NO802537L - Fremgangsmaate og anordning til aa forbedre virkningsgraden av en forbrenningsmotor ved selektivt aa variere kompresjons-forholdet i henhold til motorens turtall - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning til å forbedre virkningsgraden av

en forbrenningsmotor ved selektivt å variere kompresjonsforholdet i henhold til motorens turtall

Den foreliggende oppfinnelse angår hovedsakelig en fremgangsmåte og et apparat til å forbedre virkningsgraden av en forbrenningsmotor ved selektivt å variere det effektive kompresjonsforhold i overensstemmelse med motorens turtall.

Nærmere bestemt skaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte

og et apparat til utførelse av den selektive variasjon i kompresjonsforholdet i henhold til motorens turtall for oppnåelse av et maksimalt kompresjonsforhold ved lavt turtall og et minimalt kompresjonsforhold ved høyt turtall, hvorved der oppnås en reduksjon i de mekaniske og termiske belastninger ved høyt turtall uten reduksjon av motorens virkningsgrad og uten forringelse av motorens startegenskaper.

I henhold til en kjent fremgangsmåte som er foreslått av Miller, blir stengetidspunktet for innløpsventilen flyttet nærmere det nedre dødpunkt ved lavt turtall og skjøvet frem foran det nedre dødpunkt ved høyt turtall ved hjelp av en innretning hvor den mot kammen liggende kamfølger eller kamtrinse på ventilløfteren for hver innløpsventil er montert på en svinge-arm som er innrettet til å svinge om et eksenter som har en vinkelstilling som.kan innstilles etter valg i henhold til motorturtallet for å bringe kamfølgeren eller -trinsen til å forskyve seg i forhold til sin betjeningskam, hvorved der fås en tidsforsinkelse eller et tidsforsprang i forhold til det normale stengepunkt for innløpsventilen ved endring av den vektarm som dannes av eksenteret.

Denne kjente innretning lider imidlertid av den ulempe at den gir en samtidig endring av åpnings- og stengetidspunktene for innløpsventilen og derved forskyver (offsetting) kammens løfte-kurve for innløpsventilen slik at periodene for fullstendig åpen innløpsventil endrer seg i forhold til det øvre og det nedre dødpunkt. Den kjente innretning fører videre til en meget komplisert mekanisk konstruksjon av det for manøvrering av hver innløpsventil anordnede kinematiske system som strekker seg fra kamakselen til ventilen, samtidig som den skaffer en vektarm-betjent styring som dessuten krever en modifikasjon av ventilens vippearm-anordning og ofte fører til en tidlig nedslitning av delene. Denne innretning blir derfor meget lite benyttet i praksis.

En hovedhensikt med oppfinnelsen er således å eliminere

de foran nevnte ulemper ved å skaffe en anordning som kan frem-bringe et slikt variabelt effektivt kompresjonsforhold at spesielt motorer med meget høye kompresjonsforhold som vanligvis ikke kan overlades pga. for høye maksimale forbrenningstrykk, likevel kan overlades eller overladningsforholdet for allerede overladede motorer kan økes i betydelig grad ved reduksjon til et minimum av de ulemper som følger med drift av motoren ved oppstarting og delbelastninger. Løsningen bør videre være av særlig enkel utførelse.

Løsningen består i henhold til oppfinnelsen av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art,karakterisert vedat stengningen av hver innløpsventil ved lave turtall utføres før det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt, hvorved tidsforsinkelsen ved stengning reduseres, mens åpningsperioden for hver innløpsventil forlenges betydelig forbi det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt når motorens turtall øker til over en bestemt terskel som anses å innebære at motoren arbeider ved høyt turtall, ved at innløpsventilen hindres i å stenges fullstendig på dette tidspunkt, men passasjetverrsnittet mellom innløpsventillegemet og ventilsetet reduseres til en verdi som er liten i forhold til det maksimale passasjetverrsnitt som svarer til full åpning av innløpsventilen.

I henhold til et annet karakteristisk trekk ved den. foreliggende oppfinnelse i forbindelse med en motor som for manøvrering av hver innløpsventil omfatter et kinematisk styresystem som strekker seg fra kamakselen til og med innløpsventilen, blir der i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil innført en periode med forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen ved lave turtall for på denne måte å skaffe den nevnte reduksjon av tidsforsinkelsen ved stengning av innløpsventilen og samtidig en begrensning av dens løftehøyde. Denne periode med forsinket overføring er fortrinnsvis innrettet til å skaffe en partiell løftehøyde av innløpsventilen svarende omtrent til en verdi på 40-80 % av den normale totale løftehøyde (slag eller bevegelse)

av innløpsventilen.

I henhold til et ytterligere karakteriserende trekk ved oppfinnelsen er det reduserte passasjetverrsnitt mellom innløps- ventilen og dens sete ved høyt turtall høyst 20-60 % av passasjetverrsnittet ved maksimal åpning av innløpsventilen. . I henhold til enda et særlig interessant trekk ved den foreliggende fremgangsmåte utføres stengningen av innløpsventilen ved lave turtall nær det nedre dødpunkt, fortrinnsvis mellom 0 og 20° og helst mellom 10 og 15° etter det nedre dødpunkt.

I henhold til enda et særlig interessant trekk ved fremgangsmåten ligger det forsinkede stengetidspunkt for innløpsventilen ved høyt turtall mellom 30 og 65°, fortrinnsvis mellom 50 og 60° etter det nedre dødpunkt.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er der også skaffet en anordning til utførelse av den foran nevnte fremgangsmåte,karakterisert vedat der i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil foreligger et organ som tjener til å stenge innløps-ventilen før det normale stengetidspunkt etter det nedre død-punkt og reagerer i et styrt oppfølgnings- eller tilbakeførings-forhold (in follow-up or feedback controlled relationship)

på det til enhver tid foreliggende motorturtall slik at det bare virker ved lave turtall, og at anordningen omfatter et organ som vesentlig forlenger åpningstiden for hver innløpsventil etter det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt ved å hindre ventilen i å stenge fullstendig på dette tidspunkt, og som bare virker ved høye turtall.

I henhold til et ytterligere trekk ved denne anordning omfatter organet til tidlig stengning av innløpsventilen ved lave turtall et system til forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen, idet systemet innfører en uvirksom bevegelse av kamprofilet.

I henhold til et ytterligere særlig fordelaktig trekk ved anordningen består organet til forsinket stengning av innløps-ventilen ved høye turtall av en ekstra forhøyning på styrekammen for hver innløpsventil, som dermed levnes i en reståpen stilling, samtidig som den ekstra forhøyning ved sine motsatte ender hovedsakelig kontinuerlig og gradvis går over i hoved-forhøyningen som styrer åpningen og stengningen av innløps-ventilen, resp. den sirkulære grunnprofil av kammen.

En foretrukket utførelsesform av anordningen erkarakterisertved at systemet for forsinket overføring består av et hydraulisk betjent stempelmanøvreringsorgan eller annen kraftinnretning som er innskutt i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil, hvorved dette deles opp i to avsnitt, ett som i kinematisk forenlig forhold er forbundet med sylinderen av manøvreringsorganet, og ett som er forbundet med stempelet i manøvreringsorganet, likeledes i et kinematisk forenlig forhold. Det hydraulisk betjente manøvreringsorgan omfatter fortrinnsvis minst én innløpskanal for en inkompressibel hydraulisk væske mellom den ende av manøvrerings-organets sylinder som er forbundet med det kinematiske styresystem og stempelet, idet kanalen omfatter et tilbakestrømningshindrende organ, f.eks. en tilbakeslagsventil eller enveisventil, og minst én utløpskanal som tillater væske å unnslippe fra manøvreringsorganet, og som er forsynt med et forbindelsesorgan, f.eks. en kran eller en lignende stengeventil, som betjenes av et ytre element som reagerer på den til enhver tid foreliggende verdi av motorturtallet i et oppfølgingsforhold eller gjennom en lignende tilbake-

kobling (in follow-up relationship or through like feedback control) for på denne måte å tillate arbeidsfluidet å strømme gjennom kanalen ved lave turtall og hindre det i å strømme igjennom ved høye turtall.

<y>tterligere hensikter, trekk, fordeler og detaljer ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningen, som skjematisk viser to for tiden foretrukne utførelsesformer for oppfinnelsen. Fig. 1-3 er utsnitt av vertikalsnitt gjennom en dieselmotor ved innløpsventilen, hvis kinematiske styresystem strekker seg fra kamakselen til og med innløpsventilen, og omfatter en første utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen, idet figurene viser forskjellige trinn eller stadier av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, spesielt ved lave turtall. Fig. 4 er et riss i større målestokk av det parti av risset på fig. 1 som er vist ved pilen IV, samtidig som der stiplet eller strekpunktert er vist en mulig alternativ utførelsesform eller modifikasjon av anordningen.

Fig. 5 og 6 er diagrammer som viser den utfoldede profil

av kammen for innløpsventilen avsatt som ordinat i funksjon av dreievinkelen for kamakselen avsatt som abscisse, henholdsvis ved lave turtall (fig. 5) og høye turtall (fig. 6). Den kam-profil som svarer til en effektiv åpning av innløpsventilen, er vist med fullt opptrukne eller tykke linjer, og på fig. 5 er

dessuten stiplet vist den utfoldede profil for innløpsventilen som fås med den alternative utførelsesform som er vist stiplet eller strekpunktert på fig. 4.

Fig. 7 er et utsnitt, delvis i snitt og med visse deler fjernet, av en annen utførelsesform av en anordning ifølge oppfinnelsen i forbindelse med ventilvippearmene.

På fig. 1-4 omfatter hver arbeidssylinder 1 av en fortrinnsvis overladet forbrenningsmotor og spesielt en-dieselmotor minst én innløpsventil 2 som manøvreres ved hjelp av et kinematisk styresystem som er skjematisk betegnet med tallet 34 og strekker seg fra en kam 3 som er utført i ett med eller festet til en kam-aksel (ikke vist) og minst én utløpsventil (ikke vist). Det kinematiske styresystem 34 omfatter nærmere bestemt en kamfølger eller trinse 4 som ligger an mot kammen 3 og er opplagret på en ventilløfter 5, som er utført i ett eller forbundet med en vippe-armstøtstang 6 som er forbundet med en vippearm 7 som virker på innløpsventilen 2, og en tilbakeførings- eller belastningsf jaer 8 som presser ventilen 2 mot lukkestilling ved å bevege den tilbake til sitt sete 9.

I henhold til en første utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter denne som en del av det kinematiske styresystem 34 som manøvrerer hver innløpsventil 2, et organ 10 som bevirker at innløpsventilen 2 lukker før det normale lukketids-punkt etter det nedre dødpunkt, og også gir innløpsventilen en partiell løftehøyde. Dette organ 10 reagerer ved tilbakekobling eller i oppfølgningsforhold (through follow-up or in feedback relationship) på det øyeblikkelige turtall av motoren for bare å virke ved lave turtall. Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter også et organ som vesentlig forlenger åpningsperioden for hver innløpsventil 2 ut over det. normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt ved at ventilen hindres i å stenge fullstendig på det normale stengetidspunkt. Dette organ virker bare ved høye turtall. I det utførelseseksempel som er vist på fig. 1-3, består dette organ av en ekstra forhøyning 11 på styrekammen 3

til manøvrering av hver innløpsventil 2. Denne ekstra forhøyning er nærmere vist på fig. 4. Den sørger for å opprettholde en rest-åpning av innløpsventilen, og den går ved sine motsatte ender 12, 13 (se fig. 4) hovedsakelig kontinuerlig og gradvis over i henholdsvis hovedforhøyningen 14 som styrer åpningen og stengningen

av innløpsventilen 2, og den sirkulære grunnprofil 15 av kammen3.

I henhold til et foretrukket trekk ved anordningen ifølge oppfinnelsen er den største radiale høyde h av den ekstra for-høyning 11 i forhold til kammens sirkulære grunnprofil 15 lik 20-60 % av den radiale høyde H av hovedforhøyningen 14 i forhold til grunnprofilet 15 av kammen 3.

I henhold til et annet trekk ved anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter organet 10 til oppnåelse av en partiell løfte-høyde for fremskutt stengning av innløpsventilen ved lave motorturtall et system til forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen 3, hvorved der fås en uvirksom bevegelse av kamprofilet ved lave belastninger antydet ved vinkelen A på fig. 4 og 5,

slik at innløpsventilen kan lukkes ved punkt C. Denne uvirksomme bevegelse er fortrinnsvis slik at den svarer til en radial høyde av kamprofilen som er hovedsakelig lik den radiale høyde h av den ekstra forhøyning 11, slik at sentervinkelen A som svarer til den nevnte uvirksomme bevegelse, også svarer til den sentervinkel som den ekstra forhøyning 11 strekker seg over.

I henhold til den første utførelsesform som er vist på

fig. 1-4, består systemet for forsinket overføring av et hydraulisk betjent stempelmanøvreringsorgan eller et lignende kraftorgan som er innlemmet i det kinematiske styresystem 34 som manøvrerer hver innløpsventil 2, hvorved systemet deles opp i to avsnitt, hvorav det ene i kinematisk forenlig forhold er forbundet med sylinderen 20 av manøvreringsorganet 10, mens det annet avsnitt er forbundet med stempelet 21 i manøvreringsorganet 10, likeledes i et kinematisk forenlig forhold. I det utførelseseksempel som er vist på fig. 1-4, består det avsnitt av det kinematiske styresystem 34 som er forbundet med sylinderen 20 av manøvrerings-organet 10, av ventilløfteren 5 som i praksis går over i eller er utført i ett med manøvreringssylinderen 20, og av kamfølgeren eller -trinsen 4 som ligger an mot kammen 3, mens det annet avsnitt som er forbundet med stempelet 21 i kraftorganet 10, består av vippearmstøtstangen 6 og vippearmen 7.

Det hydraulisk betjente stempelmanøvreringsorgan 10 omfatter minst én innløpskanal eller rørledning 22 for en inkompressibel hydraulisk væske mellom den ende 23 av sylinderen 20 som er for-. bundet med det kinematiske styresystem 34 (fig. 4), og stempelet 21, og i kanalen 22 er der innsatt et tilbakestrømningshindrende organ 24, f.eks. en tilbakeslagsventil. Det hydraulisk betjente manøvreringsorgan omfatter videre minst én utløpskanal eller -rørledning 25 for utløp av væsken fra manøvreringsorganet 10. Utløpskanalen 25 er forsynt med et forbindelsesorgan 26, f.eks.

en styreventil som manøvreres av en ytre mekanisme 27 (fig. 1-3) som ved tilbakekobling eller i følgeforhold (through feedback control or in follow-up relationship) reagerer på den til enhver tid foreliggende verdi av motorturtallet for å bevirke åpning av forbindelsesorganet 26 ved lave motorturtall og lukking av organet 26 når turtallet overstiger en viss terskelverdi over hvilken motoren anses å arbeide ved høyt turtall.

Innløpskanalen 22 munner ut i motoroljesumpen eller bunn-pannen 35 for motoren og omfatter minst én matepumpe for tilførsel av olje til stempelmanøvreringsorganet, mens utløpskanalen 25 fortrinnsvis også står i forbindelse med oljesumpen eller bunn-pannen 35 i motoren for på denne måte å danne et lukket kretsløp.

I henhold til en mulig alternativ utførelsesform er kanalene 22

og 25 forbundet med en forrådstank for hydraulisk væske for også

å danne et lukket kretsløp.

Ifølge et annet trekk ved anordningen omfatter stempel-manøvreringsorganet et spesielt ettergivende tilbakeføringsorgan 28, f.eks. en fjær, til å presse stempelet 21'i manøvreringsorganet.

10 mot den frie ende 29 av sylinderen 20 som ligger motsatt av den

■ ende 23 som er forbundet med det kinematiske system 34, med en tilbakeføringskraft som er svakere enn kraften fra den returfjær 8 som presser innløpsventilen 2 tilbake mot sitt sete 9.

Innløpskanalen 22 kan inneholde et strupeorgan 30 eller en lignende innsnevring med en kalibrert gjennomstrømningsåpning for å begrense strømningshastigheten av den hydrauliske væske når forbindelsesorganet 26 er åpent ved lave motorturtall.

I den viste utførelsesform er det hydraulisk betjente manøvreringsorgan 10 anordnet ved ventilløfteren, som utgjør sylinderen 20 av manøvreringsorganet 10, mens støtstangen 6 for vippearmeher forbundet med stempelet 21 i manøvreringsorganet 20. I denne spesielle utførelsesform kan utløpskanalen 25 for ut-strømning av hydraulisk væske munne ut i manøvreringsorganet 10 hovedsakelig i rett vinkel til støtaksen for innløpsventilens ventilløfter og vippearmstøtstang 6 og på en viss avstand fra den ende 23 av sylinderen 20 som er forbundet med det kinematiske system 34, for å hindre hydraulisk væske i å støtes helt ut av manøvreringsorganet 10 ved relativ bevegelse av stempelet 21 i sylinderen 20, slik det vil bli forklart nedenfor.

Når ventilfølgeren eller -trinsen 4 på ventilløfteren 5 hviler på grunnprofilet 15 av kammen 3 som vist på fig. 1-4,

vil et perifert veggparti 36 på endeflaten av den nedre ende 37

av stempelet 21 i manøvreringsorganet ligge foran den åpning 33

i manøvreringsorganet 10 som står i forbindelse med utløps-kanalen 25. Dette veggparti 36 av endeflaten er hovedsakelig flatt og ligger på en på forhånd fastlagt avstand fra den nedre kant 32 av den nevnte åpning 33 i manøvreringsorganet 10. Avstanden mellom partiet 36 av endeflaten på den nedre ende 27 av stempelet og den nedre.kant 32 av åpningen 33 vil naturligvis bestemme størrelsen av den nevnte uvirksomme eller døde bevegelse av profilen av kammen 3.

Senterlinjen gjennom åpningen 33 i manøvreringsorganet 10

er fortrinnsvis koaksial med åpningen 38 som utgjør munningen av utløpskanalen 25 (se fig. 4). Senterlinjen gjennom åpningen 33 ligger fortrinnsvis i planet for det perifere veggparti 36 av endeveggen ved den nedre ende 37 av stempelet 21 i manøvrerings-organet 10 (fig. 1 og 4).

I denne forbindelse skal det subsidiært påpekes at denne utførelse også vil medføre et dødparti eller et parti med uvirksom bevegelse i den vanlige løfteprofil for kammen 3 som ender ved D på fig. 4 og 5 (denne stilling er vist på fig. 2), svarende til en sentervinkel B på fig. 4 og 5.

For å fjerne dette uvirksomme parti ved begynnelsen av kammens løftebevegelse er det tilstrekkelig å forskyve stillingen av utløpskanalen 25 som vist strekpunktert ved 25' på fig. 4.

Her er senterlinjen gjennom den åpning 28' som utgjør munningen

av utløpskanalen 25', forskutt oppover i forhold til senterlinjen gjennom åpningen 33. Størrelsen av forskyvningen er naturligvis fastlagt på forhånd. Derved får man den løftehøydeprofil 3 9

for innløpsventilen som er vist stiplet på fig. 5 som funksjon av dreievinkelen for kamakselen 3.

Det skal også bemerkes at den ekstra forhøyning 11 fortrinnsvis er anbragt slik at den svarer til en sentervinkel som er lik en dreievinkel av kamakselen på 10-65° og fortrinnsvis 35-50°, mens punktet C hvor stengning av innløpsventilen 2 vil finne sted ved lave turtall, fordelaktig ligger nær det nedre dødpunkt for fortrinnsvis å svare til en dreievinkel av kamakselen på ca. 0-20° etter det nedre dødpunkt og aller helst en dreievinkel på 10-15° etter det nedre dødpunkt, slik at tidspunktet E for forsinket stengning av innløpsventilen 2 ligger ca. 30-65° og fortrinnsvis 50-60° etter det nedre død-punkt uttrykt som dreievinkel av kamakselen.

I henhold til en alternativ utførelsesform som er vist på fig. 7, er det hydraulisk betjente manøvreringsorgan anordnet i vippearmen 7, som da vil bestå av to deler 40, 41 som er svingbart forbundet med hinannen på en aksel 42, idet én del (40) er forbundet med støtstangen 6 og sylinderen 43 eller stempelet 44 (i utførelseseksempelet på tegningen er delen 40 vist å være forbundet med stempelet 44), mens den annen del (41) er forbundet med innløpsventilen 2 og stempelet 44 resp. sylinderen 43 av manøvreringsorganet 4 5 (i det viste eksempel er delen 41 forbundet med sylinderen 43) .

I dette tilfelle er de hydrauliske innløps- og utløpskanaler til manøvreringsorganet 4 5 boret gjennom hver sin av de deler 40, 41 som vippearmen består av. Kanalene er betegnet med 46 resp. 47 og munner ut i boringer 48 resp. 4 9 som er tildannet i vippe- . akselen 4 2 og står i forbindelse med enten en forrådstank for hydraulisk væske eller med veivkassens oljesump eller bunnpanne 35 for å danne et sluttet kretsløp. Kanalene kan naturligvis fortrinnsvis inneholde en tilbakeslagsventil og en styreventil som i de tidligere utførelsesformer i henhold til fig. 1-4. Stempelet 44 i manøvreringsorganet 4 5 har form hovedsakelig som en hul sylindrisk hylse, og kanalene 46 og 47 fører inn til manøvreringsorganet 4 5 hovedsakelig parallelt med aksen for stempelets glidebevegelse. Den indre vegg 50 av den ende 51 av sylinderen 43 som står i forbindelse med det kinematiske styresystem for innløpsventilen 2, har en ringformet rille 53 som under den relative bevegelse av stempelet 44 i manøvreringsorganet 45 danner en hydraulisk tetning mellom det ringformede endeparti 54 av stempelet 4 4 og den indre vegg 50 av enden 51 av manøv-reringsorganet 45. Et tilbakeføringsorgan 55, f.eks. en fjær,

er naturligvis med fordel anordnet mellom stempelet 44 og enden 51 av manøvreringsorganet 45.

Virkemåten av anordningen i henhold til oppfinnelsen vil nå bli beskrevet-under henvisning til den første utførelsesform, som er beskrevet under henvisning til fig. 1-6, idet det vil forstås at den også belyser virkemåten av utførelsesformen på fig. 7.

I - Start og drift ved lave turtall

Når kamfølgeren 4 på ventilløfteren 5 ligger an mot kammen

3 på kamakselen og denne står i nullstilling svarende til begynnelsen av det utfoldede innløpsparti 16 av hovedfor-høyningen 14 som vist på fig. 1 og 4, er innløpsventilen 2

stengt og ligger an mot sitt sete 9. Da motoren skal arbeide ved lave turtall og/eller startes, vil den ytre innretning 27 som reagerer på det foreliggende turtall og bare virker ved lave turtall og/eller ved start, bevirke åpning av forbindelsesorganet 26 for på denne måte å tillate den hydrauliske væske å unnslippe fra det hydraulisk betjente manøvreringsorgan 10.

Når kammen 3 dreier seg som følge av at kamakselen drives, vil forbindelsesprofilen 16 virke på kamfølgeren 4, som i sin tur vil bevege ventilløfteren 5 og sylinderen 20 i manøvreringsorganet 10, som derved vil bevege seg i forhold til stempelet 21 uten å bevege dette, idet tilbakeføringsorganet 28 skaffer en svakere kraft enn den tilbakeføringsfjær 8 som presser innløpsventilen 2 mot sitt sete 9, og forbindelsesorganet 26 er åpent og tillater utstrømning av hydraulisk væske som inneholdes i det hulrom 31 som dannes mellom sylinderen 20 og stempelet 21 (se fig. 4), og over den nedre kant 32 av den åpning 33 som står i forbindelse med utløpskanalen 25. Dette gjelder inntil den relative bevegelse medfører at åpningen 33 dekkes av stempelet 21 som vist på fig. 2. Det skal bemerkes at innløpsventilen 2 fortsatt vil ligge an mot sitt sete 9 inntil det tidspunkt som er illustrert ved punktet D på kammen på fig. 4 og i diagrammet på fig. 5. Den sentervinkel B som er definert av buen OD, representerer derfor en periode med forsinket overføring av styrevirkning fra kammen 3. Denne vinkel B er f.eks. lik en dreievinkel på 18° av kamakselen.

Ved fortsatt dreining av kamakselen vil kammen 3 beskrive en sentervinkel F med en overgangsprofil 17 av hovedforhøyningen 14. Herunder vil der finne sted løfting av innløpsventilen 2, idet stempelet 21 i manøvreringsorganet 10 har dekket åpningen

33 til utløpskanalen 25, slik at hydraulisk væske i hulrommet 31 ikke lenger kan unnslippe. Da væsken videre er inkompressibel, vil stempelet 21 være stivt forbundet med sylinderen 2 0 i manøvreringsorganet 10 og bevege seg sammen med denne. Det skal bemerkes at løftehøyden av innløpsventilen bare utgjør en del av den fulle løftehøyde på det tidspunkt G da den største høyde H

av kammen 3 (se fig. 3 og 5) nås. Den partielle løftehøyde av innløpsventilen svarer til en radial høyde 1 av den virksomme profil på kammen 3. Vinkelen F er f.eks. lik en dreievinkel på 34° av kamakselen. Under fortsatt dreining av kamakselen vil kammen beskrive vinkelen I, hvorunder det sirkelbueformede parti 18 av forhøyningen 14 på kammen gir en partiell løftehøyde av innløpsventilen 2 på en hovedsakelig konstant verdi 1 som er vesentlig mindre enn løftehøyden H ved full åpning av innløps-ventilen 2. Det skal bemerkes at det øvre dødpunkt (betegnet som PMH på fig. 5) i den viste utførelsesform hovedsakelig vil falle sammen med punktet G. Vinkelen I målt som dreining av kamakselen er f.eks. 44°.

Kammen 3 vil så beskrive en vinkel J på f.eks. 58° uttrykt som dreievinkel av kamakselen. Under denne dreining vil for-høyningen 19 bevirke full stengning av innløpsventilen 2 på tidspunktet C under virkning av returfjæren 8 i innløpsventilen 2. Som tidligere nevnt er denne returfjær 8 sterkere enn returfjæren 28, slik at det kinematiske styresystem vil være hovedsakelig i den på fig. 2 viste stilling, men med kamfølgeren 4 på punktet C på kammen 3, f.eks. 12° etter det nedre død-

punkt (PMB) .

Til sist vil kammen beskrive vinkelen A, som f.eks. kan være lik 4 0°, for på denne måte å komme frem til punktet E, idet inn-løpsventilen 2 naturligvis vil være stengt i dette tidsrom, mens trinsen 4 på ventilløfteren 5 naturligvis vil følge kamprofilen som følge av virkningen av fjæren 28, som vil forlenge seg slik at den kinematiske styrekjede vil være hovedsakelig i den stilling som er vist på fig. 1, men med trinsen 4 i punktet E på kammen. Når kammen beskriver vinkelen A, står det hydrauliske kammer 31 igjen i forbindelse med kanalene 22 og 25, slik at den igjen vil bli fylt med hydraulisk væske for å kompensere for den mengde som tidligere er blitt fortrengt.

Det vil således ses at der i den kinematiske styrekjede 34 som betjener hver innløpsventil 2, ved lave turtall innføres en periode med forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen 3, hvorved der fås en begrensning av løftehøyden av innløpsventilen samt stort sett en.reduksjon i tidsforsinkelsen for lukkingen av innløpsventilen 2. I forbindelse med kamprofilen skal det påpekes at denne reduksjon i tidsforsinkelsen svarer til vinkelen A og således er 4 0° som på ingen måte er ubetydelig.

Det skal her også påpekes at denne reduksjon av tidsforsinkelsen for stengningen av innløpsventilen 2 vil medføre en tidsforsinkelse for dens åpning svarende til vinkelen B, som er en liten vinkel pga. den skarpe stigning av kamprofilen 3 på dette sted. Denne tidsforsinkelse i åpningen av innløpsventilen 2 kan imidlertid være gunstig, idet det i noen tilfeller kan være av interesse ved høye turtall å begrense den spyling som finner sted under de innbyrdes overlappende åpningsperioder for innløps-ventilen 2 og utløpsventilen i samme sylinder, idet denne spyling kan være skadelig, da eksosgasser ved lave turtall igjen kan trekkes inn i sylinderen og innløpsmanifolden, noe som kan med-føre tilstopping eller forurensning av denne.

I forbindelse med visse typer for overladning kan det imidlertid være av interesse å la punktet for åpning av innløps-ventilen falle sammen med punktet 0 ved begynnelsen av kamprofilen 3. Dette oppnås som tidligere nevnt ved en modifikasjon av stillingen av utløpskanalen 25 til den stilling som er vist strekpunktert ved 25' på fig. 4. I dette tilfelle vil den del-vise strømming eller avlastning av hulrommet eller kammeret 31 i manøvreringsorganet 10 ikke lenger finne sted ved begynnelsen av løftebevegelsen, men ved slutten av denne, med den fordel at aksellerasjonen av innløpsventilen 2 kan overvåkes eller styres bedre, idet den ikke lenger avhenger av hydrauliske fenomener. Åpningspunktet for innløpsventilen 2 vil da være uavhengig av arbeidsmåten (om der arbeides ved lave eller høye turtall). Videre vil strupingen eller innsnevringen 30 som er nødvendig

for å redusere strømningshastigheten av hydraulisk fluidum i henhold til utførelsesformen på fig. 1-3, bli overflødig.

Den mengde hydraulisk væske som kommer inn i hulrommet eller kammeret 31, er akuurat tilstrekkelig til å fylle opp dette hulrom, idet der ikke lenger fra begynnelsen av er noen direkte forbindelse mellom hulrommet eller kammeret 31 og åpningen 38<1>ved munningen av utløpskanalen 25'.

Det skal dessuten bemerkes at skulderen 39a (se fig. 5)

av løfteprofilen for innløpsventilen 2 skyldes en periode med

delvis avtapping av hydraulisk væske fra hulrommet 31 mellom overflatepartiet 36 av stempelets endeflate og den nedre kant 32 av åpningen 33 i manøvreringsorganet 10. Det skal også bemerkes at der oppnås en delvis løfting av innløpsventilen 2, idet høyden av denne ved løfting av innløpsventilen tilsvarer avstanden mellom den øvre kant av åpningen 33 og den nedre kant av åpningen 38' ved munningen av utløpskanalen 25'.

Det skal videre bemerkes at de utførelsesformer av det hydraulisk betjente manøvreringsorgan som er vist på fig. 1-4

og 7, alltid vil inneholde hydraulisk væske mellom stempelet og sylinderen i manøvreringsorganet, slik at der på åpningstids-punktet for innløpsventilen 2 etter en stiv forbindelse mellom stempelet og sylinderen i manøvreringsorganet forekommer en hydraulisk demping som forebygger skadelig banking eller rykk. Dette er særlig fordelaktig. Matetrykket av den hydrauliske

væske er vanligvis ca. 3,5 - 7,5 bar svarende til det vanlige smøreoljetrykk i motoren. Videre vil strupeorganet 30 eller innsnevringen medføre at strømmen av hydraulisk væske er begrenset ved lave turtall, hvorved man unngår bruk av en større hydraulisk matepumpe.

II - Ved høye turtall

Når motorens turtall øker og kommer over en bestemt terskelverdi over hvilken motoren anses å gå med høyt turtall, f.eks.

for et effektivt midlere trykk på 8-12 bar, vil den ytre innretning 27 stenge forbindelsesorganet 26, slik at stempelet 21

av manøvreringsorganet 10 er permanent stivt forbundet med sylinderen 20. Der vil da ikke lenger være noen periode med forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen 3. Innretningen 27 kan, f.eks. via en tilbakekobling eller i oppfølgningsforhold ved hjelp av en mekanisk og/eller pneumatisk og/eller elektrisk innretning, reagere på motorens turtall og/eller det av motor-belastningen avhengige overladningslufttrykk og/eller den injiserte brenselmengde, som svarer til stillingen av brensel-injeksjonspumpenes tannstang for regulering av brenselstrømmen. Det skal nevnes at en kombinasjon av to eller tre av disse parametre er spesielt foretrukket, og at disse parametre vil vise om turtallet er høyt eller lavt.

Som det fremgår av fig. 6 vil løftingen av innløpsventilen 2 fra sitt sete 9 finne sted fra punktet 0 når kamfølgeren 4

fra null-punktet på kammen 3 beskriver vinklene B + F, som i det

viste tilfelle er 52°. Innløpsventilen 2 vil være fullt åpen ved punktet G, og løftehøyden er da H. Når kammen så beskriver vinkelen I, holdes innløpsventilen 2 i fullt åpen stilling, mens den når kammen 3 beskriver vinkelen J, vil stenges fra tidspunktet K inntil tidspunktet C, hvor den fortsatt er delvis åpen med et redusert passasjetverrsnitt i forhold til det maksimale tverrsnitt som svarer til full åpning av ventilen. Mens kammen til slutt beskriver vinkelen A for å gå over i grunnprofilet 15, vil innløps-ventilen 2 fortsette å stenges, slik at den er fullstendig stengt på tidspunktet D. Det skal bemerkes at åpningstiden av innløps-ventilen 2 på denne måte blir betydelig forlenget i forhold til ved lave turtall med en kam 3 med en eneste profil. Stengningen av innløpsventilen 2 ville således i det viste utførelseseksempel finne sted ved en rotasjonsvinkel av kamakselen på 52° etter det nedre dødpunkt, noe som er vesentlig senere enn den normale stengetid etter det nedre dødpunkt.

Alt i alt er det mulig med oppfinnelsen å oppnå en stengning av hver innløpsventil 2 før det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt, hvorved tidsforsinkelsen ved stengning reduseres, idet stengningen fortrinnsvis finner sted mellom 0 og 20° etter det nedre dødpunkt, hvorved det blir mulig å oppnå et maksimalt kompresjonsforhold ved lave turtall, mens åpningsperioden for hver innløpsventil 2 ved høye turtall forlenges betydelig etter det normale stengetidpunkt etter det nedre dødpunkt ved at ventilen hindres i å stenge fullstendig på det normale stengetidspunkt,

men tverrsnittet av passasjen mellom innløpsventilen 2 og dens sete 9 reduseres til en relativt liten størrelse (på fortrinnsvis 20-60 %) i forhold til det maksimale tverrsnitt som svarer til full åpning av innløpsventilen 2. På denne måte blir det mulig å oppnå et vesentlig redusert effektivt kompresjonsforhold ved de nevnte høye turtall.

Til slutt skal det påpekes at den partielle åpning av innløpsventilen 2 ved lave turtall ikke er skadelig, fordi den er tilstrekkelig stor til å sikre en riktig fylling av arbeids-sylinderen.

Forskjellige modifikasjoner kan naturligvis utføres i de beskrevne utførelsesformer. Når det hydraulisk betjente manøv-reringsorgan er anordnet i ventilløfteren, kan denne ventilløfter spesielt være forbundet enten med sylinderen eller stempelet av manøvreringsorganet, mens vippearmens støtstang kan være forbundet med stempelet resp. sylinderen. Det samme gjelder for den ut-førelsesf orm som er vist på fig. 7, hvor manøvreringsorganet er anordnet i vippearmen og den ene eller den andre av vippearmens to deler 40, 41 kan være forbundet med sylinderen, mens den annen er forbundet med stempelet.

Uttrykket "kinematisk forenlig forbindelse" betyr at forbindelsen ikke hindrer eller forstyrrer den kinematiske drift av styresystemet 34.

Det vil derfor forstås at oppfinnelsen ikke på noen måte

er begrenset til de to utførelsesformer som er beskrevet og vist,

og som bare er tatt med for å belyse oppfinnelsen. Spesielt omfatter oppfinnelsen alle organer og midler som utgjør tekniske ekvivalenter til de beskrevne organer, og kombinasjoner av slike midler under forutsetning av at de samvirker i henhold til kjernen i oppfinnelsen og faller innenfor rammen av de etter-følgende krav.

Claims (24)

1. Fremgangsmåte til å forbedre virkningsgraden av en spesielt overladet forbrenningsmotor ved selektivt å variere kompresjons-forholdét i henhold til motorens turtall, karakterisert ved at stengningen av hver innløpsventil ved lave turtall utføres før det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt, hvorved tidsforsinkelsen ved stengning reduseres, mens åpningsperioden for hver innløpsventil forlenges betydelig forbi det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt når motorens turtall øker til over en bestemt terskel som anses å innebære at motoren arbeider ved høyt turtall, ved at innløps-ventilen hindres i å stenge fullstendig på dette tidspunkt, men passasjetverrsnittet mellom innløpsventilen og ventilsetet reduseres til en verdi som er liten i forhold til det maksimale passasjetverrsnitt som svarer til full åpning av innløpsventilen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, for manøvrering av hver innløpsventil i en motor som omfatter et kinematisk styresystem som strekker seg fra kamakselen til og med innløpsventilen, karakterisert ved at der i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil innføres en periode med forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen ved lave turtall for på denne måte å skaffe den nevnte reduksjon av tidsforsinkelsen ved stengning av innløpsventilen og samtidig en begrensing av dens løftehøyde.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at perioden med forsinket overføring er innrettet til å skaffe en partiell løftehøyde av innløpsventilen svarende omtrent til en verdi på 40-80 % av den normale, totale løftehøyde av innløpsventilen, mens det reduserte passasjetverrsnitt fortrinnsvis er lik høyst 20-60 % av passasjetverrsnittet ved maksimal åpning av innløpsventilen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at stengningen av innløpsventilen ved lave turtall utføres nær det nedre dødpunkt, fortrinnsvis mellom 0 og 20° og helst mellom 10 og 15° etter det nedre dødpunkt.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det forsinkede stengetidspunkt for innløps-ventilen ved høye turtall ligger mellom 30 og 65°, fortrinnsvis mellom 50 og 60°, etter det nedre dødpunkt.

6. Anordning ved forbrenningsmotor med innløps- og utløps-ventiler, omfattende et kinematisk styresystem for hver innløps-ventil, hvilket system strekker seg fra kamakselen til og med innløpsventilen, karakterisert ved at der i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil foreligger et organ som tjener til å stenge innløpsventilen før det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt og reagerer på det til enhver tid foreliggende motorturtall, slik at det bare virker ved lave turtall, og at anordningen omfatter et organ som vesentlig forlenger åpningstiden for hver innlø psventil etter det normale stengetidspunkt etter det nedre dødpunkt ved å hindre ventilen i å stenge fullstendig på dette tidspunkt, og som bare virker ved høye turtall.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at organet til tidlig stengning ved lave turtall, omfatter et system til forsinket overføring av styrevirkningen fra kammen, idet systemet innfører en uvirksom bevegelse av kamprofilen. o

8. Anordning som angitt i krav 7 , karakterisert ved at organet til forsinket stengning av innløpsventilen ved høye turtall består av en ekstra forhøyning på hver styre-kam som styrer en innløpsventil, hvorved hver innløpsventil levnes i en reståpen stilling, samtidig som den ekstra forhøyning ved sine motsatte ender hovedsakelig kontinuerlig og gradvis går over i henholdsvis hovedforhøyningen som styrer åpningen og stengningen av innløpsventilen, og den sirkulære grunnprofil av kammen.

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at systemet for forsinket overføring består av et hydraulisk betjent stempelmanøvreringsorgan som er innskutt i det kinematiske styresystem for hver innløpsventil, hvorved dette deles opp i to avsnitt, ett som i kinematisk forenlig forhold er forbundet med sylinderen av manøvreringsorganet, og ett som er forbundet med stempelet i manø vreringsorganet, likeledes i et kinematisk forenlig forhold.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at det hydraulisk betjente manøvreringsorgan omfatter minst én innlø pskanal for en inkompressibel hydraulisk væske mellom den ende av manøvreringsorganets sylinder som er forbundet med det kinematiske styresystem, og stempelet, idet kanalen omfatter et tilbakestrømningshindrende organ, f.eks. en tilbakeslagsventil, og minst én utløpsventil som tillater væsken å unnslippe fra manøvreringsorganet, og som er forsynt med et forbindelsesorgan, f.eks. en styreventil som betjenes av en ytre innretning som reagerer på den til enhver tid foreliggende verdi av motorturtallet.

11. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert , ved at stempelmanøvreringsorganet omfatter et spesielt ettergivende tilbakeføringsorgan til å presse manøvreringsorganets stempel mot den frie ende av manøvreringsorganets sylinder som ligger motsatt av forbindelsen med det kinematiske styresystem, med en kraft som er svakere enn kraften fra den returfjær som presser innlø psventilen tilbake mot sitt sete.

12. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at innløpskanalen munner ut i motoroljesumpen og omfatter minst én matepumpe, mens utløpskanalen fortrinnsvis også står i forbindelse med denne sump.

13. Anordning som angitt i krav 9, for en motor hvis kinematiske styresystem omfatter en ventilløfter, en vippearm-støtstang og en vippearm, karakterisert ved at det hydraulisk betjente manøvreringsorgan er anbragt i ventilløfteren, som er forbundet med den ene del (sylinderen eller stempelet) av manøvreringsorganet, mens støtstangen er forbundet med den annen del av manøvreringsorganet.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at utløpskanalen for det hydrauliske fluidum munner ut i stempelmanøvreringsorganet hovedsakelig i rett vinkel til støt-aksen for innløpsventilens ventilløfter og vippearm-stø tstang og, når det er manøvreringsorganets sylinder som er forbundet med ventilløfteren, på en viss avstand fra den ende av sylinderen som er forbundet med det kinematiske styresystem, for å hindre hydraulisk væske i å støtes helt ut av manøvreringsorganet ved relativ bevegelse av stempelet i sylinderen.

15. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at det perifere veggparti av den nedre endeflate av stempelet i manøvreringsorganet ligger foran den åpning i manø vreringsorganet som står i forbindelse med utløps-kanalen for hydraulisk væske i manøvreringsorganet, når ventil-løf teren hviler på kammens grunnprofil, idet dette parti er hovedsakelig flatt og ligger på en på forhånd fastlagt avstand fra den nedre kant av den nevnte åpning.

16. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at senterlinjen gjennom den nevnte åpning i manøvreringsorganet er koaksial med åpningen i manøvrerings-organet ved enden av utløpskanalen.

17. Anordning som angitt i krav 16, karakterisert ved at innløpskanalen omfatter en strupeinnretning eller innsnevring med en kalibrert gjennomstrømningsåpning for å begrense strømmen av hydraulisk væske når det nevnte forbindelsesorgan er åpent.

18. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at den nevnte åpning ved enden av utløps-kanalen har sin senterlinje forskutt et på forhånd fastlagt stykke oppover i forhold til senterlinjen for åpningen i manøvreringsorganet og lukkes av manøvreringsorganets sylinder.

19. Anordning som angitt i krav 9 med et kinematisk styre system omfattende en ventilløfter, en vippearm-støtstang og en vippearm, karakterisert ved at det hydraulisk betjente stempelmanøvreringsorgan er anbragt i vippearmen, som består av to deler som er svingbart forbundet ved opplagring på samme tapp, idet en del er forbundet dels med støtstangen, dels med manø vreringsorganets sylinder eller stempel, mens den annen del er forbundet dels med innløpsventilen, dels med manø vreringsorganets stempel resp. sylinder.

20. Anordning som angitt i krav 19, karakterisert ved at kanalene er boret gjennom hver sin av de deler som vippearmen består av, og munner ut i boringer som er anordnet i senterlinjeaksen og står i forbindelse med enten en tilførsel av hydraulisk væske eller med veivkassens oljesump for å danne et sluttet kretsløp.

21. Anordning som angitt i krav 20, karakterisert ved at manøvreringsorganets stempel har form hovedsakelig som en hul sylindrisk hylse, mens de nevnte kanaler fører til stempel-manøvreringsorganet hovedsakelig parallelt med aksen for glide-bevegelsen av stempelet, og at den indre vegg av den ende av manø vreringsorganets sylinder som er forbundet med det kinematiske styresystem, har en rille som ved den relative bevegelse av stempelet i manøvreringsorganet danner en hydraulisk tetning mellom det ringformede endeparti av stempelet og den nevnte indre endevegg av manøvreringsorganet.

22. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at den største radiale høyde av den ekstra forhøyning i forhold til den sirkulære grunnprofil av kammen utgjør mellom 20 og 60 % av den radiale høyde av det sirkulære parti av hoved-forhøyningen i forhold til kammens grunnprofil.

23. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at den ekstra forhøyning er slik anordnet at den tilsvarer en sentervinkel på ca. 10 til 65° og fortrinnsvis 35 til 50° uttrykt som dreievinkel av kamaksen.

24. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at det parti av kamprofilet som gir en uvirksom bevegelse, er anordnet slik at det svarer til en radial høyde av kamprofilen hovedsakelig lik den største radiale høyde av den ekstra forhøyning.