SE504359C2 - Förbränningsmotor med variabelt kompressionsförhållande - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 504 359 2 arbetskolvens kompressionsslag stänga ventilanordningen, när den andra kolven befinner sig i ett läge, som bestäms av i styrenheten inmatade signaler representerande åtminstone vevaxelposition och belastning.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan, med hänvisning till, på bifogade ritningar, visade utföringsexempel, där fig 1 visar ett tvärsnitt genom en schematisk framställning av en första utföringsform av en förbränningsmotor enligt uppfinningen, där motorn precis har avslutat en kompressionstakt under låg belastning fig 2 visar en motsvarande vy av en andra utföringsform.

Förbränningsmotorn enligt fig 1 visar en cylinder 1 med en kolv 2 som delar förbränningsrum 3 med en mindre cylinder 4 och dess kolv 5, vilken via en kolvstång 6,7 är förbunden med en hydraulkolv 8. Hydraulkolven 8 löper i en hydraulcylinder 9. Mellan cylindern 4 och hydraulcylindern 9 finns en öppning 10 varigenom kolvstången 6,7 löper. Kolvstången 6,7 har över en större del 6 av sin längd en väsentligt mindre diameter än öppning 10 och över en mindre del 7 av sin längd, närmast hydraulkolven 8, en diameter som obetydligt understiger öppningens 10 diameter. När hydraulkolven 8 närmar sig nedre dödpunkten bildas en pneumatisk dämpningszon ll i hydraulcylinderns 9 nedre del. I nedre ändläget av hydraulcylindern 9 finns en elastisk dämpningsring 12 för hydraulkolven 8 och i den övre änden en magnetventil, bestående av en elektromagnet 13, en ventiltallrik 14, ett ventilskaft 15 och ett ventilsäte 16 och som kontrolleras av en elektronisk styrenhet 17. Den elektroniska styrenheten 17 får information från ett antal avkännare, i likhet med ett modernt elektroniskt styrt bränsleinsprutningssystem.

Exempelvis kan information lämnas om vevaxelpositionen, motorns varvtal, då bränsleblandningen självantänder, mängden gaspådrag, totaltrycket i insugsröret, motorns kylvätsketemperatur etc. Magnetventilen 13,14,15,16 omges av en tryckkammare 18, som delvis är fylld med en hydraulvätska och delvis med en gas i övertryck. Från tryckkammare 18 10 15 20 25 30 35 504 359 3 mynnar ett utloppsrör 19 till ett kylsystem 20, från vilket en returledning 21, via en ventil 22, i form av en backventil, leder till hydraulcylindern 9. Ventilen 22 kan även vara elektroniskt styrd. Vid magnetventilens ventilskaft 15, finns ett hydrauliskt dämpningselement bestående av ett stationärt element 23 och en ansats 24. Det oljedimsfyllda utrymmet i cylindern 4 och hydraulcylindern 9 mellan kolven 5 och hydraulkolven 8 är via ett antal kanaler 25 förbundna med ett hålrumssystem 26, som i sin tur står i förbindelse med motorns vevhus via området runt motorns ventilmekanism. Fig 1 visar även en konventionell avgasventil 27 med en ventillyftare 28 och en kamkurva 29.

Under insugstakten är magnetventilen 13,l4,l5,16 öppen och kolven 5 och hydraulkolven 8 finner sig i sina respektive nedre ändlägen. Den elektroniska styrenheten 17 beräknar vilket geometriskt kompressionsförhållande som är lämpligt för varje enskild kompressionstakt. Beräkningen är baserad på det program som finns i den elektroniska styrenheten 17 och på information som den elektroniska styrenheten 17 får från sina avkännare. På grund av det övertryck som bildas i cylindern 1 under kompressionstakten drivs kolven 5 och hydraulkolven 8 uppåt från sina nedre ändlägen och hydraulvätska strömmar ut ur hydraulcylindern 9 via magnetventilen l3,l4,l5,16 till tryckkammaren 18. Den elektroniska styrenheten 17 beräknar även när magnetventilen l3,l4,l5,16 skall avaktiveras och stänga för att kolven 5 skall förflytta sig den erforderliga sträckan i cylindern 4 som korresponderar mot det förut bestämda geometriska kompressionsförhållandet. magnetventilen l3,14,15,16 stänga efter det att bränsle/luftblandningen antänts.

Under vissa betingelser kan Det hydrauliska dämpningselementet 23,24 ser till att magnetventilens 13,l4,15,l6 stängning får en uppbromsad avslutningsfas, dels för att skona ventiltallrikens 14 och sätets 16 tätningsytor och dels för att ge kolven 5 och hydraulkolven 8 en avvägd retardation. 10 15 20 25 30 35 504 359 4 Under arbetstakten förblir kolven 5 och hydraulkolven 8 låsta i sina tidigare positioner ända till dess att avgasventilen 27 öppnat och trycket i cylindern 1 sjunkit till en nivå, där det korresponderande trycket i hydraulcylindern 9 är marginellt lägre än det i tryckkamaren 18. Den elektroniska styrenheten 17 är programmerad för att då aktivera magnetventilen 13,14,l5,16, som öppnar förbindelsen mellan tryckkamaren 18 och hydraulcylindern 9. På grund av det övertryck som finns i tryckkamaren 18 flödar hydraulvätska över till hydraulcylindern 9 och därmed sätts kolven 5 och hydraulkolven 8 i rörelse mot sina nedre ändlägen. Trycket i cylindern 1 sjunker ytterligare och kolvens 5 och hydraulkolvens 8 acceleration ökar. Den elektroniska styrenheten 17 beräknar - främst beroende av från vilken position i cylindern 4 och hydraulcylindern 9 som kolven 5 och hydraulkolven 8 skall återgå - när ventilen 13,l4,15,16 skall stänga. När ventilen 13,l4,15,16 stängt, strömmar hydraulvätska via ledningen 19, den externa kylaren 20, ledningen 21 och ventilen 22 till hydraulcylindern 9.

Flödeskapaciteten på denna slinga är betydligt lägre än den via magnetventilen 13,14,l5,16 och är kalibrerad för att avbryta den accelererande rörelsen hos hydraulkolven 8 som bromsas in och avstannar helt i den pneumatiska dämpningszonen 11 för att slutligen, i slutet på utblåstakten, bli vilande mot dämpningsringen 12. Den elektroniska styrenheten 17 aktiverar nu magnetventilen 13,l4,l5,l6, som öppnar.

Den oljedima som finns innesluten i cylindern 4 och hydraulcylindern 9 mellan kolven 5 och hydraulkolven 8, flödar, på grund av kolvens 5 och hydraulkolvens 8 fram och återgående rörelser, genom ett antal kanaler 25 till och från hålrumssystemet 26. Detta i sin tur är förbundet med vevhuset via området runt motorns ventilmekanism. På detta sätt omsätts den oljedimma som smörjer, i första hand, cylindern 4 och kolven 5. Även ventillyftaren 28, genom dess påverkan av kamkurvan 29, bidrar med sina fram och återgående rörelser till att oljediman enligt ovan omsätts. 10 15 20 25 30 35 504 359 s Vid tomgång och motorbromsning är det lämpligt att man valt ett geometriskt kompressionsförhållande som korresponderar mot att kolven 5 inte aktiveras under kompressionstakten. Om motorn får arbeta en längre tid på tomgång aktiverar den elektroniska styrenheten 17 magnetventilen l3,l4,l5,l6 med jämna mellanrum, så att kolven 5 gör fullt slag, för att säkerställa fullgod funktion och tätning mellan dess kolvringar och cylindern 4 samt även omsätta hydraulvätska i hydraulcylindern 9 och kylsystemet 20.

Det kan, i vissa fall, finnas behov av att blanda den inkomande luft/bränsleblandningen i motorn med restavgaser, för att ändra den kemiska samansättningen på motorns avgaser. Under sådana omständigheter kan man styra kolven 5, så att den, helt eller delvis, återgår till sitt nedre ändläge under insugstakten i stället för under utblåstakten.

Beroende på bland annat val av hydraulvätska, typ av gas i övertryck, det slutliga utförandet på tryckkamaren 18 och elektromagneten 13 samt driftsförhållanden i allmänhet, kan en icke önskvärd emulsion uppstå mellan hydraulvätskan och gasen. Detta kan förhindras, exempelvis genom att, enligt Fig 2, installera en rörlig skiljevägg mellan gasen och hydraulvätskan i form av en avtätad kolv 30 eller ett monterat membran. Som alternativ till, eller i kombination med, gasövertrycket kan en eller fler mekaniska fjädrar 31 anordnas så att dessa pressar kolven 30 mot hydraulvätskan och på så sätt försätter denna under tryck. En flercylindrig motor anordnas lämpligen så att både hydraulvätska och övertrycksgas delas gemensamt mellan enheterna i sama cylinderbank.

För att undvika frekventa inspektioner av hydraulvätskenivåer och gasmängder i systemet, kan detta förses med automatisk påfyllning och nivåbevakning. Fig 2 visar en tryckgasbehållare 32 som, via ledningen 33, ansluter till tryckregulatorn 34. En ledning 35 leder vidare till en tank 36, med en avkännare 37 och en ledning 38, via en ventil 39 10 15 20 25 30 35 504 359 s till nedre delen av tryckkamaren 18. Från tryckregulatorn 34 leder även en ledning 40 till en ventil 41 och övre delen av tryckkammaren 18. En avkännare 42 är monterad i tryckkammaren 18 för att känna av kolvens 30 position. En tryckavkännare 43 är ansluten till tryckkammaren 18. Tryckregulatorn 34, avkännarna 37 och 42, ventilerna 39 och 41 samt tryckavkännaren 43, är samtliga anslutna till den elektroniska styrenheten 17.

Tryckgasbehållaren 32 har efter fyllning ett tryck som är betydligt högre än trycket i tryckkammaren 18. Gas strömar via ledningen 33 till tryckregulatorn 34, där trycket sjunker till en nivå något över trycket i tryckkammaren 18.

Gasen strömar vidare genom ledningen 35, till tanken 36, vilken delvis är fylld med hydraulvätska. Om den elektroniska styrenheten 17 får signal från avkännaren 42, om att G hydraulvätskenivån är för låg i tryckkamaren 18, aktiverar den ventilen 39, så att en avvägd mängd hydraulvätska strömar via ledningen 38 till tryckkamaren 18.

Om gastrycket i tryckkamaren 18 sjunker under en förutbestämd nivå, lämnar tryckavkännaren 43 en signal till den elektroniska styrenheten 17 som aktiverar ventilen 41, varvid en avstämd mängd gas från tryckregulatorn 34 strömar via ledningen 40 och genom ventilen 41 till tryckkammaren 18.

I den elektroniska styrenheten 17 finns programerat hur frekvent hydraulvätska eller gas behöver fyllas i tryckkammaren 18. Överskrids denna frekvens, informerar på lämpligt vis den elektroniska styrenheten 17 om detta. Om hydraulvätskan i tanken 36 sjunker under en viss nivå, lämnar avkännaren 37 en signal till den elektroniska styrenheten 17, som på lämpligt sätt vidarebefordrar informationen. Om tryckgasbehållaren 32 har tömts på en tillräcklig mängd gas, lämnar tryckregulatorn 34 en signal till den elektroniska styrenheten 17, som på lämpligt sätt vidarebefordrar informationen.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 504 359 7 Patentkrav

1. Förbränningsmotor av Otto- eller Dieseltyp med en eller flera arbetscylindrar och med variabelt geometriskt kompressionsförhållande, innefattande - för varje arbetscylinder - ett mellan en arbetskolv och ett cylinderhuvud bildat förbränningsrum med en rörlig vägg för variation av förbränningsrummets volym, vilken vägg är bildad av en andra kolv i en med arbetscylindern komunicerande andra cylinder, samt med den andra kolven förbundna drivorgan, som via styrorgan är anordnade att styra den andra kolvens läge i den andra cylindern åtminstone i förhållande till motorns vevaxelposition och belastning, kännetecknad av att nämnda drivorgan omfattar en hydraulkolv (8), som är förbunden med den andra kolven (5) och är upptagen i en hydraulcylinder (9), vilken via en av en elektronisk styrenhet (17) styrd ventilanordning (13,14,15,16) kommunicerar med en tryckkamare (18) innehållande hydraulvätska samt gas under övertryck, och att styrenheten (17) är anordnad att under arbetskolvens (2) kompressionsslag stänga ventilanordningen (13,14,15,16), när den andra kolven (5) befinner sig i ett läge, som bestäms av i styrenheten (17) inmatade signaler representerande åtminstone vevaxelposition och belastning.

2. Motor enligt krav 1, kännetecknad av att ventilen (13,14,15,16) är en elektromagnetiskt manövrerad tallriksventil, vars ventiltallrik (14) i ventilens stängda läge vilar mot ett mot hydraulcylinderns (9) inre vänt säte (16) kring en passage mellan tryckkammaren (18) och hydraulcylindern (9).

3. Motor enligt krav 2, kännetecknad av att ventiltallriken (14) är anordnad vid änden av en av elektromagneten (13) rörlig spindel (15), som på avstånd från tallriken (14) uppvisar en ansats (24), vilken i samverkan med ett stationärt element (23) är anordnad att dämpa tallrikens (14) rörelse mot sätet (16). 10 15 20 25 30 35 504 359 8

4. Motor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att tryckkamaren (18) och hydraulcylindern (9) kommunicerar med varandra via minst en by-passledning (l9,21) innehållande en kylanordning (20) och en ventil (22), som är anordnad att hindra vätskeströmning från hydraulcylindern (9) till tryckkamaren (18).

5. Motor enligt krav 4, kännetecknad av att ventilen i by- passledningen (19,21) är en backventil (22).

6. Motor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att hydraulkolven (8) är förbunden med den andra kolven (5) via en kolvstång (6,7), vilken sträcker sig ut genom en i den andra kolvens cylinder mynnande öppning (10) och vilken över större delen (6) av sin längd har väsentligt mindre diameter än öppningen (10) och över en mindre del (7) av sin längd närmast hydraulkolven (8) har en diameter, som obetydligt understiger öppningens (10) diameter.

7. Motor enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att gasen och hydraulvätskan i tryckkamaren (18) är åtskilda av en i tryckkamaren (18) upptagen rörlig vägg (30).

8. Motor enligt krav 7, kännetecknad av att den rörliga väggen (30) är samordnad med en avkännare (42) anordnad att avkänna väggens (30) läge i tryckkammaren (18) och avge signal till den elektroniska styrenheten (17), som styr en ventil (39) i en ledning (38) mellan en ackumnlatortank för hydraulvätska (36) och tryckkammarens (18) hydraulvätskesida.

9. Motor enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att en i tryckkammaren (18) upptagen tryckavkännare (43) är anordnad att avkänna gastrycket i tryckkamaren (18) och avge en av detta beroende signal till den elektroniska styrenheten (17), som styr en ventil (41) i en ledning (40) mellan en tryckgastank (32) och tryckkamarens (18) gassida.