PL194214B1 - Silnik spalania wewnętrznego - Google Patents

Abstract

1. Silnik spalania wewnetrznego, w którego sklad wchodzi jeden lub wiecej tloków, kazdy osadzony tak, ze moze poruszac sie ruchem posuwisto-zwrotnym w odpo- wiednim cylindrze i jest polaczony przegubowo z korbowo- dem, który jest polaczony z odpowiednim wahaczem na wale korbowym, przy czym korbowód jest polaczony prze- gubowo z jednym koncem wydluzonego lacznika, który jest polaczony przegubowo z odpowiednim wahaczem w punk- cie posrednim pomiedzy jego koncami, i którego drugi koniec stanowi pret utwierdzony za pomoca obsady tak, ze moze obracac sie wokól osi obrotu równoleglej do osi walu korbowego, przy czym w sklad obsady wchodzi pierwszy ruchomy element obsady polaczony z drugim ruchomym elementem obsady tak, ze obraca sie wzgledem niego wokól osi obrotu, przy czym pierwszy ruchomy element obsady jest polaczony z pretem za pomoca polaczenia, które umozliwia tylko wzgledny ruch slizgowy w kierunku preta, znamienny tym, ze zawiera pierwszy silownik (30) polaczony z obsada (20, 26) i przemieszczajacy obsade (20, 26) wybiórczo w pierwszym kierunku prostopadlym do osi (8) walu korbowego (7) oraz drugi silownik (32) pola- czony z pierwszym silownikiem (30) i przemieszczajacy pierwszy silownik (30) i obsade (20, 26) w drugim kierunku, poprzecznym do pierwszego kierunku PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalania wewnętrznego typu tłokowego o ruchu posuwistozwrotnym. Wynalazek dotyczy zwłaszcza, ale nie wyłącznie, silników takiego typu, jaki ogólnie ujawniono w opisie EP-A-0591153.

W tym wcześniejszym dokumencie ujawniono silnik, w którym wymusza się ruch każdego z tłoków na co najmniej części cyklu z prędkością, która jest taka, że wykres jego przemieszczania w funkcji czasu jest różny od kształtu sinusoidalnego, który jest w naturalny sposób realizowany w silnikach konwencjonalnych, w których każdy tłok jest połączony z odpowiednim wahaczem na wale korbowym za pomocą odpowiedniego korbowodu. W takich konwencjonalnych silnikach czyni się próby dopasowania spalania mieszanki paliwowej do ruchu tłoka, ale koncepcja leżąca u podstaw tej konstrukcji w poprzednim dokumencie jest taka, że dopuszcza się spalanie w sposób optymalny i wymusza ruch tłoka w sposób, który „nadąża” za spalaniem i jest powiązany z charakterem i postępem procesu spalania.

W szczególności, w tym wcześniejszym dokumencie ujawniono silnik, w którym wymusza się opóźnianie ruchu tłoka, a tym samym spowalnia jego ruch w porównaniu z silnikiem konwencjonalnym w punkcie cyklu, albow pobliżu tego punktu, w którym występuje zapłon mieszanki paliwowopowietrznej, a następnie ponownie przyspiesza przed dojściem do zwrotnego położenia odkorbowego (TDC). Taki przebieg opiera się na spostrzeżeniu, że w konwencjonalnym silniku tłok porusza się w zasadzie ze swoją maksymalną prędkością w punkcie, w którym następuje zapłon i stopień sprężania zmienia się w zasadzie ze swoją maksymalną prędkością, hamując zatem szybkość rozprzestrzeniania się czoła płomienia w mieszance paliwowo-powietrznej, a tym samym pogarszając charakter i zupełność procesu spalania. Natomiast spowolnienie tłoka w pobliżu punktu zapłonu oznacza, że szybkość wzrostu ciśnienia mieszanki paliwowo-powietrznej w czasie początku rozprzestrzeniania się czoła płomienia jest w zasadzie mniejsza niż zazwyczaj, w wyniku czego czoło płomienia rozprzestrzeniającego się w mieszance paliwowo-powietrznej porusza się znacznie szybciej niż zwykle.

W dokumencie tym ujawniono również, że wymusza się dojście tłoka do jego maksymalnego przyspieszenia i maksymalnej prędkości w przedziale od 0 do 40° po TDC, a nie 90° po TDC, jak w silnikach konwencjonalnych, a następnie spowalnia się go bardziej niż w silnikach konwencjonalnych w dalszej części jego skoku roboczego przed dojściem do zwrotnego położenia kukorbowego (BDC). Rezultatem jest zmniejszenie temperatury gazów spalinowych a zatem zmniejszenie emisji NOX izmniejszenie erozji okien wylotowych i zaworów.

Przeprowadzono rozległe badania silników skonstruowanych zgodnie z EP-A-0591153, które wykazały, że rzeczywiście silniki te mają znacznie większą sprawność w porównaniu z silnikami konwencjonalnymi, a także znacznie zmniejszonąemisjęniespalonych węglowodorów, CO i NOX. Istotnie, badania te wykazały, że proces spalania w silnikach zgodnie z tym dokumentem przebiega w sposób, który jest zasadniczo inny niż w silnikach konwencjonalnych, co wynika z tego, że na przykład, szybkość wzrostu ciśnienia w cylindrze podczas spalania wynosi około 6,5 bara na stopień obrotu wału wyjściowego, w porównaniu z około 2,5 bara w silniku konwencjonalnym, oraz że spalanie jest pełne w przedziale około 22° obrotu wału wyjściowego po TDC, w porównaniu z około 60° w silniku konwencjonalnym.

Jednakże w silnikach ujawnionych w tym znanym dokumencie znajdują się profilowane krzywki współpracujące z tłokami, a nie konwencjonalny wał korbowy i chociaż takie krzywki są całkowicie funkcjonalne i zadowalające z technicznego punktu widzenia, dla silnika korzystniejsze byłoby zastosowanie wału korbowego zbliżonego do typu konwencjonalnego, ponieważ istnieją już zakłady produkujące masowo wały korbowe, a technologia wytwarzania silników z wałami korbowymi jest bardziej znana, wypróbowana i przebadana niż technologia dla silników typu krzywkowego.

W związku z tym, celem wynalazku jest wytworzenie silnika spalania wewnętrznego typu tłokowego o ruchu posuwisto-zwrotnym, w którym wykres przemieszczeń w czasie dla każdego tłoka różni się od kształtu sinusoidalnego z konwencjonalnych silników typu korbowego, np. w sposób podobny do ujawnionego w opisie EP-A-0591153, a także może być zmieniany podczas pracy silnika, ale w skład którego wchodzi wał korbowy ogólnie typu konwencjonalnego.

Silnik specyficznego typu, do którego odnosi się niniejszy wynalazek ujawniono w opisie US-A-2506088. W silniku ujawnionym w tym dokumencie, drugi koniec wydłużonego członu łączącego, tj. koniec znajdujący się najdalej od tłoka, jest połączony przegubowo z jednym końcem krótkiego ramienia, którego drugi koniec jest zamontowany na nieruchomym przegubie tak, żeby mógł się wokół niego obracać. Ponieważ tłok porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym i związany

PL 194 214 B1 znim wahacz obraca się wokół osi wału korbowego, drugi koniec członu łączącego jest utwierdzony za pomocą krótkiego ramienia tak, żeby obracał się z nim wokół nieruchomego przegubu z prędkością równą prędkości wału korbowego.

Model ruchu tłoka w tym silniku będzie różnił się od prawdziwej sinusoidy, ale w sposób, który jest określony i nie dający się zmienić. Jednakże, w celu optymalizacji spalania mieszanki paliwowo-powietrznej pod względem maksymalizacji sprawności i minimalizacji emisji, korzystne byłoby zastosowanie środków zmieniających model ruchu tłoka w zależności od prędkości, obciążenia lub innych parametrów.

W związku z tym kolejnym celem wynalazku jest zapewnienie silnika, korzystnie działającego zgodnie z założeniami z EP-A-0591153, w którym model ruchu silnika można zmieniać, korzystnie automatycznie, w zależności od parametrów roboczych silnika.

Silnik spalania wewnętrznego, w którego skład wchodzi jeden lub więcej tłoków, każdy osadzony tak, że może poruszać się ruchem posuwisto-zwrotnym w odpowiednim cylindrze i jest połączony przegubowo z korbowodem, który jest połączony z odpowiednim wahaczem na wale korbowym, przy czym korbowód jest połączony przegubowo z jednym końcem wydłużonego łącznika, który jest połączony przegubowo z odpowiednim wahaczem w punkcie pośrednim pomiędzy jego końcami, i którego drugi koniec stanowi pręt utwierdzony za pomocą obsady tak, że może obracać się wokół osi obrotu równoległej do osi wału korbowego, przy czym w skład obsady wchodzi pierwszy ruchomy element obsady połączony z drugim ruchomym elementem obsady tak, że obraca się względem niego wokół osi obrotu, przy czym pierwszy ruchomy element obsady jest połączony z prętem za pomocą połączenia, które umożliwia tylko względny ruch ślizgowy w kierunku pręta, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera pierwszy siłownik połączony z obsadą i przemieszczający obsadę wybiórczo w pierwszym kierunku prostopadłym do osi wału korbowego oraz drugi siłownik połączony z pierwszym siłownikiem i przemieszczający pierwszy siłownik i obsadę w drugim kierunku, poprzecznym do pierwszego kierunku. Pierwszy kierunek jest zasadniczo równoległy do osi cylindra, a drugi kierunek jest zasadniczo prostopadły do osi cylindra. Siłowniki są typu hydraulicznego. Pierwszy i drugi siłownik są sterowane wybiórczo przez zespół sterujący. Zespół sterujący jest połączony z pierwszym czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący początek stukowej pracy silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby po otrzymaniu sygnału z pierwszego czujnika sterował siłownikami dla przemieszczenia obsady w pierwszym kierunku dla zmniejszenia stopnia sprężania silnika, atym samym spowodowania zatrzymania jego stukowej pracy. Zespół sterujący jest połączony z drugim czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący obciążenie silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby przemieszczał obsadę w pierwszym kierunku o odległość, która jest funkcją wielkości sygnału wytworzonego przez drugi czujnik, dzięki czemu stopień sprężania silnika zmienia się w razie zmiany obciążenia. Zespół sterujący jest zaprogramowany tak, że przemieszcza obsadę w drugim kierunku dla skompensowania zmiany skoku wywołanej ruchem obsady w pierwszym kierunku. Zespół sterujący jest połączony z drugim czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący obciążenie silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby przemieszczał obsadę w drugim kierunku dla zwiększenia pojemności skokowej zamykanej przez tłok w przypadku zwiększania obciążenia. Korzystnie do osi cylindra jest pochylony korbowód kiedy tłok znajduje się w odkorbowym położeniu zwrotnym.

Zatem w silniku według wynalazku, korbowód nie jest bezpośrednio połączony przegubowo z odpowiednim wahaczem, ale pośrednio poprzez jeden koniec łącznika, który jest połączony przegubowo zarówno z wahaczem, jak i korbowodem. Drugi koniec łącznika jest osadzony tak, żeby obracał się wokół trzeciej osi wahań, która jest równoległa do pozostałych dwóch i był liniowo ruchomy równolegle do jej długości. Zatem ruch tłoka różni się od sinusoidalnego i może zmieniać się na życzenie wskutek zmian odstępów i względnych położeń tych trzech osi obrotu łącznika, które ogólnie nie leżą w jednej płaszczyźnie. Zaleca się jednak, żeby te trzy osie obrotu były tak usytuowane, żeby ruch tłoka ściśle naśladował ruch tłoka silnika ujawnionego w opisie EP-A0591153, zwłaszcza żeby wymuszał znacznie spowolniony ruch tłoka w pobliżu punktu zapłonu, inaczej niż w silniku konwencjonalnym.

Wynalazek stosuje się zarówno do silników dwusuwowych jak i czterosuwowych, zarówno z zapłonem iskrowym, jak i samoczynnym. Rozumie się samo przez się, że środki uruchamiające umożliwiają, na życzenie, przemieszczanie się trzeciej osi obrotu, to jest osi, wokół której obraca się korbowód, względem obsady, zmieniając w ten sposób ruch tłoka. Może to okazać się pożądane ze względu na umożliwienie silnikowi optymalnej pracy przy różnych prędkościach i/lub obciążeniach i rzeczywiście może być używany do zmieniania objętości skokowej danego lub każdego cylindra i stopnia

PL 194 214 B1 sprężania silnika, co szczegółowo omówiono dalej. W przypadku kiedy silnik jest silnikiem typu czterosuwowego, może okazać się pożądane dla ruchu tłoka, żeby występowała różnica pomiędzy suwem sprężania a suwem wydechu, a być może nawet również pomiędzy suwem ssania a suwem pracy. Można to osiągnąć różnymi sposobami, np. powodując posuwisto-zwrotny liniowy ruch obsady synchronicznie z odpowiednim tłokiem. Środki uruchamiające można zastosować nie tylko do zmieniania sposobu, w jaki zmienia się ruch tłoka z sinusoidalnego, ale również można je używać, co najmniej częściowo, do wytwarzania zmian, a tym samym można je uruchamiać podczas skoku tłoka, np. w punkcie zapłonu, albo w jego pobliżu, w celu wytworzenia w tym miejscu odpowiedniego opóźnienia ruchu tłoka. Zaleca się również, żeby tak dobrać wymiary wydłużonego łącznika i obsady i tak je skonstruować, żeby podczas pracy silnika, oś obrotu, wokół której obraca się korbowód względem wydłużonego łącznika, opisywała w przybliżeniu drogę owalną lub eliptyczną, taką, żeby duża oś elipsy biegła w przybliżeniu równolegle do osi cylindra.

Pierwszy kierunek, w którym może poruszać się obsada, jest, korzystnie, zasadniczo równoległy do osi cylindra, a drugi kierunek jest, korzystnie, zasadniczo prostopadły do osi cylindra.

Zaleca się, żeby w skład środków uruchamiających wchodził pierwszy siłownik, który jest połączony z obsadą i jest skonstruowany tak, żeby przemieszczał ją w jednym z dwóch kierunków, oraz drugi siłownik, który jest połączony z pierwszym siłownikiem, i jest skonstruowany tak, żeby przemieszczał go i obsadę w drugim z tych dwóch kierunków. Oba siłowniki mogą być zespołami różnych znanych typów, ale zaleca się, żeby były one typu hydraulicznego.

Korzystnie, siłowniki te są sterowane za pomocą elementu sterującego, który jest skonstruowany w taki sposób, żeby nimi manewrował wybiórczo. Zespołem sterującym jest, typowo, układ zarządzania pracą silnika, taki jak obecnie w większości nowoczesnych silników samochodowych.

Zdolność do przemieszczania obsady w dowolnym pożądanym kierunku prostopadłym do osi wału korbowego za pomocą dwóch siłowników umożliwia zmienianie na życzenie modelu ruchu tłoka oraz, zwłaszcza, zmienianie zgodnie z parametrami pracy silnika w celu optymalizacji osiągów silnika w każdej sytuacji. Stwierdzono, że skutkiem ruchu obsady w pierwszym kierunku, to jest w przybliżeniu równolegle do osi cylindra, jest w zasadzie ruch zwrotnego położenia odkorbowego tłoka, a tym samym zmiana stopnia sprężania silnika. Rezultatem takiego ruchu, co prawda w mniejszym stopniu, jest zmiana skoku tłoka i objętości skokowej. Stwierdzono, że rezultatem ruchu obsady w drugim kierunku, to jest w przybliżeniu prostopadle do osi cylindra, jest głównie ruch zwrotnego położenia kukorbowego tłoka, a tym samym głównie zmiana skoku, a zatem objętości skokowej tłoka. Zatem niniejszy wynalazek otwiera możliwość zmieniania stopnia sprężania i objętości skokowej silnika, w granicach wynikających z geometrii podzespołów, w celu dostosowania silnika do chwilowych parametrów roboczych.

Zaleca się, żeby w skład silnika wchodził pierwszy czujnik skonstruowany tak, żeby wytwarzał sygnał wskazujący punkt rozpoczęcia stukowej pracy silnika, albo punkt w jego pobliżu, zespół sterujący skonstruowany tak, żeby manipulował środkami uruchamiającymi w celu przemieszczenia obsady w pierwszym kierunku dla zmniejszenia stopnia sprężania, a tym samym spowodowania zatrzymania pracy stukowej. Takie czujniki pracy stukowej są dobrze znane i w ich skład wchodzi czujnik akustyczny lub wibracyjny usytuowany w bloku cylindrów, albo na bloku, i umożliwiający chwilowe zmniejszanie stopnia sprężania silnika w przypadku występowania pracy stukowej tak, żeby maksymalizować sprawność.

Zaleca się również, żeby w skład silnika wchodził drugi czujnik skonstruowany tak, żeby wytwarzał sygnał wskazujący obciążenie silnika, a zespół sterujący był tak skonstruowany, żeby przemieszczał obsadę w pierwszym kierunku w celu zmiany stopnia sprężania silnika przy zmianie obciążenia, np. zmniejszał stopień sprężania w miarę wzrostu obciążenia. Takie czujniki obciążenia są również dobrze znane jako takie i można je wystawiać na działanie, np. ciśnienia w kolektorze wlotowym silnika, które rośnie w miarę wzrostu obciążenia silnika, albo można je połączyć mechanicznie z przepustnicą silnika.

Ruch obsady w pierwszym kierunku spowoduje zmianę stopnia sprężania silnika, a także niewielką zmianę objętości skokowej i skoku tłoka. Może to zmienić synchronizację zapłonu, co nie jest pożądane, a także może być również niedopuszczalne, na przykład w silnikach wyścigowych, w przypadku zmiany objętości skokowej, przy czym obie te zmiany można skompensować pod warunkiem, że zespół sterujący jest skonstruowany tak, żeby przemieszczał obsadę w drugim kierunku, zmieniając w ten sposób zwrotne położenie kukorbowe tłoka, w celu kompensacji zmian powodowanych ruchem obsady w pierwszym kierunku.

PL 194 214 B1

Optymalny stopień sprężania silnika zmienia się w zależności od obciążenia, jakie na niego działa, i ten optymalny stopień sprężania zwiększa się w miarę wzrostu obciążenia. Z tego względu możliwe jest dzięki wynalazkowi zapewnienie, że stopień sprężania ma zawsze wartość optymalną, przy równoczesnym wyeliminowaniu stukowej pracy silnika. Zatem, jeżeli, na przykład, silnik pracuje zmałą prędkością i nastąpi gwałtowne zwiększenie obciążenia, istnieje chwilowa tendencja do pojawienia się stukania lub przedwczesnego zapłonu. Można temu przeciwdziałać zmniejszając chwilowo stopień sprężania poprzez przemieszczenie obsady w pierwszym kierunku i ewentualnie kompensację tego poprzez przemieszczenie jej również w drugim kierunku. Ponieważ zwiększa się prędkość silnika, więc korzystnie, zespół sterujący trzeba zaprogramować tak, żeby powodował stopniowe zwiększanie stopnia sprężania również do wartości optymalnej, tuż poniżej tej, przy jakiej może wystąpić praca stukowa.

Alternatywnie, zespół sterujący można skonstruować tak, żeby zapewnić, że w razie gwałtownego wzrostu obciążenia silnika, obsada jest przemieszczana w drugim kierunku, w wyniku czego następuje znaczne zwiększenie objętości skokowej przez tłok. Zatem w razie gwałtownego zapotrzebowania na wzrost mocy silnika, można zwiększyć wydajność silnika o, np. 10%, co powoduje chwilowe znaczne zwiększenie mocy wyjściowej. Z tego względu wynalazek można użyć do wytwarzania efektu wzrostu mocy podobnego do tego, jaki powoduje turbodoładowarka lub sprężarka doładowująca i może być użyty do zastąpienia konwencjonalnych, drogich sprężarek doładowujących lub po prostu do umożliwienia silnikowi o jednej wydajności zmiany na inną wydajność.

Dwie części łącznika po przeciwnych stronach wahacza, do którego jest przymocowany obrotowo, mogą być współliniowe, ale stwierdzono, że korzystne jest jeżeli w rzeczywistości są one nieco skośne względem siebie, np. w przedziale kątów od 5 do 45°.

Skutkiem wzrostu prędkości rozprzestrzeniania się płomienia i sprawności spalania w cylindrze jest znaczący wzrost sprawności silnika, to jest wydajność mocy na jednostkę masy paliwa. Sprawność zwiększa się dodatkowo wskutek tego, że korbowód jest naturalnie pochylony względem osi cylindra, kiedy tłok znajduje się w zwrotnym położeniu odkorbowym. Maksymalne ciśnienie wewnątrz cylindra powstaje w punkcie TDC, albo w jego pobliżu, ale w silniku konwencjonalnym korbowód i wahacz tworzą linię prostą równoległą do osi cylindra w punkcie TDC, co oznacza, że na wał korbowy nie jest przenoszony żaden moment skrętny w tym położeniu oraz że wysokie ciśnienie w cylindrze jest „tracone” i powoduje głównie powstawanie dodatkowego ciepła. Natomiast w silniku według wynalazku, fakt pochylenia korbowodu względem osi cylindra w punkcie TDC oznacza, że w punkcie tym moment skrętny jest przenoszony na wał korbowy, a zatem wysokie ciśnienie przeważające w TDC jest przetwarzane na pracę wyjściową i nie jest tracone.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na schematycznym rysunku, na którym pokazano częściowe przekroje części wielocylindrowego silnika czterosuwowego, z których pokazano tylko jeden cylinder i związany z nim tłok oraz mechanizm łączący tłoka.

W przedstawionym przykładzie wykonania silnik ma cztery cylindry, ale z równym powodzeniem może mieć ich więcej lub mniej, albo nawet może mieć tylko jeden cylinder, natomiast na rysunku przedstawiono tylko jeden cylinder 2. W cylindrze 2 jest osadzony suwliwie tłok 4. Tłok ten jest połączony przegubowo wokół osi 5 w zwykły sposób z korbowodem 6. Pod danym, albo każdym, cylindrem 2, znajduje się wał korbowy 7, który pokazano tylko schematycznie na fig. 1i który jest osadzony wtaki sposób, żeby obracał się wokół osi 8. Na wale korbowym 7 znajduje się odpowiedni wahacz 10 lub wykorbienie dla każdego tłoka. Jednakże korbowód 6nie jest bezpośrednio połączony z odpowiednim wahaczem 10, natomiast zamiast tego jest połączony przegubowo wokół osi 12 z jednym końcem 11 odpowiedniego wydłużonego łącznika 14. Łącznik 14 jest również połączony przegubowo wokół osi 16 w punkcie pośrednim pomiędzy jego końcami z odpowiednim wahaczem 10, za pomocą leżącego pomiędzy nimi odpowiedniego łożyska 15. Drugi koniec łącznika 14, który ma postać pustego w środku pręta 18, wchodzi podłużnie ślizgowo w obsadę.

W skład obsady wchodzi pierwszy ruchomy element obsady 20, złożony z kuli lub cylindra i z przelotowym otworem, przez który przechodzi pręt 18 wchodzący w niego suwliwie. Ruchomy element obsady 20 wchodzi w otwór lub w zagłębienie w drugim ruchomym elemencie obsady 26w wyniku sprzężenia jego zewnętrznej powierzchni o przekroju kołowym z leżącymi naprzeciwko powierzchniami dopełniającymi, znajdującymi się na elemencie obsady 26. Zatem pierwszy element obsady 20 może obracać się względem drugiego elementu obsady 26 wokół jego osi centralnej 21, natomiast nie może przemieszczać się liniowo względem niego. Zatem pręt 18 może przemieszczać się tylko obrotowo i liniowo równolegle do swojej długości względem drugiego elementu obsady 26.

PL 194 214 B1

Elementy obsady 20, 26 są połączone z dwoma hydraulicznymi siłownikami 30, 32 skonstruowanymi tak, żeby przemieszczać je liniowo w dwóch kierunkach, które są wzajemnie prostopadłe do siebie i oba są prostopadłe do osi 8 wału korbowego 7. Na pierwszym siłowniku 30 jest osadzona obsada, przy czym jest on skonstruowany tak, że może przemieszczać się w przybliżeniu równolegle do osi cylindra i jest z kolei osadzony na drugim siłowniku 32, który jest skonstruowany tak, żeby przemieszczał go, a tym samym również obsadę, w przybliżeniu prostopadle do osi zarówno wału korbowego 7jak i cylindra 2. Drugi siłownik 32 jest sztywno przymocowany do jakiegoś nieruchomego elementu 31 silnika, a zatem jest stacjonarny.

Do drugiego elementu obsady 26 jest sztywno przymocowany tłok 34, który wchodzi w cylinder 36 pierwszego siłownika 30. Z drugim elementem obsady 26 jest również połączony wydłużony element prowadzący 38, który wchodzi suwliwie w sposób podobny do tłoka w wentylowaną komorę 40 w pierwszym siłowniku 30i zapewnia, że obsada przemieszcza się płynnie i liniowo względem pierwszego siłownika 30. Podobnie, z pierwszym siłownikiem 30 jest sztywno połączony tłok 42, który wchodzi w cylinder 44 drugiego siłownika 32. Z drugim siłownikiem 32 jest również połączony wydłużony element prowadzący 46, który wchodzi ślizgowo w sposób podobny do tłoka w wentylowaną komorę 48w drugim siłowniku 32 i zapewnia, że pierwszy siłownik 30 przemieszcza się płynnie i liniowo względem drugiego siłownika 32.

Podczas używania, płyn hydrauliczny pod ciśnieniem jest wybiórczo doprowadzany do cylindrów 36 i 44 z jednej lub drugiej strony tłoków 34, 42 ze zbiornika ciśnieniowego płynu hydraulicznego sterowanego za pomocą zaworów elektromagnetycznych lub podobnych, które z kolei są sterowane za pomocą sterownika elektronicznego, typowo za pomocą układu zarządzania pracą silnika pojazdu, w którym silnik jest umieszczony dla realizacji pożądanego ruchu obsady.

Podczas używania elementy obsady 20, 26, a tym samym oś obrotu 21, może pozostawać stacjonarna oraz, w miarę obracania się wału korbowego 7 i posuwisto-zwrotnego ruchu tłoka 4 w cylindrze 2, oś 16 wahacza 10 opisuje kołową drogę 29, a pręt 18 ślizga się tam i z powrotem w pierwszym elemencie obsady 20, który waha się tam i z powrotem wokół swojej osi 21. Pierwszy element obsady 20 utwierdza pręt 18 uniemożliwiając mu liniowe przemieszczanie się poprzecznie do jego długości. Oś obrotu 12 jest utwierdzona przez kinematykę układu tak, że może poruszać się wzdłuż nieco nieregularnej drogi 50, pokazanej na rysunku, która jest nieco zniekształconym owalem albo jest zbliżona kształtem do elipsy. Cztery specyficzne położenia, jakie zajmuje podczas jednego obrotu wału korbowego, oznaczono, odpowiednio, 12, 12', 12, 12', natomiast odpowiednie położenia osi 5 oznaczono, odpowiednio, 5, 5', 5, 5'. Wykres położeń tłoka w funkcji czasu dla tego mechanizmu jest różny od konwencjonalnego kształtu sinusoidalnego, ale dokładny sposób, w jaki zmienia się on, zależy od względnych położeń osi 12, 16 i 21. Zadano je w taki sposób, żeby uzyskać wymagany model ruchu tłoka, np. zbliżony do tego, który jest realizowany w silniku ujawnionym w opisie EP-A0591153.

Model ruchu tłoka można zmieniać zmieniając położenie elementów obsady 20, 26, a tym samym osi obrotu 21. Można to zrobić napędzając wybiórczo siłownik 30 i/lub siłownik 32 tak, żeby przemieścić oś21 do dowolnego wymaganego położenia. Ruch położenia osi 21 można zrealizować na końcu jednego lub więcej skoku tłoka podczas każdego cyklu w celu wytworzenia różnych modeli ruchu w, np. suwie sprężania i wydechu. Alternatywnie, można to zrealizować w celu optymalnego przystosowania spalania do różnych prędkości i/lub warunków obciążenia. Kolejną alternatywą jest możliwość przemieszczania osi 21 podczas jednego lub więcej suwów tłoka w celu uzyskania pożądanej zmiany modelu ruchu tłoka z sinusoidalnego na inny. W każdym przypadku ruch obsady można wywołać bardzo szybko, np. sterując układem zarządzania pracą silnika, który obecnie istnieje w większości nowoczesnych silników samochodowych.

Ruch obsady za pomocą zespołu sterującego można realizować w reakcji na ręczne sterowanie zespołem sterującym w wyniku podjęcia decyzji przez użytkownika, np. celem zwiększenia objętości skokowej silnika. Zaleca się jednak, żeby zespół sterujący był uruchamiany automatycznie w reakcji na sygnał z jednego lub więcej czujników, które są umieszczone dla wytwarzania sygnałów wskazujących parametry robocze silnika. Zatem, w tym zalecanym przykładzie wykonania, w skład silnika wchodzi czujnik pracy stukowej umieszczony w pobliżu cylindra, działający w znany sposób tak, że wskazuje początek, albo pobliże początku, pracy stukowej lub przedwczesnego zapłonu silnika. Kiedy czujnik wytwarza taki sygnał, zespół sterujący jest skonstruowany tak, że uruchamia siłownik 30, który przemieszcza obsadę w kierunku, w którym następuje zmniejszenie stopnia sprężania w silniku, a tym samym uniemożliwia wystąpienie pracy stukowej. Silnik zawiera również czujnik obciążenia, np. czujPL 194 214 B1 nik reagujący na ciśnienie w kolektorze wlotowym lub położenie przepustnicy, który jest skonstruowany tak, żeby siłownik 30 zmniejszał stopień sprężania w miarę wzrostu obciążenia. Jak już wspomniano wyżej, stopień sprężania silnika zmienia się zmieniając zwrotne położenie odkorbowe tłoka, a zmiany w czasie zapłonu i/lub objętości skokowej tłoka są kompensowane poprzez przemieszczanie zwrotnego położenia kukorbowego tłoka w wyniku uruchamiania siłownika 32 tak, żeby przemieszczał obsadę w kierunku prostopadłym do osi cylindra.

Silnik w tym specyficznym przykładzie wykonania ma cztery cylindry i chociaż każdy z cylindrów może być związany ze swoim własnym pierwszym i drugim ruchomym elementem obsady i z siłownikami, takie rozwiązanie nie jest konieczne. Zatem w tym przykładzie wykonania jest tylko jeden drugi element obsady 26, który jest wspólny dla wszystkich cylindrów. Korzystnie, jest również tylko jeden pierwszy element obsady 20 w postaci wydłużonego cylindra z czterema znajdującymi się w nim otworami, w które wchodzą cztery pręty 18.

Claims (10)

1. Silnik spalania wewnętrznego, w którego skład wchodzi jeden lub więcej tłoków, każdy osadzony tak, że może poruszać się ruchem posuwisto-zwrotnym w odpowiednim cylindrze i jest połączony przegubowo z korbowodem, który jest połączony z odpowiednim wahaczem na wale korbowym, przy czym korbowód jest połączony przegubowo z jednym końcem wydłużonego łącznika, który jest połączony przegubowo z odpowiednim wahaczem w punkcie pośrednim pomiędzy jego końcami, i którego drugi koniec stanowi pręt utwierdzony za pomocą obsady tak, że może obracać się wokół osi obrotu równoległej do osi wału korbowego, przy czym w skład obsady wchodzi pierwszy ruchomy element obsady połączony z drugim ruchomym elementem obsady tak, że obraca się względem niego wokół osi obrotu, przy czym pierwszy ruchomy element obsady jest połączony z prętem za pomocą połączenia, które umożliwia tylko względny ruch ślizgowy w kierunku pręta, znamienny tym, że zawiera pierwszy siłownik (30) połączony z obsadą (20, 26) i przemieszczający obsadę (20, 26) wybiórczo w pierwszym kierunku prostopadłym do osi (8) wału korbowego (7) oraz drugi siłownik (32) połączony z pierwszym siłownikiem (30) i przemieszczający pierwszy siłownik (30) i obsadę (20, 26) w drugim kierunku, poprzecznym do pierwszego kierunku.

2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy kierunek jest zasadniczo równoległy do osi cylindra (2), a drugi kierunek jest zasadniczo prostopadły do osi cylindra (2).

3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że siłowniki (30, 32)są typu hydraulicznego.

4. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy i drugi siłownik (30, 32) są sterowane wybiórczo przez zespół sterujący.

5. Silnik według zastrz. 4, znamienny tym, że zespół sterujący jest połączony z pierwszym czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący początek stukowej pracy silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby po otrzymaniu sygnału z pierwszego czujnika sterował siłownikami (30, 32) dla przemieszczenia obsady (20, 26) w pierwszym kierunku dla zmniejszenia stopnia sprężania silnika, a tym samym spowodowania zatrzymania jego stukowej pracy.

6. Silnik według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że zespół sterujący jest połączony z drugim czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący obciążenie silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby przemieszczał obsadę (20, 26) w pierwszym kierunku o odległość, która jest funkcją wielkości sygnału wytworzonego przez drugi czujnik, dzięki czemu stopień sprężania silnika zmienia się w razie zmiany obciążenia.

7. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że zespół sterujący jest zaprogramowany tak, że przemieszcza obsadę (20, 26) w drugim kierunku dla skompensowania zmiany skoku wywołanej ruchem obsady (20, 26)w pierwszym kierunku.

8. Silnik według zastrz. 6, znamienny tym, że zespół sterujący jest zaprogramowany tak, że przemieszcza obsadę (20, 26) w drugim kierunku dla skompensowania zmiany skoku wywołanej ruchem obsady (20, 26) w pierwszym kierunku.

9. Silnik według zastrz. 4, znamienny tym, że zespół sterujący jest połączony z drugim czujnikiem wytwarzającym sygnał wskazujący obciążenie silnika, przy czym zespół sterujący jest zaprogramowany tak, żeby przemieszczał obsadę (20, 26) w drugim kierunku dla zwiększenia pojemności skokowej zamykanej przez tłok w przypadku zwiększania obciążenia.

PL 194 214 B1

10. Silnik według zastrz. 2, znamienny tym, żedo osi cylindra (2) jest pochylony korbowód (6) kiedy tłok (4) znajduje się w odkorbowym położeniu zwrotnym.