DE19931129A1 - Timing gear for 4-stroke combustion engines has valve lifter connected to hydraulic control piston, and two cylinder pressure chambers connected to pressure source/reducer via rotary slide valves - Google Patents
Timing gear for 4-stroke combustion engines has valve lifter connected to hydraulic control piston, and two cylinder pressure chambers connected to pressure source/reducer via rotary slide valvesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor und beschäftigt sich mit dem Problem, eine Einrichtung zu schaffen, mit der diese Steuerung mög lichst reibungsarm erfolgen kann.The invention relates to a valve control in a 4-stroke internal combustion engine and deals with the problem to create a facility with which this control is possible as little friction as possible.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ventilsteuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This task is solved by valve control with the Features of claim 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü che. Dabei beziehen sich die Ansprüche 8 bis 11 auf eine mo tordrehzahlabhängige Veränderbarkeit der Motorventil- Steuerzeiten. Durch eine Variation der Steuerzeiten ist es möglich, den Füllungsgrad der Zylinder drehzahlabhängig zu gestalten. Dabei ist es insbesondere möglich, eine Über schneidung der Ventilzustände im unteren Drehzahlbereich des Motors klein zu gestalten. Mit zunehmender Drehzahl kann sich die Überschneidung vergrößern, um dadurch Frischgasver luste auf einen minimalen Wert regulieren zu können.Appropriate configurations are the subject of the subclaims che. The claims 8 to 11 relate to a mo variability of the engine valve depending on the Tax times. By varying the timing, it is possible, the degree of filling of the cylinders depending on the speed shape. It is particularly possible to have an over intersection of the valve states in the lower speed range of the To make motors small. With increasing speed can the overlap increases, thereby fresh gas ver to be able to regulate to a minimum value.
Ein nachstehend noch näher beschriebenes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment described in more detail below is shown in the drawing.
In dieser zeigen jeweils schematisch In this each show schematically
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ventil mit zugeordneter Steuereinrichtung, Fig. 1 shows a section through a valve with associated control means,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ventilsteue rung nach Fig. 1 für mehrere Ventile eines Verbren nungsmotors, Fig. 2 is a perspective view of a Ventilsteue tion of FIG. 1 for a plurality of valves of a Burn voltage motors,
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III durch die Steuer einrichtung in Fig. 1 in einer alternativen Ausfüh rung zur Variation der Steuerzeiten, Fig. 3 is a section according to line III-III 1 device by the control in Fig. In an alternative exporting tion for varying the control times,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 4 shows a section according to line IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 3. Fig. 5 shows a section according to line VV in Fig. 3.
Vier mit A, B, C, D bezeichnete Ein- oder Auslaßventile ei nes Verbrennungsmotors werden hydraulisch gesteuert.Four intake or exhaust valves labeled A, B, C, D internal combustion engine are hydraulically controlled.
Zu diesem Zweck ist ein Ventilstößel 1 eines Ventiles mit einem Steuerkolben 2 eines Stellzylinders 3 verbunden. Der Steuerkolben 2 trennt in dem Stellzylinder 3 zwei Druckräume voneinander und zwar einen ersten Druckraum 4 von einem zweiten Druckraum 5. Jeder der beiden Druckräume 4, 5 be sitzt jeweils einen Einlaß 6 und einen Auslaß 7.For this purpose, a valve tappet 1 of a valve is connected to a control piston 2 of an actuating cylinder 3 . The control piston 2 separates two pressure chambers from one another in the actuating cylinder 3, specifically a first pressure chamber 4 from a second pressure chamber 5 . Each of the two pressure chambers 4 , 5 each have an inlet 6 and an outlet 7 .
Die Ein- und Auslässe 6 und 7 sind jeweils mit einer Steuer einrichtung 8 verbunden, aus der die Einlässe 6 mit unter Druck stehendem Hydrauliköl beaufschlagt werden und in die aus den Auslässen 7 Hydrauliköl abfließen kann. Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung 8 einerseits mit einer Druckquelle und andererseits mit einer Drucksenke verbunden. Die Druckquelle kann eine Förderpumpe sein, während die Drucksenke der Kurbelraum eines Verbrennungsmotors sein kann.The inlets and outlets 6 and 7 are each connected to a control device 8 , from which the inlets 6 are pressurized with hydraulic oil and into which hydraulic oil can flow out of the outlets 7 . For this purpose, the control device 8 is connected on the one hand to a pressure source and on the other hand to a pressure sink. The pressure source can be a feed pump, while the pressure sink can be the crank chamber of an internal combustion engine.
Die Funktion der Steuereinrichtung 8 im Zusammenwirken mit dem Stellzylinder 3 wird nachfolgend mit Bezug auf lediglich einen Stellzylinder 3 für ein Ventilstößel 1 beschrieben.The function of the control device 8 in cooperation with the actuating cylinder 3 is described below with reference to only one actuating cylinder 3 for a valve lifter 1 .
In der Steuereinrichtung 8 sind vier Drehschieberventile 9 drehbar gelagert. Die Drehachsen verlaufen parallel zueinan der. Die Drehschieber dieser Ventile sind kreiszylindrische Rohrabschnitte mit Steueröffnungen 10. Jedem Drehschieber ventil 9 ist in dem diesem lagernden Gehäuse der Steuerein richtung 8 eine Einlaß- oder Auslaßöffnung 11 bzw. 12 zuge ordnet. Der zentrale Hohlraum jedes Drehschieberventiles 9, dem jeweils eine Auslaßöffnung 12 zugeordnet ist, ist einer Druckquelle zugeordnet. Entsprechend sind die Drehschieber ventile 9, denen eine Einlaßöffnung 11 zugeordnet ist, mit einer Drucksenke verbunden.Four rotary slide valves 9 are rotatably supported in the control device 8 . The axes of rotation run parallel to each other. The rotary valves of these valves are circular cylindrical tube sections with control openings 10 . Each rotary valve 9 is in the housing of this Steuerein direction 8 an inlet or outlet opening 11 or 12 assigned . The central cavity of each rotary slide valve 9 , which is assigned an outlet opening 12 , is assigned to a pressure source. Accordingly, the rotary valve 9 , which is assigned an inlet opening 11 , connected to a pressure sink.
Die Drehschieber der Drehschieberventile 9 können gegensei tig miteinander verzahnt sein, wozu deren Drehachsen in den Ecken eines Quadrates liegen. Die ineinandergreifenden Zahn räder der Drehschieberventile 9 sind mit 14 bezeichnet.The rotary slide valve of the rotary slide valve 9 can be interlocked with each other, for which purpose the axes of rotation are in the corners of a square. The interlocking toothed wheels of the rotary slide valves 9 are designated 14 .
Die Steueröffnungen 10 der einzelnen Drehschieber sind um fangsmäßig hinsichtlich ihrer Lage und Größe so ausgeführt, daß die Druckräume 4 und 5 des Stellzylinders 3 jeweils mit Drucköl versorgt oder von Drucköl befreit werden können. Für eine solche richtige Zuordnung sind die Drehrichtungen der vier Drehschieber der Drehschieberventile 9 entsprechend ausgelegt. Mögliche Drehrichtungen der vier Drehschieber der Drehschieberventile 9 sind in der Zeichnung durch Drehrich tungspfeile angegeben.The control openings 10 of the individual rotary slide valves are designed in terms of position and size so that the pressure chambers 4 and 5 of the actuating cylinder 3 can each be supplied with pressure oil or can be freed from pressure oil. The directions of rotation of the four rotary slide valves of the rotary slide valve 9 are designed accordingly for such a correct assignment. Possible directions of rotation of the four rotary valves of the rotary valve 9 are indicated in the drawing by direction arrows.
Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung funktioniert mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung wie folgt.The valve control according to the invention works with the Setup described above as follows.
Die gegeneinander verzahnten Drehschieber der Drehschieber ventile 9 werden mit einer für die Ventilsteuerung gewünsch ten Taktfrequenz angetrieben, die beispielsweise der Kurbel wellendrehung des Verbrennungsmotors entnommen werden kann.The mutually toothed rotary valve of the rotary valve 9 are driven with a desired clock frequency for the valve control th clock frequency, which can be found, for example, the crank shaft rotation of the internal combustion engine.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Zustand befindet sich der Ventilstößel 1 zusammen mit dem Steuerkolben 2 des Stellzylinders 3 in der oberen Totpunktlage, das heißt, das Ventil ist in diesem Zustand geschlossen.In the state shown in the drawing, the valve tappet 1, together with the control piston 2 of the actuating cylinder 3, is in the top dead center position, that is to say the valve is closed in this state.
Drehen die Drehschieber der Drehschieberventile 9 in dem in der Zeichnung eingetragenen Drehsinn, so wird das dem Ven tilstößel 1 zugeordnete Ventil geöffnet. Der Druckraum 4 des Stellzylinders 3 wird aus dem Drehschieberventil 9.1 über eine zu dem Einlaß 6.1 des Stellzylinders 3 führende Leitung mit Hydrauliköl aus einer Druckquelle versorgt. Bei diesem Zustand ist der Auslaß 7.2 des Stellzylinders 3 verschlos sen. Hierfür sorgt die entsprechende Stellung des Drehschie bers 9.2, dessen zugeordnete Einlaßöffnung 11 des Gehäuses der Steuereinrichtung 8 über eine Verbindungsleitung mit dem Auslaß 7.2 der Druckkammer 4 verbunden ist. In diesem Zu stand wird die Druckkammer 4 also unter Druck gesetzt und hat das Bestreben, sich zu vergrößern. Damit sie dies kann, muß aus der Druckkammer 5 Hydrauliköl ausströmen können. Dies ermöglicht die Stellung der Steuerschieber 9.3 und 9.4. Während der Steuerschieber 9.3, dessen in dem Gehäuse der Steuereinrichtung 8 zugeordnete Auslaßöffnung 12 über eine Verbindungsleitung mit dem Einlaß 6.3 der Druckkammer 5 des Stellzylinders 3 verbunden ist, einen Hydraulikölzufluß in die Kammer 5 unterbindet, sorgt die Stellung des Drehschie bers 9.4 dafür, daß Hydrauliköl aus dem Auslaß 7.4 über eine Verbindungsleitung durch die Einlaßöffnung 11 über das Inne re dieses Drehschiebers 9.4 in eine Drucksenke abfließen kann. Der Ventilstößel 1 kann somit in Richtung seiner unte ren Totpunktstellung wandern, in der das zugeordnete Ventil des Verbrennungsmotors geöffnet ist.Rotate the rotary valve of the rotary valve 9 in the direction of rotation shown in the drawing, the Ven tilstößel 1 associated valve is opened. The pressure chamber 4 of the actuating cylinder 3 is supplied with hydraulic oil from a pressure source from the rotary slide valve 9.1 via a line leading to the inlet 6.1 of the actuating cylinder 3 . In this state, the outlet 7.2 of the actuating cylinder 3 is closed. This is ensured by the corresponding position of the rotary slide valve 9.2 , whose associated inlet opening 11 of the housing of the control device 8 is connected via a connecting line to the outlet 7.2 of the pressure chamber 4 . In this state, the pressure chamber 4 is therefore pressurized and tends to enlarge. So that it can do this, hydraulic oil must be able to flow out of the pressure chamber 5 . This enables the position of the spool 9.3 and 9.4 . While the control slide 9.3 , in the housing of the control device 8 associated outlet opening 12 is connected via a connecting line to the inlet 6.3 of the pressure chamber 5 of the actuating cylinder 3 , prevents hydraulic oil flow into the chamber 5 , the position of the rotary slide valve 9.4 ensures that hydraulic oil can flow from the outlet 7.4 via a connecting line through the inlet opening 11 via the inner re of this rotary valve 9.4 into a pressure sink. The valve lifter 1 can thus move in the direction of its bottom dead center position, in which the associated valve of the internal combustion engine is open.
Anschließend wird durch die nächste Stellung der Drehschie ber 9 eine umgekehrte Druckbeaufschlagung der Druckkammern 4 und 5 eingeleitet, wodurch der Kolben 2 mit dem an diesem befindlichen Ventilstößel 1 zum Schließen des Ventiles in seine obere Totpunktlage bewegt wird. Diese Bewegungsabläufe wiederholen sich sodann periodisch mit der der Steuerein richtung 8 aufgegebenen Taktfrequenz.Then, through the next position of the rotary slide 9, a reverse pressurization of the pressure chambers 4 and 5 is initiated, whereby the piston 2 with the valve lifter 1 located thereon is moved to close the valve into its top dead center position. These movements are then repeated periodically with the Steuerein direction 8 abandoned clock frequency.
Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 8 können eine Vielzahl von Stellzylindern 3 und damit Ventile gleichzeitig gesteuert werden. Zu diesem Zweck sind die Drehschieber der Drehschieberventile 9 lediglich als aneinandergereihte Ab schnitte entsprechender in der Steuereinrichtung 8 gelager ter Rohre auszubilden, wobei jedem Drehschieberventil 9 ent sprechende Ein- und Auslaßöffnungen 11 und 12 zuzuordnen sind. In der Zeichnung ist dies schematisch in der Fig. 2 angedeutet. Für die Drehschieber der Drehschieberventile 9 ist jeweils ein einziger Antrieb ausreichend, wenn die Dreh schieber der Drehschieberventile 9 über Zahnräder 14 inein andergreifen. Für den Antrieb reicht dann bereits ein in ei nes der Zahnräder 14 eingreifendes Antriebsritzel 15 einer Antriebseinrichtung aus. Der Antrieb der Antriebseinrichtung kann von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausgehen.With the control device 8 according to the invention, a plurality of actuating cylinders 3 and thus valves can be controlled simultaneously. For this purpose, the rotary valve of the rotary valve 9 are formed only as lined up sections from corresponding in the control device 8 stored ter tubes, each rotary valve 9 corresponding inlet and outlet openings 11 and 12 are assigned. In the drawing, this is indicated schematically in FIG. 2. For the rotary valve of the rotary valve 9 , a single drive is sufficient if the rotary valve 9 of the rotary valve 9 engage with each other via gears 14 . A drive device 15 which engages in egg nes of the gear wheels 14 is then sufficient for the drive. The drive device can be driven by the crankshaft of the internal combustion engine.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Steuereinrichtung 8, mit der eine Veränderbarkeit der Steuerzeiten für die Ventilbetäti gung möglich ist. FIGS. 3 to 5 show a control device 8, the supply with a variability of the timing for the Ventilbetäti is possible.
Um die Veränderbarkeit erreichen zu können, sind die Dreh schieberventile als Hohlkolben 16 ausgeführt. Diese Hohlkol ben 16 sind in der Art eines Kolbens einer hydraulischen Stellzylindereinrichtung innerhalb des Gehäuses der Steuer einrichtung 8 verschiebbar. Die zum Verstellen erforderliche Hydraulikflüssigkeit ist durch den Pfeil H angedeutet und gelangt durch die Öffnungen 17 in das Gehäuse der Steuerein richtung 8 zur Beaufschlagung der Hohlkolben 16. Die Hohl kolben 16 sind an ihrem anderen Ende durch Federn 18 beauf schlagt, die kraftmäßig der Hydraulikflüssigkeitsbeaufschla gung durch die Öffnungen 17 entgegengerichtet sind.In order to be able to achieve the changeability, the rotary slide valves are designed as hollow pistons 16 . These Hohlkol ben 16 are in the manner of a piston of a hydraulic actuating cylinder device within the housing of the control device 8 displaceable. The hydraulic fluid required for adjustment is indicated by the arrow H and passes through the openings 17 in the housing of the Steuerein device 8 to act upon the hollow piston 16th The hollow pistons 16 are struck at their other end by springs 18 , which are forcefully opposed to the hydraulic fluid supply through the openings 17 .
Die Steueröffnungen 10 in den Hohlkolben 16 besitzen in axialer Richtung umfangsmäßig unterschiedlich große Bogenma ße, was über entsprechend geformte Steuerkanten 19 bewirkt wird. Je nach axialer Stellung der Drehschieberventile, das heißt der Hohlkolben 16, besitzen die Steueröffnungen 10 ein umfangsmäßig größeres oder kleineres Bogenmaß, durch das sich unterschiedliche Steuerzeiten für die Betätigung des Motorventiles ergeben. The control openings 10 in the hollow piston 16 have in the axial direction circumferentially different sizes Bogenma ß, which is effected via appropriately shaped control edges 19 . Depending on the axial position of the rotary slide valves, that is to say the hollow piston 16 , the control openings 10 have a larger or smaller circumferential arc dimension, which results in different control times for the actuation of the engine valve.
Das für die Betätigung des Motorventiles notwendige Hydrau liköl wird der Steuereinrichtung 8 mit Bezug auf die Achsen der Hohlkolben 16 radial zu- bzw. daraus radial abgeführt durch Öffnungen 20 bzw. 21. Dabei ist die Öffnung 20 mit der Druckquelle für die Hydraulikflüssigkeit und die Öffnung 21 mit der betreffenden Drucksenke verbunden. Mit dem jeweili gen Hohlraum der Hohlkolben 16 sind die Öffnungen 20 und 21 über einen in dem Gehäuse der Steuereinrichtung 8 vorgesehe nen Ringkanal 22 und jeweils in zugeordneten Umfangsberei chen des Hohlkolbens 16 angeordnete, radial verlaufende Öff nungen 23 verbunden.The hydraulic oil necessary for the actuation of the engine valve is radially supplied to the control device 8 with respect to the axes of the hollow pistons 16 or is radially removed therefrom through openings 20 and 21 . The opening 20 is connected to the pressure source for the hydraulic fluid and the opening 21 is connected to the relevant pressure sink. With the jeweili gen cavity of the hollow plunger 16, the openings 20 and 21 are voltages 23 connected via a in the housing of the control device 8 NEN annular channel pre see 22 and respectively assigned peripheral preparation of the hollow piston surfaces 16 disposed radially extending Publ.
Aus den Fig. 4 und 5 sind die je nach axialer Stellung der Hohlkolben 16 sich ergebenden Öffnungs-Bogenmaße der Steuer öffnungen 10 dargestellt. Die Bogenmaße sind dort durch die Winkel α gekennzeichnet. Dabei sind diese Winkel allerdings lediglich für den in der Fig. 3 linken Hohlkolben 16 angege ben. Einem Vergleich der Fig. 4 und 5 ist jedoch deutlich zu entnehmen, daß auch das Bogenmaß der Steueröffnung 10 des rechten Hohlkolbens in der Fig. 4 größer als dasjenige in der Fig. 5 ist.From FIGS. 4 and 5, depending on the axial position of the hollow piston 16 resulting opening arc dimensions of the control openings 10 is shown. The radians are identified by the angle α. However, these angles are only given for the left-hand hollow piston 16 in FIG. 3. A comparison of FIGS. 4 and 5 clearly shows, however, that the radian of the control opening 10 of the right-hand hollow piston in FIG. 4 is also larger than that in FIG. 5.
Claims (11)
- - ein Ventilstößel (1) fest mit einem Steuerkolben (2) eines hydraulischen Stellzylinders (3) verbunden ist,
- - der Steuerkolben (2) in dem Stellzylinder (3) zwei mit ei nem Ein- und einem Auslaß (6 bzw. 7) versehene Druckräume (4, 5) voneinander trennt,
- - der Einlaß (6) mit einer Druckquelle und der Auslaß (7) mit einer Drucksenke mit Hilfe einer Steuereinrichtung (8) derart verbindbar sind, daß der Ventilstößel (1) das be treffende Ventil taktgesteuert öffnen und schließen kann.
- - A valve tappet ( 1 ) is firmly connected to a control piston ( 2 ) of a hydraulic actuating cylinder ( 3 ),
- - The control piston ( 2 ) in the actuating cylinder ( 3 ) separates two pressure chambers ( 4 , 5 ) provided with an inlet and an outlet ( 6 or 7 ),
- - The inlet ( 6 ) with a pressure source and the outlet ( 7 ) with a pressure sink with the aid of a control device ( 8 ) can be connected such that the valve tappet ( 1 ) can open and close the valve concerned be clocked.
- - die Drehschieberventile (9) sind axial verschiebbar,
- - das umfangsmäßige Bogenmaß der Steueröffnungen (10) vari iert über die axiale Länge dieser Steueröffnungen,
- - je nach axialer Stellung der Drehschieberventile (9) ist eine bogenmäßig unterschiedlich große Steueröffnung (10) steuerwirksam.
- - The rotary slide valves ( 9 ) are axially displaceable,
- - The circumferential radian measure of the control openings ( 10 ) varies over the axial length of these control openings,
- - Depending on the axial position of the rotary slide valves ( 9 ), a control opening ( 10 ) of different arches is tax effective.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |