SE535886C2 - Tryckpulsgenerator - Google Patents

Abstract

Tryckpulsgenerator innefattande en cylinder (2), en kropp (9) förbunden med cylindern(2), en första kanal (15) som leder från cylindern (2) till en trycksänka LP, en tryckfluid-krets med en andra kanal (4) som leder till cylindern (2) från en tryckkälla HP, en i cylin-dern (2) förskjutbart anordnad aktuatorkolv (3), en styrbar första ventilkropp (5) anordnad iden andra kanalen (4) för öppning eller stängning av ett tryckfluidflöde i denna andra kanal(4), ett elektroelement (7) för styrning av den första ventilkroppen (5), en andra ventil-kropp (8) anordnad vid eller i den andra kanalen (4) för öppning eller stängning av dennakanal (4). Den andra ventilkroppen (8) är ett med aktuatorkolven (3) fast förbundet ele-ment. (Fig.1)

Description

40 45 50 535 BBB vens förflyttning från ett givet hemmaläge som bestämmer längden på tryckpulsen. Det är en elektroelementstyrd ventilkropp, den första ventilkroppen, som styrs att öppna för ett flöde av tryckfluid och därmed initiera en tryckpuls vilken klipps av mekaniskt av den andra ventilkroppen efter en viss bestämd förflyttning från hemmaläget. Längden på tryck- pulsen är avståndet mellan första ventilkroppen fram till den punkt där den andra ventil- kroppen klipper av tryckfluiden. Det inses att pulslängden blir stabilt lika var gång elek- tromagneten aktiveras. Det ges ett direkt samband mellan pulslängd och ventillyftet, d.v.s. den förflyttning av aktuatorkolven och därmed motorventilen som sker.

Den andra ventilkroppen, aktuatorkolvtappen, kännetecknas av att den är smalare i den del som är fast förbunden med aktuatorkolven. Det smalare avsnittet inleds vid eller nära aktu- atorkolven och har en viss utsträckning mot ett grövre parti av aktuatorkolvtappen som är beläget längre från aktuatorkolven. Nämnd utsträckning av det smalare avsnittet bestäm- mer tillsammans med aktuatorkolvens hastighet i sin rörelse hur länge tryckfluiden ska strömma in i cylindern och verka på aktuatorkolven. Aktuatorkolvtappen löper fram och åter i en kanal och den grövre delen av aktuatorkolvtappen, ovanför det smalare avsnittet, har en diameter som är anpassad efter nämnd kanals diameter så att tryckfluiden kan flöda ned mot aktuatorkolven, via aktuatorkolvtappens smalare del, men inte åt det motsatta hål- let.

I hemmalaget är aktuatorkolven förspänd genom en mekanisk, eller pneumatisk fjäder, vilken på samma sätt som för kamaxelstyrda ventiler verkar för att hålla motorventilema stängda eller för att återföra dem till stängt läge efter att de öppnats. Tryckpulsen av tryck- fluid som enligt ovanstående beskrivning verkar för att öppna en motorventil motverkas således av nämnd fjäder som verkar för att stänga motorventilen. Det är huvudsakligen förhållandet mellan öppnande och stängande krafter och tryckfluidpulsens längd vid ett givet tryck i tryckfluiden som avgör var det bortre vändläget, ventíllyfiet, hos aktuatorkol- ven och därmed motorventilen inträffar.

För att aktuatorkolven skall kunna återvända till sitt hemmaläge finns en evakueringskanal som mynnar i taket på den cylinder i vilken aktuatorkolven löper. När tryckpulser genere- ras och under aktuatorkolvens förflyttning till sitt bortre vändläge hålls denna evakuerings- kanal stängd. Kännetecknande för uppfinningen är att den första ventilkroppen samtidigt som den är öppen för flöde fram till aktuatorkolven stänger för flöde via evakueringskana- len ut ur cylindern. När aktuatorkolven skall återvända eller återvänder öppnas för evakue- ring av den tryckfluid som tillförts för förflyttning av aktuatorkolven och därmed öppnande av motorventilen.

Den andra ventilkroppen, aktuatorkolvtappen, löper i en kanal.

I aktuatorkolvens hemmaläge ansluter till denna kanal en andra kanal från sidan till det område där aktuatorkolvtappen är avsmalnad. I denna andra kanal är den första ventilkrop- pen placerad så att den kan öppna eller stänga för flöde av tryckfluid fram till aktuatorkolv- tappens nämnda avsmalnande del. Vid aktivering av elektromagneten öppnas för flöde av tryckfluid fram till den avsmalnande delen och tryckfluiden flödar vidare längs denna av- smalnande del ned i cylindern till aktuatorkolvens ovansida och bringar denna och tillhö- rande motorventil att förflyttas i en öppnande rörelse för tillförsel av luft för förbränning eller utförsel av avgaser. Då aktuatorkolven och motorventilen skall återvända eller åter- vänder till hemmaläget deaktiveras elektromagneten varvid den första ventilkroppen bring- as stänga den anslutande andra kanalen så att tryckfluid inte åter kan flöda ned i cylindern då aktuatorkolvtappens avsmalnande del återvänder till en position där tryckfluid annars 10 15 20 25 30 35 40 45 535 B85 skulle strömma från den andra anslutande kanalen fram till aktuatorkolven. Då elektroele- mentet deaktiveras öppnas även för evakuering av den tryckfluid som tillförts cylindern for att förflytta aktuatorkolven och därmed öppna motorventilen.

Den uppfinningsenliga tryckpulsgeneratom kan förses med ett hydrauliskt lås som aktive- ras i och med att elektroelementet aktiveras och den forsta ventilkroppen förskjuts samt att den andra ventilkroppen förskjutits till sitt bortre vändläge. Kännetecken är att den första ventilkroppens förskjutning orsakad av elektroelementets aktivering stänger för flöde av hydraulvätska samt att då elektroelementet deaktiveras öppnas för flöde av hydraulvätska.

Figurema visar ett utföringsexempel där Fig. 1 är en delvis skuren vy från sidan av en upp- finningsenlig tryckpulsgenerator i ett första läge, hemmaläget, och där Fig. 2 visar samma vy i ett andra läge, bortaläget. F ig. 3 visar tryckpulsgeneratom försedd med ett hydrauliskt lås i ett första läge samt fig.4 samma vy i ett andra läge.

F ig. 1 visar ett cylinderhuwd l med en uppfinningsenlig tryckpulsgenerator som utgör del av en ventilaktuator till en 2- eller 4-takts internförbränningsmotor. Under cylinderhuvudet finns en förbränningskammare 13. En tallriksventil ll stänger till förbränningskammaren för flöde till eller från densamma via en kanal l4. En hydrauliklrrets 10 som enligt känd teknik ser till att tallriksventilen bromsas lämpligt mycket i det ögonblick som den skall stänga och stänger. En cylinder 2 med en aktuatorkolv 3 kan vara införlivad i cylinderhu- vudet eller monterad på cylinderhuvudet.

Tryckpulsgeneratorn finns i en kropp 9 befintlig på cylindern 2.

Tryckpulsgeneratom innefattar en cylinder 2 och en förskjutbar aktuatorkolv 3 i cylindern 2, en tryckfluidkrets med en andra kanal 4 som leder till cylindem 2, en elektroelementiskt styrd första ventilkropp 5 anordnad i kanalen 4 för öppnande, via en öppning 6 i ventil- kroppen 5, eller stängande av en tryckfluids flöde i kanal 4, samt en andra ventilkropp 8 också befintlig i kanal 4 för öppning eller stängning av kanalen. Ventilkroppen 8 består av en grövre del 8' och en smalare del 8” som är fast förbundna med aktuatorkolven 3 som i sin tur vilar på eller är fast förbunden med skaftet till tallriksventilen l 1. Kanalen 4 består av två delkanaler 4' och 4”. Delkanalen 4' ' leder från sidan fram till delkanalen 4”. Den andra ventilkroppen 8 är förskjutbar i kanal 4”. Ventilkroppens 8 grövre del 8' har en dia- meter som motsvarar diametem i kanal 42 Ventilkroppens 8 smalare del 8” har en sträck- ning som är lika lång som, eller längre än, avståndet mellan korsningen av delkanalema 4' och 4” och kanalens 4 mynning i cylindem 2. Figuren visar motorventilens ll och aktua- torkolvens 3 utgångsläge, det ena ändläget eller hemmaläget. I denna position befinner sig den andra ventilkroppens avsmalnande del 8” utanför delkanalens 4” mynning i delkana- len 4' och håller öppet för tryckfluid att flöda genom kanal 4 in i cylindem 2. Här skall nämnas att elektroelementet 7 som aktiverar den första ventilkroppen 5 kan vara direkt verkande på ventilkroppen som figuren för enkelhets skull visar eller indirekt verkande med en s.k. pilot-slav funktion. Här ska också nämnas att benämningen elektroelement står för ett element som aktiveras via en signal från ett datorbaserat styrsystem och då utför en rörelse. Idag är elektromagneter ett typiskt elektroelement men det är en utveckling på gång som kan medföra andra lösningar motsvarande funktionen hos en elektromagnet. Här avses att vid aktivering av elektroelementet sker en rörelse från ett definierat utgångsläge åt ett håll och då elektroelementet deaktiveras utförs rörelsen åt andra hållet tillbaka till nämnt utgångsläge. 10 15 20 25 30 35 40 45 535 BBB När den första ventilkroppen 5 vid aktivering av elektroelementet 7 bringas öppna för flöde av tryckfluid från en högtryckskälla HP i andra kanalen 4 via ventilkroppens öppning 6 kommer tryckfluiden att verka mot aktuatorkolven 3 och förskjuta denna från det första läge, hemmaläget, som visas i fig. 1 till det andra läge, bortaläget, som visas i fig. 2. De två lägena är kolvens ändlägen. På väg till det andra läget kommer den andra ventilkroppens grövre del 8” att placeras mitt för delkanalens 4” mynning i 4' och då stänga för fortsatt tryckfluidflöde i kanalen 4.

För att hålla tallriksventilen stängd mot förbränningskammaren är den med sitt skaft 11 förspänd i riktning mot hemmaläget via exempelvis en mekanisk fjäder 12 eller någon an- nan typ av fjäder exempelvis en pneumatisk fjäder. Aktuatorkolven kan vara fast förbun- den med ventilskañet som figurerna visar men kan även vila på det förspända ventilskaftet i en här inte visad variant. Olika lösningar kan tänkas utan att uppfinningen frängås.

Cylindem 2 har en första kanal 15 för evakuering av den tryckfluid som tillförts cylindern vid aktivering av elektroelementet 7 och åtföljande förflyttning av aktuatorkolven 3. Eva- kuering sker till lågtryckskällan LP och är nödvändig för att aktuatorkolven med hjälp av fjädern 12 skall kunna återvända till sitt hemmaläge. När den första ventilkroppen har öpp- nat för flöde av tryckfluid till cylindem via andra kanalen 4 har den också stängt för eva- kuering till LP via första kanalen 15 i enlighet med Fig. 2. Närrmd öppning för flöde i ka- nal 4 skall inte ske innan stängning för evakuering till kanal 15 utan öppning skall ske tidi- gast samtidigt som stängning, annars finns risk för förlust av tryckfluid innan den får verka fullt ut på aktuatorkolven 3 för förflyttning av densamma.

I ett föredraget utföringsexempel finns ett för ändamålet elektroniskt baserat styrsystem med för ändamålet lämplig programvara som beordrar elektroelementen 7 att aktivera tryckpulsgeneratorema för leverans av tryckpulser som används för upprepad öppning och stängning av aktuella utlopps- respektive inloppsventiler ll till en motors förbrännings- kammare 13 för genomförande av gasväxlingen. Respektive elektroelement 7 hålls i ett föredraget utförande aktiverade så länge att aktuatorkolven 3 nått sitt bortre vändläge innan den första ventilkroppen 5 öppnar för evakuering av tryckfluid. Elektroelementet deaktive- ras inte senare än att på aktuatorkolvens väg tillbaka mot hemmaläget en tillräcklig mängd tryckfluid hinner evakueras så att en oönskad återstuds förhindras.

En tryckpuls genereras som skickar iväg motorventilen ll från hemmaläget i en öppnande rörelse och när rörelsen genom verkan av fjädem 12 upphör har motorventilen nått sitt bor- taläge och inleder omedelbart sin väg tillbaka till hemmaläget. Tiden för att lämna hemma- läget och återvända till detta, durationen, kan uppgå till några få millisekunder. Stora ven- tillyft med kort duration medför möjlighet till god gasväxling och höga varvtal.

Om tryckpulsgeneratom är försedd med beskriven hydraulikkrets för låsning av aktuator- kolven i sitt bortaläge kan inte aktuatorkolven börja sin återgång mot hemmaläget förrän elektroelementet har deaktiverats. Elektroelementet måste aktiveras för att den första ven- tilkroppen ska förflyttas från ett utgångsläge till och deaktiveras för att den första ventil- kroppen skall återvända till sitt utgångsläge.

Det ska framhållas att tryckpulsgeneratom enligt fig. 1-4 är schematiskt återgiven varvid vissa detaljer förutsätts befintliga trots att de inte visas i figurema. Det visas exempelvis inte principen för hydraulikkretsens bromsverkan vid stängning av motorventilen eller att en fjäder finns arrangerad för återförande av den första ventilkroppen efier att elektroele- mentet deaktiveras. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 535 B85 Fig. 3 visar cylinderhuvudet 1 med tryckpulsgeneratom där den hydrauliska kretsen 10 kompletterats till ett utförande som föredras för utloppsventilema vid föreliggande uppfin- nings tillämpning vid 4-taktsdrift samt för variabel kompression hos både 2-takts och 4- taktsmotorer. Vid variabel kompression förflyttas inte en motorventil utan en kolv befintlig i förbränningskammarens 13 tak i cylinderhuvudet 1 vilket dock inte visas i figur.

Hydraulikkretsen har försetts med en backventil 18 och öppning vid en tredje kanal 16 i den första ventilkroppen 5. När elektroelementet 7 aktiverats stängs vid förflyttningen av den första ventilkroppen dess öppning vid kanalen16 för flöde av hydraulvätska ut ur kret- sen 10. Som beskrivits ovan förskjuts den andra ventilkroppen som en följd av den första ventilkroppens lörflyttning varvid hydraulvätska flödar förbi backventilen 18 och fyller det utrymme 17 som uppstår. När aktuatorkolven nått sitt bortaläge kan inte fjädern 12 återföra den till hemmaläget på grund av att hydraulvätskan inte kan finna någon väg ut ur utrym- met 17. Detta är orsakat av att backventilen tillsammans med den första ventilkroppen stänger för flöde ut ur utrymmet 17 vilket framgår av fig. 4.

Uppfinningen är inte begränsad till det ovan beskrivna utföringsexemplet utan modifika- tioner kan göras inom ramen för de följ ande angivna patentkraven.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 40 45 50 535 888 PATENTKRAV

1. Tryckpulsgenerator som innefattar - en cylinder (2) - en första kanal (15) som leder från cylindem (2) till en trycksänka LP - en andra kanal (4) som leder till cylindem (2) från en tryckkälla HP - en styrbar första ventilkropp (5) anordnad i den andra kanalen (4) för öppning eller stäng- ning av ett tryckfluidflöde i nämnda andra kanal (4) - ett elektroelement (7) för styrning av den forsta ventilkroppen (5) - en i cylindem (2) förskjutbart anordnad aktuatorkolv (3) - en i cylindern (2) applicerad fjäder (12) för att medelst dess fjäderverkan hålla aktuator- kolven (3) i sitt hemmaläge och för att retumera aktuatorkolven till hemmaläget efter att den lämnat detsamma - en med aktuatorkolven fast förbunden andra ventilkropp (8) anordnad vid eller i den andra kanalen (4) för öppning eller stängning av nämnda andra kanal (4), kännetecknad av att vid aktivering av elektroelementet (7) förskjuts den första ventil- kroppen (5) från ett utgångsläge där den håller den första kanalen ( 15) öppen och den andra kanalen (4) stängd till en position där den häller den första kanalen (15) stängd och den andra kanalen (4) öppen samtidigt som den andra ventilkroppen (8) håller den andra kanalen (4) öppen varvid en tryckpuls av tryckfluid från tryckkällan HP genereras som bringar aktuatorkolven (3) med tillhörande andra ventilkropp (8) att förflyttas från hemma- läget mot bortaläget och att under nämnda förflyttning av den andra ventilkroppen (8) stänger den andra kanalen (4) och därmed bringar tryckpulsen att upphöra och att den för- sta ventilkroppen (5) håller den första kanalen (15) stängd för evakuering av tryckfluid ur cylindem (2) tills elektroelementet (7) deaktiveras och den första ventilkroppen (5) återgår till sitt utgångsläge.

2. Tryckpulsgenerator enligt krav 1 även innefattande - en hydraulikkrets (10) med en backventil (18) - en tredje kanal (16) för evakuering av hydraulvätska, kännetecknad av att vid aktivering av elektroelementet (7) förskjuts den första ventil- kroppen (5) från sitt utgångsläge till en position där den håller den första kanalen (15) stängd och den andra kanalen (4) öppen och den tredje kanalen (16) stängd samtidigt som den andra ventilkroppen (8) håller den andra kanalen (4) öppen varvid en tryckpuls av tryckfluid från tryckkällan HP genereras som bringar aktuatorkolven (3) med tillhörande andra ventilkropp (8) att förflyttas från hemmalaget mot bortaläget och att under nämnda förflyttning flödar hydraulvätska förbi backventilen (18) in i en kammare (17) som bildas genom den andra ventilkroppens (8) förflyttning och när bortaläget uppnåtts spärras kam- maren (17) för utflöde av hydraulvätska tills elektroelementet (7) deaktiveras och att där- med den första ventilkroppen (5) återgår till sitt utgångsläge varvid den tredje kanalen (16) öppnas för flöde av hydraulvätska ut ur kammaren (17) och aktuatorkolven kan återföras till sitt hemmaläge.

3. Tryckpulsgenerator enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att i aktuatorkolvens hemmaläge är den första ventilkroppen (5) anord- nad att via den första kanalen (15) stänga för flöde av tryckfluid ut ur cylindern (2) samt att därefter eller samtidigt via den andra kanalen (4) öppna för flöde av tryckfluid in i cylin- dem (2). 10 15 20 25 30 35 40 45 50 535 BBB

4. Tryckpulsgenerator enligt något av föregående krav kännetecknad av att den andra kanalen (4) består av två delkanaler (4', 4” ') där den andra delkanalen (4' ') leder från högtryckskällan HP till den forsta delkanalen (4') i vilken den andra ventilkroppen (8) är fórflyttbart anordnad, och den andra ventilkroppen (8) innefattar en avsmalnad del (8' ') som i hemmalaget ligger mitt for den andra delkanalen (4”) och att nämnd avsmalnad del har en sträckning som är lika lång som, eller längre än, avståndet mellan den forsta delka- nalens (4') mynning i cylindem (2) och den andra delkanalens (4”) mynning i den forsta delkanalen (4').

5. Tryckpulsgenerator enligt något av föregående krav kännetecknad av att den innefattas i en ventilaktuator som innefattar en motorventil (11) och att aktuatorkolven (3) vilar på, eller är fast förbunden med, motorventilen.