DE3037652A1

DE3037652A1 - Cam for operating IC engine valves - has section of zero acceleration on opening or closing profile section

Info

Publication number: DE3037652A1
Application number: DE19803037652
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Deschler; Hans Ing.(grad.) 8506 Langenzenn Gebhardt; Dieter 8500 Nürnberg Wittmann
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3037652C2

Abstract

The engine has valves which are operated by cams on a camshaft. As the lobe of each cam opens the corresponding valve the cam follower accelerates and then decelerates. The cam profile is laid out so that there is a section (B) of zero acceleration between the accelerating and decelerating sections. This secures the formation of a good lubricating film on the cam surface in spite of high rates of acceleration and deceleration which are required for large valve openings. The zero acceleration section can be either on the valve opening or on the valve closing side of the cam lobe.

Description

Antriebsnocken zur St:ellerung von Ventilen mit großenDrive cams for adjusting large valves

Öffnungswinkeln Die vorliegende Erfindun(l bezieht sich auf einen Nocken, d.h. die Nockenform zur Steuerung von Ventilen mit grossen Öffnungswinkeln. Dabei ist der Antriebsnocken für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Auflademotoren bestimmt. Opening angles The present invention relates to a Cam, i.e. the cam shape for controlling valves with large opening angles. The drive cam is for reciprocating piston engines, especially supercharging engines certainly.

Nocken zur Steuerung von Ventilen über einen großen öffnungswinkel, wie sie beispielsweise bei Auflademotoren eingesetzt werde, haben den Nachteil einer geringen Völligkeit, wenn auf einen guten Schmierfilmaufbau im Bereich der Nockenspitze Weert gelegt wird In der Veröffentlichung (Nockenauslegung für Flachstößel unter Beachtung elasto - hydrodynamischer Schmierung; MTZ Motortechnische Zeitschrtft 1978, Ileft 3, S. 123 ff.) wird der Zusammenhang zwischen Schmierfilmbildung, Verzögerungsverlauf der Ventilstößelbeschleunigung und Völligkeit der Ventilhubkurve aufgezeigt In diesem Aufsatz wird belegt , daß mit der Wahl der Steuerzeit auch der Grundkreis-Durchmesser eines Nockens festgelegt wird und Nocken für Auflademotoren eher zu kleineren Grund- kreis-Durchmessern tendieren als Nocken für Saugmotoren.Cams for controlling valves over a large opening angle, as they are used, for example, in supercharging engines, have the disadvantage of a low degree of completeness if there is a good build-up of a lubricating film in the area of the cam tip Weert is placed in the publication (cam design for flat tappets under Observance of elasto-hydrodynamic lubrication; MTZ engine technology magazine 1978, Ileft 3, p. 123 ff.) The relationship between the formation of a lubricating film and the course of the delay the valve tappet acceleration and completeness of the valve lift curve shown in this The article proves that with the choice of the control time, the base circle diameter is also determined of a cam and cams for supercharging engines tend to be smaller basic circle diameters tend as cams for naturally aspirated engines.

Aus Festigkeitsgründen der Welle und der mit kleineren Grundkreisdurchmessern verbundenen Erhöhung der Hertzpressung kann der Wellendurchmesser nicht ohne Einschränkung verkleinert werden. Außerdem sind vielfach die Steuerzeiten und damit auch die öffnungswinkel von Ein- wie Auslaß unterschiedlich, so daß für optimale Schmierverhältnisse unter Berücksichtigung hoher Völligkeit der Ventilhubkurve unterschiedliche Durchmesser zur Anwendung kämen. Aus Cründe wirtschaftlicher Fertigung hingegen und zur Vermeidung von Verwechslungen bei der Herstellung der Nockenwellen sind aber unterschiedliche Nockengrundkreis-Durchmesser unüblich.For reasons of strength of the shaft and those with smaller base circle diameters associated increase in Hertz pressure can not be the shaft diameter without restriction can be reduced in size. In addition, the control times and thus also the opening angle are often of inlet and outlet different, so that for optimal lubrication conditions under Taking into account the high degree of completeness of the valve lift curve, different diameters would be used. For reasons of economic production, however, and to avoid it However, there are different levels of confusion in the manufacture of the camshafts Cam base circle diameter unusual.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenform anzugeben, bei der eine gute Schmierflimbildung über den ganzen Nockenbereich selbst bei großen Öffnungswinkeln garantiert ist. Dabei geht der Erfindung die Erkenntnis voraus, daß die Völligkeit des Ventilhubes in direktem Zusammenhang mit der Öffnungsbeschleunigung steht. Sie muB deshalb im Bereich der Flanke möglichst hoch gewählt werden. Für eine gute Schmierfilmbildung in dem gefährdeten Bereich der Nockenspitze ist eine hohe Verzögerung erforderlich. Belde Forderungen, nämlich hohe Beschleunigung im Flankenbereich und hohe Verzögerung im Spitzenbereich widersprechen aber eLnander und iassen sich bei langen Steuerzeiten mit herkömmlichen Nockenformen nicht erfüllen.The object of the invention is to provide a cam shape in which a good smear formation over the entire cam area even with large opening angles is guaranteed. The invention is preceded by the knowledge that the completeness of the valve lift is directly related to the opening acceleration. she must therefore be selected as high as possible in the area of the flank. For a good formation of a lubricating film A high deceleration is required in the endangered area of the cam tip. Belde demands, namely high acceleration in the edge area and high deceleration In the top range, however, they contradict each other and allow themselves to be taken with long control times do not meet with conventional cam shapes.

Ein Antriebsnocken mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ermöglicht aber trotz Erfüllung der beiden vorgenannten Forderungen eine gute hydrodynamische Schmierung über den gesamten Nockenbereich und insbesondere auch im Bereich der Nockensp@ @ze, und zwar bei einer optimalen Völligkeit de@ Vent@@hubkurve.A drive cam with the features of claim 1 enables but despite the fulfillment of the two aforementioned requirements, a good hydrodynamic Lubrication over the entire cam area and especially in the area of the Nockensp @ @ze, with an optimal completeness de @ Vent @@ lift curve.

Gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung wird der Nockenbeschleunigungsverlauf gestreckt, und zwar durch Einschalten mindestens eines Null-Beschleunigungsbereiches.According to the proposal according to the invention, the cam acceleration curve stretched by switching on at least one zero acceleration range.

Dieser erfindungsgemäß vorzusehender Null-Beschleunigungsbereich kann gemäß vorteilhafter Weiterbildungen des Erfindungsgedankens zwischen Flanke und Spitze, und zwar sowohl auf der Öffnungs- als auch auf der Schließseite der Nockenkontur oder aber auch durch Einfügung eines Ruhekreises in de@ N@@kenspitze erfolgen. Dabei hat die Einfügung eines Ruhekreises in der Nockenspitze die Folge, daß dit! Verzögerung von einem maximalen Wert in einem festzusetzenden Bereich auf Null zurUckgeht, um anschließend den Ausgangswert wieder zu erreichen. Dabei ist gemäß et einer Weiterbildung der Erfindung aus Gründen eines ausgewogenen Schwingungsverhaltens der Ubergang duf Null stetig, also ruckfrei zu vollziehen. Entsprechend dem Vorschlag über optimale elast o - hydrodynamische Schmierung gemäß der oben genannten Veröffentlichung ist der Übergang so zu wählen, daß ein rascher Schmierzahl-Nulldurchgang garantiert ist.This zero acceleration range to be provided according to the invention can according to advantageous developments of the inventive concept between flank and Point, both on the opening and closing side of the cam contour or by inserting a rest circle in de @ N @@ kenspitze. Included the insertion of a rest circle in the cam tip has the consequence that dit! delay goes back to zero from a maximum value in a range to be set to then to reach the initial value again. According to et a further training the invention for reasons of a balanced vibration behavior of the transition duf zero steadily, i.e. to be carried out without jerks. According to the suggestion about optimal elast o - hydrodynamic lubrication according to the above publication the transition should be chosen so that a rapid zero-passage lubrication number is guaranteed is.

Zum besseren Verständnis dett vorstehenden Ausführungen werden im folgenden an Hand einiger Nockenformen und der zugehörigen Ueschltturriyumgsk urven die Zusammenhänge nochmals dargestellt.For a better understanding of the above explanations are in following on the basis of some cam shapes and the associated Ueschltturriyumgsk curves the relationships are shown again.

In den Zeichnunyen zeigen Fig. 1 den Beschleunigungsveriauf eines Ventils an einem Nocken mit Nullbeschleunigungsbereichen zwischen Flanke und Spitze, Fig.2 den Beschleunigungsvel @auf bei einem Nocken mit Nullbeschleunigung an der Spitze, Fig.3 die Nockenform mit einem Nullbeschleunigungsbereich der Anstiegs@lanke, Fig.4 einen Vergleich zwischen herkömmlicher Nockenform und einer Nockenfol-m mit einem Nullbeschleunigungsbereich in der Spitzo und Fig.5 eine Nockenform mit Nullbeschleunigung an der Spitze mit eingezeichneten Übergangbereichen.In the drawings, Fig. 1 shows the acceleration process of a Valve on a cam with zero acceleration ranges between flank and tip, Fig. 2 the acceleration level @auf for a cam with zero acceleration on the Tip, Fig. 3 the cam shape with a zero acceleration range of the slope, 4 shows a comparison between a conventional cam shape and a cam follower with a zero acceleration range in the Spitzo and FIG. 5 a cam shape with zero acceleration at the top with marked transition areas.

Die Fig. 1 zeigt den Beschleunigungsverlauf eines Ventilstößels in Verbindung mit einem Antriebsnocken nach der Erfindung. Dabei ist in der Abszisse die Zeit und in der Ordinate die Beschleunigung aufgetragen.Fig. 1 shows the acceleration curve of a valve tappet in Connection with a drive cam according to the invention. Where is on the abscissa the time and the acceleration plotted on the ordinate.

Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß auf den Ventilstössei zunächst im Zeitbereich a eine sehr große positive Beschleunigung ausgeübt wird, die nach einem ausreichenden Hub des Ventils wieder bis auf den Wert Null zurückgeht. Erfindungsgemäß schl@eßt sich an diesen Beschleunigungsbereich ein Berelch mit Nullbeschleunigung b an, der im Bereich der Anstiegs@lanke, und zwar sowohl auf der Öffnungs-(linke Seite) als auc auf der Schließseite vorgesehen ist. Zwischen diesen Bereichen liegt der Verzögerungsbereich c im Bereich der Nockenspitze. Die maximale Verzögerung wird Dabei in einer relativ kurzen Zeit erreicht.From this figure it can be seen that initially on the valve lifts a very large positive acceleration is exerted in the time domain a, which after a sufficient stroke of the valve goes back to the value zero. According to the invention This acceleration range closes a range with zero acceleration b, which is in the area of the rise @ lank, both on the opening (left Side) than is also provided on the closing side. Between these areas lies the deceleration range c in the area of the cam tip. The maximum delay is achieved in a relatively short time.

Dem für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung interessierende Bereich qtIit eine kurze Vorbeschleunigung (Vornocken) d voraus,ehenso ist eine Nachbeschleunigung (Nachnocken) d eingezeichne@.The one who is interested in explaining the present invention Area qtIit a short pre-acceleration (pre-cam) d ahead, ehenso is one Post-acceleration (post-cam) d drawn @.

Die Figur 2 zeigt len @@@lauf der Beschleunigungen, wenn gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung der Bereich mit Nullbeschleuniguny in die Nockenspitze verlegt ist. In diesem Fall geht der Bereich der positiven Beschleunigung a in den der Verzögerung c @hne Nullbeschleunigung über und im Bereich der Nockenspltze ist ein Ruhekreis vorgesehen, der den Nocken in diesem Bereich beschleunigungsfrei in der optimal geöffneten VentilsteLlung hält. Der Bereich ist in der Figur mlt b' dargestellt. Die aber gangsbereiche in den Bereich der Nullbeschleunigung sind mit e bezeichnet.Figure 2 shows len @@@ run of the accelerations, if according to the Proposal according to the invention of the area with zero acceleration in the cam tip is relocated. In this case, the range of positive acceleration a goes into the deceleration c @without zero acceleration is above and in the area of the cam positions a rest circle is provided which moves the cam in this area without acceleration the optimally open valve position. The area is in the figure mlt b ' shown. But the gear ranges in the range of zero acceleration are with e denotes.

Die Fig. 3 zeigt anschau@@ch, daß der Bereich B mit Nullbeschleunigung unmj 1 ibar im Bereich der Anstiegsflanke in Anschlup an den Bereich A mit einer optimalen Ventilbeschleunigung an @hließt.Fig. 3 shows anschau @@ ch that the area B with zero acceleration unmj 1 ibar in the area of the rising edge in connection with area A with a optimal valve acceleration.

Die Fig. 4 zeigt gestrichelt eine herkömmliche Nockenform für einen Auflademotor, während mit der ausgezogenen Linie die Nockenform in Verbindung mit einem an der Spitze angeordneten Nullbeschleunigungsbereich wiedergegeben ist.Fig. 4 shows a conventional cam shape for a dashed line Supercharging motor while with the solid line the cam shape in conjunction with one at the Peak arranged zero acceleration range reproduced is.

In der Fig.5 sind die Bereiche, wie sie an hand der Fig.In FIG. 5, the areas as shown in FIG.

2 bereits erläutert wurden,im einzelnen eingetragen, wobei mit B' der Ruhekrels, also der Nockenbereich mit Nullbeschleunigung bezeichnet ist, während die Ubergangsbereiche mit E bezeichnet slnd. Dabei wird der Obergangsbereich E in der Kurvenform gewählt, wie dies in MTZ 39, Heft 3 zur Minimierun cles Verschleißes zum Erreichen eines raschen Schmterzahl- Nuildurchganges erläutert ist.2 have already been explained, entered in detail, with B ' the rest Krels, so the cam area is designated with zero acceleration, while the transition areas are denoted by E. The transition area E in selected the shape of the curve, as described in MTZ 39, Issue 3 to minimize wear is explained to achieve a rapid Schmterzahl- Nuildurchganges.

Es ist für den Faciimann ersichtlich, daß insbesondere bei der Realisierung von Nocken mit extrem großen (langen) Öffnungswinkeln auch beide Maßnahmen kombiniert werden können, d.h. sowohl im Bereich der Nockenspitze als auch im Flankenbereich Bereiche mit Nullbeschleunigung eingesetzt werden können.It can be seen for the Faciimann that especially in the implementation of cams with extremely large (long) opening angles, both measures are also combined can be, i.e. both in the area of the cam tip and in the flank area Areas with zero acceleration can be used.

Claims

P A T E N T A N S P RÜ C H E 1. Drive cam for controlling Valves with large opening angles in reciprocating piston engines, especially supercharging engines, to achieve high completeness of the valve lift curve, characterized in that im Acceleration range of the cam at least one section (B, B ') with zero acceleration is provided.

2. Drive cam according to claim 1, characterized in that a Section with zero acceleration (B) on the opening and / or closing side between Cam flank and cam tip is provided.

3. Drive cam according to claim 1, characterized in that the Cam tip designed as a closed circle over a predetermined area (B '), i.e. is provided with a radius of curvature of constant size.

4. Drive cam according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the transition from acceleration and zero acceleration is continuous (jerk-free) det is.

5. Drive cam according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the transition from acceleration to zero acceleration according to hydrodynamic Is chosen points of view for optimal lubrication conditions.