(57)【要約】  ピストン燃焼エンジンの燃焼チャンバ内には、上部及び下部の転回位置の間で上又は下に漸進的に移動できる変位可能なピストンがある。この変位は、油圧ロックを含む油圧リンクを介してピストンに連結された電気制御のステップモータを介して生じる。モータ制御システムによって命令された、上方向又は下方向の一定数のステップの変位の間にロックは作動解除され、変位が終了すると、前述のエンジン制御システムによってロックが作動され、移動中のピストンはモータ制御システムによって命令された一定の位置にロックされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン燃焼エンジンのシリンダヘッド（１）内のアクチュエータ（４）によって、燃焼チャンバ（７）のサイズを制御する方法であって、前記方法は、垂直に変位可能なピストン（５）と、ピストンに関連付けられフランジ（２１）を有するシャフト（１８）、を有するチャンバ（２０）と、前記チャンバ内で、前記フランジと前記チャンバのフロアとの間に作用して前記ピストン（５）を上方向に再配置するばね（１９）と、を備え、前記アクチュエータは更に、作動液で充填され、開口部（１５）を有する弁（１６）によって分離される２つのチャンバ（１４）及び（１７）を備え、前記弁は電磁石（１６）を介して水平に再配置可能であり、前記アクチュエータは更に、ステップモータ（１２）と、前記チャンバ（１４）内で前記ステップモータによって垂直方向に変位可能なシャフト（１３）とを備える、方法において、前記燃焼チャンバのサイズを変更するために、前記弁は、その開口部が前記２つのチャンバを連結するように、前記電磁石によって変位されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記シャフト（１３）が前記ステップモータによって下向きに変位される場合、作動液が前記チャンバ（１４）から前記チャンバ（１７）に押され、そのピストン（５）を有する前記シャフト（１８）は下向きにそのピストン（５）と共に変位され、それにより前記ばね（１９）を圧縮し、一方で前記シャフト（１２）の再配置が終了するまで、前記燃焼チャンバのサイズを減少させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シャフト（１３）の前記再配置が終了した時、前記弁はその開口部と共に変位され、それにより前記開口部は前記２つのチャンバをもはや連結せず、それにより前記ピストン（５）はもはや変位可能ではないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記シャフト（１３）が前記ステップモータによって上向きに移動された場合、前記シャフト（１８）の前記フランジ（２１）上の前記ばね（１９）の動作によって、前記作動液は前記チャンバ（１７）から前記チャンバ（１４）に押され、前記ばね（１９）が延びるのと同時に前記ピストン（５）は上向きに移動し、それにより前記シャフト（１３）の変位が終了するまで前記燃焼チャンバのサイズが増加することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シャフト（１３）の前記変位が終了した時、前記弁はその開口部と共に変位され、それにより前記開口部は前記２つのチャンバをもはや連結せず、それにより前記ピストン（５）はもはや変位可能ではないことを特徴とする、請求項１又は４に記載の方法。
【請求項６】
燃焼チャンバ（７）と、垂直に変位可能なピストン（５）と、ピストンに関連付けられフランジ（２１）を有するシャフト（１８）を有するチャンバ（２０）と、前記フランジと前記チャンバのフロアとの間のばね（１９）と、２つの作動液チャンバ（１４）及び（１７）と、開口部（１５）を有する弁（１６）と、電磁石（１６）と、ステップモータ（１２）と、前記チャンバ（１４）内で変位可能なシャフト（１３）と、を備えるアクチュエータにおいて、前記燃焼チャンバのサイズを変更するために、前記弁は、その開口部が前記２つのチャンバを連結するように変位されることを特徴とする、アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全てのタイプのピストン燃焼エンジン内の効率を増加させ、更にディーゼルエンジン内でのＮＯＸ（窒素酸化物）の生成を最小化することを可能にすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のディーゼルエンジンにおける解決すべき課題の１つは、いわゆるＮＯｘと呼ばれる窒素酸化物の排出を削減することである。提案された解決策が、特許文献１に記載され参照されており、ここでは可変圧縮比の可能性が前提条件である。提案から分かることは、燃焼チャンバのサイズは極めて高精度で制御される必要があり、次いで、好ましい実施形態では、吸気行程の間に、自由に制御可能な吸入弁を介して、供給された空気量に適合させる必要があることである。
【０００３】
可変圧縮比について幾つかの解決策が提案されているが、それら解決策において、燃焼チャンバが、少なくとも燃焼チャンバのかなりの部分が、シリンダヘッド内でピストンの上に存在することを含んでいるのはほんのわずかである。サイズの観点で、可変燃焼チャンバをシリンダヘッド内に配置することにより、全てのタイプのピストン燃焼エンジンに対して同時に効率向上の解決策がもたらされる。通常、燃焼チャンバのかなりの部分がピストン内でボウルとして機能するディーゼルエンジンは、ボウルをピストンからシリンダヘッドに移動させていると言うことができ、そのことは燃焼チャンバのサイズを可変にできることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】スウェーデン特許出願第ＳＥ１５００４０４−７号
【特許文献２】スウェーデン特許第ＳＥ５３５８８６Ｃ２号
【特許文献３】スウェーデン特許出願第ＳＥ１１００４３５Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、燃焼チャンバのサイズを高精度で変化させることができる可能性に関する、困難かつ大きな要求を満たす、ディーゼルエンジン内の可変圧縮比への解決策を提供すること、及び、同時に、原則として全てのタイプのピストン燃焼エンジンにとって同一であり得る解決策を得ることである。本発明によって達成されるこの目的が、本明細書の後に記載される特許請求の範囲に記載される特徴部分に述べられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
モータ制御システムは、例えばアクセルペダルの位置に基づき、様々な動作、例えば、圧縮比に対して供給すべき空気の量、供給すべき燃料の量及びそれを厳密にいつ供給すべきか、最適な効率及び最少のＮＯｘ生成をもたらす燃焼チャンバのサイズなどを決定する。
【０００７】
本明細書では、燃焼チャンバのサイズの調節及び制御が、エンジン制御システムからの指令及び入力によって、いかにして実施されるかを示すことにより本発明が説明され、これらの基礎は説明されない。
【０００８】
燃焼チャンバ内には、上部及び下部の転回位置の間で上向き又は下向きに漸進的に移動できる可動のピストンがある。この変位は、油圧ロックを含む油圧リンクを介してピストンに連結された電気制御のステップモータを介して生じる。モータ制御システムによって決定された、上方向又は下方向の一定数のステップの移動の影響を受けている間、エンジン制御システムによってロックは作動解除され、移動が完了すると、ロックは作動され、可動ピストンは一定位置でロックされる。燃焼及び膨張行程の間、ロックは作動され、それによりステップモータ、その付属装置、及びベアリングが機械的応力から保護される。
【０００９】
ロックはエンジン制御システムからの入力を受けて電磁石によって作動／作動解除される。ロックは、いわゆる圧力緩和式（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｒｅｌｉｅｖｅｄ）油圧ロックからなり、それは一方で、ロックへの応力を減らし、更に摩擦を最小限に抑え、よってロックの作動／作動解除を容易にする。前述のステップは非常に小さく、ミリメートル、数百ミリメートル、又はそれ未満であり得る。同時に、ステップモータは強い力での移動を可能にし、これは燃焼チャンバの壁に燃焼残渣があって、それに打ち勝つ必要がある場合に有利である。油圧ロックが作動解除された後にピストンは位置を交替し、これは機械ばねの助けを借りると最も容易である。燃焼チャンバ内の圧力の変動がプランジャを最小限に移動させ、固着することを防止する。
【００１０】
以下に示すように、図面を用いて更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シリンダヘッドを有するディーゼルエンジンシリンダの上部の断面を概略的に示し、燃焼チャンバの容積は小さいエンジン負荷に適合されており、エンジンピストンは圧縮ストローク後の上部の転回位置にある。
【図２】シリンダヘッドを有するディーゼルエンジンシリンダの上部の断面を概略的に示し、燃焼チャンバの容積は最大のエンジン負荷に適合されており、モータピストンは圧縮ストローク後の上部の転回位置にある。
【図３】シリンダヘッドを有するディーゼルエンジンシリンダの上部の断面を概略的に示し、燃焼チャンバの容積は中程度のエンジン負荷に適合されており、エンジンピストンは圧縮ストローク後の上部の転回位置にある。
【図４】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図５】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図６】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図７】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図８】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図９】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【図１０】アクチュエータ４がどのようにして燃焼チャンバ内、例えば図１から図３に示すディーゼルエンジンのシリンダヘッド内のピストンを変位させ、モータ負荷に応じてピストンに様々な位置をとらせるかを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は全てのタイプのピストン燃焼エンジンと共に使用できることを強調しておく。
【００１３】
図１は、シリンダヘッド１と、クランクシャフト３上に取り付けられたピストン２とを有する、ディーゼルエンジンのシリンダの概略図である。本発明による主な機能を有するアクチュエータ４を図４から図１０に示す。図示していないモータ制御システムからの入力によって、ピストン５を燃焼チャンバ７内で様々な位置をとるように制御することができ、それによりピストン下の部分の容積が変動し、インジェクタ９により燃料が噴霧された場合に、そこで燃焼の主要部分が生じる。
【００１４】
前述の様々な位置は油圧回路６によってロックされている。カムシャフトによって、又は例えば特許文献（特許文献２、特許文献３）によるアクチュエータによって制御される排出弁８、並びに吸入弁１０が概略的に示され、これらは、好ましくは、しかし必須ではないが、例えば前述の特許文献のいずれかによる機能を有するエンジン制御システムからの入力を受けてアクチュエータによって開放及び閉鎖される。空気質量計１１が、吸気行程中に吸入弁１０を通して導入されている空気の量を測定する。ピストン２は上部の転回位置に示され、そこではポペット弁８、１０を含むシリンダヘッドに機械的に接触することが阻止されている。
【００１５】
図２は、その上部位置にあるピストン５を示し、そこでは燃焼チャンバは最大サイズであり、エンジン負荷は最大であり得るが、そうされるべきではない。それでも、排気ガスが現在妥当な場合は、現在のように、噴射されている燃料の量に応じて、より多くの又はより少ないエンジン負荷を取り出すことができる。従来のボウルが位置する、燃焼チャンバの直下において、ピストン内に小さなボウルを有することが有利な場合がある。
【００１６】
図３は、シリンダヘッドを有するエンジンのシリンダ上部を概略図に示し、燃焼チャンバの容積は中間の大きさのエンジン負荷に適合されており、エンジンのピストンは圧縮ストローク後の上部の転回位置にある。原則として、吸気行程からの空気は全て圧縮されて前述の容積の中に入る。圧縮行程の最後に、好適な量の燃料が噴射されてＮＯｘを最小化する。前述の動作はエンジンの制御システムによって制御可能に実施される。
【００１７】
図４は、本発明によるアクチュエータ４を有するシリンダ１の一部を示し、アクチュエータ４は、作動液で充填されたチャンバ１４内を移動する、垂直に上向き又は下向きに変位可能なシャフト１３を有するステップモータ１２を有する。更に、開口部を有する弁からなる油圧ロック６が示され、弁は、電磁石１６又は他のタイプの電気素子を介して、チャンバ１４内で、又はチャンバ１４と下方のチャンバ１７との間で水平に左右に変位可能であり、それによりチャンバ１４と、同様に作動液で充填されたチャンバ１７との間の作動液の流れを開放又は閉鎖する。更に、燃焼チャンバ７内で移動中のピストン５が示され、それ自体は図１から図３により詳細に示される。ピストンはシャフト１８を有し、シャフト１８の上部はチャンバ１７内に存在し、チャンバ１７内で変位可能に配置されている。チャンバ２０は機械ばね１９を有し、それがチャンバのフロアと、シャフト１８上に存在するフランジ２１との間に作用することにより、ピストン５を上向きに摺動可能にする。アパーチャ１５を有する弁を、複動式の電磁石によって両方向に、又はある方向には電磁石を介して、他の方向には図示していない機械ばねを介して変位させることができる。
【００１８】
図５は、最大限に上向きに変位したシャフト１３を有するステップモータ１２と、同様に最大限に上向きに変位したシャフト１８を有するピストン５とを示す。弁６が右にシフトした油圧ロックは、チャンバ１４と１７との間の連結を閉鎖している。この位置ではステップモータはピストン５に影響を与えることはできない。
【００１９】
図６は、電磁石によって油圧ロックが作動解除されて弁６が左に再配置され、その開口部１５が、作動液で充填されたチャンバ１４と１７との間の連結を形成していることを示す。
【００２０】
図７は、ステップモータ１２がシャフト１３を下方に再配置させ、それにより、弁６内の開口部１５を通してチャンバ１４からチャンバ１７まで作動液が押され、それにより、ピストンシャフト１８がばね１９を圧縮しながらピストン５と共に下方に押されていることを示す。従って、直接は図示していないが、燃焼チャンバは縮小される。
【００２１】
図８は、チャンバ１４と１６との間の連結が遮断される位置に弁６があり、よって油圧ロックが作動状態にある電磁石１６を示す。ピストン５は上向き又は下向きのいずれにも移動することはできない。
【００２２】
図９は作動解除された油圧ロックを示す。
【００２３】
図１０は、ステップモータ１２がシャフト１３を上向きに移動させ、その結果、ばね１９の作用により作動液がチャンバ１７から１４に押され、ピストンシャフト１８がピストン５と共に上向きに移動した位置を示す。
【００２４】
作動液は好適にはエンジンオイルであるので、作動液の体積を実質的に一定に保つ方法、エンジン制御システムの選択及び配置、燃焼チャンバのサイズの決定など、当業者によって実施される措置は記載されていない。今日、エンジン制御システムは明白であり、従って電磁石及びステップモータの動作がエンジン制御システムによって制御されることは、特許請求の範囲では言及していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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