SE544218C2 - Tryckfluidstyrd aktuator - Google Patents

Abstract

En aktuator, innefattande en cylinder (1), en i cylindern (1) förskjutbart anordnad aktuatorkolv (2), en tryckfluidkrets med en kanal (3) som mynnar i nämnda cylinder (1), en direkt eller indirekt, elektriskt styrd första ventilkropp (4), anordnad i nämnda kanal (3) för styrning av ett flöde av en tryckfluid i nämnda kanal (3), och en andra ventilkropp (5), anordnad i eller vid nämnda kanal (3) för öppning respektive stängning av kanalen (3). Den andra ventilkroppen (5) är ett med aktuatorkolven (2) fast förbundet element, varvid den första ventilkroppen (4) och den andra ventilkroppen (5) är anordnade i serie med varandra i nämnda kanal (3).

Description

Den föreliggande uppfinningen avser en tryckpulsgenerator innefattande en cylinder,en i cylindern förskjutbart anordnad aktuatorkolv, en tryckfluidkrets med en kanalsom mynnar i nämnda cylinder, en elektromagnetiskt styrd första ventilkropp,anordnad i nämnda kanal för styrning av ett flöde av en tryckfluid i nämnda kanaloch en andra ventilkropp, anordnad i eller vid nämnda kanal för öppning respektive stängning av kanalen.

Tryckpulsgeneratom är användbar för genering av tryckpulser för olika ändamål. Ettsärskilt föredraget användningsområde innefattar emellertid förbränningsmotorer, dären tryckpulsgenerator enligt uppfinningen föreslås att användas för drivning av eneller flera inlopps- eller utloppsventiler till motorns förbränningsrum. Uppfinningeninnefattar således även förbränningsmotorer försedda med tryckpulsgeneratorerenligt uppfinningen för drivning av motorventiler, vilka därvid ersätterkonventionella, kamaxeldrivna ventiler och därmed eliminerar behovet av en ellerflera kamaxlar. Alternativt kan tryckpulsgeneratom användas för drivning av en kolvsom är anordnad i en cylinder förbunden med en íörbränningsmotors förbränningsrum för åstadkommande av variabel kompression.

Företrädesvis är tryckfluiden som används i tryckpulsgeneratorn för drivning av dennas aktuatorkolv en gas eller gasblandning, företrädesvis luft.

Det skall redan här nämnas att när det senare i denna text talas om att en ventil ellerventilkropp öppnar respektive stänger, så menas att den öppnar respektive stänger förtryckfluidflöde i en kanal förbi den plats där ventilen eller ventilkroppen är anordnad.

På motsvarande sätt ska begreppen stängt respektive öppet läge förstås.

UPPFINNINGENS BAKGRUND Det är genom dokumentet WO0204790 känt med tryckpulsgeneratorer i vilkaåtminstone två ventilkroppar är anordnade i serie i en kanal för att genom sekventielltöppnande och stängande av dessa åstadkomma korta pulser av tryckfluid som leds ini en aktuatorcylinder i vilken en förskjutbar aktuatorkolv är anordnad.Aktuatorkolven är i sin tur förbunden med en inlopps- eller utloppsventil till enförbränningsmotor. De bägge intill varandra liggande ventilkroppama är drivna medhjälp av varsin elektromagnet, vars aktivering styrs av en till förbränningsmotom kopplad styrenhet försedd med för ändamålet lämplig mjukvara.

En tryckfluidpuls åstadkoms genom att den av de två ventilkroppama som i kanalen ivilken ventilkropparna är belägna är närmast en högtryckskälla bringas att öppnamedan den andra ventilkroppen hålls i sitt stängda läge, varpå den förstaventilkroppen bringas att stänga och den andra ventilkroppen bringas att öppna.Därigenom kommer en puls av tryckfluid motsvarande den mängd tryckfluid av högttryck som befunnit sig i kanalen mellan nämnda ventilkroppar att sändas vidare ikanalen i riktning mot aktuatorkolv som därmed bringas i rörelse. En överlappningav den tid under vilken de bägge ventilkroppama öppnar för tryckfluidflöde kan också förekomma i syfte att öka storleken på den genererade tryckpulsen.

Emellertid har en sådan konstruktion nackdelen pulsens storlek bestäms på förhand istyrenheten och inte direkt korrelerar till den förskjutning av aktuatorkolven someftersträvas. För att säkerställa att pulsen inte blir alltför liten, måste pulsendimensioneras så att den med säkerhet räcker för en given förskjutning avaktuatorkolven. Därmed åtgår onödigt mycket energi för en given förskjutning av kolven, eftersom en säkerhetsmarginal erfordras.

SYFTET MED UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att undvika de ovan nämnda nackdelama hos tidigareteknik.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen löses med hjälp av den inledningsvis definieradetryckpulsgeneratom, kännetecknad av att den andra ventilkroppen är ett medaktuatorkolven fast förbundet element. Åtminstone från ett utgångsläge kommer enpuls som åstadkoms genom öppnande av den forsta ventilkroppen, under det att denandra ventilkroppen är i ett öppet läge, att resultera i en förskjutning avaktuatorkolven och därmed en förskjutning av den andra ventilkroppen så att densenare klipper flödeskommunikationen i kanalen och därmed stänger, varvid pulsensom driver kolven upphör. Därmed får man en direkt korrelation mellan pulslängd och den rörelse som aktuatorkolven utför.

Företrädesvis är nämnda element som bildar den andra ventilkroppen en tapp som skjuter ut fiån en ände av kolven och in i nämnda kanal.

Det föredras vidare att tappen skjuter in i kanalen i ett cylinderhuvud anordnat vid en ände av cylindern.

Företrädesvis är den andra ventilkroppen anordnad att öppna för fluidflöde i kanaleni ett första ändläge hos aktuatorkolven. När så den första ventilkroppen öppnas inämnda ändläge kommer tryckfluid att verka på aktuatorkolven som förskjuts iriktning mot ett andra ändläge. Den andra ventilkroppen är därvid anordnad att somen följd av förskjutningen av aktuatorkolven förskjutas till en position i vilken den stänger för fortsatt flöde från högtryckskällan i riktning mot aktuatorkolven.

Enligt uppfinningen är den andra ventilkroppen anordnad att stänga för fluidflödc ikanalen i positioner mellan det första ändläget och ett andra ändläge hosaktuatorkolven. För åstadkommande av en återgång av aktuatorkolven till det förstaläget innefattar därför tryckpulsgeneratom en evakueringskanal som mynnar inämnda cylinder och som inhyser en ytterligare ventil, lämpligen enelektrornagnetiskt driven ventil. När denna senare ventil öppnas, under det attaktuatorkolven befinner sig i sitt andra ändläge, evakueras tryckfluid och aktuatorkolven återgår till sitt första ändläge. För möjliggörande av en sådan återgång är lämpligen kolven förspänd, företrädesvis med hjälp av ett fjäderorgan, iriktning mot det första ändläget. Fjäderorganet kan vara en mekanisk fjäder. I falletatt aktuatorkolven är förbunden med och driver en inlopps- eller utloppsventil till enförbränningsmotor kan fjädem utgöras av en fjäder som lyfter denna ventil till sitt stängda läge.

Det är vidare föredraget att nämnda tapp innefattar ett avsmalnat parti, vilketavsmalnade parti i nämnda första ändläge ligger mitt för kanalen och öppnar förtryckfluidflöde genom denna. Kanalen har företrädesvis en första gren, vilken är rakoch i vilken tappen är anordnad att förskjutas, samt en denna gren korsande andragren, i vilken den första ventilkroppen är anordnad. Tappen har ett parti med etttvärsnitt motsvarande tvärsnittet hos den första grenen, vilket parti stänger kanalen sålänge det befinner sig mitt för den andra grenen eller i den första grenen mellan denandra grenen och mynningen in i cylinder, här definierat som nedströms den andragrenen. Tappens avsmalnade parti är företrädesvis beläget närmare aktuatorkolven ändet grövre partiet. I det första ändläget för aktuatorkolven har denna skjutits till ettläge i vilket det grövre partiet inte längre stänger för flöde genom den första grenen och den andra grenen in i cylindern.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen bildar tryckpulsgeneratorn en del aven ventilaktuator, vilken innefattar en ventil till en förbränningsmotorsförbränningskammare, varvid aktuatorkolven är förbunden med och driver nämnda ventil.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen leder nämnda kanal till enhögtryckskälla för nämnda tryckfluid och är aktuatorkolvens första läge ett läge ivilket kolven är tillbakadragen och kommer att skjutas till det andra läget under detatt kanalen bringas att öppnas och tryckfluiden tillåts kommunicera med och verka mot aktuatorkolven i nämnda cylinder.

KORT FIGURBESKRIVNIN G Ett utfóringsexempel på uppfinningen ska härefier i exemplifierande syfte beskrivas med hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken: Fig. 1 är en delvis skuren vy från sidan av en schematiskt återgiven tryckpulsgenerator enligt uppfinningen i ett första läge, och Fig. 2 är samma vy av tryckpulsgeneratom, men i ett andra läge.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visare en tryckpulsgenerator enligt uppfinningen. Tryckpulsgeneratorn bildar del av en ventilaktuator till en internförbränningsmotor.

Tryckpulsgeneratom innefattar en cylinder 1, en i cylindem 1 förskjutbart anordnadaktuatorkolv 2, en tryckfluidkrets med en kanal 3 som mynnar i nämnda cylinder 1,en elektromagnetiskt styrd första ventilkropp 4, anordnad i nämnda kanal 3 förstyrning av ett flöde av en tryckfluid i kanalen 3, samt en andra ventilkropp 5, somockså är anordnad i kanalen 3 för öppning respektive stängning av kanalen. Denandra ventilkroppen 5 är bildade av en tapp som skjuter ut från aktuatorkolvens 2 ena ände och in i kanalen 3.

Kanalen 3 kan sägas vara delad i en första gren 3°, vilken sträcker sig i kolvenslängdriktning och i vilken tappen 5 är förskjutbart anordnad, och en andra gren 3”,vilken från sidan myrmar i den första grenen 3”. Tappen 5 har ett första, grövre parti5' som är beläget avlägset från kolven 2 och avsmalnat parti 5” ” som är belägetnärmare kolven 2 än det grövre partiet. Det forsta partiet har ett tvärsnitt sommotsvarar tvärsnittet hos kanalens 3 första gren 3”, och som följaktligen tätar motpassage av tryckfluid där det är beläget i kanalen 3. Det avsmalnade partiet sträckersig en sträcka lika med eller längre än avståndet från korsningen mellan kanalens 3grenar 3', 3” och kanalens 3 mynning ut i cylindern l. När kolvens 5 avsmalnade parti 5” ligger mitt för den andra grenens 3” myrming i den första grenen 3”, tillåter den således tryckfluid att passera igenom kanalen 3 in i cylindern 2. Denna position motsvarar aktuatorkolvens 5 ena ändläge.

När den första ventilkroppen 4 medelst en elektromagnet, schematiskt visad medbeteckningen 6 i fig. 1, bringas att öppna för tryckfluidflöde i kanalen 3 från enhögtryckskälla HP med vilken kanalen 3 är förbunden, kommer en puls av tryckfluidatt verka mot och förskjuta aktuatorkolven 2 i cylindem 1 från det läge som visas ifig. 1 till det läge som visas i fig. 2. De bägge lägena motsvarar kolvens 2 ändlägen.På sin färd mot det andra ändläget (fig. 2) kommer kolvens 5 grövre parti 5” attpositionera sig mitt fór den andra grenens 3” mynning i den forsta grenen 3” och därmed stänga kanalen 3 för fortsatt tryckfluidflöde.

Aktuatorkolven 2 är förspänd i riktning mot det första läget medelst en fjäder. I detföredragna utföringsexemplet är aktuatorkolven förbunden med och driver eninlopps- eller utloppsventil till en förbränningsmotors förbränningsrum.Förspänningen är då lämpligen realiserad genom en fjäder som förspänner nämndainlopps- eller utloppsventil till sitt stängda läge. Alternativa lösningar på hurförspänningen ska realiseras är dock tänkbara och inom ramen för den föreliggande uppfinningen.

För att möjliggöra en returrörelse hos aktuatorkolven 2 innefattartryckpulsgeneratom en evakueringskanal 7. Såväl den förstnämnda tillhögtryckskällan HP ledande kanalen 3 som evakueringskanalen 7 är anordnade i ettcylinderhuvud 8 på cylindern 1. I evakueringskanalen 7 är en ventilkropp 9 driven aven elektromagnet 10 anordnad. Genom styrning av elektromagneten 10 bestäms närevakueringskanalen 7 ska öppnas och evakuering av tryckfluid från cylindem 1 ska ske. När evakuering sker, återgår aktuatorkolven 2, tack vare sin förspänning, till det ifig. 1 visade första läget.

Tryckpulsgeneratom innefattar vidare ett hydrauliskt lås 1 1, bestående av enförlängning av kanalens 3 första gren 3”. Denna förlängning bildar en kanal 12 ivilken en backventil 13 är anordnad. Kanalen 12 bildar del av en hydraulikkrets.

Backventilen 13 är anordnad att tillåta vätska att passera i riktning mot den del avkanalen som utgör förlängningen av den kanal i vilken tappen 5 skjuter in, och attförhindra flöde i motsatt riktning. Dessutom finns i kanalen 12 en ventil 14, som äranordnad att öppna för evakuering av vätska ur nämnda förlängning av grenen 3” isamband med evakuering av tryckfluiden ur cylindern 1 när aktuatorkolven 2 skagöra en returrörelse. Ventilen 14 är mekaniskt kopplad till den i evakueringskanalen7 befintliga ventilkroppen 9 och följ er dennas rörelse, på sådant sätt att den stängerhydraulikkanalen 12 när ventilkroppen 9 stänger evakueringskanalen 7, och öppnarhydraulikkanalen 12 när ventilkroppen 9 öppnar evakueringskanalen 7. På så vis,tack vare det hydrauliska låset, förhindras att aktuatorkolven 2 fiån att oönskatsvänga tillbaka fiån det andra ändläget, visat i fig. 2, fram till den tidpunkt i en cykel när evakueringskanalen 7 öppnas för evakuering och återföring av kolven 2.

Enligt ett föredraget utföringsexempel styrs tryckpulsgeneratorn, genom styrningfrån en styrenhet försedd med för ändamålet lämplig mjukvara, att levereratryckpulser som används för återkommande öppning och stängning av en inlopps-eller utloppsventil 15 till en förbränningsmotors förbränningsrum 16.Tryckpulsgeneratoms aktuatorkolv 2 är därvid, som tidigare nämnts, företrädesvisförbunden med nämnda inlopps- eller utloppsventil och överför direkt sin rörelse tilldenna. En skjutande puls, som skjuter aktuatorkolven 2 från det fig. 1 visade förstaändläget åstadkoms genom aktivering och därmed öppning av den förstaventilkroppen 4 under det att ventilkroppen 9 i evakueringskanalen 7 hålls stängd.Tryckfluiden i kanalen 3 kommer då att generera ett tryck i cylindern 1 somförskjuter kolven 2 mot nämnda andra läge. När tappens 5 första, grövre partiförskjutits så långt att det täcker kanalens 3 andra gren 3”, stänger den kanalen 3 ochklipper därmed av pulsen. Kolven 2 fortsätter ett litet styck på sin väg tack vare detövertryck som alltjämt råder i cylindern, men når strax det andra ändläget. Nu är denmotorventil som drivs av tryckpulsgeneratorn öppen, och mjukvaran i styrenhetenbestämmer hur länge den ska vara det med hänsyn till ytterligare driftparametrar hosmotorn som bildar indata till styrenheten. Under tiden, från det att tappen 5 stängt förflöde i kanalen 3, styrs den första ventilkroppen 4 att åter stänga kanalen 3. När motorventilen åter ska stängas styrs den av elektromagneten 10 och ventilkroppen 9 bildade evakueringsventilen i evakueringskanalen 7 att öppna, varvid den medelst enfiäder 17 fórspända aktuatorkolven 2 återgår till det i fig. 1 Visade läget. Därefter stängs evakueringsventilen, och en ny cykel kan påbörjas.

Claims (8)

1. Aktuator, innefattande - en cylinder (1), - en i cylindern (l) förskjutbart anordnad aktuatorkolv (2), - en tryckfluidkrets med en kanal (3) som mynnar i nämnda cylinder (1), - en indirekt; elektriskt styrd första ventilkropp (4), anordnad inämnda kanal (3) för styrning av ett flöde av en tryckfluid i nämnda kanal(3), och - en andra ventilkropp (5), anordnad i eller vid nämnda kanal (3) föröppning respektive stängning av kanalen (3), varvid den andra ventílkroppen (5) är ett med aktuatorkolven (2) fastförbundet element, ggl_1_ varvid den första ventílkroppen (4) och den andraventílkroppen (5) är anordnade i serie med varandra i nämnda kanal (3),kännetecknad av, att aktuatorn vidare innefattar en elektriskt stvrdtrevägsventil (18), vilken är anordnad att alternerande öppna förtrvckfluidflöde från en högtrvckskälla (HP) och trvckfluidflöde från enlågtrvckskälla (LP), varvid valt trvckfluidflöde är anordnat att verka motoch medge förskiutning av den första ventílkroppen (4).

2. Aktuator enligt krav 1, kännetecknad av, att den andra ventílkroppen(5) är en tapp som skjuter ut från en ände av kolven (2) och in i nämndakanal (3).

3. Aktuator enligt krav 2, kännetecknad av, att den andra ventílkroppen(5) skjuter in i kanalen (3) i ett cylinderhuvud (8) anordnat vid en ände avcylindern (1).

4. Aktuator enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av, att den andraventílkroppen (5) är anordnad att öppna för fluidflöde i kanalen (3) i ettförsta ändläge hos aktuatorkolven (2).

5. Aktuator enligt något av kraven l-íâ, kännetecknad av, att den andraventílkroppen (5) är anordnad att stänga för fluidflöde i kanalen (3) iposition mellan det-i första ändläget och ett andra ändläge hosaktuatorkolven (2).

6. Aktuator enligt krav 2, kännetecknad av, att nämnda tapp (å)innefattar ett avsmalnat parti, vilket avsmalnade parti ligger mitt för kanalen (3) och öppnar för tryckfluidflöde genom nämnda kanal (3) dennai _ç_tt_ första ändläge hos aktuatorkolven (2).

7. Aktuator enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av, att den bildaren del av en ventilaktuator, vilken innefattar en ventil (15) till enförbränningsmotors förbränningskammare (16), och att aktuatorkolven (2)är operativt förbunden med och driver nämnda ventil (15).

8. Aktuator enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av, att nämndakanal (3) leder till en högtryckskälla (HP) för nämnda tryckfluid och attaktuatorkolvens (2) första läge är ett läge i vilket kolven (2) ärtillbakadragen och kommer att skjutas till det andra läget under det attkanalen (3) bringas att öppnas och tryckfluíden tillåts kommunicera medoch verka mot aktuatorkolven (2) i nämnda cylinder (1).