SE504993C2

SE504993C2 - Combustion engine with variable geometric compression ratio

Info

Publication number: SE504993C2
Application number: SE9503281A
Authority: SE
Inventors: Christer Lindstroem
Original assignee: Beta Maskin Ab
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-06-09
Also published as: WO1997011264A1; SE9503281L; SE9503281D0; AU7102696A

Abstract

The invention relates to a method and to an arrangement pertaining to internal combustion engines in which each cylinder (1) communicates with a second cylinder (4) that includes a movable piston (5), by means of which the volume of the combustion chamber (3) can be varied. The movable piston (5) is connected to a double-acting hydraulic piston (7) in a hydraulic cylinder (8), which communicates with a pressure source (15) through the medium of an electromagnetically controlled directional valve (13). A microprocessor (20) controls the valve (13) in response to the position of the engine crank angle and load, and closes the valve to lock the movable piston (5) in a position depending upon the value of said parameters in its cylinder (8) during the compression stroke.

Description

15 20 25 30 35 504 993 2 under arbetskolvens kompressionsslag stänga ventilanordning- en, när den andra kolven befinner sig i ett läge, som bestäms av i styrenheten inmatade signaler representerande åtminstone vevaxelposition och belastning. During the compression stroke of the working piston, close the valve device when the second piston is in a position determined by signals input to the control unit representing at least crankshaft position and load.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan, med hänvisning till, på bifogad ritning, visat utföringsexempel, där figuren visar ett tvärsnitt genom en schematisk framställning av en för- bränningsmotor med ett schematiskt styrsystem enligt upp- finningen, där motorn precis har avslutat en kompressions- takt under låg belastning.The invention is described in more detail below, with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing, in which the figure shows a cross section through a schematic representation of an internal combustion engine with a schematic control system according to the invention, where the engine has just completed a compression stroke under low loading.

Förbränningsmotorn enligt figuren 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, är förbunden med en hydraulkolv 7. Hydraulkolven 7 löper i en hydraulcylinder 8. Hydraulcylinderns 8 båda kamrar 9,10, åtskilda av kolven 7, är via kanalerna 11,12 förbundna med en i och för sig känd riktningsventil 13. Rikningsventilen 13 är vidare ansluten via en ledning 14 till en hydraulpump 15. En accumulator 16 ansluter till ledningen 14. En ledning 17 förbinder rikt- ningsventilen 13 med en hydraultank 18. En accumulator 19 ansluter till ledningen 17. Riktningsventilen 13 styrs av en elektronisk styrenhet 20. Den elektroniska styrenheten 20 får information från ett antal avkännare, i likhet med ett mo- dernt elektroniskt styrt bränsleinsprutningssystem. Exempel- vis kan information lämnas om vevaxelpositionen, motorns varvtal, då bränsleblandningen självantänder, mängden gaspå- drag, totaltrycket i insugsröret, motorns kylvätsketemperatur etc. Vidare lämnar en lägesgivare 21, ansluten via en pinne 22 till kolven 7, information om kolvens 5 och hydraulkolvens 7 positioner i respektive cylinder. Riktningsventilen 13 kan styras av den elektroniska styrenheten 20, så att kolven 5 och hydraulkolven 7 får en avvägd accelererande och retarde- rande rörelse i respektive rörelseriktning. Det oljedims- fyllda utrymmet i cylindern 4 är via ett antal kanaler 23 förbundna med ett hålrumssystem 24, som i sin tur står i förbindelse med motorns vevhus via området runt motorns 10 15 20 25 30 35 504 993 3 ventilmekanism. Figuren visar även en konventionell avgasven- til 25 med en ventillyftare 26 och en kamkurva 27.The internal combustion engine according to the figure shows a cylinder 1 with a piston 2 which shares the combustion chamber 3 with a smaller cylinder 4 and its piston 5, which via a piston rod 6, is connected to a hydraulic piston 7. The hydraulic piston 7 runs in a hydraulic cylinder 8. Both chambers of the hydraulic cylinder 8 9,10, separated by the piston 7, are connected via the channels 11,12 to a directional valve 13 known per se. The directional valve 13 is further connected via a line 14 to a hydraulic pump 15. An accumulator 16 connects to the line 14. A line 17 connects the directional valve 13 to a hydraulic tank 18. An accumulator 19 connects to the line 17. The directional valve 13 is controlled by an electronic control unit 20. The electronic control unit 20 receives information from a number of sensors, similar to a modern electronically controlled fuel injection system. For example, information can be provided about the crankshaft position, engine speed, when the fuel mixture ignites automatically, the amount of throttle, the total pressure in the intake manifold, the engine coolant temperature, etc. Furthermore, a position sensor 21, connected via a pin 22 to the piston 7, provides information about the piston 5 and hydraulic piston 7 positions in each cylinder. The directional valve 13 can be controlled by the electronic control unit 20, so that the piston 5 and the hydraulic piston 7 have a balanced accelerating and decelerating movement in the respective direction of movement. The oil mist-filled space in the cylinder 4 is connected via a number of channels 23 to a cavity system 24, which in turn is connected to the engine crankcase via the area around the engine mechanism of the engine 10 15 20 25 30 35 504 993 3. The figure also shows a conventional exhaust valve 25 with a valve lifter 26 and a cam curve 27.

Under insugstakten befinner sig kolven 5 och hydraulkolven 7 i sina respektive nedre ändlägen. Den elektroniska styren- heten 20 beräknar vilket geometriskt kompressionsförhållande som är lämpligt för varje enskild kompressionstakt. Beräk- ningen är baserad på det program som finns i den elektroniska styrenheten 20 och på information som den elektroniska styr- enheten 20 får från sina avkännare. Under kompressionstakten öppnar den elektroniska styrenheten 20 riktningsventilen 13, så att hydraulvätska strömar från hydraulpumpen 15 via ledningen 14 och kanalen 11 till nedre kamaren 9 i hydraul- cylindern 8, varvid kolven 5 och hydraulkolven 7 drivs uppåt från sina nedre ändlägen. Samtidigt strömmar hydraulvätska från hydraulcylinderns 8 övre kamare 10 via kanalen 12, riktningsventilen 13 och ledningen 17 till hydraultanken 18.During the intake stroke, the piston 5 and the hydraulic piston 7 are in their respective lower end positions. The electronic control unit 20 calculates which geometric compression ratio is suitable for each individual compression rate. The calculation is based on the program contained in the electronic control unit 20 and on information that the electronic control unit 20 receives from its sensors. During the compression stroke, the electronic control unit 20 opens the directional valve 13, so that hydraulic fluid flows from the hydraulic pump 15 via the line 14 and the channel 11 to the lower chamber 9 of the hydraulic cylinder 8, the piston 5 and the hydraulic piston 7 being driven upwards from their lower end positions. At the same time, hydraulic fluid flows from the upper chamber 10 of the hydraulic cylinder 8 via the channel 12, the directional valve 13 and the line 17 to the hydraulic tank 18.

Kolven 5 och hydraulkolven 7 förflyttas en given sträcka som korresponderar mot det förutbestämda geometriska kompres- sionsförhållandet. Därefter stänger riktningsventilen 13.The piston 5 and the hydraulic piston 7 are moved a given distance corresponding to the predetermined geometric compression ratio. Then the directional valve 13 closes.

Under arbetstakten förblir kolven 5 och hydraulkolven 7 låsta i sina tidigare positioner ända till dess att avgasventilen 25 öppnat. Under utblåstakten öppnar riktningsventilen 13 i reverserat läge, i jämförelse med det under kompressionstak- ten, varvid hydraulvätska strömmar från hydraulpumpen 15, ledningen 14 och riktningsventilen 13 via kanalen 12 till hydraulcylinderns 8 övre kammare 10. Samtidigt strömmar hydraulvätska från hydraulcylinderns 8 nedre kammare 9, kanalen ll och riktningsventilen 13 via kanalen 17 till hydraultanken 18 och kolven 5 och hydraulkolven 7 återgår till sina nedre ändlägen.During the operation, the piston 5 and the hydraulic piston 7 remain locked in their previous positions until the exhaust valve 25 is opened. During the blow-out stroke, the directional valve 13 opens in the reversed position, compared to that during the compression stroke, with hydraulic fluid flowing from the hydraulic pump 15, the line 14 and the directional valve 13 via the channel 12 to the upper chamber 10 of the hydraulic cylinder 8. At the same time hydraulic fluid flows from the lower chamber 9 the channel 11 and the directional valve 13 via the channel 17 to the hydraulic tank 18 and the piston 5 and the hydraulic piston 7 return to their lower end positions.

Den oljedima som finns innesluten i cylindern 4 flödar, på grund av kolvens 5 fram och återgående rörelser, genom ett antal kanaler 23 till och från hålrumssystemet 24. Detta i sin tur är förbundet med vevhuset via området runt motorns ventilmekanism. På detta sätt omsätts den oljedima som 10 15 20 25 30 35 504 993 4 smörjer cylindern 4 och kolven 5. Även ventillyftaren 26, genom dess påverkan av kamkurvan 27, bidrar med sina fram och återgående rörelser till att oljedimman enligt ovan omsätts.The oil mist contained in the cylinder 4 flows, due to the reciprocating movements of the piston 5, through a number of channels 23 to and from the cavity system 24. This in turn is connected to the crankcase via the area around the valve mechanism of the engine. In this way, the oil mist which lubricates the cylinder 4 and the piston 5. The valve lifter 26, by its action on the cam curve 27, also contributes with its reciprocating movements to the oil mist as above.

Vid tomgång och motorbromsning är det lämpligt att man valt ett geometriskt kompressionsförhållande som korresponderar mot att kolven 5 inte aktiveras under kompressionstakten. Gm motorn får arbeta en längre tid på tomgång aktiverar den elektroniska styrenheten 20, riktningsventilen 13 med jämna mellanrum, så att kolven 5 gör fullt slag, för att säkerstäl- la fullgod funktion och tätning mellan dess kolvringar och cylindern 4 samt även omsätta hydraulvätska i hydraulcylin- dern 8.During idling and engine braking, it is advisable to select a geometric compression ratio which corresponds to the piston 5 not being activated during the compression stroke. The GM engine is allowed to operate for a long time at idle, activating the electronic control unit 20, the directional valve 13 at regular intervals, so that the piston 5 makes a full stroke, to ensure proper function and sealing between its piston rings and the cylinder 4 and also to convert hydraulic fluid into hydraulic cylinder - dern 8.

Det kan, i vissa fall, finnas behov av att blanda den in- kommande luft/bränsleblandningen i motorn med restavgaser, för att ändra den kemiska samansättningen på motorns av- gaser. 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.In some cases, there may be a need to mix the incoming air / fuel mixture in the engine with residual exhaust gases, in order to change the chemical composition of the engine exhaust gases. Under such circumstances, the piston 5 can be controlled so that it, in whole or in part, returns to its lower end position during the intake stroke instead of during the exhaust stroke.

Claims

10 15 20 25 30 35 5 504 993 Patent claims

An Otto or Diesel type internal combustion engine with one or more working cylinders with variable geometric compression ratio, comprising - for each working cylinder - a combustion chamber formed between a working piston and a cylinder head with a movable wall for varying the volume of the combustion chamber, which wall is formed by a second piston in a second cylinder communicating with the working cylinder, and drive means connected to the second piston, which are arranged via control means to control the position of the second piston in the second cylinder at least in relation to the engine crankshaft position and load, characterized in that said drive means comprises a hydraulic piston (7), which is connected to the second piston (5) and is accommodated in a hydraulic cylinder (8), which communicates via a valve device (13) controlled by an electronic control unit (20) with a source of pressure medium (l5,16,19) and that the control unit (20) is arranged to close the valve device (13) during the compression stroke of the working piston (2), n the second piston (5) is in a position determined by signals input to the control unit (20) representing at least crankshaft position and load.

Motor according to Claim 1, characterized in that the valve (13) is an electromagnetically operated directional valve.

Engine according to claim 1 or 2, characterized in that the hydraulic piston (7) is connected to the second piston (5) via a piston rod (6), which extends through a cylinder opening in the cylinder of the second piston. opening.

Engine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the hydraulic piston (7) is coordinated with a sensor (21, 22) arranged to sense the position of the piston in the cylinder (8) and emit a position-dependent signal to the electronic control unit ( 20).