DE3525626A1

DE3525626A1 - Valve gear for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE3525626A1
Application number: DE19853525626
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Brüdgam; Gerd Dipl.-Ing. 3306 Lehre Lübke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-07-24
Filing date: 1985-07-18
Publication date: 1986-03-06

Abstract

For the purpose of reducing the return force, generated in the closing spring arrangement (31) for the valve (30) at low speeds, the spring arrangement (31), in addition to a first spring (32), contains at least one further spring (33) which, by means of a seat (40), operated as a function of the speed, for a valve disc (36), movable relative to the valve (30), is brought into or out of engagement with the valve (30) as a function of the speed (Fig. 3). <IMAGE>

Description

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Ventiltrieb für eine BrennkraftmaschineValve drive for an internal combustion engine

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve drive according to the preamble of claim 1.

Aus Gründen der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Verschleißminderung von Brennkraftmaschinen ist man daran interessiert, die Verluste derartiger Maschinen herabzusetzen. Vie Untersuchungen gezeigt haben, sind übliche Ventiltriebe an der Gesamtverlustleistung der betreffenden Brennkraftmaschine mit einem Anteil zwischen 20$ und 35$ bei Leerlaufdrehzahl und zwischen 7$ und 15$ bei Nenndrehzahl beteiligt, wobei die Ventilrückstellkräfte, erzeugt primär durch Ventilfederanordnungen, einen entscheidenden Einfluß auf die Höhe dieser Verluste haben.For the sake of reducing fuel consumption and reducing wear of internal combustion engines there is an interest in reducing the losses of such machines. Vie investigations have shown, conventional valve trains are part of the total power loss of the internal combustion engine concerned with a share between $ 20 and $ 35 at idle speed and between $ 7 and $ 15 at rated speed involved, where the valve return forces, generated primarily by valve spring assemblies, have a decisive influence on the amount of these losses.

Dabei ist die Drehzahlabhängigkeit der auf den Ventiltrieb zurückzuführenden Verluste einer Brennkraftmaschine daraus zu erklären, daß die zum Schließen der Ventile erforderlichen Rückstellkräfte mit zunehmender Drehzahl der Maschine ebenfalls zunehmen, so daß die zur Erzeugung der Rückstellkräfte üblicherweise verwendeten Ventilfederanordnungen für die Aufbringung der Rückstellkräfte bei den höchsten auftretenden Drehzahlen ausgelegt sein müssen. Bei niedrigeren Be-The speed dependency is due to the valve train Explain losses of an internal combustion engine from the fact that the restoring forces required to close the valves with increasing speed of the machine also increase, so that the valve spring arrangements usually used to generate the restoring forces for applying the restoring forces at the highest occurring speeds must be designed. At lower

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des Aulsichtstats: F.'ci Dr. ι i:-.-.Ef.st F/..'i ■ D' ■ ι ¹TV-' [;..·■* ■ P- ;ι ■·. '.V '■- _,.-< ; > H.:i. ■: _OJ· ' t· ■'ν ' · Γ. ·..-■ pc-l. .',V .-I₁ .r P. Γ ■ :;..cjiof the audit act: F.'ci Dr. ι i: -.-. Ef.st F / .. 'i ■ D' ■ ι ¹ TV- '[; .. · ■ * ■ P-; ι ■ ·. '.V ' ■ - _, .- <;> H.:i. ■: _OJ · 't · ■' ν '· Γ. · ..- ■ pc-l. . ', V.-I ₁ .r P. Γ ■:; .. cji

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triebsdrehzahlen resultiert aus der für diese Drehzahlen vorliegenden Überdimensionierung der Federanordnungen eine relativ große Reibleistung, die primär für die Terluste verantwortlich ist.drive speed results from the one available for these speeds Overdimensioning of the spring arrangements results in a relatively large amount of friction, which is primarily responsible for the loss is.

Zwecks Verschleißminderung sind daher "bereits Maßnahmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekanntgeworden (DE-OS 26 13 4^4» I¹OIL 31/22), die auf eine Verringerung der Federvorspannung der Ventilrückstellfeder mit abnehmender Drehzahl hinauslaufen. Es läßt sich aber zeigen, daß durch diese Maßnahme zwar in vorteilhafter Weise eine Annäherung der auftretenden Ruckstellkräfte an die jeweils erforderlichen Werte und damit eine Verringerung der vom Ventiltrieb erzeugten Verluste bei niedrigeren Drehzahlen erreichbar ist, aber in dem bei Brennkraftmaschinen interessierenden Drehzahlbereich (etwa unter 4OOO TJ/min) nur dann, wenn gegenüber üblichen Federanordnungen erheblich längere Federn eingesetzt werden, d.h. die Bauhöhe des Ventils beziehungsweise des Ventiltriebs erheblich vergrößert wird. Die zur Verfügung stehende Bauhöhe ist in vielen Fällen, beispielsweise bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Brennkraftmaschinen, aber begrenzt.In order to reduce wear, measures according to the preamble of claim 1 have therefore already become known (DE-OS 26 13 4 ^ 4 »I ¹ OIL 31/22), which amount to a reduction in the spring preload of the valve return spring with decreasing speed. However, it can be shown that by this measure an approximation of the occurring restoring forces to the respectively required values and thus a reduction of the losses generated by the valve train at lower speeds can be achieved, but only in the speed range of interest in internal combustion engines (about under 40000 TJ / min) when considerably longer springs are used compared to conventional spring arrangements, ie the overall height of the valve or the valve drive is increased considerably.

Aus der DE-OS 15 26 491, FOIL 1/O2, sind auch bereits Ventiltriebe für Brennkraftmaschinen bekanntgeworden, bei denen der Ventilbetätigungshebel (Schwinghebel) nicht über ein ortsfestes Drehlager, sondern über eine sogenannte Ausgleichsfeder/gestützt ist, an der auch ein zweiarmiger Ausgleichshebel mit einem Ende abgestützt ist, dessen anderes Ende die eigentliche Ventilfeder mit einem Federteller hintergreift und der ein ortsfestes Schwenklager besitzt. In Abhängigkeit von der durch die Nockenbewegung erzeugten Beschleunigung und damit letztlich auch der Drehzahl der Brennkraftmaschine wirkt die Ausgleichsfeder über den Ausgleichshebel und den Ventilbetätigungshebel so auf die eigentliche Ventilrückstellfeder ein, daß die Ventilrückstellkräfte mit abnehmender Drehzahl kleiner werden. Dieses einenFrom DE-OS 15 26 491, FOIL 1 / O2, valve trains are already became known for internal combustion engines in which the valve actuation lever (rocker arm) does not have a stationary pivot bearing, but via a so-called compensating spring / is supported on the also a two-armed compensating lever is supported with one end, the other end of which is the actual valve spring with a spring plate engages behind and which has a stationary pivot bearing. Depending on the acceleration generated by the cam movement and thus ultimately also the speed of the internal combustion engine, the compensating spring acts via the compensating lever and the valve actuating lever on the actual valve return spring in such a way that the valve return forces decrease with decreasing speed. This one

vollständigen Umbau der üblichen Ventiltriebe mit ortsfest schwenkbar gelagerten Ventilbetätigungshebeln erfordernde Konstruktionsprinzip weist aber eine Reihe von gravierenden Kachteilen auf: Durch den Fortfall der ortsfesten Abstützung des Ventilbetätigungshebels mittels eines Schwenklagers und den Ersatz desselben durch die Ausgleichsfeder tritt die Gefahr von Hubschwingungen auf, so daß man die Ausgleichsfeder nicht frei im Hinblick auf die angestrebte Verringerung der Kräfte im Ventiltrieb mit abnehmender Drehzahl dimensionieren kann. Außerdem tritt durch die Nachgiebigkeit der Ausgleichsfeder eine Verringerung des Ventilhubs auf, die nur durch Vergrößerung des Ventilströmungsquerschnitts kompensiert werden kann. Bekanntlich ist aber der für die Unterbringung der Ventile im Zylinderkopf vorhandene Raum begrenzt, so daß moderne Hochleistungsmotoren mit mehreren Ein- und Auslaßventilen ausgerüstet werden. Weiterhin bewirkt die Nachgiebigkeit der Ausgleichsfeder eine zeitliche Verzögerung der Ventilbetätigung, so daß die Ausgleichsfeder auch einen unerwünschten drehzahlabhängigen Einfluß auf die Steuerzeiten des betreffenden Ventils hat. Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der unter Beibehalt der ortsfesten Schwenklagerung des Ventilbetätigungshebels und damit unter Vermeidung von Hubschwingungen innerhalb des me istbenutzten Drehzahlbereichs der Brennkraftmaschine mit abnehmender Drehzahl eine wesentliche Verringerung der Verlustleistung des Ventiltriebs bewirkt.Complete conversion of the usual valve trains with fixed pivoting However, the design principle requiring mounted valve actuation levers has a number of serious components: By eliminating the fixed support of the valve operating lever by means of a pivot bearing and the replacement of the same by the compensating spring, there is a risk of stroke oscillations, see above that the balancing spring is not free in terms of the desired Reduction of the forces in the valve train with decreasing speed can be dimensioned. It also occurs through the compliance the balance spring reduces the valve lift, which can only be compensated by increasing the valve flow cross-section. But it is well known that the one for accommodating the valves The space available in the cylinder head is limited, so that modern high-performance engines are equipped with several inlet and outlet valves will. Furthermore, the resilience of the compensating spring causes a time delay in valve actuation, so that the compensating spring also has an undesirable speed-dependent influence on the control times of the valve in question. The invention is therefore based on the object of creating a valve drive according to the preamble of claim 1, which while maintaining the stationary pivot bearing of the valve operating lever and thus avoiding stroke vibrations within the me The speed range of the internal combustion engine causes a significant reduction in the power loss of the valve train with decreasing speed.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1, advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.

Bei der Erfindung erfolgt also eine Änderung der Vorspannung der Ventilrückstellfeder allenfalls als zusätzliche Maßnahme; entscheidend ist die drehzahlabhängige Beeinflussung der Kennlinie der Ventilschließfederanordnung durch Zu- bzw. Abschaltung zumindest einer weiterenIn the case of the invention, a change in the preload of the valve return spring takes place at best as an additional measure; decisive is the speed-dependent influence on the characteristic curve of the valve closing spring arrangement by connecting or disconnecting at least one more

Feder. Als "besonderer Vorteil ist die Tatsache anzusehen, daß der erfindungsgemäße Ventiltrie"b praktisch keine zusätzliche Bauhöhe im Bereich des Ventils erfordert.Feather. The fact that the valve train according to the invention b practically no additional height in the area of the valve.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are based on the following the drawing explained. Show it:

die Figuren 1 und 2 in zwei zueinander senkrechten Seitenansichten -Fig. 1 teilweise im Schnitt- ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zeitweiser Parallelschaltung von zwei Federn undFigures 1 and 2 in two mutually perpendicular side views -Fig. 1 partially in section a first embodiment of the invention with a temporary parallel connection of two Springs and

Figur 5 in. einer Seitenansicht ein zweites AusFigure 5 in. A side view of a second Aus

führungsbeispiel mit zeitweiliger Reihenschaltung von zwei Federn.management example with temporary series connection of two springs.

Betrachtet man zunächst die Figuren 1 und 2, so wird das in hängender Bauweise angeordnete Ventil 1 durch die Ventilschließfederanordnung in seine dargestellte Schließlage und mittels des auf der von der Maschine angetriebenen Nockenwelle J angeordneten Nockens 4 über den Kipphebel 5 in. seine den Ein- oder Auslaßkanal 6 im Zylinderkopf 7 der Maschine freigebende Öffnungsstellung periodisch bewegt. Der Kipphebel 5 ist bei 8 in diesem Ausführungsbeispiel über einen Federstab in bekannter Weise schwenkbar gelagert.If you first look at Figures 1 and 2, it becomes a hanging Design arranged valve 1 by the valve closing spring arrangement in its illustrated closed position and by means of the on of the Engine driven camshaft J arranged cam 4 over the Rocker arm 5 in. Its the inlet or outlet port 6 in the cylinder head 7 the machine releasing open position moved periodically. The rocker arm 5 is at 8 in this embodiment via a spring bar pivotally mounted in a known manner.

Die Ventilschließfederanordnung 2 enthält in diesem Ausführungsbeispiel zwei einander konzentrisch umgebende Zylinderfedern,nämlich die sich bei 9 ortsfest abstützende und dauernd auf dem ventilfesten Federteller 10 aufliegende, also dauernd wirksam werdende/venxilfeder 11 sowie die zweite Ventilfeder 12, die ebenfalls bei 9 ortsfest abgestützt ist, mit ihrem anderen Ende aber auf dem relativ zum ventilfesten Federteller 10 bewegbaren Federteller 13 aufliegt. Wie besonders deutlichThe valve closing spring arrangement 2 contains in this embodiment two concentrically surrounding cylinder springs, namely the at 9 fixedly supporting and permanently on the valve-fixed spring plate 10 resting, that is to say continuously becoming effective / exile spring 11 as well as the second valve spring 12, which is also supported stationary at 9, but with its other end on the spring plate that is fixed to the valve 10 movable spring plate 13 rests. How particularly clear

Pig. 2 erkennen läßt, ist dem bewegbaren Federteller 13 die gabelartige Auflage 14 zugeordnet, die bei 15 schwenkbar gelagert sowie mit dem Hebel 16 verbunden ist, der seinerseits schwenkbar an den Stößel 17 des Stellglieds 18 angelenkt ist. Diesem ist die Steuerung 19 zugeordnet, die von dem Drehzahlsensor 20 Signale für die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhält und bei Erreichen eines vorgegebenen Drehzahlwerts ein Steuersignal an das Stellglied 18 im Sinne des Einziehens des Stößels 17 lind damit einer aufwärts gerichteten Schwenkbewegung der Auflage 14 liefert. Während also die Auflage 14 "bis zum Erreichen dieses vorgegebenen Drehzahlwerts die zweite Feder 12 in der in den Figuren gezeichneten Ruhestellung hält, in der sie wirkungslos ist, erfolgt nun durch Freigabe des dann bewegbaren Federtellers 13 eine nach oben gerichtete Bewegung desselben bis zur Anlage an dem ventilfesten Federteller 10, so daß nunmehr beide Federn 11 und 12 in Parallelschaltung auf das Ventil 1 wirken und demgemäß die von der Federanordnung 2 erzeugte Rückstellkraft erheblich vergrößert ist.Pig. 2 reveals, the movable spring plate 13 is the fork-like Assigned edition 14, which is pivotally mounted at 15 as well is connected to the lever 16, which in turn is pivotable to the The plunger 17 of the actuator 18 is articulated. This is the controller 19 assigned to the speed sensor 20 signals for the speed the internal combustion engine receives and when a predetermined speed value is reached, a control signal is sent to the actuator 18 im The sense of the retraction of the plunger 17 is thus directed upwards Pivoting movement of the support 14 supplies. So while the Edition 14 "until this predetermined speed value is reached holds the second spring 12 in the rest position shown in the figures, in which it is ineffective, is now carried out by releasing the then movable spring plate 13 an upward movement same up to the plant on the valve-fixed spring plate 10, so that now both springs 11 and 12 act in parallel on the valve 1 and accordingly the restoring force generated by the spring arrangement 2 is significantly enlarged.

Sobald die Drehzahl wieder unter den vorgegebenen Wert abfällt, liefert die Steuerung 19 an das Stellglied 8 ein das erneute Ausfahren des Stößels 17» also in Fig. 2 eine Bewegung desselben in Richtung nach links, bewirkendes Steuersignal, so daß der Federteller 13 wiederum von dem ventilfesten Federteller 10 durch die dann nach unten schwenkende Auflage 14 abgehoben wird.As soon as the speed drops below the predetermined value again, the controller 19 supplies the actuator 8 with a renewed extension of the plunger 17 "that is to say, in FIG. 2, a movement of the same in the direction to the left, causing the control signal, so that the spring plate 13 in turn from the valve-fixed spring plate 10 by the then downwardly pivoting support 14 is lifted off.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Ventil mit 30 bezeichnet. Seine Ventilfederanordnung 31 enthält wiederum eine erste Ventilfeder 32 und eine zweite Ventilfeder 33» die aber jetzt räumlich und zeitweise auch hinsichtlich ihrer Kraftwirkungen in Reihe liegen. Die erste Ventilfeder 32 stützt sich dauernd an dem ventilfesten Federteller 34 ^a"b> während die zweite Ventilfeder 33 "bei 35 dauernd ortsfest abgestützt ist. Zwischen den einander zugekehrten Enden der Federn 32 und 33 ist der zeitweise relativ zum ventilfestenIn the exemplary embodiment according to FIG. 3, the valve is designated by 30. Its valve spring arrangement 31 in turn contains a first valve spring 32 and a second valve spring 33 'which, however, are now spatially and temporarily in series with regard to their force effects. The first valve spring 32 is permanently supported on the valve-fixed spring plate 34 ^a "b> while the second valve spring 33" is permanently supported in a stationary manner at 35. Between the mutually facing ends of the springs 32 and 33 the is temporarily relative to the valve-fixed

Federteller 34 bewegbare Federteller 36 angeordnet. Der Antrieb des Tentils erfolgt in üblicher Weise über den Nocken 37 iM-cL den Kipphebel 38» der auf dem oberen freien Ende des Yentilschafts -ggf. über eine bekannte Spieleinstellvorrichtung- aufliegt.Spring plate 34 movable spring plate 36 is arranged. The drive of the valve takes place in the usual way via the cam 37 iM-cL Rocker arm 38 »on the upper free end of the Yentilschafts -possibly. over a known Spieleinstellvorrichtung- rests.

Dem zeitweise bewegbaren Federteller 36 ist wiederum eine gabelartige, bei 39 schwenkbar gelagerte Auflage 40 zugeordnet, die als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist und deren dem Federteller abgekehrtes Ende mit dem Stößel 4I des Stellglieds 42 in Schwenkverbindung steht. Auch hier wird dem Stellglied 42 von der Steuerung 43j der vom Sensor 44 Drehzahlsignale zugeführt werden, in dem Sinne angesteuert, daß bei hohen Drehzahlen durch die Rückstellfederanordnung 31 relativ große Rückstellkräfte ausgeübt werden, während die Rückstellkräfte bei niedrigeren Drehzahlen erheblich kleiner sind, so daß dann nur kleine Verluste im Yentiltrieb auftreten.The temporarily movable spring plate 36 is in turn a fork-like, at 39 pivotally mounted support 40 assigned to the is designed as a two-armed lever and its end facing away from the spring plate with the plunger 4I of the actuator 42 in pivot connection stands. Here too, the actuator 42 is controlled by the controller 43j which are fed from the sensor 44 speed signals, in the sense controlled that at high speeds by the return spring arrangement 31 relatively large restoring forces are exerted while the restoring forces are considerably smaller at lower speeds, so that only small losses then occur in the Y-valve drive.

Dargestellt ist in Fig. 3 die Stellung der Auflage 40 bei relativ niedrigen Drehzahlen. Der Federteller 36 kann sich entsprechend den Kräften in der Federanordnung 31 frei einstellen, und da man ihn als durch die zweite Ventilfeder 33 nachgiebig abgestützten unteren Federteller für die erste Ventilfeder 32 ansehen muß, ist die durch beide Federn 32 und 33 gebildete Federanordnung relativ weich.Is shown in Fig. 3, the position of the support 40 at relative low speeds. The spring plate 36 can be accordingly freely adjust the forces in the spring assembly 31, and there you it must be viewed as the lower spring plate for the first valve spring 32 supported resiliently by the second valve spring 33 the spring arrangement formed by both springs 32 and 33 relative soft.

Signalisiert dagegen der Drehzahlsensor 44 d-^as Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahlwerts, der eine höhere Ventilschließkraft erfordert, so zieht die Steuerung 42 ihren Stößel 4I in. Fig. 3 in Richtung nach rechts, bis die Auflage 40 den Federteller 36 untergreift und fest abstützt. Nunmehr ist nur noch die erste Ventilfeder 32 wirksam, deren unteres Ende fest abgestützt ist, so daß sich eine erhebliche Versteifung der Federanordnung 31 ergibt.The controller 3, however, indicates the speed sensor 44 d ^a s exceeding a predetermined speed value, which requires a higher valve closing force, so pulls 42 its plunger 4I in. Fig. Towards the right, until the contact 40 the spring plate 36 engages under tight supported. Now only the first valve spring 32 is effective, the lower end of which is firmly supported, so that a considerable stiffening of the spring arrangement 31 results.

Zusätzlich kann der Aufwärtsweg des vorderen Endes der Auflage 40 so groß bemessen sein, daß diese den Federteller 36 nicht nur inIn addition, the upward path of the front end of the pad 40 be dimensioned so large that this the spring plate 36 not only in

seiner Position abstützend untergreift, sondern auch etwas anhebt, wodurch die Vorspannung der ersten Ventilfeder 32 zusätzlich vergrößert wird.reaches under its position in a supportive manner, but also lifts something, whereby the bias of the first valve spring 32 is additionally increased will.

Claims

PATENT CLAIMS

Valve drive for an internal combustion engine with a valve closing spring arrangement with a valve-fixed spring plate and a spring plate that can temporarily be moved relative to the valve-fixed spring plate, which is assigned a support adjustable in dependence on the machine speed in such a way that the spring arrangement The valve closing force generated at high speeds is greater than at low speeds, characterized in that the spring arrangement (2) contains at least two springs (11, 12), a first of which (11) is permanently attached to the valve-fixed spring plate (1O) rests, while the second (12) is permanently on the temporarily movable The spring plate (13) rests on it, and that the support (I4) the characteristic curve through the speed-dependent transition between support and release of the temporarily movable spring plate (13) the spring arrangement (2) changes depending on the speed.

2. Valve drive according to claim 1, characterized in that both springs (11, 12) are fixedly supported (at 9) and the support (14) the temporarily movable spring plate (13) "at low Speeds, on the other hand at high speeds to the system on the valve-fixed spring plate (1O) for the purpose of parallel connection of the springs (11, 12) releases.

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3. Valve drive according to claim 2, characterized in that the springs (11> 12) bypass each other and the support (14) is fork-like.

4. Valve drive according to claim 1, characterized in that also the first spring (32) permanently on the temporarily movable spring plate (36) against the one supported by the spring plate fixed to the housing second spring (33) applied force to form a series connection of springs (32, 33) and the adjustable support (40) only at high speeds the temporarily movable spring plate (36) against the force of the first Spring supports.

5. Valve drive according to claim 4> characterized in that at high speeds the support (40) the temporarily movable spring plate (36) to increase the preload of the first spring (32) approaches the valve-fixed spring plate (34).