SE501193C2 - Avgasventilmekanism i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 501 193 2 spels upptagande anordningen inte är aktiverad, vilket även innebär att avgasventilerna stänger tidigare än om max. lyfthöjd kan utnyttjas för motormode. En ytterligare nackdel med det kända arrangemanget är att det kräver en speciell kamaxel.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en avgasventilmekanism av i inledningen angivet slag, som kan utnyttjas tillsammans med en konventionell kamaxel för att åstadkomma en motor med möjlighet till s.k. kompressions- bromsning utan att dess verkningsgrad försämras jämfört med samma motor utan denna bromsmöjlighet.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att hydraulkretsen innehåller en i vipparmen upptagen, av kamnocken driven hydraulpump, som har en på ett förutbestämt kamvinkelavstånd från den första kamföljaren anordnad andra kamföljare och via en kanal i vipparmen kommunicerar med det första cylinder- rummet.

Vid uppfinningen ersätts den vid det kända arrangemanget stela mekaniska drivanordningen i form av en extra kamnock på kamaxeln med en av den ordinarie kamnocken påverkad hydraulisk drivanordning, som kan utformas på sådant sätt, att avgasventilernas stängningsförlopp vid motormode blir detsamma som vid bromsmode.

I en föredragen utföringsform av ventilmekanismen enligt uppfinningen är pumpen en kolvpump, som via kanalen i vipp- armen kommunicerar med en tryckackumulator, i vilken en utjämningsvolym tryckolja inmatas vid inledande pumpkolvslag, så att den i det första cylinderrummet inmatade volymen blir mindre än kolvpumpens slagvolym. Genom att dessutom samordna den ventilspelsupptagande anordningens kolvelement med ett anslag, som begränsar kolvslaget, och anordna en övertrycks- ventil, genom vilken tryckolja kan dräneras, när trycket i hydraulkretsen stiger efter att kolvelementet nått sitt ändläge, uppnås snabbt omställning vid en lämplig del av 10 15 20 25 30 35 ß 501 193 kamkurvan och ett väldefinierat kolvslag hos den ventilspels- upptagande anordningens kolvelement.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en principskiss av en utföringsform av en i en ventilmekanism enligt uppfinningen ingående vipparm, fig. 2 ett längdsnitt genom ett föredraget konstruktivt utförande av vipparmen i fig. 1, fig. 3 ett diagram illustrerande avgasventilens lyfthöjd hos en tidigare känd motor, som har en kamaxel med extra kamnockar för kompressionsbromsning, och fig. 4 ett diagram motsvarande fig. 3 för en motor med en ventilmekanism enligt uppfinningen.

I fig. 1 och 2 betecknar 1 en vipparm med en borrning 2 för lagring av vipparmen på en icke visad vipparmsaxel av i och för sig känt slag. Vid sin ena ände är vipparmen 1 försedd med en kamföljare i form av en roterbart lagrad rulle 3, som i samverkan med en kamnock 4 på en kamaxel 5 på känt sätt bibringar vipparmen vipprörelse. Vid sin motsatta ände är vipparmen utformad med ett cylinderrum 6, i vilket ett kolv- element 7 är förskjutbart upptaget. Kolvelementet 7 är vid sin ytterände utformat med en kula 8, vilken inskjuter i en, sfärisk fördjupning i en kuliss 9, vilken vilar på ett ok 10, som förbinder ventilspindlarna 11 (en visad) hos ett par avgasventiler 12 i en icke visad motorcylinder med varandra.

Kolvelementet 7 är rörligt mellan ett inre ändläge, i vilket dess övre yta anligger mot cylinderrummets 6 bottenyta 13, och ett yttre ändläge, i vilket dess yttre kant 14 anligger mot en ringformig anslagsyta 15 hos cylinderrummet. Kolv- elementets 7 slaglängd "S" kan gå upp till ca 2 mm men är i ett praktiskt utförande valt till 1,6 mm. Genom tillförsel respektive dränering av tryckolja till respektive från cylinderrummet 6 kan således avgasventilernas 12 lyfthöjd varieras en sträcka "S".

I ett genom exempelvis SE-A-466320 känt utförande av en motor utrustad för kompressionsbromsning utnyttjas bland annat en liten extra kamnock, som under den senare delen av kom- 10 15 20 25 30 35 501 193 4 pressionstakten öppnar avgasventilen, när ett ventilspelsupp- tagande element är aktiverat. Avgasventilen får då ett ventilförlopp, som illustreras med den heldragna kurvan i fig. 3. I motormode, då det ventilspelsupptagande elementet är deaktiverat, får härvid avgasventilen det ventillyft- förlopp, som illustreras med den punkt-streckade linjen i fig. 3, vilket innebär tidigare stängning av avgasventilen än vid en motsvarande motor utan utrustning för kompressions- bromsning.

Enligt föreliggande uppfinning är vipparmen 1 försedd med ett hydraulsystem, medelst vilket avgasventilens 12 stängnings- förlopp vid motormode och bromsmode med undantag för den inledande fasen följer samma kurva, såsom illustreras i diagrammet i fig. 4 och som skall beskrivas närmare nedan.

Hydraulsystemet innefattar en i en pumpcylinder 20 upptagen kolv 21, vilken uppvisar en fördjupning 22, i vilken en kamföljare i form av en rulle 23 är roterbart lagrad. Pump- cylindern 20 är via en kanal 24 förbunden med det ventil- spelsupptagande kolvelementets 7 cylinderrum 6. Från kanalen 24 avgrenar sig en kanal 25 till en tryckackumulatorkammare 26 innehållande ett av en fjäder 27 belastat kolvelement 28.

En generellt med 30 betecknad reglerventil uppvisar en i en kammare 31 rörlig reglerkolv 32 med en spindel 33, vars ytterände är vänd mot en av en fjäder 34 belastad ventilkropp i form av en kula 35. Reglerkolven 32 är belastad av en fjäder 36 med större kraft än fjädern 34, vilken normalt håller kulan 35 upplyft från sitt säte 37, så att kanalen 24 kommunicerar med kammaren 31, vilken i sin tur via en kanal 38 (fig. 2) och kanaler i den icke visade vipparmsaxeln står i förbindelse med motorns smörjoljesystem. Kolvelementet 7 är utformat med en hålighet 40, som kommunicerar med cylinder- rummet 6 via en kanal 41, vars ena ände bildar ett ventilsäte 42 för en ventilkropp i form av en kula 43, vilken är belastad mot sätet av en fjäder 44. Detaljerna 42, 43 och 44 bildar en övertrycksventil som vid ett förutbestämt tryck i cylindern 6 öppnas för att låta olja dräneras via kanaler 45 i kolvelementet 7. 10 15 20 25 30 35 s iso1 193 Pumpkolvens 21 kamföljare 23 är belägen på ett kamvinkel- avstånd a från kamföljaren 3, som är så valt, att pumpkolvens kamföljare 23 ligger på eller efter toppen a av kamnockens 4 kamkurva, när kamföljaren 3 når startpunkten b på kamkurvan, såsom illustreras i fig. 1 och 2. I det visade exemplet är vinkel a ungefär 75°, men intervallet för a är 600-90°. Pump- kolvens 21 kolvarea är mindre än kolvens 7 area för att skapa en utväxling. I det visade exemplet är areaförhållandet 1:1,s.

Funktionen hos den beskrivna ventilmekanismen är följande: Vid normal drift, det vill säga motormode, råder ett lågt tryck i vipparmsaxeln (icke visad) och följaktligen även i reglerventilkammaren 31. Detta tryck kan uppgå till ca 1 bar, varvid fjäderns 36 kraft övervinner fjäderns 34 kraft, så att ventilkulan 35 hålls lyft från sitt säte och pumpcylindern 20 står i förbindelse med kammaren 31 via kanalen 24. Kolv- elementet 7 ligger i sitt inre ändläge mot botten 13 av cylinderrummet 6 och tryckackumulatorkolven 28 hålls i sitt yttre viloläge av fjädern 27. Pumpkolven 21 belastas utåt av det låga trycket i systemet, så att nollspel råder mellan kamföljaren 23 och kamnocken 4 och pumpcylindern 20 hålls fylld med olja.

När driften skall ändras från motormode till bromsmode, höjs trycket i vipparmsaxeln och därmed i reglerventilkammaren 31, vilket kan ske på känt sätt, exempelvis så, som beskrives SE- A-468132. Trycket höjs så mycket, att det på reglerventil- kolven 32 verkande trycket i kammaren 31 alstrar en kraft, som övervinner fjäderns 36 kraft och skjuter in ventilkolven 32 till sitt i fig. 2 visade inre läge, vilket leder till att ventilkulan 35 blockerar förbindelsen mellan pumpcylindern 20 och ventilkammaren 31. Olja som nu inledningsvis pumpas ut i kanalen 24, när pumpkolven 21 trycks in i pumpcylindern 20, kommer först att pumpas in i tryckackumulatorkammaren 26 under det att tryckackumulatorkolven 28 skjuts in i kammaren 26. När kolven 28 bottnar i kammaren 26, stiger trycket i cylinderrummet 6 och kolvelementet 7 skjuts ut tills dess 10 15 20 25 30 35 501 193 6 kant 14 träffar anslagsytan 15 och begränsar kolvslaget.

Ytterligare tryckökning i cylindern 6 medför att övertrycks- ventilens kula 43 lyfts från sitt säte, så att olja kan dräneras via kanalerna 45.

Under intervallet då pumpkolven 21 under inverkan av kam- nocken 4 utför sitt kolvslag ligger vipparmen 1 stilla, eftersom kamföljaren 3 under detta intervall rör sig ovanför en cirkelbåge fram till kamkurvans startpunkt b. För att härvid förhindra att den av pumpkolven 21 på vipparmen 1 verkande kraften inte återkopplas och skapar ett alltför högt yttryck mellan kamföljaren 3 och kammen 4 är i föredraget utföringsexempel ett stoppanslag anordnat, såsom antydes vid 50 i fig. 1 och 2, vilket avlastar vipparmen och därmed kamföljaren 3 under pumpkolvslaget. Genom att, såsom ovan angivits, dimensionera pumpkolven 21 med en kolvarea, som är ca 30%-60% av kolvelementets 7 kolvarea, erhålles dessutom ett måttligt yttryck mellan pumpkolvens 21 kamföljare 23 och kamnocken 4 men stor öppningskraft mellan vipparmens kolv 7 och avgasventilen 12.

Den beskrivna utväxlingen medför även en önskad reducering av kolvens 7 slag i förhållande till pumpkolvslaget. Sålunda medför ett praktiskt utförande med en maximal kamlyfthöjd av 9 mm att det teoretiska maximala kolvslaget hos kolven 7 (utan anslag 15) skulle bli 5 mm, vilket innebär att över- trycksventilen 42, 43, 44 behöver ta hand om en mindre över- skottvolym olja vid begränsning av slaget till 1,6 mm än om det inte fanns någon utväxling. Även tryckackumulatorn 26, 27, 28 medverkar till att reducera överskottsvolymen, men dess huvuduppgift är att skapa en hydraulisk "dödgång" i systemet, så att utskjutningen av kolvelementet 7 startas vid en lämplig punkt på kamkurvan, som ger ett snabbt lyft av ventilen 12 genom hastig om- ställning av kolvelementet 7. I fig. 4 illustrerar det hel- dragna kurvavsnittet I det hastiga öppningsförloppet av avgasventilen 7 i bromsmode, när tryckackumulatorkolven 28 har bottnat. Kurvavsnittet II illustrerar förloppet fram till 10 15 20 25 30 7 'sn1 193 att kamföljaren 3 nått punkten b på kammen 4 (se fig. 4).

Såsom framgår erhålls ett konstant lyft under ett vinkel- intervall av ca 200° under inverkan av anslaget 15 och över- trycksventilen 42, 43, 44.

När kamföljaren passerar punkten b på kammen 4 börjar vipp- armen 1 vippa i ventilens öppningsriktning för "normal" öppning av avgasventilen 12. Under det att kamrullen 3 rullar upp på kamkurvan mot maximalt lyft vid III passerar pump- kolvens 21 kamrulle 23 maximum och rullar ned på kammens baksida. Härvid skapas i pumpcylindern 20 utrymme för en expansionsvolym, eftersom pumpkolven 21 nu kan backa, vilket medför att kolvelementet 7 under inverkan av den på detsamma verkande kraften från avgasventilen 12 återföres till sitt inre läge under återpumpning av olja från cylindern 6 till pumpcylindern 20.

Härav följer sålunda att det ventilspelsupptagande kolv- elementet 7 är inaktivt under avgasventilens 12 stängnings- rörelse under varje cykel oberoende av om reglerventilen 30 är inställd för bromsmode eller motormode. Detta betyder att ventilens stängningsförlopp i bromsmode följer samma kurva som vid motormode (punkt-streckad kurva), vilket jämfört med det kända, i fig. 3 illustrerade förloppet medför en ökning av verkningsgraden. Det faktum att avgasventilens maximala lyfthöjd liksom tidigare måste reduceras jämfört med en motor, som saknar utrustning för kompressionsbromsning, är av mindre betydelse i sammanhanget.

Vid omställning från bromsmode till motormode sänks trycket i kammaren 31, varvid reglerkolven 32 öppnar ventilen 35 och förbinder kanalen 24 med lågtryckssidan. Tryckackumulator- kolven 28 återställs till sitt yttre ändläge av fjädern 27.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 501 193 8 Patentkrav

1. Avgasventilmekanism i en förbränningsmotor, innefattande minst en avgasventil i varje cylinder, en på en vipparmsaxel lagrad vipparm för varje cylinder för manövrering av avgas- ventilen, en kamaxel med en kamnock för varje vipparm, vilken kamnock samverkar med en första kamföljare vid en ände av vipparmen, en mellan en motsatt ände av vipparmen och avgas- ventilen anordnad ventilspelsupptagande anordning, som om- fattar ett kolvelement, vilket är upptaget i ett i nämnnda motsatta vipparmsände utformat första cylinderrum, och en hydraulkrets för tillförsel respektive dränering av tryckolja till och från nämnda cylinderrum, k ä n n e t e c k n a d av att hydraulkretsen innehåller en i vipparmen (1) upptagen, av kamnocken (4) driven hydraulpump (20, 21), som har en på ett förutbestämt kamvinkelavstånd (a) från den första kam- följaren (3) anordnad andra kamföljare (23) och via en kanal (24) i vipparmen kommunicerar med det första cylinderrummet (6)- k ä n n e t e c k n a d av att hydraulpumpen är en kolvpump, som uppvisar en i ett

2. Ventilmekanism enligt krav 1, andra cylinderrum (20) i vipparmen (1) upptagen pumpkolv (21), vilken uppbär den andra kamföljaren (23).

3. Ventilmekanism enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att pumpkolven (21) har mindre diameter och större slag- längd än den ventilspelsupptagande anordningens kolvelement (7).

4. Ventilmekanism enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att pumpkolvens (21) kolvarea är från 30% till 60% av kolvarean hos den ventilsspelsupptagande anordningens kolvelement (7).

5. Ventilmekanism enligt något av kraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a d av att pumpkolvens (21) mot kamnocken (4) vända ändyta är utformad med en fördjupning (22), i vilken 10 15 20 25 30 35 9 1501 193 den andra kamföljaren (23) i form av en rulle är roterbart lagrad.

6. Ventilmekanism enligt något av kraven 2-5, k ä n n e - t e c k n a d av att den andra kamföljaren (23) är anordnad med en så vald kamvinkel (a) före den första kamföljaren (3), att pumpkolven har nått sitt bottenläge innan den första kamföljaren når startpunkten (b) hos kamnockens (4) kamkurva. k ä n n e t e c k n a d av att den andra kamföljaren (23) är belägen på från 60 till 90 kamvinkelgraders avstånd från den första kamföljaren.

7. Ventilmekanism enligt krav 6,

8. Ventilmekanism enligt något av kraven 2-7, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda kanal (24) kommunicerar med en tryckackumulator (26, 27, 28), i vilken en utjämningsvolym tryckolja inmatas vid inledande pumpkolvslag, så att en fördröjning av det ventilspelsupptagande kolvelementet (7) kolvslag i förhållande till kolvpumpslaget uppnås.

9. Ventilmekanism enligt något av kraven 1-8, k ä n n e - t e c k n a d av att den ventilspelsupptagande anordningens kolvelement (7) är samordnat med ett anslag (15), som begränsar kolvslaget, och att hydraulkretsen innefattar en övertrycksventil (42, 43, 44) genom vilken tryckolja är dränerbar, när trycket i hydraulkretsen stiger efter att kolvelementet nått sitt ändläge.

10. Ventilmekanism enligt något av kraven 1-9, k ä n n e - t e c k n a d av att vipparmen (1) samverkar med ett fast stöd (50), som är anordnat att begränsa vipparmens vipp- rörelse i riktning från avgasventilen och ta upp den av kam- nocken (4) via pumpkolven (21) på vipparmen utövade kraften vid pumpkolvslaget.

11. Ventilmekanism enligt något av kraven 1-10, k ä n n e - t e c k n a d av att vipparmen (1) innehåller en hydrauliskt manövrerad reglerventil (30) som i öppet läge dränerar hydraulkretsen.