SE527373C2 - Metod för genering av tryckpulser, tryckpulsgenerator och en med en sådan försedd kolvmotor - Google Patents

Description

527 3732 ¿;;¿§;g?;f- motsatt sida om dennas mot förbränningskammaren vända sida. Den ijäderbelastning som den tryckpulsöverförande kroppen därvid är ut- satt för i riktning mot tryckpulsgeneratorns kammare kan då vara en direkt verkan av det gastryck som råder i nämnda cylinder, och kan men behöver således inte vara åstadkommen av en fysisk fjäder.

Lämpligen inbegriper tryckpulsgeneratorn en styrenhet som elektro- niskt och baserat på den tryckpulsöverförande kroppens läge eller till exempel en kolvmotors kolvläge (vevvinkelgrad) styr ventiler för re- glering av tryckfluidens flöde och därmed tryckpulserna initiering.

Begreppet kammare, som det används i denna ansökan för att ange ett utrymme i vilket tryckfluiden inhyses, ska ses i vid mening. I an- sökan anges att en kammare är uppdelad i en första och andra del.

Det är naturligtvis möjligt att betrakta en sådan enhet som bestående av två separata kammare eller utrymmen åtskilda av en kanal. Inne- börden är dock densamma.

Begreppet ledning, som det används i denna ansökan, ska också be- traktas ivid mening, och kan således innefatta en rörledning eller en ledning i form av en i ett materialstycke anordnad kanal.

UPPFINNINGENS BAKGRUND Det är känt att med hjälp av en hydraulisk tryckpulsgenerator styra och driva fjäderbelastade tallriksventiler (poppet valves) hos förbrän- ningsmotorer, härefter benämnda motorventiler. Till exempel är det genom US 6 067 946 känt att öppna en motorventil genom applice- ring av ett hydrauliskt tryck på. en med ventilen förbunden kolv. Det hydrauliska trycket kommer från antingen en högtryckskälla eller en làgtryckskälla. Appliceringen av hydraultrycket görs medelst en trycksstyrningsanordning baserat på signaler som mottas från ett 10 15 20 25 30 elektroniskt styrorgan. 'Hydraultrycket appliceras på ett sätt som ska minimera den energi som fordras för aktiveringen av ventilen under det att ventilens tröghetsmoment utnyttjas. Det beskrivna systemet innefattar medel för öppning/brytning av kommunikationen mellan högtryckskållan och den kammare i vilken kolven är anordnad och medel för öppning / brytning av kommunikationen mellan lågtryckskållan och nämnda kammare.

Den i US 6 067 946 beskrivna metoden innebär att högtryckskållan bringas att kommunicera med kammaren under det att ventilen för- skjuts i en riktning ut ur kammaren, det vill säga till ventilens öpp- ningsläge. När ventilen närmar sig ett maximalt öppet läge stängs kommunikationen mellan kammaren och högtryckskållan och öpp- nas i stället kommunikationen mellan kammaren och lågtryckskäl- lan. På sä vis åstadkoms en bromsning av ventilen innan den når sitt så kallade bortaläge. När ventilen väl nått detta läge kan den låsas i detta genom att bägge de nämnda kommunikationerna bryts. När ventilen ska återgå till sitt stängda läge öppnas åter kommunikatio- nen mellan lågtryckskällan och kammaren, varvid den förspända fjä- derkraften förskjuter kolven in i kammaren. När ventilen år nära sitt stängda läge, hemmalaget, öppnas kommunikationen mellan högtryckskållan och kammaren och bryts kommunikationen mellan lågtryckskällan och kammaren. På så vis åstadkoms en bromsning av rörelsen i denna riktning. När ventilen nätt sitt hemmaläge kan bägge kommunikationerna brytas för att hålla ventilen i detta läge. På så vis styrs ventiltiden.

En nackdel med denna tidigare teknik är att den hydraulvåtska som kommer från högtryckskållan och används för utskjutningen av ven- tilen till dess öppna läge nästan hela tiden leds vidare till lågtryckskällan, varigenom energiförluster uppkommer. og oooo o» 00 c u o o o n 0 g . y o o u ovan n 0 I O 0 nu ao oo 10 15 20 25 30 527 373 4 : :. .t- ._. 3 ' .... ..

SYFTET MED UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppñnningen är att tillhandahålla en metod och en tryckpulsgenerator som gör det möjligt att minimera energiförluster i samband med tryckpulsgenerering, i synnerhet i samband med förskjutning av en motorventil hos en förbränningsmo- tor mellan sina öppna och stängda positioner eller förskjutning av en VCR-kolv.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att uppnå det primära syftet med en så enkel och pålitlig tryckpulsgeneratorkonstruktion som möjligt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det primära syftet med uppfinningen uppnås med den inledningsvis nämnda metoden, kännetecknad av att kommunikationen mellan högtryckskällan och kammarens första del och kommunikationen mellan lågtryckskällan och kammarens andra del hålls brutna under det att kommunikationen mellan kammarens bägge delar öppnas och en förskjutning av kroppen ut ur kammaren ästadkoms, och kom- munikationen mellan kammarens bägge delar hålls öppen för åter- etablering av högtryck i kammarens första del under det att kroppen av ijäderverkan förskjuts tillbaka mot ett inskjutet utgångsläge under det att kommunikationen mellan högtryckskällan och kammarens första del och kommunikationen mellan lågtryckskällan och kamma- rens andra del hålls brutna.

På väg tillbaka eller väl tillbaka i ett maximalt inskjutet läge bryts kommunikationen mellan kammarens delar och öppnas kommunika- tionen mellan kammarens första del och högtryckskällan för fullstän- dig återetablering av trycket i kammarens första del. oo oooo oo oo o o o o o I o o ooo o o oooo o o o o o o o oo oo oo 10 15 20 25 30 527 373 5 Med andra ord kommer den tryckfluid som föreligger i kammarens första del att fungera som en tryckfluidfjäder som återkommande för- spänns i samband med att kroppen återförs till utgångsläget och i samband med att kommunikationen mellan kammarens bägge delar bryts, vilket lämpligen sker när den tryckpulsöverförande kroppen är på väg mot ett hemmaläge, det vill säga den position i vilken den är maximalt inskjuten i kammaren. I det föredragna fallet att kroppen ifråga verkar mot eller är förbunden med ett ventilskaft eller en till ventilen förbunden kolv hos en motorventil motsvarar denna position ventilens hemmaläge, det vill säga stängda läge.

I synnerhet när tryckfluiden är relativt inkompressibel, såsom en vätska, och den tryckpulsöverförande kroppen är ett skaft, t.ex. ven- tilskaft, gäller enligt ett utföringsexempel att kommunikationen mel- lan kammarens första och andra delar bryts och kommunikationen mellan högtryckskällan och den första delen och kommunikationen mellan lågtryckskållan och den andra delen hålls bruten när, eller åtminstone i anslutning till att, nämnda kropp når en maximalt ut- skjuten position. Därvid åstadkoms en låsning av nämnda kropp i denna position. I fallet med en motorventil styrs på så sätt ventilens öppningstid. Kommunikationen mellan kammarens första och andra delar öppnas därefter når den tryckpulsgenererande kroppen ska till- låtas att återgå till sitt utgångsläge eller sin maximalt inskjutna posi- tion. Den fiäderkraft som verkar på kroppen i riktning mot kamma- ren och som byggts upp under förskjutningen av kroppen till det ut- skjutna läget övervinner därvid den kraft som hydraulvätskan i kammaren utövar på kroppen, vilket resulterar i en snabb återför- skjutning av kroppen.

Emellertid har viss energi gått förlorad under de ovan beskrivna för- skjutningarna, och fiâderkraften kommer inte helt att räcka till för en 10 15 20 25 30 5 2 7 s 7 36 §::= - iii - .llï i? fullständig återskjutning av kroppen. För att medge en sådan full- ständig återskjutning inbegriper metoden enligt uppfinningen att kommunikationen mellan lågtryckskällan och kammarens andra del öppnas och hålls öppen under ett slutskede av nämnda kropps retur- rörelse in i kammaren för att tillåta kroppen att återgå till en maxi- malt inskjuten utgångsposition.

Företrådesvis är den tryckpulsöverförande kroppen förbunden med en fiäderpåverkad inlopps- eller utloppsventil, eller en VCR-kolv, hos en förbränningsmotor och styrs ventilens lyfthöjd, eller kolvens slag- längd, genom styrning av det tryck som tillhandahålls kammarens första del via högtryckskällan.

Den tid under vilken den ijäderpåverkade inlopps- eller utloppsventi- len hålls i ett öppet läge styrs därvid genom styrning av den tid under vilken kommunikationen mellan kammarens första och andra del hålls bruten när nämnda kropp är i sin maximalt utskjutna position.

Detta gäller som sagt i synnerhet när tryckfluiden är en vätska.

Det primära syftet med uppfinningen uppnås även med en tryckpuls- generator enligt uppfinningen, vilken är kännetecknad av att den in- nefattar medel för Öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens första del och högtryckskällan och medel för öpp- ning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens andra del och lågtryckskällan, och en styrbar ventilkropp för öppning/ brytning av kommunikation mellan kammarens första och andra delar. Tack vare närvaron av samtliga dessa medel för öppning och brytning av nämnda kommunikationer, är det möjligt att utföra de steg som me- toden enligt uppfinningen innefattar. Uppfinningen möjliggör för- spånning av kammarens första del och fullständig återföring av den tryckpulsöverförande kroppen till ett utgångsläge.

O ID 0 O bl: c c 000 0 0 c 0 0 I Û .I .I .Ü IC OI OQO! 'I .I O I I O O O I I O I 0 I CO I U I I I I a. -10 15 20 25 30 5 2 7 3 7 3, ; Enligt ett föredraget utförande är medlen för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens första del och högtryckskällan elektromekaniskt styrda. Särskilt föredras att medlet för elektrome- kaniskt styrd öppning/ brytning av kommunikationen mellan kam- marens första del och högtryckskällan innefattar en solenoídaktive- rad ventilkropp, Motsvarande gäller för medlen för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens andra del och lågtryckskäl- lan. På så vis kan en datorprogramstyrd aktivering av förekommande ventilkroppar utföras och en mycket noggrann styrning av tryckpul- serna åstadkommas.

Enligt ett föredraget utföringsexempel på uppfinningen bildar den styrbara ventilkropp, som används för öppning/ brytning av kommu- nikationen mellan kammarens första och andra delar, också en ven- tilkropp hos medlen för öppning/ brytning av kommunikationen mel- lan kammarens första del och högtryckskällan. På så vis reduceras den mängd komponenter som fordras för tryckpulsregleringen.

Enligt ytterligare ett föredraget utföringsexempel bildar även den styrbara ventilkropp som används för öppning/ brytning av kommu- nikationen mellan kammarens första och andra delar en ventilkropp hos medlen för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kam- marens andra del och lågtryckskållan. Detta bidrar ytterligare till att reducera antalet komponenter som fordras för tryckpulsregleringen. I det fallet att ventilkroppen är en slidventil, inbegriper uppfinningen att ledningarna mellan kammaren och högtryckskällan respektive lågtryckskällan år så placerade att slidventilen korsar dessa, samt att den även korsar en förbindelse mellan kammarens första och andra delar, och på så vis kan användas för öppning/ brytning av kommu- nikationerna i var och en av dessa ledningar-förbindelser. coon on 01 U O I I O Q VI con c c uvoc n I o I I g, .g ooo 10 15 20 25 30 527 573 8 Som ett alternativ eller komplement till de medel som nämnts ovan för öppning/ brytning av kommunikationen i ledningen till högtryckskällan kan medlen för öppning/brytning av kommunikatio- nen mellan kammarens första del och högtryckskällan innefatta ett parti med reducerad omkrets eller en öppning hos den tryckpulsöver- förande kroppen, vilket parti är placerat för att öppna för kommuni- kation när nämnda kropp befinner sig nära eller i ett utgångsläge i vilken den är maximalt inskjuten i kammaren.

På motsvarande sätt kan nämnda medel innefatta ett parti med redu- cerad omkrets eller en öppning hos den tryckpulsöverförande krop- pen, vilket parti är placerat för att öppna för kommunikation när nämnda kropp befinner sig nära ett utgångsläge i vilken den är max- imalt inskjuten i kammaren. Det är dock viktigt att denna kommuni- kation åter bryts när utgångsläget uppnåtts, för undvikande av att högtrycksvätska dräneras ut den vägen när kommunikationen mellan kammarens bägge delar åter öppnas vid päbörjandet av nästföljande utskjutningsrörelse. Den tryckpulsöverförande kroppen korsar led- ningarna mellan kammaren och högtryckskällan respektive lågtryckskällan.

Det ska inses att kammarens första del har en volym som är anpas- sad för att den vätska med högt tryck som samlas i denna ska kunna fungera som en vätskefjäder, vars utlösning framkallar en förskjut- ning av den tryckpulsöverförande kroppen från en maximalt inskju- ten position till en utskjuten position mot den fiäderverkan som ver- kar på nämnda kropp i motsatt riktning. Nämnda ijäderverkan kan vara verkan av en ventilfjäder hos en tallriksventil hos en förbrän- ningsmotor.

Alternativt, om tryckfluiden är en gas, bör denna verka mot en större area på den tryckpulsöverförande kroppen än vad som normalt är 10 15 20 25 30 521 av: 9 möjligt om den senare är ett ventilskaft. I sådana fall kan den tryck- pulsöverförande kroppen lämpligen utgöras av en kolv som är fram- och återgående rörligt anordnad i en cylinder och till exempel för- bunden med eller i kraftöverförande kontakt med ventilen i fråga.

Kroppen kan också. utgöra själva kolven hos en VCR-kolv. Gasen ver- kar direkt mot den ena av kolvens ändytor. Dessutom är volymen hos kammarens första del dimensionerad för att gas med högt tryck som samlas i denna ska kunna fungera som en gasfjäder, vars utlösning framkallar en förskjutning av den tryckpulsöverförande kroppen från en maximalt inskjuten position till en utskjuten position mot den fjä- derverkan som verkar på. nämnda kropp i motsatt riktning.

Med fördel innefattar tryckpulsgeneratorn en styrenhet med ett da- torprogram för styrning av medlen för öppning/ brytning av kommu- nikationen mellan kammarens första och andra delar samt mellan kammarens första del och högtryckskällan och mellan kammarens andra del och lågtryckskällan i enlighet med den uppñnningsenliga metoden baserat på information om positionen hos den tryckpuls- överförande kroppen eller en med denna förbunden kropp, och /eller baserat på information om positionen hos en i en kolvmotors för- bränningskammare arbetande kolv.

Uppfinningen avser också en kolvmotor med en ventil för inflöde eller utflöde av luft eller en luft/ bränsleblandning till en förbrännings- kammare, kånnetecknad av att den innefattar en tryckpulsgenerator enligt uppfinningen för drivning av nämnda ventil.

Uppñnningen avser även kolvmotor med en VCR-kolv i anslutning till en förbränningskarnmare hos motorn, kännetecknad av att den inne- fattar en tryckpulsgenerator enligt uppfinningen för drivning av nämnda VCR-kolv. 10 15 20 25 30 527 373 10 ê:°':E: 'å :..1. = l: ..E. . š..i øzzu 1:a: 'onz Ytterligare särdrag hos och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen samt av övriga pa~ tentkrav.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen ska hårefter beskrivas i exempliñerande syfte med hän- visning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 är en schematisk tvärsnittsbild av en tryckpulsgenerator enligt ett första utföringsexempel på uppfinningen, Fig. 2 visar ett andra utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfinningen, Fig. 3 visar ett tredje utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfinningen, Fig. 4 visar ett fjärde utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfinningen, Fig. 5 visar ett femte utföiingsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfmningen, Fig. 6 visar ett sjätte utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfinningen, och Fig. 7 visar ett sjunde utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 527 373 000 oo v con: a o 0 ll DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar ett första utföringsexempel på en tryckpulsgenerator en- ligt uppfinningen. Tryckpulsgeneratorn innefattar en kropp 1 som omger en kammare 2, som i sin tur kan betraktas som uppdelad i en första del 3 och en andra del 4. Den första delen 3 har en större vo- lym än den andra delen 4, vars volym emellertid kan sägas variera beroende av läget hos en tryckpulsöverförande kropp, såsom kommer att beskrivas senare. Vidare innefattar tryckpulsgeneratorn en högtryckskälla 5, en lågtryckskälla 6, en första ledning 7, som för- binder högtryckskällan 5 med kammarens 2 första del 3, och en andra ledning 8, som förbinder lågtryekskällan 6 med kammarens 2 andra del 4. Högtryckskällan 5 och lågtryckskällan 6 levererar re- spektive tar emot en hydraulvätska, till exempel olja. I-Iögtryckskällan kan vara driven med en pump, och lågtryckskällan 6 kan vara för- bunden »med atmosfär och uppvisa atmosfärstryck. Lågtryckiskällan 6 är exempelvis oljetråget hos en bil eller något annat fordon med en förbränningsmotor.

Vidare innefattar tryckpulsgeneratorn en tryckpulsöverförande kropp 9 som via en öppning i kroppen 1 är i direkt kontakt med och skjuter in i kammarens 2 andra del 4. Den tryckpulsöverförande kroppen 9 är förskjutbart anordnad till respektive från kammarens 2 andra del 4 och bildar del av en vägg hos denna. I detta fall bildar den del av eller är förbunden med eller anligger mot ett ventilskaft hos-en in- lopps- eller utloppsventil 10 av tallrikstyp till en förbränningsmotors förbränningsrum (icke närmare visat). Ventilen 10 är förspänd i ett stängt läge medelst en fjäder ll, som alltså verkar med en kraft i riktning mot kammaren 2, det vill säga för inskjutning av den tryck- pulsgenererande kroppen 9 i kammaren 2. I det stängda läget vilar ventilen lO mot ett ventilsåte, till exempel i förbränningskammarens innertak. 10 15 20 25 30 527 373 n. I 0 N ' "nu :"'° " ' ::n :I ' e cv f' °' u-u 0 I nu v' ° °' '"' u o 0 12 ' ° ' " ' ' 3 . . n u ß Utöver dessa komponenter innefattar tryckpulsgeneratorn en ventil- kropp 12, en första solenoid 26 och en andra solenoid 27. Solenoi- derna 26, 27 är anordnade för aktivering, det vill säga förskjutning, av ventilkroppen 12, vars uppgift är att öppna eller bryta kommuni- kationen mellan karnmarens 2 första del 3 och andra del 4, mellan kammarens 2 första del 3 och högtryckskällan 5 samt mellan kam- marens 2 andra del 4 och lågtryckskällan 6. Detta är möjligt genom att ventilkroppen 12 löper tätt i ett spår i vilket dess bana korsar dels en kanal som förbinder kammarens 2 bägge delar 3 och 4 dels de ledningar 7, 8 som förbinder kammarens 2 bägge delar 3, 4 med högtryckskällan 5 respektive lågtryckskällan 6. Ventilkroppen 12 är försedd med avsmalningar eller öppningar 13, 14, 15 som, när de kommer i ett läge mitt för en kanal eller ledning 7, 8, medger passage av hydraulvätska. Genom lämplig placering och utsträckning av så- dana avsmalningar/ öppningar 13, 14, 15 utmed ventilkroppen 12 kan en tidsstyrning avseende öppning och brytning av kommunika- tionerna i de respektive ledningarna 7, 8 och mellan kammarens 2 första del 3 och andra del 4 åstadkommas. I fig. 1 visas motorventilen 10 i ett stängt läge, i vilket den tryckpulsöverförande kroppen 9 i an- slutning till ett ventilskaft är maximalt inskjuten i kammarens 2 andra del 4. Avsmalningama/öppningarna 13, 14, 15 ligger i sådana lägen att kommunikationen mellan kammarens 2 första del 3 och andra del 4 är bruten, medan kommunikationen mellan den första delen 3 och högtryckskällan 5, samt mellan den andra delen 4 och lågtryckskällan 6 är öppen.

Kammarens 2 första del 3 är utformad och dimensionerad att fungera som en vätskeijäder som laddas eller förspännas med hydraulvätska med givet övertryck i det läge som visas i ñg. 1, för att sedan utlösas i samband med en öppnings- och stângningsrörelse hos motorventilen 10, och därefter, när det stängda läget ånyo uppnåtts, åter laddas. 10 15 20 25 30 527 373 Öppnings-stängningscykeln enligt uppfinningen ska beskrivas mer i detalj, steg för steg, senare.

I fig. 2 visas ett alternativt utföringsexempel på tryckpulsgeneratorn.

Den största skillnaden jämfört med det första utföringsexemplet är att den i stället för enbart en passage innefattar en första passage 16 och en andra passage 17 mellan kammarens 2 första del 3 och andra del 4 och att varje passage är försedd med en backventil 18, 19, var- vid de bägge backventilema 18, 19 öppnar åt olika håll. Dessutom har ventilkroppen 12 två avsmalningar / öppningar 20, 21, av vilka en första 20 ska ligga mitt för den första passagen 17 i en första position hos ventilkroppen 12 och den andra 21 ska ligga mitt för den andra passagen i en andra position för ventilkroppen 12. Man kan natur- ligtvis också tänka sig en lösning med enbart en avsmalning/ öppning som förflyttas mellan de bägge backventilernas positioner. Den första positionen motsvarar när den tryckpulsöverförande kroppen 9 skjuts ut och ;_flöde från kammarens första del 3 till dess andra del ska ske, och den andra positionen motsvarar när den skjuts inåt eller är inskjuten, och flöde från kammarens andra del 4 till dess första del 3 ska ske eller åtminstone tillåtas. Lösningen har fördelen att styr- ningen av ventilkroppens 12 rörelser inte måste vara lika noggrann som i det första utföringsexemplet. Däremot har den nackdelen av att fordra fler komponenter i form av främst backventilerna 18, 19.

Fig. 3 visar ännu ett alternativt utföringsexempel på tryckpulsgenera- tom enligt uppfinningen. Skillnaden gentemot det utföringsexempel som visas i ñg. 1 och 2 är att det innefattar en separat ventilkropp 22 som är anordnad för öppning och brytning av kommunikationen i ledningarna 7 och 8 som förbinder kammarens 2 första del 3 med högtryckskällan 5 respektive andra del 4 med lågtryckskällan 6.

Dessutom innefattar det en separat solenoid 23 för aktivering av nämnda ventilkropp 22. Denna lösning fordrar en synkroniserad 10 15 20 25 30 527 375 , 14 äs: 'I .i ° in: .:I. ° i.. styrning av samtliga solenoider, men ger samtidigt större möjligheter till variabel styrning av öppnandet/ brytandet av kommunikationen i de enskilda ledningarna/ passagerna oberoende av varandra. En yt- terligare vidareutveckling skulle kunna innefatta separat styrda ven- tilkroppar för öppning/ brytning av kommunikationen i den första ledningen 7 och den andra ledningen 8.

Fig. 4 visar ytterligare ett utföringsexempel, där medlen för öppning och brytning av kommunikationen i ledningarna 7, 8 till . högtryckskällan 5 och lägtryckskällan 6 även inkluderar själva den tryckpulsöverförande kroppen 9, varvid den senare, pä givna positio- ner utmed sin längdaxel, uppvisar avsmalningar eller öppningar 24, 25, vilka, när nämnda kropp 9 nått ett i förväg bestämt läge, här mo- torventilens 10 stängda läge, ligger mitt för ledningarna 7, 8 och därmed öppnar kommunikationen i dessa. Detta arrangemang garan- terar att någon kommunikation mellan högtryckskällan 5 och kam- marens 2 första del 3 samt mellan lågtryckskällan 6 och kammarens andra del 4 inte förekommer annat än i motorventilens 10 stängda läge, eller, om man så vill, i den tryckpulsöverförande kroppens 9 maximalt inskjutna läge eller nära detta läge.

Fig. 5 visar ett utföringsexempel som kan sägas vara en förenklad vidareutveckling av utföringsexemplet i ñg. 4 så till vida att ventil- kroppen 12 nu enbart är anordnad att öppna och bryta kommunika- tionen mellan kammarens 2 första del 3 och andra del 4, varvid av- smalningarna/ öppningarna 24, 25 hos den tryckpulsöverförande kroppen 9 bildar det enda medlet för öppning av kommunikationen mellan högtryckskällan 5 och kammarens 2 första del 3 samt mellan lågtryckskällan 6 och kammarens 2 andra del 4.

Nu ska en öppnings-stängningscykel för motorventilen 10 beskrivas mer i detalj. I ett utgångsläge, där motorventilen 10 är stängd och 10 15 20 25 30 527 373 ooo u o ut OI to ola 0 v c 00 I , o u o 15 gon. . vilar mot sitt säte, år ventilkroppen 12 för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens 2 bägge delar i ett brytande läge, samtidigt som den medger kommunikation i de bägge ledning- arna 7, 8. Kommunikationen i ledningen 7 kan i princip också brytas så snart ett önskat tryck, motsvarande högtryckskällans 5 tryck eta- blerats i kammarens 2 första del. På motsvarande sätt kan kommu- nikationen i den andra ledningen 8 brytas så snart motorventilen nått sin stängda position, eftersom något behov av fortsatt kommuni- kation mellan lågtryckskällan och kammaren då inte längre förelig- ger.- N är motorventilen 10 ska öppnas, aktiveras en av solenoiderna 26, 27 som svar på signal från en styrenhet (icke visad) som lämpligen är försedd med ett datorprogram för styrning av motorventilen 10. När solenoiden 26 eller 27 aktiveras, förskjuter den ventilkroppen 12 till en position i vilken en avsmalning eller öppning 14 hos denna öppnar för kommunikation mellan kammarens 2 första och andra delar 3, 4 för flöde i riktning mot den andra dnien. samtidigt med, 611m? dum helst alldeles innan, denna kommunikation etableras, bryts kommu- nikationen i ledningarna 7, 8 för att undvika att hydraulvätskan går direkt från högtryckssidan till lågtryckssidan utan att utnyttjas för förskjutningen av den tryckpulsöverförande kroppen 9. Den tidsmäs- siga korrelationen åstadkoms genom lämplig positionering av av- smalningarna/öppningarna 13, 14 , 15. Det tryck som råderli kam- marens 2 första del 3, som fungerar som en vätskefjäder, är anpassat så, att en given förskjutning av motorventilen 10 till ett öppet läge åstadkoms när kommunikationen mellan kammarens 2 bägge delar öppnas.

Närrnotorventilen 10 nått ett maximalt öppet läge, i vilket större de- len avden energi som funnits lagrad i vätskefjädern nu har gått åt till förspänning av ventilfjädern 11, upphör dess rörelse. En fortsatt för- 10 15 20 25 30 527 373 16 skjutning av ventilkroppen 12 sker därvid till ett läge i vilket den bry- ter kommunikationen mellan kammarens 2 bägge delar 3, 4 och fort- sättningsvis även i ledningama 7, 8 till högtryckskällan 5 och lågtryckskällan 6. På så vis kan en låsning av motorventilen i öppet läge under valfri tidsrymd åstadkommas. l det fallet att backventiler används för reglering av flödet mellan kammarens delar, såsom visas i fig, 2 och 3, kommer den ena backventilen att garantera att ej något återflöde uppstår när avsmalningen / öppningen ligger mitt för den aktuella, med denna backventil försedda passagen mellan den första delen och den andra delen. I ett sådant fall behöver inte avsrnalning- en/ öppningen för-skjutas ytterligare förbi passagen för åstadkom- mande av låsning.

N är motorventilen åter ska stängas, aktiveras någon av solenoiderna 26,27 för förskjutning av ventilkroppen till ett läge där den åter öpp- nar kommunikationen mellan kammarens 2 första del 3 ochïandra del 4 för flöde i riktning mot den första delen 3. Alltjämt är kommu- nikatiönen i ledningarna 7, 8 bruten. Motorventilen 10 kommer att utföra en returrörelse tillbaka mot det stängda läget. Eftersom en viss energiförlust alltid kommer att förekomma, är emellertid derr energi som finns lagrad i den förspånda ventilfjädern 1 1 inte tillräcklig för en fullständig återförskjutning av motorventilen 10 till sitt stängda lägef För att möjliggöra en fullständig retur, fordras att kommunika- tionen mellan kammaren 2 och lågtryckskållan 6 öppnas någon gång under returrörelsen. Lämpligen ästadkoms detta genom en ytterligare förskjutning av ventilkroppen 12 till ett läge där en avsmalning eller öppning 15 hos denna kommer mitt för ledningen 8 till lågtryckskäl- lan 62; Strax före, samtidigt, eller strax efteråt, ska kommunikationen mellan kammarens 2 bägge delar brytas, varefter kommunikationen mellan kammarens 2 första del 3 och högtryckskällan 5 åter kan öppnas. Vi befinner oss då återigen i det utgångsläge som visas i fig. 1. Allmänt gäller att kortslutning, det vill säga öppning av samtliga 10 15 20 25 30 527 373 11 -J-.ff * ' kommunikationer samtidigt, i möjligaste mån ska undvikas. I det fall backventiler används, såsom visas i fig. 2 och 3, kan dessa, eller närmare bestämt den ena av dessa, garantera att inte någon kort- slutning förekommer.

Det ska inses att de tidsmåssiga förskjutningarna av öppnandet och brytandet av de olika kommunikationerna antingen kan åstadkom- mas genom rent geometriska placeringar och val av dimensioner hos förekommande avsmalningar och öppningar hos aktuella ventilkrop- par. I de fall där olika ventilkroppar, drivna av olika solenoider, an- vänds för öppning/ brytning av olika kommunikationsledningar eller - passager kan tidsstyrningen ske via det datorprogram som styr sole- noidernas aktivering för àstadkommande av önskad synkronisering av tiderna för öppning/ brytning i enlighet med den uppfinningsenliga metoden.

Motorventilens 10 maximala öppning, lyfthöjden, kan styrasunder drift genom variation av trycket i högtryckskållan 5, till exempel ge- nom styrning av en pump för upparbetande av nämnda tryck. Det är även tänkbart att åstadkomma en sådan variation om kammaren 2, företrädesvis dess första del 3, konstrueras med variabel volym.

Ventiltiden, det vill säga den tid under vilken motorventilen befin- ner sig i sitt maximalt öppna läge, kan styras helt på datoriserad väg genorrílfstyrning av den tidpunkt vid vilken den solenoid 26, 27 som styr ventilkroppen 12 för öppning och brytning av kommunikationen mellan kammarens 2 bägge delar 3, 4 ska aktiveras för återöppníng av denna kommunikation.

Detislêa-inses att uppfinningen, som den har beskrivits ovan för det fall att den använda tryckfluiden är en vätska, också är tillämplig på motsvarande utföranden där tryckfluiden är en gas. De väsentliga A 10 15 20 25 30 527 373 u. . g 3: . .. - - ;;; I O I Ü ,. . .a vu , , , n o n I :nanci 'I :":" . . .en 0 , e s skillnaderna är då att gasen, på grund av sin större kompressibilitet, behöver en större area hos den tryckpulsöverförande kroppen att verka pä för att generera motsvarande rörelse, och att volymen hos kammarens första del bör anpassas till att tryckfluiden är en* gas.

Lämpligen utgörs därvid den tryckpulsöverförande kroppen av en kolvsorn är fram- och återförbart anordnad i en cylinder och kraft- överförande förbunden med den ventil vars rörelse den är avsedd att åstadkomma. Den tryckpulsöverförande kroppen kan också vara identisk med en VCR-kolv som via nämnda cylinder står i direkt för- bindelse med en förbränningsmotors förbränningskammare för varia- tion av, dennas volym i beroende av motorlast.

Fig. 6 visar ett ytterligare utföringsexempel på anordningen enligt uppfinningen, enligt vilket tryckfluiden är en gas och den tryckpuls- överförande kroppen 9 är en kolv som är gastätt, fram- och äter- skjutbart anordnad i en cylinder 26. Kolven 9 är direkt förbunden med en icke visad ventils skaft 27 eller bildar själv en så kallad VCR- kolv, som på sin ena sida står i direkt förbindelse med en förbrän- ningsmotors förbränningskammare och genom sin förskjutning är anordnad att variera förbrånningskamrnarens volym.

Liksom i tidigare utföringsexempel innefattar denna anordning en kammare med en första del 28 och en andra del 29. Skillnaden är att den andra delen 29 är identisk med ett utrymme i cylindern 26 på ena sidan om kolven 27 i stället för, såsom i fallet med hydraulik, di- rekt ovanför ett väsentligt smalare ventilskaft. En ventilkropp 30, som bildar en slavventíl, är anordnad att öppna respektive stänga för kommunikation mellan kammarens första del 28 och andra del 29.

Ventilkroppens 30 rörelse är betingad av ett öppnande respektive ett stängande av en kommunikation mellan denna och en högtryckskälla 5 ochen lågtryckskâlla 6. En elektromagnetaktiverad ventil, här en solenoidaktiverad slidventil 31, år anordnad att öppna/ stänga kom- l0 15 20 25 30 527 373 nu :co 19 munikationen mellan ventilkroppen 30 och högtryckskällan 5 respek- tive lägtxyckskällan 6 genom öppning/ stängning av ledningar 32, 33 som leder mellan en sida av ventilkroppen 30 och de senare. Med andra ord är ventilkroppen 30 indirekt solenoidaktiverad, vilket in- ryms under den generella uppfinningstanken. Den sida hos ventil- kroppen 30 som tryckfluiden via ledningarna 32 och 33 är anordnad att verka mot är avtätad mot kammarens första del 28, i vilken ven- tilkroppen 30 i detta fall är anordnad att förskjutas.

En ytterligare ventilkropp 34 är anordnad att öppna/ stänga för kommunikation mellan kammarens andra del 29 och lågtryekskällan 6. Denna ventilkropp 34 är anordnad på ett sätt som väsentligen motsvarar det för den förstnämnda ventilkroppen 30. Den kommuni- cerar på en sida med kammarens andra del 29 och på en annan sida med dels en ledning 35 till högtryckskällan, dels en ledning 36 till lågtryckskällan. Öppnandet respektive stängandet av kommunikatio- nen i ledningarna 35 och 36 sker medelst den tidigare nämnda, elek- tromfaginetaktiverade ventilen 31. Dessutom finns en ledning 37 som leder mellan kammarens första del 28 och högtryckskällan 5. Den elektromagnetaktiverade ventilen 3 1 är anordnad att öppna och stänga för kommunikationen även i denna ledning. Det ska inses att den ensamma elektromagnetaktiverade ventilen 31 skulle kunna vara ersattäv flera elektromagnetaktiverade ventiler för åstadkommande av motsvarande öppnings-/ stängningsfunktioner som de som beskri- vits ovan. Anordningen är emellertid tänkt att arbeta enligt de funk- tionsprinciper som redan beskrivits i ansökan och som gällerigene- rellt, oberoende av utföringsform och tryckíluidtyp.

Ett ytterligare utföringsexempel på en tryckpulsgenerator enligt upp- finningen visas i fig. 7. Till skillnad från de tidigare beskrivna utfö- ringsexemplen innefattar denna tryckpulsgenerator en fjäder 38 som konstant verkar med en fiåderkraft mot en förskjutbar eller, elastisk bmw 10 15 20 25 527 373 vägg 39 hos kammarens 2 första del 3. Fjädern 38 är i detta fall me- kanisk, men skulle altemativt kunna vara av pneumatisk eller hyd- raulisk typ. Även om det inte visas på figurerna ska det inses att elektromagne- tiskt aktiverade, företrädesvis solenoidaktiverade, slidventiler normalt är försedda med en returfjäder eller liknande för återföring av ventil- kroppen i fråga när aktiveringen upphör. Det är naturligtvis också möjligt att tänka sig dubbla solenoider, som både verkar dragande och skjutande på ventilkroppen och som samverkar för fram- och återskjutning av ventilkroppen mellan de lägen i vilka den öppnar respektive bryter kommunikationen i en eller flera ledningar eller för- bindelser.

Likaså kan pilotventiler som i sig inte är solenoiddrivna men som in- direkt styrs via en solenoidaktiverad ventilkropp ersätta eller komplettera vilken som helst av de ovan beskrivna medlen för öpp- ning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens delar eller mellan varje enskild del och högtryckskällan respektive lågtryckskäl- lan: .Sådana lösningar får anses ligga inom ramen för vad som är de- finierat i de bifogade patenkraven.

Det ska vidare nämnas att den tryckpulsöverförande kroppen 9 enligt en alternativ applikation kan ha till uppgift att direkt påverka ett bränsle för åstadkommande av direkt bränsleinsprutning i en för- bränningsmotors förbränningskammare.

Det ska vidare nämnas att den kropp l i vilken tryckpulsgeneratorns kammare 2 och den tryckpulsöverförande kroppen 9 är anordnade kan topplocket på en motor enligt uppfinningen. Kroppen l kan alternativt vara separat och fästad vid eller mot ett topplock. 10 527 373 Det ska inses att den tryckpulsöverförande kroppen i samtliga till- lämpningar av uppfinningen antingen kan vara direkt förbunden med, det vill såga bilda del av, den ventilkropp eller den VGR-kolv som den ska verka mot, eller vara separat från denna.

I de applikationer som diskuterats ovan år fluidtrycket, högtrycket, typiskt' 100-500 bar när fluiden är en vätska, typiskt olja, och 3-30 bar när fluiden är en gas eller gasblandning, typiskt luft.

Det ska inses att den tryckpulsöverförande kroppen bildar en för- skjutbar vägg hos kammarens andra del 4, varför sålunda den sena- res volym är variabel beroende av den tryckpulsöverförande kroppens förskjutningsläge.

Claims (22)

10 15 20 25 30 527 373 22 PATENTKRAV

1. Metod för generering av tryckpulser via en tryckpulsöverförande kropp (9) som är förskjutbart anordnad i en kammare (2), vid vilken en tryckfluids flöde in i och ut nämnda kammare (2) styrs elektromekaniskt för åstadkommande av tryckföråndringar för för- skjutning av kroppen (9), hos en tryckpulsgenerator som innefattar nämnda kammare (2), uppdelad i en första och en andra del (3, 4), åtminstone en styrbar ventilkropp (12) för öppning/ brytning av kommunikation mellan kammarens första och andra delar (3, 4), en första ledning (7) som leder mellan en högtryckskälla (5) och kammarens (2) första del (3), en andra ledning (8) som leder mellan en lågtryckskâlla (6) och kammarens (2) andra del (4), » varvid nämnda kropp (9) år förskjutbart anordnad i kamma- rens (2) andra del (4) och står i kontakt dels med tryckfluiden i kammaren (2), dels med omgivningen och är fjåderpåverkad i riktning mot kammaren (2), medel för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kam- marens (2) första del (3) och högtryckskâllan (5) och medel för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskållan (6), känne- tecknar! av att kommunikationen mellan högtryckskällan (5) och kammarens (2) första del (3) och kommunikationen mellan lâgtryckskällan (6) och kammarens (2) andra del (4) hålls brutna under det att kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra de- lar (3, 4) öppnas och en förskjutning av kroppen (9) ut ur kammaren (2) åstadkoms, 10 15 20 25 30 527 373 23 o och kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra delar (3, 4) hålls öppen för återetablering av högtryck i kamma- rens (2) första del (3) under det att kroppen (9) av fiåderverkan förskjuts tillbaka mot ett inskjutet utgångsläge under det att kommunikationen mellan högtryckskällan (5) och kammarens (2) första del (3) och kommunikationen mellan lågtryckskällan (6) och kammarens (2) andra del (3) hålls brutna.

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att när nämnda kropp (9) är på våg tillbaka till eller är tillbaka i ett maximalt inskjutet ut- gångslåge bryts kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra delar (3, 4) och öppnas kommunikationen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskållan (5) för fullständig återetablering av trycket i kammarens (2) första del (3).

3. Metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att kommunikatio- nen mellan kammarens (2) första och andra delar (3, 4) bryts samt kommunikationen mellan högtryckskâllan (5) och den första delen (3) och kommunikationen mellan lågtryckskällan (6) och den andra de- len (4) hålls bruten när nämnda kropp (9) nått en maximalt utskjuten position.

4. Metod enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att kommuni- kationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskâllan (6) öppnas under det att nämnda kropp (9) förskjuts in i kammaren (2) och under det att kommunikationen mellan kammarens (2) första del (3) och andra del (4) bryts eller hålls bruten.

5. Metod enligt krav 4, kännetecknad av att kommunikationen mel- lan lågtryckskällan (6) och kammarens (2) andra del (4) hålls öppen under ett slutskede av nämnda kropps (9) returrörelse in i kammaren 10 15 20 25 30 527 373 M (2) för att tillåta kroppen (9) att återgå till en maximalt inskjuten ut- gångsposition.

6. Metod enligt något av kraven 1-5, kânnetecknad av att öppning- en/ brytningen av kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra del (4) utförs elektromekaniskt med en solenoidaktiverad ventilkropp.

7. Metod enligt något av kraven l-6, kännetecknar! av att öppning- en/ brytningen av kommunikationen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskällan (5) ufirs elektromekaniskt med en solenoidaktiverad ventilkropp.

8. Metod enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att öppning- en/ brytningen av kommunikationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskâllan (6) utförs elektromekaniskt med en solenoidaktiverad ventilkropp (12).

9. Metod enligt något av kraven l-8, kännetecknad av att den tryck- pulsöverförande kroppen (9) år eller år förbunden med en fjâderpå- verkad inlopps- eller utloppsventil (10) hos en förbrânningsmotor och att ventilens (10) lyfthöjd styrs genom styming av det tryck som till- handahålls kammarens (2) första del (3) via högtryckskâllan (5).

10. Metod enligt krav 3, kännetecknad av att den tid under vilken den fjäderpåverkade inlopps- eller utloppsventilen (10) hålls i ett öp- pet låge styrs genom styming av den tid under vilken kommunikatio- nen mellan kammarens (2) första ochandra del (4) hålls bruten när nämnda kropp (9) år i sin maximalt utskjutna position.

11. 1 1. Tryckpulsgenerator, innefattande 10 15 20 25 30 527 373 25 o en tryckpulsöverförande kropp (9) o en kammare (2), uppdelad i en första och en andra del (3, 4), o en första ledning (7) som leder mellan en högtryckskålla (5) och kammarens (2) första del (3), o en andra ledning (8) som leder mellan en lågtryckskälla (6) och kammarens (2) andra del (4), o varvid nämnda kropp (9) är förskjutbart anordnad i kamma- rens (2) andra del (4) och står i kontakt dels med en tryckfluid i kammaren (2), dels med omgivningen och är fiåderpåverkad i riktning mot kammaren (2), o kännetecknad av att den innefattar o medel (26, 27, 12, 13) för öppning/ brytning av kommunikatio- nen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskâllan (5) och medel (26, 27, 12, 15) för öppning/ brytning av kommu- nikationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskållan (6), och o en styrbar ventilkropp (12) för öppning/ brytning av kommuni- kation mellan karnmarens (2) första och andra delar (3, 4).

12. Tryckpulsgenerator enligt krav 1 1, kännetecknad av att den styrbara ventilkroppen (12) år en solenoidaktiverad ventilkropp.

13. Tryckpulsgenerator enligt krav 1 1 eller 12, kännetecknad av att medlen (26, 27, 12, 13) för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskållan (5) innefat- tar en solenoidaktiverad ventilkropp (12).

14. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 1 1-13, kännetecknar! av att medlen (26, 27, 12, 15) för öppning/ brytning av kommunika- tionen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskällan (6) innefattar en solenoidaktiverad ventilkropp (12). 10 15 20 25 30 527 373 26

15. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 1 1-14, kännetecknad av att den ventilkropp (12), som används för öppning / brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra delar (3, 4) också bildar en ventilkropp hos medlen för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskällan (5).

16. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 1 1-15, kännetecknad av att den ventilkropp (12), som används för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) första och andra delar (3, 4) bildar en ventilkropp hos medlen (26, 27, 12, 15) för öpp- ning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskällan (6).

17. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 11-16, lrännetecknad av att medlen (26, 27, 12, 13) för öppning/ brytning av kommunika- tionen mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskållan (5) innefattar ett parti med reducerad omkrets eller en öppning hos den tryckpulsöverförande kroppen (9), vilket parti âr placerat för att öpp- na för kommunikation nâr nämnda kropp (9) befinner sig nära eller i ett utgångsläge i vilken den år maximalt inskjuten i kammaren (2).

18. Tryckpulsgenerator enligt krav något av kraven 1 1-17, känne- tecknad av att medlen (26, 27, 12, 15) för öppning/ brytning av kommunikationen mellan kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskållan (6) innefattar ett parti med reducerad omkrets eller en öppning hos den tryckpulsöverförande kroppen (9), vilket parti år placerat för att öppna för kommunikation när nämnda kropp (9) be- finner sig nåra ett utgångsläge i vilken den år maximalt inskjuten i kammaren (2). 10 15 20 25 527 373 27

19. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 1 1-18, kännetecknad av att kammarens (2) första del (3) har en volym som är anpassad för att den tryckfluid med högt tryck som samlas i denna ska kunna fungera som en tryckfluidfiåder, vars utlösning framkallar en för- skjutning av den tryckpulsöverförande kroppen (9) från en maximalt inskjuten position till en utskjuten position mot den fjåderverkan som verkar på nämnda kropp (9) i motsatt riktning.

20. Tryckpulsgenerator enligt något av kraven 1 1-19, kännetecknad av att den innefattar en styrenhet med ett datorprogram för styrning av medlen för öppning / brytning av kommunikationen mellan kam- marens (2) första och andra delar (3, 4) samt mellan kammarens (2) första del (3) och högtryckskållan (5) och kammarens (2) andra del (4) och lågtryckskållan (6) i enlighet med något av kraven l-10 baserat på information om positionen hos en i en kolvmotors förbrånnings- kammare arbetande kolv.

21. 2 1. Kolvmotor med en ventil för inflöde eller utflöde av luft eller en luft/ bränsleblandning till en förbränningskammare, kännetecknad av att den innefattar en tryckpulsgenerator enligt något av kraven l 1-20 för drivning av nämnda ventil.

22. Kolvmotor med en kolv för variation av cylindervolymen hos en förbrânningskammare i en förbrånningsmotor, varvid kolven âr fram- och återskjutbart anordnad i en med förbrânningskammaren förbun- den cylinder, kännetecknas! av att den innefattar en tryckpulsgene- rator enligt något av kraven 1 1-20 för drivning av nämnda kolv.