(13) T3. (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 07/01 EP B1 (1) Int. Cl. F02M3/ F02B27/02 F02B29/08 (06.01) (06.01) (06.01) (4) Tytuł wynalazku: Kolektor dolotowy z naczyniem powietrznym do silnika spalinowego (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 06/13 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 0/07 (73) Uprawniony z patentu: MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A., Corbetta, IT PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Arpert Klaus Peter, Rötgesbüttel, DE (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Kuczyńska Teresa Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 3P237PL00 EP B1 0001] [0001] Wynalazek dotyczy kolektora dolotowego do silnika spalinowego. [0002] W znany sposób silnik spalinowy posiada liczne cylindry, z których każdy jest połączony do kolektora dolotowego za pomocą odnośnego zaworu dolotowego oraz do kolektora wydechowego za pomocą odnośnego zaworu wydechowego. Kolektor dolotowy jest podłączony do każdego cylindra poprzez odnośną rurę dolotową i odbiera świeże powietrze (to jest powietrze zawierające około % tlenu) za pośrednictwem przepustnicy, nastawnej pomiędzy zamkniętym i w pełni otwartym położeniem; z kolektora wydechowego wychodzi rura wydechowa zakończona tłumikiem, dla odprowadzenia spalin do atmosfery. [0003] [0003] Cykliczne otwieranie i zamykanie zaworów dolotowych uniemożliwia ciągły przepływ dolotowego powietrza i wtedy pojawia się pulsowanie lub nawet nawrotny przepływ wewnątrz rur dolotowych. Taka nieciągłość przepływu pogarsza napełnianie cylindrów (a tym samym zmniejsza moment obrotowy 2 silnika) i naraża kolektor dolotowy na naprężenia

3 2 mechaniczne, co uniemożliwia wytwarzanie kolektorów dolotowych o lżejszej konstrukcji. [0004] [0004] DE32239A1 opisuje naczynie powietrzne do kompensacji fluktuacji natężenia przepływu w przewodach ciśnieniowych pomp itp., (zwłaszcza oscylacyjnych pomp wyporowych); naczynie powietrzne posiada membranę, poprzez którą odbywa się przepływ medium; zbiornik cieczy otaczający rurową membranę w obudowie zawierającej tę rurową membranę; zawór szczelinowy umieszczony na zewnętrznym czole rurowej membrany, w zbiorniku płynu; oraz naczynie ciśnieniowe zawierające płyn zbiornika. W takim rozwiązaniu naczynia powietrznego przepływ medium poprzez naczynie odbywa się w linii prostej, a rurowa membrana jest korzystnie podwójną rurą zapobiegającą zetknięciu się przepływającego medium z płynem zbiornika naczynia ciśnieniowego. [000] [000] US8264A1 opisuje środki dekompresji dla cienkościennej rury dolotowej powietrza do silnika spalinowego; zawór jest zamontowany w otworze cienkościennej rury dolotowej, która dostarcza powietrze spalania z urządzenia sterującego przepływem do cylindra silnika spalinowego, dla zmniejszenia nadmiaru ciśnienia w tej rurze. Zawór posiada gniazdo połączone z segmentem rury dolotowej powietrza i elastomerowy człon daszkowy podparty w gnieździe, który normalnie pokrywa otwór w rurze i ulega odkształceniu, 2 gdy ciśnienie w rurze osiągnie określoną wartość, a tym samym odkrywa otwór oraz łączy wnętrze rury z otaczającą atmosferą.

4 3 [0006] [0006] US63076B1 opisuje czterosuwowy silnik spalinowy posiadający komorę spalania, kolektor dolotowy połączony z komorą spalania, jednodrogowy zawór umieszczony wewnątrz zaworu dolotowego, zawór dolotowy dla modulacji przepływu mieszanki paliwowo-powietrznej do komory spalania i z komory spalania oraz komorę powietrza naporowego umieszczoną w kolektorze dolotowym za jednodrogowym zaworem i przed zaworem dolotowym. Podczas suwu sprężania dla silnika spalinowego ładunek mieszanki paliwowo-powietrznej napełnia pod ciśnieniem kolektor i komorę powietrza naporowego; ilość mieszanki paliwowo-powietrznej zgromadzona w komorze powietrza naporowego kontroluje się poprzez regulację objętości tej komory, lub alternatywnie, do regulacji mieszanki paliwowo-powietrznej doprowadzanej i odprowadzanej z komory naporowej o stałej objętości stosuje się zawór komory powietrza naporowego. [0007] [0007] Przedmiotem obecnego wynalazku jest dostarczenie kolektora dolotowego dla silnika spalinowego opracowanego dla wyeliminowania wspomnianych powyżej wad, który będzie tani i łatwy do wykonania. [0008] [0008] Zgodnie z obecnym wynalazkiem dostarczono kolektor dolotowy dla silnika spalinowego, jak szczegółowo opisano w załączonych zastrzeżeniach. [0009] [0009] Nieograniczający przykład wykonania obecnego 2 wynalazku będzie opisany w drodze przykładu w odniesieniu do załączonych rysunków, gdzie:

5 4 fig. 1 przedstawia schematycznie silnik spalinowy posiadający kolektor dolotowy zgodnie z obecnym wynalazkiem; fig. 2 i 3 przedstawiają schematycznie poprzeczne przekroje naczynia powietrznego kolektora dolotowego według fig. 1, w dwóch różnych konfiguracjach. [00] [00] Odnośnikiem 1 na fig. 1 oznaczono silnik spalinowy jako całość, posiadający cztery cylindry 2 (na fig. 1 pokazano tylko jeden cylinder), z których każdy jest połączony do kolektora dolotowego 3 odnośną rurą dolotową 4 kontrolowaną przez zawór dolotowy oraz do kolektora wydechowego 6 odnośną rurą wydechową 7 kontrolowaną przez zawór wydechowy 8. Kolektor dolotowy 3 odbiera świeże powietrze (to jest powietrze z zewnątrz zawierające około % tlenu) za pomocą przepustnicy 9, nastawnej pomiędzy zamkniętym położeniem i w pełni otwartym położeniem. Z kolektora wydechowego 6 wychodzi rura wydechowa zakończona tłumikiem (nie pokazano), dla odprowadzenia spalin do atmosfery. [0011] [0011] W pierwszym przykładzie wykonania pokazanym na fig. 1 paliwo (na przykład benzynę, olej napędowy, metan, LPG itp.) wtryskuje się bezpośrednio do każdego cylindra 2 odnośnym wtryskiwaczem 11; w alternatywnym, nie pokazanym przykładzie wykonania wtryskiwacze 11 są umieszczone wewnątrz rur dolotowych 4 (wtrysk pośredni). 2 [0012] [0012] Każdy cylinder 2 posiada tłok 12, który porusza się cyklicznie w górę i w dół wewnątrz cylindra 2 i jest

6 mechanicznie połączony z wałem korbowym 13 poprzez odnośny korbowód 14. [0013] [0013] Silnik spalinowy 1 posiada również blok sterujący, który steruje w każdym cyklu przepustnicą 9 oraz wtryskiwaczami 11 dla napełnienia cylindrów 2 ilością środka wspomagającego spalanie mieszanki paliwa (świeże powietrze), zależnie od warunków roboczych silnika spalinowego 1 oraz sterowania przez kierowcę. Zawory dolotowe i zawory wydechowe 8 są mechanicznie połączone z wałem korbowym 13 układem krzywkowym (nie pokazano), i w ten sposób napędzane poprzez obracanie wału korbowego 13. [0014] [0014] Kolektor dolotowy 3 zawiera naczynie powietrzne 16, które dla każdej rury dolotowej 4 posiada wydrążony korpus 17 umieszczony pomiędzy kolektorem dolotowym 3 oraz cylindrem 2 i tworzący drożną komorę 18, która łączy się z rurą dolotową 4 poprzez szybki zawór kompensacyjny 19 umieszczony z przodu dolotu cylindra utworzonego przez zawór dolotowy. W nie pokazanej odmianie pojedynczy wydrążony korpus 17 jest umieszczony pomiędzy kolektorem dolotowym 3 oraz cylindrami 2 i posiada cztery wzajemnie izolowane drożne komory 18 (to jest dla każdego cylindra 2 występuje tu odnośna izolowana drożna komora 18). [00] [00] W alternatywnym przykładzie wykonania (nie pokazano) naczynie powietrzne 16 posiada tylko jeden 2 wydrążony korpus 17, który łączy się z czterema rurami dolotowymi 4 poprzez cztery odnośne zawory kompensacyjne 19.

7 6 W dalszym, nie pokazanym przykładzie wykonania, naczynie powietrzne 16 posiada tylko jeden wydrążony korpus 17, który łączy się z kolektorem dolotowym 3 poprzez pojedynczy zawór kompensacyjny 19. Taka konfiguracja jest tańsza i bardziej zwarta, lecz ogranicza osiągi silnika. [0016] [0016] W przedstawionym przykładzie wykonania każdy zawór kompensacyjny 19 jest napędzany znaną krzywką (nie pokazano) połączoną z wałem korbowym 13, i może to być krzywka napędzająca odnośny zawór dolotowy lub inna krzywka. W alternatywnym przykładzie wykonania pokazanym linią przerywaną zawór kompensacyjny 19 jest napędzany przez odnośny człon elektryczny sterowany przez blok sterujący ; w tym przypadku blok sterujący może być również połączony z licznymi czujnikami ciśnienia 21, rozmieszczonymi dla wyznaczenia ciśnienia wewnątrz odnośnej rury dolotowej 4. Bez czujników ciśnienia 21 otwieranie i zamykanie zaworów kompensacyjnych 19 odbywa się wyłącznie na podstawie kątowego położenia wału korbowego 13; przy zastosowaniu czujników ciśnienia 21 otwieranie i zamykanie zaworów kompensacyjnych 19 odbywa się na podstawie kątowego położenia wału korbowego 13 oraz wielkości ciśnienia wewnątrz rur dolotowych 4. Czujniki ciśnienia 21 można zastąpić jednostką do szacunkowego pomiaru, która będzie szacować wartość ciśnienia wewnątrz rur dolotowych 4 bez wykonywania bezpośredniego 2 pomiaru.

8 7 [0017] [0017] W rzeczywistym użyciu cykliczne otwieranie i zamykanie zaworów dolotowych zapobiega ciągłemu masowemu przepływowi powietrza dolotowego, i powoduje pulsacje wewnątrz rur dolotowych 4; pulsacja powietrza dolotowego wytwarza podciśnienie i nadciśnienie wewnątrz każdej rury dolotowej 4, a zmiana ciśnienia jest zależna od czasu (to jest zależy od kątowego położenia wału korbowego 13). [0018] [0018] Podczas suwu ssania dla cylindra 2 (to jest, gdy odnośny zawór dolotowy jest otwarty dla doprowadzenia świeżego powietrza z kolektora dolotowego 3 do cylindra 2), odnośny zawór kompensacyjny 19 jest zamknięty (fig. 2); niezwłocznie po zamknięciu zaworu dolotowego i wzroście ciśnienia wewnątrz odnośnej rury dolotowej 4 odnośny zawór kompensacyjny 19 będzie otwarty (fig. 3) dopóki ciśnienie nie osiągnie maksimum, i następnie będzie natychmiast zamknięty dla wytworzenia nadciśnienia w komorze 18. Przy ponownym otwarciu zaworu dolotowego z rozpoczęciem następnego suwu ssania dla cylindra 2 zawór kompensacyjny 19 otwiera się w celu wspomagania napełnienia cylindra 2. Mianowicie, zawór kompensacyjny 19 może być otwarty na krótko przed otwarciem zaworu dolotowego, dla wytworzenia małego ciśnienia wewnątrz rury dolotowej 4, gdy otwarty jest zawór dolotowy. Gdy w rurze dolotowej 4 powstaje podciśnienie w wyniku ssania w cylindrze 2, zawór kompensacyjny 19 jest zamknięty dla 2 wytworzenia podciśnienia w komorze 18; w tym punkcie powyższy cykl się powtarza.

9 8 [0019] [0019] Opisane powyżej naczynie powietrzne 16 można zastosować w każdym rodzaju silnika spalinowego, włączając silniki dwusuwowe lub rotacyjne silniki spalinowe, które nie posiadają zaworów dolotowych i wydechowych, a także w silnikach samochodów wyścigowych, które wyposażono w oddzielny kolektor dolotowy dla każdego cylindra. [00] [00] Naczynie powietrzne 16 pozwala na znaczne zmniejszenie negatywnych skutków powodowanych pulsacją powietrza dolotowego, dając zwłaszcza poprawę napełnienia cylindrów (i tym samym momentu obrotowego silnika spalinowego), a także zmniejszenie naprężeń mechanicznych na kolektor dolotowy 3. MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. Pełnomocnik:

10 3P237PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Kolektor dolotowy (3) do silnika spalinowego (1) posiadającego co najmniej jeden cylinder (2); kolektor dolotowy (3) posiada co najmniej jedną rurę dolotową (4) łączącą kolektor dolotowy (3) z cylindrem (2) oraz naczynie powietrzne (16) posiadające co najmniej jeden wydrążony korpus (17) tworzący drożną komorę (18), która łączy się z kolektorem dolotowym (3) za pośrednictwem zaworu kompensacyjnego (19); kolektor dolotowy (3) jest znamienny tym, że drożna komora (18) jest połączona bezpośrednio z rurą dolotową (4) za pomocą szybkiego zaworu kompensacyjnego (19). 2. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 1, w którym wydrążony korpus (17) jest umieszczony pomiędzy kolektorem dolotowym (3) i cylindrem (2). 3. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 1 lub 2, w którym rura dolotowa (4) jest kontrolowana za pomocą co najmniej jednego zaworu dolotowego (), a zawór kompensacyjny (19) jest umieszczony z przodu dolotu cylindra utworzonego przez zawór dolotowy (). 4. Kolektor dolotowy (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 3, w którym zawór kompensacyjny (19) jest uruchamiany przez układ

11 krzywkowy napędzany z wału korbowego (13) silnika spalinowego (1).. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 4, w którym rura dolotowa (4) jest kontrolowana za pomocą co najmniej jednego zaworu dolotowego () a zawór kompensacyjny (19) jest napędzany przez krzywkę napędzającą zawór dolotowy (). 6. Kolektor dolotowy (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 3, w którym zawór kompensacyjny (19) jest napędzany przez człon elektryczny () sterowany przez blok sterujący (). 7. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 6, w którym zastosowane są szacunkowe środki pomiarowe, połączone z blokiem sterującym (), do szacunkowego pomiaru ciśnienia wewnątrz rury dolotowej (4); a blok sterujący () steruje otwarciem i zamknięciem zaworu kompensacyjnego (19) na podstawie kątowego położenia wału korbowego (13) silnika spalinowego (1) oraz wielkości ciśnienia wewnątrz rury dolotowej (4). 8. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 7, w którym szacunkowe środki pomiarowe są utworzone przez czujnik ciśnienia (21) umieszczony wewnątrz rury dolotowej (4). 9. Kolektor dolotowy (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 8, w którym silnik spalinowy (1) posiada liczne cylindry (2), każdy połączony z kolektorem dolotowym (3) odnośną rurą dolotową (4); a naczynie powietrzne (16) posiada tylko jeden

12 11 wydrążony korpus (17), który łączy się z kolektorem dolotowym (3) za pomocą pojedynczego zaworu kompensacyjnego (19).. Kolektor dolotowy (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 8, w którym silnik spalinowy (1) posiada liczne cylindry (2), każdy połączony z kolektorem dolotowym (3) odnośną rurą dolotową (4), a naczynie powietrzne (16) posiada tylko jeden wydrążony korpus (17), który łączy się z rurą dolotową (4) poprzez odnośny zawór kompensacyjny (19). 11. Kolektor dolotowy (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 8, w którym silnik spalinowy (1) posiada liczne cylindry (2), każdy połączony z kolektorem dolotowym (3) odnośną rurą dolotową (4), a naczynie powietrzne (16) posiada dla każdej rury dolotowej (4) odnośną drożną komorę (18) połączoną do rury dolotowej (4) odnośnym zaworem kompensacyjnym (19). 12. Kolektor dolotowy (3) według zastrz. 11, w którym naczynie powietrzne (16) posiada pojedynczy wydrążony korpus (17), zawierający liczne, wzajemnie izolowane drożne komory (18). 13. Sposób działania zaworu kompensacyjnego (19) kolektora dolotowego (3) według dowolnego z zastrz. 1 do 12; sposób ten obejmuje następujące czynności: zamknięcie zaworu kompensacyjnego (19) podczas suwu ssania dla cylindra (2); otwarcie zaworu kompensacyjnego (19) natychmiast po 2 zamknięciu zaworu dolotowego () dla cylindra (2), gdy

13 12 następuje wzrost ciśnienia wewnątrz rury dolotowej (4); utrzymanie otwarcia zaworu kompensacyjnego (19) do chwili, gdy ciśnienie wewnątrz rury dolotowej (4) osiągnie maksimum; zamknięcie zaworu kompensacyjnego (19) bezpośrednio po wzroście ciśnienia wewnątrz rury dolotowej (4) do maksimum, dla wytworzenia nadciśnienia w komorze (18); otwarcie zaworu kompensacyjnego (19), gdy ponownie otwiera się zawór dolotowy () na początku następnego suwu ssania cylindra (2), dla wspomagania napełnienia cylindra (2). 14. Sposób według zastrz. 13, w którym zawór kompensacyjny (19) jest zamknięty, gdy wewnątrz rury dolotowej (4) powstanie podciśnienie w wyniku ssania cylindra (2), dla wytworzenia podciśnienia w komorze (18).. Sposób według zastrz. 13 lub 14, w którym zawór kompensacyjny (19) jest otwarty na krótko przed otwarciem zaworu dolotowego (), aby wytworzyć małe nadciśnienie wewnątrz rury dolotowej (4), gdy zawór dolotowy () jest otwarty. MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.p.A. Pełnomocnik:

14

15