FR2711394A1

FR2711394A1 - High-pressure engine brake

Info

Publication number: FR2711394A1
Application number: FR9312596A
Authority: FR
Inventors: Leonard Andre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-04-28

Abstract

The invention relates to a controlled device able to vary the return force of the exhaust valves of a heat engine required by a high-pressure engine brake. The invention is characterised in that an assembly formed of a piston 5 and of a cylinder 6 is interposed between the top of the cylinder head and the underside of the spring plate/washer at the end of each exhaust valve stem. Thus, in engine brake mode and after the shutter 21 for closing off the exhaust manifold has been closed, pressurising the chambers 7 increases the sealing of the exhaust valves allowing the pressure of gas in the manifold to be increased, which increases the power for holding back the engine.

Description

- FREIN MOTEUR A HAUTE PRESSION
L'invention se rapporte à un dispositif commandé, apte à faire varier la force de rappel des soupapes d'échappement d'un moteur thermique que nécessite un frein moteur à haute pression.- HIGH PRESSURE MOTOR BRAKE
The invention relates to a controlled device, capable of varying the return force of the exhaust valves of a heat engine required by a high pressure engine brake.

Les moteurs des poids lourds sont généralement équipés d'un volet d'obturation du collecteur d'échappement pour augmenter leur force de retenue. Lors du temps d'échappement les gaz ne pouvant sortir du moteur, sont comprimés dans ce collecteur d'échappement provoquant de ce fait une seconde compression dans le cycle. On serait tenté de croire que, tour après tour, les gaz comprimés par les pistons s'ajouteraient à ceux déjà comprimés dans le collecteur obstrué et de ce fait, accroiraient considérablement cette pression, mais, les soupapes d'échappement étant maintenues fermées par des ressorts, leur étanchéité ne peut plus etre assurée dés lors que la force, issue de la pression dans le collecteur et agissant sur la face aval des soupapes, sera égale à la force du ressort de rappel de ces soupapes. Heavy-duty engines are generally equipped with a shutter closing the exhaust manifold to increase their holding force. During the exhaust time, the gases which cannot leave the engine, are compressed in this exhaust manifold thereby causing a second compression in the cycle. One would be tempted to believe that, lap after lap, the gases compressed by the pistons would be added to those already compressed in the obstructed manifold and therefore considerably increase this pressure, but, the exhaust valves being kept closed by springs, their tightness can no longer be ensured as soon as the force, resulting from the pressure in the manifold and acting on the downstream face of the valves, will be equal to the force of the return spring of these valves.

A partir de cet instant et chaque fois qu'il n'y aura pas de pression de compression dans le cylindre, les soupapes d'échappement laisseront s'échapper des gaz dans le cylindre, empèchant toutes nouvelles aspirations de gaz et par conséquent toutes élévations de pression dans le collecteur.From this moment and whenever there is no compression pressure in the cylinder, the exhaust valves will let escape gases in the cylinder, preventing any new gas aspirations and consequently all elevations pressure in the manifold.

Pendant cette période, les soupapes d'échappement se transforment en quelque sorte en soupapes de décharge. Pour parer à cette effet néfaste, il faudrait renforcer les ressorts, mais pour des raisons connues, cela nuirait au bon fonctionnement du moteur.During this period, the exhaust valves somehow turn into relief valves. To counter this harmful effect, it would be necessary to strengthen the springs, but for known reasons, this would harm the proper functioning of the engine.

Un autre effet néfaste à l'élévation de la pression dans le collecteur d'échappement provient du fait que les soupapes d'admission s'ouvrent alors que celles d'échappement ne sont pas encore fermées, provoquant de ce fait une fuite de pression au travers du cylindre vers la Pipe d'admission. Another detrimental effect to the increased pressure in the exhaust manifold is that the intake valves open while the exhaust valves are not yet closed, thereby causing pressure leakage at the across the cylinder to the intake pipe.

L'invention vise éviter les effets néfastes décrits précédemment afin d'élever à souhait, en période de frein moteur, la force de rappel des soupapes d'échappement pour augmenter considérablement la pression des gaz dans le collecteur d'échappement dans le but d'accroitre le couple résistant du moteur. The invention aims to avoid the harmful effects described above in order to elevate as desired, during the engine brake period, the return force of the exhaust valves to considerably increase the gas pressure in the exhaust manifold in order to increase the resistive torque of the motor.

L'invention prévoit, en période de frein moteur, une pressurisation d'une chambre, de section en forme de couronne, formée par un cylindre creux dans lequel coulisse un piston également creux. L'ensemble formé par le cylindre et le piston est intercalé entre le dessus de la culasse et le dessous de la rondelle-cuvette d'extrémité de la tige de chaque soupape d'échappement. La poussée de cet ensemble a pour but de maintenir l'étanchéité des soupapes d'échappement lorsque leur face aval subit une forte contre-pression. The invention provides, during an engine brake period, pressurization of a chamber, of section in the form of a crown, formed by a hollow cylinder in which slides a piston which is also hollow. The assembly formed by the cylinder and the piston is interposed between the top of the cylinder head and the bottom of the end cup washer of the stem of each exhaust valve. The thrust of this assembly is intended to maintain the tightness of the exhaust valves when their downstream face undergoes a high back pressure.

Pour éviter une perte de pression au moment de la balance, l'invention prévoit une épure de distribution dans laquelle l'ouverture des soupapes d'admission n'intervient qu'apres la fermeture effective des soupapes d'échappement. To avoid a loss of pressure at the time of the balance, the invention provides a distribution diagram in which the opening of the intake valves takes place only after the effective closing of the exhaust valves.

Compte tenu des valeurs des pressions de suralimentation des des moteurs turbocompressés, la modification de l'épure de distribution décrite auparavant ne peut avoir d'effet sensible sur le rendement du moteur.Given the values of the supercharging pressures of turbocharged engines, the modification of the distribution diagram described previously cannot have any appreciable effect on the efficiency of the engine.

Selon les possibilités de réalisation, l'invention prévoit que l'ensemble formé par le cylindre et son piston sera disposer à l'intérieur ou à l'extérieur du ressort de sou
Pape.According to the possible embodiments, the invention provides that the assembly formed by the cylinder and its piston will be placed inside or outside the penny spring.
Pope.

Pour pouvoir disposer d'un maximum de surface sous le piston creux, dans la variante où ce piston est placé à l'intérieur du ressort, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que la face extérieure du guide de soupape est utilisée comme paroi du petit diamètre de la chambre pressurisable. To be able to have a maximum of surface under the hollow piston, in the variant where this piston is placed inside the spring, a development of the invention which takes this into account is characterized in that the external face of the guide valve is used as the small diameter wall of the pressurizable chamber.

Pour éviter tout accroissement d'efforts des organes de distribution qui seraient issus d'une élévation momentanée de pression dans les chambres préssurisées lors de la phase de descente des soupapes, et également pour favoriser le maintien en pression de ces chambres pendant la phase de remontée des soupapes, de façon à etre en mesure d'assurer une bonne étanchéité dés leur fermeture, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le circuit formé par les cannalisations d'alimentation en air comprimé, inter-connecte les chambres entre-elles et en ce que le point d'inter-connection est un reservoir qui fait office de vase d'expension. To avoid any increase in the forces of the distribution members which would result from a momentary increase in pressure in the pressurized chambers during the descent phase of the valves, and also to promote the maintenance of pressure in these chambers during the ascent phase valves, so as to be able to ensure a good seal as soon as they are closed, a development of the invention which takes this into account is characterized in that the circuit formed by the compressed air supply pipes, interconnects the chambers between them and in that the interconnection point is a reservoir which acts as an expansion vessel.

Afin d'obtenir un rendement variable de l'effet de frein moteur, un développement de l'invention qui en tient compte est caractérisé en ce que le robinet d'alimentation en air comprimé du dispositif, est apte, selon l'action du conducteur, à moduler la pressurisation des chambres avec pour effet de moduler la pression dans le collecteur, faisant varier ainsi la Puissance de ralentissement. In order to obtain a variable efficiency of the engine brake effect, a development of the invention which takes account of it is characterized in that the compressed air supply valve of the device is suitable, depending on the action of the driver. , to modulate the pressurization of the chambers with the effect of modulating the pressure in the manifold, thus varying the deceleration power.

La pressurisation des chambres est assurée par de l'air comprimé venant d'un réservoir affecté aux servitudes et présent sur tous les poids lourds. The pressurization of the rooms is ensured by compressed air coming from a reservoir allocated to the easements and present on all the heavy goods vehicles.

On décrit maintenant l'invention à propos des dessins annexés. The invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

La figure 1 et la figure 2 représentent en coupe, deux demi-vues des deux variantes de l'invention. Cette représention cote à cote permet ainsi de mieux comparer les deux variantes de l'invention. Figure 1 and Figure 2 show in section, two half-views of the two variants of the invention. This side-by-side representation thus makes it possible to better compare the two variants of the invention.

La figure 1 est donc une demi-vue représentant en coupe une culasse d'un moteur thermique avec sa soupape d'échappement et son ressort de rappel ainsi que l'ensemble formé par le cylindre creux et son piston, objet de l'invention et disposé ici, à l'intérieur du ressort de soupape. FIG. 1 is therefore a half-view showing in section a cylinder head of a heat engine with its exhaust valve and its return spring as well as the assembly formed by the hollow cylinder and its piston, object of the invention and arranged here, inside the valve spring.

La figure 2 ne se différencie de la figure 1 que par le positionnement du cylindre creux et de son piston qui sont ici, montés à l'extérieur du ressort de soupape. Figure 2 differs from Figure 1 only by the positioning of the hollow cylinder and its piston which are here, mounted outside the valve spring.

Sur la figure 1 on a désigné par 1 la tige de soupape, par 2 une clavette, par 3 la rondelle-cuvette, par 5 le ressort de soupape, par 10 la culasse, par 11 le guide de la tige de soupape 1, par 12 le piston creux qui coulisse entre le cylindre 13 et le guide de soupape 11 et qui exerce sa poussée sous la rondelle- cuvette 3, par 14 le joint qui réalise l'étanchéité entre la face intérieure du cylindre 13 et l'extérieur 22 du guide de soupape 11, par 15 la conduite d'alimentation en air comprimé de la chambre Pressurisable 17, par 16 la tete de la soupape d'échappement et par 18 la face aval de cette soupape qui est soumise à une forte contre-pression en période de frein moteur. In FIG. 1, the valve stem is designated by 1, by 2 a key, by 3 the cup washer, by 5 the valve spring, by 10 the cylinder head, by 11 the valve stem guide 1, by 12 the hollow piston which slides between the cylinder 13 and the valve guide 11 and which exerts its thrust under the cup washer 3, by 14 the seal which seals between the inside face of the cylinder 13 and the outside 22 of the valve guide 11, via 15 the compressed air supply line to the pressurizable chamber 17, via 16 the head of the exhaust valve and via 18 the downstream face of this valve which is subjected to a strong back pressure engine brake period.

Sur la figure 2 on a désigné par 1 la tige de soupape, par 2 une clavette, par 3 la rondelle-cuvette, par 4 le piston monté ici, à l'extérieur du ressort de soupape 5, par 6 le cylindre creux, par 7 la chambre pressurisable, par 8 le joint d'étanchéité, par 9 la conduite d'alimentation en air comprimé de la chambre 7, par 10 la culasse, par 11 le guide de soupape, par 16 la tete de la soupape d'échappement, par 18 la face aval de celle-ci, soumise b la forte contrepression, par 19 le conduit d'échappement dans la culasse 10 par 20 le collecteur d'échappement et par 21 le volet d'obturation du collecteur 20. Le volet 21 est représenté ici en position fermée. In FIG. 2, the valve stem is designated by 1, by 2 a key, by 3 the cup washer, by 4 the piston mounted here, outside the valve spring 5, by 6 the hollow cylinder, by 7 the pressurizable chamber, by 8 the seal, by 9 the compressed air supply line to chamber 7, by 10 the cylinder head, by 11 the valve guide, by 16 the head of the exhaust valve , by 18 the downstream face thereof, subjected to the strong back pressure, by 19 the exhaust duct in the cylinder head 10 by 20 the exhaust manifold and by 21 the shutter shutter of the manifold 20. The shutter 21 is shown here in the closed position.

Lorsque le conducteur désire obtenir un effet de frein moteur, il actionne un robinet qui met en pression les chambres 7 ou 17 ainsi que le piston de pivotement du volet 21, pour obstruer la sortie du collecteur 20. La mise en pression des chambres 7 ou 17 chasse vers le haut les pistons 4 ou 12 jusqu'a ce qu'ils viennent buter sous les rondelles cuvettes 3 pour augmenter la force de maintien de fermeture des soupapes d'échappement. La pression des gaz augmente rapidement dans le collecteur 20 et s'exerce alors sur la face aval des soupapes d'échappement, mais la force supplémentaire de maintien de fermeture, objet de l'invention, les empèche alors de s'entre-ouvrir, permettant ainsi d'atteindre dans le collecteur, une pression relativement élevée. Cette élévation de pression est facilitée par l'épure de distribution particuliaire, telle que décrite précédamment. When the driver wishes to obtain an engine brake effect, he actuates a valve which pressurizes the chambers 7 or 17 as well as the pivot piston of the flap 21, to obstruct the outlet of the manifold 20. The pressurization of the chambers 7 or 17 pushes up the pistons 4 or 12 until they come up against the cup washers 3 to increase the closing holding force of the exhaust valves. The gas pressure increases rapidly in the manifold 20 and is then exerted on the downstream face of the exhaust valves, but the additional force of maintaining closure, object of the invention, then prevents them from opening up, thus making it possible to reach a relatively high pressure in the manifold. This pressure increase is facilitated by the particulate distribution diagram, as described above.

Lorsque le conducteur désire interrompre la période de frein moteur, il coupe l'alimentation d'air comprimé. Le volet s'ouvre, les chambres 7 et 17 n'étant plus préssurisées, les pistons 4 ou 12 seront chassés vers le bas par la descente des soupapes et s'immobiliseront en position basse par absence de pression dans les chambres. Ainsi le dispositif de l'invention est au repos pendant toutes les périodes moteurs. When the driver wishes to interrupt the engine brake period, he cuts off the compressed air supply. The shutter opens, the chambers 7 and 17 no longer being pressurized, the pistons 4 or 12 will be driven down by the descent of the valves and will come to a standstill in the low position due to the absence of pressure in the chambers. Thus the device of the invention is at rest during all the motor periods.

Claims

-REVENDICATIONS- CLAIMS

1) Frein moteur à haute pression pour moteur thermique, comprenant un dispositif, commandé par le conducteur, de variation de la force de rappel et de fermeture des soupapes d'échappement, caractérisé en ce que un cylindre de section semblable à une couronne (6 ou 13) dans lequel est placé un piston (4 ou 12) sont intercalés entre le dessus de la culasse (10) et le dessous de la rondelle-cuvette (3) d'extrémité de la tige de la soupape d'échappement (16) et en ce que la chambre (7 ou 17) , formée entre le cylindre (6 ou 13) et le dessous du piston (4 ou 12) est pressurisée en période de frein moteur. 1) High-pressure engine brake for an internal combustion engine, comprising a device, controlled by the driver, for varying the return and closing force of the exhaust valves, characterized in that a cylinder of section similar to a crown (6 or 13) in which is placed a piston (4 or 12) are interposed between the top of the cylinder head (10) and the bottom of the cup washer (3) end of the stem of the exhaust valve (16 ) and in that the chamber (7 or 17) formed between the cylinder (6 or 13) and the underside of the piston (4 or 12) is pressurized during an engine brake period.

2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que selon une variante la chambre pressurisable (7) est placée à l'extérieur du ressort de soupape (5) et en ce que selon une autre variante, la chambre pressurisable (17) et placée à l'intérieur du ressort de soupape (5). 2) Device according to claim 1, characterized in that according to a variant the pressurizable chamber (7) is placed outside the valve spring (5) and in that according to another variant, the pressurizable chamber (17) and placed inside the valve spring (5).

3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face extérieure du guide de soupape (22) est la paroi intérieure du petit diamétre de la chambre (17). 3) Device according to claim 2, characterized in that the outer face of the valve guide (22) is the inner wall of the small diameter of the chamber (17).

4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression d'air comprimé à l'intérieur des chambres (7 ou 17) est modulable. 4) Device according to claim 1, characterized in that the compressed air pressure inside the chambers (7 or 17) is adjustable.

5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (4 ou 12) est creux. 5) Device according to claim 1, characterized in that the piston (4 or 12) is hollow.

6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture des soupapes d'admission intervient lorsque la fermeture des soupapes d'échappement est effective. 6) Device according to claim 1, characterized in that the opening of the intake valves occurs when the closing of the exhaust valves is effective.

7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'applique principalement aux moteurs des poids lourds. 7) Device according to claim 1, characterized in that it mainly applies to heavy-duty engines.