FR2542812A1

FR2542812A1 - Reciprocating cylinder IC engine compression controller

Info

Publication number: FR2542812A1
Application number: FR8404189A
Authority: FR
Inventors: Panagiotis Adamis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1984-09-21
Also published as: JPH0330600Y2; DE3309714C2; JPS59159746U; FR2542812B3; DE3309714A1

Abstract

Each cylinder of the engine has an associated secondary chamber whose vd. is varied by a secondary piston according to a characteristic engine working factor, e.g. the onset of knocking in at least one combustion chamber (4). A controller (13) receives a signal from a knock detector (12). When a knocking signal is present the controller adjusts the auxiliary piston (10), via a control element (11), so as to increase the auxiliary chamber (8) vol. when no signal is received from the knock detector the secondary chamber (8) vol. is reduced. The control steps are larger for increasing the chamber vol. Than for reducing it.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif de commande du taux de compression d'une machine ou moteur à pistons à combustion interne comportant un piston auxiliaire qui, associé à chaque cylindre dudit moteur à combustion interne et faisant varier le volume d'une chambre auxiliaire reliée à la chambre de travail de ce cylindre, peut être ajusté au moyen d'un dispositif de réglage en fonction d'un paramètre d'état caractéristique dudit moteur à combustion interne. The present invention relates to a device for controlling the compression ratio of an internal combustion piston machine or engine comprising an auxiliary piston which, associated with each cylinder of said internal combustion engine and varying the volume of an auxiliary chamber connected to the working chamber of this cylinder, can be adjusted by means of an adjustment device as a function of a state parameter characteristic of said internal combustion engine.

Il est déjà connu de compenser, par une variation de la grandeur de la chambre de compression et donc de la compression du moteur à combustion interne, les baisses de rendement qui se manifestent lors du fonctionnement sous charge partielle de moteurs à allumage par étincelle du fait de la régulation de la position du papillon d'étranglement, ce qui permet de réduire la consommation de carburant sous charge partielle ainsi que les émissions de polluants. Dans ce cas, on obtient des résultats optimaux lorsque la pression finale de la compression ou la pression de pointe de la combustion, respectivement, est maintenue sensiblement constante,indépendamment de la charge considérée du moteur à combustion interne, à une valeur à laquelle aucune combustion détonante ne se produit encore. It is already known to compensate, by a variation in the size of the compression chamber and therefore of the compression of the internal combustion engine, the reductions in efficiency which manifest themselves during the operation under partial load of spark ignition engines due to the fact regulating the throttle valve position, which reduces fuel consumption under partial load as well as pollutant emissions. In this case, optimum results are obtained when the final compression pressure or the peak combustion pressure, respectively, is kept substantially constant, regardless of the load considered of the internal combustion engine, at a value at which no combustion explosive doesn't happen yet.

Dans des dispositifs connus assurant la commande de la compression, l'ajustement du piston auxiliaire a généralement lieu en fonction de la charge du moteur à combustion interne, c'est-à-dire en fonction de la position d'un organe régulateur de puissance,comme par exemple la pédale d'accélération dudit moteur et, dans ce cas, ledit piston auxiliaire est ajusté pour augmenter le volume de la chambre auxiliaire lorsque la charge imposée au moteur croit (c'est-à-dire lorsque la sollicitation de la pédale d'accélération est accrue en conséquence). In known devices ensuring compression control, the adjustment of the auxiliary piston generally takes place as a function of the load of the internal combustion engine, that is to say as a function of the position of a power regulating member. , such as for example the acceleration pedal of said engine and, in this case, said auxiliary piston is adjusted to increase the volume of the auxiliary chamber when the load imposed on the engine increases (that is to say when the stress on the acceleration pedal is increased accordingly).

Dans un tel dispositif de commande de la compression, les proportions volumétriques doivent toutefois être fixées de manière à maintenir une distance suffisamment grande par rapport à la limite du cognement, en particulier lorsqu'on utilise des types et des qualités différents de carburants et lorsqu'il n'est pas possible de détecter ou de prendre davantage en considération des paramètres internes et externes de fonctionnement du moteur (comme par exemple la température de fonctionnement) qui se répercutent sur la limite du cognement. In such a compression control device, the volumetric proportions must however be fixed so as to maintain a sufficiently large distance from the knock limit, in particular when using different types and qualities of fuels and when it is not possible to detect or take more account of internal and external parameters of engine operation (such as for example the operating temperature) which affect the knock limit.

L'invention a par conséquent pour objet de proposer un dispositif de commande de la compression du type précité, à l'aide duquel il est possible d'obtenir un fonctionnement se traduisant par un meilleur rendement en maintenant toujours la compression du moteur, indépendamment de l'état de charge, sensiblement en deçà de la limite de cognement. The object of the invention is therefore to propose a device for controlling the compression of the aforementioned type, with the aid of which it is possible to obtain an operation resulting in better efficiency by always maintaining the compression of the engine, independently of the state of charge, significantly below the knock limit.

Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le paramètre d'état caractéristique est le début d'une combustion détonante se produisant dans au moins l'une des chambres de travail du moteur à combustion interne. Conformément à l'invention, le début de la combustion détonante dans au moins l'un des cylindres du moteur à combustion interne est ainsi utilisé lui-meme pour commander le taux de compression, à l'aide, commodément, d'au moins un capteur de valeurs de mesure qui détecte le début d'une combustion detonante et en fonction de signaux duquel le dispositif de réglage associé au piston auxiliaire peut être actionné.L'ajustement dudit piston auxiliaire a alors lieu en mode pas à pas, ce piston étant ajusté dans le sens d'une réduction du volume de la chambre auxiliaire aussi longtemps qu'il ne se produit aucune combustion détonante, et dans le sens d'un accroissement dudit volume lorsqu'est présent un signal indiquant une combustion détonante.A ce propos, il est judicieux que l'ajustement dans le sens d'une augmentation du volume de la chambre auxiliaire en cas de combustion détonante ait lieu avec des pas de commande plus grands que ceux de l'ajustement dans le sens d'une diminution dudit volume
En présence d'une variation éventuellement rapide de la condition de charge du moteur à combustion interne (par exemple lors du passage d'une faible charge partielle à la pleine charge), cela vise à atteindre un accroissement rapide du volume de la chambre auxiliaire et à assurer que les conditions de fonctionnement avec combustion détonante restent limitées aux intervalles de temps les plus brefs.En revanche, lors d'un ajustement inverse du piston auxiliaire dans le sens d'une diminution du volume de la chambre auxiliaire, un rattrapage aussi rapide n'est pas nécessaire car, dans le cas le moins favorable, le moteur à combustion interne fonctionne avec un taux de compression qui est peu propice au rendement sans pour autant être néfaste.According to the invention, this object is achieved by the fact that the characteristic state parameter is the start of an explosive combustion occurring in at least one of the working chambers of the internal combustion engine. According to the invention, the start of the explosive combustion in at least one of the cylinders of the internal combustion engine is thus used itself to control the compression ratio, using, conveniently, at least one measured value sensor which detects the start of a detonating combustion and according to signals from which the adjustment device associated with the auxiliary piston can be actuated. The adjustment of said auxiliary piston then takes place in step mode, this piston being adjusted in the direction of a reduction in the volume of the auxiliary chamber as long as no explosive combustion occurs, and in the direction of an increase in said volume when a signal indicating an explosive combustion is present. , it is judicious that the adjustment in the direction of an increase in the volume of the auxiliary chamber in the event of detonating combustion takes place with greater control steps than those of the adjustment in the direction of a decrease in said v olume
In the presence of a possibly rapid variation in the load condition of the internal combustion engine (for example when switching from a low partial load to full load), this aims to achieve a rapid increase in the volume of the auxiliary chamber and to ensure that the operating conditions with detonating combustion remain limited to the shortest time intervals. On the other hand, when adjusting the auxiliary piston in the direction of decreasing the volume of the auxiliary chamber, catching up as quickly is not necessary because, in the least favorable case, the internal combustion engine operates with a compression ratio which is not very conducive to performance without being harmful.

L'avantage essentiel du dispositif conforme à l'invention consiste en ce qu'il est désormais possible de faire fonctionner un moteur à combustion interne à allumage par étincelle, indépendamment de son état- de charge, dans la. plus large mesure avec un taux de compression optimal situé peu en deçà de la limite de cognement. The essential advantage of the device according to the invention is that it is now possible to operate an internal combustion engine with spark ignition, regardless of its state of charge, in the. larger measurement with an optimal compression ratio located slightly below the knock limit.

Dans ce cas, le taux de compression est automatiquement adapté à des types et qualités de carburant sensiblement différents, ainsi qu'à des paramètres internes et externes de fonctionnement du moteur.In this case, the compression ratio is automatically adapted to significantly different types and qualities of fuel, as well as to internal and external engine operating parameters.

L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe longitudinale schématique du cylindre d'un moteur à combustion interne dont la compression est commandée conformé ment à l'invention. The invention will now be described in more detail by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing in which the single figure is a schematic longitudinal section of the cylinder of an internal combustion engine whose compression is controlled in accordance to the invention.

Sur la figure, la référence 1 désigne globalement un moteur à pistons à combustion interne du type à allumage par étincelle destiné, par exemple, à propulser un véhicule automobile et la référence 2 désiane l'un de ses cylindres principaux dans lequel coulisse un piston principal 3. Ce piston principal 3 délimite, avec une culasse 5 du cylindre, une chambre principale de combustion 4 dans laquelle des canaux d'admission et d'évacuation débouchent de manière classique. Parmi ces orifices, seul est illustré un canal d'admission portant la référence 6 et auquel est associée une soupape d'admission 7. In the figure, the reference 1 generally designates an internal combustion piston engine of the spark ignition type intended, for example, to propel a motor vehicle and the reference 2 derives one of its main cylinders in which a main piston slides 3. This main piston 3 defines, with a cylinder head 5 of the cylinder, a main combustion chamber 4 into which inlet and outlet channels open in a conventional manner. Among these orifices, only an intake channel illustrated with the reference 6 is illustrated, with which an intake valve 7 is associated.

La chambre principale de combustion 4 est en communication avec une chambre auxiliaire de combustion 8 qui est disposée dans la culasse 5 et dont le volume peut entre modifié par un piston auxiliaire 10 coulissant dans un alésage 9 de ladite culasse. Pour ajuster le pis- ton auxiliaire 10, ce dernier est relié à un dispositif de réglage 11 pouvant être commandé par un dispositif de commande 13. Ce dispositif de commande 13 est raccordé à son tour à un capteur 12 de valeurs de mesure qui est monté à un emplacement -approprié du cylindre principal 2 et qui délivre des signaux au dispositif de commande 13 lorsqu'une combustion détonante se produit dans la chambre principale 4. The main combustion chamber 4 is in communication with an auxiliary combustion chamber 8 which is disposed in the cylinder head 5 and the volume of which can be modified by an auxiliary piston 10 sliding in a bore 9 of said cylinder head. To adjust the auxiliary piston 10, the latter is connected to an adjustment device 11 which can be controlled by a control device 13. This control device 13 is in turn connected to a sensor 12 of measured values which is mounted at a suitable location on the main cylinder 2 and which delivers signals to the control device 13 when an explosive combustion occurs in the main chamber 4.

S'il est théoriquement possible de munir chaque cylindre individuel 2 du moteur 1 de sa propre commande distincte de la compression indépendamment des autres cylindres, il est toutefois judicieux de prévoir une commande commune en utilisant, par exemple, un dispositif de réglage 11 commun aux pistons auxiliaires 10 de tous les cylindres et actionné, par un dispositif de commande 13, en fonction des signaux émis par un seul et unique capteur 12 de valeurs de mesure, ou bien par plusieurs capteurs 12 de ce type dont le nombre correspond par exemple à celui desdits Cylindres. If it is theoretically possible to provide each individual cylinder 2 of the engine 1 with its own separate control of the compression independently of the other cylinders, it is nevertheless advisable to provide a common control by using, for example, an adjustment device 11 common to the auxiliary pistons 10 of all the cylinders and actuated, by a control device 13, according to the signals emitted by a single sensor 12 of measured values, or by several sensors 12 of this type whose number corresponds for example to that of said Cylinders.

Le dispositif de réglage destiné à ajuster le piston auxiliaire 10 peut être de n'importe quelle forme de réalisation. I1 importe seulement qu'il soit en mesure de régler le piston auxiliaire 10, en fonction des signaux de commande du dispositif 13, dans le sens d'un accroissement ou d'une diminution du volume de la chambre auxiliaire 8. The adjustment device for adjusting the auxiliary piston 10 can be of any embodiment. It is only important that it is able to adjust the auxiliary piston 10, as a function of the control signals of the device 13, in the direction of increasing or decreasing the volume of the auxiliary chamber 8.

Par exemple, il serait possible de prévoir un dispositif de réglage du type décrit dans la demande de brevet
DE-A- 3 117 133. Selon ce document, l'ajustement du piston auxiliaire a lieu par voie hydraulique, la position de ce piston étant déterminée à chaque fois par une douille de commande réglable axialement. En vue d'assurer la commande en fonction des signaux du capteur 12 reperant le cognement, cette douille de commande pourrait être commandée par un mécanisme de distribution ou de commutation fonctionnant en mode pas à pas. Ce mécanisme de commutation pourrait alors, par des pas individuels de commande distincts, provoquer l'ajustement de la douille de commande, ou bien plus généralement du piston de commande, dans le sens d'une réduction du volume de la chambre auxiliaire 8 aussi longtemps que le capteur 12 n'émet aucun signal indiquant une combustion détonante.En revanche, lorsque ledit capteur 12 constate une combustion détonante dans l'une des chambres de combustion du moteur 1 ou dans toutes ces chambres , les pistons auxiliaires 10 sont de nouveau ajustés pas à pas en sens inverse, afin d'accroi- tre le volume de la chambre auxiliaire 8, jusqu'à ce que tout cognement disparaisse. Ensuite, l'ajustement a de nouveau lieu dans le sens opposé.For example, it would be possible to provide an adjustment device of the type described in the patent application
DE-A- 3 117 133. According to this document, the auxiliary piston is adjusted hydraulically, the position of this piston being determined each time by an axially adjustable control sleeve. With a view to ensuring control as a function of the signals from sensor 12 detecting knocking, this control socket could be controlled by a distribution or switching mechanism operating in step-by-step mode. This switching mechanism could then, by separate individual control steps, cause the adjustment of the control sleeve, or more generally of the control piston, in the direction of reducing the volume of the auxiliary chamber 8 for as long that the sensor 12 does not emit any signal indicating a detonating combustion. On the other hand, when said sensor 12 observes a detonating combustion in one of the combustion chambers of the engine 1 or in all these chambers, the auxiliary pistons 10 are again adjusted step by step in the opposite direction, in order to increase the volume of the auxiliary chamber 8, until all knocking disappears. Then the adjustment takes place again in the opposite direction.

Il s'avère ainsi que le ou les pistons auxiliaires 10 sont ajustés en permanence, et cela de telle sorte que le volume de la chambre de travail fluctue autour d'un état situé à la limite de la combustion détonante. On garantit de la sorte des pressions de combustion optimales pour le rendement du processus, le type et la qualité du carburant entrant alors automatiquement en ligne de compte. En outre, le vieillissement ainsi que d'autres paramètres internes et externes de fonctionnement du moteur sont également pris en considération et un état de fonctionnement proche de la combustion détonante est maintenu en permanence. It turns out that the auxiliary piston or pistons 10 are continuously adjusted, so that the volume of the working chamber fluctuates around a state situated at the limit of detonating combustion. This guarantees optimal combustion pressures for the process efficiency, the type and quality of the fuel then automatically taken into account. In addition, aging as well as other internal and external engine operating parameters are also taken into account and an operating state close to detonating combustion is permanently maintained.

Pour assurer qu'aucun fonctionnement avec combustion détonante ne se poursuive davantage, notamment en cas de variation brusque de la charge dans le sens d'une augmentation, les pas d'ajustement destinés à augmenter le volume de la chambre auxiliaire doivent, en général, être plus grands que ceux visant à une diminution de ce volume. On obtient de cette manière une adaptation très rapide du volume de la chambre de combustion à des charges croissantes, en empêchant des phases de cognement plus longues, mais en revanche une adaptation sensiblement moins rapide à des baisses de charge, moyennant certaines pertes de rendement qui ne sont toutefois pas notables. On obtient aussi de la sorte que, en cas de fonctionnement à la limite de la combustion détonante, les conditions de ce fonctionnement demeurent plutôt en deçà de cette limite. To ensure that operation with detonating combustion does not continue any longer, in particular in the event of an abrupt change in charge in the direction of an increase, the adjustment steps intended to increase the volume of the auxiliary chamber must, in general, be larger than those aimed at decreasing this volume. In this way we obtain a very rapid adaptation of the volume of the combustion chamber to increasing loads, preventing longer knocking phases, but on the other hand a significantly slower adaptation to load reductions, with certain losses in efficiency which however are not notable. We also obtain so that, in the event of operation at the limit of detonating combustion, the conditions of this operation remain rather below this limit.

D'autres modifications apportées à cette commande de l'ajustement du piston auxiliaire seraient aussi envisageables. Ainsi, il serait possible de réaliser le dispositif de commande 13 d'une manière telle que les pas d'ajustement destinés à augmenter le volume de la chambre de combustion soient progressivement agrandis les uns après les autres pendant plusieurs cycles de compression en cas d'apparition d'une combustion détonante, afin d'obtenir une adaptation plus rapide encore à des charges croissantes imposées au moteur. Dans cycas, l'ampleur des pas d'ajustement pour ajuster le piston auxiliaire dans le sens d'une augmentation de volume de la chambre de combustion serait fonction de la fréquence d'apparition d'une combustion détonante. Other modifications made to this control of the adjustment of the auxiliary piston would also be possible. Thus, it would be possible to produce the control device 13 in such a way that the adjustment steps intended to increase the volume of the combustion chamber are gradually enlarged one after the other during several compression cycles in the event of appearance of explosive combustion, in order to obtain an even faster adaptation to increasing loads imposed on the engine. In cycas, the amplitude of the adjustment steps to adjust the auxiliary piston in the direction of an increase in volume of the combustion chamber would be a function of the frequency of occurrence of a detonating combustion.

I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that numerous modifications can be made to the device described and shown, without going beyond the ambit of the invention.

Claims

1. A device for controlling the compression ratio of an internal combustion piston machine or engine comprising an auxiliary piston which, associated with each cylinder of said internal combustion engine and varying the volume of an auxiliary chamber connected to the working of this cylinder, can be adjusted by means of an adjustment device as a function of a characteristic state parameter of said internal combustion engine, device characterized in that said characteristic state parameter is the start of a explosive combustion occurring in at least one of the working chambers (4) of the internal combustion engine (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that there is provided at least one sensor (12) of values demesurerepersing an explosive combustion condition in at least one (4) of the working chambers of the engine (1) with internal combustion, sensor as a function of signals from which the adjustment device (11) associated with the auxiliary piston (10) can be actuated.

3. Device according to claim 2, characterized in that it comprises a control device (13) which, depending on the signals from the sensor (12) of measured values, requests the adjustment device (11) ensuring the step by step adjustment of the auxiliary piston (10), in such a way that this auxiliary piston (10) is adjusted in the direction of reducing the volume of the auxiliary chamber (8) as long as no signal is present indicating detonating combustion, and in the direction of increasing the volume of said auxiliary chamber (8) in the presence of a signal indicating detonating combustion.

4. Device according to claim 3, characterized in that the control steps intended to adjust the auxiliary piston (10) in order to increase the volume of the auxiliary chamber (8) are larger than the control steps adjusting said piston with a view to reducing said volume.