DE112011105296T5

DE112011105296T5 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112011105296T5
Application number: DE112011105296.0T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ashizawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2014-03-13
Also published as: JP5115663B1; JPWO2012164755A1; US20120304949A1; WO2012164755A1; CN102933821A

Abstract

Die Brennkraftmaschine ist mit einem Verdrängungsgerät bereitgestellt, das die Änderung eines Drucks der Brennkammer als Antriebsquelle verwendet, wenn der Druck der Brennkammer einen vorbestimmten Steuerdruck erreicht, und das Volumen des mit der Brennkammer in Verbindung stehenden Raums ein Zusammendrücken des Federgeräts ändert. Das Federgerät hat ein rohrförmiges Teil, das mit der Brennkammer in Verbindung ist und ein Bewegungselement, das beweglich innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnet ist. Das Verdrängungsgerät hat ein Heizgerät, das ausgebildet ist, um in der Lage zu sein, in einem Bereich in der Wandfläche des rohrförmigen Teils zu heizen, der einen Raum ausbildet, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, wenn das Bewegungselement sich bewegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Eine Brennkraftmaschine versorgt eine Brennkammer mit Kraftstoff und Luft und verbrennt den Kraftstoff in der Brennkammer, um eine Antriebskraft abzugeben. Wenn der Kraftstoff in der Brennkammer verbrannt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff in seinem Zustand verdichtet. Es ist bekannt, dass das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine eine Wirkung auf die Leistung und den Kraftstoffverbrauch aufweist. Durch das Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses ist es möglich, das Abgabemoment zu erhöhen oder den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Mit Bezug darauf ist es bekannt, dass eine abnormale Verbrennung in der Brennkammer auftritt, falls das Verdichtungsverhältnis ausgesprochen hoch gemacht wird.
Die japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2000-230439 offenbart eine Brennkraftmaschine der selbstzündenden Art, die eine Brennkammer mit einer Nebenkammer bereitstellt, die durch einen Druckregler verbunden ist, in der der Druckregler ein Ventilelement und einen Ventilschaft aufweist, der mit dem Ventilelement verbunden ist, und zu der Seite der Brennkammer hin vorgespannt ist. Es ist offenbart, dass diese Brennkraftmaschine der selbstzündenden Art den Druckregler gegen den Druck eines elastischen Elements aufwärts schiebt, und den Druck zu der Nebenkammer hin frei gibt, wenn eine übermäßig frühe Zündung und so weiter verursacht, dass der Verbrennungsdruck einen vorbestimmten, erlaubbaren Verbrennungsdruck übersteigt. Diese Veröffentlichung offenbart einen Druckregler, der durch einen Druck arbeitet, der größer als der Druck ist, der wegen der übermäßig frühen Zündung und so weiter auftritt. Außerdem ist in dieser Veröffentlichung eine Brennkraftmaschine offenbart, in der eine Nebenkammer ausgebildet ist, die mit der Verbrennungskammer in Verbindung ist, und ein Nebenkolben ist eingefügt, der in der Lage ist, sich in der Nebenkammer vertikal zu bewegen. Es wird durch eine mechanische Feder gegen den Nebenkolben gedrückt. Es ist offenbart, dass wenn der Kraftstoff verbrannt wird, der Druck der Brennkammer verursacht, dass die mechanische Feder zusammengedrückt wird, und der Nebenkolben steigt, und das Volumen der Nebenkammer, die mit der Brennkammer in Verbindung ist, größer wird.
Außerdem offenbart die Druckschrift WO 2011/030471 ein Verbrennungsdrucksteuersystem, das mit einem Verdrängungsgerät bereitgestellt ist, das eine Nebenkammer aufweist, die mit einer Brennkammer verbunden ist, und das das Volumen in der Nebenkammer ändert, wenn der Druck der Brennkammer den Steuerdruck erreicht. In diesem Verdrängungsgerät ist ein Nebenkammerverwendungskolben zum Ausbilden einer Nebenkammer offenbart, der durch ein Gas geschoben ist.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 2000-230439
Patentliteratur 2: WO 2011/030471

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Gerät, das den Druck einer Brennkammer einstellt, das in der japanischen Patentveröffentlichung (A) Nr. 2000-230439 offenbart ist, bewegt sich der Nebenkolben in einer Richtung weg von der Brennkammer, falls Kraftstoff in der Brennkammer verbrannt wird. Zu dieser Zeit wird eine Nebenkammer größer, die mit der Brennkammer verbunden ist. Danach sinkt ein Kolben in dem Zylinder und der Druck der Brennkammer fällt, wodurch der Nebenkolben sich zu der Brennkammer hin bewegt und zu der Ursprungsposition zurückkehrt. Wegen der Tätigkeit des Geräts, das den Druck der Brennkammer steuert, strömt ein Verbrennungsgas hoher Temperatur zu dem Inneren der Nebenkammer, die mit der Brennkammer verbunden ist.
Die Brennkraftmaschine, die in der voranstehend genannten Veröffentlichung offenbart ist, weist die Nebenkammer auf, die innerhalb des Zylinderkopfs ausgebildet ist. Aus diesem Grund wird die Wärme des Verbrennungsgases durch die Wandoberfläche der Nebenkammer zu dem Zylinderkopf abgestrahlt. Wegen der Tätigkeit des Geräts, das den Druck der Brennkammer steuert, wird der Bereich vergrößert, von dem die Wärme des Verbrennungsgases abgestrahlt wird. Aus diesem Grund wird wegen der Tätigkeit des Geräts, das den Druck der Brennkammer steuert, der Kühlverlust erhöht. Als Ergebnis wurde das Moment, das abgegeben wird, unterdrückt, oder der Abfall des Kraftstoffverbrauchs wurde unterdrückt.
Die vorliegende Erfindung weist als ihre Aufgabe die Bereitstellung einer Brennkraftmaschine auf, die mit einem Gerät bereitgestellt ist, das den Druck einer Brennkammer steuert, und das einen Kühlverlust unterdrückt.
Lösung des Problems
Die Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung ist mit einem Verdrängungsgerät (Gerät mit einem variablen Volumen) bereitgestellt, das, ein Federgerät hat, das eine Elastizität aufweist, und wenn der Druck einer Brennkammer einen vorbestimmten Steuerdruck erreicht, die Änderung des Drucks der Brennkammer als Antriebsquelle derart verwendet, dass das Federgerät zusammengedrückt wird, wodurch das Volumen eines mit der Brennkammer in Verbindung befindlichen Raums sich ändert. Das Federgerät hat ein rohrförmiges Teil, das mit der Brennkammer in Verbindung ist, und ein Bewegungselement, das beweglich innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnet ist. Das Bewegungselement unterteilt einen Raum an dem Inneren des rohrförmigen Teils, wodurch ein Raum ausgebildet ist, der mit der Brennkammer in Verbindung ist. Das Verdrängungsgerät hat ein Heizgerät, das um das rohrförmige Teil herum angeordnet ist. Das Heizgerät ist so ausgebildet, dass es in der Lage ist, den Bereich in der Wandfläche des rohrförmigen Teils zu heizen, der den Raum ausbildet, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, wenn das Bewegungselement sich bewegt.
In der voranstehend beschriebenen Erfindung ist das Heizgerät bevorzugt um den Bereich herum angeordnet, der den Raum ausbildet, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, wenn das Bewegungselement sich bewegt.
In der voranstehend beschriebenen Erfindung weist das Federgerät bevorzugt eine Gaskammer auf, die an einer Seite gegenüber der zu der Brennkammer gerichteten Seite durch das Bewegungselement ausgebildet ist, das einen Raum innerhalb des rohrförmigen Teils teilt, und das Bewegungselement wird durch ein mit Druck beaufschlagtes Gas dagegen gedrückt, das in der Gaskammer abgedichtet ist, und das Heizgerät ist ausgebildet, die Umgebungen des Bereichs zu vermeiden, der während der Bewegung des Bewegungselements kontinuierlich die Gaskammer ausbildet.
In der voranstehend beschriebenen Erfindung weist das Verdrängungsgerät bevorzugt eine wärmeisolierende Struktur auf, die zwischen dem Heizgerät und der Brennkammer angeordnet ist, und die eine Bewegung einer Wärme von dem Heizgerät zu dem Inneren der Brennkammer unterdrückt.
In der voranstehend beschriebenen Erfindung ist das Verdrängungsgerät bevorzugt innerhalb des Zylinderkopfs angeordnet, der die oberste Fläche jeder Brennkammer hat, das rohrförmige Teil ist an dem Zylinderkopf befestigt, und die wärmeisolierende Struktur hat ein wärmeisolierendes Element mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als der Zylinderkopf oder einen geschlossenen Raum mit einer Höhlung innerhalb davon.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit einem Gerät bereitgestellt ist, das den Druck einer Brennkammer steuert und das einen Kühlverlust unterdrückt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine in einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Ansicht eines Verdrängungsgeräts und einer Druckänderungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine in einer Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einem Kurbelwinkel und einem Druck einer Brennkammer in einer Brennkraftmaschine in einer Ausführungsform zeigt.
4 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein erstes Heizgerät aufweist.
5 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein zweites Heizgerät aufweist.
6 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein drittes Heizgerät aufweist.
7 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein viertes Heizgerät aufweist.
8 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein fünftes Heizgerät aufweist.
9 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein sechstes Heizgerät aufweist.
10 ist eine andere vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein sechstes Heizgerät aufweist.
11 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts in einer Ausführungsform, das ein siebentes Heizgerät aufweist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Mit Bezug auf 1 bis 11 wird eine Brennkraftmaschine in einer Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Erläuterung mit Bezug auf das Beispiel einer Brennkraftmaschine gegeben, die an einem Fahrzeug montiert ist.
1 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform. Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ist eine der funkengezündeten Art. Die Brennkraftmaschine ist mit einem Maschinenkörper 1 bereitgestellt. Der Maschinenkörper 1 hat einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 4. Innerhalb des Zylinderblocks 2 sind Kolben 3 angeordnet. In der vorliegenden Erfindung wird der Raum innerhalb eines Zylinders, der durch die Kopffläche des Kolbens und den Zylinderkopf umgeben ist, wenn der Kolben den obersten Totpunkt der Verdichtung erreicht, als „Brennkammer” bezeichnet. Zusätzlich wird der Raum innerhalb des Zylinders, der durch die Kopffläche des Kolbens und den Zylinderkopf an einer beliebigen Position umgeben ist, ebenfalls als die „Brennkammer” bezeichnet. Die oberste Fläche der Brennkammer 5 wird durch den Zylinderkopf 4 ausgebildet, während die Bodenfläche der Brennkammer 5 durch die Kopffläche des Kolbens 3 ausgebildet ist.
Eine Brennkammer 5 ist für jeden Zylinder ausgebildet. Jede Brennkammer 5 ist mit einem Maschineneinlassdurchtritt und einem Maschinenauslassdurchtritt verbunden. An dem Zylinderkopf 4 sind ein Einlassanschluss 7 und ein Auslassanschluss 9 ausgebildet. Ein Einlassventil 6 ist an einem Ende des Einlassanschlusses 7 angeordnet und ist ausgebildet, in der Lage zu sein, den Einlassdurchtritt zu öffnen und zu schließen, der mit der Brennkammer 5 in Verbindung ist. Ein Auslassventil 8 ist an einem Ende des Auslassanschlusses 9 angeordnet, und ist ausgebildet, um in der Lage zu sein, den Maschinenauslassdurchtritt zu öffnen und zu schließen, der mit der Brennkammer 5 in Verbindung ist. An dem Zylinderkopf 4 ist eine Zündkerze 10 befestigt. Die Zündkerze 10 ist ausgebildet, den Kraftstoff in der Brennkammer 5 zu zünden.
Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Kraftstoffeinspritzer 11 zum Zuführen des Kraftstoffs zu jeder Brennkammer 5 bereitgestellt. Der Kraftstoffeinspritzer 11 in der vorliegenden Ausführungsform ist so angeordnet, um den Kraftstoff zu dem Einlassanschluss 7 einzuspritzen. Der Kraftstoffeinspritzer 11 ist nicht darauf begrenzt. Es ist ausreichend, dass er angeordnet ist, um in der Lage zu sein, den Kraftstoff zu der Brennkammer 5 zuzuführen. Zum Beispiel kann der Kraftstoffeinspritzer so angeordnet sein, dass er den Kraftstoff direkt in die Brennkammer einspritzt.
Der Kraftstoffeinspritzer 11 ist mit einem Kraftstofftank 28 durch eine Kraftstoffpumpe 29 einer elektronisch gesteuerten Art mit variabler Abgabe verbunden. Der Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 28 gespeichert ist, wird dem Kraftstoffeinspritzer 11 durch die Kraftstoffpumpe 29 zugeführt.
Der Einlassanschluss 7 von jedem Zylinder ist durch einen entsprechenden Einlasskanal 13 mit einem Setztank 14 verbunden. Der Setztank 14 ist durch ein Einlassrohr 15 mit einem Luftfilter (nicht dargestellt) verbunden. An dem Inneren des Einlassrohrs 15 ist ein Luftströmungsmesser 16 angeordnet, um die Menge der Einlassluft zu erfassen. Außerdem ist an dem Inneren des Einlassrohrs 15 ein Drosselventil 18 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 17 angetrieben ist. Andererseits ist der Auslassanschluss 9 von jedem Zylinder mit einem entsprechenden Auslasskanal 19 verbunden. Der Auslasskanal 19 ist mit einem katalytischen Wandler 21 verbunden. Der katalytische Wandler 21 in der vorliegenden Ausführungsform hat einen Dreiwegekatalysator 20. Der katalytische Wandler 21 ist mit einem Auslassrohr 22 verbunden.
Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer elektronischen Steuereinheit 31 bereitgestellt. Die elektronische Steuereinheit 31 in der vorliegenden Ausführungsform hat einen digitalen Computer. Die elektronische Steuereinheit 31 hat Bauteile, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 32 verbunden sind, wie zum Beispiel ein RAM (Arbeitsspeicher) 33, ein ROM (Lesespeicher) 34, eine CPU (Mikroprozessor, zentrale Verarbeitungseinheit) 35, eine Eingabeschnittstelle 36 und eine Ausgabeschnittstelle 37.
Der Luftströmungsmesser 16 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu der Menge der Einlassluft ist, die in jede Brennkammer 5 eingebracht wird. Diese Ausgangsspannung wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 38 in die Eingabeschnittstelle 36 eingegeben. Ein Beschleunigerpedal 40 weist einen damit verbundenen Lastsensor 41 auf. Der Lastsensor 41 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu der Größe des Niederdrückens des Beschleunigerpedals 40 ist. Diese Ausgangsspannung wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 38 zu der Eingangsschnittstelle 36 eingegeben.
Ein Kurbelwinkelsensor 42 gibt jedes Mal einen Ausgangsimpuls, wenn eine Kurbelwelle sich zum Beispiel um einen vorbestimmten Winkel dreht. Dieser Ausgangsimpuls wird in die Eingangsschnittstelle 36 eingegeben. Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 42 kann verwendet werden, um die Maschinendrehzahl zu erfassen. Außerdem kann die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 42 verwendet werden, um den Kurbelwinkel zu erfassen.
Die Ausgabeschnittstelle 37 der elektronischen Steuereinheit 31 ist durch entsprechende Antriebsschaltkreise 39 mit jedem Kraftstoffeinspritzer 11 und jeder Zündkerze 10 verbunden. Die elektronische Steuereinheit 31 in der vorliegenden Ausführungsform ist ausgebildet, um die Kraftstoffeinspritzung zu steuern und die Zündung zu steuern. Es werden nämlich die Einspritzzeit des Kraftstoffs und die Einspritzmenge des Kraftstoffs durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. Außerdem wird die Zündzeit von jeder Zündkerze 10 durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. Außerdem ist die Ausgangsschnittstelle 37 durch die entsprechenden Antriebsschaltkreise 39 mit dem Schrittmotor 17 zum Antreiben des Drosselventils 18 und der Kraftstoffpumpe 29 verbunden. Diese Geräte werden durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts (Gerät mit einem variablen Volumen) und eines Druckänderungsgeräts in einer Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform. Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Verbrennungsdrucksteuersystem bereitgestellt, das den Druck von jeder Brennkammer steuert, wenn der Kraftstoff verbrannt wird. Das Verbrennungsdrucksteuersystem in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem „Variabel-Volumen-Gerät” bzw. Verdrängungsgerät bereitgestellt, durch das das Volumen des Raums, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, sich ändert. Das Verdrängungsgerät hat eine Gasfeder 50. Die Gasfeder 50 ist mit jeder Brennkammer 5 in jedem Zylinder verbunden. Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform weist eine Nebenkammer 60 als den Raum auf, der mit jeder Brennkammer 5 in Verbindung ist.
Das Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Druckänderung von jeder Brennkammer 5, wenn der Druck der Brennkammer 5 den Steuerdruck erreicht, als die Antriebsquelle zum Ändern des Volumens der Nebenkammer 60. Das Verdrängungsgerät arbeitet nämlich durch die Änderung des Drucks der Brennkammer 5. Der Steuerdruck in der vorliegenden Erfindung ist als ein Druck der Brennkammer zu der Zeit definiert, zu der das Verdrängungsgerät zu arbeiten beginnt. Dies ist nämlich der Druck der Brennkammer, wenn der Nebenkammerverwendungskolben 55 beginnt, sich zu bewegen. Das Verdrängungsgerät hält den Druck der Brennkammer 5 davon ab, der Druck des Auftretens der abnormalen Verbrennung oder höher zu werden.
Die abnormale Verbrennung in der vorliegenden Erfindung schließt zum Beispiel eine andere Verbrennung als den Zustand ein, wenn ein Zündgerät das Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet und die Verbrennung sich darauffolgend von dem Zündpunkt ausbreitet. Eine abnormale Verbrennung schließt zum Beispiel eine Erscheinung eines Klopfens, eine Erscheinung einer Detonation, und eine Erscheinung einer vorzeitigen Zündung ein. Die Erscheinung des Klopfens schließt die Erscheinung des Zündklopfens ein. Die Erscheinung des Zündklopfens ist die Erscheinung, in der Kraftstoff in einem Zündgerät gezündet wird, die Flamme sich von dem Zündgerät zentriert verbreitet, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch einschließlich nicht verbrannten Kraftstoffs in der Position am weitesten von dem Zündgerät entfernt zündet. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch an der Position weit entfernt von dem Zündgerät wird durch das Verbrennungsgas nahe dem Zündgerät verdichtet, erhält eine hohe Temperatur und einen hohen Druck, und zündet selbst. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch selbst zündet, wird eine Stoßwelle erzeugt.
Das Phänomen bzw. die Erscheinung der Detonation ist die Erscheinung, in der das Luft-Kraftstoff-Gemisch sich wegen einer Stoßwelle zündet, die durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch hoher Temperatur, hohen Drucks durchtritt. Diese Stoßwelle wird zum Beispiel wegen der Erscheinung des Zündklopfens erzeugt. Die Erscheinung der vorzeitigen Zündung wird ebenfalls als „Erscheinung des frühen Zündens” bezeichnet. Die Erscheinung des vorzeitigen Zündens ist die Erscheinung von Metall an der Spitze einer Zündkerze oder einer Kohlenstoffschlemme und so weiter, die innerhalb einer Brennkammer abgelagert ist, die auf eine vorbestimmte Temperatur oder mehr erwärmt wird, und in dem Zustand beibehält, dass dieses Teil der Zündfunke wird und den Kraftstoff vor der Zündzeit verbrennt.
Das Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem rohrförmigen Element 51 bereitgestellt, das jedes rohrförmige Teil ausbildet. Das rohrförmige Element 51 in der vorliegenden Ausführungsform ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Innerhalb des rohrförmigen Elements 51 ist ein Nebenkammerverwendungskolben 55 als Bewegungselement angeordnet. Der Raum innerhalb des rohrförmigen Elements 51 ist durch den Nebenkammerverwendungskolben 55 unterteilt. Innerhalb des rohrförmigen Elements 51 ist eine Nebenkammer 60 an der zu der Brennkammer 5 gerichteten Seite ausgebildet. Außerdem ist innerhalb des rohrförmigen Elements 51 eine Gaskammer 61 an der Seite gegenüber der zu der Brennkammer 5 gerichteten Seite ausgebildet.
Jeder Nebenkammerverwendungskolben 55 ist nicht an dem rohrförmigen Element 51 befestigt, sondern ist ausgebildet, um sich in der axialen Richtung des rohrförmigen Elements 51 zu bewegen. Wie durch den Pfeil 100 dargestellt ist, bewegt sich der Nebenkammerverwendungskolben 55 innerhalb des rohrförmigen Elements 51. Der Nebenkammerverwendungskolben 55 berührt das rohrförmige Element 51 durch als Dichtelemente dienende Kolbenringe. Aufgrund der Bewegung des Nebenkammerverwendungskolbens 55 ändert sich das Volumen der Nebenkammer 60. Das Verbrennungsgas strömt zu der Nebenkammer 60.
Das Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat ein Federgerät, das eine Elastizität aufweist. Das Federgerät in der vorliegenden Ausführungsform weist eine Gasfeder 50 auf. Die Gasfeder 50 ist ausgebildet, durch das Abdichten des in ihrem Inneren vorhandenen Gases eine Elastizität aufzuweisen. Eine Gaskammer 61 der Gasfeder 50 wird mit einem mit Druck beaufschlagten Gas geladen, so dass, wenn der Druck einer Brennkammer 5 den gewünschten Steuerdruck erreicht, der Nebenkammerverwendungskolben 55 beginnen wird, sich zu bewegen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gaskammer 61 mit Luft geladen. Das Gas, das in die Gaskammer 61 geladen wird, ist nicht auf Luft begrenzt. Ein beliebiges Gas kann eingesetzt werden.
In der Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ist der Druckregler 85 geschlossen, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt, nämlich während die Gasfeder 50 zusammengedrückt wird. Die Gasfeder 50 weist eine Elastizität auf, da der Druckregler 85 geschlossen ist. Wegen des Drucks der geschlossenen Gaskammer 61 wird der Nebenkammerverwendungskolben 55 geschoben.
Die Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Druckänderungsgerät bereitgestellt, das den Druck der Gaskammer 61 einer Gasfeder ändert. Das Druckänderungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat einen Motor 71 und einen Verdichter 72, der durch den Motor 71 angetrieben ist. An dem Auslass des Verdichters 72 ist ein Sperrventil 82 angeordnet. Das Sperrventil 82 verhindert, dass das Gas in der Gaskammer 61 zurück- und ausströmt. An dem Verdichter 72 sind ein Sperrventil 81 und ein Filter 73 verbunden. Der Filter 73 entfernt Fremdstoffe aus der Luft, die in den Verdichter 72 gesaugt werden. Das Sperrventil 81 verhindert, dass die Luft aus dem Verdichter 72 zurückströmt.
Das Druckänderungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat einen Drucksensor 74 als einen Druckerfasser, der den Druck der Gaskammer 61 einer Gasfeder 50 erfasst. Der Drucksensor 74 in der vorliegenden Ausführungsform ist an dem Strömungspfad angeordnet, der die Gaskammer 61 und den Druckregler 85 verbindet.
Das Druckänderungsgerät wird durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor 71 durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. Das Luftabgabeventil 84 und der Druckregler 85 in der vorliegenden Ausführungsform werden durch die elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. Die Ausgabe des Drucksensors 74 wird in die elektronische Steuereinheit 31 eingegeben.
Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, dass Luft sogar dann nachgefüllt wird, falls Luft aus der Gaskammer 61 einer Gasfeder 50 ausströmt, während die Maschine arbeitet, oder während die Maschine angehalten ist. Zum Beispiel treibt der Motor 71 den Verdichter 72 an, und öffnet darüber hinaus den Druckregler 85, um die Luft zu der Gaskammer 61 zuzuführen.
Das Druckänderungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht es, dass der Druck der Gaskammer 61 einer Gasfeder 50 erhöht wird. Darüber hinaus kann das Druckänderungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform Gas von der Gaskammer 61 der Gasfeder 50 abgeben. Durch das Öffnen des Druckreglers 85 und des Luftabgabeventils 84 ist es möglich, den Druck der Gaskammer 61 zu senken. Durch das Ändern des Drucks der Gaskammer 61 ist es möglich, den Steuerdruck zu ändern. Das Druckänderungsgerät ist nicht darauf begrenzt. Es ist ebenfalls möglich, ein beliebiges Gerät einzusetzen, das in der Lage ist, den Druck der Gaskammer einer Gasfeder zu ändern.
3 zeigt ein Diagramm des Drucks einer Brennkammer in der Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform. Die Abszisse bezeichnet den Kurbelwinkel, während die Ordinate den Druck der Brennkammer und die Verstellung eines Nebenkammerverwendungskolbens bezeichnet. 3 zeigt ein Diagramm des Verdichtungshubs und des Ausdehnungshubs in dem Verbrennungszyklus. Der Nebenkammerverwendungskolben 55 weist eine Verstellung von 0 auf, wenn er an dem Boden des rohrförmigen Elements 51 abgesetzt ist. In dem Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform bewegt sich der Nebenkammerverwendungskolben 55, wenn der Druck der Brennkammer den Steuerdruck in dem Zeitraum von dem Verdichtungshub zu dem Ausdehnungshub des Brennzyklus erreicht. Als Ergebnis wird das Volumen der Nebenkammer 60 der Gasfeder 50 größer.
Mit Bezug auf 2 und 3 ist zu der Zeit des Beginns des Verdichtungshubs der Nebenkammerverwendungskolben 55 an dem Boden des rohrförmigen Elements 51 abgesetzt. In dem Verdichtungshub steigt der Kolben 3 und der Druck der Brennkammer 5 steigt. Hier in der Gaskammer 61 der Gasfeder 50 ist das Gas eines Drucks entsprechend dem Steuerdruck abgedichtet, so dass der Nebenkammerverwendungskolben 55 in dem abgesetzten Zustand beibehalten bleibt, bis der Druck der Brennkammer 5 der Steuerdruck wird.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird die Zündung an einem Kurbelwinkel geringfügig nach 0 Grad (TDC, Oberer Totpunkt) durchgeführt. Wegen der Zündung steigt der Druck der Brennkammer 5 plötzlich an. Wenn der Druck der Brennkammer 5 den Steuerdruck erreicht, beginnt der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich zu bewegen. Während das Luft-Kraftstoff-Gemisch die Verbrennung fortsetzt, wird die Gasfeder 50 zusammengedrückt und das Volumen der Nebenkammer 60 erhöht sich. Aus diesem Grund ist der Anstieg des Drucks der Brennkammer 5 und der Nebenkammer 60 unterdrückt. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Druck der Brennkammer 5 im Wesentlichen konstant gehalten.
Falls die Verbrennung des Kraftstoffs sich in der Brennkammer weiter fortsetzt, wird die Verstellung des Nebenkammerverwendungskolbens 55 maximal, und wird dann kleiner. Der Druck der Gaskammer 61 wird verringert und die Verstellung des Nebenkammerverwendungskolbens 55 kehrt zu 0 zurück. Der Nebenkammerverwendungskolben 55 kehrt nämlich zu einer abgesetzten Position zurück. Wenn der Druck der Brennkammer 5 geringer als der Steuerdruck wird, wird der Druck der Brennkammer 5 entlang mit dem Voranschreiten des Kurbelwinkels reduziert.
In dieser Weise kann das Verbrennungsdrucksteuersystem in der vorliegenden Ausführungsform den Anstieg des Drucks einer Brennkammer unterdrücken, wenn der Druck der Brennkammer 5 den Steuerdruck erreicht, und kann eine Steuerung so durchführen, dass der Druck der Brennkammer nicht höher als der Druck wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt.
3 zeigt ein Diagramm des Drucks einer Brennkammer eines Vergleichsbeispiels 1 und eines Vergleichsbeispiels 2. Das Vergleichsbeispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 2 sind Brennkraftmaschinen, die nicht das Verdrängungsgerät der vorliegenden Ausführungsform aufweisen. Die Brennkraftmaschine schwankt in dem Druck einer Brennkammer gemäß der Zündzeit. Die Brennkraftmaschine weist eine Zündzeit θmax auf, zu der das Abtriebsmoment maximal wird. Das Vergleichsbeispiel 1 ist ein Diagramm für den Zeitpunkt, zu dem die Zündung zu der Zündzeit θmax durchgeführt wird. Dadurch, dass die Zündung zu der Zündzeit durchgeführt wird, zu der das Abtriebsmoment maximal wird, wird der Druck der Brennkammer hoch, und der Wärmewirkungsgrad wird am besten. Mit Bezug darauf wird der Druck der Brennkammer höher als der Druck, bei dem die abnormale Verbrennung auftritt, falls die Zündzeit wie in dem Vergleichsbeispiel 1 vorgezogen wird. Das Diagramm des Vergleichsbeispiels 1 nimmt an, dass eine abnormale Verbrennung nicht auftritt. Andererseits wird in einer aktuellen Brennkraftmaschine die Zündzeit so verzögert, dass der Maximaldruck der Brennkammer kleiner als der Druck wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt.
In der Brennkraftmaschine des Vergleichsbeispiels 2 wird die Zündung von der Zündzeit verzögert durchgeführt, zu der das Abtriebsmoment maximal wird, um das Auftreten der abnormalen Verbrennung zu vermeiden. Wenn die Zündzeit verzögert wird, wird der Maximaldruck einer Brennkammer kleiner als in dem Fall, in dem die Zündung zu einer Zündzeit durchgeführt wird, zu der das Abtriebsmoment maximal wird.
Die Brennkraftmaschine in der vorliegenden Ausführungsform kann den Kraftstoff verbrennen, wenn der Druck einer Brennkammer geringer als mit dem Druck beibehalten wird, zu dem eine abnormale Verbrennung auftritt. Es ist möglich, das Auftreten einer abnormalen Verbrennung sogar dann zu unterdrücken, falls die Zündzeit vorgezogen wird. Insbesondere ist es möglich, die abnormale Verbrennung sogar in einer Maschine mit einem hohen Verdichtungsverhältnis zu unterdrücken. Darüber hinaus ist es möglich, die Zeit zu erhöhen, zu der der Druck der Brennkammer hoch ist. Aus diesem Grund wird der Wärmewirkungsgrad über den einer Brennkraftmaschine des Vergleichsbeispiels 2 verbessert, die die Zündzeit verzögert. Es ist möglich, das Abtriebsmoment zu erhöhen. Außerdem ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu verringern.
4 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts mit einem ersten Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform. Das Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat ein Heizgerät, das um das rohrförmige Teil herum angeordnet ist und die Wandfläche des rohrförmigen Teils in dem Bereich heizt, der den Raum ausbildet, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, wenn sich das Bewegungselement bewegt.
Das erste Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat einen Auslassdurchtritt 62, der an dem Inneren des Zylinderkopfs 4 ausgebildet ist. Der Auslassdurchtritt 62 wird mit einem Abgas hoher Temperatur versorgt. Der Auslassdurchtritt 62 in der vorliegenden Ausführungsform ist durch einen Raum in dem Zylinderkopf 4 ausgebildet. Der Auslassdurchtritt 62 ist um das rohrförmige Element 51 entlang der Form des rohrförmigen Elements 51 herum ausgebildet. Der Auslassdurchtritt 62 in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass er das rohrförmige Element 51 umgibt.
Der Auslassdurchtritt 62 weist ein Einlassteil 62a und ein Auslassteil 62b auf. Das erste Heizgerät ist so ausgebildet, dass ein Teil des Abgases, das aus der Brennkammer 5 zu dem Maschinenauslassdurchtritt strömt, wie durch einen Pfeil 101 ersichtlich ist, zu dem Einlassteil 62a zugeführt wird. Das Einlassteil 62a ist zum Beispiel mit dem Auslassanschluss 9 verbunden, der an dem Zylinderkopf 4 ausgebildet ist. Das Abgas, das durch den Auslassdurchtritt 62 läuft, wie durch den Pfeil 102 gezeigt ist, strömt aus dem Auslassteil 62b aus. Das Abgas, das aus dem Auslassteil 62b ausströmt, wird wieder zu dem Maschinenauslassdurchtritt zurück geführt. Das Auslassteil 62b ist zum Beispiel mit dem Auslasskanal 19 verbunden.
Ein Nebenkammerverwendungskolben 55 bewegt sich in einem vorbestimmten Bereich, wenn der Druck der Brennkammer 5 der Steuerdruck oder höher wird. Der durch den Pfeil 103 gezeigte Bereich ist der Bereich, der in zumindest einem Teil des Zeitraums, in dem der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt, die Nebenkammer 60 ausbildet. Der Auslassdurchtritt 62 in der vorliegenden Ausführungsform ist um den Bereich herum angeordnet, der die durch den Pfeil 103 gezeigte Nebenkammer 60 ausbildet. Das erste Heizgerät ist so ausgebildet, um die Wandfläche des die Nebenkammer 60 ausbildenden Bereichs in zumindest einem Teil des Zeitraums zu heizen.
Wegen der Tätigkeit des Verdrängungsgeräts in der vorliegenden Ausführungsform wird der Maximaldruck der Brennkammer unterdrückt. Da der Maximaldruck der Brennkammer unterdrückt ist, wird der Maximalwert der Verbrennungstemperatur niedrig gehalten. Aus diesem Grund ist es möglich, die Bewegung der Wärme von dem Brenngas zu dem Zylinderblock oder dem Zylinderkopf zu unterdrücken. Da die Verbrennungstemperatur niedriger wird, kann ein Kühlverlust reduziert werden.
In Bezug darauf bewegt sich der Nebenkammerverwendungskolben 55 wegen der Tätigkeit des Verdrängungsgeräts zu der Seite gegenüber der Seite, die zu der Brennkammer 5 gerichtet ist. Das Verbrennungsgas strömt in die Nebenkammer 60, deren Volumen größer geworden ist. Der Teil des rohrförmigen Elements 51, das die Wandfläche der Nebenkammer 60 in der Randrichtung ausbildet, berührt das Brenngas und erhöht die Wärmeabstrahlfläche. Da die Nebenkammer 60 größer wird, wird der Bereich größer, der die Wärme durch das rohrförmige Element 41 zu dem Zylinderkopf 4 abstrahlt. Durch die Wärme, die von der Nebenkammer 60 zu dem Zylinderkopf 4 abgestrahlt wird, wird der Kühlverlust größer.
Wenn in dem Verdrängungsgerät der vorliegenden Ausführungsform das Abgas zu dem Auslassdurchtritt 62 zugeführt wird, kann die Wärme des Abgases verwendet werden, um die Wandfläche des rohrförmigen Elements 51 zu heizen. Insbesondere ist es möglich, die Wandfläche des rohrförmigen Elements 51 in dem die Nebenkammer 60 ausbildenden Bereich zu heizen, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt. Es ist möglich, den Temperaturunterschied zwischen dem Verbrennungsgas, das in die Nebenkammer 60 strömt, und dem rohrförmigen Element 51 zu reduzieren, so dass es möglich ist, die Wärme davon abzuhalten, von der Nebenkammer 60 durch das rohrförmige Element 51 zu dem Zylinderkopf 4 abgestrahlt zu werden, während das Volumen der Nebenkammer 60 größer wird. Als Ergebnis ist es möglich, den Kühlverlust der Brennkraftmaschine zu unterdrücken und es ist möglich, einen Abfall des Moments zu unterdrücken, das abgegeben wird. Außerdem ist es möglich, eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu unterdrücken.
Außerdem ist der Auslassdurchtritt 62 des ersten Heizgeräts um den Bereich herum angeordnet, der den Raum ausbildet, der mit der Brennkammer 5 in Verbindung ist, wenn der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt. Er ist nämlich so ausgebildet, um den die Nebenkammer 60 ausbildenden Bereich zu umgeben, der durch den Pfeil 103 gezeigt ist. Wegen dieser Anordnung ist es möglich, die Wandfläche des rohrförmigen Elements wirkungsvoll an dem die Nebenkammer 60 ausbildenden Bereich zu heizen. Die Wärme des Verbrennungsgases, das in die Nebenkammer 60 strömt, kann wirkungsvoll davon abgehalten werden, zu dem rohrförmigen Element 51 übertragen zu werden.
5 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts mit einem zweiten Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform. Das erste Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Auslassdurchtritt 62, der einen Abstand von dem rohrförmigen Element 51 entfernt ausgebildet ist. Dazu entgegengesetzt umfasst das zweite Heizgerät den Auslassdurchtritt 62 in Berührung mit dem rohrförmigen Element 51. Es heizt nämlich das Abgas, das durch den Auslassdurchtritt 62 läuft, das rohrförmige Element 51 direkt, ohne durch den Zylinderkopf 4 geführt zu sein. Durch das Einsetzen der Anordnung, in der das Heizgerät das rohrförmige Element in dieser Weise berührt, ist es möglich, den Heizwirkungsgrad zu verbessern, wenn das rohrförmige Element beheizt wird.
6 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts mit einem dritten Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform. Das dritte Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Auslassdurchtritt 62 auf, der um das rohrförmige Element 51 herum ausgebildet ist. Der Auslassdurchtritt 62 des dritten Heizgeräts ist ausgebildet, die Umgebungen des die Gaskammer 61 kontinuierlich ausbildenden Bereichs zu vermeiden, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt. Der Pfeil 104 zeigt den die Gaskammer 61 ausbildenden Bereich, wenn der Nebenkammerverwendungskolben 55 zu dem oberen Ende steigt. Das dritte Heizgerät ist ausgelegt, nicht mit dem Auslassdurchtritt 62 um den durch den Pfeil 104 gezeigten Bereich herum ausgebildet zu sein. Der Auslassdurchtritt 62 ist nämlich ausgebildet, den Bereich um den die Gaskammer 61 ausbildenden Bereich herum zu jeder Zeit zu vermeiden, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt.
In dem Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform ist die Gaskammer 61 geschlossen, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt. Mit Bezug darauf steigt der Druck der Gaskammer 61, falls das Heizgerät das Gas heizt, das in der Gaskammer 61 abgedichtet ist. Der Steuerdruck endet nämlich steigend.
Durch das Anordnen des Heizgeräts, die Umgebungen des Bereichs zu vermeiden, der kontinuierlich die Gaskammer 61 wird, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt, ist es möglich, zu verhindern, dass ein Teil der Wandfläche der Gaskammer 61 geheizt wird. Es ist daher möglich, das Abstrahlen von Wärme von der Gaskammer 61 zu verbessern. Insbesondere ist es möglich, zu vermeiden, dass die von dem Heizgerät erzeugte Wärme das Gas in dem inneren der Gaskammer 61 durch den Zylinderkopf 4 heizt. Wenn die Gaskammer 61 geschlossen ist, ist es möglich, die Temperatur des Gases in dem Inneren der Gaskammer 61 von einem Ansteigen abzuhalten und den Steuerdruck von einem Ansteigen abzuhalten. Wenn außerdem das Druckänderungsgerät verwendet wird, um den Druck der Gaskammer 61 einzustellen, ist es nicht möglich, den Druck einfach einzustellen.
Es ist anzumerken, dass das Verdrängungsgerät in der vorliegenden Ausführungsform ein Druckänderungsgerät aufweist, das damit verbunden ist, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf ein Verdrängungsgerät angewendet werden, mit dem kein Druckänderungsgerät verbunden ist.
Außerdem ist das dritte Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet, um den Bereich um den abgesetzten Nebenkammerverwendungskolben 55 zu vermeiden. 6 zeigt den Zustand, in dem der Nebenkammerverwendungskolben 55 mit dem Einrückteil 51a in Eingriff ist, und an dem Boden des rohrförmigen Elements 51 abgesetzt ist. Der Nebenkammerverwendungskolben 55 bildet die Wandfläche der Brennkammer 5 aus, wenn er mit dem Einrückteil 51a in Eingriff ist. Der Nebenkammerverwendungskolben 55 berührt die Einlassluft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Ansaughub. Aus diesem Grund steigt die Temperatur der Ansaugluft oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs, falls die Temperatur des Nebenkammerverwendungskolbens 55 hoch beibehalten bleibt. Falls die Temperatur der Einlassluft oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs steigt, fällt der Ladewirkungsgrad, so dass das Problem des einfachen Auftretens des Klopfens oder einer anderen abnormalen Verbrennung auftritt.
Dadurch, dass das Heizgerät den Bereich um den Bereich, in dem der Nebenkammerverwendungskolben 55 abgesetzt ist, vermeidend ausgebildet ist, ist es möglich, die Abstrahlung von Wärme von dem Nebenkammerverwendungskolben 55 von einer Störung abzuhalten, und möglich, die Temperatur der Einlassluft oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs von einem Ansteigen abzuhalten. Auf diese Weise ist es möglich, ein Abfallen des Ladungswirkungsgrads zu unterdrücken, während ein Abfallen des Kühlverlusts unterdrückt ist.
7 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts mit einem vierten Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform. Das vierte Heizgerät weist eine wärmeisolierende Struktur auf, die zwischen dem Auslassdurchtritt 62 und der Brennkammer 5 ausgebildet ist. Die wärmeisolierende Struktur der vorliegenden Ausführungsform weist die Funktion auf, die Bewegung der Wärme von dem Heizgerät zu dem Inneren der Brennkammer 5 zu unterdrücken.
In dem vierten Heizgerät der vorliegenden Ausführungsform ist ein wärmeisolierendes Element 63 zwischen dem Auslassdurchtritt 62 und der Brennkammer 5 angeordnet. Das wärmeisolierende Element 63 ist um das rohrförmige Element 51 herum entlang der Form des rohrförmigen Elements 51 ausgebildet. Das wärmeisolierende Element 63 in der vorliegenden Ausführungsform ist in einer Ringform ausgebildet. Als das wärmeisolierende Element 63 kann zum Beispiel eines durch ein Material ausgebildet sein, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die kleiner ist als die des Zylinderkopfs 4. Der Zylinderkopf 4 kann zum Beispiel aus einem Eisenmetall, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall ausgebildet sein. Aus diesem Grund weist der Zylinderkopf 4 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Das wärmeisolierende Element 63 kann zum Beispiel aus einem Harz ausgebildet sein. Außerdem ist insbesondere unter den Harzen ein geschäumtes Harz mit einer kleinen Wärmeleitfähigkeit bevorzugt.
Wie voranstehend erläutert wurde, ist in dem Ansaughub die Temperatur an der Wandfläche der Brennkammer bevorzugt niedrig. Durch das Ausbilden einer wärmeisolierenden Struktur zwischen dem Heizgerät und der Brennkammer ist es möglich, das Heizgerät von einem Heizen der Wandfläche der Brennkammer abzuhalten. In dem vierten Heizgerät kann die Übertragung von Wärme von dem Auslassdurchtritt 62 zu der Wandfläche der Brennkammer 5 unterdrückt werden. Als Ergebnis ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Gemisch oder die Luft, die in die Brennkammer strömt, davon abzuhalten, in dem Ansaughub geheizt zu werden, und es ist möglich, den Ladewirkungsgrad von einem Abfallen abzuhalten.
Die wärmeisolierende Struktur des Verdrängungsgeräts einschließlich des vierten Heizgeräts der vorliegenden Ausführungsform hat ein wärmeisolierendes Element, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Es ist möglich, als die wärmeisolierende Struktur eine beliebige Struktur einzusetzen, die eine Bewegung von Wärme von dem Heizgerät zu der Brennkammer unterdrückt. Zum Beispiel kann anstelle eines wärmeisolierenden Elements eine Höhlung als wärmeisolierende Struktur ausgebildet sein, deren Innendruck reduziert ist, und die dann geschlossen ist. Außerdem kann auch eine Höhlung ausgebildet sein, die innen mit einem Gas gefüllt ist. Durch das Ausbilden eines derartigen geschlossenen Raums ist es ebenfalls möglich, ein Teil mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als dem Zylinderblock anzuordnen, und eine isolierende Struktur auszubilden.
8 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts mit einem fünften Heizgerät in der vorliegenden Erfindung. In dem fünften Heizgerät ist der Auslassdurchtritt 62, der als das Heizgerät funktioniert, an der obersten Fläche des rohrförmigen Elements 51 ausgebildet. Der Auslassdurchtritt 62 ist an der Endfläche des rohrförmigen Elements 51 an der Seite gegenüberliegend der zu der Brennkammer 5 gerichteten Seite ausgebildet. An der Seitenfläche des rohrförmigen Elements 51 in der Randrichtung ist eine wärmeisolierende Struktur ausgebildet.
Das Verdrängungsgerät einschließlich des fünften Heizgeräts ist mit einer Höhlung 64 ausgebildet, die als wärmeisolierende Struktur dient. Die Höhlung 64 ist ein geschlossener Raum, der um das rohrförmige Element 51 entlang der Seitenfläche des rohrförmigen Elements 51 herum ausgebildet ist. Die Höhlung 44 berührt das rohrförmige Element 51. Außerdem ist der Innendruck der Höhlung 44 reduziert. Die Höhlung ist nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann auch ein geschlossener Raum ausgebildet sein, der mit einem beliebigen Gas gefüllt ist.
In dem fünften Heizgerät ist es möglich, das Abgas durch den Auslassdurchtritt 62 laufen zu lassen, um das rohrförmige Element 51 zu heizen. Um das rohrförmige Element 51 ist eine Höhlung 64 als die wärmeisolierende Struktur ausgebildet, so dass die Wärme davon abgehalten werden kann, von dem rohrförmigen Element 51 zu dem Zylinderkopf 4 abgestrahlt zu werden. Als Ergebnis ist es möglich, dafür zu sorgen, dass die Wärme des durch den Auslassdurchtritt 62 tretenden Abgases sich entlang der Seitenwand des rohrförmigen Elements 51 bewegt. Das rohrförmige Element 51 kann bei einer hohen Temperatur beibehalten werden. Wenn der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt, ist es möglich, die Wandfläche des rohrförmigen Elements 51 an dem die Nebenkammer 60 ausbildenden Bereich zu heizen. Als Ergebnis kann die Wärme des Brenngases davon abgehalten werden, sich durch das rohrförmige Element 51 zu dem Zylinderkopf 4 zu bewegen.
Das fünfte Heizgerät besteht aus dem Auslassdurchtritt 62, der an der obersten Fläche des rohrförmigen Elements 51 ausgebildet ist. Es ist nämlich ein Heizgerät an einer Position getrennt von der Brennkammer 5 angeordnet. Aus diesem Grund besteht in dem Bereich nahe der Brennkammer 5 kein Bedarf, ein Gerät einer komplizierten Anordnung auszubilden. Es ist ebenfalls möglich, einfach ein Verdrängungsgerät einschließlich eines Heizgeräts auszubilden. Außerdem wird die Produktivität verbessert, wenn ein Verdrängungsgerät erzeugt wird.
In dem Verdrängungsgerät einschließlich des fünften Heizgeräts berührt die die wärmeisolierende Struktur ausbildende Höhlung 64 das rohrförmige Element 51, aber die Erfindung ist nicht auf diese Betriebsart begrenzt. Die Höhlung 64 kann innerhalb des Zylinderkopfs 4 getrennt von dem rohrförmigen Element 51 ausgebildet sein.
Außerdem ist in dem Verdrängungsgerät einschließlich des fünften Heizgeräts die Höhlung 64 den Bereich um den abgesetzten Nebenkammerverwendungskolben 55 vermeidend ausgebildet. Durch das Einsetzen dieser Anordnung ist es möglich, die Wärmeabstrahlungseigenschaft des Nebenkammerverwendungskolbens 55 zu verbessern, wenn der Nebenkammerverwendungskolben 55 abgesetzt ist. Es ist möglich, den Nebenkammerverwendungskolben davon abzuhalten, bei einer hohen Temperatur beibehalten zu bleiben, und den Ladungswirkungsgrad von einem Abfallen abzuhalten.
Ein Auslassdurchtritt des Heizgeräts der vorliegenden Ausführungsform ist an dem Zylinderkopf ausgebildet, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Eine Vielzahl von Auslassdurchtritten kann ebenfalls um das rohrförmige Teil herum ausgebildet sein.
Das voranstehend erwähnte Heizgerät verwendet die Wärme des Abgases, das aus der Brennkammer strömt, um das rohrförmige Element zu heizen. Wegen dieser Anordnung ist es möglich, die Wärme zu verwenden, die nach außen abgegeben wird, um die Wandfläche der Nebenkammer zu heizen. Das Heizgerät ist nicht darauf begrenzt. Es ist möglich, ein beliebiges Gerät einzusetzen, das das rohrförmige Element heizt. Zum Beispiel kann das Heizgerät einen elektrischen Heizer einschließen.
9 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts, das ein sechstes Heizgerät einer vorliegenden Ausführungsform einschließt. Das sechste Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform schließt elektrische Heizer 65 ein. Diese elektrischen Heizer 65 sind mit einer Leistungsquelle verbunden. Die Leistungsquelle der elektrischen Heizer 65 ist durch eine elektronische Steuereinheit 31 gesteuert. Die elektrischen Heizer 65 sind so ausgebildet, um sich in der Richtung der Bewegung des Nebenkammerverwendungskolbens 55 zu erstrecken. Die elektrischen Heizer 65 sind so angeordnet, um die Wandfläche des rohrförmigen Elements in dem die Nebenkammer 60 werdenden Bereich zu heizen, während der Nebenkammerverwendungskolben 55 sich bewegt.
10 zeigt eine andere schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts einschließlich des sechsten Heizgeräts. 10 ist eine durch Pfeile bezeichnete Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 9. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vielzahl der elektrischen Heizer 65 um das rohrförmige Element 51 herum angeordnet. Die elektrischen Heizer 65 in der vorliegenden Ausführungsform sind in Stangenformen ausgebildet. Die elektrischen Heizer 65 sind in gleichmäßigen Abständen angeordnet, um das rohrförmige Element 51 zu umgeben.
Während die elektrischen Heizer des sechsten Heizgeräts in der vorliegenden Ausführungsform in Stangenformen ausgebildet sind, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Es ist möglich, beliebige elektrische Heizer einzusetzen, die das rohrförmige Element heizen. Zum Beispiel kann ein plattenförmiger Heizer ebenfalls das rohrförmige Element umgebend angeordnet sein.
11 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Verdrängungsgeräts, das ein siebtes Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform einschließt. Das siebte Heizgerät in der vorliegenden Ausführungsform hat eine Vielzahl der elektrischen Heizer 65. Jeder der elektrischen Heizer 65 ist mit dem rohrförmigen Element 51 in Berührung. Durch das Einsetzen dieser Anordnung ist es möglich, den Heizwirkungsgrad zu verbessern, wenn das rohrförmige Element beheizt wird.
Die voranstehende Vielzahl der Ausführungsformen kann miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel kann ein elektrischer Heizer zusätzlich zu dem Auslassdurchtritt um das rohrförmige Teil herum angeordnet sein. Das Federgerät des Verdrängungsgeräts in den vorliegenden Ausführungsformen hat eine Gasfeder, aber das Federgerät ist nicht darauf begrenzt. Es ist möglich, ein beliebiges Element einzuschließen, das gegen das Bewegungselement drückt. Zum Beispiel kann das Federgerät auch eine mechanische Feder wie zum Beispiel eine Spiralfeder haben.
In den vorliegenden Ausführungsformen wurde die Erläuterung mit Bezug auf eine in einem Auto montierte Brennkraftmaschine als Beispiel gegeben, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auf eine beliebige Brennkraftmaschine angewendet werden.
In den voranstehend beschriebenen Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es ist anzumerken, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen Darstellungen sind und diese Erfindung nicht begrenzen. Außerdem sind in den Ausführungsformen die in den Ansprüchen gezeigten Änderungen enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenkörper
4: Zylinderkopf
5: Brennkammer
31: elektronische Steuereinheit
50: Gasfeder
51: rohrförmiges Element
51a: Einrückteil
55: Nebenkammerverwendungskolben
60: Nebenkammer
61: Gaskammer
62: Auslassdurchtritt
63: wärmeisolierendes Element
64: Höhlung
65: elektrischer Heizer

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Verdrängungsgerät, das ein Federgerät hat, das eine Elastizität aufweist, und das, wenn der Druck einer Brennkammer einen vorbestimmten Steuerdruck erreicht, die Änderung des Drucks der Brennkammer als Antriebsquelle verwendet, so dass das Federgerät zusammengedrückt wird, wodurch das Volumen eines mit der Brennkammer in Verbindung stehenden Raums sich ändert, wobei das Federgerät ein rohrförmiges Teil hat, das mit der Brennkammer in Verbindung ist, und ein Bewegungselement, das beweglich innerhalb des rohrförmigen Teils angeordnet ist, und das Bewegungselement einen Raum an dem Inneren des rohrförmigen Teils unterteilt, wodurch ein mit der Brennkammer in Verbindung stehender Raum ausgebildet wird, das Verdrängungsgerät ein Heizgerät hat, das um das rohrförmige Teil herum angeordnet ist, und das Heizgerät ausgebildet ist, um in der Lage zu sein, den Bereich in der Wandfläche des rohrförmigen Teils zu heizen, der den mit der Brennkammer in Verbindung stehenden Raum ausbildet, wenn das Bewegungselement sich bewegt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Heizgerät um den Raum herum ausgebildet ist, der mit der Brennkammer in Verbindung ist, wenn das Bewegungselement sich bewegt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Federgerät eine Gaskammer aufweist, die an einer Seite gegenüber der zu der Brennkammer gerichteten Seite durch das einen Raum innerhalb des rohrförmigen Teils aufteilende Bewegungselement ausgebildet ist, durch ein in der Gaskammer abgedichtetes mit Druck beaufschlagtes Gas gegen das Bewegungselement gedrückt wird, und das Heizgerät die Umgebung des kontinuierlich die Gaskammer während des Zeitraums der Bewegung des Bewegungselements ausbildenden Bereichs vermeidend ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Verdrängungsgerät eine wärmeisolierende Struktur aufweist, die zwischen dem Heizgerät und der Brennkammer angeordnet ist, und die eine Bewegung der Wärme von dem Heizgerät zu dem Inneren der Brennkammer unterdrückt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Verdrängungsgerät innerhalb des Zylinderkopfs angeordnet ist, der die oberste Fläche jeder Brennkammer hat, das rohrförmige Teil an dem Zylinderkopf befestigt ist, und die wärmeisolierende Struktur ein wärmeisolierendes Element mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als der Zylinderkopf oder einen geschlossenen Raum mit einer Höhlung innerhalb davon hat.