СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ В ДВИГАТЕЛЕ СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА
METHOD FOR PROVIDING VARIABLE COMPRESSION IN COMBUSTION ENGINE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD

Область техники
Изобретение относится к способу обеспечения переменной степени сжатия и соответствующему устройству с целью увеличения эффективности во всех типах поршневых двигателей сгорания и, кроме того, минимизации формирования оксидов азота в дизельных двигателях.
Уровень техники
Проблемой, которая должна быть решена в дизельных двигателях сегодняшнего дня, является уменьшение выбросов оксидов азота, так называемых NOx. Предлагаемое решение описывается в шведском патенте 1500404-7, где камера сгорания размещается в головке цилиндра, и, между прочим, возможность для переменной степени сжатия является необходимым предварительным условием. Из предложенного решения может быть прочитано, что размер камеры сгорания должен быть регулируемым с точностью и затем приспособлен к воздушной массе, которая в предпочтительном варианте осуществления вводится через свободно регулируемые впускные клапаны. Существует несколько предложенных решений, касающихся переменной степени сжатия, но насколько знает изобретатель, не известно, что какое-либо из них подразумевает камеру сгорания с переменным размером, размещаемую в поршне. Посредством размещения регулируемой камеры сгорания целесообразного размера в поршне повышающее эффективность решение предоставляется для всех типов поршневых двигателей сгорания. Что касается дизельных двигателей, где значительная часть камеры сгорания обычно формируется как чаша в поршне, изобретение приводит в результате к тому, что размер чаши становится регулируемым.
Сущность изобретения
Целью изобретения является предоставление решения для переменной степени сжатия в дизельном двигателе, которое удовлетворяет требованиям, касающимся возможности регулировать камеру сгорания с точностью и в то же самое время добиваться решения, которое, в принципе, может быть использовано во всех типах поршневых двигателей сгорания. Эта цель достигается посредством предоставления изобретения с характеризующими признаками, указанными в патентной формуле, сформулированной после описания.
Система управления двигателем определяет, на основе, например, позиции педали управления дроссельной заслонкой, несколько различных действий, например, сколько воздуха должно быть введено перед тактом сжатия, сколько топлива должно быть введено, и когда оно должно быть введено, и когда шведский патент 1500404-7 рассматривается, также до какого размера камера сгорания должна быть отрегулирована для того, чтобы добиваться оптимальной эффективности и минимальных оксидов азота и т.д. Настоящее изобретение характеризуется тем, что камера сгорания предусматривается в поршне, и тем, что ее размер автоматически регулируется, и, следовательно, отличается от упомянутого шведского патента.
Здесь изобретение описывается только посредством показа того, как регулировка и управление размером камеры сгорания имеет место после определения и сигнализирования от системы управления двигателем. Первой основой для регулировки размера камеры сгорания является объем воздуха, который система управления двигателем определила как введенный во время такта впуска.
Изобретение касается способа и устройства для обеспечения переменной степени сжатия в двигателе сгорания, где камера сгорания формируется, по существу, чашей поршня в главном поршне, содержащем вторичный поршень, смещаемый против действия пружины между верхней/внешней позицией, которая обеспечивает минимальный объем камеры сгорания, и нижней/внутренней позицией, которая обеспечивает максимальный объем камеры сгорания, или в позиции между ними в зависимости от введенной воздушной массы перед тактом сжатия. Вторичный поршень размещается опирающимся на пружину по существу с постоянным усилием пружины, адаптированным так, что введенная воздушная масса должна быть сжата до заданного давления (и температуры) в конце такта сжатия. Это заданное давление является по существу одинаковым в двух или более точках нагрузки двигателя, предпочтительно точках нагрузки двигателя, которые соответствуют упомянутой верхней/наружной позиции и упомянутой нижней/внутренней позиции, и предпочтительно также при всех промежуточных нагрузках двигателя, а наиболее предпочтительно во всем диапазоне нагрузки двигателя, т.е., при нагрузке от 0% до 100%. Заданное давление может в вариантах осуществления быть по существу одинаковым независимо от нагрузки двигателя.
Понятно, что постоянное усилие пружины означает, что пружина имеет усилие пружины, которое является по существу, но необязательно точно, постоянным, но может быть, например, в пределах ±5% или ±10%, по меньшей мере, в диапазоне для ее предусмотренной рабочей длины/растяжения, т.е., когда пружина имеет растяжение, которое соответствует, по большей мере, соответствующей верхней/внешней позиции, по меньшей мере, до соответствующей нижней/внутренней позиции. Предпочтительно, пружина имеет по существу постоянное усилие пружины во всем диапазоне нагрузки двигателя. Соответствующим образом, понятно, что по существу одинаковое давление в цилиндре означает, что давление является по существу постоянным, но может изменяться отчасти, например, в пределах ±10% между двумя или более точками нагрузки двигателя.
Изобретение также касается дизельного двигателя, содержащего устройство согласно изобретению.
В камере сгорания, чаше в поршне, дно чаши формируется посредством подвижного вторичного поршня, который может перемещаться вверх и вниз между верхней и нижней конечной позицией. Перемещение имеет место пассивно во время такта сжатия на расстояние в зависимости от воздушной массы, введенной во время такта впуска.
Когда минимальная воздушная масса вводится, дно чаши находится в своей верхней крайней позиции, а когда максимальная воздушная масса вводится, дно чаши находится в своей нижней крайней позиции в конце такта сжатия.
Дно чаши опирается на пружину с постоянным усилием пружины, например, механическую пружину, которая, в основном, означает, что введенная воздушная масса, в пределах рабочего диапазона целесообразного размера чаши, всегда сжимается до одинакового конечного давления и температуры в верхней крайней позиции поршня, в которой топливо должно вводиться в дизельные двигатели. За пределами рабочего диапазона конечное давление и температура могут быть меньше или больше в зависимости от введенной воздушной массы.
Если дно чаши, подвижный вторичный поршень, позиционируется выше нижней крайней позиции, когда топливо зажигается, дно поршня будет, вследствие увеличения давления, перемещаться непосредственно в свою нижнюю крайнюю позицию с немедленным уменьшением температуры и уменьшенными тепловыми потерями и предполагаемым уменьшенным формированием NOx как следствие. Во время рабочего такта дно чаши возвращается в верхнюю крайнюю позицию, что означает, что степень расширения является такой, как если бы размер чаши не мог быть изменен.
Способ согласно изобретению может альтернативно быть описан как способ для обеспечения переменной степени сжатия в двигателе сгорания, где камера сгорания формируется, по существу, чашей поршня в главном поршне, содержащем вторичный поршень, смещаемый против действия пружины между верхней/внешней позицией, которая обеспечивает минимальный объем камеры сгорания, и нижней/внутренней позицией, которая обеспечивает максимальный объем камеры сгорания, или в позиции между ними в зависимости от введенной воздушной массы перед тактом сжатия, при этом размер камеры сгорания регулируется и автоматически адаптируется против действия пружины во время частичной нагрузки в зависимости от введенной воздушной массы.
Устройство согласно изобретению может альтернативно быть описано как устройство для обеспечения переменной степени сжатия в двигателе сгорания и для выполнения способа согласно изобретению, при этом камера сгорания формируется по существу чашей поршня в главном поршне, содержащем вторичный поршень, смещаемый против действия пружины между верхней/внешней позицией, которая обеспечивает минимальный объем камеры сгорания, и нижней/внутренней позицией, которая обеспечивает максимальный объем камеры сгорания, или в позиции между ними в зависимости от введенной воздушной массы перед тактом сжатия, при этом упомянутые позиции вторичного поршня достигаются в зависимости от введенной воздушной массы.
Далее приведено дополнительное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематично показывает поперечное сечение через поршень дизельного двигателя, или другой тип поршневого двигателя, например, карбюраторного двигателя, где размер камеры сгорания, размер чаши поршня, автоматически регулируется для небольшой подачи воздуха, и с поршнем двигателя в его верхней крайней позиции после такта сжатия.
Фиг. 2 схематично показывает поперечное сечение через поршень дизельного двигателя, или другой тип поршневого двигателя, например, карбюраторного двигателя, где размер камеры сгорания, размер чаши поршня, автоматически регулируется для средней подачи воздуха, и с поршнем двигателя в его верхней крайней позиции после такта сжатия.
Фиг. 3 схематично показывает поперечное сечение через поршень дизельного двигателя, или другой тип поршневого двигателя, например, карбюраторного двигателя, где размер камеры сгорания, размер чаши поршня, автоматически регулируется для большой подачи воздуха, и с поршнем двигателя в его верхней крайней позиции после такта сжатия.
Чертежи показывают три примера с различными размерами, небольшим, средним и большим размером чаши поршня, но любой размер между ними может возникать в зависимости от того, сколько воздуха подается, прежде чем сжатие начинается.
Все чертежи показывают изобретение в принципе. Наличие соединительного штока, поршневых колец и смазки и очевидных деталей не показано. Нижние и верхние края чаши поршня могут быть сформированы различными способами в рамках изобретения.
Подробное описание изобретения
Фиг. 1 показывает изобретение, примененное к поршню 1. В поршне 1 существует традиционный болт 2 поршня. Дополнительно, показан меньший поршень 3, размещенный в поршне 1, причем этот меньший поршень 3 соединяется со штоком 4 поршня, который двигается в камере 6. Поршень 3 опирается на механическую пружину 5 с постоянным усилием пружины, приспособленным к давлению, которое должно преобладать в камере 9 сжатия в конце такта сжатия. Камера сжатия здесь является минимальным с поршнем 3 в его верхней позиции, т.е., небольшая масса воздуха была введена во время такта впуска.
Фиг. 2 показывает поршень 3 в позиции в камере сжатия в конце такта сжатия, которая получается в результате введения средней-большой воздушной массы. Показан механический стопор 7 для поршня 3, который реализуется согласно фиг. 3.
Фиг. 3 показывает поршень 3 в позиции в камере сжатия в конце такта сжатия, которая получается в результате введения максимальной воздушной массы. Поршень 3 опирается на механический стопор 7.
Изобретение не ограничивается вариантом осуществления, упомянутым и описанным выше, но модификации могут быть выполнены в пределах последующей формулы изобретения.