DE4134630A1 - Reciprocating piston engine with adjustable stroke - has adjusting spindle in crank shaft, to adjust intermediate bearing shell for connecting rod bearing - Google Patents

Abstract

The engine has an adjusting spindle, located centrally in the crank shaft. The spindle adjusts an eccentric intermediate bearing shell for the connecting rod bearing. The eccentricity of the bearing shell raises or reduces that of the crank shaft. The intermediate bearing shell is locked against return forces. A push rod located in the spindle actuates a slide, which locks in the internal toothing of the bearing shell. A pinion turns a toothed driver ring in one direction, which in turn drives the bearing shell. ADVANTAGE - Better performance over speed range of engine.

Description

Die Erfindung betrifft die Verstellbarkeit des Kolbenhubes (und damit des Hubraumes) durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Kurbelwellen-Exzentrizität und der Kompression durch Veränderung der Kurbelwellenlagerung bei Hubkolbenmotoren.The invention relates to the adjustability of the piston stroke (and thus the cubic capacity) by enlarging or reducing it of crankshaft eccentricity and compression Modification of the crankshaft bearing in reciprocating engines.

Die Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiebilanz bei Hubkolbenmotoren liegen u. a. an dem Hubvolumen, dem Hub/ Bohrungsverhältnis und dem Verdichtungsverhältnis. Da Motoren nach der erforderlichen Maximalleistung dimensioniert werden, arbeiten besonders die quantitativ gesteuerten Otto-Motoren im Teillastbereich besonders unwirtschaftlich. Der Leerlaufverbrauch ist bei großvolumigen Motoren ebenfalls besonders hoch. Durch die Veränderung des Hubvolumens und der Kompression während des Betriebes lassen sich nicht nur hierbei wesentliche Verbesserungen erzielen. Deshalb wurden schon viele Versuche in dieser Richtung unternommen (z. B. Prinzip Bizeri, Zylinderabschaltung usw.), die sich bisher jedoch noch nicht durchsetzen konnten.The ways to improve the energy balance Reciprocating engines are u. a. on the stroke volume, the stroke / Bore ratio and the compression ratio. Because motors be dimensioned according to the required maximum power, the quantitatively controlled Otto engines work in particular particularly uneconomical in the partial load range. The idle consumption is also special for large-volume engines high. By changing the stroke volume and the compression not only essential ones can be used during operation Make improvements. That's why there have been many Attempts made in this direction (e.g. Bizeri principle, Cylinder deactivation, etc.), which, however, have not yet occurred could enforce.

Bei dieser Erfindung wird durch exzentrische Zwischenlagerschalen, die durch eine zentral in der Kurbelwelle liegende Verstellspindel über Zahnritzel verdreht und gegen Rückstellkräfte arretiert werden, der Hub verstellt. Der für die Montage der Zwischenlagerschalen erforderliche größere Durchmesser der Pleuellager kann durch geringere Breite kompensiert werden. Die Gegengewichte könnten nachträglich angebracht werden. Die Verstellung der Kompression durch Veränderung der Hublage geschieht durch entsprechende exzentrische Zwischenlagerschalen für die Kurbelwellenlagerung, die ebenfalls durch eine Verdrehspindel gedreht werden. Bei dieser Verdrehung beschreibt der Kurbelwellenmittelpunkt eine Drehbewegung, welche bei der Kraftübertragung in das Getriebe angeglichen werden muß. Zum anderen versetzt sich der Kurbelwellenmittelpunkt zur Senkrechten der Zylinderbohrung um den halben Betrag der Verstellbarkeit. In this invention, eccentric intermediate cups, the one located centrally in the crankshaft Adjustment spindle rotated via pinion and against restoring forces be locked, the stroke is adjusted. The one for assembly the intermediate shells require larger diameters the connecting rod bearing can be compensated for by a smaller width. The counterweights could be retrofitted. The Adjustment of the compression by changing the stroke position happens through appropriate eccentric intermediate bearing shells for the crankshaft bearing, which is also provided by a rotating spindle be rotated. With this twist describes the center of the crankshaft is a rotary movement, which at Power transmission in the transmission must be adjusted. On the other hand, the center of the crankshaft moves to Vertical of the cylinder bore by half the amount Adjustability.  

Diese (evtl. zusätzliche) Versetzung reduziert um den Tangens des Winkels α die seitlichen Kolbenkräfte auf die Zylinderwand und damit die Kolbenreibung, die beim Arbeitstakt besonders hoch sind.This (possibly additional) dislocation is reduced by the Tangent of the angle α the lateral piston forces on the Cylinder wall and thus the piston friction that occurs during the work cycle are particularly high.

Die Arretierung der exzentrischen Zwischenlagerschalen gegen Rückstellkräfte kann durch verschiedene Maßnahmen, wie beispielhaft gezeigt, vorgenommen werden.The locking of the eccentric intermediate bearing shells against Restoring forces can be taken through various measures, such as exemplary shown.

Die Steuerung der Hub- und Kompressionsveränderung geschieht zentral durch elektronische Regelung über sog. Schritt- oder Servomotoren, die bei der Hubverstellung stirnseitig unmittelbar an die Kurbelwelle geflanscht wird, bei der Kompressionsverstellung in geeigneter Lage neben der Kurbelwelle.The stroke and compression changes are controlled centrally by electronic regulation via so-called step or Servomotors that are directly on the front when the stroke is adjusted is flanged to the crankshaft during the compression adjustment in a suitable position next to the crankshaft.

Diese Verstellmechanik läßt sich auch bei anderen Maschinen, z. B. bei Kolbenkompressoren, anwenden. This adjustment mechanism can also be used on other machines, e.g. B. for piston compressors.  

Die Erfindung wird in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wie folgt beschrieben:The invention is illustrated by way of example in the drawings and described as follows:

Fig. 1 zeigt die verstellbare Pleuelstangenlagerung auf der Kurbelwelle (1). Durch die mit einer linken bzw. rechten Schneckenverzahnung (2) versehenen Verstellspindel (3) werden die Zahnritzel (4+5) angetrieben, die wiederum die exzentrische Zwischenlagerschale (6) entsprechend der verlagerten Hubveränderung verdreht. Die Pleuelstange (7) kann im Hub um den doppelten Betrag der Exzentrizität (8) verstellt werden. Fig. 1 shows the adjustable connecting rod bearing on the crankshaft ( 1 ). The pinion ( 4 + 5 ), which in turn rotates the eccentric intermediate bearing shell ( 6 ) in accordance with the shifted stroke change, is driven by the adjusting spindle ( 3 ) provided with left or right worm teeth ( 2 ). The connecting rod ( 7 ) can be adjusted in the stroke by twice the amount of the eccentricity ( 8 ).

Fig. 2 zeigt die Möglichkeit einer Arretierung gegen Rückstellkräfte der exzentrischen Zwischenlagerschale (1) durch einen Schieber (2), der in eine Innenverzahnung (3) eingreift, wenn dieser durch ein von der Schubstange (4) bewegtes Nockenblatt (5) angehoben wird. Die Schubstange (4) liegt in der hohlen Verstell­ spindel (6). Fig. 2 shows the possibility of locking against restoring forces of the eccentric intermediate bearing shell ( 1 ) by a slide ( 2 ) which engages in an internal toothing ( 3 ) when this is lifted by a cam plate ( 5 ) moved by the push rod ( 4 ). The push rod ( 4 ) lies in the hollow adjusting spindle ( 6 ).

Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit der Arretierung gegen Rückstellkräfte der exzentrischen Zwischenlagerschale (1), die an einer Seite eine sägenförmige Verzahnung (2) und an der anderen eine Rasterverzahnung (3) hat. Durch das Zahnritzel (4) wird ein Mitnehmerring (5) verdreht, der durch die Form der Verzahnung die Zwischenlagerschale (1) aus der Rasterverzahnung hebt und dann die Zwischenlagerschale (1) verdreht. In der erreichten Position rastet diese durch eine kurze gegenläufige Drehung des Zahnritzels (4) wieder ein. Fig. 3 shows another possibility of arresting against restoring forces of the eccentric intermediate bearing shell (1) which has on one side a saw-shaped teeth (2) and on the other a raster toothing (3). A toothed ring ( 5 ) is rotated by the pinion ( 4 ), which lifts the intermediate bearing shell ( 1 ) out of the grid toothing due to the shape of the toothing and then rotates the intermediate bearing shell ( 1 ). In the position reached, it engages again by turning the pinion ( 4 ) in the opposite direction.

Fig. 4 zeigt die Höhenverstellung der Kurbelwelle (1) durch eine exzentrische Zwischenlagerschale (2), die durch Zahnritzel (3) verdreht wird. Die Zahnritzel (3) werden von der schneckenverzahnten Verstellspindel (4) angetrieben. Fig. 4 shows the height adjustment of the crankshaft ( 1 ) by an eccentric intermediate bearing shell ( 2 ), which is rotated by pinion ( 3 ). The pinions ( 3 ) are driven by the worm-toothed adjusting spindle ( 4 ).

Fig. 5 zeigt schematisch die Verstellmöglichkeit der Kompression: Die maximale Verstellung der Hublage ist der Abstand (1); gezeigt ist die mittlere Verstellposition, die gleichzeitig die maximale Versetzung (2) aus der Zylindermittenachse (3) ist. Die minimalste Versetzung (4) wird in der obersten (5) und untersten (6) Hublage erreicht. Der hier unveränderte Kolbenhub entspricht dem Durchmesser (7). Fig. 5 shows schematically the adjustment of the compression: The maximum displacement of the stroke position, the distance (1); the middle adjustment position is shown, which is at the same time the maximum displacement ( 2 ) from the cylinder center axis ( 3 ). The minimum displacement ( 4 ) is achieved in the top ( 5 ) and bottom ( 6 ) stroke positions. The unchanged piston stroke corresponds to the diameter ( 7 ).

Claims (7)

1. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zentral in der Kurbelwelle liegende Verstellspindel eine exzentrische Zwischenlagerschale für das Pleuellager verstellt wird, die durch ihre Exzentrizität die der Kurbelwelle erhöht oder vermindert.1. displacement and compression adjustable reciprocating engine, characterized in that an eccentric intermediate bearing shell for the connecting rod bearing is adjusted by a centrally located adjusting spindle, which increases or decreases the crankshaft by its eccentricity. 2. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerschale gegen Rückstellkräfte verriegelt wird.2. Claim according to claim 1, characterized in that the Intermediate bearing shell is locked against restoring forces. 3. Patentanspruch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine in der Verstellspindel liegende Schubstange ein Schieber betätigt wird, der in die Innenverzahnung der exzentrischen Zwischenlagerschale einrastet.3. Claim according to claim 2, characterized in that by a push rod located in the adjusting spindle a slide is actuated in the internal teeth of the eccentric Intermediate bearing shell snaps into place. 4. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnritzel in einer Drehrichtung einen verzahnten Mitnehmerring verdreht, der wiederum die exzentrische Zwischenlagerschale mitnimmt und in der anderen Drehrichtung die Zwischenlagerschale in eine auf der anderen Seite angebrachte Verzahnung einrasten läßt.4. Claim according to claim 1, characterized in that a Pinion in one direction of rotation a toothed driving ring twisted, which in turn the eccentric intermediate bearing shell takes along and in the other direction of rotation Intermediate bearing shell in one on the other side Snap the teeth into place. 5. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine exzentrische Zwischenlagerschale für das Kurbelwellenlager von einem Zahnritzel verstellt wird, das von einer Verstellspindel angetrieben wird.5. displacement and compression adjustable reciprocating piston engine, characterized in that an eccentric intermediate bearing shell for the crankshaft bearing from a pinion is adjusted, which is driven by an adjusting spindle becomes. 6. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizitätsverstellung auf dem Haltekreis liegt, der bei halber Verstellung dem Pleuel beim Arbeitstakt eine senkrechtere Stellung unter dem Kolben ermöglicht.6. Displacement and compression adjustable piston engine according to claim 5, characterized in that the eccentricity adjustment on the holding circle, which is half the adjustment the connecting rod during the work cycle a more vertical one Position under the piston allows. 7. Patentanspruch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hubkolbenmotoren die Kurbelwellenlagerung so aus der senkrechten Mitte unter dem Zylinder versetzt wird, daß dem Pleuel beim Arbeitstakt des Kolbens eine senkrechtere Stellung unter dem Kolben ermöglicht wird.7. Claim according to claim 6, characterized in that at Reciprocating engines take the crankshaft bearing out of the way vertical center is offset under the cylinder that the connecting rod at the piston stroke a more vertical one Position under the piston is made possible.