DE3935218A1

DE3935218A1 - IC engine hydraulic valve control - has piston at valve stem top end, as differential piston structure in cylinder

Info

Publication number: DE3935218A1
Application number: DE3935218A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Bittel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-04-25

Abstract

The hydraulic valve control for i.c. engine is actuated by a pump via a rotary slide valve with a valve stem (1) with a piston (2) at its top end to form a differential piston enclosed by a cylinder (3). The cylinder is divided into an upper (4) and a lower working chamber (5), with the upper chamber joined to a controlled pipe (7) and the lower chamber to an outflow pipe (8) with non-return valve (9), and to a pressure pipe (13). USE/ADVANTAGE - For ship's diesel engine etc., with low-cost design and reduced moved masses.

Description

Die Erfindung betrifft eine durch einen Druckstromerzeuger und über hydraulische Ventile betriebene Ventilsteuerung für Brenn kraftmaschinen.The invention relates to a by a pressure generator and Valve control for combustion operated via hydraulic valves engines.

Hydraulische Ventilsteuerungen sollen den mechanischen Aufwand bisheriger, beispielsweise über Zahnriemen, Nockenwelle und Stößel betätigter Ventile vermindern und die bewegten Massen der Ventilsteuerung minimieren, fanden bisher jedoch nur bei größeren Motoren, z. B. Schiffsdieselmotoren, Anwendung.Hydraulic valve controls are said to be mechanical previous, for example on timing belts, camshafts and Tappet actuated valves and reduce the moving masses minimize the valve control, but so far only found larger engines, e.g. B. marine diesel engines, application.

Die für Fahrzeugmotoren vorgeschlagenen hydraulischen Ventil steuerungen erfordern aber fast durchweg den gleichen Bauauf wand wie die bisherigen mechanischen Lösungen. In vielen Fällen ersetzt die Hydraulik zudem nur die Stößel bzw. Stoßstangen mit allen Problemen, die durch Leckverluste bei der hydraulischen Übertragung entstehen. Alle hydraulischen Ventilsteuerungen arbeiten nach wie vor mit mechanischen Federn. Lediglich bei einem großen Schiffsdiesel wird als Rückholfeder eine Luftfeder verwendet. Nachteilig ist der große Energieverbrauch dieser hydraulischen Ventilsteuerungen.The hydraulic valve proposed for vehicle engines However, controls almost always require the same construction wall like the previous mechanical solutions. In many cases The hydraulic system also only replaces the tappets or bumpers all problems caused by leakage in the hydraulic Transmission arise. All hydraulic valve controls still work with mechanical springs. Only at A large marine diesel engine uses an air spring as a return spring used. The great energy consumption of these is disadvantageous hydraulic valve controls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei kleineren Motoren den Bauaufwand zu vermindern, die bewegten Massen selbst gegenüber Ventilsteuerungen mit obenliegender Nockenwel le zu minimieren, sowie die Steuerzeiten und den Ventilhub so variabel zu gestalten, so daß bei Einspritzmotoren eine Drossel klappe entfallen kann.The invention has for its object, even with smaller ones Motors to reduce construction costs, the moving masses even compared to valve controls with overhead camshafts to minimize le, as well as the timing and valve lift to make variable, so that a throttle in injection engines flap can be omitted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ven tilschaft am Ende mit einem Kolben versehen ist, mit diesem ei nen Differentialkolben bildet, der von einem auf die Ventilfüh rung aufgesteckten Zylinder umschlossen wird, wobei dieser Kol ben den Zylinder in einen oberen und einen unteren Arbeitsraum unterteilt, wobei der obere Arbeitsraum an eine gesteuerte Lei tung und der untere Arbeitsraum an eine ungesteuerte Druck- und eine ungesteuerte Ablaufleitung angeschlossen sind. Jede zu einem Zylinder bzw. Ventil hinführende, gesteuerte Leitung ist zudem über eine abzweigende Leitung und ein zum Ablauf schlie ßendes Rückschlagventil mit diesem verbunden.This object is achieved in that the Ven tilschaft is provided with a piston at the end, with this egg NEN differential piston forms from one to the valve guide tion is attached cylinder, this Kol ben the cylinder into an upper and a lower work space divided, with the upper work area connected to a controlled Lei tion and the lower work area to an uncontrolled pressure and an uncontrolled drain line is connected. Each too is a controlled line leading to a cylinder or valve also via a branch line and a drain to close ß check valve connected to this.

Der die Ventile betätigende Druck wird durch eine ständig mit dem Motor mitlaufende Pumpe erzeugt, wobei dieser Druck PV auf die kleine Fläche und der zur Schmierung des Motors genutzte Ablaufdruck PS auf die große Fläche eines in einem Druckspeicher angeordneten Frei-Differentialkolbens wirkt. Die Wirkungsweise kann durch eine Feder ganz oder teilweise unterstützt werden.The pressure that actuates the valves is kept constant by pump running alongside the motor, this pressure being PV the small area and the area used to lubricate the engine Drain pressure PS on the large area of a pressure accumulator arranged free differential piston acts. The mode of action can be fully or partially supported by a spring.

Die Ventile werden durch einen motorseitig angetriebenen Dreh schieber gesteuert, der von innen mit dem Druck PV beaufschlagt ist und der über eine Bohrung in einen etwa dreiecksförmigen Ausschnitt mündet, während das Drehschiebergehäuse entsprechend der Zahl der Ein- und Auslaßventile Schlitze aufweist, die so mit den dreiecksförmigen Ausschnitten zusammenwirken, daß beim Öffnen der Durchfluß langsam steigt, beim Schließen jedoch schnell fällt. Ein- und Auslaßventile werden durch einen ge trennten, mit Druck beaufschlagten Ausschnitt des Drehschiebers gesteuert. Um die druckbeaufschlagten Ausschnitte herum ist ein dichtender Steg angeordnet, der den Druck PV von dem den Dreh schieber umspülenden Ablaufdruck bzw. Schmierdruck PS trennt.The valves are driven by a rotary motor slide controlled, which acts on the inside with the pressure PV and is about a triangular hole Cutout opens, while the rotary valve housing accordingly the number of inlet and outlet valves has slots, so interact with the triangular cutouts that at Opening the flow increases slowly, but when closing falls quickly. Intake and exhaust valves are ge separated, pressurized section of the rotary valve controlled. There is a around the pressurized cutouts sealing web arranged, the pressure PV from which the rotation separates the slide-flushing discharge pressure or lubrication pressure PS.

Im unteren Arbeitsraum kann ein federunterstützter Ventilring angeordnet sein, der bei der Schließbewegung des Ventils sich nach einem bestimmten Hub anlegt und den unteren Arbeitsraum von der Druckölzuführung trennt, so daß aus der Ablaufleitung über ein Rückschlagventil Öl nachgesaugt wird.In the lower work area there is a spring-assisted valve ring be arranged in the closing movement of the valve itself after a certain stroke and creates the lower work area separates from the pressure oil supply, so that from the drain line Oil is sucked in via a check valve.

Der Drehschieber ist in seinem Gehäuse axial verschiebbar ange ordnet, wodurch Öffnungsbeginn und Fließdauer des Druckölstromes verändert werden können.The rotary valve is axially displaceable in its housing arranges, causing the opening and flow duration of the pressure oil flow can be changed.

Die Erfindung ermöglicht die Reduzierung der bewegten Massen um etwa 50% gegenüber den z. Z. modernsten Ventilsteuerungen mit obenliegender Nockenwelle und Tassenstößeln. Die Ventilfedern entfallen. Der zeitliche Öffnungsquerschnitt kann im Verhältnis 1 : 10 und mehr verändert werden, wobei Ventilhub und Öffnungsdau er veränderbar sind. Dadurch kann bei Einspritzmotoren eine Drosselklappe entfallen. Auch bei Teillasten und niedrigem An saugvolumen werden am Einlaßventil ebenfalls hohe Geschwindig keiten und damit eine gute Verwirbelung des Kraftstoff-Luft- Gemisches erreicht. Dies ist besonders der Fall, wenn der Ein laßbeginn verzögert wird. Beim Auslaß kann es im Teillastgebiet vorteilhaft im Sinne einer Abgasrückführung sein, früher zu schließen.The invention enables the moving masses to be reduced about 50% compared to the z. State-of-the-art valve controls with overhead camshaft and bucket tappets. The valve springs omitted. The temporal opening cross section can be in the ratio 1:10 and more can be changed, with valve lift and opening duration he is changeable. This can result in an injection engine Throttle valve is omitted. Even with partial loads and low loads suction volumes are also high at the inlet valve and therefore a good swirling of the fuel-air Mixture reached. This is especially the case when the one start of delay is delayed. At the outlet it can be in the partial load area be advantageous in the sense of exhaust gas recirculation earlier shut down.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Das Schaubild zeigt die Ventilerhebung von Ein- und Auslaßventil.An embodiment is shown in the drawing. The The diagram shows the valve lift of the intake and exhaust valve.

Am Ventilschaft 1 ist am oberen Ende ein länglicher Kolben 2 befestigt, z. B. angeschraubt. Der Kolben 2 gleitet in einem Zy linder 3 und unterteilt den Raum im Zylinder in einen oberen 4 und einen unteren Arbeitsraum 5. Der obere Arbeitsraum 4 ist durch einen Deckel 6 verschlossen und mit einer gesteuerten Lei tung 7 verbunden. Der untere Arbeitsraum 5 ist über eine Lei tung 8 und ein Rückschlagventil 9 mit dem Ablauf und dem Nieder druckraum eines Differential-Druckspeichers 10 verbunden, der einen Frei-Differentialkolben 11 und eine Druckfeder 11a auf weist. Der Ablauf ist ferner mit dem Ringraum 12a eines Dreh schieberventils 12 verbunden. Der untere Teil des Arbeitsraumes 5 ist über die Leitung 13 ständig mit dem Druck PV verbunden. Alle anderen Ventile sind in gleicher Weise an die Leitungen 8 und 13 angeschlossen. Der Ablaufdruck PS wird durch ein Druck ventil 14 bestimmt. Das Ablauföl kann zur Schmierung des Motors benutzt werden.An elongated piston 2 is attached to the valve stem 1 at the upper end, e.g. B. screwed. The piston 2 slides in a cylinder 3 and divides the space in the cylinder into an upper 4 and a lower working space 5 . The upper work area 4 is closed by a cover 6 and connected to a controlled line 7 . The lower work chamber 5 is connected via a line 8 and a check valve 9 to the outlet and the low pressure chamber of a differential pressure accumulator 10 , which has a free differential piston 11 and a compression spring 11 a. The process is also connected to the annular space 12 a of a rotary slide valve 12 . The lower part of the working space 5 is continuously connected to the pressure PV via the line 13 . All other valves are connected to lines 8 and 13 in the same way. The discharge pressure PS is determined by a pressure valve 14 . The drain oil can be used to lubricate the engine.

Eine motorgetriebene Pumpe 15 erzeugt den zur Ventilbeschleuni gung erforderlichen Druck und den zur Ventilbewegung erforder lichen Volumenstrom. Dieser mündet einerseits in die Leitung 13 und andererseits in die innere Bohrung 12b des Drehschiebers 12c. Von dort gelangt er über eine Bohrung und den dreiecksför migen Ausschnitt 12d, über Schlitze 12f, über die Leitungen 7a bis 7d zu den oberen Arbeitsräumen 4 der jeweiligen Ventile. A motor-driven pump 15 generates the pressure required for valve acceleration and the volume flow required for valve movement. This opens on the one hand in the line 13 and on the other hand in the inner bore 12 b of the rotary valve 12 c. From there it passes through a hole and the dreiecksför shaped cutout 12 d, via slots 12 f, via lines 7 a to 7 d to the upper working spaces 4 of the respective valves.

Die Leitungen 7a bis 7d (Vierzylindermotor) sind ferner über die Leitungen 16a bis 16d mit Rückschlagventilen 17 mit dem Ab lauf verbunden.The lines 7 a to 7 d (four-cylinder engine) are also connected via lines 16 a to 16 d with check valves 17 with the run.

Im unteren Arbeitsraum 5 befindet sich ein Ventilring 18 der durch eine Feder 18a so gehalten wird, daß er den oberen Teil des Arbeitsraumes 5 von einem unteren Teil 5a trennt.In the lower working space 5 there is a valve ring 18 which is held by a spring 18 a so that it separates the upper part of the working space 5 from a lower part 5 a.

Die Wirkungsweise ist folgende: Erhält, wie in der Zeichnung dargestellt, der obere Arbeitsraum 4 durch die Stellung des Drehschiebers 12c Druck PV, dann bewegt sich das Ventil von der rechts in die links gezeichnete Stellung nach unten gegen den ständig im unteren Arbeitsraum 5 wirkenden Druck PV. Die das Ventil nach unten beschleunigende Kraft ergibt sich aus dem Ventilschaft-⌀. Die Ringflächen des Kolbens 2 heben sich oben und unten auf. Der Beginn des Wirkens des Druckes PV im oberen Arbeitsraum 4 ist im Schaubild mit I bezeichnet. Je nach der axialen Stellung des Drehschiebers 12c - gestrichelt ange deutet - schließt dieser früher oder später bei Punkt II. Infol ge Beharrung bewegt sich das Ventil jedoch weiter und schiebt über die Leitung 13 Drucköl zurück in den Kreislauf. Gleichzei tig wird aus dem Ablauf über die Leitung 16, das Rückschlagven til 17 und die Leitungen 16c in den oberen Arbeitsraum 4 ge saugt. Dadurch werden Verluste vermieden bzw. verringert. Kommt das Ventil durch den auf die Unterseite des Kolbens 2 wirkenden Druck zum Stillstand - Punkt III im Schaubild - so bleibt das Ventil, so lange die gesteuerte Leitung 7 durch den Steg 12e noch verschlossen ist, geöffnet. Erst wenn der Steg 12e den Schlitz 12f freigibt und die gesteuerte Leitung 7 mit dem Ab lauf verbindet, kann sich das Ventil nach oben bewegen - Punkt IV - und der Schließvorgang ist eingeleitet. Drucköl strömt nun in den unteren Arbeitsraum 5 und nimmt den Ventilring 17 mit, bis dieser oben zur Anlage kommt. Dann kann kein Drucköl mehr nachströmen und infolge Beharrung der Ventilbewegung wird aus der Leitung 8 über das Rückschlagsventil 9 Öl nachgesaugt (P.V). Kurz vor dem Ventilhubende taucht das obere, dünne Ende des Ven tilschafts 1 in die entsprechende Bohrung im Deckel 6 ein Punkt VI. Durch den entstehenden Spalt wird die Ventilbewegung abge bremst. Der Ventilring 17 schließt nicht dicht, so daß das Drucköl der Leitung 13 das Ventil sicher geschlossen hält. The mode of operation is as follows: If, as shown in the drawing, the upper work area 4 receives pressure PV from the position of the rotary valve 12 c, then the valve moves downwards from the position shown on the right to the position on the left against the one that is constantly acting in the lower work area 5 Pressure PV. The force accelerating the valve downwards results from the valve stem ⌀. The ring surfaces of the piston 2 cancel each other out at the top and bottom. The beginning of the action of the pressure PV in the upper working space 4 is designated by I in the diagram. Depending on the axial position of the rotary valve 12 c - indicated by dashed lines - this closes sooner or later at point II. Due to persistence, however, the valve moves further and pushes pressure oil back into the circuit via line 13 . At the same time from the drain on line 16 , the Rückschlagven valve 17 and lines 16 c in the upper working space 4 sucks ge. This avoids or reduces losses. If the valve comes to a standstill due to the pressure acting on the underside of the piston 2 - point III in the diagram - the valve remains open as long as the controlled line 7 is still closed by the web 12 e. Only when the web 12 e clears the slot 12 f and connects the controlled line 7 with the drain can the valve move upwards - point IV - and the closing process is initiated. Pressure oil now flows into the lower working chamber 5 and takes the valve ring 17 with it until it comes to rest at the top. Then no more pressure oil can flow in and due to the persistence of the valve movement, oil is drawn in from line 8 via check valve 9 (PV). Shortly before the end of the valve stroke, the upper, thin end of the valve shaft 1 dips into the corresponding hole in the cover 6, a point VI. The valve movement is braked by the resulting gap. The valve ring 17 does not close tightly, so that the pressure oil of the line 13 holds the valve securely closed.

Die Veränderung der Steuerzeiten durch die axiale Verstellung des Drehschiebers (gestrichelt dargestellt) kann der Zeichnung entnommen werden und braucht nicht beschrieben zu werden.The change in the timing by the axial adjustment of the rotary valve (shown in dashed lines) can the drawing are removed and need not be described.

Der Zylinder 3 ist auf die Ventilschaftführung aufgepreßt und dadurch zu dieser zentriert. Der Deckel wird durch eine Bride 19 gehalten und die wird zweckmäßigerweise durch eine zwischen zwei Ventilen angeordnete Schraube (nicht dargestellt) fest an gezogen. Diese Konstruktion ergibt eine sehr gedrängte Bauweise und Einsparung an Bauhöhe. Federteller, Stößel und anteilige Masse der Feder entfallen, so daß wesentlich höhere Ventil beschleunigungen möglich sind.The cylinder 3 is pressed onto the valve stem guide and thereby centered on this. The lid is held by a bracket 19 and is expediently tightened by a screw (not shown) arranged between two valves. This construction results in a very compact construction and savings in height. Spring plate, tappet and proportional mass of the spring are omitted, so that significantly higher valve accelerations are possible.

Claims

1. Hydraulic valve control for internal combustion engines, operated by a hydraulic pump via a rotary slide valve, characterized in that a valve stem ( 1 ) is provided at its upper end with a piston ( 2 ) and forms a differential piston with this, which is by a cylinder ( 3 ) is enclosed, the piston ( 2 ) dividing the cylinder into an upper ( 4 ) and a lower working space ( 5 ) and that the upper working space ( 4 ) to a controlled line ( 7 ) and the lower working space to a drain line ( 8 ) with check valve ( 9 ) and to a pressure line ( 13 ) is connected, and that each of the lead to a valve the controlled lines ( 7 a to 7 d) via lines ( 16 a to 16 b) with check valves closing to the drain ( 17th ) is connected to the process.

2. Valve control according to claim 1, characterized in that the pressure PV of the pump ( 15 ) acts on the smaller area of a differential piston and the discharge pressure PS on its large area, the discharge pressure being able to be supported in whole or in part by a mechanical spring.

3. Valve control according to claim 1 and 2, characterized in that the valve-controlling hydraulic rotary valve ( 12 ) has a pressurized PV inner bore ( 12 e), which has a bore with an approximately triangular cutout ( 12 d) is in turn surrounded by a web ( 12 d), is connected and that the rotary valve housing is provided with slots ( 12 f) to which the controlled lines ( 7 a to 7 b) are connected, the slots ( 12 f) through the cutouts ( 12 d) are released for different lengths when the rotary valve is rotating, depending on its axial position. Gives the web ( 12 e) the slot ( 12 f) of the rotary valve housing, so the controlled line ( 7 ) with the annulus around the spool, ie with the drain verbun.

4. Valve control according to claim 1 to 3, characterized in that in the lower working space ( 5 ) a valve ring ( 17 ) is arranged, which is held by a spring in a central position and which, when the movement is directed upwards, leads to the lower working space separates into an upper and a lower part.