SE470363B - Förfarande och anordning för motorbromsning med en flercylindrig förbränningsmotor - Google Patents

Description

479 365 2 mes genom en förändring av ett spel i förbränningsmotorns ventilmekanism och därmed aktivering av eller flera extra kamnockar på motorns kamaxel, som kontinuerligt driver ventilmekanismen i beroende av det momentana läget hos motorns vevaxel medelst en aktivt omställbar, hydraul- manövrerad spelförändringsanordning, som är inrättad att för aktiv styrning av motorbromsningen ställas om mellan olika lägen med hjälp av ett hydraulvätsketryck understigande ett maximivärde reglerat medelst en över- trycksventil, varvid kamaxelns vinkelläge, vid vilket avgasventilerna öppnas medelst nämnda extra nock eller nockar, är beroende av momentant spel i ventilmekanismen.

Särskilt vid tyngre fordon ställes höga krav på en effektiv motorbroms, som därvid även minskar slitaget på hjul- bromsarna och därigenom förbättrar driftekonomin.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT Vid motorbromsning med en fyrtakts förbränningsmotor åstadkommes en viss bromseffekt till följd av det inre motståndet i motorn, bl.a. till följd av friktion. Denna effekt är dock relativt liten, och i moderna motorer har denna effekt minskats ytterligare. Det är känt att öka motorbromseffekten genom att anordna ett stryporgan, exempelvis ett spjäll i avgassystemet, t.ex. i form av s.k.

AT-regulator. På detta sätt kan man utnyttja en del av' arbetet under kolvens utblåsningstakt för ökning av bromseffekten.

Det är även känt att öka bromseffekten medelst s.k. kompressionsbromsning. Genom att några eller alla av motorns avgasventiler öppnas åstadkommes att den. under kompressionstaktenkomprimeradelufteni.förbränningsrummet delvis strömmar ut i avgassystemet, vilket innebär att en del av det under kompressionstakten utförda kompressions- arbetet inte kan återvinnas under expansionsslaget, varför 470 563 3 bromseffekten ökar. Vid en känd sådan kompressionsbroms utnyttjas de ordinarie avgasventilerna, varvid kamaxeln har åtminstone en extra nock för åstadkommande av den extra öppningen av avgasventilerna. Denna extra nock ger en relativt liten lyfthöjd och ett styrbart hydraulelement är anordnat i ventilmekanismen för att göra den extra nocken verksam endast vid motorbromsning, se t.ex. WO91/08381.

Vid denna anordning utgöres hydraulelementet av ett spelförändringsorgan. Detta organ bringas att vid normal drift upprätthålla ett föreskrivet spel i ventilmekanismen mellan 'ventiler och kamaxel och att vid aktiverad kompres- sionsbroms reducera spelet så att extranocken blir verksam. Även om det för nödfallsändamål är inlagd en övertrycksven- til i hydraulelementet, kan. vid kända anordningar vid ventilöppning alltför nära övre dödpunkt skadligt höga cylindertryck uppstå och därmed skadligt höga yttryck i ventilmekanismen. Man har därvid vid kända lösningar ventilöppning, vilket effektivitet hos tidigare begränsad tvingats tillgripa emellertid ger en kompressionsbromsen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och en anordning vid vilken höggradig effek- tivitet hos en kompressionsbroms uppnås utan skadlig påverkan på ingående komponenter.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Nämnda ändamål uppnås medelst förfarandet enligt före- liggande uppfinning, vilket kännetecknas därav, att respektive spel allteftersom bringas till noll eller nära noll under det att trycket i respektive spelförän- dringsanordning begränsas till ett visst förutbestämt sådant, varigenom oavsett när tidsmässigt under en cylin- ders arbetscykel motorbromsningen initieras eller avslutas 470 365 4 risken för en öppning mot ett belastningsmässigt alltför högt cylindertryck elimineras.

Nämnda ändamål uppnås även medelst anordningen enligt föreliggande uppfinning, vilken kännetecknas därav att inrättad att spelförändringsanordningen så, att respektive spel allteftersom bringas till noll eller nära noll under det övertrycksventilen är omställa att trycket i respektive spelförändringsanordning begränsas till ett visst förutbestämt sådant, varigenom oavsett när tidsmässigt under en cylinders arbetscykel motorbromsningen initieras eller avslutas risken för en öppning mot ett belastningsmässigt alltför högt cylindertryck elimineras.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar på vilka: Fig. 1 'visar ett schematiskt snitt genom en för- bränningsmotor, som är försedd.med en anordning enligt uppfinningen, Fig. 2 visar ett snitt genom en ventilmekanism, försedd med en hydraulisk spelförändrings- anordning enligt uppfinningen, Fig. 3 visar ett snitt genom ventilmekanismen, lagt utmed linjen II-II i fig. 2, Fig. 4-7 visar diagram, som åskådliggör verkningssättet hos spelförändringsanordningen enligt upp- finningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM I fig. 1 visas schematiskt en fyrtakts förbränningsmotor, vilken är avsedd för genomförande av förfarandet enligt V) 470 563 uppfinningen och för detta ändamål är försedd med en anordning enligt uppfinningen. Motorn enligt fig. 1 innefattar ett motorblock 1 med ett antal cylindrar, av vilka för enkelhets skull visas en cylinder 2, vilken inrymmer en kolv 3, som med en vevstake är förbunden med en vevaxel (icke visat). Ovanför kolven 3 i cylindern 2 finns ett förbränningsrum 4, som tillslutes medelst ett topplock . I topplocket finns åtminstone en för varje cylinder anordnad inloppsventil, som reglerar förbindelsen mellan förbränningsrummet 4 och ett inloppssystem 6, av vilket endast en del visas. Dessutom inrymmer topplocket 5 åtminstone en för varje cylinder 2 anordnad avgasventil 7, som reglerar förbindelsen mellan förbränningsrummet 4 och ett avgassystem 8, av vilket endast en del visas. För styrning av inloppsventilen och avgasventilen 7 utnyttjas på konventionellt sätt en eller flera kamaxlar 10. I det visade exemplet har medtagits en enda kamaxel 10. Såsom är fallet vid dieselmotorer och ottomotorer ger vevaxeln en inbördes vinkel- och därmed tidsförskjutning hos kolvarnas momentana rörelser. Kamaxeln 10 ger på motsvarande sätt med olika vinkellägen hos kamaxelns nockar 11 för varje cylinder motsvarande vinkel- och tidsförskjutning av ventilernas rörelser. Ventilmekanismen i övrigt har delvis utelämnats för tydlighets skull. Övriga delar i motorn är av mindre betydelse för uppfinningen och beskrives där inte närmare här. Vid användning av motorn som drivkälla skiljer sig nämligen funktionen inte nämnvärt från vad som är välkänt vid andra fyrtakts förbränningsmotorer. Därför beskrives denna funktion inte närmare här.

Vid den i fig. 1 visade motorn finns även en AT-regulator med ett stryporgan 13 i avgassystemet 8. Stryporganet 13 styres av en regleranordning som oberoende av eller i samverkan med anordningen enligt uppfinningen åstadkommer en strypning av avgassystemet och därmed en förstärkt motorbromsning på ett i och för sig känt sätt. 470 563 6 Av fig. 2 framgår närmare uppbyggnaden hos ventilmekanismen för att åstadkomma ventilrörelsen hos i detta fall av- gasventilen 7 till en av cylindrarna. Den i mekanismen ingående kamaxeln 10 överför sin rotationsrörelse till en vipparm 14, som är anordnad på en ihålig vipparmsaxel 15, vilken med ej visade bultar är avsedd att monteras vid motorns topplock. Rotationsrörelsen erhåller kamaxeln på konventionellt sätt via en transmission från motorns vevaxel (ej visad) . En spelförändringsanordning 16, som vid påverkan förändrar spelet mellan kamaxeln 10 och ventilme- kanismen för styrning av avgasventilen 7, är anordnad i vipparmens ena ände 17 och är av hydraulisk typ med en kolv 18 som är rörlig i en hydraulcylinder 19 i huvudsak i ventilens 7 rörelseriktning och är inrättad att på hydrau- lisk väg intaga olika lägen i vipparmen och därmed bibringa ett mot ventilens skaft 20 verkande huvud 21 olika fram- skjutningslägen. Huvudet 21 står i kontakt med ett övre parti av ventilskaftet 20 för att därigenom överföra vipparmsrörelsen till ventilen 7. Ventilens återgående rörelse tillförsäkras på konventionellt sätt medelst en ej visad ventilfjäder. Hydraulcylindern 19 i spelförändringsa- nordningen 16 står i förbindelse med en längsgående hydraulkanal 22 i vipparmsaxeln 15. Denna kanal är gemensam för samtliga vipparmar på denna axel. I vipparmen 11 är anordnad en förbindelsekanal 23, som sträcker sig mellan hydraulkanalen 22 och hydraulcylindern 19 via en styr- och backventilanordning 24, som närmare skall beskrivas nedan med hänvisning till fig. 3. Medelst en ej visad reglera- nordning styres hydraultrycket och därmed hydraulvätskef lö- det i kanalen 22 och därmed flödet till spelförändringa- nordningens 16 hydraulcylinder 19. Denna är av enkelverkan- de typ och uppvisar en för de mekaniska kontaktytorna i ventilmekanismen yttrycksbegränsande övertrycksventil 25 av typ backventil, i det visade exemplet i form av en av en fjäder 26 mot ett ventilsäte 27 i riktning från avgasventi- len 7 belastad kula 28. Denna är inrättad att vid tryck i 470 u! Ox LN 7 hydraulcylindern understigande ett visst värde hållas stängd, men att vid tryck överstigande ett visst värde öppna förbindelsen till en dräneringskanal 29. Ventilens funktion skall närmare beskrivas nedan.

Av fig. 3 framgår närmare ett exempel på .uppbyggnaden hos styr- och backventilanordningen 24. Ventilanordningen 24 är således en styrbar backventil med en av en fjäder 30 i riktning mot ett säte 3 1 belastad kula 3 2 .

Ventilanordningen är inrättad att vara öppen dels vid hydraultryck i hydraulkanalen 22 överstigande ett visst värde och dels vid hydraultryck understigande ett visst värde i syfte att omställa spelutjämningsanordningen 16 på ett sätt som närmare beskrives nedan. Vid hydraultryck överstigande ett visst värde hålles kulan 32 nedtryckt, dvs i öppet läge genom det direkta vätsketrycket mot kulan. Vid hydraultryck understigande ett visst undre värde hålles kulan nedtryckt av ett hydrauliskt styrorgan 33, som därvid mekaniskt håller kulan 32 undantryckt från sitt säte 31.

Styrorganet 33 utgöres av en i och för sig känd kolv 34, som är belastad med en i riktning mot kulan verkande fjäder . Kolven 34 är försedd med ett snabelliknande ändparti 36, som vid lågt hydraultryck i hydraulledningen 22 understigande ett visst värde håller kulan 32 nedtryckt och därmed öppen genom verkan av fjädern 35. I övrigt påverkas kulan ej av kolven 34, dvs när hydraultrycket överstiger nämnda undre värde, varvid trycket på kolven 34 övervinner kraften från fjädern 35.

På konventionellt sätt är varje vipparm försedd med en rulle 37 som under kamaxelns rotationsrörelse följer kamkurvan hos kamaxeln 10 för varje särskild cylinder med eller utan spel. Spelet, som med fördel förlägges mellan rullen 37 och kamaxeln 10 förändras medelst spelförän- dringsanordningen 16 på ett sätt som närmare beskrives nedan. På kamaxeln 10 är förutom nocken 11 anordnad 476 365 8 åtminstone en låg extranock 38, som. bringas att öppna avgasventilen.vid.en viss vevaxelvínkel under förutsättning att kompressionsbromsen och därmed spelförändringsanord- ningen 16 är aktiverad.

Den extra kamnocken 38 är avsedd att öppna avgasventilen, så att den upplagrade tryckenergin i cylindern nära övre dödpunkt dumpas ut, utan att något arbete uträttas. Trycket i cylindern, innan avgasventilen öppnar, verkar också på avgasventilens undersida, varför det åtgår stora krafter för att öppna ventilen när trycket i cylindern är högt.

Dessa krafter påverkar direkt det yttryck som uppstår mellan rullen 17 på vipparmen 11 och kamnocken 12a varför gränsvärdet för vilket maximalt yttryck som kan tillåtas också påverkar vilket högsta cylindertryck som kan accepte- ras vid tidpunkten för ventilöppning.

Trycket i cylindrarna består av en mängd parametrar, av vilka några förändras kraftigt beroende på driftsför- hållandena.

Vid fortvarighetstillstånd med motorbromsning har cylinder- trycket med tillslagen kompressionsbroms vid tidpunkten då avgasventilen öppnar för att dumpa cylindertrycket sådana värden att yttrycket mellan kamnock 12a och rulle 17 ligger inom acceptabla gränser. Cylindertryckkurvan och öppnings- tidpunkt i förhållande till denna framgår av fig. 4.

När motorn släpas runt ptgp att kompressionsbromsen är tillslagen (till exempel då bränslet är avstängt men motorn dras runt av fordonet i nedförsbacke) kan trycket i cylindern uppgå till mer än dubbla trycket än vad som är fallet vid tidpunkten för ventilöppning. Detta medför att dubbla kraften erfordras jämfört med fallet ovan för att öppna ventilen vid övre dödpunkt och skulle medföra helt oacceptabla yttryck mellan kamnock 12a och rulle 17. När 470 363 9 kompressionsbromsen ej är tillslagen upprätthålles ett spel överstigande den extra kamnockens 12a höjd, såsom åskådliggöres i fig. 5. Detta spel åstadkommes genom att kompressionsbromsregulatorn 14 styr flödet i kanalen 26 så att hydraulkolven 20 och därmed dess huvud 21 upprätthåller erforderligt indraget läge så att den extra kamnocken 12a ej påverkar vipparmen och därmed ej ventilen 9. När kompressionsbromsen initieras, antingen på manuell väg medelst manövrering av förare från förarhytten eller på automatisk väg medelst ett ej visat styrsystem, styr regulatorn hydraulflödet och därmed trycket i hydraul- cylindern 23 så att hydraulkolven 20 tryckes utåt, var- igenom ventilspelet gradvis minskas under den extra kamnockens 12a höjd, vilket åskådliggöres i fig. 6. Av figuren framgår att ventilrörelsekurvan skjutes uppåt och allt eftersom ventilspelet minskar kommer avgasventilens rörelse att följa den streckade kurvan.

Ventilöppning vid långsam gradvis spelutjämning sker först i närheten av övre dödpunkt, se fig. 6, medförande allt för höga yttryck om inga åtgärder vidtages. Fig. 6 visar således för åskådlighets skull det fall att en övertryck- sventil 27 saknas i spelförändringsanordningen 15 eller att övertrycksventilen dimensioneras utan insikt om belastning- förhållanden och konsekvenser.

Enligt föreliggande uppfinning har därför övertrycksventi- len 27 kalibrerats noggrant till ett noggrant valt värde. Övertrycksventilen tjänstgör som en kraftbegränsare, som strävar att vara stängd med en noggrann kalibrerad stäng- ningskraft, detta åstadkommes genom att dess fjäder 30 är noggrant kalibrerad med avseende på dess fjäderkraft och att ventilkulan 28 tätar mot ett formmässigt väldefinierat säte. Genom att övertrycksventilen 15 dumpar oljetrycket till en förutbestämt nivå begränsas yttrycket i kontakty- torna mellan ingående komponenter, dvs. mellan avgasventi- 4?Û 363 lens 9 övre ände och vipparmens 11 huvud 21 samt mellan kamaxelns 12 nockar och kamrullen 17. Även vid en snabbare spelutjämning kan det fortfarande slumpa sig så att tidpunkten, där den extra kamnocken 12a strävar att öppna avgasventilen, ligger inom området där cylindertrycket är oacceptabelt högt, vilket medför att övertrycksventilen 27 löser ut, resulterande i att ventilöppning ej inträffar för kompressionsbromsning under detta vevaxelvarv. I övriga fall, såsom under varvet efter att övertrycksventilen löst ut, eftersom då maximal tid står till förfogande, har ventilspelet hunnit reduceras i sådan grad, att öppningstidpunkten blir så tidig, att cylindertrycket ännu är tillräckligt lågt för att kraften skall begränsas till tillåtna värden, se fig. 7.

Sammanfattningsvis kan man uttrycka principen enligt uppfinningen för övertrycksventilens omställning enligt följande, baserat på att det finns ett definierat samband mellan hydraultrycket i spelförändringsanordningen och tidpunkten för ventilöppning. Respektive spel bringas allteftersom till noll eller nära noll under det att trycket i. respektive spelförändringsanordning begränsas till ett visst förutbestämt sådant, varigenom oavsett när tidsmässigt under en cylinders arbetscykel motorbromsningen initieras risken för en öppning mot ett belastningsmässsigt alltför högt cylindertryck elimineras.

Eftersom. en. kompressionsbroms effektivitet är' högre ju närmare övre dödpunkt avgasventilen kan öppnas, dvs. att avgasventilen kan öppnas mot så högt cylindertryck som möjligt under bromsningen, är det mycket betydelsefullt att det högsta praktiskt användbara cylindertrycket i fortvarighetstillstånd inte begränsas av omständigheter under andra driftsförhållanden som till exempel initieringen av bromsen. Medelst förfarandet och o ll anordningen enligt föreliggande uppfinning möjliggöres därför en avsevärt högre effekt på kompressionsbromsen än vad som annars hade varit.möjlig med föreliggande praktiska begränsningar av till exempel yttryck.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel utan kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav. I och för sig kan den så kallade avgastryckregulatorbromsen helt utgå. Styrningen av flöde och tryck i hydraulsystemet behöver i princip inte vara kopplad till smörjningen av vipparmsaxeln. Flödesän- dringar och tryckändringar i hydraulsystemet kan åstadkom- mas på olika sätt. Exempelvis kan upprätthållas ett fast hydraul-vätsketryck i. en separat tilloppsledning, medan tryck- och flödesändringar i systemet åstadkommes medelst en styrd dränering av hydraulvätskan. Alternativt kan dräneringen ersättas av en positiv flödes- och tryckstyr- ning från en hydraulvätskekälla. Om separata hydraulsystem är inrättade för varje cylinder är det i princip tänkbart att styr- och backventilen 33 kan utelämnas. I praktiken utnyttjas för'kompressionsbromsning ibland två extranockar.

Av dessa har i ansökan endast medtagits den eller de tryckmässigt kritisk extranockarna, eftersom övriga nockar ej beröres av föreliggande uppfinning.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 470 565 12 Patentkrav

1. Förfarande för motorbromsning med en flercylindrig förbränningsmotor, som för varje cylinder (2) med till- hörande kolv (3) har åtminstone en avgasventil (9) för reglering av förbindelsen mellan ett förbränningsrum (5) i cylindern (2) och ett avgassystem (10) , varvid förbrän- ningsrummet (5) genom öppning av avgasventilen sättes i förbindelse med avgassystemet åtminstone då kolven ( 3) i cylindern befinner sig under den s.k. kompressionstakten, vilken öppning åstadkommes genom en förändring av ett spel i förbränningsmotorns ventilmekanism och därmed aktivering av eller flera extra kamnockar (38) på motorns kamaxel ( 10) , som kontinuerligt driver ventilmekanismen i beroende av det momentana läget hos motorns vevaxel medelst en aktivt omställbar, hydraulmanövrerad spelförändringsanord- ning (16) , som för aktiv styrning av motorbromsningen ställs om mellan olika lägen med hjälp av ett hydraul- vätsketryck understigande ett maximivärde reglerat medelst en övertrycksventil (25) , varvid kamaxelns vinkelläge, vid vilket avgasventilerna öppnas medelst nämnda extra nock' eller nockar, är beroende av momentant spel i ventilmeka- nismen, kännet ecknat därav, attrespekti- ve spel allteftersom bringas till noll eller nära noll under det att trycket i respektive spelförändringsanordning (16) begränsas till ett visst förutbestämt sådant, var- igenom oavsett när tidsmässigt under en cylinders arbets- cykel motorbromsningen initieras eller avslutas risken för en öppning mot ett belastningsmässigt alltför högt cylindertryck elimineras. 10 15 20 25 30 35 470 363 13

2. Förfarande enligt patentkrav, 1, vid vilket nämnda hydraulmanövrering av var och en av spelförändringsanord- ningarna (16) åstadkommes medelst reglering av hydraul- vätsketrycket i en hydraulvätskekanal (22) mellan en hydraulvätskekälla och varje spelförändringsanordning, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att varje spelförän- dringsanordning (16) tryckregleras individuellt genom avkänning av skillnaden i hydraulvätsketryck mellan spelförändringsanordningen och nämnda hydraulvätskekanal (22).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v, att kommunikationen mellan nämnda hydraulvätskekanal (22) och varje spelförändringsanordning (16) hålles öppen vid ett hydraulvätsketryck understigande ett undre värde respektive överstigande ett övre värde i förhållande till trycket i spelförändringsanordningen, men hålles i övrigt tidivs bruten.

4. Anordning för motorbromsning med en flercylindrig förbränningsmotor, som för varje cylinder (2) med till- hörande kolv (3) har åtminstone en avgasventil (9) för reglering av förbindelsen mellan ett förbränningsrum (5) i cylindern (2) och ett avgassystem (10), varvid förbrän- ningsrummet (5) genom öppning av avgasventilen sättes i förbindelse med avgassystemet åtminstone då kolven (3) i cylindern befinner sig under den s.k. kompressionstakten, vilken öppning åstadkommes genom en förändring av ett spel i förbränningsmotorns ventilmekanism och därmed aktivering av eller flera extra kamnockar (38) på motorns kamaxel (10), som kontinuerligt driver ventilmekanismen i beroende av det momentana läget hos motorns vevaxel medelst en aktivt omställbar, hydraulmanövrerad spelförändringsanord- ning (16), som för aktiv styrning av' motorbromsningen ställas om mellan olika lägen med hjälp av ett hydraul- vätsketryck understigande ett maximivärde reglerat medelst 10 15 20 25 30 470 363 14 en övertrycksventil (25), varvid kamaxelns vinkelläge, vid vilket avgasventilerna öppnas medelst nämnda extra nock eller nockar, är beroende av momentant spel i ventilmeka- nismen, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att över- trycksventilen (25) är inrättad att omställa spelförän- dringsanordningen (16) så, att respektive spel allteftersom bringas till noll eller nära noll under det att trycket i respektive spelförändringsanordning (16) begränsas till ett visst förutbestämt sådant, varigenom oavsett när tids- mässigt under en cylinders arbetscykel motorbromsningen initieras eller avslutas risken för en öppning mot ett belastningsmässigt alltför högt cylindertryck elimineras.

5. Anordning enligt patentkrav 4, vid vilken ett för flera av spe1förändringsanordningarna (16) gemensamt hydraulsystem1rtnyttjas för deras manövrering, innefattande en gemensam hydraulvätskekälla och en gemensam hydraul- vätskekanal (22), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att mellan nämnda hydraulvätskekanal (22) och varje spelförän- dringsanordning (16) är inrättad en styr- och backventil (24), som är inrättad att avkänna skillnaden i hydraul- vätsketryck mellan spelförändringsanordningen (16) och nämnda hydraulvätskekanal (22).

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v, att styr- och backventilen (24) är inrättad att vara öppen vid ett hydraulvätsketryck i nämnda hydraulvätskekanal (22) understigande ett undre värde repsektive överstigande ett övre värde i förhållande till hydraulvätsketrycket i spelförändringsanordningen, men att i övrigt vara tidvis stängd. w