FR2709524A1

FR2709524A1 - Double engine brake

Info

Publication number: FR2709524A1
Application number: FR9310442A
Authority: FR
Inventors: Leonard Andre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 1995-03-10

Abstract

The invention relates to the cams of a modular camshaft of a four-stroke combustion engine which are capable of withstanding the loads which, for such a camshaft, are required for opening the valves with full compression, demanded by an engine brake using pressure reduction of air by advancing by approximately 160 DEG the opening of the exhaust valves. The shaft 1 is provided with grooves 2 and 3 having a different directions of twist. The inlet cams are provided with splines able to interact with one category of grooves in the shaft. The exhaust cams are provided with splines able to interact with the other catagory of grooves. The invention is characterised in that the cams are extended by the spacer pieces for spacing the cams (9, 10) apart or by the journals (8) and in that these extensions have splines extending the splines of the inside of the cams.

Description

- Double frein moteur
L'invention se rapporte aux cames d'un arbre à cames modulaire, d'un moteur thermique à quatre temps. aptent à pouvoir supporter les efforts que nécessite pour un tel arbre, l'ouverture des soupapes en pleine compression, que demande un frein moteur à détente d'air par avance de 160 environ de l'ouverture des soupapes d'échappements.- Double engine brake
The invention relates to the cams of a modular camshaft of a four-stroke thermal engine. able to withstand the forces required for such a shaft, the opening of the valves in full compression, as required by an engine brake with air expansion in advance of about 160 from the opening of the exhaust valves.

Le rendement des moteurs thermiques est fortement amputé par l'important couple résistant issu des efforts produit lors des temps de compression. Ces pertes sont toutefois utilisées ou meme exploitées pour ralentir les véhicules dans les descentes. Ces exploitations consistent, pour les plus simples en un volet, apte à obturer l'orifice d'échappement et pour les mieux élaborés, en un dispositif capable d'ouvrir les soupapes d'échappements en fin de compression, pour libérer la pression interne du cylindre et empêcher que cette pression ait un effet moteur pendant la descente du piston, ce qui amoindrit l'effet de ralentissement du aux compressions. Ce dispositif relativement performant n'exploite que les deux premiers temps du cycle. The efficiency of heat engines is greatly reduced by the high resistance torque resulting from the forces produced during compression times. These losses are however used or even exploited to slow vehicles downhill. These operations consist, for the simplest of a flap, capable of closing the exhaust port and for the best developed, in a device capable of opening the exhaust valves at the end of compression, to release the internal pressure of the cylinder and prevent this pressure from having a driving effect during the descent of the piston, which reduces the effect of slowing due to compressions. This relatively efficient device only uses the first two stages of the cycle.

D'autres dispositifs sont basés sur le principe d'avance d'ouverture des soupapes d'échappement pour exploiter les quatre temps du cycle. En avancant la position des cames d'échappement de 160 degrés par rapport au vilebrequin, le cycle se déroulera alors de la façon suivante: a) admission normale par la soupape d'admission; b) compression et ouverture de la soupape d'échappement
juste avant la fin de ce temps pour libérer les gaz et
éviter tout effet moteur; c) maintien de l'ouverture de la soupape d'échappement pen
dant la descente du piston et réaspiration des gaz; d) fermeture de la soupape d'échappement pendant la remonté
du piston et seconde compression dans le cycle; e) libération des gaz de cette seconde compression par
l'ouverture normale de la soupape d'admission.Other devices are based on the principle of advance opening of the exhaust valves to exploit the four cycle times. Advancing the position of the exhaust cams 160 degrees relative to the crankshaft, the cycle will then proceed as follows: a) normal intake by the intake valve; b) compression and opening of the exhaust valve
just before the end of this time to release the gases and
avoid any motor effect; c) maintaining the opening of the exhaust valve pen
during the descent of the piston and gas re-aspiration; d) closing the exhaust valve during reassembly
piston and second compression in the cycle; e) liberation of the gases from this second compression by
normal opening of the intake valve.

Il se produit deux compressions avec liberation des gaz en fin de compression dans le cycle à quatre temps de ce moteur. Ce genre de frein moteur, bien que développant un puissant effet de ralentissement n'a guere été exploité par le fait qu'il faille avoir recours à deux arbres à cames. There are two compressions with release of gases at the end of compression in the four-stroke cycle of this engine. This kind of engine brake, although developing a powerful retarding effect, has hardly been exploited by the fact that it is necessary to have recourse to two camshafts.

Il serait possible d'obtenir l'effet recherché en utilisant un arbre à cames modulaire. Pour ce faire, l'arbre doit etre pourvu de deux catégories de rainures hélicoidales ayant chacune un sens d'enroulement différent. Les cames étant pourvues de cannelures malles, coopérant, pour les cames d'admission avec une catégorie de rainures de l'arbre et pour les cames d'échappement, avec l'autre catégorie de rainures. Un déplacement axial de l'arbre permettrait d'atteindre la modification recherchée de l'épure de distribution. Toutefois, ce genre d'arbre à came, objet du brevet US n 4 522 085, ne serait en mesure de satisfaire à l'accroissement considérable des efforts que nécessite l'ouverture des soupapes en pleine compression. Pour produire de tels efforts et bénéficier d'une bonne stabilité et d'un bon centrage, les cames doivent etre pourvues d'un minimum de trois cannelures hélicoidales. De ce fait, l'arbre disposera de trois rainures hélicoidales enroulées à gauche que croiseront trois rainures enroulées à droite. Compte tenu de ce nombre de rainures qui stentre-croisent, la surface de l'arbre ne sera qu'une succession de croisements. It would be possible to obtain the desired effect by using a modular camshaft. To do this, the tree must be provided with two categories of helical grooves each having a different winding direction. The cams being provided with trunk grooves, cooperating, for the intake cams with one category of shaft grooves and for exhaust cams, with the other category of grooves. Axial displacement of the shaft would make it possible to achieve the desired modification of the distribution diagram. However, this type of camshaft, which is the subject of US Pat. No. 4,522,085, would not be able to satisfy the considerable increase in the forces required to open the valves during full compression. To produce such efforts and benefit from good stability and good centering, the cams must be provided with a minimum of three helical grooves. Therefore, the tree will have three helical grooves wound on the left that will cross three grooves wound on the right. Given this number of grooves which center-cross, the surface of the tree will only be a succession of crosses.

Ces croisements diminuent la longueur de porté utile des rainures de l'arbre et en rapportant leur nombre à la largeur des cames on s'aperçoit que les portées restantes ne peuvent plus supporter les efforts que nécessite une telle réalisation.These crossings reduce the useful bearing length of the grooves of the shaft and by relating their number to the width of the cams it can be seen that the remaining bearing surfaces can no longer withstand the forces that such an embodiment requires.

L'invention vise à allonger considérablement la longueur de portée entre les cames et l'arbre, sans pour autant modifier les dimensions utiles des cames de façon à ce que, meme lorsque la came se trouve à un entre-croisement, la portée des cannelures sera telle qu'elle pourra satisfaire aux exigences mécaniques que nécessite une telle modification du cycle. The invention aims to considerably lengthen the span length between the cams and the shaft, without modifying the useful dimensions of the cams so that, even when the cam is at a crossover, the span of the splines will be such that it can meet the mechanical requirements that such a modification of the cycle requires.

L'invention est caractérisé en ce que les cames d'une catégorie (admission ou échappement selon le choix du constructeur) sont prolongées par un tourillon et les cames de la seconde catégorie sont prolongées, sur leurs deux cotés par les entretoises d'espacement d'entre-cames, et en ce que l'intérieur des tourillons et des entretoises sont pourvus sur toute leur longueur interne, de cannelures hélicoidales prolongeant les cannelures des cames dont elles font parties. The invention is characterized in that the cams of a category (intake or exhaust according to the choice of the manufacturer) are extended by a journal and the cams of the second category are extended, on their two sides by the spacers d 'between cams, and in that the inside of the pins and spacers are provided over their entire internal length, helical grooves extending the grooves of the cams of which they are part.

L'entrainement de l'arbre s'effectue par un pignon relier au vilebrequin. Ce pignon, monté sur l'arbre, coopère avec lui par des cannelures hélicoidales qui épousent les memes rainures de l'arbre qui servent à l'entrainement des cames d'admission. The shaft is driven by a pinion connected to the crankshaft. This pinion, mounted on the shaft, cooperates with it by helical grooves which follow the same grooves in the shaft which serve to drive the intake cams.

Pour augmenter également la longueur de porté de cannelure entre le pignon et l'arbre, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé par le fait que le pignon est prolongé par le premier tourillon lorsque la première came est une came d'échappement, et par le premier tourrillon et la première came lorque celle-ci est une came d'admission et en ce que l'intérieur de ces prolonsont pourvus de cannelures héliciodales prolongeant celles du pignon dont elles font parties. To also increase the length of the groove carried between the pinion and the shaft, a development of the invention which takes this into account is characterized by the fact that the pinion is extended by the first journal when the first cam is a cam exhaust, and by the first swivel and the first cam when this is an intake cam and in that the interior of these extensions are provided with helical grooves extending those of the pinion of which they are part.

L'ensemble formé par toutes les cames et par le pignon d'entrainement ne peut se déplacer axialement et est maintenu à cet effet par le bloc moteur. Seul l'arbre peut etre déplacé axialement. Ainsi en le déplacant axialement pendant la rotation du moteur on obtient les modifications suivantes du cycle: a) une avance angulaire de l'arbre par rapport au pignon
ceci en raison de leur liaison par cannelures
hélicoidales; b) une annulation de cette variation angulaire pour les
cames d'admission en raison du meme sens d'enroulement de
leurs cannelures et de celles du pignon d'entrainement; c) une multiplication de l'avance angulaire pour les cames
d'échappement par le fait du sens inversé de la liaison
hélicoidale entre ces cames et le pignon d'entrainement.The assembly formed by all the cams and by the drive pinion cannot move axially and is held for this purpose by the engine block. Only the shaft can be moved axially. Thus by moving it axially during the rotation of the motor, the following cycle modifications are obtained: a) an angular advance of the shaft relative to the pinion
this due to their spline connection
helical; b) a cancellation of this angular variation for the
inlet cams due to the same winding direction of
their grooves and those of the drive pinion; c) a multiplication of the angular advance for the cams
exhaust by the reverse direction of the connection
helical between these cams and the drive pinion.

Pour déplacer axialement l'arbre afin d'obtenir l'effet de ralentissement recherché, l'invention prévoie un cylindre dans lequel coulisse un piston qui, mu par la pression d'un fluide préalablement commandé par le conducteur, exercera sur l'arbre, un effort suffisant pour le déplacer axialement et provoquer le déplacement angulaire des cames d'échappement nécessaire au fonctionnement du frein moteur. To axially move the shaft in order to obtain the desired slowing effect, the invention provides a cylinder in which slides a piston which, moved by the pressure of a fluid previously controlled by the conductor, will exert on the shaft, sufficient effort to move it axially and cause the angular displacement of the exhaust cams necessary for the operation of the engine brake.

L'invention prévoit un ressort de rappel pour faciliter le retour axial de l'arbre après une période de ralentissement pour le maintenir en position moteur ceci également
pour que, sans reserve de pression de fluide, le moteur
puisse etre mis en route ou etre maintenu en rotation.The invention provides a return spring to facilitate the axial return of the shaft after a period of deceleration to keep it in the motor position this also
so that, without reserve of fluid pressure, the engine
can be started or kept rotating.

Pendant le fonctionnement du frein moteur, les gaz comprimés sont, tour à tour, rejetés dans le collecteur d'admission et dans le collecteur d'échappement pour etre réaspirer par la suite. La réaspiration de l'air au travers du collecteur d'échappement n'étant pas filtrée, pourrait de ce fait entrainer des dégradations du moteur, un développement de l'invention qui en tient compte est carctérisé en ce que la partie amont du collecteur d'admission et la partie aval du collecteur d'échappement sont dotées d'un volet pivotant qui, en ces périodes de freins moteur, osbtrue le passage des gaz, ce qui favorise également leur réaspiration. During the operation of the engine brake, the compressed gases are, in turn, discharged into the intake manifold and into the exhaust manifold to be subsequently sucked up. The re-aspiration of the air through the exhaust manifold not being filtered, could therefore cause damage to the engine, a development of the invention which takes this into account is characterized in that the upstream part of the manifold d 'the intake and the downstream part of the exhaust manifold are fitted with a pivoting flap which, during these periods of engine braking, obstructs the passage of gases, which also promotes their re-aspiration.

Pour assurer une certaine ventilation du moteur en ces périodes de ralentissement, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que les deux volets décrits au paragraphe précédant, sont percés et pourvus d'un clapet qui n'autorise qu'une circulation d'air dans un sens de passage allant de l'admission vers l'échappement. To ensure a certain ventilation of the engine during these periods of deceleration, a development of the invention which takes account of it is characterized in that the two flaps described in the preceding paragraph are pierced and provided with a valve which only authorizes air circulation in a flow direction from the intake to the exhaust.

L'invention s'applique principalement aux moteurs diesel des poids lourds. The invention applies mainly to diesel engines of heavy goods vehicles.

L'invention prévoit selon les besoins ou les dimensions
de l'arbre, qu'il soit pourvu de plusieurs rainures de
chaques catégories coopèrant respectivement avec une ou
plusieurs cannelures de cames.The invention provides according to needs or dimensions
of the tree, that it is provided with several grooves of
each category cooperating respectively with one or
several cam grooves.

On explique maintenant l'invention plus précisément à
propos des dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 représente un arbre à deux catégories de
rainures sur lequel est monté une came et qui montre
la coopération de la cannelure 6 de la came 4 avec une
catégorie de rainure 2 de l'arbre;
la figure 2 est une projection éclatée représentant une
came d'admission et une came d'échappement et qui montre
tout particulièrement les prolongements 8,9 et 10 des
cames 4 et 5 ainsi que les cannelures 6' et 7' de ces
prolongements.The invention is now explained more precisely at
About the attached drawings, in which:
Figure 1 shows a tree with two categories of
grooves on which a cam is mounted and which shows
the cooperation of the groove 6 of the cam 4 with a
groove category 2 of the shaft;
Figure 2 is an exploded projection showing a
intake cam and an exhaust cam and that shows
especially the extensions 8, 9 and 10 of
cams 4 and 5 as well as the splines 6 'and 7' of these
extensions.

la figure 3 est une coupe du pignon d'entrainement de
l'arbre d'une première variante montrant particulièrement
le pignon prolongé par le premier tourrillon et par la première came d'admission ainsi que les cannelures dont est pourvu l'intérieur du tourrillon et de la came; la figure 4 est une coupe du pignon d'entrainement de l'arbre d'une seconde variante et qui montre particulièrement le pignon prolongé seulement par le premier tourrillon et montre également les cannelures dont est pourvu l'intérieur de ce tourrillon.Figure 3 is a section of the drive pinion of
the tree of a first variant showing particularly
the pinion extended by the first swivel and by the first intake cam as well as the grooves which is provided inside the swivel and the cam; Figure 4 is a section of the drive pinion of the shaft of a second variant and which particularly shows the pinion extended only by the first swivel and also shows the grooves which is provided inside this swivel.

Sur la figure 1 on a désigné par 1 l'arbre, par 2 une catégorie de rainure, par 3 l'autre catégorie de rainure, par 4 une catégorie de came coopérant par sa cannelure 6 avec la rainure 3 de l'arbre 1, par 9 un prolongement d'espacement entre la came 4 et le précédant tourrillon 8, par 10 le prolongement d'espacement entre la came 4 et la came 5, par 15 un entre-croisement de deux rainures et par 18 la partie circulaire de la came 4. In FIG. 1, the shaft is designated by 1, by 2 a groove category, by 3 the other groove category, by 4 a cam category cooperating by its groove 6 with the groove 3 of the shaft 1, by 9 a spacing extension between the cam 4 and the preceding trunnion 8, by 10 the spacing extension between the cam 4 and the cam 5, by 15 an intersection of two grooves and by 18 the circular part of the cam 4.

Sur la figure 2 on a désigné par 6 une cannelure de l'intérieur de la came 4, par 6' le prolongement de la cannelure 6 à l'intérieur du prolongement d'espacement 10, par 7 une cannelure de l'intérieur de la came 5, par 7' le prolongement de la cannelure 7 à l'intérieur du tourrillon 8 par 9 l'entretoise d'espacement prolongeant la came 4 entre celle-ci et le précédant tourrillon, par 10 l'entretoise d'espacement prolongeant la came 4 vers la prochaine came 5, par 18 la partie circulaire de la came 4 et par 19 l'entretoise d'espacement entre la came 5 et le tourrillon 8. In FIG. 2, a groove has been designated by 6 inside the cam 4, by 6 ′ the extension of the groove 6 inside the spacing extension 10, by 7 a groove from the interior of the cam 5, by 7 ′ the extension of the groove 7 inside the swivel 8 by 9 the spacer spacer extending the cam 4 between it and the preceding swivel, by 10 the spacer spacer extending the cam 4 to the next cam 5, through 18 the circular part of the cam 4 and through 19 the spacer between the cam 5 and the swivel 8.

Sur la figure 3 on a désigné par 11 le pignon d'entrainement de l'arbre, par 12 la denture du pignon 11, par 13 le premier tourrillon de l'arbre, par 14 la première came de l'arbre qui est une came d'admission reliée au tourrillon 13, lui-meme relié au pignon 11, par 17 les cannelures de l'intérieur du pignon 11, prolongées par les cannelure 17' à l'intérieur du tourrillon 13 et de la came 14. In FIG. 3, the shaft drive pinion is designated by 11, the pinion teeth 11 by 12, the first shaft swivel by 13, the first shaft cam which is a cam by 14 inlet connected to the journal 13, itself connected to the pinion 11, by 17 the grooves inside the pinion 11, extended by the grooves 17 'inside the journal 13 and the cam 14.

Sur la figure 4 on a désigné par 11 le pignon d'entrainement de l'arbre, par 12 la denture du pignon 11, par 13 le premier tourrillon de l'arbre, par 17 les cannelures de l'intérieur du pignon 11 prolongées jusqu'en 17' à l'intérieur du tourrillon 13. In FIG. 4, the shaft drive pinion has been designated by 11, the pinion teeth 11 by 12, the first shaft swivel by 13, by 17 the grooves inside the pinion 11 extended to 'in 17' inside the swivel 13.

Les cannelures 17 prolongées jusqu'en 17' coopèrent avec les rainures de l'arbre qui sont réservées aux cames d'admission. The grooves 17 extended to 17 'cooperate with the grooves of the shaft which are reserved for the intake cams.

Claims

- R E V E N D I C A T I O N S

1. Modular camshaft comprising a shaft (1) provided with two categories of helical grooves with different winding directions (2 and 3), and cams (4 and 5), mounted on this shaft and provided with helical grooves ( 6 and 7) cooperating, for the intake cams with one category of grooves and for the exhaust cams with the other category of grooves, characterized in that each cam of a category (5) is extended by one swivel (8) and each cam of the other category (4) is extended by the spacers between the cams (9 and 10) and in that the interior of these extensions are provided with grooves (6 ' and 7 ') themselves extending the grooves (6 and 7) of the cams to which they are attached.

2. Modular camshaft according to claim 2 characterized in that the interior of the shaft drive pinion is provided with helical grooves (17) identical to the grooves of the intake cams

3. modular camshaft according to claim 2 characterized in that the pinion (11) is extended by a swivel (13) according to a variant or is extended by a swivel (13) and an intake cam ( 14) according to another variant and in that this swivel (13) and this cam (14) are provided with helical grooves (17 ') extending the grooves (17) of the pinion (11).