DK148664B - Hydraulisk aktiveringsmekanisme for en tallerkenventil - Google Patents

Description

i 148664

Opfindelsen angår en hydraulisk aktiveringsmekanisme til åbning af en i lukkeretningen fjederbelastet tallerkenventil i en stempelmaskine, navnlig en udstødsventil i en dieselmotor. Mekanismen er 5 af den art, som omfatter en aktiveringscylinder med tilhørende stempel i drivforbindelse med tallerkenventilens spindel, en fremløbsledning fra en kilde for hydraulikvæske under højt tryk til aktiveringscylinderens arbejdskammer og en første styreventil 10 i f remløbs ledningen, en returledning fra arbe jdskamme-ret og en anden styreventil i returledningen, samt en styreenhed, der ved forudbestemte værdier af krumtapvinklen giver ordresignaler til åbning og lukning af de to styreventiler.

15 Fra dansk patentskrift nr. 104 206 kendes en mekanisme af denne art, hvor den første og den anden styreventil er sammenbygget, således at den ene ventil åbner, når den anden lukker og omvendt. Aktiveringsstemplet består af to koaksiale og indbyrdes 20 forskydelige delstempler, af hvilke det ydre ringformede stempel har mindre slaglængde end det indre stempel. Højtryksvæsken virker da i den første del af tallerkenventilens løftebevægelse på det samlede stempelareal og i den sidste del af bevægelsen kun 25 på det indre stempel. Som følge heraf begrænses forbruget af trykvæske og dermed effektforbruget til ventilbevægelsen.

En aktiveringsmekanisme ifølge nærværende opfindelse er ejendommelig ved, at styreenheden er 30 programmeret til at afgive ordresignalet til lukning af den første styreventil, endnu inden tallerkenventilen er fuldt åben, og at aktiveringscylinderens arbejdskammer er sluttet til en anden kilde for hydraulikvæske, hvor trykket er lavere end i højtryks-35 kilden, gennem en anden fremløbsledning, hvori der er 2 148664 indbygget en tredje styreventil, som er indrettet til at åbne samtidig med, at den første styreventil lukker, og til at lukke, når tallerkenventilen er fuldt åben.

5 Virkemåden af en mekanisme ifølge opfindelsen afviger fra den omtalte kendte mekanismes virkemåde ved, at tallerkenventilen i den indledende del af sin løftebevægelse får en så høj acceleration og tilsvarende kinetisk energi, at den resterende del af 10 bevægelsen kan gennemføres helt uden yderligere tilførsel af energi. Det relativt lave tryk i den anden kilde skal blot være højt nok til at sikre efterfyld-ning af aktiveringscylinderens arbejdskammer under den afsluttende del af løftebevægelsen. Mekanismens 15 konstruktion er også betydelig enklere b.a. fordi der anvendes et simpelt, udelt aktiveringsstempel. Endvidere er det muligt, ved ændring af tidspunktet for ordresignalet til lukning af den første styreventil, at tilpasse størrelsen af kraftimpulsen fra højtryks-20 væsken efter varierende driftsforhold, såsom et belastningsafhængigt gastryk i en motorcylinder, og derved opnå minimalt effektforbrug i mekanismen ved forskellige motorbelastninger.

Den nævnte tilpasning af kraftimpulsens stør-25 relse kan i en foretrukket udførelsesform opnås ved hjælp af en første detektor, som registrerer ventiltallerkenens maksimale løft og giver et indgangssignal til styreenheden, som i afhængighed heraf udfører en eventuelt nødvendig korrektion af tidspunktet for 30 ordresignalet til lukning af den første styreventil. Korrektionen består i, at styreventilens lukning forsinkes, hvis tallerkenventilen i en forudgående løftebevægelse ikke nåede en ønsket maksimal åbning (som eventuelt kan være belastningsafhængig) og om-35 vendt fremskyndes, hvis løftebevægelsen var større end ønskeværdien.

3 148664

Mekanismen kan have en anden detektor, som registrerer, at tallerkenventilen er løftet fra sit sæde og giver et indgangssignal til styreenheden, som i afhængighed heraf udfører en eventuel nødvendig 5 korrektion af tidspunktet for ordresignalet til åbning af den første styreventil. Med denne foranstaltning kan det sikres, at ventilløftet altid begynder ved den ønskede krumtapvinkel, uanset den eventuelt varierende og mere eller mindre uberegnelige længde af 10 intervallet mellem ordresignalet fra styreenheden og den faktiske begyndelse af tallerkenventilens løftning.

Når lukkefjederen er en pneumatisk fjeder, kan dens arbejdskammer være sluttet til et trykluft-15 reservoir via en i retning mod kammeret åbnende kontraventil, og styreenheden kan være indrettet til at justere trykket i reservoiret i afhængighed af stempelmaskinens driftsparametre. Herved er det muligt at influere på forløbet af tallerkenventilens åbning og 20 lukning, idet et højere begyndelsestryk i den pneumatisk fjeder giver en stivere fjeder og dermed hurtigere åbning - når størrelsen af kraftimpulsen på aktiveringsstemplet forøges tilsvarende - og lukning af ventilen.

25 Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et skema over en udførelsesform for en aktiveringsmekanisme ifølge opfindelsen, fig. 2 et muligt tidsforløb af ventilløftet 30 og det hydrauliske tryk i aktiveringscylinderen samt åbningen og lukningen af styreventilerne, og fig. 3 et skematisk billede af styreenheden med tilhørende indgående og udgående signalledninger.

4 148664 I fig. 1 er med henvisningstallet 1 rent skematisk vist en cylinder med tilhørende topstykke i en stempelforbrændingsmotor, f.eks. en længdeskyllet dieselmotor med udstødsventil i topstykket. Ud-5 stødsventilen 2, der er vist i delvis åben stilling, omfatter en ventiltallerken 3, som samvirker med et sæde 4 i topstykket til styring af en udstrømningspassage 5 fra cylinderens forbrændingskammer 6.

Til den øverste ende af ventilen 2's spindel 10 7 er fastgjort et aktiveringsstempel 8, som er tætsluttende forskydeligt i en hydraulisk aktiveringscylinder 9. Til det på stemplet 8's overside afgrænsede arbejdskammer 10 i cylinderen 9 er sluttet en ledning 11, gennem hvilken hydraulikvæske 15 kan strømme til og fra arbejdskammeret 10.

Til ventilspindlen 7 er endvidere fastgjort et stempel 12, som er tætsluttende forskydeligt i en cylinder 13, og som på sin underside afgrænser et arbejdskammer 14, der gennem en ledning 15 20 er sluttet til en trykluftbeholder 16. Ledningen 15 indeholder en kontraventil 17, der åbner i retning mod arbejdskammeret 14.

En kilde 18 for hydraulikvæske ved højt tryk, f.eks. en hydropneumatisk trykakkumulator, er gennem 25 en ledning 19 sluttet til tilgangsporten af en hurtigåbnende styreventil 20, f.eks. en pilotstyret solenoideventil, og ledningen 11 er sluttet til styreventilen 20's afgangsport. En fra ledningen 11 udgående grenledning 21 er sluttet til tilgangs-30 porten af en anden hurtigåbnende styreventil 22, hvis afgangsport gennem en ledning 23 er sluttet til en kilde 24 for hydraulikvæske, hvori der opretholdes et overtryk, som er væsentlig lavere end trykket i kilden 18. Væskekilden 24 er i strøm- 5 148664 ningsforbindelse med kilden 18 gennem en ledning 25, som indeholder en pumpe 26, der tilvejebringer den omtalte trykforskel.

Væskeledningerne 11 og 23 er i indbyrdes 5 forbindelse gennem endnu to ledninger 27 og 28, af hvilke ledningen 27 indeholder en styreventil 29 af lignende konstruktion som ventilerne 20 og 22, medens ledningen 28 indeholder en kontraventil 30, der åbner i retning mod det hydrauliske arbejds-10 kammer 10. Mellem ventilen 29 og tilslutningen til ledningen 23 indeholder ledningen 27 endvidere et, fortrinsvis indstilleligt, drøvleorgan 31.

En til trykluftbeholderen 16 sluttet pumpe 32 sørger for opretholdelse af et ønsket lufttryk i 15 beholderen, og størrelsen af dette tryk kan ændres fra den nedenfor beskrevne elektroniske styreenhed ved hjælp af et styresignal, som føres til pumpen 32 gennem en signalledning 33. Gennem en signalledning 34 kan styreenheden give et ordresignal 20 til væskepumpen 26 med henblik på at opretholde ønskede værdier af væsketrykket i de to trykkilder 18 og 24. Fra styreenheden udgår endvidere signalledninger 35, 36 og 37 for overføring af ordresignaler til åbning og lukning af ventilerne, hen-25 holdsvis 20, 22 og 29.

En til det pneumatiske stempel 12 fastgjort stang 38 påvirker en stationær detektor 39, som derved kontinuerligt (analogt) registrerer positionen af ventilen 2 i forhold til dens sæde 4 og 30 afgiver et hertil svarende positionssignal gennem en signalledning 40 til styreenheden.

Ved en flercylindret motor vil luftbeholderen 16 og væskebeholderne 18 og 24 samt signalledningerne 33 og 34 være fælles for hele motoren, medens 6 148664 det viste arrangement af luft- og væskeledninger med . tilhørende ventiler, signalledninger og positionsdetektor er gentaget i forbindelse med hver motorcylinder . Dette er i fig. 1 skematisk antydet ved kor-5 te ledningsstykker mærket henholdsvis 15', 19' og 23*.

Fig. 2 anskueliggør i kurveform funktionen af den beskrevne aktiveringsmekanisme i forbindelse med åbning og lukning af ventilen 2. Tiden t er afsat 10 . som abscisse, og øverst i fig. 2 er som ordinat afsat henholdsvis ventilens løftehøjde repræsenteret af en kurve 41 og det hydrauliske tryk i arbejds-kammeret 10 repræsenteret af en kurve 42. tinder disse to kurver er åbnings- og lukningstidspunkterne 15 for de tre styreventiler 20, 22 og 29 vist.

Til tidspunktet t ligger ventiltallerkenen 3 an mod sædet 4 under påvirkning af lufttrykket i kammeret 14, og de tre styreventiler 20, 22 og 29 er alle lukket. Trykket i arbejdskammeret 10 er 20" i det væsentlige lig med trykket i mellemtrykskilden 24. Til tidspunktet t^ modtager ventilen 20 gen-.nem sin signalledning 35 et ordresignal til åbning, og herved stiger trykket i kammeret 10 hurtigt op til eh maksimumværdi svarende til trykket i højtryks-25 kilden 18. Udstødsventilen. 2 begynder at åbne med gradvis voksende hastighed, betinget dels af det høje tryk på aktiveringsstemplet 8, dels af faldet i det modtryk, som forbrændingsgasserne i forbrændings-kammeret 6 udøver på ventiltallerkenen 3, Til tids-30 punktet . modtager styreventilen 20 ordresignal til lukning, hvorved trykket i arbejdskammeret 10 falder brat, og som følge heraf åbner kontraventilen 30, således at der nu strømmer hydraulikvæske ind i U8666 7 arbejdskammeret 10 fra mellemtrykskammeret 24. Ventilen 2 fortsætter sin løftebevægelse i kraft af den kinetiske energi, som den modtog i ventilen 20's åbningsperiode, og indstrømningen af væske fra kamme-5 ret 24 sker i takt med ventilbevægelsen. Som følge af det pneumatiske modtryk i kammeret 14 og gastrykket i forbrændingskammeret 6 aftager ventilen 2's hastighed, indtil dens bevægelse til sidst standser. Kontraventilen 30 træder da i funktion til at 10 fastholde ventilen 2 i åben stilling, eftersom den hindrer udstrømning af væske fra kammeret 10.

Ventilen 2's lukkebevægelse indledes ved, at styreventilen 22 til tidspunktet t3 modtager ordresignal til åbning gennem sin signalledning 36.

15 På samme tid - eller eventuelt senere, men dog medens ventilen 22 stadig er åben - får ventilen 29 ordresignal til åbning gennem sin signalledning 37. Under påvirkning af de førnævnte opadrettede kræfter begynder ventilen 2 nu sin lukkebevægelse mod 20 det i kammeret 10 herskende, relativt lave overtryk lig med trykket i væskekilden 24. Inden ventilen 2 er fuldt lukket, lukkes ventilen 22 til tidspunktet t^, hvorefter væske nu kun kan strømme ud fra kammeret 10 gennem ledningen 27 med drøv-25 leorganet 31. Herved sker der en forbigående stigning af trykket i kammeret 10 og en tilsvarende hydraulisk afbremsning eller dæmpning af lukkebevægelsen, indtil ventiltallerkenen 3 igen ligger mod sit sæde 4. Når ventilen 2 er helt lukket, lukkes 30 også styreventilen 29 til tidspunktet t^.

Fig. 3 viser rent skematisk den for hele motoren fælles styreenhed 43 med tilhørende signalledninger for indgangs- og udgangssignaler. Som styreenhed kan anvendes en mikrocomputer eller mikro-35 processor, der er forprogrammeret til at optimere 148664 - 8 forløbet af ventilerne 2's bevægelser, herunder deres åbnings- og lukningstidspunkter og det maksimale ventilløft, i afhængighed af relevante parametre for motorens drift, eksempelvis dens omdrej-5 ningstal, belastning, og/eller ladetryk samt omdrejningstallet for motorens turboladere. yindlæsningen af de nævnte driftsparametre i - styreenheden 43 er i fig. 3 symboliseret ved en enkelt, indgående signalledning 44. Gennem en anden 10 indgående signalledning 45 modtager styreenheden løbende information om den aktuelle krumtapvinkel, som er udgangspunktet for fastlæggelsen af åbnings-og lukningstidspunkterne for de enkelte ventiler 2.

Endelig modtager styreenheden indgangssignaler gen-15 nem de før omtalte signalledninger 40, hvoraf der som nævnt findes én i forbindelse med hver motorcylinder til angivelse af ventilen 2's øjeblikkelige position.

Ved forarbejdning af de omtalte indgangssigna-20 ler frembringer styreenheden 43 dels udgangssignaler til hver enkelt motorcylinders styreventiler 20, 22 og 29 gennem de ovenfor omtalte signalledninger 35, 36 og 37. Pra styreenheden udgår endvidere de ligeledes ovenfor omtalte signalledninger 33 og 34 25 ’ til styring af henholdsvis af luftpumpen 32 og væskepumpen 26.

Styreenheden 43 kan være en analog eller digital enhed, og tilsvarende kan de tilførte indgangssignaler være analoge eller digitale. Eksempelvis 30 kan den analoge detektor 39 erstattes af to eller flere digitale detektorer, af hvilke den ene regi-- strerer et begyndende ventilløft (f.eks. af størrelsesordenen 1-2 mm), medens den eller de øvrige registrerer, om ventilens maksimale løft stemmer 35 overens med den ønskede værdi.

9 148664

Praktisk anvendelige værdier af de hydrauliske tryk i mekanismen kan være 200-300 bar i højtrykskilden 18 og omkring 10 bar i mellemtrykskilden 24. Afhængigt af den pneumatiske cylinder 131 s diameter 5 og den ønskede stivhed af lukkefjederen kan lufttrykket i beholderen 16 ligge på 5-10 bar.

Claims (8)

148664

1. Hydraulisk aktiveringsmekanisme til åbning af en i lukkeretningen fjederbelastet tallerkenventil (2) i en stempelmaskine, navnlig en udstødsventil i en dieselmotor, omfattende 5 en aktiveringscylinder (9) med tilhørende stem pel (8) i drivforbindelse med tallerkenventilens spindel (7), en fremløbsledning (19, 11) fra en kilde (18) for hydraulikvæske under højt tryk til aktiveringscy- . 10 linderens arbejdskammer (10) og en første styreventil (20) i fremløbsledningen, en returledning (21, 23) fra arbejdskammeret og en anden styreventil (22) i returledningen, samt en styreenhed (43) , der ved forudbestemte 15 værdier af krumtapvinklen giver ordresignaler til åbning og lukning af de to styreventiler (20, 22), kendetegnet ved, at styreenheden (43) er programmeret til at afgive ordresignalet til lukning af den første styreventil (20), endnu inden tallerken-20 ventilen (2) er fuldt åben, og at aktiveringscylinderens arbejdskammer (10) er sluttet til en anden kilde (24) for hydraulikvæske, hvor trykket er lavere end i højtrykskilden (18), gennem en anden fremløbsledning (23, 28), hvori 25 der er indbygget en tredje styreventil (30) , som er indrettet til at åbne samtidig med, at den første styreventil (20) lukker og til at lukke, når tallerkenventilen (2) er fuldt åben.

2. Mekanisme ifølge krav 1, kendeteg-30 net ved, at en første detektor (39) for ventiltallerkenens (3) maksimale løft giver et indgangssignal til styreenheden (43), som i afhængighed heraf ud- 148664 fører en eventuelt nødvendig korrektion af tidspunktet (t2) for ordresignalet til lukning af den første styreventil (20).

3. Mekanisme ifølge krav 2, kendete g-5 net ved, at en anden detektor (39) registrerer, at tallerkenventilen (2) er løftet fra sit sæde (4) og giver et indgangssignal til styreenheden (43) , som i afhængighed heraf udfører en eventuelt nødvendig korrektion af tidspunktet (t^) for ordresignalet til 10 åbning af den første styreventil (20).

4. Mekanisme ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den første og den anden detektor er en fælles, analog detektor (39), som løbende registrerer ventiltallerkenens (3) position i forhold 15 til dens sæde (4).

5. Mekanisme ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den tredje styreventil (30) er en kontraventil, som åbner i retning mod aktiveringscylinderens arbejdskammer (10),

6. Mekanisme ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at returledningen (21, 23. fra arbejdskammeret (10) er sluttet til den anden kilde (24).

7. Mekanisme ifølge ethvert af kravene 1-6, 25 kendetegnet ved, at der fra aktiveringscylinderens arbejdskammer (10) udgår en anden returledning (27), som indeholder et drøvleorgan (31) og en fjerde styreventil (29) , og at styreenheden (43) giver et ordresignal til åbning af denne ventil (29) 30 samtidig med eller lidt senere end signalet til åb- . ning af den anden styreventil (22).

8. Mekanisme ifølge ethvert af kravene 1-7, og hvor lukkefjederen er en pneumatisk fjeder, kendetegnet ved, at lukkefjederens arbejdskammer