DE2013611A1

DE2013611A1 - Cam shape for a jerk-free cam in a valve train for controlling internal combustion engines

Info

Publication number: DE2013611A1
Application number: DE19702013611
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing 7053 Rommels hausen Fein Lothar Dipl Ing 7012 Fell bach ArIt
Original assignee: Daimler Benz AG, 7000 Stuttgart Unterturkheim
Priority date: 1970-03-21
Filing date: 1970-03-21
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE2013611B2

Description

" Nockenform für einen ruckfreien Nocken bei einen Ventiltrieb zur Steuerung von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Nockenform für einen ruckfreien Nocken bei einem Ventiltrieb zur Steuerung von Brennkraftmaschinen, bei der mindestens noch die zweite Ableitung nach der Zeit der Hubkurve stetig ist. "Cam shape for a jerk-free cam in a valve train Control of internal combustion engines The invention relates to a cam shape for a jerk-free cams in a valve train for controlling internal combustion engines which at least the second derivative according to the time of the lift curve is continuous.

Nockenformen dieser Art sind bekannt (ATZ Jahrgang 56, Nr. 11 November 1954, Seiten 293 ff). Durch Derndinger (Dissertation "Untersuchungen über das dynamisch Verhalten der Ventile an Ver brennungsmotoren", 1959 TH Karlsruhe, Seiten 76 und 77) ist es bekannt, daß die maximale Drehzahl des Ventiltriebes erhöht werden kann, wenn man den Beschleunigungsbereich des Nockens verbreitert.Cam shapes of this type are known (ATZ year 56, No. 11 November 1954, pages 293 ff). By Derndinger (dissertation "Investigations on the dynamic Behavior of the valves on internal combustion engines ", 1959 TH Karlsruhe, pages 76 and 77) it is known that the maximum speed of the valve train can be increased, if you widen the acceleration range of the cam.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht' darin', einen ruckfreien Nocken hoher Drehzahlfestigkeit zu schaffen, der einen engen Beschleunigungsbereich aufweist. Die Verkürzung des Beschleunigungsbereiches kann zur Erzielung einer bestimmten Drehmomentcharakteristik erwünscht sein. Das schnelle Öffnen der Ein-und Auslaßventile ist insbesondere für einen hohen Füllungsgrad günstig. Beides erfordert einen stellen Verlauf der Hubkurve, so daß sich hohe Massenkräfte ergeben, die Ventilhüpfen verursachen und keine hohen Drehzahlen zulassen.The object of the invention is 'to' provide a to create jerk-free cams with high speed stability and a narrow acceleration range having. The shortening of the acceleration range can be used to achieve a certain Torque characteristics are desirable. The rapid opening of the inlet and outlet valves is particularly favorable for a high degree of filling. Both require a position Course of the lift curve, so that there are high inertia forces that cause valve hops and do not allow high speeds.

Zur Erzielung eines ruckfreien Nockens, der einen engen Beschleunigungsbereich und hohe Drehzahlfestigkeit aufweist, wird gemäß der Erfindung eine Nockenform vorgeschlagen, bei der die zweite Ableitung der Hubkurve wenigstens eines Nockenabschnittes eine oder mehrere s-förmige oder im wesentlich abgerundete, im Kurvenzug liegende Störstufen aufweist, die von dem charakteristischen Gesetz ihres Nockenabschnittes abweichen.To achieve a jerk-free cam that has a narrow acceleration range and has high speed stability, a cam shape is proposed according to the invention, in which the second derivative of the lift curve of at least one cam section is a or several S-shaped or essentially rounded disturbance steps lying in the curve which deviate from the characteristic law of their cam section.

Durch die Störstufen wird der durch den locken an sich erzeugten Grundschwingung des Stößels eine Störschwingung überlagert. Durch versuchsmäßige Auslegung und Anordnung der Störstufen in den einzelnen Nockenabschnittes kann das dynamische Schwingungsverhalten des Stößels so beeinfluß werden, daß die Staleikrafte erst bei einer höheren Grenzdrehzahl gegen 0 gehen als bei einer Nockenform ohne Störstufen.Due to the disturbance levels, the fundamental oscillation generated by the lure itself of the ram superimposed a disturbance oscillation. Through experimental design and arrangement the disturbance levels in the individual cam sections can affect the dynamic vibration behavior of the ram can be influenced so that the Stalei forces only at a higher limit speed go towards 0 than with a cam shape without disturbance levels.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Nockenform sind im folgenden anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 ein 8chaubild für die Beschleunigungskurve einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenforn, Fig. 2 ein Schaubild für die Beschleunigungskurve einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenform, Fig. 3 ein Schaubild für die Beschleunigungsform einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenform, Fig. 4 ein Schaubild für das dynamische Schwingungsverhalten eines Nockens mit der Nockenform gemäß Fig. 1, Fig. 5 ein Schaubild für die Hubkurve des bekannten Nockens von Kurz, Fig. 6 ein Schaubild für die erste Ableitung nachder Zeit der Hubkurve gemäß Fig. 5 und Fig. 7 ein Schaubild für die zweite Ableitung nach der Zeit der Hubkurve gemäß Fig. 5.Details of the cam shape according to the invention are given below with reference to of some of the embodiments shown in the drawing. In the drawing: FIG. 1 shows a diagram for the acceleration curve of a first embodiment of the cam shape according to the invention, FIG. 2 is a diagram for the acceleration curve of a second embodiment of the cam shape according to the invention, FIG. 3 is a diagram for the acceleration mode of a third embodiment of FIG cam shape according to the invention, FIG. 4 shows a diagram for the dynamic vibration behavior of a cam with the cam shape according to FIG. 1, FIG. 5 shows a diagram for the lift curve of the known cam of Kurz, Fig. 6 is a diagram for the first derivative according to the Time of the lift curve according to FIG. 5 and FIG. 7 shows a diagram for the second derivative after the time of the lift curve according to FIG. 5.

In Fig. 5 ist die Hubkurve 11 des aus der ATZ, Jahrgang 56, Nr.11, November 1954, Seiten 293 ff, bekannten Nockens von Kurz dargestellt. Hierbei ist die Ventilerhebung @ über dem Drehwinkel # der Nockenwelle aufgetragen. Der Nocken ist symmetrisch (Anlauf = Ablauf), so daß nur eine Hälfte der Hubkurve gezeigt ist. Die Bereichslänge des Nockens bzw. einer Nockenhälfte ist in den Vornockenabschnitt V4, den Beschleunigungsabschnitt 14 sowie in die beiden Verzögerungsabschnitte 24 und 34 aufgeteilt. Wie die Beschleunigungskurve 10 in Fig. 7 zeigt, ist die zweite Ableitung @" der Hubkurve s stetig, d.h. der Nocken ist ruckfrei. Dabei ist der Kurvenabschnitt 10v des Vornockens eine cosinus-Funktion, während die anschließenden Kurvenabschnitte 101 und 102 des Beschleunigungsabschnittes und des ersten Verzögerungsabschnittes des Hauptnockens sinusähnliche Funktionen darstellen. Der Kurvenabschnitt 103 des zweiten Verzögerungsabschnittes des Hauptnockens ist ein Polynom 4. Grades.In Fig. 5 the lift curve 11 is from the ATZ, year 56, number 11, November 1954, pages 293 ff, shown known cam by Kurz. Here the valve lift @ is plotted against the angle of rotation # of the camshaft. Of the Cam is symmetrical (run-up = run), so that only half of the lift curve is shown is. The area length of the cam or a cam half is in the pre-cam section V4, the acceleration section 14 and the two deceleration sections 24 and 34 split. As the acceleration curve 10 in Fig. 7 shows, the second Derivation @ "of the lift curve s is continuous, i.e. the cam is jerk-free Curve section 10v of the pre-cam has a cosine function, while the subsequent Curve sections 101 and 102 of the acceleration section and the first deceleration section of the main cam represent sine-like functions. The curve section 103 of the The second delay section of the main cam is a 4th degree polynomial.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Nockenform bzw. Hubkurve für einen ruckfreien Nocken hoher Drehzahlfestigkeit mit einem engen bzw. kurzen Beschleunigungsabschnitt zu schaffen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Beschleunigungsabschnitt 11 bzw. 12 bzw. 13 der zweiten Ableitung der Hubkurve eine Störstufe 121 bzw. 122 bzw. The object of the invention is to create a cam shape or lift curve for a jerk-free cam with high speed stability with a narrow or to create a short acceleration section. This task is according to the invention solved in that in the acceleration section 11 or 12 or 13 of the second Deriving the lift curve a disturbance level 121 or 122 or

123 vorgesehen ist. Es können auch zwei oder mehr dieser von dem charakteristischen Gesetz des Beschleunigungsabschnittes 11 bzw. 123 is provided. There can also be two or more of these characteristic law of the acceleration section 11 or

12 bzw. 13 abweichenden Störstufen in einem Abschnitt vorhanden sein. Die Störstufen können auch für einen oder beide Verzögerungs abschnitte 21 und 31 usw. Anwendung finden. Die Störstufen können in den beiden Beschleunigungsabschnitten von Anlauf- und Ablaufbereich des Nockens symmetrisch oder unsymmetrisch zueinander angeordnet sein. Bei symmetrischer Anordnung liegt die Störstufe des Anlaufbereiches zum Beispiel im ansteigenden Kurvenast des Beschleunigungsabschnittes und die korrespondierende Störstufe des Ablaufbereiches des Nockens in absteigenden Kurvenast des anderen Beschleunigungsabschnittes. Bei unsymmetrischer Anordnung der Störstufen liegen letztere entweder in den absteigenden oder in den ansteigenden Kurvenästen beider Beschleunigungsabschnitte von Anlauf- und Ablaufbereich des Nockens. 12 or 13 different interference levels may be present in a section. The interference stages can also for one or both delay sections 21 and 31 etc. apply. The interference levels can be in the two acceleration sections the starting and stopping areas of the cam are symmetrical or asymmetrical to each other be arranged. In the case of a symmetrical arrangement, the interference level is in the start-up area for example in the ascending branch of the curve of the acceleration section and the corresponding one Disturbance level of the output range of the cam in the descending branch of the curve of the other Acceleration section. In the case of an asymmetrical arrangement of the interference levels the latter either in the descending or in the ascending branches of the curve of both Acceleration sections of the approach and run-off area of the cam.

Die Störstufen dürfen keine Unstetigkeitsstellen bilden, können im übrigen aber einen beliebigen Gesetz gehorchen. Die Störstufen 121 bis 123 sind im wesentlichen s-förmig ausgebildet und stellen sinusähnlicho Funktionen dar.The disturbance levels must not form any points of discontinuity but others obey any law. The disturbance levels 121 to 123 are essentially S-shaped and represent sinusoidal functions.

Es wurde gefunden, daß die von den Störstufen erzwungenen Sekundärschwingungen, die sich der vom Hauptnocken erzeugten Grundschwingung des Ventiltriebe überlagern, bei entsprechender versuchsmäßiger Abstimmung in Bezug aui Anzahl und Anordnung der Störstufen in den einzelnen Nockenabschnitten des jeweiligen Nockens günstig auf das dynamische Schwingungsveralten des Ventiltriebes auswirken. Dies wird aus Fig. P deutlich, in der die dynamische Stößelkraft P über der Bereichslänge LN des Nockens aufgetragen ist. Die strichpunktiert gezeichnete Kurve 13 gibt den Verlauf der Stößelkraft bei eines locken ohne Störstufen bei einer konstanten Drehzahl an. Infolge der nach 0 gehenden Stößelkraft kann die Drehzahl dieses Nockens nicht mehr ohne weiteres gesteigert werden.It was found that the secondary oscillations forced by the disturbance stages, which are superimposed on the fundamental oscillation of the valve train generated by the main cam, with appropriate trial coordination in terms of number and arrangement the disturbance levels in the individual cam sections of the respective cam affect the dynamic vibration behavior of the valve train. This will be off Fig. P clearly, in which the dynamic ram force P over the area length LN of the Cam is applied. The dash-dotted curve 13 shows the course the ram force with a lure without disturbance levels at a constant speed. As a result of the tappet force going to 0, the speed of this cam can no longer be used can easily be increased.

Die Kurve 14 zeigt den Verlauf der Stößelkraft bei gleicher Drehzahl für einen locken alt der Nochenform gemäß Fig. 1, bei der im ansteigenden Kurvenast des Beschleunigungsabschnittes 11 eine s-förmige Störstufe 121 vorgesehen ist. Die Stößelkraft geht bei diesem Nocken noch nicht gegen O, so daß dessen maximale Grenzdrehzahl höher liegt. Bei diesem erfindungsgemäßen Nocken ist es demnach möglich, den Beschleunigungsabschnitt enger bzw. kürzer zu gestalten, ohne daß dessen Grenzdrehzahl kleiner wird als die Grenzdrehzahl des bekannten lockens gemäß der Kurve 13.The curve 14 shows the progression of the ram force at the same speed for a curl old of the nodule shape according to FIG. 1, in the case of the ascending branch of the curve of the acceleration section 11, an S-shaped disturbance stage 121 is provided. the With this cam, the tappet force does not yet approach 0, so that its maximum limit speed higher. In this cam according to the invention, it is therefore possible to use the acceleration section to make narrower or shorter without its limit speed is less than the Limit speed of the known lure according to curve 13.

Claims

Claim:

Cam shape for a jerk-free cam in a valve train for control of internal combustion engines, in which at least the second derivative according to time the lift curve is continuous, characterized in that the second derivative of the lift curve at least one cam section (11 or 12 or 1.3) one or more s-shaped or essentially rounded disturbances (121 or 122 or 123), which depends on the characteristic law of their cam section (11 or 12 or 13) differ.