DK149409B - Forbraendingsmotor med motorbremseudstyr af kompressionsaflastningstypen - Google Patents

Description

149409

Den foreliggende opfindelse angår en forbrændingsmotor med motorbremseudstyr af kompressionsaflastningstypen og i Øvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne art.

I mange år har det været erkendt, at køretøjer, og især last-05 biler, forsynet med forbrændingsmotorer af Otto- eller Diesel-typen, bør være forsynet med motorbremseudstyr til at supplere de sædvanlige hjulbremser. Grunden hertil er, at et tungtlastet køretøjs bevægelsesmængde let overstiger hjul bremsesystemets kapacitet med hensyn til kontinuerlig bremsning ved kørsel ned ad en lang hæld-10 ning. En indikation af dette forhold er den velkendte ''fading" af hjulbremserne, der er resultatet af overopvarmning af bremsebelæg-ningerne og -tromlerne. Overdrevet opvarmning kan forårsage vedvarende skade på bremsebelægningen og -tromlen, eller endog ødelæggelse deraf.

15 Forskellige typer af motorbremseudstyr er blevet udviklet, om fattende hydrokinetiske bremser, elektriske bremser, kompressionsaflastningsmotorbremser og udstødningsbremser. Hver af disse motorbremsetyper er beskrevet i bogen "Retarders for Commercial Vehicles" udgivet af Mechanical Engineering Publications, Ltd.

20 (London, 1974).

Den foreliggende opfindelse angår en motor med motorbremseudstyr af kompressionsaflastningstypen, hvormed motoren midlertidigt og sædvanligvis under afbrydelse af brændstoftilførslen omdannes ti! en kompressor ved åbning af udstødningsventilerne nær 25 ved slutningen af motorens kompressionsslag. Ved således at åbne for udstødningsventilerne uden for den sædvanlige takt bortledes den energi, der er anvendt til at komprimere luft i cylinderen, gennem udstødningssystemet i stedet for at blive genindvundet under arbejdsslaget i cylinderen. Denne energi, der betegnes som 30 den retarderende eller bremsende effekt, kan være en betydelig del af den effekt, der sædvanligvis udvikles af motoren under normal drift med brændstoftilførsel, og er effektiv som et supplerende bremsesystem.

For at bringe den bremseeffekt, som kan udvikles fra en for-35 brændingsmotor, op på et maksimum er det nødvendigt, at der indtages en størst mulig luftmasse i cylinderen, og at udstødsventilerne åbnes i et optimalt punkt tæt ved stemplets topdødpunktstilling 149409 2 i motorcylinderen. Når cylindertrykket er højt, er en stor kraft nødvendig for at åbne udstødsventilerne, og det problem, som opstår ved brug af store kræfter for at åbne udstødsventilerne, er den resulterende elastiske deformation af de komponenter, som ud-05 gør udstødsventilmekanismen, og af komponenter, som indgår i kom-pressionsaflastningsbremseudstyret.

Elastisk deformation af motor komponenterne, specielt stødstængerne, bevirker en forøgelse af dødgangen i udstødsventilmekanismerne og fremkalder dermed både en forsinkelse af udstødsven-10 tilens åbning og en forkortelse af den tid, hvori ventilen er åben, og begge disse forhold bevirker et tab i den opnåelige bremseef-fekt. Elastisk deformation kan formindskes eller fjernes delvis ved brug af materialer af høj styrke eller ved at forøge størrelse og vægt for de aktuelle komponenter. Dette bevirker imidlertid ikke 15 blot en forøgelse af motorens og bremsesystemets pris, men har også en uheldig indvirkning på motorens ydelse under almindelig drift med brændstoftilførsel.

Et Jacobs motorbremseudstyr af den her aktuelle type er beskrevet nærmere på siderne 23-30 i den ovenfor nævnte publikation 20 "Retarders for Commercial Vehicles" og er desuden beskrevet i USA patentskrift nr. 3.220.392. Dette kendte udstyr, der indbygges i motorer med to eller flere udstødsventiler for hver cylinder, fremkalder åbning af disse udstødsventiler under motorbremsning.

I motoren ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i den 25 kendetegnende del af krav 1 angivne, sker der derimod kun åbning af den ene af flere udstødsventiler under motorbremsning. Det har således vist sig, at der derved - i forhold til det netop omtalte Jacobs udstyr - opnås en væsentlig forøgelse af den bremsende effekt, og samtidig med denne bremseeffektforøgelse opnås også en 30 væsentlig formindskelse af de observerede driftstryk i det hydrauliske system. Dette bevirker en tilsvarende mindre totalbelastning på bremseudstyret og motorens dele, og dermed formindskes de elastiske deformationer heri, således at de ovenfor omtalte tab i opnåelig bremseeffekt kan undgås eller formindskes.

35 I det følgende skal opfindelsen beskrives nærmere under hen visning til tegningen, hvor figur 1 er en skematisk og fragmentarisk skitse delvis i snit 149409 3 og visende en forbrændingsmotor med en kompressionsaflastningsmotorbremse, der virker på et tværstykke for dobbeltudstødsventiler i overensstemmelse med kendt teknik, figur 2 et fragmentarisk snitbillede visende en kompressionsaf-05 lastningsmotorbremse i overensstemmelse med opfindelsen, der virker på den ene af to udstødsventiler, figur 3 et fragmentarisk snitbillede i større malestok af den i figur 2 viste udstødsventil konstruktion med tværstykke, figur 4 et fragmentarisk snitbillede af en modificeret slave-10 stempel- og tværstykkekonstruktion i overensstemmelse med opfindelsen, og figur 5 et fragmentarisk snitbillede af et slavestempel i en yderligere modifikation af slavestempel- og tværstykkekonstruktionen i overensstemmelse med opfindelsen.

15 Der henvises først til tegningens figur 1, som skematisk illu strerer en forbrændingsmotor 10 med en oliesump 12, der om ønsket kan være motor krumtaphuset, samt et hus 14 for en kompressionsaflastningsmotorbremse. Som det er sædvanligt i kommercielle motorer af Otto- eller Diesel-type, der er udstyret med kompressionsaflast-20 ningsbremser, er hver cylinder forsynet med to udstødsventiler 16, der er bragt til sæde i topstykket for motoren 10, således at de skaber forbindelse imellem motorens forbrændingskammer og udstødsmanifold (ikke vist).

Hver udstødsventil 16 indeholder en ventilspindel 18 og er for-25 synet med en ventilfjeder 20, der forspænder ventilen 16 i retning mod den normalt lukkede stilling. Et tværstykke 22 er monteret på en tap 24 med henblik på frem- og tilbagegående bevægelse i retning parallelt med akserne for ventilerne 16. Tværstykket 22 er forsynet med en indstillingsskrue 26, der ligger ud for spindelen 30 i den ene af ventilerne 16, for at sætte tværstykket i stand til at påvirke begge ventiler samtidigt.

Tværstykket aktiveres af en udstødsventilvippearm 28, der er monteret til at udføre vippebevægelse på motorens topstykke. En sådan vippebevægelse overføres til vippearmen 28 af en stødstang 35 30 igennem en indstillingskrue 32, som er indsat i den ene ende af vippearmen 28 og er fastlåst i den indstillede position af en låsemøtrik 34. Stødstangen tildeles en taktstyret lodret frem- og tilbage- 149409 4 gående bevægelse af knastakslen (ikke vist) i motoren 10. Vippearmen 28 er vist delvis i figur 1 for at antyde, at stødstangen 30 er knyttet til en anden cylinder i motoren 10 end den cylinder, hvortil udstødsventilerne 16 hører.

05 For hver cylinder i motoren indeholder kompressionsaflast ningsmotorbremsen en magnetventil 36, en styreventil 38, et masterstempel 40 og et slavestempel 42 samt passende hydraulisk og elektrisk tilbehør som beskrevet i det følgende. Som bekendt er ventilstyringen i mange motorer indrettet således, at udstødsstødstangen 10 for en cylinder vil påbegynde sin bevægelse på det tidspunkt, hvor kompressionsaflastningsbremsen skal virke på en anden cylinder. Eksempelvis i Mack 673 motoren er master- og slavestemplernes anbringelser som vist i nedenstående tabel 1.

15 Tabel 1

Anbringelse af masterstempel Anbringelse af slavestempel

Stødstang nr. 1 Udstødsventil nr. 3

Stødstang nr. 5 Udstødsventil nr. 6

Stødstang nr. 3 Udstødsventil nr. 2 20 Stødstang nr. 6 Udstødsventil nr. 4

Stødstang nr. 2 Udstødsventil nr. 1

Stødstang nr. 4 Udstødsventil nr. 5

Til motorer med kompressionstænding, såsom Cummins motoren, 25 der har tre knaster, kan brændstofinjektorens stødstang anvendes som bevægelseskilde, idet tidsstyringen for brændstofindsprøjtningen svarer til tidsstyringen eller takten for kompressionsaflastningsbremsen for den samme cylinder.

Som vist i figur 1 indeholder kompressionssaflastningsmotor-30 bremsen en lavtrykskanal 44 imellem sumpen 12 og en indløbsport 46 til magnetventilen 36, der er anbragt i huset 14. En lavtrykspumpe 48 kan være indsat i kanalen 44 for at levere olie eller hydraulflui-dum til magnetventilen 36. Magnetventilen 36 er en tovejsventil, som ud over indløbsporten 46 har en udløbsport 50 samt en returport 35 52, der skaber forbindelse tilbage til sumpen 12 igennem en returkanal 54. Magnetventilens glider 56 er normalt forspændt af en fjeder 58, således at indløbsporten 46 lukkes, og således at olie eller hydraul- 149409 5 fluidum kan strømme fra udløbsporten 50 og til returporten 52. I aktiveret tilstand driver ventilens spole 60 ventilglideren 56 imod forspændingen fra fjederen 58, således at returporten 52 lukkes, og således at olie eller hydraulfluidum kan strømme fra indløbsporten 05 46 og til udløbsporten 50.

Styreventilen 38, der også er anbragt i bremsehuset 14, har en indløbsport 62, der står i forbindelse med magnetventilens udløbsport 50 igennem en kanal 64. En styreventilglider 66 er monteret til frem- og tilbagegående bevægelse inden i styreventiien 38 og 10 er forspændt af en kompressionsfjeder 68. Glideren 66 er forsynet med en indløbsport 70, der normalt er lukket af en fjederforspændt kuglekontraventil 72, og en udløbsport 74, der indeholder et ringformet spor på den udvendige overflade af glideren 66. Styreventilen 38 har også en udløbsport 76, som igennem en kanal 82 star i 15 forbindelse med indløbsporten 78 til slavecylinderen 80, der er anbragt i huset 14. Når olie eller hydrauilfluidum strømmer ind i styreventilen 38, bevæge ventilglideren 66 sig, indtil udløbsporten 74 i glideren 66 ligger ud for udløbsporten 76 i styreventilen 38. Derefter åbner kontraventilen 72 sig for at tillade, at olie eller hydraul-20 fluidum strømmer igennem styreventilen og ind i slavecy I inderen 80.

Et slavestempel 42 er monteret til frem- og tilbagegående bevægelse inden i slavecylinderen 80 og er forspændt imod et indstilleligt stop 84 ved hjælp af en fjeder 86, der virker imod en holder 88, som er monteret i huset 14. En forlængelse 90, der er fastgjort 25 til slavestemplet 42, er indrettet til indgreb med tværstykket 22.

En frigang på eksempelvis 0,45 mm kan være frembragt imellem tværstykket 22 og forlængelsen 90, når motoren er kold og slavestemplet 42 ligger an mod det indstillelige stop 84.

En udløbsport 92 i slavecylinderen 80 står i forbindelse med en 30 mastercylinder 94, der er udformet i huset 14, igennem en kanal 96. Masterstemplet 40 er monteret til frem- og tilbagående bevægelse inden i mastercylinderen 94. Den yderste ende af masterstemplet 40 ligger ud for den ene ende af indstillingsskruen 32 og er svagt forspændt imod denne indstillingsskrue 32 ved hjælp af en bladfjeder 35 98.

Styrekredsløbet indeholder i serie køretøjsbatteriet 100, en smeltesikring 102, en manuel kontakt 104, en koblingskontakt 106, 149409 6 en brændstofpumpekontakt 108, magnetventilspolen 60 og stel eller jord 110. En diode 112 er fortrinsvis indsat imellem brændstofpum-pekontakten 108 og stel 110. Kontakterne 104, 106 og 108 giver operatøren mulighed for at afbryde bremsen helt, når dette ønskes, at 05 hindre brændstoftilførsel til motoren, når kompressionsaflastningsbremsen er i funktion, og at forhindre, at kompressionsaflastningsbremsen fungerer, hvis koblingen bliver rykket ud.

Når magnetventilen 36 åbnes, kan olie eller hydraulfluidum strømme igennem magnetventilen og styeventilen 38 og ind i slavecy-10 linderen 80 samt mastercylinderen 94. Den første eller indledende strøm af olie eller hydraulfluidum sker ved et forholdsvis lavt tryk, men olie eller hudraulfluidum, som passerer igennem styreventilen 38, er hindret i at strømme tilbage af kontraventilen 72. Når masterstemplet 40 drives opad af stødstangen 30, sættes det hy-15 drauliske kredsløb under tryk, og slavestemplet 42 drives nedad.

Den nedadrettede bevægelse af slavestempiet 42 overføres igennem forlængelsen 90 og tværstykket 22, således at ventilerne 16 åbnes.

Sålænge magnetventilen 36 er aktiveret, vil styreventilglideren 66 forblive i dens øverste stilling, hvor gliderens udløbsport 74 lig-20 ger ud for udløbsporten 76 i styreventilen 38. Under disse forhold kan ekstra olie eller hydraulfluidum strømme ind i slavecylinderen 40 og i mastercylinderen 94, men strømning i modsat retning er forhindret. Den hydrauliske højtrykskreds er således fastholdt i driftstilstanden, og bevægelsen af masterstemplet 40 vil bliver overført til 25 slavestemplet 42 igennem den hydrauliske højtrykskreds.

Nar spolen 60 er afbrudt, vil magnetventilg I ideren 56 imidlertid bevæge sig og åbne forbindelsen imellem udløbsporten 50 og returporten 52 i magnetventilen. I dette tilfælde vil olie eller hydraulfluidum i styreventilen 38 strømme tilbage mod sumpen, og styre-30 ventilglideren 66 vil blive bevæget nedad af fjederen 68. Når styreventilglideren 66 er i sin uvirksomme stilling, vil styreventilens udløbsport 76 være frilagt, og olie eller hydraulfluidum ? slavecylinderen 80 og i mastercylinderen 94 kan stødes forbi styreventilglideren 66 og tilbage til sumpen 12 igennem ikke viste kanaler.

35 Som bemærket ovenfor, virker det i forbindelse med figur 1 beskrevne kompressionsaflastningsbremsesystem på begge udstøds-ventiler 16 for hver cylinder i motoren 10. Under forsøg udført med 149Λ09 7 et sådant system blev det konstateret, at trykket i det hydrauliske system kom op på et så højt niveau som ca. 442,9 kp/cm , når der blev udviklet en bremsende effekt på 260 hk. Selv om det er nødvendigt at åbne begge udstødsventiler, når motoren arbejder med 05 brændstoftilførsel, har det vist sig i overensstemmelse med opfindelsen, at det kun er nødvendigt at åbne den ene ud stød s venti I, når kompressionsaflastningsbremsen sættes i funktion. Til dette formål blev kompressionsaflastningsbremsens slavestempel og motorens ventiltværstykke omdannet således, at kun den ene udstøds-10 ventil ville blive åbnet, når kompressionsaflastningsbremsen blev sat i funktion, mens begge udstødsventiler blev betjent på den normale måde, når motoren blev tilført brændstof.

Med denne modifikation er trykket i det hydrauliske system kun ca. 175,8 kp/cm , når kompressionsaflastningsbremsen frem-15 bringer en bremsende effekt på 260 hk. Endvidere vil trykket i det hydrauliske system kun stige til ca. 228,5 kp/cm , når kompressionsaflastningsbremsen frembringer en bremsende effekt på 439 hk.

Mens den bremsende effekt er forøget med ca. to tredjedele, er det resulterende tryk således formindsket til ca. halvdelen. Formind-20 skelsen i det hydrauliske tryk betyder, at belastningen på motorens forskellige dele og på kompressionsaflastningsbremsens komponenter er formindsket væsentligt med en tilsvarende formindskelse i den elastiske deformation af motorens og bremsens forskellige komponenter. I realiteten bliver bremsesystemet og udstødsventilmekanismen 25 stivere. Et mål for denne stivhedsforøgelse er, at ventilerne åbner 24° før topdødpunktet, når begge udstødsventiler betjenes af kompressionsaflastningsbremsen, som det er tilfældet i den kendte teknik. Når systemet er modificeret i overensstemmelse med opfindelsen, således at der kun åbnes én ud stød s venti I, blev det imidlertid 30 konstateret, at ventilen åbner 29° før motorstemplets topdødpunkt. Stivhedsforøgelsen bidrager også til at formindske belastningen, idet kompressionsgraden indvendigt i cylinderen er formindsket.

Der henvises nu til figur 2, som illustrerer en udførelsesform for opfindelsen indeholdende en Jacobs kompressionsaflastningsbrem-35 se, der er modificeret til brug sammen med en modificeret Cummins dieselmotor. Motoren 114 indeholder de originale udstødsventiler med ventilspindler 118 og forspændt af ventilfjedre 120. Tværstykket 122 149409 8 er monteret til lodret frem- og tilbagegående bevægelse pi en tap 124. En olieaflastningspassage 126 er udformet i tværstykket 122. Tværstykket drives normalt, når motoren arbejder med brændstoftilførsel, ved hjælp af udstødsventilvippearmen 128, der er monteret 05 p| en vippearmsaksel 129. Udstødsstødstangen 130 driver vippearmen 128 igennem en indstillingsskrue 132, der er fastlåst i den indstillede position ved hjælp af en låsemøtrik 134. Kompressionsaflastningsbremsens hus 136 er anbragt over motoren 114 ved hjælp af et afstandsstykke 138. Slavestemplet 140 er monteret inden i slavecy-10 linderen 142 og er anbragt således, at det er i det væsentlige parallelt med og fortrinsvis koaksialt med spindelen 118 på den ene af udstødsventilerne. Slavestemplet 140 er forspændt i retning opad imod et indstilleligt stop 144 ved hjælp af en fjeder 146, der virker mod en plade 148, som er anbragt inden i slavecylindren 142 ved 15 hjælp af en snapring 150.

En hul indstillingsskrue 152 er indskruet i tværstykket 122 og er fastlåst i den indstillede position ved hjælp af en låsemøtrik 154.

Den hule indstillingsskrue 152 er anbragt parallelt med og fortrinsvis koaksialt med aksen for ventilspindelen 118. Som det vil fremgå, 20 vil begge ventilspindler 118 blive drevet nedad, hvergang tvær stykket 122 bliver betjent af vippearmen 128, idet ventilspindelen 118 til venstre i figur 2 bliver drevet, når den ringformede ende af skruen 152 er i kontakt med og driver spindelen. For at bevæge kun den venstre ventilspindel 118 under kompressionsaflastnings-25 bremsens funktion, er der indrettet en drivtap 156, som er indrettet til at glide koaksialt inden i den hule indstillingsskrue 152, og denne drivtap forløber opad til i nærheden af den nederste ende af en forlængelse 158 af slavestemplet 140. Som det vil fremgå, bevirker en nedadrettet bevægelse af slavestemplet 140, at tappen 30 156 bevæger sig aksialt og kun driver den venstre ventilspindel 118 nedad, hvorved kun den ene af de to udstødsventiler bliver åbnet i stedet for begge ventiler, således som det sker.ved bevægelse af vippearmen 128. Selv om tappen 156 er blevet beskrevet som adskilt fra ventilspindelen 118, kan tappen 156 også være udformet i ét 35 med ventilspindelen 118, men med mindre diameter.

Figur 3 viser i større målestok detaljer i tværstykket 122, den hule indstillingsskrue 152 samt tappen 156. Som det vil fremgå, "·* 9 148409 fungerer tværstykket 122 på normal måde til åbning af begge udstødsventiler, når tværstykket betjenes af vippearmen 128, hvorimod kun den ene udstødsventil åbnes, nar kompressionsaflastningsbremsen fungerer.

05 Figur 4 viser i større målestok en modifikation af udførelses formen i figur 2. Dele, som er fælles for de to udførelsesformer, har samme henvisningstal. En drivtap 156' er ved den nederste ende forsynet med en krave 160, som tjener til at hindre tappen 156' i at bevæge sig opad, hvorimod tappen kan fungere på samme 10 måde som tappen 156. Slavestemplet 140' er forsynet med spalter 162, der ligger ud for hinanden langs en diameter for stemplet 140'.

En stift 164 er indsat i en boring 166, som er udformet i huset 136, og er holdt på plads af en indstillingsskrue 168. Stiften 164 kan have et plant område 170, som er udformet på den ene side for at 15 gå i indgreb med fjederen 146'. En prop 172 kan være drevet ind i den åbne ende af slavestemplet for at tjene som en stødflade til at drive tappen 156'. Det vil fremgå, at en lille frigang er frembragt imellem proppen 172 og den øverste ende af tappen 156' for at tillade varmeudvidelse af udstødsventilspindelen 118.

20 En yderligere modifikation af opfindelsen er illustreret i figur 5, hvor dele, som er fælles for figurerne 2, 3 og 4, har samme henvisningstal. I denne udførelsesform indeholder de midler, hvormed kun den ene af de to udstødsventiler åbnes, et rørformet legeme 176 med en drevet kravedel 176a og med en herfra forsat driv-25 ende kravedel 176b, som er parallel med slavestemplet 140" og med spindelen 118 på den ene af udstødsventilerne. En indstillingsskrue 152', som også er parallel med slavestemplet 140" og med spindelen 118 for den ene af udstødsventiierne, er fastlåst i den indstillede position ved hjælp af en låsemøtrik 154. Det rørformede legeme 176 30 er i glidende indgreb med en rørformet del af tværstykket 174, og er drevet af tværstykket 174 igennem kravedelen 176a. Slavestemplet 140" er forsynet med et skørt 178, som er indrettet til at gå fri af indstillingsskruen 152' og låsemøtrikken 154, således at skørtet går i indgreb med og driver kraven 176b på det rørformede legeme 35 176. Når slavestemplet 140" aktiveres, vil det således kun åbne den ene af udstødsventilerne, men vippearmen 128 vil drive både tværstykket 174 og det rørformede legeme 176 på en sådan måde, at

Claims (3)

149409 begge udstødsventiler åbnes. Pi grund af det lavere hydrauliske tryk og de lavere belastninger, som optræder i et kompressionsaflastningsbremsesystem ifølge opfindelsen, kan der anvendes komponenter med mindre styrke, 05 hvilket medfører besparelser i bremsens pris, og samtidigt opnås en forøgelse af den effektive bremsende effekt af størrelsesordenen 50%. 10 PATENTKRAV

1. Forbrændingsmotor med motorbremseudstyr af kompressionsaflastningstypen til frembringelse af bremseeffekt, hvilken motor indeholder i det mindste to udstødsventiler (118) knyttet til hver motorcylinder, vippearmsmekanismer (128) i forbindelse med hver 15 cylinder, et tværstykke (122 eller 174) indsat imellem hver vippearmsmekanisme (128) og nævnte udstødsventiler (118), og som er indrettet til samtidig aktivering af udstødsventiler for en given cylinder under motorens normale udstødsperiode, samt et hydraulisk aktiveret frem- og tilbagegiende stempelorgan (140, 140' eller 20 140"), KENDETEGNET ved, At der mellem det hydraulisk aktiverede stempelorgan og kun den ene af nævnte udstødsventiler (118) er anbragt en transmissionsindretning (156, 156' eller 176) med mindst et anslagstrin, som er indrettet til kun at åbne den pågældende ene udstødsventil (118) ved aktivering af stempelorganet under brems-25 ning.

2. Motor ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, AT stempelorganet (140, 140' eller 140") er indrettet og arrangeret til at bevæge sig frem og tilbage i det væsentlige parallelt med nævnte ene udstødsventil (118).

3. Motor ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, AT en hul indstillingsskrue (152) er indskruet i tværstykket (122) .i det væsentlige parallelt med nævnte ene udstødsventil og har en ringformet endeflade, og AT nævnte transmissionsindretning omfatter en drivtap eller stift (156 eller 156'), som er indsat glidende i den 35 hule indstillingsskrue (152), og hvis ene ende er indrettet til anslag mod stempelorganet (140), mens den anden ende er indrettet til at påvirke nævnte ene udstødsventil.