SE501437C2 - Ventilmekanism i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

501 437 2 återföras till insugningsluften utan behov av ett extra spjäll- och ventilsystem på avgas- och insugningssidan.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst en ventilmekanism, vilken uppvisar transmissionsorgan, som är anordnade att selektivt öppna avgasventilen under motorns insugningstakt för att åstadkomma insugning av avgaser i cylindern under insugningstakten.

Genom ett dylikt arrangemang undvikes att avgaserna kommer ut på insugningssidan och problemen med nedsmutsning och av- lagringar elimineras. Uppfinningen utnyttjar det faktum att, även i en överladdad motor, trycket i cylindern efter in- ledande insugningsslag under insugningscykeln är lägre än avgastrycket p.g.a. tryckfallet över insugningsventilen.

Härigenom elimineras behovet av extra pumpanordningar för avgasåterföringen.

I en föredragen utföringsform av ventilmekanismen enligt uppfinningen innefattar transmissionsorganen en parallellt med vipparmsaxeln vridbart och axiellt förskjutbart lagrad andra axel, som uppvisar första och andra med axeln ovridbart förbundna svängarmar, av vilka den första samverkar med insugningsvipparmen för att överföra dess vipprörelse till vridrörelse av den andra axeln, och den andra uppvisar en mot en samverkande yta på en ände av avgasvipparmen vänd yta för att överföra den andra axelns vridrörelse till vipprörelse hos avgasvipparmen. En av nämnda ytor är härvid utformad som en kamyta, så att avgasventilens lyft under insugningstakten är variabelt från inget lyft alls i ett förutbestämt axiellt läge hos den andra axeln till maximalt lyft efter viss för- skjutning av den andra axeln från nämnda förutbestämda läge.

Genom att variera öppningstidens längd för avgasventilen under insugningstakten är det möjligt att reglera mängden återcirkulerande avgaser och bestämma procentandelen avgaser i förbränningsluften. Eftersom avgasventilens öppning sker för varje cylinder och kan styras snabbt blir inblandningen väldefinierad och kan varieras efter t.ex. arbetsbelastning 501 437 3 eller varvtal på motorn. Den störs inte av restgaser i voly- mer hos insugningsrör osv. som hos konventionella system.

Varje axiellt läge hos den andra axeln och därmed även den andra svängarmen komer härvid att definiera en given lyft- höjd och tidsperiod hos avgasventilen under insugningstakten.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bi- fogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk perspektivvy av en utföringsform av en ventilmekanism enligt uppfinningen, fig. 2 en sidovy av en insugningsvipparm med tillhörande drivorgan, fig. 3 en sidovy av en avgasvipparm med tillhörande driv- organ, fig. 4 en planvy av en detalj i fig. 2 och 3, fig. 5 ett tryck- resp. ventillyftdiagram, fig. 6 ett schematiskt längdsnitt av ett cylinderrum med kolv och ventiler och fig. 7 en schematisk planvy av en ventilmekanism för en sexcylindrig motor med ett schema över ett reglersystem.

I fig. 1 betecknar 1 en vipparmsaxel, på vilken en vipparm 2 för en insugningsventil 3 och en vipparm 4 för en avgasventil är vippbart lagrade. Vidare är en vipparm 6 för en s.k. enhetsspridare 7 lagrad på vipparmsaxeln 1.

Samtliga vipparmar 2, 4 och 6 uppvisar varsin kamföljarrulle 8, 9 resp. 10, som anligger mot kammar ll, 12 resp. 13 på en kamaxel 14.

Enligt uppfinningen är en andra axel 15 vridbart lagrad parallellt med vipparmsaxeln 1 i lager 16 (se fig. 7). Axeln 501 437 4 är även axiellt förskjutbart lagrad, såsom skall beskrivas närmare nedan i anslutning till fig. 7. På axeln 15 är en första svängarm 17 och en andra svängarm 18 fixerade. Sväng- armen 17 uppvisar en roterbart lagrad rulle 19, som anligger mot insugningsvipparmens 2 kamföljarrulle 8. Rullen 19 är smalare än rullen 8, så att den kan förskjutas axiellt med bibehållen kontakt med rullen 8 vid axiell förskjutning av axeln 15. Genom det beskrivna arrangemanget överföres in- sugningsvipparmens 2 vipprörelse till fram- och återgående vridrörelse hos axeln 15. Den andra svängarmen 18 uppvisar en lutande kamyta 20, vars högsta och lägsta punkt illustreras med linjen 20a resp. linjen 20b i fig. 3. Kamytan 20 är vänd mot en motstående yta 21 på ett par näsor 22 (kan vara ett sammanhängande parti) vid ena änden av avgasvipparmen 4. I beroende av den axiella inställningen av axeln 15 kommer svängarmen 18 vid axelns 15 vridning att vippa avgasvipparmen 4 och lyfta avgasventilen 5 från sitt säte vid kontakten mellan kamytan 20 och ytan 21 på avgasvipparmen 4.

I ett axiellt gränsläge hos axeln 15 uppstår ingen kontakt mellan kamytan 20 och ytan 21 på avgasvipparmen 4, vilket innebär att avgasventilen 5 är helt stängd under insugnings- takten. I ett annat gränsläge anligger ett ytparti hos ytan 21 mot kamytans 20 högsta punkt 20a, vilket innebär att avgasventilen 5 öppnas maximalt under insugningstakten. I ett praktiskt utförande i en motor, i vilken max. lyft hos av- gasventilen under utblåsningstakten är ca 13 m, kan max. lyft under insugningstakten vara ca 4 m. I diagramet i fig. 6 illustrerar kurvan P trycket i cylindern under kompression och expansion. Kurvan A illustrerar avgasventi- lens 5 lyftrörelse under utblåstakten och kurvan I insug- ningsventilens 3 lyftrörelse under insugningstakten. Avgas- ventilens 5 lyftrörelse under insugningstakten illustreras med kurvorna EGR, där den övre illustrerar max. lyft och de underliggande några slumpmässigt valda lägre ventillyft. I praktiken är regleringen av avgasåterföringen steglös mellan noll avgasventillyft och max. ventillyft. Såsom även framgår av diagramet är avgas- och insugningsventilerna 5 resp. 3 501 437 synkroniserade under insugningstakten, så att max. lyfthöjd uppnås samtidigt.

I fig. 6 illustreras schematiskt en cylinder 30, vars kolv 31 ligger mittemellan övre och nedre dödpunkten under insug- ningstakten. Insugningsventilen 3 och avgasventilen 5 är maximalt lyfta. Vid ett laddtryck i insugningsröret 32 av ca 1,6 bar råder ett avgastryck i avgasgrenröret 33 av ca 1,4 bar. Tryckfallet över insugningsventilen 3 p.g.a. stryp- effekten resulterar i ett tryck i cylindern 30 av ca 1 bar, vilket innebär att avgaser sugs in i cylindern samtidigt med insugningsluften.

Ventilmekanismen enligt uppfinningen har i det föregående beskrivits med avseende på konstruktion och funktion för en enda cylinder. En flercylindrig motor har ett mot antalet cylindrar svarande antal samankopplade transmissionsorgan av det beskrivna slaget, såsom illustreras schematiskt i fig. 7, som visar en sexcylindrig motor. Axeln 15 består här av sex sammankopplade axeldelar l5a, av vilka en visas i fig. 4. Den består av en U-formig central del 40, från vilken två axel- tappar 41 och 42 utskjuter. Axeltappen 41 uppvisar en central borrning 43, vars längd och innerdiameter motsvarar tappens 42 längd och ytterdiameter. Axeltappen 42 hos en axeldel l5a inskjuter i borrningen 43 i närmast angränsande axeldel l5a, så att i det sexcylindriga exemplet en axel 15 bildas, som består av sex i förhållande till varandra axiellt fixerade men relativt varandra fritt vridbara axeldelar l5a.

I ett alternativt icke visat utförande är de enskilda axel- delarna l5a fixerade på en torsionsstav, som kan vara ett axiellt slitsat rör.

Varje axeldel l5a har en längre skänkel, som bildar den första svängarmen 17 och uppvisar en på en tapp 19a lagrad rulle 19, och en kortare skänkel, som bildar en andra sväng- arm 18 med en kamyta 20. Varje axeldel l5a är försedd med en central smörjoljekanal 44, så att en sammanhängande kanal bildas från den sammansatta axelns 15 ena till dess andra ände. 501 437 6 I fig. 7 visas den sammansatta axeln 15 samt ett reglersystem för axiell förskjutning av densamma. Kamytorna 20 är här i åskådliggörande syfte vända 900 i förhållande till det verk- liga utförandet. Axeln 15 är belastad åt vänster i fig. 7 av en fjäder 50 mot ett gränsläge, i vilket ingen avgasåter- föring sker p.g.a. att kamytan 20 ligger i ett läge, i vilket den inte når fram till ytan 21 på avgasvipparmen 4. Axelns 15 vänstra ände bildar en kolv 51 i en hydraulcylinder 52.

Trycket i cylindern 52 bestämmer axelns 15 axiellt inställ- ning och detta tryck regleras av motorns centralstyrenhet 53, i vilken värden på varvtal, belastning, temperatur, m.m. inmatas, såsom antyds med pilarna 54, 55, 56. Styrenheten 53 styr en reglerventil 57 och är programmerad med önskvärda avgasåtercirkulationsvärden som funktion av motorvarvtal och belastning eller motortemperatur. Erhållet bör-värde på axelläget jämförs med är-värdet från en induktiv lägesgivare 58 på axeln 15 och styrenheten 53 ger en av de erhållna värdena beroende signal till reglerventilen att reglera in trycket i cylindern 51, så att axeln 15 ställs in i ett läge, som ger den önskade avgasåterföringen.

Arrangemanget enligt uppfinningen ger stor tillförlitlighet genom att det utnyttjar kända motorkomponenter i känd miljö.

Ingen pump eller spjäll erfordras i avgassystemet. Det ger en väldefinierad avgasinblandning i insugningsluften. Inbland- ningen kan varieras snabbt utan fördröjning och utan stora skillnader mellan olika cylindrar. Förprogrammeringen i motorns styrenhet medger enkel styrning av inblandningen inom motorns hela arbetsområde oberoende av andra parametrar.

Kostnaden blir låg jämfört med ett konventionellt system med motsvarande styrbarhet.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 501 437 7 Patentkrav

1. Ventilmekanism i en förbränningsmotor, innefattande minst en insugningsventil och minst en avgasventil i varje cylinder samt minst två på en vipparmsaxel lagrade vipparmar för varje k ä n n e t e c k - n a d av transmissionsorgan (15, 17, 18), som är anordnade cylinder för manövrering av ventilerna, att selektivt öppna avgasventilen (5) under motorns insug- ningstakt för att åstadkomma insugning av avgaser i cylindern (30) under insugningstakten.

2. Ventilmekanism enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att transmissionsorganen innefattar organ (21) för att vari- era avgasventilens (5) öppningstid och ventillyft.

3. Ventilmekanism enligt krav 2, att transmissionsorganen (15, 17, 18) är synkroniserade med k ä n n e t e c k n a d av insugningsventilens (3) vipporgan (2), så att avgasventilens (5) inställda maximala ventillyft samanfaller med insug- ningsventilens maximala ventillyft.

4. Ventilmekanism enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d av att transmissionsorganen innefattar med insugningsventilens och avgasventilens vipparmar (2, 4) sam- verkande element (15, 17, 18), medelst vilka en del av in- sugningsvipparmens (2) vipprörelse är överförbar till av- gasvipparmen (4).

5. Ventilmekanism enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda element innefattar en parallellt med vipparmsaxeln (1) vridbart lagrad andra axel (15), som uppvisar första och andra med axeln ovridbart förbundna svängarmar (17, 18), av vilka den första (17) samverkar med insugningsvipparmen (2) för att överföra dess vipprörelse till vridrörelse av den andra axeln (15) och den andra (18) samverkar med avgasvipp- armen (4) för att överföra den andra axelns vridrörelse till vipprörelse hos avgasvipparmen. 10 15 20 25 30 35 501 437 8

6. Ventilmekanism enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att den första svängarmen (17) vid en yttre ände uppvisar en rulle (19) i kontakt med en kamföljarrulle (8) på insugnings- vipparmen (2).

7. Ventilmekanism enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra axeln (15) är axiellt förskjutbar, att den andra svängarmen (18) uppvisar en mot en samverkande yta (21) på en ände av avgasvipparmen (4) vänd yta (20) och att en av nämnda ytor (20, 21) är en så utformad kamyta, att avgasventilens lyft under insugningstakten är varierbart från inget lyft i ett förutbestämt axiellt läge hos den andra axeln (15) till maximalt lyft efter viss förskjutning av den andra axeln från nämnda förutbestämda läge.

8. Ventilmekanism enligt krav 7, att den andra axeln (15) är konstant belastad i riktning mot nämnda förutbestämda läge av en fjäder (50) samt tryckmedie- belastad i motsatt riktning, att en styrenhet (53) är anord- nad, vilken reglerar medietrycket i beroende av i styrenheten k ä n n e t e c k n a d av inmatade värden på åtminstone motorvarvtal och - belastning, och på det av en lägesavkännare (58) avkända läget hos den andra axeln.

9. Ventilmekanism enligt något av kraven 5-8, k ä n n e - t e c k n a d av att den andra axeln (15) i en flercylindrig motor är uppdelad i separata axeldelar (l5a) för resp. cylin- der, vilka är anordnade för axiell förskjutning, men medger svängning av den första och andra svängarmen (17, 18) för resp. cylinder i förhållande till svängarmarna för övriga cylindrar.

10. Ventilmekanism enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att axeldelarna (15a) är fixerade på en gemensam torsions- stav.