkolben 10 aus dem Hilfsbrennraum 8 herausbewegt ist. F i g. 1 zeigt die eine Endstellung des Kolbens 10, bei dem dieser am weitesten in den Hilfsbrennraum 8 hineingeschoben ist.The movement of the sliding sleeve 23 is limited in one direction by a stop 40 which is attached to the side of the plunger 10 facing away from the auxiliary combustion chamber 8. The drawing (FIG. 1) shows that the stroke of the sliding sleeve 23 is greater, the further the plunger piston 10 is moved out of the auxiliary combustion chamber 8. F i g. 1 shows the one end position of the piston 10 in which it is pushed the furthest into the auxiliary combustion chamber 8.

Die hin- und hergehende Bewegung der Gleithülse 23 bewirkt eine Säuberung der Führungsfläche des Tauchkolbens 10 und des ihn führenden Zylinders. Weiterhin wird durch die Bewegung der Hülse auch eine gleichmäßige Schmierung dieser Führungsfläche erzielt. Auf Grund dieser Umstände, also der fortwährenden Reinigung und gleichzeitigen Schmierung, bleibt der Zustand der Führungsflächen während des Betriebs des Motors praktisch unverändert.The reciprocating movement of the sliding sleeve 23 causes cleaning the guide surface of the plunger 10 and the cylinder guiding it. Farther the movement of the sleeve also ensures uniform lubrication of this guide surface achieved. Due to these circumstances, i.e. the continuous cleaning and simultaneous Lubrication, the condition of the guide surfaces remains during the operation of the engine practically unchanged.

Claims

Claims: 1. Internal combustion engine, the compression ratio of which can be changed during operation by means of a plunger piston guided axially adjustable in a cylindrical extension of an auxiliary combustion chamber opening into the main combustion chamber, with a sliding sleeve sealingly enclosing it and axially displaceable by its associated drive means being switched on within the guide cylinder of the plunger piston , characterized in that, in a manner known per se, the sliding sleeve (23) extending in length at least along the adjustment path of the sealing region of the plunger piston (10) is kept in constant back and forth movement while the engine is running by the drive means assigned to it and that the amplitude of the to-and-fro movement corresponds at least to the axial distance between the respective set and the lowest possible position of the plunger piston (10) . z. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the frequency of the back and forth movement of the sliding sleeve (23) is one or only a few periods per second and is thus between a tenth and a twentieth of the engine speed. 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the length and amplitude of movement of the sliding sleeve (23) are coordinated such that the sleeve (23) in the course of their reciprocating movement on the guide surfaces of the plunger (10) and the guide cylinder covers their entire length. 4. Internal combustion engine according to claim 1 or one of the following, characterized in that the amplitude of movement of the sliding sleeve (23) depending on the position of the plunger piston (10) within the guide cylinder can be changed automatically in such a way that the front end of the sleeve (23) only moved back and forth between its own lowest possible position and the lower setting level of the plunger (10) , while the sleeve (23) stands still when the plunger (10) is in the lowest possible position. 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the axial length of the sliding sleeve (23) is dimensioned approximately equal to the height of the plunger piston (10) , which at the front, the auxiliary combustion chamber (8) delimiting the end face with a radially inward protruding approach and the to and fro movement of the sleeve (23) is limited on the one hand by a stop (40) assigned to the plunger (10) at the rear end and on the other hand by a stop provided on the bottom of the guide cylinder. 6. Internal combustion engine according to claim 1 or one of the following, characterized in that the sliding sleeve (23) is assigned as a drive a self-reversing hydraulic piston motor. 7. Internal combustion engine according to claim 1 or one of the following, characterized in that the sliding sleeve (23) is expandable in the radial plane through an axially or obliquely extending slot (33) extending over its entire length. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 290 786, 536 930; Swiss patents No. 154 902, 225 425; French Patent Nos. 751282, 919 092; French additional patent specification No. 8271 (addition to French patent specification No. 371562); British Patent Nos. 458 258, 713 992.