HU221875B1

HU221875B1 - Szelepvezérlő belső égésű motorhoz

Info

Publication number: HU221875B1
Application number: HU0002260A
Authority: HU
Inventors: Attila Püski
Original assignee: Attila Püski
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2003-02-28
Also published as: HUP0002260A2; WO2001096715A1; AU2001269345A1; HU0002260D0

Abstract

A találmány tárgya szelepvezérlő (1) belső égésű motorhoz, melyszerkezetben a szelepszárhoz (21) szelepemelő tőke vagy himba (22)illeszkedik, melyhez a motorszelepet működtető elrendezésben lévőszabályozóelem (8) csatlakozik. A találmány szerinti szelepvezérlőre(1) jellemző, hogy a szabályozóelemen (8), melynek ferde vezérlőélbenvégződő alsó része oldalablakkal ellátott hidraulikus hengerben (30)mozgódugattyúként van kiképezve, fogaskoszorú (15) van kialakítva,melyhez szervomotorral (12) vezérelt, lineáris mozgású fogasléc (11)kapcsolódik. ŕ

Description

Szelepvezérlő belső égésű motorhoz, mely szerkezetben a szelepszárhoz szelepemelő tőke vagy himba illeszkedik, melyhez a motorszelepet működtető elrendezésben lévő szabályozóelem csatlakozik.

A modem gépkocsik működése magas szintű technikával, belső ellenőrző szerkezetekkel és visszacsatolásokkal van kialakítva, mint például az US 5,957.097 lajstromszámú szabadalmi leírás szerinti megoldásnál. A motor gazdaságos és hatékony működése megkívánja, hogy a különböző terhelésű és az eltérő forgalomdinamikai viszonyok között is a motor mindig a szükséges teljesítményt adja le, az ehhez szükséges lehető legkevesebb üzemanyagot fogyassza, és környezetszennyezése minimális legyen. Ilyen megoldás ismerhető meg az US 5,881.690 lajstromszámú szabadalmi leírás szerinti megoldásból. Ennek megvalósításához az autómotor-gyártó cégek arra törekszenek, hogy a motorhengerekbe mindig az éppen szükséges üzemanyagmennyiség kerüljön, ott tökéletesen elégjen, és a robbanás a dugattyú optimális helyzetében következzék be. (US 5,904.124) E feladatok megoldásának egyik legfontosabb feltétele a szelepek helyes vezérlése: nyitásuk és zárásuk a megfelelő időpontokban, és az éppen szükséges nyílásmérettel. A motor optimális üzemelésének tehát követelménye a hengerek szelepeinek helyes vezérlése. A tökéletes égés csak a motor részeinek működése közötti tökéletes összhang esetében lehetséges. Ezek egyike a hengerek szívó- és kipufogóoldali szelepeinek kellő időpontban, a megfelelő méretűre nyitása, és a kellő időtartamig, de csak addig(l), nyitva tartása. Alacsony fordulatszámon elegendő kevesebb üzemanyag, de azt tökéletesen el kell égetni. Ennek érdekében kis szelepnyílás kívánatos, hogy a hengerben kellő turbulencia alakuljon ki. Nagy fordulatszámnál a szükséges sok üzemanyaghoz nagy szelepnyílás kell. A HONDA autógyár, közismerten, rövidebb lökethossz mellett nagyobb hengerátmérőt és nagyobb átmérőjű szelepeket alkalmaz. A ma már általánosnak mondható hengerenkénti két szívó- és két kipufogószelep alkalmazásával kis fordulatszámnál a szeleppámak csak az egyik szelepét nyitja ki, nagy fordulatszámnál mindegyiket. Ez a megoldás nem biztosít fokozatmentes szelepnyitást. Más megoldás szerint a szelepnyitást egy hidraulikusan vezérelt dugattyú végzi, melynek nyomását egy másik dugattyú biztosítja, melyet a vezérműtengely működtet. A nyomás leejtésével, mely egy elektrohidraulikus szeleppel lehetséges, megszabható a henger szelepei nyitásának mértéke. E megoldással fokozatmentes szabályozás lehetséges. A fordulatszámhoz való alkalmazkodást a vezérműtengely két darabjának egymáshoz képest történő adott szögű elfordításával érik el. A motor működése befolyásolásának további ismert módszere magas fordulatszámnál a szívó- és kipufogóperiódusok részbeni átfedése, ami a beszívást intenzifikálja a kiáramló véggázok szívó hatása folytán. Kis fordulatszámnál ez a módszer hátrányos, ezért, a vezérműtengely szögelfordítását csak magas fordulatszámnál alkalmazzák. Ennek több variációja is ismert. Az ALFA ROMEO gyár csak a szívóvezérmű-tengelyt fordítja el két fokozatban, a TOYOTA szintén, de fokozatmentesen, a BMW mind a szívó-, mind a kipufogóvezértengelyt.

Az ismert megoldások nem biztosítják a tökéletes alkalmazkodást a gépkocsi menettulajdonságaihoz és a motor működési paramétereihez, továbbá a modem gépkocsikra jellemző bonyolult szerkezetet még további alkatrészekkel és berendezésekkel szaporítják. Ez drágítja az autó eladási árát, növeli a hibalehetőséget, és nehezíti a javítást.

A találmány célja olyan szelepvezérlés kifejlesztése, mely a gépkocsi meglévő belső vezérlésére, paraméterérzékelőinek adataira épül, kiküszöböli a korábbi hátrányokat, és egy berendezésen belül, egymással összhangban szabályozza a szelepnyitás időpontját, időtartamát és a nyílás méretét.

A találmányt megalapozó felismerés, hogy az ismert motorelrendezések lényegesen egyszerűsíthetek a vezérműtengely(ek) elhagyásával, s ugyanakkor egyazon szerkezettel egyszerűen szabályozható a hengerszelep nyitásának mindhárom lényeges paramétere: a megnyitás időpontja, a nyitva tartás időtartama és az áramlási keresztmetszet mérete.

A találmány szerinti felismerés szerint egy oldalablakos hidraulikus hengerben mozgódugattyú elmozdulásának mértéke, mely természetszerűleg mindig csak az oldalablakig történhet, megszabja a hengerszelep emelésének, azaz átáramlási keresztmetszetének a mértékét. Ha a dugattyú alját úgy képezzük ki, hogy a dugattyút saját tengelye körül elfordítva más-más állásban különböző elmozdulási hossznál érje el az oldalablakot, a hengerszelep emelési magasságának fokozatmentes szabályozáshoz jutunk.

A találmányt megalapozó felismerés, hogy a hidraulikus szabályozás az emelési magasságot meghatározó szerkezetben egyszersmind nagyon egyszerűen lehetővé teszi a hengerszelep megnyitási időpontjának és nyitvatartási időtartamának a motor mindenkori működési állapotához igazodó szabályozását. E felismerés azt jelenti, hogy a hengerszelepek optimális működéséhez szükséges mindhárom paramétert egyazon szerkezettel lehet szabályozni.

Az elmondott feltalálói felismerések alapján a kitűzött célnak eleget tevő megoldás szelepvezérlő belső égésű motorhoz, mely szerkezetben a szelepszárhoz szelepemelő tőke vagy himba illeszkedik, melyhez a motorszelepet működtető elrendezésben lévő szabályozóelem csatlakozik. A találmány szerinti szelepvezérlő azzal jellemezhető, hogy a szabályozóelemen, melynek ferde vezérlőéiben végződő alsó része oldalablakkal ellátott hidraulikus hengerben mozgódugattyúként van kiképezve, (külső fogazású) fogaskoszorú van kialakítva, melyhez szervomotorral vezérelt, lineáris mozgású fogasléc kapcsolódik.

A találmány szerinti szelepvezérlő előnyösen azzal jellemezhető, hogy hidraulikus rendszere a forgattyús tengelyről meghajtott nagynyomású szivattyúval van felszerelve.

A találmány szerinti szelepvezérlő előnyösen azzal is jellemezhető, hogy a nagynyomású szivattyú szívóoldala, a nyomásközlő közeggel történő ellátáshoz, a mo2

HU 221 875 Β1 torolajteknővel, vagy adott esetben egy külön szervoolajtartállyal van összekötve.

A találmány szerinti szelepvezérlő előnyösen még azzal jellemezhető, hogy a hidraulikus rendszer egymástól, célszerűen elektronikusan vezérelt, szeleppel(ekkel) elválasztott nagynyomású és kisnyomású szakaszokból áll.

A találmány szerinti szelepvezérlő előnyösen még azzal is jellemezhető, hogy az oldalablakhoz csatlakozó kisnyomású szakaszban nyomásérzékelő van.

A találmány szerinti szelepvezérlő előnyösen azzal jellemezhető, hogy a nagynyomású és kisnyomású szakaszokat nyomásszabályzó, illetve nyomástartó szeleppel lezárt visszafolyó köti össze az olajteknővel.

A találmány szerinti szelepvezérlő nyomástartó szeleppel ellátott előnyös kiviteli alakja azzal jellemezhető, hogy a központi egység vezérlő összeköttetésben áll a nyomásszabályzó szeleppel.

A találmány szerinti szelepvezérlő egy előnyös kiviteli alakja azzal jellemezhető, hogy a nagynyomású szakasz és/vagy a kisnyomású szakasz több szelepvezérlőhöz csatlakozik. Ugyancsak egy előnyös kiviteli alakja a találmány szerinti szelepvezérlőnek azzal jellemezhető, hogy az azonos motorhengerhez tartozó két szívóhengerszelep közül csak az egyik van ellátva a fogaskoszorúból, fogaslécből és szervomotorból álló szerkezetegyüttessel. A találmány szerinti szelep vezérlő előnyösen azzal jellemezhető, hogy a szervomotorhoz a motorjellemzők - mint terhelés, fordulatszám, teljesítmény - függvényében működő elektronikus központi egység vezérlőkimenete csatlakozik.

A találmányt részletesen a csatolt ábrák segítségével mutatjuk be, nem korlátozva azonban a találmány alkalmazhatóságát sem az igényelt oltalmi kört a bemutatott példákra.

Ábrák

1. ábra A találmány szerinti szelepvezérlő egy előnyös kiviteli alakjának elrendezési vázlata.

2. ábra A találmány szerinti szabályozóelem vázlatos rajza.

3. ábra Az 1 ábra szerinti szelepvezérlő hidraulikus hengert tartalmazó részlete.

Az 1 szelepvezérlő egy mechanikai, egy elektronikai és egy hidraulikus részt foglal magában. A mechanikai részt a sorban egymáshoz kapcsolódó 22 himba, 8 szabályozóelem, 11 fogasléc és 12 szervomotor alkotják. Az elektronikai rész egy 13 központi egység, mely a 12 szervomotorhoz csatlakozik, és azt vezérli. A hidraulikus rész egy 40 nagy- és egy 90 kisnyomású szakaszból áll. A 40 nagynyomású szakaszban 2 nagynyomású szivattyú, 5 közös cső, 3 nyomástároló, 6 nagynyomású szelep és 4 nyomásszabályzó szelep található. A 90 kisnyomású szakaszban egy 7 kisnyomású szelep, 9 kisnyomású közös cső, 14 nyomásérzékelő és 10 nyomástartó szelep található. A 22 himba olyan kétkarú emelő, melynek egyik vége a 20 hengerszelep 21 szelepszárára támaszkodik, ellenkező végével pedig egy 8 szabályozóelemhez illeszkedik. A 8 szabályozóelem egy olyan henger, melynek alsó része egy 30 hidraulikus hengerbe merül, és abban mozgódugattyúként van kialakítva. Ez a dugattyúrész alul ferde síkkal van lezárva, azaz egy 82 vezérlőéiben végződik. A 30 hidraulikus hengeren egy 31 oldalablak van kialakítva, mely a hidraulikus rész 90 kisnyomású szakaszába, a 9 kisnyomású közös csőbe torkollik. A 8 szabályozóelem lehetséges mozgási hosszát a 30 hidraulikus hengerben a 22 himba maximális emelhetősége szabja meg. A 31 oldalablak a 30 hidraulikus hengerben olyan magasságban van, hogy a 8 szabályozóelem felső végállásában a 82 vezérlőéi éppen a 31 oldalablak alsó vonala fölött van. A 8 szabályozóelemet, a 30 hidraulikus henger feletti, kiálló szakaszán egy 15 fogaskoszorú fogja körül, melyhez azonos fogosztású 11 fogasléc illeszkedik. All fogasléc a 8 szabályozóelemre merőleges irányú előre-hátra mozgásra képesen van szerelve. All fogasléchez 12 szervomotor kapcsolódik. A 12 szervomotor elektromos összeköttetésben van egy 13 központi egységgel. A 13 központi egység elektronikus szerkezet, előnyösen mikrokontroller, melynek bemenetelre a motor működését jellemző paraméterek jelei csatlakoznak, úgymint a gyújtást is meghatározó, a forgattyús tengely forgási szögállását megadó érték, az előgyújtást is meghatározó főtengely-fordulatszámjel, ugyancsak az előgyújtást is befolyásoló, a gázpedál állását tükröző terhelésjel, valamint a hőmérsékletjelek. A 13 központi egység gyári konstrukciós meggondolások alapján programozható, és az említett bemeneti jelek feldolgozása alapján vezérli a 12 szervomotor, illetve 11 fogasléc mozgását. Az 1 szelepvezérlő 40 nagynyomású szakasza a 2 nagynyomású szivattyú szívóoldalával a motor 16 olajteknőjével van összekötve. A 2 nagynyomású szivattyú nyomóoldala az 5 közös csőbe torkollik, mely 3 nyomástárolóval van ellátva. A 30 hidraulikus henger 32 beömlőnyílása és az 5 közös cső az elektronikus vezérlésű 6 nagynyomású szeleppel van egymástól elválasztva. Másfelől a 32 beömlőnyílás és a 90 kisnyomású szakasz a 7 kisnyomású szeleppel van egymástól elválasztva. A 90 kisnyomású szakasz 9 kisnyomású közös csöve egyik végén a 31 oldalablakhoz, a másik végén a 90 kisnyomású szakaszt lezáró 10 nyomástartó szelephez csatlakozik. A 10 nyomástartó szelep kilépőoldalán a 16 olajteknőhöz vezető 17 visszafolyó cső található, melyet a 40 nagynyomású szakasztól a 4 nyomásszabályzó szelep zár el. Mind a két említett szelep előnyösen mechanikus szerkezetű, rugónyomással beállított, és a 17 visszafolyó irányába a hatámyomás túllépésére nyitnak, de ellenkező irányba mindig zárnak. A találmány szerinti 1 szelepvezérlő egy előnyös kiviteli alakjánál a 16 olajteknőt külön szervoolajtartály helyettesíti. A találmány szerinti

I szelepvezérlő a ma már általánosan elterjedt, motorhengerenként több szívó- és kipufogószelepet alkalmazó motortípusoknál előnyösen úgy alkalmazható, hogy minden vezérelt 20 hengerszelephez tartozik egy-egy 30 hidraulikus henger a hozzá tartozó 6 nagynyomású szeleppel és a 7 kisnyomású szeleppel. Viszont a 40 nagynyomású szakasz és a 90 kisnyomású szakasz közös az összes 30 hidraulikus hengerre, azaz az összes vezérelt 20 hengerszelepre. Egy előnyös kiviteli alak esetében az azonos motorhengerhez tartozó két szívó- 20 hengerszelep közül csak az egyik van ellátva a 15 fogaskoszorúból,

II fogaslécből és 12 szervomotorból álló szerkezetegyüttessel.

HU 221 875 Β1

Az 1 szelepvezérlő működése a következő: a 2 nagynyomású szivattyú a 16 olajteknőből olajat szív fel, és azt az 5 közös csőbe nyomja be, így a 40 nagynyomású szakaszban folyamatosan magas nyomást állít elő, melynek kapacitását a 3 nyomástároló biztosítja. Ha ez a nyomás túllépi a megengedett határértéket, a túlnyomás megnyitja a 4 nyomásszabályzó szelepet, és az olaj egy része visszafolyik a 16 olajteknőbe. A 4 nyomásszabályzó szelep a rendszernek az egyik legjelentősebb része, mivel a rendszemyomást ez a szelep biztosítja. Nem feltétlenül kell a rendszemyomásnak állandónak lennie, a fordulatszám növekedésével emelkedhet. Magasabb fordulatszámon ugyanis a rendszernek gyorsabban kell reagálnia, viszont kis fordulatszámon elég a kis nyomás is, ezzel csökkenthetők a veszteségek. A motorszelepnyitás időpontjában a 13 központi egység parancsára az elektronikus vezérlésű 6 nagynyomású szelep megnyílik, a magasnyomású nyomásközlő közeg a 32 beömlőnyíláson át alulról behatol a 30 hidraulikus hengerbe, és a 8 szabályozóelemet, és azzal a 22 himbát megemelve, a 20 hengerszelepet megnyitja. A 8 szabályozóelem, mely zárja a 31 oldalablakot, megemelkedve utóbbit szabaddá teszi. Emiatt az olajnyomás csökken, és a 8 szabályozóelem nem emelkedik tovább. Az elért emelkedést azonban megtartja, mert amint süllyed(ne) a 31 oldalablakot ismét bezárja, és az emelő nyomás érvényesül. Az elektronikus 7 kisnyomású szelepet megnyitva az emelőnyomás megszűnik, és a 23 szeleprugó a 20 hengerszelepet bezárja. A 13 központi egységből vezérelve a 12 szervomotort, all fogaslécet, szükség szerint, az egyik vagy a másik irányba elmozdítjuk, s ezáltal az elmozdulási hosszúságnak megfelelően, a 15 fogaskoszorút, s egyben az egész 8 szabályozóelemet a mozdítás irányában, a saját függőleges geometriai tengelye körül, elfordítjuk. Az elfordítás következménye, hogy a 82 vezérlőéi is elfordul, és a 8 szabályozóelem más magasságállásánál fogja a 31 oldalablakot megnyitni, illetve lezárni. Az elfordítás mértékétől függően tehát a 8 szabályozóelem emelkedése és egyensúlyi magassága más és más lesz. Összességében tehát a 8 szabályozóelemnek all fogasléccel történő elfordítása szabja meg, hogy a 20 hengerszelep milyen mértékben nyíljon ki, azaz mekkora legyen a be-, illetve kiáramlási keresztmetszet; és a 6 nagynyomású szelep nyitása és a 7 kisnyomású szelep nyitása között eltelt idő adja a 20 hengerszelep nyitvatartási időtartamát. A 10 nyomástartó szelep biztosítja, hogy mindig maradjon egy minimális rendszemyomás a 90 kisnyomású szakaszban. így a rendszer nem levegősödik le, és állandóan üzemképes marad. Az azonos motorhengerhez tartozó több, lényegében két szívó- 20 hengerszelep közül elegendő az egyik esetében biztosítani a nyitás mértékének szabályozhatóságát, mert ezzel a kitűzött feladat megoldható, és a 11 fogasléc, 15 fogaskoszorú és a 12 szervomotor a szívószelepek felénél megtakarítható. A találmány szerinti 1 szelepvezérlővel a bevezetőben említett „szelepösszenyitás” is egyszerűen megoldható.

A találmány szerinti 1 szelepvezérlő az elmondottak értelmében berendezés, mely arra alkalmas, hogy a gépkocsi, a motor teljesítményének, fordulatszámának, terhelésének függvényében szabályozzuk a motor 20 hengerszelepei megnyitásának időpontját, időtartamát és az áramlási keresztmetszet mértékét. A találmány szerinti 1 szelepvezérlő az ismert motorszerkezetekbe beilleszthető, azok meglévő alkatrészeihez jól csatlakoztatható, és azok működésével összhangban üzemeltethető. A találmány szerinti 1 szelepvezérlő egy szerkezettel megoldja a kis és nagy fordulatszámhoz való alkalmazkodást az áramlási keresztmetszet fokozatmentes változtatásával, lehetőséget ad a szelepösszenyitás megvalósítására, továbbá lehetővé teszi a befecskendezéses motorkonstrukciók számára a kipufogógáz-visszavezetést. A találmány szerinti 1 szelepvezérlő további előnye, hogy feleslegessé teszi és megszünteti a vezérműtengelyt, illetve (szívóés kipufogó-) vezérműtengelyeket.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Szelepvezérlő belső égésű motorhoz, mely szerkezetben a szelepszárhoz szelepemelő tőke vagy himba illeszkedik, melyhez a motorszelepet működtető elrendezésben lévő szabályozóelem csatlakozik, azzal jellemezve, hogy a szabályozóelemen (8), melynek ferde vezérlőéiben (82) végződő alsó része oldalablakkal (31) ellátott hidraulikus hengerben (30) mozgódugattyúként van kiképezve, fogaskoszorú (15) van kialakítva, melyhez szervomotorral (12) vezérelt, lineáris mozgású fogasléc (11) kapcsolódik.
2. Az 1. igénypont szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy hidraulikus rendszere a forgattyús tengelyről meghajtott nagynyomású szivattyúval (2) van felszerelve.
3. A 2. igénypont szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a nagynyomású szivattyú (2) szívóoldala a motorolajteknővel (16) vagy külön szervoolajtartállyal van összekötve.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a hidraulikus rendszer egymástól, célszerűen elektronikusan vezérelt, szelep(ek)kel (6, 7) elválasztott nagynyomású (40) és kisnyomású szakaszokból (90) áll.
5. A 4. igénypont szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy az oldalablakhoz (31) csatlakozó kisnyomású szakaszban (90) nyomásérzékelő (14) van.
6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a nagynyomású (40) és kisnyomású szakaszokat (90) nyomásszabályzó szeleppel (4) és nyomástartó szeleppel (10) lezárt visszafolyó (17) köti össze az olajteknővel (16).
7. A 6. igénypont szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a központi egység (13) vezérlő összeköttetésben áll a nyomásszabályzó szeleppel (4).
8. A 4-7. igénypontok bármelyike szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a nagynyomású szakasz és/vagy a kisnyomású szakasz több szelepvezérlőhöz csatlakozik.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti szelepvezérlő, azzal jellemezve, hogy a szervomotorhoz (12) a motorjellemzők függvényében működő elektronikus központi egység (13) vezérlőkimenete csatlakozik.