CN113396275A - 在内燃机中提供可变压缩比的方法和用于该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在内燃机中提供可变压缩比的方法，其中燃烧室(9)主要由主活塞(1)中的活塞碗形成，所述活塞碗包括副活塞(3)，所述副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供所述燃烧室(9)的最小容积的上端/外侧位置和提供所述燃烧室(9)的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或者所述副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置之间的位置。所述方法的特征在于所述副活塞(3)布置在具有基本恒定的弹簧力的弹簧(5)上，所述弹簧力适于使得引入的空气质量在所述压缩冲程结束时被压缩到预定压力。本发明还涉及相应的装置和包括这种装置的柴油发动机。

Description

在内燃机中提供可变压缩比的方法和用于该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种用于提供可变压缩比的方法和一种相应的装置，其目的是提高所有类型的活塞式内燃机的效率，并且进一步减少柴油发动机中氮氧化物的形成。
背景技术
当今柴油发动机要解决的一个问题是减少氮氧化物的排放，即所谓的NOx。瑞典专利1500404-7中描述了一种建议的解决方案，其中燃烧室设置在汽缸盖中，即可变压缩比的可能性是先决条件。从所提出的解决方案可以看出，燃烧室的尺寸需要精确控制，然后适应空气质量。在优选实施例中，空气质量通过可自由控制的进气阀引入。关于可变压缩比，提出了几种解决方案，但据本发明人所知，这些方案中的任何一个均不涉及在活塞中设置具有可变尺寸的燃烧室。通过将尺寸可变的燃烧室放置在活塞中，为所有类型的活塞式内燃机提供了一种提高效率的解决方案。对于其中燃烧室的大部分通常形成为活塞中的碗的柴油发动机而言，本发明使得碗的尺寸变得可变。
发明内容
本发明的目的是提供一种柴油发动机中可变压缩比的解决方案，该解决方案满足关于精确改变燃烧室的可能性的要求，同时实现原则上可用于所有类型的活塞式内燃机的解决方案。该目的是通过为本发明提供在说明书之后形成的专利权利要求中指出的特征来实现的。
发动机控制系统根据例如油门踏板的位置确定几种不同的动作，例如在压缩冲程之前要引入多少空气，要引入多少燃料以及何时引入，以及当还涉及瑞典专利1500404-7时，燃烧室要调整到什么尺寸以获得最佳效率和最少氮氧化物等时。本发明的特征在于燃烧室设置在活塞中并且其尺寸是自动调整的，因此与上述瑞典专利不同。
此处仅通过显示在确定和来自发动机控制系统的信号之后如何进行燃烧室尺寸的调节和控制来描述本发明。调节燃烧室尺寸的第一个依据是发动机控制系统已经确定要在进气冲程期间引入的空气量。
本发明涉及一种用于在内燃机中提供可变压缩比的方法和装置，其中燃烧室主要由主活塞中的活塞碗形成。活塞碗包括副活塞。副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供燃烧室的最小容积的上端/外侧位置和提供燃烧室的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于上端/外侧位置和下端/内侧位置之间的位置。副活塞布置成靠在具有基本恒定的弹簧力的弹簧上。该弹簧力适于使得引入的空气质量在压缩冲程结束时被压缩到预定压力(和温度)。该预定压力在两个或更多个发动机负载点、优选地对应于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置的发动机负载点，并且优选地也在所有中间发动机负载处，并且最优选地在发动机的整个负载范围内，即从0％到100％负载。在实施例中，无论发动机负载如何，预定压力都可以基本相同。
应当理解，恒定弹簧力意味着弹簧具有基本但不一定完全恒定的弹簧力，但可以在例如+-5％或+-10％内，至少在其预期的工作长度/范围内，即当弹簧具有对应于至多对应的上端/外侧位置至至少对应的下端/内侧位置的延伸时。优选地，弹簧在整个发动机负载范围内具有基本恒定的弹簧力。以相应的方式，应当理解，汽缸中的基本相同的压力意味着压力基本恒定，但可以稍微变化，例如在两个或更多个发动机负载点之间在+-10％内变化。
本发明还涉及包括根据本发明的装置的柴油发动机。
在燃烧室中，活塞中的碗，碗的底部由可移动的副活塞形成。该副活塞可以在上端位置和下端位置之间向上或向下移动。该移动根据在进气冲程期间引入的空气质量在压缩冲程期间被动地发生一段距离。
当引入最小空气质量时，碗的底部位于其上端位置，当引入最大空气质量时，碗的底部在压缩冲程结束时位于其下端位置。
碗的底部靠在具有恒定弹簧力的弹簧上，例如机械弹簧，这基本意味着在碗的尺寸工作范围内引入的空气质量在活塞的上端位置处始终被压缩到相同的最终压力和温度。在该上端位置处将燃料引入柴油发动机。在工作范围之外，最终压力和温度根据引入的空气质量可能会更小或更高。
如果燃料被点燃时碗的底部即可移动的副活塞位于下端位置上方，活塞底部将由于压力增加而直接移动到其下端位置，温度立即降低并且热损失减少并假设因此NOx的形成减少。在工作冲程期间，碗的底部返回到上端位置，这意味着膨胀率就好像碗的尺寸不能改变一样。
根据本发明的方法可替代地被描述为一种用于在内燃机中提供可变压缩比的方法，其中燃烧室主要由主活塞中的活塞碗形成。活塞碗包括副活塞。副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供燃烧室的最小容积的上端/外侧位置和提供燃烧室的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于上端/外侧位置和下端/内侧位置之间的位置，其中燃烧室的尺寸是在部分负载期间根据引入的空气质量调整并自动适应弹簧作用。
根据本发明的装置可替代地被描述为用于执行根据本发明的方法的装置，用于在内燃机中提供可变压缩比，其中燃烧室主要由主活塞中的活塞碗形成。活塞碗包括副活塞。副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供燃烧室的最小容积的上端/外侧位置和提供燃烧室的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于上端/外侧位置和下端/内侧位置之间的位置，其中副活塞的所述位置是根据引入的空气质量实现的。
下面借助附图提供进一步的描述。
附图说明
图1示意性地示出了穿过柴油发动机或另一种类型的活塞发动机例如奥托发动机的活塞的横截面，其中燃烧室的尺寸、活塞碗的尺寸被自动调节以用于较小空气供应，并且发动机活塞在压缩冲程后处于其上端位置。
图2示意性地示出了穿过柴油发动机或另一种类型的活塞发动机例如奥托发动机的活塞的横截面，其中燃烧室的尺寸、活塞碗的尺寸被自动调节以用于中等空气供应，并且发动机活塞在压缩冲程后处于其上端位置。
图3示意性地示出了穿过柴油发动机或另一种类型的活塞发动机例如奥托发动机的活塞的横截面，其中燃烧室的尺寸、活塞碗的尺寸被自动调节以用于大量空气供应，并且发动机活塞在压缩冲程后处于其上端位置。
附图示出了了具有不同尺寸的三个示例，活塞碗的小、中和大尺寸，但是根据压缩开始之前供应的空气量，它们之间的任何尺寸都可能出现。
所有附图都原则上示出了本发明。连杆、活塞环和润滑油的存在以及未示出的明显细节。在本发明的范围内，活塞碗的底边和顶边可以以不同方式形成。
具体实施方式
图1示出了应用于活塞1的本发明。在活塞1中，有传统的活塞螺栓2。此外，示出了布置在活塞1中的较小活塞3。该较小活塞3连接到在腔室6中延伸的活塞轴4。活塞3靠在具有恒定弹簧力的机械弹簧5上。该弹簧力适于在压缩冲程结束时在压缩腔室9中占优势的压力。在活塞3处于其上端位置时，压缩室在此时最小，即在进气冲程期间引入了少量空气。
图2示出了活塞3在压缩冲程结束时处于压缩室中的位置，这是由于引入了中大空气质量。示出了根据图3实现的用于活塞3的机械止动件7。
图3示出了活塞3在压缩冲程结束时处于压缩室中的位置，这是由于引入了最大空气质量。活塞3靠在机械止动件7上。
本发明不限于上述提及和描述的实施例，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (5)

1.一种用于在柴油发动机中提供可变压缩比的方法，其中燃烧室主要由主活塞中的活塞碗形成，所述活塞碗包括副活塞，所述副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供所述燃烧室的最小容积的上端/外侧位置和提供所述燃烧室的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或者所述副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置之间的位置，其特征在于，
所述副活塞布置在具有基本恒定的弹簧力的弹簧上，所述弹簧力适于使得引入的空气质量在所述压缩冲程结束时被压缩到预定压力，所述预定压力与当所述副活塞处于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置时基本相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述弹簧力还适于使得在工作冲程期间当燃料被点燃时所述可移动活塞移动至其下端位置。
3.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的装置，用于在柴油发动机中提供可变压缩比，其特征在于，
燃烧室基本由活塞碗形成，所述活塞碗包括副活塞，所述副活塞能够抵抗弹簧作用，在提供所述燃烧室的最小容积的上端/外侧位置和提供所述燃烧室的最大容积的下端/内侧位置之间移动，或者所述副活塞根据压缩冲程之前引入的空气质量，位于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置之间的位置，其中，
所述副活塞布置在具有基本恒定的弹簧力的弹簧上，所述弹簧力适于使得引入的空气质量在所述压缩冲程结束时被压缩到预定压力，所述预定压力与当所述副活塞处于所述上端/外侧位置和所述下端/内侧位置时基本相同。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述弹簧力还适于使得在工作冲程期间当燃料被点燃时所述可移动活塞移位到其下端位置。
5.一种包括根据权利要求3或4所述装置的柴油发动机。
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