SE525678C2

SE525678C2 - Anordning vid förbränningsmotor

Info

Publication number: SE525678C2
Application number: SE0302289A
Authority: SE
Inventors: Per Persson
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-04-05
Also published as: US7146945B2; SE0302289L; DE112004001450B4; WO2005019610A1; SE0302289D0; DE112004001450T5; US20060112918A1

Description

25 30 kan övervinna de krafter som uppstår mellan de olika delarna utan att det uppträder slag då vipparmsdelarnas relativa inbördes rörelse närmar sig ändlägen.

Vipparmens rörelse är styrd av en kamkurva med en eller som definierar vilka rörelser och flera lober accelerationer som de ingående delarna skall utföra för att erhålla önskade lyftrörelser och detta ger upphov till krafter och moment i mekanismen.

Det är önskvärt att anordningar för att àstadkomma extra öppningar av ventiler ej bygger nämnvärt i längsled inom det utrymme som är tillgängligt för motorns ventil- mekanism. Exempelvis innebär de höga kompressionstryck som förekommer pà moderna dieselmotorer, att ventil- mekanismen mäste dimensioneras för mycket höga kontakt- tryck. Vidare kan denna typ av motorer vara utrustade med någon form av kompressionsbroms, vilken behöver utrymme för aktiveringsorgan. Sàledes bör inte anordningar för växling mellan tvà ventildriftmoder inkräkta pä befintliga kompressionsbromssystem.Det är även önskvärt att kunna utföra denna växling fràn en mod till en annan pà ett enkelt sätt.

Dessutom är det önskvärt att kunna variera ett Miller- förfarande steglöst vevvinkelupplöst, t.ex. för variabel Att kunna ändra drift stängning av insugningsventiler. inloppsventilernas lyftkurva under kan vara intressant vid 'vissa driftpunkter för att àstadkomma lägre emissions- och förbrukningsnivàer totalt sett under en körcykel. För att en motor med Millerfunktion i ventillyftkurvan inte skall fá alltför dàlig startbarhet vid låga effekt, omfattningsvinkel eller dàlig momentrespons varvtal, dä turbouppladdning har lág behövs en ventillyftprofil med normal medan 10 15 20 25 30 Millerförfarandet kan aktiveras vid turbouppladdning med hög effekt, för att sänka kompressionstemperaturen och därmed erhålla t.ex. lägre utsläppsnivå av bland annat kväveoxid.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstadkomma en anordning som möjliggör växling från en ventildriftmod till en annan vid en förbränningsmotor, inom de ovan beskrivna funktionsramarna. Detta ändamål uppnås genom en anordning enligt den kännetecknande delen av patentkravet l.

Fördelaktiga utföringsexempel av uppfinningen framgår av de efterföljande underkraven.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till utföringsexempel som visas på de bifogade ritningarna, varvid Fig. 1 är ett kurvdiagram med olika kamlyftkurvor, som kan åstadkommas med ett ventilsystem enligt föreliggande uppfinning, Fig. 2-6 schematiskt visar en ventilmekanism i olika användningslägen med möjlighet till växling mellan två driftsmoder enligt uppfinningen, Fig. 7 visar på motsvarande sätt i ett användningsläge ett andra utföringsexempel av uppfinningen, och Fig. 8-12 visar på motsvarande sätt i olika använd- ningslägen ventilmekanismen enligt ett tredje utföringsexempel av uppfinningen. 10 15 20 25 30 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL: I det i Fig. 1 visade kurvdiagrammet anger X-axeln kamgrader och Y-axeln lyfthöjd. Kurvdiagrammet omfattar en med heldragen linje ritad grundkurva 10 som vid punkt 11 kan breddas kurvpartiet 12, längs det med streckad linje ritade t.ex. för àstadkommande av en sen stängning av insugningsventiler, så kallad sen Miller.

Härvid hålls insugningsventilerna öppna cirka 20 grader längre, beroende pà geometri mellan vipparmar, kamlob samt vipparmsrullar som pàverkar ventilrörelsen, än den ventilöppning som grundkurvan 10 ger, dvs. insugningsventilerna. hålls öppna under' en 'viss första del av motorns kompressionstakt. Detta ger lägre temperatur i samband med följande förbränning/expansion sänkt halt av kväveoxidr i avgaserna. och därigenom Millerförfarandet finns exempelvis beskrivet i US patentskrift 2670595. ventilstängning enligt kurvpartiet 12 kan àstadkommas med samtliga de nedan beskrivna utföringsexemplen av uppfinningen. Med det utföringsexempel av uppfinningen som visas i anlutning till figurerna 8-11 kan man dessutom àstadkomma steglöst variabel ventilstängning inom omrâdet mellan grundkurvan 10 och kurvpartiet 12.

Detta áskàdliggörs i figur 1 med det med streck-prickad linje ritade kurvpartiet 13 som utgàr frán punkt 14 pà kurvpartiet 12. 13a ett förhållandet då aktivering av ett Miller-förfarande sker Kurva avser exempel pà just under ventilstängning, enligt utföringsexempel visat i figurerna 2-7.

Den i figurerna 2-12 schematiskt visade ventilmekanismen är placerad vid ett cylinderhuvud och omfattar dubbla ventiler 15 med ventilfjädrar 16 och ett gemensamt ok 10 15 20 25 30 rfoff /fvfw 17. Oket påverkas av en huvudvipparm 18 som är svängbart lagrad vid en vipparmsaxel 19. Huvudvipparmen 18 har på ena sidan av axeln 19 en ventiltryckare 20 som samverkar med oket 17 och på den andra sidan en vipparmsrulle 21 som samverkar med en roterbar kamaxel 22 med en kamlob 22a. svängbart vid armens yttre ände lagrad sekundärvipparm Huvudvipparmen 18 är dessutom försedd med en 23 med en andra vipparmsrulle 24. Kamloben 22a uppvisar en lyftkurva som medför att den andra vipparmsrullen 24 kommer i kontakt med. kamlobenq efter det att första rullen 21 har nått sitt maximala lyft och befinner i nedåtgående rörelse, med låg relativhastighet i punkt 11, se figur 1. Kamloben 22a erhàller nämligen kontakt vid. punkt 11 och vipparmsrulle 21 samtidigt som en punkt motsvarande lla återupptar kamlobens kontakt med vipparmsrulle 24. Dessa båda punkter ger nära nog samma vipparmslyft och vipparmshastighet för att rull- kontakten mellan kamlob och rulle 24 skall återupptas utan slag.

Sekundärvipparmen 23 är via ett vinkelparti 23a kopplat till en i en hydraulcylinder 25 i huvudvipparmen anordnad hydraulkolv 26, fjäder 27. huvudvipparmen anordnad hydraulkrets 28, som påverkas av en skruvlindad Hydraulkolven 26 är en del av en i som matas med hydraulvätska via en matarkanal 29 som är förbunden med trycksidan av motorns smörjsystem. Hydraulkretsen omfattar dessutom en reglerventil 30.

I de i figurerna 2-7 visade utföringsexemplen av uppfinningen är reglerventilen 30 utformad som en tryckstyrd backventil, som styrs via matarkanalen 29 som tillhandahåller ett reglerbart pilottryck (1-4 bar). 10 15 20 25 30 C" fä f* f' f? fw c ¿, .__ v' Fjädern 31 pressar en kula 32 mot ett säte 33. En andra fjäder 34 pressar på en. manöverkolv 35 och fjäder- kraften i fjädern 31, den andra fjädern 34 är kraftigare än i detta medför att vid ett lågt hydraultryck pressar fjädern 34 och manöverkolven 35 med sitt snabelförsedda ändparti 36 bort kulan 32 från sätet 33, såsom framgår av figur 2, och hydraulvätskan kan flöda i båda riktningarna vid matarkanalen 29. I detta funktionsläge kan den med sekundärvipparmen 23 förbundna hydraulkolven 26 röra sig fritt i hydraulcylindern 25, vilket innebär att huvudvipparmens rörelse enbart genereras av vipparmsrullens 21 kontakt med kamaxeln 22.

Vid ett hydraultryck över ett visst bestämt värde övervinner detta tryck verkande på manöverkolv 35 kraften ifrån fjädern 34 och manöverkolven 35 pressas från kulan 32 som därvid stänger mot sätet 33 (se figur 3). Nu innesluts den hydraulvätska som. befinner sig mellan hydraulcylindern. 25 och backventilen och sekundärvipparmen 23 blir aktiv. När kamloben 22a, efter att insugningsventilerna 15 öppnats helt, kommer i kontakt med sekundärvipparmen 23 (se figurerna 4 och 5), medför förflyttningen av denna vipparm 23 med hydraulkolven. 26 från. den. justerbara. stoppskruven 37 att att hydraulvätskan påverkar ventiltryckaren 20 förflytta sig i en cylindrisk borrning 38 i huvudvipparmen 21. Följden av detta blir att ventil- öppningsrörelsen lämnar grundkurvan 10 (se Fig. l) och följer kurvpartiet 12. Således utför sekundärvipparmen samma rörelse i båda de ovan beskrivna funktionslägena, men i. det senare läget överförs rörelsen hydrauliskt För att dämpa stängnings- till till ventiltryckaren 20. rörelsen vid övergång från aktivt inaktivt 10 15 20 25 30 rfnv' sfvn g. a- 'J 'J i ~..v-- > ; funktionsläge, kurvparti 13 eller l3a i figur 1, när ventilerna 15 är pá väg att stängas, är borrningen 38 försedd med ett elastiskt och/eller visköst dämpnings- organ 39. Dessutom finns en skruvlindad fjäder 40 som tillförsäkrar att vipparn1 18 alltid. har kontakt med kamaxeln 22.

Vid ett ytterligare förhöjt hydraultryck rör sig manöverkolven 35 tills en passage 41 öppnas som förbinder hydraulcylindern 25 med matarkanalen 29 (se I detta funktionsläge àtergàr ventillyftet Det till Fig. 6). till lyftrörelse enligt kurva 10 figur 1. tredje trycknivàn ökade smörjoljetrycket kan användas att aktivera annan funktion t.ex. för någon motorbromsanordning, utan att den här redovisade sena Miller-lyftkurvan är aktiverad. beskrivna det ovan Figur 7 visar en variant av utföringsexemplet av' uppfinningen. där 'ventiltryckaren 20 är fast/justerbart monterad vid huvudvipparmen 18 medelst en skruvgänga och en nmtter 42. Funktionellt innebär detta inte någon nämnvärd skillnad. Emellertid behöver dämpningsorganet 39 flyttas sá att det verkar mellan huvudvipparmen 18 och en fast punkt 43 i motorn.

I figurerna 8-ll visas ytterligare ett utföringsexempel av uppfinningen, vid vilket den tryckstyrda ventilen 30 är ersatt med en mekaniskt justerbar hydraulventil 44.

Denna ventil 44 omfattar, liksom vid de ovan beskrivna utföringsexemplen, en backventil med en fjäder 31 som pressar en kula 32 mot ett säte 33. Emellertid ansluter matarkanalen 29 direkt nmn: backventilens säte 33. En dumpkanal 45 är anordnad i huvudvipparmen 18, så att den förbinder en punkt nedströms backventilen med port 10 15 20 25 30 rrwr /fvn \.I' n_. ^_1 \.- _ ~' i hydraulcylinderns 25 vägg. Dumpkanalen 45 kan öppnas och stängas medelst en vridventil 46, som är förbunden via ett länkage 47 med ett icke visat ställdon vid cylinderhuvudet 48. När* huvudvipparmen. rör sig kring axeln 19 öppnas och stängs dumpkanalen 45 automatiskt.

Länkaget 47 mellan huvudvipparmen 18 och cylinder- huvudet 48 används för att överföra önskad andel av ventillyftomfànget och definiera i vilken punkt stängning' av det förlängda ventillyftet skall börja vevvinkelmässigt. Hydraulkolven 26 fungerar även som en skall genom att kolven i sitt yttersta läge, ventil för hydraulvätskan som dräneras ur hydraulkretsen, när sekundärvipparmen 23 befinner sig på grundcirkeln, täcker för dumpkanalen 45 i serie med vridventilen 46.

Detta för att reducera oljeförbrukningen, som annars skulle flöda ut fritt när báda rullföljarna stàr pá kamnockens grundcirkel, se figur 8.

Figurerna 8 och 9 visar hydraulventilen 44 inställd för grundfunktion, dvs. för att följa grundkurvan 10 næd vridventilen 46 öppen.

Figurerna 10 och 11 visar hydraulventilen 44 inställd för Millerfunktion, dvs. för att exempelvis följa kurvan 12 med vridventilen 46 stängd.

I det ovan beskrivna utföringsexemplet är länkaget 47 mellan cylinderhuvud och vridventil utfört med hävarmar och tryckstänger. Alternativt skulle kugghjul och kugg- stång kunna användas. Ytterligare en variant skulle kunna omfatta en reglerstàng utmed motorns längd som är försedd med en kilformad kropp mittför varje inlopps- vipparm. Om denna reglerstàng skjuts fram och tillbaka i motorns längdled kan de kilformade kropparna påverka Ffïf: ff!!! \; »_ f.- , 1 M- en. hydraulventil i huvudvipparmen. 18 vid. olika vinkellägen av huvudvipparmen, och därmed kan dumpning av olja pàbörjas vid olika vevvinklar och man erhåller en steglöst varierbar stängning av inloppsventilen.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan. beskrivna utföringsexemplen, utan. en rad. ytter- ligare ivarianter och. modifikationer" är tänkbara. inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims

10 15 20 25 30 Ffïï I Wfw »J ._ a.) v 4 v 10 C14675/KS, 03-08-25 PATENTKRAV

1. Anordning vid en förbränningsmotor som för varje cylinder med tillhörande kolv har åtminstone en inloppsventil (15) och åtminstone en avgasventil för reglering av förbindelsen mellan förbränningsrum i cylindern och ett inloppssystem respektive ett avgassystem, varvid. en roterbar kamaxel (22) med en kamkurva som uppvisar àtminstone en kamlob (22a) är inrättad att samverka med en huvudvipparm (18) och en (23), vilka båda vipparmar möjliggör överföring av kamlobens sekundärvipparm rörelse till inlopps-/avgas- ventilen, k ä n n e t e c k n a d därav, att kamloben (22a) är anordnad att påverka bada vipparmarna (18, 23) under varje varv som kamaxeln (22) roterar, och att sekundärvipparmen (23) samverkar med en i en hydraulcylinder (25) förskjutbar hydraulkolv (26) som ingår i en hydraulkrets (28) med en hydraulvätskekälla (29) och som möjliggör omställning mellan minst tvà olika funktionslägen.

2. Anordning enligt kravet 1, att hydraulkretsen (28) (31- k ä n n e t e c k n a d därav, omfattar en reglerventil (35; 46) och en backventil 33).

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, (35) mellan två eller flera trycknivàer i (28). att reglerventilen är manövererbar genom växling hydraulkretsen 10 15 20 25 30

4. Anordning enligt nàgot av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d därav, (28) en hydraulisk läsning' mellan huvudvipparmen i ett av funktionslägena bildar (18) att hydraulkretsen och sekundärvipparmen (23).

5. Anordning enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, (18) är begränsad av ett elastiskt/visköst att rörlighet i riktning mot huvudvipparmens (22) stopp-/dämporgan (39). kamaxeln

6. Anordning enligt nágot av kraven l~3, k ä n n e t e c k n a d därav, i ett av funktionslägena bildar (23) anordnad ventiltryckare att hydraulkretsen (28) och (20) en hydraulisk läsning mellan sekundärvipparmen (18) som samverkar med ventilen (15). en i. huvudvipparmen

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att (20) med ett elastiskt/visköst stopp-/dämporgan (39). ventiltryckaren i ett inre ändläge samverkar

8. Anordning enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att reglerventilen (46) är anordnad. att öppna eller stänga en dumpkanal (45), som leder bort fràn hydraulkretsen (28), frán en punkt nedströms backventilen (31-33).

9. Anordning enligt kravet 8, k ä n n e t e c k n a d därav, 10 15 20 rrxr /frn u _- *J -- J 12 att reglerventilen (46) påverkas av huvudvipparmens (18) så att reglerventilen öppnar eller stänger vid en viss vipparmsvinkel. svängrörelse,

10. Anordning enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda vinkel är justerbar via en mekanisk förbindelse med motorn.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 6~10, k ä n n e t e c k n a d därav, att huvudvipparmens (18) rörelse i riktning fràn kamaxeln (22) sker mot verkan av ett fjäderorgan (40).

12. Anordning enligt något av kraven l-11, k ä n n e t e c k n a d därav, (22a) efter* att ha, passerat huvudvipparmen är utformad med sådan bredd att den (18) sekundärvipparmen (23) med lág landningshastighet. att kamloben fångar upp