СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И АКТУАТОР ДЛЯ УПОМЯНУТОГО СПОСОБА Российский патент 2020 года по МПК F02B75/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к увеличению коэффициента эффективности во всех типах поршневых двигателей внутреннего сгорания, и дополнительно, к обеспечению возможности минимизировать создание NOX (оксидов азота) в дизельных двигателях.

Уровень техники

Одна проблема, которая должна разрешаться в сегодняшних дизельных двигателях, состоит в том, чтобы сокращать выбросы оксидов азота, так называемого NOx. Предлагаемое решение описывается и упоминается в заявке на патент Швеции № 1500404-7, в которой возможность переменной степени сжатия является необходимой предпосылкой. Из предложения можно видеть, что размер камеры сгорания должен управляться с большой точностью и затем адаптироваться к объему подаваемого воздуха, в предпочтительном варианте осуществления, через свободно управляемый впускной клапан во время хода впуска.

Предлагается несколько решений для переменных степеней сжатия, но только некоторые из них включают в себя то, что камера сгорания, по меньшей мере, ее значительная часть, присутствует выше поршня в головке блока цилиндров. За счет размещения переменной камеры сгорания, из вида в перспективе на основе размера, в головке блока цилиндров, одновременно предоставляется решение повышенной эффективности для всех типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Можно сказать, что дизельный двигатель, который обычно имеет значительную часть камеры сгорания, выполненную в виде чаши в поршне, вызывает перемещение чаши от поршня к головке блока цилиндров, что означает то, что размер камеры сгорания может задаваться переменным.

Цель изобретения

Цель изобретения заключается в том, чтобы создать решение для переменной степени сжатия в дизельном двигателе, которое удовлетворяет серьезным и существенным потребностям, которые связаны с возможностью иметь возможность варьировать размер камеры сгорания с высокой точностью и одновременно получать решение, которое в принципе может быть идентичным для всех типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Эта цель достигается посредством изобретения на основе отличительной части формулы изобретения, приведенной после описания.

Сущность изобретения

Система управления мотором определяет, например, на основе позиции педали газа, множество действий, например, объем воздуха, который подаваться согласно коэффициенту сжатия, объем топлива, которое должно подаваться, и когда точно оно должно подаваться, размер камеры сгорания, с тем чтобы предоставлять оптимальную эффективность и образование минимума NOx и т.д.

В данном документе, изобретение описывается только посредством демонстрации того, как регулирование и управление размером камеры сгорания выполняются посредством команды и ввода из системы управления двигателем, а не основы для них.

В камере сгорания, предусмотрен подвижный поршень, который может перемещаться постепенно вверх или вниз между верхней и нижней позицией поворота. Смещение осуществляется через шаговый мотор с электрическим управлением, который соединяется с поршнем через гидравлическое соединение, включающее в себя гидравлический замок. В ходе влияния задаваемого посредством системы управления мотором перемещения, на определенное число шагов вверх или вниз, замок деактивируется, и когда перемещение завершается, замок активируется, и подвижный поршень стопорится в определенной позиции посредством системы управления двигателем. Во время хода сгорания и расширения, замок активируется, что защищает шаговый мотор, его крепление и подшипник от механического напряжения.

Замок активируется/деактивируется посредством электромагнита согласно вводу из системы управления двигателем. Замок состоит из так называемого гидравлического замка на основе сброса давления, который, с одной стороны, уменьшает механическое напряжение на замке, а также минимизирует трение, которое упрощает активацию/деактивацию замка. Упомянутые шаги могут быть очень небольшими, в миллиметрах, сотнях миллиметров или меньше. Одновременно, шаговый мотор обеспечивает возможность осуществления перемещения с большой силой, что является преимущественным, если имеются остаточные продукты сгорания на стенках камеры сгорания, которые должны преодолеваться. Перемещение поршня возникает после того, как гидравлический замок деактивируется, и проще всего выполняется посредством использования механической пружины. Варьирования давления в камере сгорания заставляют плунжер минимально перемещаться и предотвращают заедание.

Ниже приводится подробное описание с помощью чертежей, как показано ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематично показывает сечение через верхнюю часть цилиндра дизельного двигателя с головкой блока цилиндров, в котором объем камеры сгорания адаптируется для небольшой нагрузки на двигатель, при этом поршень двигателя находится в верхней позиции поворота после хода сжатия.

Фиг. 2 схематично показывает сечение через верхнюю часть цилиндра дизельного двигателя с головкой блока цилиндров, в котором объем камеры сгорания адаптируется для максимальной нагрузки на двигатель, при этом поршень мотора находится в верхней позиции поворота после хода сжатия.

Фиг. 3 схематично показывает сечение через верхнюю часть цилиндра дизельного двигателя с головкой блока цилиндров, в котором объем камеры сгорания адаптируется для средней нагрузки на двигатель, при этом поршень двигателя находится в верхней позиции поворота после хода сжатия

Фиг. 4-10 схематично показывают то, как актуатор 4 смещает поршень в камере сгорания, к примеру, в головке блока цилиндров дизельного двигателя, показанного на фиг. 1-3, и заставляет поршень занимать различные позиции в зависимости от нагрузки мотора. Следует подчеркнуть, что изобретение может использоваться со всеми типами поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1 показывает схематичный вид цилиндра дизельного двигателя с головкой 1 блока цилиндров, при этом поршень 2 смонтирован на коленчатом валу 3. Актуатор 4 с главной функцией согласно настоящему изобретению показан на фиг. 4-10. Поршень 5, посредством ввода из системы управления мотором (не показана), может управляться с возможностью занимать различные позиции в камере 7 сгорания и за счет этого варьировать объем на участке под поршнем, за счет чего существенная часть сгорания осуществляется, когда топливо распыляется посредством инжектора 9.

Упомянутые различные позиции стопорятся в гидравлической схеме 6. Схематично показаны выпускной клапан 8, управляемый посредством кулачкового вала или посредством актуатора согласно патенту, например (SE 535886 C2, SE 1100435 A1), а также впускной клапан 10, который предпочтительно, но необязательно, открывается и закрывается посредством актуатора согласно вводу из системы управления двигателя, к примеру, с функцией в соответствии с любым из вышеуказанных патентов. Измеритель 11 массового расхода воздуха измеряет объем воздуха, вводимого во время хода впуска через впускной клапан 10. Поршень 2 показан в верхней позиции поворота, в которой запрещается механически контактировать с головкой блока цилиндров, включающей в себя тарельчатые клапаны 8, 10.

Фиг. 2 показывает поршень 5 в верхней позиции, в которой камера сгорания имеет максимальный размер, и двигатель может, но не должен, быть максимально нагружен. При этом возможно, поскольку сегодня большая или меньшая нагрузка двигателя может сниматься в зависимости от того, сколько впрыскивается топлива, в таком случае удовлетворять сегодняшним выбросам выхлопных газов. Может быть выгодно иметь маленькую чашу в поршне, где расположена сегодняшняя чаша, которая находится прямо под камерой сгорания.

Фиг. 3 показывает схематичный вид верхней части цилиндра двигателя с головкой блока цилиндров, в которой объем камеры сгорания адаптируется для средней/большой нагрузки на двигатель, при этом поршень двигателя находится в верхней позиции поворота после хода сжатия. В принципе, весь воздух из хода впуска подается под давлением в упомянутый объем. В конце хода сжатия, подходящий объем топлива впрыскивается, чтобы минимизировать NOx. Упомянутые действия управляемо выполняются посредством системы управления двигателя.

Фиг. 4 отображает часть цилиндра 1 с актуатором 4 согласно изобретению, имеющим шаговый мотор 12 с вертикально смещаемым вверх или вниз валом 13, работающим в камере 14, заполненной гидравлической жидкостью. Дополнительно, показан гидравлический замок 6, состоящий из клапана с отверстием, причем клапан является горизонтально смещаемым влево или вправо в камере 14 или между камерой 14 и ниже камеры 17 через электромагнит 16 или другой тип электрического элемента, для открытия и закрытия потока гидравлической жидкости между камерой 14 и камерой 17, также заполненной гидравлической жидкостью. Дополнительно, показан поршень 5, работающий в камере 7 сгорания, который непосредственно и подробнее показан на фиг. 1-3. Поршень имеет вал 18, верхняя часть которого присутствует в камере 17 и расположена со смещением в ней. Камера 20 с механической пружиной 19, которая заставляет поршень 5 быть подвижным вверх за счет взаимодействия между днищем в камере и фланцем 21, присутствующем на валу 18. Клапан с апертурой 15 может смещаться в обоих направлениях посредством двойного действия электромагнита или в направлении через электромагнит и в другом направлении через механическую пружину (не показана).

Фиг. 5 показывает шаговый мотор 12 с валом 13, максимально смещенным вверх, при этом поршень 5 с валом 18 аналогично максимально смещается вверх. Гидравлический замок с клапаном 6, сдвинутым вправо, прерывает соединение между камерами 14 и 17. Шаговый мотор не может влиять на поршень 5 в этой позиции.

Фиг. 6 показывает гидравлический замок, деактивированный посредством электромагнита, повторно позиционирующего клапан 6 налево таким образом, что его отверстие 15, создает соединение между заполненными гидравлической жидкостью камерами 14 и 17.

Фиг. 7 показывает то, что шаговый мотор 12 повторно позиционирует вал 13 вниз, за счет этого подталкивая гидравлическую жидкость из камеры 14 через отверстие 15 в клапане 6 в камеру 17 и за счет этого подталкивая поршневой вал 18 с поршнем 5 вниз при сжатии пружины 19. За счет этого камера сгорания (не проиллюстрирована непосредственно) уменьшается.

Фиг. 8 показывает электромагнит 16 с клапаном 6 в позиции, в которой соединение между камерами 14 и 16 переключается, и в силу этого гидравлический замок активируется. Поршень 5 не может перемещаться ни вверх, ни вниз.

Фиг. 9 показывает деактивированный гидравлический замок.

Фиг. 10 показывает позицию, в которой шаговый мотор 12 перемещает вал 13 вверх, за счет чего, посредством действия пружины 19, гидравлическая жидкость подается под давлением из камеры 17 в 14, и поршневой вал 18 вместе с поршнем 5 перемещается вверх.

Операции, осуществляемые специалистами в данной области техники, не описываются в отношении того, что гидравлическая жидкость надлежащим образом представляет собой масло для двигателя, того, как объем гидравлической жидкости поддерживается практически постоянным, выбора и размещения системы управления двигателем, определения размера камеры сгорания и т.д. Система управления двигателем является очевидной сегодня, и в силу этого в формуле изобретения не упоминается то, что работа электромагнита и шагового мотора управляется посредством системы управления двигателем.

Изобретение относится к увеличению коэффициента эффективности во всех типах поршневых двигателей внутреннего сгорания. В камере сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания, предусмотрен смещаемый поршень, который может перемещаться постепенно вверх или вниз между верхней и нижней позицией поворота. Смещение осуществляется через шаговый мотор с электрическим управлением, который соединяется с поршнем через гидравлическое соединение, включающее в себя гидравлический замок. Замок деактивируется во время смещения на определенное число шагов вверх или вниз, управляемое посредством системы управления мотором, и когда смещение завершается, замок активируется посредством упомянутой системы управления двигателем, и подвижный поршень стопорится в определенной позиции, управляемое посредством системы управления мотором. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ управления размером камеры (7) сгорания посредством актуатора (4) в головке (1) блока цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащего вертикально смещаемый поршень (5), камеру (20) со связанным с поршнем валом (18), имеющим фланец (21), и пружину (19) в камере, действующую между фланцем и днищем камеры, чтобы перепозиционировать поршень (5) в направлении вверх, причем актуатор дополнительно содержит две камеры (14) и (17), заполненные гидравлической жидкостью и разделенные посредством клапана (16) с отверстием (15), при этом клапан выполнен с возможностью горизонтального перепозиционирования посредством электромагнита (16), причем актуатор дополнительно содержит шаговый мотор (12) и вал (13), вертикально смещаемый посредством шагового мотора в камере (14), отличающийся тем, что для изменения размера камеры сгорания клапан смещают посредством электромагнита таким образом, что его отверстие соединяет две камеры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, когда вал (13) смещают вниз посредством шагового мотора, гидравлическая жидкость подается из камеры (14) в камеру (17), при этом вал (18) вместе с поршнем (5) смещают вниз при том, что поршень (5) сжимает пружину (19), при уменьшении размера камеры сгорания до тех пор, пока не завершится перепозиционирование вала (12).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, когда завершается перепозиционирование вала (13), клапан смещают вместе с его отверстием таким образом, что отверстие больше не соединяет две камеры, за счет чего поршень (5) более не является смещаемым.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, когда вал (13) посредством шагового мотора перемещают вверх, гидравлическая жидкость подается из камеры (17) в камеру (14) посредством воздействия пружины (19) на фланец (21) вала (18), при этом поршень (5) перемещают вверх одновременно с тем, как пружина (19) расширяется таким образом, что размер камеры сгорания увеличивается до тех пор, пока не завершено смещение вала (13).

5. Способ по п. 1 или 4, отличающийся тем, что, когда смещение вала (13) завершается, клапан смещают вместе с его отверстием таким образом, что отверстие больше не соединяет две камеры, за счет чего поршень (5) более не является смещаемым.

6. Актуатор, содержащий камеру (7) сгорания, вертикально смещаемый поршень (5), камеру (20) со связанным с поршнем валом (18) с фланцем (21), пружину (19) между фланцем и днищем камеры, две камеры (14) и (17) для гидравлической жидкости, клапан (16) с отверстием (15), электромагнит (16), шаговый мотор (12), вал (13), смещаемый в камере (14), отличающийся тем, что для изменения размера камеры сгорания клапан выполнен с возможностью смещения таким образом, что его отверстие соединяет две камеры.