PL217400B1

PL217400B1 - Combustion engine with variable compression ratio

Info

Publication number: PL217400B1
Application number: PL394790A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Czerniachowicz
Original assignee: Andrzej Czerniachowicz
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2014-07-31
Also published as: PL394790A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy o zmiennym stopniu sprężania.The subject of the invention is an internal combustion engine with a variable compression ratio.

Współcześnie produkowane silniki posiadają stały stopień sprężania dobierany w drodze kompromisu. Określony jest taki sposób, aby przy maksymalnym obciążeniu silnika nie występowało zjawisko spalania stukowego. Wartość stopnia sprężania w produkowanych silnikach z zapłonem iskrowym waha się w granicach 7 - 12. Natomiast w silnikach z zapłonem samoczynnym przeważnie wynosi od 13 - 22. W silnikach o stałym stopniu sprężania, maksymalny stopień sprężania, przy którym silnik może prawidłowo pracować jest określany przez warunki panujące w cylindrze przy dużym obciążeniu.Engines produced today have a constant compression ratio selected by way of a compromise. It is defined in such a way that no knocking effect occurs at maximum engine load. The value of the compression ratio in produced spark ignition engines ranges from 7 to 12. However, in compression ignition engines it usually ranges from 13 to 22. In engines with a constant compression ratio, the maximum compression ratio at which the engine can work properly is defined by conditions in the cylinder under heavy load.

Można wyróżnić szereg rozwiązań silników spalinowych realizujących koncepcję o zmiennym stopniu sprężania:There are a number of internal combustion engine solutions that implement the variable compression ratio concept:

- z podnoszoną monogłowicą,- with a lifted monhead,

- z dodatkową przestrzenią w komorze spalania odsłanianą przez zawór,- with additional space in the combustion chamber revealed by the valve,

- posiadające mimośrodowe łożyskowanie wału korbowego w łożyskach głównych,- having an eccentric crankshaft bearing in the main bearings,

- z dodatkowym łącznikiem korbowodu,- with an additional connecting rod connector,

- z układem ruchomego denka tłoka.- with a movable piston crown system.

Znane są rozwiązania zmiany stopnia sprężania w układzie ruchomego denka tłoka, gdzie tłok posiada wewnętrzne komory olejowe (górną i dolną). Wysokość denka regulowana jest stopniem napełnienia odpowiedniej komory przez olej. Doprowadzenie oleju realizowane jest przez wewnętrzne kanały. Sterowanie odbywa się za pomocą zaworów jednokierunkowych zamykających przepływ oleju. Aby denko się uniosło wypełnia się olejem górna komora, natomiast aby zmniejszyć stopień sprężania i obniżyć denko, napełniona zostaje dolna komora.There are known solutions for changing the compression ratio in the movable piston crown system, where the piston has internal oil chambers (upper and lower). The height of the bottom is regulated by the degree of oil filling the appropriate chamber. Oil is supplied through internal channels. The control is carried out by means of one-way valves closing the oil flow. In order for the bottom to rise, the upper chamber is filled with oil, while to reduce the compression ratio and lower the bottom, the lower chamber is filled.

Jednak taki tłok, z regulowanym położeniem denka tłoka, ma znacznie większą masę co wiąże się z tym, że wzrastają znacznie siły bezwładności. Ze względu na temperaturę denka oraz ruch posuwisty, występują duże problemy z precyzją sterowania takiego układu.However, such a piston, with an adjustable position of the piston crown, has a much greater mass, which means that the inertia forces increase significantly. Due to the temperature of the bottom and the sliding motion, there are big problems with the precision of the control of such a system.

Znany jest, z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P 322 217, tłok dzielony zmieniający stopień sprężania przy zmianie obrotów w silniku spalinowym tłokowym. Tłok charakteryzuje się tym, że wykorzystano do jego wykonania zjawisko bezwładności denka, które w trakcie suwu ssania odsuwa się od korpusu tłoka, powodując zmniejszenie objętości komory spalania w cylindrze silnika. Regulację odsunięcia denka od korpusu tłoka zapewnia sprężyna osadzona w korpusie. Olej z układu smarowania doprowadzony przez kanały spełnia rolę amortyzatora w trakcie opadania denka.It is known from the description of Polish patent application P 322 217 a split piston which changes the compression ratio when the speed changes in a piston internal combustion engine. The piston is characterized by the fact that it is made of the inertia of the bottom, which moves away from the piston body during the intake stroke, reducing the volume of the combustion chamber in the engine cylinder. Adjustment of the distance of the crown from the piston body is provided by a spring embedded in the body. The oil from the lubrication system, led through the channels, acts as a shock absorber during the bottom descent.

Wadą przedstawionego rozwiązania jest brak możliwości sterowania cyklem przemieszczeń ruchomego denka tłoka z zewnętrznego bloku sterowania.The disadvantage of the presented solution is the inability to control the displacement cycle of the movable piston crown from the external control block.

Celem wynalazku jest opracowanie silnika spalinowego o zmiennym stopniu sprężania z tłokiem o regulowanym położeniu denka tłoka, co pozwala na zmianę objętości komory spalania silnika spalinowego.The aim of the invention is to provide an internal combustion engine with a variable compression ratio with a piston with an adjustable position of the piston crown, which allows the volume of the combustion chamber of the internal combustion engine to be changed.

Silnik spalinowy o zmiennym stopniu sprężania według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera element pośredni, łączący denko tłoka z korpusem tłoka, a na zewnętrznej płaszczyźnie cylindra rozmieszczona jest co najmniej jedna para elektromagnesów, połączonych z blokiem sterowania cyklem przemieszczeń ruchomego denka tłoka.The variable-compression internal combustion engine according to the invention is characterized in that it comprises an intermediate element connecting the piston crown to the piston body, and at least one pair of electromagnets is disposed on the outer plane of the cylinder, connected to the control block for the displacement cycle of the movable piston crown.

Korzystnym według wynalazku jest usytuowanie wewnątrz ruchomego denka tłoka dwóch elementów magnetycznych stałych, natomiast na zewnętrznej płaszczyźnie cylindra rozmieszczone są trzy pary elektromagnesów.According to the invention, it is advantageous to arrange two permanent magnetic elements inside the movable piston crown, while three pairs of electromagnets are arranged on the outer plane of the cylinder.

Zastosowanie elementu pośredniego eliminuje obrót denka tłoka.The use of an intermediate element eliminates the rotation of the piston crown.

Silnik spalinowy o zmiennym stopniu sprężania z tłokiem o regulowanym położeniu denka tłoka, według wynalazku, pozwala na połączenie zalet silnika z zapłonem iskrowym pracującego w obiegu OTTA, z walorami silnika wysokoprężnego, a więc uzyskanie wysokiej mocy i momentu obrotowego z zachowaniem niskiego zużycia paliwa.The internal combustion engine with a variable compression ratio with a piston with an adjustable position of the piston crown, according to the invention, allows to combine the advantages of a spark ignition engine operating in the OTTA cycle with the advantages of a diesel engine, i.e. obtaining high power and torque while maintaining low fuel consumption.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia cylinder z tłokiem z ruchomym denkiem w pozycji minimalnej, w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - przedstawia cylinder z ruchomym denkiem tłoka w przekroju poprzecznym z ruchomym denkiem w pozycji minimalnej, fig. 3 - przedstawia cylinder z ruchomym denkiem tłoka w przekroju wzdłużnym z denkiem w pozycji maksymalnie wysuniętej, fig. 4 - przedstawia cylinder z ruchomym denkiem tłoka w przekroju poprzecznym, w pozycji maksymalnie wysuniętej, fig. 5 - przedstawia cylinder z ruchomymThe subject of the invention has been shown in the embodiment in the drawing, where Fig. 1 shows a cylinder with a piston with a movable bottom in the minimum position, in longitudinal section, Fig. 2 - shows a cylinder with a movable piston crown in cross-section with a movable top in a minimum position, Fig. 3 - shows the cylinder with a movable piston crown in longitudinal section with the crown in the extended position, fig. 4 - shows the cylinder with a movable piston crown in cross-section, in the maximally extended position, fig. 5 - shows a cylinder with a movable piston

PL 217 400 B1 denkiem tłoka w przekroju wzdłużnym, w pozycji maksymalnie wysuniętego denka tłoka, z elementem pośrednim.The longitudinal section of the piston crown, in the position of the most protruding piston crown, with an intermediate piece.

Silnik spalinowy o zmiennym stopniu sprężania z regulowanym położeniem denka tłoka według wynalazku zawiera cylinder 1 w którym osadzony jest korpus tłoka 3, w górnej części zakończony gwintem 4. Na gwincie 4 osadzone jest obrotowo ruchome denko 2 tłoka, a wewnątrz denka 2 tłoka, w jego dolnej części, umieszczone są dwa elementy magnetyczne stałe 5. Natomiast na zewnątrz cylindra 1 rozmieszczone są trzy pary elektromagnesów 6, połączone z blokiem sterowania cyklem przemieszczeń ruchomego denka tłoka 2.Internal combustion engine with variable compression ratio with adjustable position of the piston crown according to the invention comprises a cylinder 1 in which the piston body 3 is mounted, in its upper part ending with a thread 4. A rotatably movable piston crown 2 is mounted on the thread 4, and inside the piston crown 2, in its In the lower part, there are two permanent magnetic elements 5. On the outside of the cylinder 1, there are three pairs of electromagnets 6, connected to the control block for the displacement cycle of the movable piston crown 2.

Kolejnym przykładem wykonania jest silnik zawierający tłok z ruchomym denkiem tłoka 2, gdzie między korpusem tłoka 3 a denkiem 2 tłoka usytuowany jest gwintowany element pośredni 7.Another embodiment is an engine comprising a piston with a movable piston crown 2, where a threaded intermediate piece 7 is located between the piston body 3 and the piston crown 2.

Zmiana stopnia sprężania w silniku realizowana jest poprzez zmianę wysokości denka tłoka 2 przez obrót denka tłoka 2 względem korpusu tłoka 3, za pośrednictwem momentu obrotowego wytworzonego przez oddziaływanie wzajemne pól magnetycznych elementów magnetycznych stałych 5, umieszczonych wewnątrz denka tłoka 2 i elektromagnesów 6 umieszczonych na zewnątrz cylindra 1, a sterowanych z zewnętrznego bloku sterowania.The compression ratio in the engine is changed by changing the height of the piston crown 2 by rotating the piston crown 2 in relation to the piston body 3 through the torque generated by the interaction of magnetic fields of permanent magnetic elements 5 located inside the piston crown 2 and electromagnets 6 located outside the cylinder 1 and controlled from an external control block.

Natomiast zastosowanie elementu pośredniego 7 eliminuje obrót denka tłoka, umożliwiając zmianę położenia denka tłoka względem korpusu tłoka 3, co umożliwia zmianę stopnia sprężania.On the other hand, the use of an intermediate element 7 eliminates the rotation of the piston crown, making it possible to change the position of the piston crown in relation to the piston body 3, which allows the compression ratio to be changed.

Claims

Patent claims

Variable-compression internal combustion engine comprising a cylinder with a split piston embedded inside, and a movable piston crown in the cylinder, rotatably mounted on the piston body via a threaded joint, while inside the movable piston crown there is at least one permanent magnetic element, characterized by that it includes an intermediate element (7) connecting the piston crown (2) with the piston body (13), and that at least one pair of electromagnets (6) are disposed on the outer plane of the cylinder (1), connected to the control block for the displacement cycle of the movable piston crown ( 2).

2. The engine according to claim A method according to claim 1, characterized in that two permanent magnetic elements (5) are located inside the movable piston crown (2), while three pairs of electromagnets (6) are arranged on the outer plane of the cylinder (1).