SE531265C2 - Metod och anordning för drivning av en ventil till en förbränningsmotors förbränningskammare, och en förbränningsmotor - Google Patents

Description

' 25 30 35 40 45 531 255 Motorbromstekniken för fordon kan utvecklas ifråga om kapacitet och styrbarhet samt möjlighet till energiåtervinning. l fordon med förbränningsmotorer som exem- pelvis tunga lastbilar används aktivt motorbromsning som komplement till ordinarie ' bromssystem. En metod är avgasbromsning som innebär att avgasernas evakuering ur motoms cylindrar hindras. Alternativt låter man luft läcka ut i avgassystemet un- der kompressionstalctema. Ett problem med dagens metoder är att maximal broms- verkan, samt styrbarheten av bromsverkan, är otillräcklig. I nära anslutning till det nämnda problemområdet, och mycket aktuellt för lätta fordon, fmns möjligheten av att lagra bromsenergi vid motorbromsning. Det firms kända förslag på att vid motor- bromsning föra komprimerad luft till en tank och sedan använda den lagrade energin vid kommande behov av acceleration. Gemensamt för både lätta och tunga fordon är att god styrbarhet och stor bromsverkan samt energiåtervinning med användning av komprimerad luft möjliggörs med fritt styrbar-a ventiler i motorns cylinderhuvud. Ett problem med fritt styrbara ventiler i detta sammanhang är att cylindertrycket under kompressionstaltter blir högt vilket kräver stor energi för att öppna ventilerna. Stor motorlast är också en drifisituation med relativt högt cylindertryck inför avgasemas evakuering.

SYFTET MED UPPFINNINGEN Ett primärt syfte med den föreliggande uppfinningen är att, för en förbränningsmotor med en fritt styrbar pneumatiskt aktiverad utloppsventil, med god driftekonomi kunna öppna densamma vid alla under motorbromsning och avgasevakuering före- kommande cylindertryck.

SAMMANFATTNING _AV UPPFIÉNNINGEN Syfiet med uppfinningen uppnås med den inledningsvis definierade metoden, kän- netecknad av att det är av trycket i förbrämiingskammaren trycksatt tryckfluid som leds till aktuatorkarnmaren för drivningen av aktuatorkolven. En pneumatisk ventil- öppnare använder såsom den föreslås här cylindertrycket som energikälla och kan under motorbromsning öppna en utloppsventil mot alla förekommande oylindertryck.

På samma sätt använder ventilöppnaren vid avgasevakuering energin i den resterande arbetspotentialen. - Enligt ett föredraget utförande leds nämnda tryckfluid till aktuatorkarnmaren via en kommunikationskanal som sträcker sig från förbränningskarnrnaren till aktuator- kammaren, och styrs kommunikationen i nämnda kanal medelst en pilotventil.

Ventilen till förbränningskarnmaren 'blir då en slavventil till nämnda pilotventil.

Pilotventilen kan tillåtas ha en yta mot tryckfluiden från förbränningskammaren som är avsevärt mindre än vad den styrda slavventilens motsvarande yta är. Medlet för drivning av pilotventilen kan därför ges en dimension som är betydligt mindre än vad ' motsvarande medel för drivning av den tidigare nämnda slavventilen skulle vara om 10 15 v20 25 30' 35 40 45' 53'| 265 drivning av denna inte kunde utföras med hjälp av trycket från förbrärmingskamma- ' ren, cylindertrycket.

Det föredras att pilotventilen drivs med tryckfluid, elektromagnetiskt eller med hjälp av ett piezoelektriskt element. » Enligt ett föredraget utförande öppnas pilotventilen för kommunikation mellan för- bränningskatrunaren och aktuatorkarnmaren genom att den tillåts att förflyttas i samma riktning_som ett övertryck i förbränningskammaren påverkar den. Därigenom möjliggörs att ett öppnande kan ske även i det fall att medlet för drivning av pilot- ventilen upphör att fungera i en situation som den då avgaser skall evakueras. Vid ett sådant tillfälle kan det maximala cylindertrycket bli avsevärt högre än det högsta trycket i samband med förbränning med åtföljande avsevärd risk för allvarliga motorskador. En öppning av pilotventilen kommer därvid att ske per automatik ge- nom att krafien från cylindertrycket tillåts bli större än den motverkande kraften fi-ån pilotventilaktuatorn. « En aktivering av en till pilotventilen associerad pilotventilaktuator sker företrädesvis genom en signal till densamma, varvid pilotventilen öppnar för kommunikation mellan aktuatorkammaren och förbränningskarnmaren. Detta bidrar till den passiva _ säkerhet som ovan beskrivits emedan det motsatta, att aktivering av pilotventilen skulle ske genom att signalen till pilotventilaktuatom bryts, skulle kunna innebära ökad risk för kollision mellan motorkolv och ventil.

Ventilen är med fördel en utloppsventil, det vill säga en ventil anordnad att släppa ut avgaser från förbränningskarnmaren till ett efterföljande avgassystem eller att släppa ut luft eller avgas till en till förbränningskammaren kopplad tryckfluidbehållare. Den senare aspekten kommer att beskrivas ytterligare senare.

Möjligheten att kunna öppna mot höga cylindertryck innebär också att en tallriks- ventil som öppnas in mot förbränningskammaren även kan öppnas mycket sent under . kompression eller mycket tidigt under expansion. Detta är en värdefiill möjlighet. som kan tas till vara för att bromsa ett-fordon med kompressionsarbete i syfle att av- i lasta ordinarie bromssystem och/eller att lagra bromsenergi. Exempelvis lastbilar har . ofta avgasbroms som ett komplement till ordinarie bromssystem. Detta förfarande har brister-i kapacitet och styrbarhet. Den föreslagna metoden (ventilöppnaren) kan ' dels ge maximal bromsverkan genom att cylindertrycket kan punkteras, med hänsyn ' till praktiska möjligheter då det är som högst, samt att Z-taktsförfarande kan använ- das om motorventilerna i övrigt är fiitt styrbara Dels blir bromsverkan mycket reglerbar genom möjligheten att i princip, efter bromsbehov således, kunna öppna för utsläpp av cylindergas när som helst under kompression eller expansion. De nya . möjlighetema är även värdefulla vid pneumatiska hybrider där motorbromsning av fordon innebär att kompressionsarbete lagras som komprimerad luft i en tank för att användas vid exempelvis kommande behov av acceleration. I det senare fallet, det vill säga vid acceleration, sker aktivering via en pilotventil som styr ett flöde av tryckfluid, normalt högtrycksluft, i en kanal mellan alctuatorkammaren och tanken. 10 15 20 25 30 35 40 45 531 265 Ett föredraget utförande kännetecknas följaktligen av att ventilen öppnas och därefter stängs under ett pågående kompressionsslag eller ett pågående expansionsslag för evakuering av i förbränningskammaren befintlig gas och att det vevvinkeloniråde under vilket det sker är beroende av en beordrad motorbrornsverkan. Den beordrade motorbromsverkan kan till exempel vara .relaterad till hur mycket en gaspedal släpps upp under drift vid motorbromsning. Genom det tillfälliga öppnandet och stängandet av ventilen inför eller i början av en ordinarie expansionstakt skapas ett lägre tryck i förbränningskammaren än vad som normalt skulle ha varit fallet. Under den fortsatta kolvrörelsen mot det nedre vändläget kommer ett undertryck följaktligen att genere- ras i förbrämiingskammaren i och med att dennas volym ökar utan att någon fluid tillförs den. Kolven arbetar mot kraften av det genererade undertrycket och en bromsverkan uppstår. Det ska framhållas att denna aspekt av uppfinningen är av en . generell natur, och skulle kunna vara tillämplig för fritt styrbara ventiler även då dessa drivs direkt med tryckfluid från en annan tryckfluidkälla än förbrännings- kammaren eller direkt av en elektromagnet. Öppnandet av ventilen utförs närmare kolvens övre vändläge ju större bromsverkan som önskas. Det föredras därför, när en så stor bromsverkan som möjligt ska uppnås, ' att ventilen öppnas och därefter stängs under ett slutskede av ett kompressionsslag eller ett inledande skede av ett expansionsslag. Vid höga kompressionsförhållanden, som i exempelvis Dieselrnotorer, finns det risk för kolvkontakt med ventiltallriken då stor bromsverkan används. Därför föredras i sådana fall att anordningen aktiveras under expansionstakten då ventilen öppnas i samma riktning som kolven rör sig var- vid möj lighetema kan utnyttjas optimalt saintidigt som en eventuell kolvkontakt inte är lika riskfylld. Den föreslagna anordningen kan användas som avgasbrorris eller till .en pneumatisk hybrid vid användning av dagens 2-taktsmotorer och 4-taktsmotorer med kamaxel för motorns inlopps och/eller utloppsventiler, men då inte i Z-takt. I motorer med ' grop i kolven, vanligt förekommande i Dieselmotorer, samlas i slutet av kompressionstalcten huvuddelen av den komprimerade luften i den nämnda gropen.

Kolvens yta utanför gropen, ovanför vilken motorventilerna är placerade i cylinder- - huvudet, är som närmast nâgra få tiondels millimeter från motorventilerna i cylinder- huvudet. Om kolven är så nära cylinderhuvudet vid kompressionstaktens slut och expansionstaktens inledning att aktivering av luftutsläpp medför kolvkontakt, men inte skadlig sådan, så är detta ett optimalt och föredraget förfarande Ett ytterligare utförande är kännetecknat av att en inloppsventil öppnas och därefter stängs efter öppnandet och stängandet av den nämnda utloppsventilen, och att detta utförs i ett slutskede av ett expansionsslag eller ett inledande skede av ett kompres- sionsslag. Därvid inkluderas även lösningar i vilka öppnande sker under slutet av expansionsslaget och stängandet sker under inledningen av det följande kompres- sionsslaget. På så vis kommer fluid, företrädesvis luft, att tillföras förbränníngs- kammaren i närheten av kolvens nedre vändläge, varpå kolven, när den därefter åter förflyttas 'mot det övre vändläget, kommer att utföra ett komprimerande arbete. På så vis garanteras en ytterligare bromsverkan. Principen att i samband med motorbroms- ning kortvarigt öppna utloppsventilen i området av det övre vändläget och därefter ' kortvari gt öppna en inloppsventil i området av 'det nedre vändläget resulterar sålunda i en förbättrad bromsverkan. Denna aspekt av uppfinningen är av generell natur och 10 15 20 _25 30 35- 40 45 531 255 g fordrar inte att utloppsventilen är driven av tryckfluid som trycksatts via förbrän- ningskammaren. Principen är tillämplig även i de fall då utloppsventilen är direkt e driven via någon annan tryckfluidkälla eller direkt driven av en elektromagnet.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen används ventilen för att öppna och stänga för kommunikation mellan en tryckfluidbehållare och förbränningskammaren.

Idén med detta är att man, till exempel i samband med den ovan beskrivna motor- bromsningen, ska kunna tillvarata trycket från förbränningskammaren, lagra denna energi i en tryckbehållare, och därefter genom en lämplig styrning av ventilens öpp- nande och stängande tillföra tryckfluid från tryckfliiidbehållaren för att under en kortare period, till exempel vid acceleration direkt efter motorbromsningen, driva kolven med hjälp av denna trycktluid. Tryckfluid ska då, i ett utförande där motorn arbetar enligt Z-taktprincipen, med fördel via ventilen släppas in i förbränningskam- p maren i närheten av det övre vändläget och släppas ut med början i närheten av det undre vändläget och fortsatt upp till närheten av övre vändläget. Bränsle kan tillföras och förbrännas inför och under expansionstakten.

Syftet med uppfinningen uppnås även med den inledningsvis definierade anord- ningen, kännetecknad av att nämnda kommunikationskanal sträcker sig från förbrän- ningskammaren till aktuatorkamrnaren och att nämnda tryckfluid innefattar en av trycket i förbränningskammaren trycksatt fluid.

Av skäl som angivits ovan innefattar anordningen med fördel en pilotventil för öpp- ning/stängning av kommunikationeni kommunikationskanalen. i Pilotventilen är med fördel förbunden med en tryckfluidkälla och trycldliiiddriven via denna, eller direkt driven av en elektromagnet eller ett piezoelektriskt element.

Den yta mot vilken den av trycket i förbränningskarnmaren üycksatta fluiden verkar på aktuatorkolven är större än den yta med vilken ventilen vetter mot förbrännings- kammaren. Detta är i praktiken en förutsättning för att det ska vara möjligt med denna typ av drivning av ventilen. , » Liksom tidigare nämnts vid diskuterandet av den uppfinningsenliga metoden är i pilotventilen företrädesvis anordnad att öppna för kommunikation genom att för- _ flyttas i samma riktning som ett övertryck i förbränningskarnmaren påverkar den.

Ventilen är enligt ett föredraget utförande eníutloppsventil.

Alternativt kan ventilen vara anordnad att öppna och stänga för kommunikation mellan en tryckfluidbehållare och förbränningskarnmaren. Den kan då fungera både som en utloppsventil och som en inloppsventil, beroende av driftsituationen. t Enligt ett föredraget utförande är anordningen kännetecknad av att den innefattar en ~ pilotventil för öppning och "stängning av kommunikationen mellan tryckfluidbehålla- ren och aktuatorkarrimaren. Företrädesvis är pilotventilen anordnad att stänga för kommunikation genom att förflyttas i den riktning i vilken ett övertryck i tryclcfluid- lO 15 20 25 30 35- 40 45 531 265 behållaren påverkar den. Detta är en säkerhetsaspekt för att garantera att inte tryck- fluid oreglerat tillförs förbränningskanirnaren från tryckfluidbehållaren om- pilotven- tilen fallerar.

Enligt ett föredraget utförande sträcker sig pilotventilen i ett till ventilen hörande skaft. ' Skaftet är med fördel förbundet med aktuatorkolven.

Uppfinningen avser även en förbränningsmotor, innefattande en cylinder, en i cylin~ dom fofskjurbad anordnad kolv, on av oyiindofo ooh koivon avgränsad fofbräomngo- ' kammare samt en till förbränningskarnmaren hörande ventil, kännetecknad av att den innefattar en med ventilen förbunden anordning enligt uppfirmingen. " Ytterligare särdrag hos och fördelar med uppfinningen framgår av den följande detaljerade beskrivningen och av de återstående patentkraven. - KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen ska härefter i exemplifierande syfte beskrivas med hänvisning till bifogade ritningarna på vilka, Fig. I en schernatisk återgivning av ett första utförande av en anordning enligt uppfinningen applicerad på en schematiskt återgiven del av en förbränningsmotor enligt uppfinningen, Fig. 2 är en vy motsvarande den i fig. l, av ett andra utförande, Fig. 3 är en vy motsvarande den i fig. 1, av ett tredje utförande, Fig. 4 är en vy motsvarande den i fig. 1, av ett fjärde utförande, Fig.' 5 en vy motsvarande den i fig. l, av ett femte utförande, - _Fig. 6 är en vy motsvarande den i fig. l, av ett sjätte utförande, och Fig. 7- är en vy motsvarande den i fig. l, av ett sjunde utförande.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN Samtliga figurer visare en del av en uppfinningsenlig fórbränningsmotor ll , vilken innefattar en cylinder 2, en i denna förskjutbart rörlig kolv 3 och ett cylinderhuvud 4.

En ventil 5 är anordnad i cylinderhuvudet 4. Ventilen 5 är av typen tallriksventil.

Cylindem 2, kolven 3 och cylinderhuvudet 4 begränsar tillsammans en förbrännings- . kammare 6. Ventilen 5 är anordnad att öppnas genom att förskjutas ini förbrän- 10»- 15 20 25 30 35 40 45 531 265 ningskammaren 6. När ventilen 5 stänger, anligger den på i sig känt sätt mot ett säte som är anordnat i cylinderhuvudet 4. Det ska inses att motorn l kan innefatta flera cylindrar och att var och en av dessa på i sig känt sätt kan vara anordnad på det be- skrivna sättet och dessutom innefatta ytterligare inlopps- och utloppsventiler samt eventuellt separata bränsleinsprutningsmunstycken. Ventilen 5 är av typen fritt styr- bar, pneumatiskt driven ventil.

Anordningen enligt uppfinningen innefattar en ventilaktuator eller ventilöppnare 7 _, sominnefattar en aktuatorkarnmare 8 och en i denna fram och tillbaka förskjutbart anordnad aktuatorkolv 9. Aktuatorkolven 9 är förbunden med ventilen 5 via ett på den senare anordnat skaft 10. Även andra utföranden, däraktuatorkolven 9 är indi- * rekt förbunden med eller anordnad att rent mekaniskt driva ventilen 5, är tänkbara.

' Från förbränningskammaren 6 leder en kanal ll till aktuatorkarnmaren 8. I utföran- dena enligt fig. 1-fig. 6 är en pilotventil 12 anordnad i kanalen 11 på sådant sätt att g trycket i förbränningskammaren 6 påverkar pilotventilen i en denna öppnande rikt- ning. Pilotventilen 12 är i de visade utförandena driven och' styrd av en pilotventil- alctuator 13, som kan innefatta medel i form av en tryckfluidltrets, en elektrornagnet eller ett piezoelektriskt element (icke visat). Pilotventilen 12 kan öppnas genom för- skjutning in i eller mot förbränningskammaren 6 mot trycket i förbränningskamma- ren 6, såsom i fig. 1, eller genom förskjutning bort från förbränníngskammaren 6 . med bidrag av trycket från förbrämiingskarnmaren 6, såsom visas i fig. 2. När pilot- ventilen 12 öppnar för kommunikation i kanalen 11 kommer det tryck som råder i förbränningskarnmaren 6 att uppstå även i aktuatorkammaren 8. En kraft som är proportionell mot nämnda tryck och storleken på den yta på aktuatorkolven 9 som trycket verkar mot kommer att driva ventilen 5 i öppnande riktning. Denna yta på aktuatorkolven 9 ska vara större än den yta på ventilen 5 som vetter mot förbrän- níngskammaren för att ett öppnande av ventilen 5 ska möjliggöras.

Ventilöppnaren 7 aktiveras genom att pilotventilen 12 öppnas för att släppa högtrycksgas från förbränningskarnmaren 6 in_i aktuatorkannnaren 8. Att hålla stängt, eller öppna, mot ett högt cylindertryck är energikrävande. Pilotventilen 12 drar lite energi genom att dess yta mot törbränningskarrimaren 6 är förhållandevis liten. I utförandena enligt fig. 2, 4 och 5 öppnar pilotventilen 12 av säkerhetsskäl i riktning från förbränningskammaren 6, och aktivering av ventilöppnaren 7 sker ^ genom att signalen till pilotventilens 12 aktuator 13 bryts, varvid pilotventilen 12 öppnar för förbindelse till aktuatorkammaren. - Ju mer en förbränningsmotor l, med tallriksventiler 5 i cylinderhuvudet 4, belastas, desto större är cylinder-trycket då utloppsventiler 5 skall öppnas och desto mer energi åtgår för att öppna dessa. Detta gäller oberoende av metod för ventilöppning. Upp- finningen möjliggör emellertid ett tillvarataganden av den i förbränningskammaren t befintliga tryckfluidens energi och öppnandet av ventilen garanteras trots ett högt cylindertryck- _ .

Nedan ges en kortfattad beskrivning av vart och ett av de något inbördes skiljaktiga utföranden som visas i figurerna. I figurerna visas inte detaljer som inte har med upp- 10 15 20 25 30' 35 40 45 531 255 finningen att göra, exempelvis övriga ventiler för inlopp, utlopp eller bränsleinsprut- ning _ - Fig. 1 visare en cylinder 2 med en fram och återgående kolv 3 och en törbrännings- ~ kammare 6. Det finns vidare en avgaskanal 14 som vid förskjutning av ventilen 5 mot och in i íörbränningskammaren 6 bringas i flödeskommmunikation med nämnda kammare 6. Ventilen S har en yta mot förbränningskarnmaren 6 som är mindre än alctuatorkolvens 9 mot aktuatorkammaren 8 vända yta. Genom aktivering av pilot- ventilaktuatorn 13 förskjuts pilotventilen 12 .in i iörbränningskarnmaren 6, varvid kanalen 11 skapar förbindelse mellan förbränningskarnmaren 6 och aktuatorkamma- ren 8. Därigenom strömmar trycksatt cylindergasin i eller åtminstone i riktning mot aktuatorkanirnaren 8 och genererar ett tryck i aktuatorkarnrnaren 8 som motsvarar trycket i förbränningskarmnaren 6. Trycket i cylindergasen verkar mot aktuatorkol- vens 9 yta mot aktuatorkamrnaren 8, varvid ventilenj5 förskjuts mot och in i förbrän- ningskamrnaren 6, så att förbindelse skapas mellan törbränningskarrirnaren 6 och avgaskanalen 14. Cylindergas strömmar därigenom ut i avgaskanalen 14 och trycket p i förbrärmingskammaren 6 sjunker, varvid ventilen 5, p g a verkan av en fjäder 15- som applicerar en kraft i ventilens 5 stängande riktning, bringas att stänga förbindel- sen mellan avgaskanalen 14 ochförbränningskammaren 6. Pilotventilen 12 styrs att öppna och stänga av en pneumatisk, hydraulisk, elektromagnetisk eller annan typ av pilotventilaktuator 13. Ventilen 5 kan hållas öppen önskvärt länge genom att pilot- ventilen 12, precis efter att ventilen 5 öppnas, p g a aktivering av pilotventilalctuatorn p 13, bringas att stänga förbindelsen mellan törbränningskanunaren 6 och aktuator- kammaren 8, varvid trycksatt cylindergas kvarhålls i aktuatorkarnmaren 8. Därefter öppnas förbindelsen, varvid den trycksatta cylindergasen strömmar tillbaka till för- bränningskanimaren 6, då ventilen 5 skall stängas. I det närmida fallet behövs inte det härefter beskrivna hydrauliska låset. Alternativt kan ventilen 5 hållas öppen önskvärt länge med hjälp av ett hydrauliskt lås 16. Då pilotventilen 12 öppnas stängs en öpp- ning 17 i det hydrauliska låset 16, och samtidigt som ventilskaftet 10 rör sig följer hydraulolja med detta förbi en baekventil 18. Då ventilen 5 nått sitt ytterläge" och tenderar att svänga tillbaka p g a verkan av fjädem 15 låser backventilen 18 och för- hindra den i det hydrauliska låset 16 befintliga vätskan från att lämna en kanal i vil- ken vätskan befinner sig tillsammans med skafiet 10. Låsläget släpps då pilotventilen 12 återgår till sitt utgångsläge. i I .

Fig. 2 visar en pilotventil 12 som stänger mot förbränningskarnmaren 6. I detta fall , visas även en pneurnatisk pilotventilalctuator 13 för aktivering av pilotventilen 12.

Som framgår finns ingen låsfunktion likt den i fig. 1 (men kan arrangeras på motsva- rande sätt). En aktivering av aktuatorn 13 innebär att pilotventilen 12 förskjuts i rikt- ning från íörbränningskarnmaren 6 och därmed öppnar för kommunikation i kanalen 11. Detta förutsätter att pilotventilaktuatorn 13, av vilken typ den än är, har funktio- nen att då den aktiveras, upphör pilotventilens 12 stängande krait mot förbrännings- kammaren 6. Om pilotventilen 12 öppnar mot och in i törbränningskammaren 6, som i i fig. 1, och pilotventilaktuatom 13 inte kan bringa pilotventilen 12 att öppna genom att den inte får någon signal eller att cylindertrycket är för högt, kan komprimerade cylíndergaser komma att allvarligt skada motorn. 10 15 20 25 30 35 40 45 531 265 Gemensamt för iittörandena enligt samliga figurer är att ventilen 5 aktiveras genom att förbindelse mellan :törbränningskammaren 6 och aktuatorkannnaren 8 skapas in- för att cylindergasen skall evakueras ut från íörbränningskammaren förbi ventilen 5.

Den streckade kanalen 19 i fig. 2 visar en altemativ, väsentligt längre dragning av kanalen 1 i cylindergodset från förbrämiíngskainmaren 6 till aktuatorkainrnaren 8.

Denna möjliga längre dragning är ett sätt att öka volymen i kanalen så att samma gasmassa, vid i princip varje öppnade av ventilen 5, vandrar in och ut ur aktuator- »kammaren 8, vilket reducerar förekomsten av förorenande partiklar från avgaser i aktuatorkainmaren. Volymen i kanalen 19 är således i detta fall större än den volym- ändring som uppstår i aktuatorkammaren 8 vid förskjutning av aktuatorkolven 9 mellan dennas ytterlägen.

Fig. 3 visar en cylinder 2 hos en motor av typen pneurnatisk hybrid. Under motor- bromsning lagras komprimerad lufti en tryckfluidbehållare eller tank, ej visad på bild, som är förbunden med kanalen 14. Under motorbromsning stiger trycket i tan- ken och kanal 14 till ett maximum som är beroende av kompressionstörhållandet i ' motorn. Ventilen 5 har en kolv 20 för att skapa en krafi som verkar uppåt från tör- bränningskarnmaren 6 mot aktuatorkammaren 8 för att förhindra att ventilen 5 auto- i matiskt öppnar vid fel tillfälle, eller inte stängs, då trycket stiger i kanalen 14 vid motorbromsningen. Kolven 20 är placerad så att trycket i kanalen 14 verkar skjutande på nämnda kolv 20 iventilens 5 stängande riktning, det vill sägai riktning ' ' mot aktuatorkainmaren 8. Den i cylindern anordnade kolven 3 är (i detta. exempel) försedd med en kolvgrop 21 och befinner sig i sitt övre vändläge och kolvens 3 yta utanför, det vill säga vid sidan av, kolvgropen 21 befmner sig några få tiondels mil- limeter från ventilen 5. Vid pilotventilaktuatorns 13 aktivering av pilotventilen 12 'öppnas för fluidkommunikation i kanalen 11 till aktuatorkanimaren 8 samtidigt som en ytterligare utloppskanal 22 från aktuatorkarnmaren stängs av pilotventilen 12 eller närmare bestämt en del 23 av denna. Utloppskanalen 22 kan med lördel leda uti om- givningen (i t ex avgasröret). Därvid trycksätts aktuatorkammaren 8 och förskjuts ventilen 5 så att den får eller nästan får kontakt med kolven 3 och luft börjar strömma ' från íörbränningskammaren 6 via kanalen 14 till tryckfluidbehâllaren. Vid kolvens 3 inledande rörelse nedåt under expansionstakten följer ventilen 5 med och öppnas _ ytterligareFör att stänga förbindelsen, kanalen 14, mellan törbränningskammaren 6 och 'tryckfluidbehållaren bringas pilotventilen 12 att stänga vid törbränningskamma- ren 6 genom att piloventilaktuatom 13 deaktiveras varvid samtidigt högtryckslufi släpps ur aktuatorkamrnaren 8 via den ytterligare kanalen 22, med följ den att ventilen 5 återgår till sitt utgångsläge enligt fig. 3 genom verkan av fiädern 15. _ Fig. 4 visar liksom fig. 3 en cylinder 2 till en motor av typen pneumatisk hybrid, med skillnaden att kolven 3 saknar grop 21 i sin mot cylinderhuvudet vända ände. Här beskrivs hur komprimerad luft som lagrats i en tank eller en tryckfluidbehållare un- der motorbromsning via kanalen 14 törs ut i fórbränningskammaren 6 för att driva motom. Detta utförande inkluderar, förutom den redan för de tidigare utfórandena beskrivna första pilotventilen 12, en andra pilotventil 24 med en tillhörande pilot- ventílaktuator 25 och en ytterligare kanal 26, vilken leder 'fi-ån tryckfluidbehållaren eller den till denna ledande kanalen 14 till aktuatorkarnmaren 8. En iörgrening 27pav den ytterligare kanalen 26 bildar en utloppskanal till omgivningen (till exempel av- 10 'is 20 25 30 35 40 45 ssijzßs 10' gasröret) för tryckfluiden. Den andra pilotventilen 24 öppnar och stänger kommuni- kationen i såväl den andra kanalen 26 som dess förgrening 27, varvid den öppnar kanalen 26 när den stänger förgreningen 27 och vice versa. När tryckfluidbehållaren är laddad med tryckfluid och den senare ska tillföras törbränningskarnmaren 6 sker följande: I anslutning till kolvens 3 övre vändläge inför eller i början av en arbetstakt aktiveras den andra pilotventilaktuatorn 25, varvid den andra pilotventilen 24 öppnar _ kanalen 26 vid ett säte 28 och stänger förgreningen 27 vid ett i denna anordnat säte 29. Därvid kommer högtrycksluft att strömma in i aktuatorkamrnaren 8 och bringa ventilen 5 att öppna för förbindelse mellan kanalen 14 och törbränníngskarnrnaren 6.

Därvid strömmar högtryckslufi från tryckfluidbehållaren, ej visad på bild, via kana- len 14 till törbränningskannnaren 6 där trycket stiger med åtföljande verkan på kol- ven 3, som därmed i en arbetstakt förflyttas mot sitt nedre vändläge. Då tilltörseln av högtrycksluft till törbränningskammaren 6 skall avbrytas, deaktiveras den andra pilotventilaktuatorn 25 varvid den till denna hörande pilotventilen 24 bringas att stänga den ytterligare kanalen 26 och öppna dess iörgrening 27. Detta medför att högtrycksluften i aktuatorkarnrnaren 8 strömmar ut via förgreningen 27 och att 'fjädern 15, tillsammans med trycket som verkar på den till ventilen 5 kopplade kol- vens 20 undersida, bringar ventilen 5 att stänga för tryckfluidkommurrikation mellan ~ iörbränningskamrnaren 6 och kanalen _14. Att öppna mot trycket i kanalen 14 innebär här största säkerhet då signal uteblir till den andra pilotventilalctuatorn 25 men inte till aktuatorn den första pilotventilaktuatom 13.

~ Fig. 5 och 6 visar ventilen 5 med aktuatorkolven 9 och tjädem 15 helt eller delvis i införlivade eller inbyggda i pilotventilaktuatom 13. Pilotventilen 12 löperi ' (slav)ventilens 5 skaft 10. Även kanalen ll, som förbinder törbränningskammaren 6 med aktuatorkammaren 8, löper i ventilens 5 skaft 10 och mynnar dels i ventilens 5 mot förbränningskammaren 6 vända yta och dels i ventilskaftets 10 mot aktuator- kammaren 8 vända yta. Ventilen 5 förskjuts in i förbränningskannnaren 6 genom att kanalen 11 öppnas för fluidkommunikation mellan íörbränningskammaren 6 och aktuatorkarrimaren 8 med hjälp av pilotventilen 12. I utförandet enligt fig. 5 sker detta genom en deaktivering av pilotventilalctuatorn 13, .och i utförandet enligtfig. 6 sker det genom en aktivering av pilotventilaktuatorn 13. Skillnaden beror på att pilotventilen 12 i fig. 5 påverkas i öppnande riktning av trycket i íörbrännings- karmnaren 6, medan pilotventilen 12 i fig. 6 påverkas i stängande riktning av trycket i törbränningskammaren 6. Hos utförandenaïenligt fig. 5 och 6 är pilotventilaktuatom _- 13 av tryckfluidtyp, till exempel pneurnatisk. Pilotventilaktuatorn 13 innefattar så- ledes här en kolv 30 som är rörligt anordnadi en kammare 32 och motverkad av en i kammaren 31 anordnad fjäder 32. Pilotventilen 12 är med andra ord pneumatiskt driven, men det inses att även andra drivsätt är tänkbara, till exempel med hjälp av en elektromagnet eller ett piezoelektriskt element. Det ska vidare inses att detta även gäller för övriga utföranden i vilka inte-typen av pilotventilaktuator närmare angivits.

Fördelen med de i fig. 5 och 6 visade uttörandena är den kompakta och föga utrym- meslcrävande konstruktion som dessa uppvisar. :10 15 20 531 255 ll Slutligen visar fig. 7 ett förenklat utförande av en anordning enligt uppfinningen. - Hos detta utförande saknas pilotventil, och mynnar kanalen ll i fórbränningskarnma- ~ ren 6 i cylinderväggen snarare än i cylinderhuvudet 4, och definierar en port som öppnas och stängs baserat på läget hos den cylinder 2 fram och åter rörliga kolven 3.

Då kolven 3 närmar sig sitt nedre vändläge och passerar den plats där kanalen ll I mynnar i cylinderväggen, öppnas kanalen 1 l :för tryckfluidkomrnunikation mellan törbränningskanimaren 6 och aktuatorkammaren 8, varvid ventilen 5, förutsatt att cylindertrycket är tillräckligt högt, kommer att öppna for utsläpp av cylindergas via _ den till ventilen hörande kanalen 14.

En nackdel med utförandet enligt fig. 7 är att olja från kolven skrapas av, törs in och bränns fast, vid passagen av kanalens 1 l mynning i cylinder-ns 2 vägg. Den nack- delen elimineras med hjälp av pilotventiler i cylindertaket, såsom i övriga utföran- r den. Dessutom ger denna lösning inte den möjlighet till flexibel styrning av ventilen _ 5 som övriga lösningar ger.

Det ska inses att den ovan gjorda beskrivningen enbart är av exemplifierande natur och att ett flertal alternativa utföranden av uppfinningen kommer att vara uppenbara tör en fackman inom området. Uppfinningen är därför i första hand begränsad av vad som definieras i de bifogade patentkraven, med stöd av beskrivningen och det bifo- gade ritningarna. '

Claims (23)

10 15 20 25 30 35 40 45 531 265 12 PATENTKRAV

1. Metod för drivning av en ventil (5) till en törbränningsmotors fórbränningskaim mare (6), varvid törbränningsmotom innefattar en cylinder (2), en i cylindern (2) törskjutbart anordnad kolv (3), en av cylindern (2) och kolven (3) avgränsad förbrän- ningskammare (6) samt nämnda ventil (5), och en ventilaktuator (7) som innefattar en aktuatorkolv (9) som är anordnad att driva ventilen (5) och är anordnad i en aktu- atorkammare (8), varvid en tryckfluid leds in i aktuatorkammaren (8) för drivning av aktuatorkolven och därmed ventilen (5), kännetecknad av att det är av trycket i tör- bränningskammaren (6) trycksatt tryckfluid som leds till aktuatorkarnmaren (8) för drivningen av aktuatorkolven (9) i en ventilen (5) öppnande riktning i samband med öppnande av ventilen (5).

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda tryckfluid leds till aktuator- kammaren (8) via en kommunikationskanal (ll) som sträcker sig från törbrännings- kammaren (6) till aktuatorkammaren (8) och att kommunikationen i nämnda kanal (l 1) styrs medelst en pilotventil (12).

3. Metod enligt krav l eller 2, kännetecknad av att pilotventilen (12) drivs med tryckfluid, elektromagnetiskt eller med hjälp av ett piezoelektriskt element.

4. Metod enligt krav 2 eller 3, kännetecknar! av att pilotventilen (12) öppnas för kommunikation genom att den tillåts att förflyttas i samma riktning som ett övertryck i iörbränningskammaren (6) påverkar den.

5. Metod enligt krav 4, kännetecknad av att en aktivering av en till pilotventilen (12) associerad pilotventilaktuator (13) sker genom en signal till pilotventilaktuatorn (13), varvid pilotventilen (12) öppnar tör kommunikation mellan aktuatorkammaren (8) och törbränningskammaren (6).

6. Metod enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att ventilen (5) är en utlopps- ventil.

7. Metod enligt något av kraven 2-6, kännetecknad av att ventilen (5) genom styming av pilotventilen (12) öppnas och därefter stängs under ett pågående kompressionsslag eller ett pågående expansionsslag för evakuering av i förbränningskammaren (6) befintlig gas och att det vevvinkelområde under vilket detta sker är beroende av en beordrad motorbrornsverkan.

8. Metod enligt krav 7, kännetecknad av att öppningen av ventilen (5) utförs när- mare kolvens (3) övre vändläge ju större bromsverkan som önskas.

9. Metod enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att ventilen (5) öppnas och därefter stängs under ett slutskede av ett kompressionsslag eller ett inledande skede av ett expansionsslag. ' 10 15 20 25 30 35 40 45 531 265 13

10. Metod enligt något av kraven 6-9, kännetecknad av att en inloppsventil öppnas och därefter stängs efter öppnandet och stängandet av den nämnda ventilen (5), och att detta utförs i ett slutskede av ett expansionsslag eller ett inledande skede av ett kompressionsslag. i

11. ll. Metod enligt något av kraven l-10, kännetecknad av att trycket i törbränningskammaren (6) i samband med motorbromsning används för tryckuppbyggnad i en tryckfluidbehållare och att ventilen (5) används för att öppna och stänga för kommunikation mellan törbränningskammaren (6) och nämnda tryckfluidbehållare.

12. Anordning för drivning av en ventil (5) till en fórbränningsmotors törbrännings- kammare (6), varvid törbränningsmotom innefattar en cylinder (2), en i cylindem (2) törskjutbart anordnad kolv (3), en av cylindem (2) och kolven (3) avgränsad förbrän- ningskammare (6) samt nämnda ventil (5), och anordningen innefattar ventilaktuator (7), som innefattar en aktuatorkannnare (8), en i denna förskjutbart anordnad en ak- tuatorkolv (9), som är anordnad att driva ventilen (5), och en kommunikationskanal (1 1) via vilken en tryckfluid leds in i aktuatorkammaren (8) för drivning av aktuator- kolven (9) och därmed ventilen (5) i en ventilen (5) öppnande riktning, kännetecknad av att nämnda kommunikationskanal (1 1) sträcker sig från törbränningskammaren (6) till aktuatorkammaren (8) och att nämnda tryckfluid innefattar en av trycket i iörbränningskarnmaren (6) trycksatt fluid.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av »att den innefattar en pilotventil (12) för öppning/stängning av kommunikationen i kommunikationskanalen.

14. l4. Anordning enligt krav l3, klinnetecknad av att pilotventilen (12) är förbunden med en tryckfluidkälla och tryckfluiddriven via denna, eller direkt driven av en elek- tromagnet eller ett piezoelektriskt element.

15. Anordning enligt något av kraven 12-14, kännetecknad av att den yta mot vil- ken den av trycket i fórbränningskammaren (6) trycksatta fluiden verkar på aktuator- kolven (9) är större än den yta med vilken ventilen (5) vetter mot törbränningskam- maren (6).

16. Anordning enligt något av kraven 12-15, kännetecknad av att pilotventilen (12) är anordnad att öppna fór kommunikation genom att förflyttas i samma riktning som ett övertryck i törbränningskammaren (6) påverkar den.

17. Anordning enligt något av kraven 12-16, kännetecknad av att ventilen (5) är en utloppsventil.

18. Anordning enligt något av kraven 12-16, kännetecknad av att ventilen (5) är anordnad att öppna och stänga för kommunikation mellan iörbränningskammaren (6) och en tryckfluidbehållare i vilken ett tryck har byggts upp med hjälp av trycket i förbränningskammaren (6) i samband med motorbromsning. 10 15 20 531 265 14

19. Anordning enligt krav 18, kännetecknad av att den innefattar en pilotventil (24) för öppning och stängning av kommunikationen mellan tryckfluidbehållaren och aktuatorkammaren (8).

20. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av att den nämnda pilotventilen (24) för öppning och stängning av kommunikationen mellan tryckfluidbehållaren och aktuatorkammaren (8) är anordnad att stänga tör kommunikation genom att törflyttas i den riktning i vilken ett övertryck i tryckfluidbehållaren påverkar den.

21. Anordning enligt något av kraven 13-17, kännetecknar! av att pilotventilen (12) sträcker sig i ett till ventilen (5) hörande skaft (10).

22. Anordning enligt krav 21, kännetecknad av att skaftet (10) är törbundet med aktuatorkolven (9).

23. Förbränningsmotor, innefattande en cylinder (2), en i cylindem (2) förskjutbart anordnad kolv (3), en av cylindem (2) och kolven (3) avgränsad törbränningskam- mare (6) samt en till törbränningskammaren (6) hörande ventil (5), kännetecknad av att den innefattar en med ventilen (5) förbunden anordning enligt något av kraven l 2-22 .