SE519307C2 - Förbränningsmotor - Google Patents

Description

nnnna nnnnn nsnnn 10 15 20 25 30 35 e 519 307 " ål vid vilka man pressar in bränsle-luftblandningen istället för att suga in den. För att undvika knackningar etc. vid inmatande av bränsle-lufiblandningen måste man utgå fi'ån ett väldigt lågt kompressionsförhållande. När man vid normal landsvägskörning kör exempelvis en turboladdad bil med låg belastning kommer det att vara vakuum i insugningsröret. Under-trycket samt det faktum att man har ett lågt kompressions- förhållande i sin motor från början gör att man inte får den optimala förbränning samt ekonomi som bränslet egentligen kan ge.

Det idealiska vore att ha ett kompressionstryck nära knackningsgränsen vid alla varvtal och motorbelastningar. Därvid kan man få en optimal förbränning under alla förhål- landen; högt kompressionsförhållande vid lågt effektuttag samt lågt förhållande som medger turboladdning vid högt etïektuttag. Detta kan åstadkommas med en variabel kompressionskamrnare. Genom DE 3714762 är förut känt att använda sig av hydraulisk reglering för att på så vis förändra/optimera kompressionsförhållandet under drift.

Patentkrav 1 är avgränsat gentemot denna närmast kända teknik. DE 3714762 använder sig emellertid av en stum hydraulisk reglering, dvs. en reglering som inte ger möjlighet till automatisk momentan anpassning av kompressionsförhållandet under drift. Genom US 4,286,552 är det förut känt att använda sig av en anordning som möjliggör momentan reglering, vilket åstadkommes med hjälp' av en fjäder som påverkar positionen av en rörlig avgränsningsyta hos kolven i beroende av mottrycket inuti förbränningskammaren. En lösning enligt US 4,286,552 medför dock den stora nackdelen att man vid vissa driftsförhållanden kan erhålla ogynnsam svängning, som i värsta fall kan leda till totalhaveri. Således är en sådan lösning mycket svår, om inte omöjlig att realisera i praktiken.

LösNINGEN Enligt föreliggande uppfinning har man löst eller åtminstone minimerat ovan nänmda problem genom åstadkommande av att nänmda tryckkammare kommunicerar med en tilloppskanal som alltid möjliggör påfyllning av tryckolja fiån nämnda tryckkälla till tryckkammaren då trycket i tryckkammaren understiger trycket i tillförselkanalen och att nämnda tryckkammare är anordnad med ett utlopp som kommunicerar med åtminstone en strypning som ständigt möjliggör utflöde av tryckolja ur tryckkamrnaren då trycket i kammaren överstiger trycket i nämnda utlopp, så att en dämpning av förflyttningen av nämnda kropp med nämnda avgränsningsyta erhålles under drift. sann» :nare »niin 10 15 20 25 30 35 519 307f 3 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar där Fig. 1 i axialsnitt visar en första utforingsform av uppfinriingen, Fig. 1A visar ett axiellt tvärsnitt av en föredragen utföringsforrn, F ig. IB visar ett radiellt tvärsnitt längs R-R i Fig. lA, Fig. 2, även den i axialsnitt, visar en andra utföringsforrn av föreliggande uppfinning, och Fig. 3 även den i axialsnitt, visar en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNTNGEN Fig. 1 visar en kolv l i en förbränningsmotor i vilken vid kolvens nedre del är insatt en kolvbult 2 kring vilken en vevstake 3 är monterad. Dessa element är i och för sig kända och beskrivs ej närmare. Vevstaken 3 har en genomgående kanal 4 genom vilken olja under tryck strömmar in i en hålighet 5 i kolvbulten 2. Tryckkâllan för oljan är motorns smöijoljebad, som normalt trycksätts till 4-5 bar under drift. I kolvbulten 2 är därför hål 6 upptagna så att oljan kan strömma in i kolvbulten 2. På utsidan av kolven 1 är vid dess övre ände spår 7 anordnade för mottagande av kolvringarna.

I kolven l har från dess övre sida en urtagning gjorts och i denna finns enligt föreliggande uppfinning en kropp/reglerkolv 8 anordnad. Denna reglerkolv 8 är nedtill tätad genom nedre tätningar 9A som tätar nedtill mot den cylindriska insidan av nämnda urtagning. Upptill är reglerkolven 8 försedd med en ytterligare tätning 9B som tätar mot insidan av en hylsforrnig del 70, som är fixerad upptill inuti nämnda urtagning.

Reglerkolven 8 är försedd med en urtagning på dess undre sida i vilken en spiralijäder 10 har satts in. Fjädern 10 vilar mot denna urtagnings botten och bottnen i urtagningen i kolven l. Denna spiralijäder 10 strävar således efter att förskjuta reglerkolven 8 till dess övre läge och fiäderkrafien i denna spiralfiäder 10 måste övervinnas av förbränningstrycket för att reglerkolven 8 skall kunna tryckas ned. Vid reglerkolvens nedre ände är en fläns 8B anordnad som uppbär tätningama 9. Mellan reglerkolvens fläns SB och den hylsforrniga kroppen 70 bildas ett ringformigt spaltutryrnme, som utgör en slags tryckkammare. Detta utrymme/tryckkammare ll är avsett att inrymma olja för dämpning av reglerkolvens 8 rörelser uppåt och nedåt. Denna olja tillföres tryckkammaren ll från utrymmet 5 i kolvbulten 2 via en kanal 12 och en backventil l3B. För utlopp av oljan fiån utrymmet ll (då ett visst tryck överstiges inuti utrymmet ll) finns ett utlopp 14 innefattande en strypning 14A och en backventil 14B. När oljan maa» s=inu 10 15 20 25 30 35 1519 307- ¿1 lämnar utloppet 14 strömmar den ut på utsidan av kolven 1. Vid oljetryck i motorn kommer utrymmet 11 att vara oljefyllt.

Fig. 1A visas i princip samma slags lösning som i Fig. 1, men med vissa konstruktiva skillnader. För det första uppvisar konstruktionen enligt Fig. 1A enbart en backventil 13B. Det är nämligen helt tillräckligt med en backventil enbart i inloppsdelen, dvs. innan tryckkamrnaren 11. En arman skillnad är att själva tilloppskanalen 12 enligt detta utförande även utgör strypningen 13A i tilltörselledningen. Vidare är reglerkolven 8 anordnad med ett flänsparti både nedtill SB samt upptill 8C. Den hylsforrniga kroppen 70 är anpassad till denna utformning genom att sträcka sig hela vägen ner genom urtagningen i kolven 1 och uppvisar i en mittre sektion ett inåtriktat flänsaktigt parti 70A. Tryckutrymmet 11 bildas således mellan detta flänsformade parti 70A och reglerkolvens övre fläns 8C. I det flänsforrnade partiet 70A finns anordnat förbindelsekanaler 14C, som förbinder tryckkammaren ll med en utloppskammare l4D, som direkt kommunicerar med utloppet 14A. Även utloppet 14A är anordnat med en kanal som i sig imymmer strypningen. En kanal 60 mellan tätningarna 9B och kolvens inre möjliggör för överskottsolja att dräneras tillbaks. I Fig. IB visas i ett perspektiv från ovan en hylsforrnig kropp 70 enligt det utförande som används iFig. 1A. Det 'framgår att kroppen 70 är anordnad med en mångfald vertikala kanaler l4C som kommunicerar att det medger kommunikation mellan tryckkamrnaren 11 och utloppskammaren 14D.

Fig. 2 visar en ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning där samma hänvisningsbeteckningar som de som förekommer i Fig. 1 och Fig. 1A gäller för samma element.

En viktig skillnad mellan utföringsforrnerna är att enligt Fig. 2 är hela kolvens hölje 1 förflyttningsbart anordnat i förhållande till kolvbulten 2. Vidare är tryckkamrnaren 11 förflyttad till ett parti under kolvbulten 2, men är i övrigt uppbyggt enligt principema som visas i Fig. 1A. En ytterligare skillnad är att istället för spiralljäder 10 används här tallriksfiädrar.

Föreliggande uppfinning verkar således på det sättet att det momentana trycket av förbränningen i motom påverkar reglerkolven 8 nedåt under en mycket kort period av motorns arbetscykel. Den upp- och nedgående rörelsen för reglerkolven 8 dämpas med hjälp av oljan, tack vare strypningarna 13A, 14A för tillflöde respektive utflöde till/fiån tryckkamrnaren ll. annan 1111: 10 15 20 25 30 519 307' '5 Resterande tid strävar den mekaniska ljädem att få reglerkolven att stiga. Då fiädem relativt själva förbränningsförloppet verkar under en lång tid är det tillräckligt att ijäderkraften är 5-20 N/cmz (där ytan som avses är hela kolvens övre yta) i topplaget, dvs. i fiädems minst samrnanpressade position.

Härmed uppnås efter ett antal arbetscykler ett funktionell järnviktsläge (kraftiga pendel- rörelser som ger stora förluster elimineras). Reglerkolven 8 kommer automatiskt att ställa in sig i det läge som motsvarar motorns fyllnadsgrad. (Ökad fyllnadsgrad påverkar trycket mot kolvytan för den specifika arbetscykeln til] skillnad från exempelvis ett ökat motorvarvtal.) Detta innebär att reglerkolven 8 endast ändrar sitt läge vid varierad mängd insläppt bränsle-luftblandning för den specifika arbetscykeln = fyllnadsgraden.

Genom reglerkolvens 8 kontinuerliga rörelse upp och ned minskar man risken för att reglerkolvväggens sidor skall torka ut (fastna). Denna så kallade uttorkning är ett känt problem där ökat slitage i det uttorkade området blir följden.

I Fig. 3 visas ett ytterligare utförande av ett förbränningsutrymme enligt uppfinningen.

Enligt detta utförande utgörs kolven 1 av en konventionell anordning. Således finns ingen rörlig del vid kolven 1, eller någon tryckkanal 4 inuti vevstaken 3. Istället finns vid förbränningsrummets 40 övre ände, dvs. i cylindertoppen 41, anordnat en regleranordning 50 omfattande ett cylindriskt hölje 51 inuti vilket en separat kolv 52 är rörligt anordnad som uppvisar en nedre yta 8A som avgränsar en del av förbränningsutrymmet 40. Denna avgränsningsyta 8A är förflyttningsbar med kolven 52 som är förskjutbar inuti nämnda hölje 51. Reglerkolven 52 är anordnad med tätningar 53 vilka möjliggör anordnandet av en tryckkammare 11 som står i förbindelse med ett inlopp 12 för tillförsel av tryckolja via en backventil 13B. Vid sin övre ände är reglerkolven 52 anordnad med ytterligare en tätning 54 som förhindrar olja fiån att läcka ut upptill från höljet 51. Tryckkammaren 11 kommunicerar via en strypning 14A med ett utlopp 14, genom vilket tryckolja kan evakueras ur tryckkammaren 11. En tryckljäder 10 är anordnad mellan ett fast anhåll 55 och en övre ände 52A av reglerkolven, så att tryckfiädern 10 ständigt strävar efier att förskjuta reglerkolven 52 nedåt mot förbränningskammaren 40. Utförandet fungerar helt i enlighet med de principer som beskrivits ovan i Fig. 1 och 2 med det undantaget att regleranordningen inte följer med kolven 1 i dess rörelse. i annu» min» »sans 10 15 20 519 307 Q» Som ovan nämnts ställer sig reglerkolvens 8 position in automatiskt beroende på motoms arbetsinsats. Reglerkolven 8 tål en viss oljetrycksniinskning utan risk för motorskador.

I ett simulerat exempel av en motor enligt uppfinningen används kolvar med 80 mm diameter for en ottomotor, dvs. en kolvyta av ca. 50 cmz. Kompressionsforhållandet är då mellan 1 : 8 till 1 : 17. I beroende av olika ingående variabler är då optimal fiäderlcraft i utgångsläget/topplaget minst 400 N och i max. sammanpressat läge i vissa fall upp till 4000 N, for att erhålla önskad effekt. Dämpningsbehovet, dvs. strypnirigseffekten, har i det studerade exemplet hållits i stort konstant vid 200 kNs/m.

Lägre dämpning ger snabbare positionering och högre dämpning ger mindre svângningstörluster. Stora fördelar kan erhållas med en motor utrustad enligt uppfinningen. Genom att höja kompressíonsforhållandet från 1 : 10,5 till 1 : 18 ökade eiïekten på en simulerad 1,6 liters motor vid dellast från 8,2 till 11,0 kW.

Om man utgår från en liten motor med turboladdning kan man med variabel kompres- sion få mycket bra prestanda, dvs. högt vridmoment samt en brånslebesparing på 30 - 40 %. Vid enbart ökat kompressionsförhållande vid dellast kommer man att lyckas med en bränslebesparing på 10 - 15 %.

Uppfinningen är icke begränsad till de visade utforingsforrnerna utan kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram. Det inses bl.a. att fiädrar av varierande slag kan användas och att dessa kan optimeras på olika vis i olika tillämpningar.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 #519 307 ». 3- PATENTKRAV

1. Förbränningsmotor innefattande åtminstone en förbränningskammare (40) som i en ände avgränsas av ett lock (41) och som i en andra ände avgränsas av en kolv (1), varvid kolven medelst en kolvbult (2) är anordnad vid en vevstake (3), en kropp (1; 8; 52) med en i förhållande till kolvbulten (2) förflyttningsbar avgränsningsyta (8A) som möjliggör variabel volym i nämnda förbränningskammare (40), en tryckfjäder (10), vilken fjäder (10) påverkar nämnda yta (8A) med en tjäderkrafi i riktning in mot förbränningskammaren (40), en tryckkammare (11) som via en tillförselkanal (12, 13) kan tillföras tryckolja från en tryckkälla, vilken tryckkammare (11) med hjälp av tryckolja är anordnad för att kunna påverka förflyttningen av nämnda rörliga avgränsningsyta (8A), i syfie att kunna reglera förbränningskammarens storlek i beroende av förbränningstrycket, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tryckkammare (11) kommunicerar med en tilloppskanal (13) som alltid möjliggör påfyllning av tryckolja från nämnda tryckkälla till tryckkammaren (11) då trycket (P2) i tryckkammaren (11) understiger trycket (Pl) i tillförselkanalen (13) och att nämnda tryckkammare (1 1) är anordnad med ett utlopp (14) som kommunicerar med åtminstone en strypning (14A) som ständigt möjliggör utflöde av tryckolja ur tryckkammaren (11) då trycket (P2) i kammaren (11) överstiger trycket (P3) i nämnda utlopp (14), så att en dämpning av förflyttningen av nämnda tjäderpåverkade kropp med nämnda avgränsningsyta (8A) erhålles under drifi.

2. Förbränningsmotor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda utlopp (14) är anordnat med åtminstone en backventil (14B).

3. Förbränningsmotor enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tillförselkanal (13) är anordnat med åtminstone en backventil (13B).

4. Förbränningsmotor enligt något av ovanstående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att tjäderkrafien åstadkommes av en mekanisk fjäder, vilken i utgångsläget/topplaget utverkar en fjäderkrafi i intervallet 5-20 N per cm: kolvyta, företrädesvis intervallet 7-15 N/cmz.

5. Förbränningsmotor enligt något av ovanstående patentkrav k ä n n e t e c k n a d av att nämnda avgränsningsyta (8A) är anordnad vid nämnda kolv (1).