SE1450470A1 - Förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en förbränningsmotor innefattande, en första styrbar motorventil inrättad att valbart öppna/stänga en i förbränningsmotorn ingående förbränningskammare, ett topplock som är angränsande förbränningskammaren, och som är inrättat att styra ett ventilskaft hos motorventilen, varvid motorventilen är axiellt förskjutbar relativt nämnda topplock mellan en förbränningskammaren stängd position och en förbränningskammaren fullt öppen position, och en ventilfjäderbricka som är förbunden med nämnda ventilskaft. Förbränningsmotorn äratt ventilfjäderbrickan delvis avgränsar en gasfjädervolym, vilken är i fluidkommunikation med en angränsande gasvolym via en port då motorventilen är i den förbränningskammaren stängda positionen, och vilken är avgränsad från den angränsande gasvolymen då motorventilen är i den förbränningskammaren fullt öppna positionen, varvid nämnda port är öppen under åtminstone 25 procent av motorventilens maximala slaglängd.Publikationsbild: Figur 5

Description

FoRBRANNINGSMOTOR Uppfinningens tekniska omrade Den foreliggande uppfinningen hanfor sig i allmanhet till en forbranningsmotor lampad for drivning av ett fordon, sasom en bil eller lastbil, en bat, etc. eller for drivning av en maskin sasom ett elaggregat eller dylikt. De forbranningsmotorer som berors är framforallt kamaxelfria kolvmotorer, vilka aven är kanda under begreppet "motor med fria ventiler". I synnerhet hanfor sig den foreliggande uppfin- ningen till en forbranningsmotor innefattande en forsta styrbar motorventil inrattad att valbart Oppna/stanga en i forbranningsmotorn ingaende forbranningskammare, ett topplock som är angransande forbranningskammaren, och som är inrattat att styra ett ventilskaft hos motorventilen, varvid motorventilen är axiellt forskjutbar relativt namnda topplock mellan en forbranningskammaren stangd position och en fOrbranningskammaren fullt oppen position, och en ventilfjaderbricka som är forbunden med namnda ventilskaft.

Uppfinningens bakgrund och teknikens standpunkt I en dylik kamaxelfri forbranningsmotor nyttjas en tryckfluid, sasom en vatska eller gas, for att astadkomma en fOrskjutning/oppning av en eller flera motorventiler. Detta medfor att de kamaxlar, och tillhorande utrustning, som konventionella forbranningsmotorer anvander for att oppna motorventilerna far att slappa in luft respektive slappa ut avgaser fran forbranningskamrarna har ersatts med ett mindre utrymmeskravande och mer styrbart system. Dock skall papekas att den foreliggande uppfinningen aven kan nyttjas i en forbranningsmotor innefattande traditionella kamaxlar.

Forbranningsmotorer innefattar traditionellt en kraftig ventilfjader i form av spiralfjader for att aterfora respektive motorventil till en ferbranningskammaren stangd position. Vid dimensionering av dessa spiralfjadrar maste flera faktorer vagas in for att erhalla adekvat stangning vid 2 olika motorvarvtal och for att sdkerstalla att motorventilen inte oenskat Oppnas vid fel tillfalle. I realiteten mdste spiralfjadrarna dimensioneras fir den mest extrema situationen, vilket i de fiesta driftssituationer medfor att ventilfjdderkraften är onodigt stor vilket i sin tur medfor onodig energiforbrukning. Ddrtill är fjdderkraften linjdrt okande for en traditionell ventilfjdder.

Pneumatiska ventilfjddrar Or exempelvis kdnda frin Formell-motorer, di traditionella spiralfjddrar i metall inte Or tillrdckligt snabba i de extremt hoga varvtal som ddr anvdnds. Dessa losningar anvdnder sip av en syrefri gas som gasfjdder och ddrtill dyra och komplicerade tdtningar for att forhindra att gasen licker ut eller luft/olja ldcker in. Ur kostnadssynpunkt Or det inte forsvarbart att nyttja den teknik som anvands i Formell-motorer i en forbranningsmotor hos en personbil eller lastbil.

I en forbrdnningsmotor enligt den foreliggande uppfinningen nyttjas sdvd1 pneumatik som hydraulik fir densammas drift, och i dessa system Or det onskvart att hydraulvatska forefinns i gasen som vanligtvis bestir av luft, i smorjande, nedkylande och tdtande syfte. Med hydraulvdtska avses hdri i forsta hand motorolja om inget annat anges.

Kortfattad beskrivning av uppfinningens syften Den foreliggande uppfinningen tar sikte pd att undan- rOja ovanndmnda nackdelar och tillkortakommanden hos tidigare kanda forbrdnningsmotorer och att tillhandahdlla en forbdttrad forbrdnningsmotor. Ett grundlaggande syfte med uppfinningen Or att tillhandahalla en forbdttrad forbran- ningsmotor av inledningsvis definierad typ, i vilken energin som dtgar fir att oppna motorventilerna Or mindre an hos tidigare kinda forbrdnningsmotorer.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahdlla en forbramningsmotor, i vilken returfjdderkraften 35 som verkar mot motorventilen har okande ldgesderivata vid 3 hOga och okande motorventillyft for att forhindra sldpp mellan motorventilskaftet och tryckaren.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahdlla en forbrdnningsmotor, vilken innefattar en pneumatisk ventilfjdder som tilldter att hydraulvdtska dterfinns i gasen som anvdnds, utan att pdverkas negativt. Ett ytterligare syfte med den foreliggande uppfinningen är att tillhandahdlla en forbrdnningsmotor, som medfor justerbar returfjdderkraft hos den pneumatiska ventil- fjddern.

Kortfattad beskrivning av uppfinningens sdrdrag Enligt uppfinningen uppnds Atminstone det grundldggande syftet medelst den inledningsvis definierade forbrdnnings- motorn, som har sdrdragen definierade i det oberoende kravet. Foredragna utforanden av den foreliggande uppfinningen är vidare definierade i de beroende kraven.

Enligt den fareliggande uppfinningen tillhandahdlls en fOrbrdnningsmotor av inledningsvis definierad typ, vilken är kdnnetecknad av att ventilfjdderbrickan delvis avgrdnsar en gasfjddervolym, vilken är i fluidkommunikation med en angrdnsande gasvolym via en port dd motorventilen är i den fOrbrdnningskammaren stdngda positionen, och vilken är avgrdnsad frdn den angrdnsande gasvolymen dd motorventilen är i den forbrdnningskammaren fullt oppna positionen, varvid ndmnda port är oppen under dtminstone 25 procent av motorventilens maximala slagldngd.

Sdledes är den foreliggande uppfinningen baserad pa insikten att genom att ldta gasfjddervolymen vara i fluid- kommunikation med en angrdnsande gasvolym dd motorventilen är stdngd kan forspdnningstrycket hos den pneumatiska ventilfjddern justeras samtidigt som den pneumatiska ventilfjddern enbart nyttjas vid hoga motorventillyft.

Enligt ett foredraget utforande av den foreliggande uppfinningen, innefattar topplocket en genomforing, vilken 4 är inrdttad att styra motorventilens ventilskaft, varvid namnda ventilfjaderbricka och en frdn ventilfjaderbrickan sig strdckande cylinderformad hylsa bildar en ventilfjdderhuv, varvid ventilfjaderhuvens cylinderformade hylsa är teleskopiskt forskjutbar relativt ndmnda genomforing, radiellt utanfor genomforingen, och varvid ventilfjdderhuven och genomforingen avgransar namnda gasfjadervolym. Detta medfor att eventuellt ansamlad vdtska i gasfjadervolymen automatiskt evakueras frdn densamma dd motorventilen är stangd.

Enligt ett faredraget utforande av den foreliggande uppfinningen, uppvisar ventilfjaderhuvens cylinderformade hylsa, narliggande densammas fria ande, namnda port for att medge fluidkommunikation mellan gasfjddervolymen och den angrdnsande gasvolymen dd motorventilen är i den forbranningskammaren stdngda positionen. Ddrmed erhdlls en direkt korrelation mellan forskjutning av motorventilen och stdngning av fluidkommunikationen mellan gasfjadervolymen och den angrdnsande gasvolymen.

Enligt ett faredraget utforande innefattar forbran- ningsmotorn en topplockskammare som ingdr i en sluten tryckfluidkrets, och som delvis avgrdnsas av ndmnda topplock, varvid ventilfjaderhuven är anordnad i topplockskammaren. Ddrmed nyttjas den gas som nyttjas i den slutna tryckfluidkretsen, vilket medfor mindre krav pd avtdtning.

Foretradesvis innefattar forbranningsmotorn en positionssensor, vilken innefattar ndmnda ventilfjdderhuv och en spole, varvid ventilfjaderhuven är teleskopiskt forskjutbar relativt spolen, radiellt innanfor spolen. Till foljd av att ventilfjdderhuven är forbunden med motor- ventilen medges en noggrann faststdllning/overvakning av motorventilens position Ytterligare fordelar med och sdrdrag hos uppfinningen framgdr av Ovriga osjalvstdndiga krav samt av den fOljande, 35 detaljerade beskrivningen av foredragna utforanden.

Kortfattad beskrivning av ritningarna En mer fullstandig forstaelse av ovannamnda och andra sardrag och fOrdelar hos den fOreliggande uppfinningen kommer att framga av den foljande, detaljerade beskrivningen av fOredragna utf6randen med hanvisning till de bifogade ritningarna, pa vilka: Fig. 1är en schematisk genomskuren sidovy av en del av en fOrbranningsmotor, 10 Fig. 2är en schematisk genomskuren sidovy av en ventil- aktuator, Fig. 3 är en delvis genomskuren schematisk perspektivvy av ett topplock och topplockskapor, Fig. 4är en schematisk genomskuren sidovy av en motor- ventil med tillhorande returfjaderarrangemang enligt ett fOrsta utfarande, Fig. är en farstoring av en del av figur 4 visande returfjaderarrangemanget, Fig. 6 är en schematisk genomskuren sidovy av en motor- ventil med tillhOrande returfjaderarrangemang enligt ett andra utfOrande, Fig. 7är en fOrstoring av en del av figur 6 visande returfjaderarrangemanget, Fig. 8är en schematisk genomskuren sidovy av ett retur- fjaderarrangemang enligt ett tredje utfOrande, Fig. 9 är en schematisk genomskuren sidovy av returfjaderarrangemanget enligt figur 8 enligt ett alternativt utforande, och Fig. 10 är en schematisk genomskuren sidovy av ett retur- fjaderarrangemang enligt ett fjarde utfOrande.

Detaljerad beskrivning av fOredragna utforanden Hanvisning sker inledningsvis till figur 1 som är en schematisk atergivning av en del av en uppfinningsenlig forbranningsmotor, generellt betecknad 1. FOrbranningsmotorn 6 1 innefattar ett cylinderblock 2 med atminstone en cylinder 3. Vanligtvis innefattar namnda cylinderblock 2 tre eller fyra cylindrar 3. I det visade utforandet beskrivs en cylinder 3, dock skall inses att den utrustning som beskrivs nedan i anslutning till den visade cylindern 3 foretradesvis appliceras pa forbranningsmotorns 1 samtliga cylindrar, i de fall forbranningsmotorn innefattar flera cylindrar.

Vidare innefattar farbranningsmotorn 1 en i namnda cylinder 3 axiellt forskjutbar kolv 4. Kolvens 4 rorelse, axiella forskjutning tram och ater, overfors pa konventionellt satt till en med kolven 4 forbunden vevstake 5 som i sin tur är forbunden med och driver en vevaxel (inte visad) i rotation.

Forbranningsmotorn 1 innefattar aven ett topplock 6 som tillsammans med namnda cylinder 3 och namnda kolv 4 avgransar en forbranningskammare 7. I forbranningskammaren 7 sker antandning av en blandning av bransle och luft pa konventionellt satt och beskrivs inte mer hari. Topplocket 6 innefattar en styrbar forsta motorventil 8, aven kand som gasvaxlingsventil, i det visade utforandet innefattar topplocket aven en styrbar andra motorventil 9. Namnda fOrsta motorventil 8 utgOr i det visade utforandet en tilluftsventil som är anordnad att valbart oppna/stanga for tillfOrsel av luft till forbranningskammaren 7. Den andra motor- ventilen 9 utgor i det visade utforandet en franluftsventil, eller avgasventil, som är anordnad att valbart oppna/stanga for evakuering av avgaser fran forbranningskammaren 7.

Forbranningsmotorn 1 innefattar vidare i det foredragna utforandet en forsta ventilaktuator 10 som är operativt forbunden med namnda forsta motorventil 8 och som dr inrattad i en sluten tryckfluidkrets hos forbranningsmotorn 1. Den forsta ventilaktuatorn 10 innefattar atminstone en inloppsoppning 11 for tryckfluid och atminstone en utlopps6ppning 12 far tryckfluid. Tryckfluiden är en gas eller gasblandning, foretradesvis luft eller kvavgas. Luft har den fordelen att det Or enkelt att byta ut tryckfluid eller 7 tillfora mer tryckfluid am den slutna tryckfluidkretsen lacker, och kvavgas har den fordelen att den saknar syre vilket ferhindrar oxidation av andra element.

I det fall farbranningsmotorn 1 innefattar flera ventilaktuatorer är dessa anordnade parallellt med varandra i namnda slutna tryckfluidkrets. Varje ventilaktuator kan vara operativt forbunden med en eller flera motorventiler, exempelvis kan forbranningsmotorn innefatta tvd tilluftsventiler 8 vilka samfdllt drivs av en och samma ventil- aktuator 10, dock är det foredraget att varje ventilaktuator driver en motorventil vardera for att erhdlla storsta mojliga styrbarhet av forbrdnningsmotorns 1 drift.

Beskrivningen harnedan av forbranningsmotorn 1 kommer enbart omfatta en motorventil 8 och en ventilaktuator 10, men det skall inses att motsvarande galler for samtliga motorventiler och ventilaktuatorer om inget annat anges.

Forbranningsmotoren 1 innefattar aven en topplockskammare 13 som ingdr i namnda slutna tryckfluidkrets och som avgransas av ndmnda topplock 6 och en topplockskdpa 14. I det visade utforandet är topplockskapan 14 uppdelad i tva delar, vilka delar är individuellt forbindbara med och lostagbara frdn topplocket 6 medelst skruvar 15. Topplockskammaren 13 uppvisar foretradesvis en volym i storleksordningen 3-10 liter, typiskt i storleksordningen 5-6 liter.

I ett alternativt utforande Aterfinns enbart en topplockskApa 14 som, tillsammans med topplocket 6, ensamt avgransar topplockskammaren 13.

Ventilaktuatorns 10 dtminstone en utloppsoppning 12 är I fluidkommunikation med topplockskammaren 13, dvs. den tryckfluid som lamnar ventilaktuatorn 10 via namnda atminstone en utloppsoppning 12 strommar ut i topplockskammaren 13. I de fall forbranningsmotorn 1 innefattar flera ventilaktuatorer, mynnar samtliga ventilaktuatorers utloppsOppningar fOr tryckfluid feretradesvis i en och samma topplockskammare. 8 Foretradesvis är hela ventilaktuatorn 10 anordnad i namnda topplockskammare 13, och det är aven ftredraget att ventilaktuatorn 10 är losgorbart forbunden med namnda topplockskapa 14, exempelvis medelst en skruv 16, eller liknande fastdon. I detta utforande "hanger" saledes ventilaktuatorn 10 i topplockskapan 14 utan att vara i kontakt med topplocket 6. Om ventilaktuatorn 10 skulle vara i kontakt med bade topplockskapan 14 och topplocket 6, erhalls en konstruktionsmdssigt ofordelaktig toleranskedja.

Hanvisning sker nu till figur 2, vilken visar en schematisk atergivning av ventilaktuatorn 10.

Ventilaktuatorn 10 innefattar en aktuatorkolvskiva 17 och en aktuatorcylinder 18 som avgransar en nedat oppen cylindervolym. Aktuatorkolvskivan 17 avdelar namnda cylindervolym i en forsta, ovre del 19 och en andra, undre del 20 och är axiellt forskjutbar i namnda aktuatorcylinder 18. Aktuatorkolvskivan 17 bildar del av en aktuatorkolv eller tryckare, generellt betecknad 21, som är inrattad att ligga an mot och driva motorventilen 8. Vidare innefattar aktuatorkolven 21 medel 22 for speleliminering i axiell led I forhallande till namnda motorventil 8. Spelelimineringsmedlet 22 är foretradesvis hydrauliskt, och ser till att nar aktuatorkolven 21 är i sitt ovre vandlage forblir aktuatorkolven 21 i kontakt med den forsta motorventilen 8 da densamma är stdngd, i syfte att korrigera for monteringstoleranser, varmeutvidgningar, etc. Saledes justeras aktuatorkolvens 21 axiella langd automatiskt medelst spelelimineringsmedlet 22.

Den andra delen 20 hos ventilaktuatorns 10 cylinder- volym är i fluidkommunikation med namnda topplockskammare 13. Pd detta sdtt sdkerstalls att samma tryck verkar pa aktuatorkolvskivan 17 fran den forsta delen 19 av cylindervolymen respektive fran den andra delen 20 av cylindervolymen, nar aktuatorkolven 21 Or i det evre vandlaget.

Darmed Or tatningen mellan aktuatorkolvskivan 17 och aktuatorcylindern 18 inte kritisk utan visst lackage kan 9 tillatas, vilket medfor att ett enklare och billigare tatningsarrangeman kan nyttjas, och i vilolage paverkas aktuatorkolvskivan inte av fordndringar i lagtrycksnivan.

Ventilaktuatorn 10 innefattar en styrbar inloppsventil 23 som är anordnad att oppna/stanga inloppsoppningen 11, en styrbar utloppsventil 24 som är anordnad att Oppna/stdnga utloppsoppningen 12, en hydraulikkrets, generellt betecknad 25, som i sin tur innefattar en backventil 26 anordnad att tillata pafyllning av hydraulikkretsen 25 och en styrbar tomningsventil 27 anordnad att styra tomning av hydraulikkretsen 25. Det skall papekas att ventilerna i ventilaktuatorn 10 är schematiskt atergivna och kan exempelvis utgoras av slidventiler, satesventiler, etc. Vidare kan flera av ovannamnda styrbara ventiler utgoras av en enda kropp. Vardera ventil kan vidare vara direkt eller indirekt elektrisk styrd. Med direkt elektriskt styrd avses att ventilens position är direkt styrd av exempelvis en elektromagnetisk anordning, och med indirekt elektriskt styrd avses att ventilens position är styrd av en tryckfluid som i sin tur är styrd av exempelvis en elektromagnetisk anordning.

For att erhalla en forskjutning av aktuatorkolvskivan 17 nedat, for att oppna motorventilen 8, oppnas inloppsventilen 23 for att tillata pafyllning av tryckfluid med hogt tryck in i den ovre delen 19 av cylindervolymen. Da aktuatorkolven 21 forskjuts nedat oppnar hydraulikkretsens 25 backventil 26 varpa hydraulvatska sugs in och ersatter den volym som aktuatorkolven 21 ldmnar. Ddrefter stdngs inloppsventilen 23 och tryckfluiden som kommit in i den ovre delen 19 av cylindervolymen tillats expandera varpa aktuatorkolvskivan 17 fortsdtter sin rOrelse nedat. Da tryckfluiden i den ovre delen 19 av cylindervolymen inte orkar forskjuta aktuatorkolvskivan 17 langre, dvs. da trycket pa undersidan av aktuatorkolvskivan 17 och den fersta motorventilens 8 returfjader är lika hogt som trycket pa ovansidan av aktuatorkolvskivan 17, stannar aktuatorkolv- 10 skivan 17. Aktuatorkolvskivan 17 halls kvar (lases) i denna nedre position Onskad tid genom att hydraulikkretsens 25 temningsventil 27 halls stangd samtidigt som hydraulikkretsens 25 backventil 26 stangs automatiskt. For att astad- komma en returrorelse oppnas utloppsventilen 24 for att medge evakuering av tryckfluid fran den byre delen 19 av cylindervolymen, och dartill oppnas hydraulikkretsens 25 tomningsventil 27 varpa aktuatorkolvskivan 17 forskjuts uppat da hydraulvatskan evakueras fran hydraulikkretsen 25, och samtidigt evakueras tryckfluiden fran den ovre delen 17 av cylindervolymen till topplockskammaren 13.

Hanvisning sker nu i forsta hand till figur 3, vilken visar en delvis genomskuren schematisk perspektivvy av bland annat ett topplock och topplockskapor.

Topplockskapan 14 innefattar ett tryckfluidgrenror 29 som är forbundet med ventilaktuatorns 10 atminstone en inloppsoppning 11. Tryckfluidgrenroret 29 stracker sig utmed topplockskapans 14 axiella langd. Namnda tryckfluidgrenrer 29 bildar del av en prima/. tryckfluidkanal 30 som stracker sig fran en kompressor 31 till ventilaktuatorns 10 Atminstone en inloppsoppning 11. Kompressorn 31 är anordnad att tillfora tryckfluid under hogt tryck till ventilaktuatorerna. Vidare stracker sig en sekundar tryckfluidkanal 32 (se aven figur 1) fran topplockskammaren 13 till namnda kompressor 31.

Volymen pa den primara tryckfluidkanalen 30, hogtryckssidan, skall hallas sa liten som mojligt for att temperaturen pa tryckfluiden skall sjunka sa lite som mojligt fran kompressorn 31 till ventilaktuatorn 10. Volymen hos topp- lockskammaren 13 och den sekundara tryckfluidkanalen 32, lagtryckssidan, skall 0 andra sidan maximeras for att tryckforhallandet mellan lagtryckssidan och hogtryckssidan skall paverkas sa lite som mojligt nar kompressorn 31 drar luft fran lagtryckssidan. Feretradesvis är volymen hos topplocks- kammaren 13 och den sekundara tryckfluidkanalen 32 atminstone tic ganger storre an volymen hos den primara tryck- 11 fluidkanalen 30, aura heist Atminstone femton ganger storre.

Kompressorn 31 har foretradesvis varierbar kompressorvolym/deplacement eller pa annat satt reglerbart utflode, och vanligtvis drivs kompressorn 31 via forbranningsmotorns 1 vevaxel. Vid hoga varvtal och hogt vridmomentuttag kravs hagre tryck hos tryckfluiden i den primara tryckfluidkanalen 30 och vid lAga varvtal och lagt vridmomentuttag kravs lagre tryck hos tryckfluide i den primara tryckfluidkanalen 30.

Tryckdifferensen mellan hogtryckssidan och lagtryckssidan är i storleksordningen 15-20 bar vid hoga varvtal och hag motorlast/vridmomentuttag och i storleksordningen 2-5 bar vid laga varvtal och lag motorlast. Foretradesvis är kompressorn 31 av typen axialkolvpump, engelsk benamning "swashplate", vilken astadkommer variabelt deplacement medelst ett flertal kolvar med varierbar slaglangd dar alla kolvar är inrattade i inbordes olika lagen i sina respektive cykler. Slaglangden bestams av lutningen hos en glidplatta, vilken verkar mot och genom rotation driver kolvarna att utfora en axiell rorelse, och vilkens centrumaxel genomfor en nuterande rorelse. For vane vary glidplattan yrids kommer alla kolvar ha utfort en cykel. Glidplattans lutning är saledes varierbar/stallbar.

TrycknivAn hos hogtryckssidan är i storleksordningen 8- 30 bar for att med tillracklig snabbhet oppna en inatoppnande motorventil dar ett hogt mottryck rader i forbranningskammaren, och trycknivan hos lagtryckssidan är i storleksordningen 4-8 bar, for att halla tryckforhallandet under 1:4, heist under 1:3. Syftet är att halla temperaturen pa tryckfluiden i den primara tryckfluidkanalen 30 under 1°C under normal drift for att inte oxidera en hydraulvatskedimma som aterfinns i tryckfluiden, dock kan temperaturer upp till 1°C tillAtas under korta/begransade perioder.

Vidare innefattar topplockskapan 14 ett hydraulvatske- grenror 33 som är forbundet med en inloppsoppning 34 hos 12 ndmnda hydraulikkrets 25 hos ventilaktuatorn 10. Hydraulvdtskegrenroret 33 strdcker sig utmed topplockskdpans 14 axiella ldngd, parallellt med tryckfluidgrenraret 29. En pump 35, eller liknande, är anordnad att tillfora trycksatt hydraulvdtska till hydarulvdtskegrenroret 33 via en ledning 36. Vidare innefattar topplockskdpan 14 all nadvdndig elektrisk infrastruktur (inte visad) for att bland annat styra ventilaktuatorn 10, for diverse sensorer, etc.

Beskrivning av uppfinningen kommer nu att ske med hdn- visning till figurerna 4-10, vilka visar alternativa utforanden av den forsta motorventilens 8 returfjdderarrangemang.

Hdnvisning sker i farsta hand till figurerna 4 och 5, vilka visar ett farsta utforande av den forsta motorventilens 8 returfjdderarrangemang.

Topplocket 6 innefattar i det visade utfarandet en genomforing, generellt betecknad 37, vilken genomforing är inrdttad att styra ett ventilskaft 38 hos motorventilen 8. Motorventilen 8 är axiellt ferskjutbar relativt ndmnda genomforing 37, och relativt topplocket 6, mellan en forbrdnningskammaren 7 stdngd position och en forbrdnningskammaren 7 oppen position. Da farbrdnningskammaren 7 är oppen tilldts fluidkommunikation, forbi motorventilen 8, mellan forbranningskammaren 7 och ett lufttillforselsystem alternativt ett luftevakueringssystem/avgassystem. En ventilfjaderbricka 39 är pa konventionellt satt forbunden med ventilskaftet 38 vid en relativt forbranningskammaren 7 motsatt sida av topplocket 6. Ventilfjaderbrickan 39 är feretradesvis anordnad i omradet av ventilskaftets 38 dnde.

Ndmnda genomforing 37 skjuter foretrddesvis upp frdn topplocket 6, i riktning bort fran forbrdnningskammaren 7. Genomforingen 37 innefattar i det visade foredragna utforandet en inre styrhylsa 40, som dr anordnad nedsdnkt i topplocket 6 och som direkt omger motorventilens 8 ventilskaft 38, en tdtning 41 anordnad anliggande ventilskaftet 38 samt den inre styrhylsan 40, samt en yttre styrhylsa 42, som atminstone delvis omger den inre styrhylsan 40. Den yttre 13 styrhylsan 42 är avtdtad relativt den inre styrhylsan 40 och/eller mot topplocket 6. Den yttre styrhylsan 42 är feretradesvis belagen pa topplockets 6 ovansida. I ett alternativt utforande utgors den inre styrhylsan och den yttre styrhylsan av en och samma detalj. Foretradesvis innefattar den yttre styrhylsan 42, pa avstand fran topplocket 6, en radiellt utskjutande flans 43, vilken innefattar en tdtning 44 i densammas ytterkant. Tatningen 44 är foretradesvis en ringtatning exempelvis tillverkad av metall, gummi eller plast.

Mellan ventilfjdderbrickan 39 och genomforingen 37, i det visade utforandet den radiellt utskjutande flansen 43 hos genomforingens 37 yttre styrhylsa 42, är anordnad och stracker sig en spiralfjader 45, vilken är inrdttad att kvarhalla motorventilen 8 i densammas stangda position da inga krafter verkar for att oppna densamma. Spiralfjadern 45 skall vara dimensionerad for att orka halla uppe vikten hos motorventilen 8 och de detaljer som är ferskjutbara samfallt med motorventilen 8, och for att sdkerstalla att motor- ventilen 8 stangs vid laga motorventillyft, vidare skall spiralfjaderns 45 fjdderkonstant vara minimal for att inte addera for mycket kraft da motorventilen 8 oppnas. Spiralfjaderns 45 forspanning är foretradesvis i storleksordningen 100N ± 20N och spiralfjdderns 45 fjdderkonstant motsvarar foretradesvis en adderad kraft i storleksordningen -10N per hoptryckt millimeter, dvs. per varje millimeter motorventilen 8 forskjuts.

I det visade utforandet bildar ndmnda ventilfjdderbricka 39 och en fran ventilfjaderbrickan 39 sig strackande cylinderformad hylsa 46 gemensamt en ventilfjaderhuv, generellt betecknad 47. Ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46 r teleskopiskt forskjutbar relativt ndmnda genomforing 37, radiellt utanfor genomforingen 37. Ventilfjdderhuven 47, genomferingen 37 och motorventilen 8 är feretrddesvis koncentriska med varandra. I det visade utfOrandet är ventilfjaderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46 14 teleskopiskt forskjutbar radiellt utanfor den yttre styrhylsan 42, och ringtdtningen 44 vid den radiellt utskjutande fldnsen 43 är anordnad anliggande insidan av den cylinderformade hylsan 46. Ventilfjaderhuven 47 och genomforingen 37 avgrdnsar en gasfjddervolym 48, vilkens volym minskar dd. motorventilen 8 oppnas och ventilfjdderhuven 47 forskjuts i axiell riktning nedat. Ventilfjaderhuven 47 är foretradesvis anordnad i topplockskammaren 13. Genom att anvanda ett pneumatisk returfjdderarrangemang for motorventilen 8 erhAlls liten returfjaderkraft vid ldga motorventillyft och stor returfjaderkraft vid hoga motorventillyft, dock är den totala energiforbrukningen for att oppna motorventilen 8, for varje motorventillyft, reducerad i forhdllande till ett returfjdderarrangemang med enbart en mekanisk returfjdder.

Det skall papekas att tdtningen 44 mellan den cylinderformade hylsan 46 och den yttre styrhylsan 42 inte nodvandigtvis maste vara absolut tat, vilket medfor att ett enklare och billigare tdtningsarrangemang kan nyttjas, sasom en kolvringstdtning.

Vasentligt far den foreliggande uppfinningen är att gasfjadervolymen 48 är i fluidkommunikation med en angrdnsande gasvolym 49 da motorventilen 8 är i den forbrdnningskammaren 7 stangda positionen, och är avgransad fran den angrdnsande gasvolymen 49 da motorventilen 8 Or i den forbrdnningskammaren 7 fullt oppna positionen.

Sdledes nar motorventilen 8 är stangd foreligger samma tryck i gasfjadervolymen 48 som i den angransande gasvolymen 49, och ndr motorventilen 8 forskjutits en strdcka mot den fullt oppna positionen stangs fluidkommunikationen av och trycket i gasfjadervolymen 48 akar i takt med att motorventilen 8 och ventilfjdderhuven 47 forskjuts nedat. Foretrddesvis bildar den angransande gasvolymen 49 del av topplockskammaren 13. Vidare Or en port 50 anordnad mellan gasfjddervolymen 48 och den angrdnsande gasvolymen 49.

I ett foredraget utforande uppvisar ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46, ndrliggande densammas fria dnde, ndmnda port 50 for att medge fluidkommunikation mellan gasfjadervolymen 48 och den angrdnsande gasvolymen 49 da motorventilen 8 är stdngd. Porten 50 utgors foretrddesvis av en eller flera urtagning i den cylinderformade hylsans 46 nedre kant. Portens 50 totala/sammanlagda utbredning i omkretsled motsvarar foretrddesvis mindre an 180 grader och mer an 10 grader, och kan vara uppdelad i en eller flera segment. Foretradesvis motsvarar portens 50 sammanlagda utbredning i omkretsled mer an 80 grader och mindre an 100 grader. I ett alternativt utforande är portens 50 urtagningar anordnade pa ett litet avstand fran den cylinderformade hylsans 46 nedre kant. Porten 50 stdngas gradvis, stegvis eller linjart, i samband med att ventilfjdderhuven 47 forskjuts nedat.

Vdsentligt är att porten 50 är oppen under en stor del av motorventilens 8 maximala slagldngd och blir helt stdngd forst da ventilfjaderhuven 47 forskjutits atminstone 25 procent av motorventilens 8 maximala slagldngd, vilket i det visade utforandet motsvarar en forskjutning pa ca 3 mm.

FOretrddesvis är ndmnda port 50 oppen under atminstone procent av motorventilens 8 maximala slagldnd, aura heist atminstone 45 procent. FOretrddesvis är porten 50 oppen under maximalt 70 procent av motorventilens 8 maximala slaglangd, aura heist maximalt 60 procent.

Ndr motorventilen 8 är fullt oppnad skall trycket i gasfjddervolymen 48 vara mindre an 4 ganger storre an grundtrycket i gasfjadervolymen 48 da fluidkommunikation tillats mellan gasfjddervolymen 48 och den angrdnsande gasvolymen 49, heist skall tryckokningen inte vara storre an 3 ganger.

Detta medfor att temperaturen i gasfjddervolymen 48 inte kommer att overstiga den temperatur vid vilken hydraulvdtskan i gasfjddervolymen 48 oxiderar. Vid en normal maximal slagldngd hos motorventilen 8 pa tolv millimeter sker den farsta delen av ferskjutningen av motorventilen 8 utan kompression av gasen i gasfjadervolymen 48 till foljd av att porten 50 Or oppen exempelvis till dess att motor- 16 ventilen 8 forskjutits sex millimeter, dvs kompressionen senarelaggs men ger kraftig progressivitet vid stora/hoga ventillyft, exempelvis sex-tolv millimeter. Senarelaggandet av kompressionen medfor att gasfjadervolymens 48 volym kan minimeras i forhallande till ett system dar kompression sker under hela ventillyftet. Detta medfor att temperaturen i gasfjadervolymen 48 inte kommer att overstiga den temperatur vid vilken hydraulvatskedimman i gasfjadervolymen 48 oxiderar. Det skall papekas att en viss mangd gas kommer att kvarsta i gasfjadervolymen 48 under drift av forbranningsmotorn, och denna gas kommer att kylas av via ventilfjaderhuven 47, vilket bidrar till att det hagre kompressionsforhallandet medges, vilket i sin tur leder till ett mer kompakt returfjaderarrangemang.

Till foljd av att porten 50, i det visade utforandet, är belagen i den nedre anden av gasfjadervolymen 48 Romer eventuell hydraulvatska som ansamlats i gasfjadervolymen 48 dá motorventilen 8 varit oppen, att evakueras i samband med nasta oppning av porten 50. Hydraulvatskan som evakueras fran gasfjadervolymen 48 rinner pa grund av gravitationen ut i den angransande gasvolymen 49 och draneras pa lampligt satt darifran, exempelvis via en styrbar ventil. I det fall den angransande gasvolymen 49 bildar del av topplockskammaren 13, rinner hydraulvdtskan foretradesvis ut i topplockskammaren 13 och draneras foretradesvis darifran via en styrbar ventil (inte visad).

Hanvisning sker nu i forsta hand till figurerna 6 och 7 vilka visar ett andra utforande av den forsta motorventilens 8 returfjaderarrangemang. Enbart delar som skiljer sig fran det forsta utforandet enligt figurerna 4 och 5 kommer att beskrivas.

I detta utforande är den angransande gasvolymen 49 avgransad fran topplockskammaren 13 och är istallet i fluidkommunikation med ett i topplocket 6 anordnat gas- fjadergrenror 51. Gasfjadergrenroret 51 stracker sig utmed topplockets 6 axiella langd. Gasfjadergrenroret 51 inne- 17 fattar foretradesvis en hydraulvatskedraneringsventil 52, vilken är styrd att drdnera bort ansamlad hydraulvatska till ferbrdnningsmotorns 1 hydraulvdtskesump. Foretrddesvis är trycket i gasfjddergrenraret 51 hogre an trycket i topp- lockskammaren 13 och foretradesvis mindre an 2 bar hOgre tryck. Trycket i gasfjddergrenrOret 51 är justerbart utifrdn radande drift av forbrdnningsmotorn 1. Genom att nyttja ett gasfjadergrenror 51 kan grundtrycket i gasfjadervolymen 48 justeras utifrdn rddande situation oberoende av trycket i topplockskammaren 13 och oberoende av tryckforhAllandena i den slutna tryckfluidkretsen. Vidare är det mojligt att i detta utforande helt eliminera spiralfjddern 45, alternativt nyttja en klenare spiralfjdder med mycket ldgre forspdnningskraft och mindre fjdderkonstant.

I ett ytterligare alternativt, icke visat, utforande av den forsta motorventilens 8 returfjdderarrangemang, utgor gasfjadergrenroret 51 den angransande gasvolymen varpd en ventil är anordnad mellan gasfjddervolymen 48 och gasfjadergrenroret 51. Ventilen utgors exempelvis av en backventil som medger passage Iran gasfjddergrenrOret 51 till gasfjadervolymen 48, och sdledes uppvisar returfjaderarrangemanget en envdgsfluidkommunikation mellan gasfjddergrenroret 51 och gasfjddervolymen 48 old motorventilen 8 är stangd.

I ett alternativt, ej visat, utforande är gasfjdder- grenroret 51 direkt kopplat till forbrdnningskammarens 7 inloppsror cm motorventilen är en tilluftsventil, och direkt kopplat till forbrdnningskammarens 7 utloppsror cm motorventilen är en frdnluftsventil, varvid samma tryck racier i gasfjddervolymen 48 som verkar for att oppna motorventilen 8. fidnvisning sker nu till figur 8, vilken visar ett tredje utforande av den forsta motorventilens 8 returfjdderarrangemang. Enbart delar som skiljer sig frdn ovriga utforanden kommer att beskrivas.

Aven i detta utforande är ventilfjdderbrickan 39 for- bunden med motorventilens 8 ventilskaft 38, dock dterfinns 18 ingen cylinderformad hylsa forbunden med ventilfjdderbrickan 39. En cylinderformad hylsa 53 skjuter istdllet upp i riktning frdn topplocket 6, varvid den cylinderformade hylsan 53 är avtatad mot ventilskaftet 38 i omradet av den cylinder- formade hylsans 53 nedre kant. Foretrddesvis utgor den cylinderformade hylsan 53 del av genomforingen 37. Ventilfjdderbrickan 39 är axiellt forskjutbar invdndigt om den cylinderformade hylsan 53, varvid ventilfjdderbrickan 39 och den cylinderformade hylsan 53 avgrdnsar gasfjddervolymen 48.

Porten 50 är anordnad i anslutning till den cylinderformade hylsans 53 ovre kant, dock är funktionen och kdnnetecknen hos porten 50 desamma som ovan beskrivits.

Hdnvisning sker nu till figur 9, som visar ett alternativ till utforandet enligt figur 8. I detta alternative utforande innefattar returfjdderarrangemanget en ventilfjdderhuv 47, likt utforandena enligt figurerna 4-7, med en ventilfjdderbricka 39 och en fran ventilfjdderbrickan 39 sig strdckande cylinderformad hylsa 46. Ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46 är teleskopiskt forskjutbar, radiellt invdndigt eller utvdndigt, relativt den cylinderformade hylsan 53 som skjuter upp fran topplocket 6. Porten är i det visade utforandet anordnad i den ovre kanten av den nedifran uppskjutande cylinderformade hylsan 53, dock ken porten alternativt vara anordnad in den nedre kanten hos ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46, eller en kombination ddrav.

Hdnvisning sker nu i forsta hand till figur 7 utan att for den skull begrdnsas till utforandet av motorventilens 8 returfjdderarrangemang enligt figur 7. Forbrdnningsmotorn 1 innefattar foretrddesvis en positionssensor 54, vilken innefattar ndmnda ventilfjdderhuv 47 och en spole 55, varvid ventilfjdderhuven 47 dr teleskopiskt farskjutbar relativt spolen 55, radiellt innanfor spolen 55. Spolen 55, eller induktor, Or anordnad radiellt utvdndigt om den del av genomforingen 37 som skjuter upp frdn topplocket 6. 19 Syftet med positionssensorn 54 är att nyttja enskilda digitala insignalpulser samt ddrav ferorsakade enskilda digitala utsignalpulser, vilket medger mojlighet till faststallning av den inbardes positionen mellan ventilfjdderhuven 47 och spolen 55 med stor tids- och lagesupplosning samt lag energiatgang.

Till foljd av att ventilfjdderhuven 47 är samfdllt fOrskjutbar med motorventilen 8 och spolen 55 är forbunden med topplocket 6, erhalls en faststdllning av den inbordes positionen mellan motorventilens 8 ventiltallrik och motorventilens 8 ventilsdte i topplocket 6, dvs. en fasts-tanning var motorventilen 8 befinner sig och i vilken grad ventilen är oppen, eller med andra ord det aktuella ventillyftet.

Ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46 utgors av en elektriskt konduktiv kropp, foretradesvis tillverkad av en ickemagnetisk metall sasom aluminium. Dock är det tdnkbart att cylinderformade hylsan 46 är tillverkad av en magnetisk metall, sasom en sammanpressad jdrnpulverkropp. Spolen 55 är foretrddesvis tillverkad av koppar och är lindad pa en bdrare 56. Spolen 55 är operativt forbunden med en logikkrets (icke visad), och positionssensorn är inrdttad att fungerar pa fOljande satt. Da motorventilen 8 forskjuts I forhallande till ventilsdtet for att slappa in eller ut gas fran forbrdnningskammaren 7, forskjuts dven gasfjdderhuven 47 i forhallande till spolen 55. Da Over-lappet mellan gasfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46 och spolen 55 akar, minskar tiden det atgar for en mdtspdnning Over ett motstand som är seriekopplat med spolen 55 att dndras ett i forvdg bestdmd vdrde i proportion till Over- lappet, till foljd av att spolen 55 kortsluts i olika grad av inverkan fran gasfjaderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46. Mdtspanningen Over motstandet dndras cid spdnningen Over spolen 55 dndras, och spdnningen Over spolen 11 dndras cid man Onskar faststalla den inberdes positionen.

Faststallandet av den inbordes positionen mellan motorventilen 8 och densammas sate kan vdljas att enbart goras dd det finns ett syfte att faststdlla den inbordes positionen, dvs. dá motorventilen 8 är i rerelse. Motorventilens 8 rorelse baseras pa forbrdnningsmotorns 1 vevaxelrOrelse, och är i en normal forbrdnningsmotor i rOrelse under ungefdr 1/2 vary av ett rotationsvarv hos vevaxel. Under den tid motorventilen 8 är i rdrelse sker faststAllande av motorventilens 8 position foretrAdesvis en gang per vane eller varannan vevvinkelgrad, dvs. ungefdr 90-180 ganger under ett rotationsvarv hos vevaxeln.

HAnvisning sker nu i forsta hand till figurer 10, som visar ett fjdrde utforande av den forsta motorventilens 8 returfjdderarrangemang. Enbart delar som skiljer sig fran ovriga utforanden kommer att beskrivas.

Utforandet enligt figur 10 är en variant pa utforandet enligt figur 9, dAr den frdn topplocket 6 uppskjutande cylinderformade hylsan ersatts med positionssensorn 54. Porten 50 är i detta urfarande anordnad i den nedre kanten av ventilfjdderhuvens 47 cylinderformade hylsa 46.

TAnkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begransad blott till de ovan beskrivna och pa ritningarna visade utforandena, vilka enbart har illustrerande och exemplifierande syfte. Denna patentansokning är avsedd att tAcka alla anpassningar och varianter av de foredragna utforandena beskrivna hdri, och foljaktligen är den foreliggande uppfinningen definierad av ordalydelsen av de bifogade kraven och desammas ekvivalenter. Saledes kan utrustningen modifieras pa alla tdnkbara satt mom ramen for de bifogade kraven.

Det skall Oven pdpekas att all information om/rorande termer sasom ovanfor, under, byre, nedre, etc., skall tolkas/ldsas med utrustningen orienterad i enlighet med figurerna, med ritningarna orienterade pa sadant sdtt att hAnvisningsbeteckningarna kan lAsas pd ett korrekt sAtt.

Saledes, indikerar dylika termer enbart inbordes forhallanden i de visade utforandena, vilka forhallande kan 21 dndras om den uppfinningsenliga utrustningen forses med en annan konstruktion/design.

Det skall pdpekas att dven om det ej är uttryckligen angivet att sArdrag fran ett specifikt utforande kan kombineras med sdrdragen i ett annat utforande, skall detta anses uppenbart dd sd är mojligt. 22

Claims (13)

1. Patentkrav 1. Forbrdnningsmotor innefattande, 1. en forsta styrbar motorventil (8) inrdttad att valbart oppna/stanga en i forbrdnningsmotorn (1) ingdende forbrdn5 ningskammare (7), 2. ett topplock (6) som är angrdnsande forbrdnningskammaren (7), och som är inrdttat att styra ett ventilskaft (38) hos motorventilen (8), varvid motorventilen (8) är axiellt forskjutbar relativt ndmnda topplock (6) mellan en forbrdn- ningskammaren (7) stangd position och en forbranningskammaren (7) fullt oppen position, och 3. en ventilfjdderbricka (39) som är forbunden med ndmnda ventilskaft (38), kannetecknad av, att ventilfjaderbrickan (39) delvis av- grdnsar en gasfjddervolym (48), vilken är i fluidkommunikation med en angrdnsande gasvolym (49) via en port (50) dd motorventilen (8) är i den forbrdnningskammaren (7) stdngda positionen, och vilken är avgrdnsad frdn den angransande gasvolymen (49) da motorventilen (8) är i den forbrdnnings- kammaren (7) fullt oppna positionen, varvid ndmnda port (50) är oppen under dtminstone 25 procent av motorventilens (8) maximala slagldngd.

2. Ferbrdnningsmotor enligt krav 1, van i ndmnda port (50) är 25 oppen under dtminstone 35 procent av motorventilens (8) maximala slagldngd, foretrddesvis atminstone 45 procent.

3. Forbrdnningsmotor enligt krav 1 eller 2, van i ndmnda port (50) är oppen under maximalt 70 procent av motorventilens (8) maximala slagldngd, foretrddesvis maximalt 60 procent.

4. Forbranningsmotor enligt nAgot av kraven 1-3, vani topplocket innefattar en genomforing (37), vilken är inrdttad att styra motorventilens (8) ventilskaft (38), 35 varvid namnda ventilfjaderbricka (39) och en frAn 23 ventilfjaderbrickan (39) sig strdckande cylinderformad hylsa 46. bildar en ventilfjdderhuv (47), varvid ventilfjaderhuvens (47) cylinderformade hylsa (46) är teleskopiskt forskjutbar relativt ndmnda genomforing (37), radiellt utan- for genomforingen (37), och varvid ventilfjdderhuven (47) och genomforingen (37) avgrdnsar ndmnda gasfjddervolym (48).

5. Forbranningsmotor enligt krav 4, van i ventilfjdderhuvens 47. cylinderformade hylsa (46), ndrliggande densammas fria dnde, uppvisar ndmnda port (50) for att medge fluidkommunikation mellan gasfjadervolymen (48) och den angrdnsande gasvolymen (49) da motorventilen (8) är i den forbrdnningskammaren (7) stdngda positionen.

6. Forbrdnningsmotor enligt krav 4 eller 5, van i forbranningsmotorn (1) innefattar en topplockskammare (13) som ingdr i en sluten tryckfluidkrets, och som delvis avgransas av ndmnda topplock (6), varvid ventilfjdderhuven (47) är anordnad i topplockskammaren (13).

7. Forbranningsmotor enligt krav 6, van i en farsta ventilaktuator (10) är operativt forbunden med ndmnda forsta motorventil (8), vilken forsta ventilaktuator (10) är anordnad i ndmnda slutna tryckfluidkrets.

8. Forbrdnningsmotor enligt krav 7, van i ndmnda forsta ventilaktuator (10) är anordnad ± topplockskammaren (13).

9. Forbrdnningsmotor enligt nAgot av kraven 6-8, van i den angrdnsande gasvolymen (49) bildar del av topplockskammaren (13).

10. Forbrdnningsmotor enligt ndgot av kraven 6-8, van i den angrdnsande gasvolymen (49) an avgrdnsad frdn topplockskammaren (13) och an i fluidkommunikation med ett i topplocket (6) anordnat gasfjddergrenror (51). 24

11. Ferbrdnningsmotor enligt krav 10, van i gasfjdder- grenroret (51) innefattar en hydraulvdtskedraneringsventil (52).

12. Forbrdnningsmotor enligt krav 10 eller 11, van i trycket i gasfjadergrenroret (51) är hogre an trycket I topplockskammaren (13).

13. Forbrdnningsmotor enligt nagot av kraven 4-12, vani densamma innefattar en positionssensor (54), vilken innefattar ndmnda ventilfjdderhuv (47) och en spole (55), varvid ventilfjaderhuven (47) dr teleskopiskt forskjutbar relativt spolen (55), radiellt innanfor spolen (55). 1 / 222118 34. L26 27 11 19 17