DE4230809C2

DE4230809C2 - Valve control for internal combustion engines

Info

Publication number: DE4230809C2
Application number: DE4230809A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Sondermann
Original assignee: STECKHAN HELMUT PROF DR
Current assignee: STECKHAN HELMUT PROF DR
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-15
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2012-09-16
Also published as: DE4230809A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve control according to the Preamble of claim 1.

Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen am Einlaß für Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Arbeitsraum bzw. Zylinder zwei Ventile vorzusehen, um hierdurch die Menge an zufließen der Luft bzw. an zufließendem Luft-Kraftstoff-Gemisch und/oder die Strömungsverhältnisse zu verbessern.It is known in internal combustion engines at the inlet for air or air-fuel mixture in the work area or cylinder provide two valves to allow the flow of the air or the inflowing air-fuel mixture and / or to improve the flow conditions.

Bei bekannten Ventilsteuerungen werden die beiden Ventile durch zwei gleichgeschaltete Steuernocken und zwei Ventil federn jeweils gleichzeitig geöffnet und geschlossen. Infolge der schnell folgenden Schwingungen der beiden Ventilfedern unterliegen diese einer hohen Schwingungsbelastung, die zu Ermüdungserscheinungen führt, durch die dann Veränderungen der Ventilhübe, insbes. auch unterschiedlich große Verände rungen der Ventilhübe zufolge haben. Letzteres bedingt, daß ungleiche Mengen an Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in den jeweiligen Zylinder strömen und es dort zu einer ungleichen Verbrennung kommt.In known valve controls, the two valves by two control cams connected in series and two valves springs open and closed at the same time. As a result the rapidly following vibrations of the two valve springs these are subject to a high vibration load, which too Symptoms of fatigue then lead to changes the valve lifts, especially changes of different sizes according to the valve strokes. The latter requires that uneven amounts of air or air-fuel mixture in the flow respective cylinder and there to an unequal Combustion is coming.

Bekannt ist speziell auch (DE-OS 33 44 324), für zwei gleichzeitig und gleichsinnig betätigbare Ventile einer Brennkraftmaschine einen gemeinsamen, jochartigen Ventil stößel vorzusehen, der in einer Achsrichtung parallel zur Achse der Bewegung der Ventile verschiebbar geführt ist, mit einer Seite auf die Ventilschäfte einwirkt und mit seiner anderen Seite mit zwei an einer Nockenwelle axial versetzten identischen Steuernocken zusammenwirkt. Diese bekannte Ventilsteuerung ist relativ aufwendig. Is also known in particular (DE-OS 33 44 324), for two Simultaneously operable valves one Internal combustion engine a common, yoke-like valve to provide plunger parallel to the axis Axis of the movement of the valves is guided with acts on one side of the valve stems and with its on the other side with two axially offset on a camshaft identical control cam cooperates. This well-known Valve control is relatively complex.

Bekannt ist weiterhin eine Ventilsteuerung für Brennkraft maschinen gemäß der gattungsbildenden DE-AS 20 37 705, wobei die Ventilsteuerung als Nockensteuerung wenigstens einen Steuernocken zur Einleitung von Ventil betätigungskräften besitzt, die Rückstellfedern entgegen wirken. Um eine stufenlose Veränderung des Ventilhubes und/oder der Ventilöffnungszeit zu ermöglichen, weist der Steuernocken eine Nockenfläche auf, die in Achsrichtung einen sich ändernden Abstand von der Achse der Nockenwelle besitzt. Zusammen mit dem Steuernocken ist die Nockenwelle für die Steuerung bzw. Veränderung des Ventilhubes oder der Ventil öffnungszeit in Achsrichtung verschiebbar, und zwar durch eine hydraulische Betätigungseinrichtung, die von einem an wenigstens einem Ende der Nockenwelle vorgesehenen Kolben gebildet ist, der in einem mit einem hydraulischen Druck medium beaufschlagbaren Zylinderraum verschiebbar vorgesehen ist. Bei umlaufender Nockenwelle läuft der Kolben der Betätigungseinrichtung ebenfalls rotierend um die Achse der Nockenwelle um, und zwar bei nichtrotierendem Zylinder der Betätigungseinrichtung. Dies bedeutet während des Betriebes der Brennkraftmaschine eine ständige Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder und damit einen erheblichen Verschleiß dieser Elemente.A valve control for internal combustion is also known machines according to the generic DE-AS 20 37 705, the Valve control as cam control at least one control cam for introducing the valve actuators, the return springs counter Act. For a continuous change in the valve stroke and / or to enable the valve opening time, the Control cams on a cam surface that one in the axial direction changing distance from the axis of the camshaft. Together with the control cam, the camshaft is for the Control or change of the valve stroke or the valve opening time can be shifted in the axial direction by a hydraulic actuator that from one Piston provided at least one end of the camshaft is formed in one with a hydraulic pressure Slidably provided medium-loaded cylinder space is. When the camshaft rotates, the piston of the Actuator also rotating about the axis of the Camshaft around, with the cylinder not rotating Actuator. This means during operation the internal combustion engine a constant relative movement between Pistons and cylinders and therefore considerable wear of these elements.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilsteuerung der gattungsbildenden Art aufzuzeigen, die bei einfacher Kon struktion eine hohe Standzeit und Betriebssicherheit für die Betätigungseinrichtung gewährleistet.The object of the invention is to control the valve to show generic type, which with simple con a long service life and operational reliability for the Actuator guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ventilsteuerung ent sprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.The valve control is designed to solve this task speaking the characterizing part of claim 1 educated.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung liegt eine Relativ bewegung zwischen dem Kolben und Zylinder der Betätigungs einrichtung nicht vor, so daß ein hierdurch bedingter Verschleiß wirksam vermieden ist. Die Antriebswelle für die Nockenwelle ist als Hohlwelle ausgeführt und bildet den Zylinder, in welchem das den Kolben bildende eine Ende der Nockenwelle axial verschiebbar, antriebsmäßig aber verbunden eingreift. Bei der Erfindung besitzt die Ventilsteuerung beispielsweise mindestens zwei gleichzeitig betätigbare und eine Gruppe bildende Ventile, wobei die Einleitung der Betätigungskräfte auf die Ventile über einen für jede Ventilgruppe gemeinsamen Steuernocken erfolgt, und zwar ggf. über einen Kipp- und Schlepphebel. Die Nockensteuerung wirkt dann auf eine Traverse ein und zwar dort, wo auf der anderen Seite dieser Traverse sich die Ventilfeder abstützt.There is a relative in the valve control according to the invention movement between the piston and cylinder of the actuation establishment not before, so that a related Wear is effectively avoided. The drive shaft for the Camshaft is designed as a hollow shaft and forms the Cylinder in which the piston forming one end of the Camshaft axially displaceable, but connected in terms of drive intervenes. In the invention, the valve control has for example at least two and simultaneously operable a group forming valves, the initiation of the Actuating forces on the valves via one for each Valve group common control cam takes place, if necessary via a rocker and rocker arm. The cam control works then on a traverse where it is on the other The valve spring is supported on the side of this traverse.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.Further developments of the invention are the subject of the Unteran claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is based on the figures Exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 und 2 in vereinfachter schematischer Teildarstellung sowie im Schnitt eine zwei Ventile aufweisende Ventilsteuerung nach dem Stand der Technik, in unterschiedlichen Betriebszu ständen; Figures 1 and 2 in a simplified schematic partial view and in section a two-valve control according to the prior art, in different Betriebszu conditions;

Fig. 3 und 4 die Ventilsteuerung der Fig. 1 und 2 in den beiden Betriebszuständen zusammen mit der erfindungs gemäßen hydraulischen Betätigungseinrichtung; FIGS. 3 and 4, the control valve of Figures 1 and 2 in the two operating states together with the hydraulic fiction, modern actuator.

Fig. 3a und 4a eine gegenüber Fig. 3 und 4 abgewandelte Ausführungsform;FIGS . 3a and 4a an embodiment modified compared to FIGS . 3 and 4;

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie III-IlI der Fig. 3; Fig. 5 is a section along the line III-III of Fig. 3;

Fig. 6 und 7 in Einzeldarstellung und im Längsschnitt eine Verbindung einer Nockenwelle mit einer diese an treibenden Welle. FIGS. 6 and 7 in detail view in longitudinal section and a connection of a cam shaft with a driving shaft on this.

In den Figuren sind 1 und 2 zwei Ventile eines Arbeits zylinders einer ansonsten nicht dargestellten Brennkraft maschine gezeigt. Die Ventile 1 und 2 sind beide entweder Einlaß ventile oder Auslaßventile, auf jeden Fall jedoch Ventile, die jeweils gleichzeitig und gleichsinnig betätigt werden.In the figures, 1 and 2 two valves of a working cylinder of an internal combustion engine, which is otherwise not shown, are shown. Valves 1 and 2 are both either intake valves or exhaust valves, but in any case valves that are operated simultaneously and in the same direction.

Die Ventile 1 und 2 sind mit ihren Ventilschäften an einem Motorteil, d. h. am Zylinderkopf 3 axial verschiebbar vorgesehen. An den freien Enden sind die Ventilschäfte durch eine Traverse 4 miteinander verbunden. Durch eine zwischen der Traverse 4 und dem Zylinderkopf 3 wirkende Ventil- bzw. Druckfeder 5 sind die beiden Ventile 1 und 2 in ihre geschlossene Stellung vorgespannt.The valves 1 and 2 are provided with their valve stems axially displaceable on an engine part, ie on the cylinder head 3 . At the free ends, the valve stems are connected to one another by a cross member 4 . The two valves 1 and 2 are prestressed into their closed position by a valve or compression spring 5 acting between the cross member 4 and the cylinder head 3 .

Gegen die Oberseite der Traverse 4 liegt ein Kipp- bzw. Schlepphebel 6′ mit seiner Unterseite an, und zwar in der Mitte der Traverse 4, wo auch die Ventilfeder 5 angreift. Die Oberseite dieses Hebels wirkt mit dem an einer Nockenwelle 7 vorge sehenen Steuernocken 8′ zusammen, der bei dieser Ausführung zusammen mit dem Schlepphebel 6′ die Nockensteuerung bildet.Against the top of the cross member 4 is a rocker arm or rocker arm 6 'with its underside, in the middle of the cross member 4 , where the valve spring 5 also engages. The top of this lever interacts with the provided on a camshaft 7 control cam 8 ', which forms the cam control in this embodiment together with the rocker arm 6 '.

Mit der Ventilsteuerung ist ein variabler bzw. einstellbarer Hub H für die Ventile 1 und 2 möglich ist, womit also auch die Öffnungszeit dieser Ventile gesteuert werden kann.With the valve control, a variable or adjustable stroke H is possible for valves 1 and 2 , which means that the opening time of these valves can also be controlled.

Der Steuernocken 8′′ ist hierfür so ausgebildet, daß er eine Nockenfläche 9 aufweist, die sich etwa über einen Winkel bereich von 180° bezogen auf die Achse der Nockenwelle 7 erstreckt, wobei die Mantellinien der Nockenfläche 9 sich geradlinig von einem kleineren Durch messer bzw. der einen Stirnseite des Steuernockens zu einem größeren Durchmesser bzw. der anderen Stirnseite des Steuernockens erstrecken, d. h. der Steuernocken 8′′ ist im Bereich der Nockenfläche 9 teilkonusartig ausgeführt. Außerhalb der Nockenfläche 9 ist der Umfang des Steuernockens 8′′ von einem im wesentlichen kreiszylinderförmigen Umfangs bereich gebildet. Der Formgebung der Nockenfläche 9 entsprechend ist der Schlepphebel 6′ an seiner Oberseite mit einer schrägen Fläche 13 versehen.The control cam 8 '' is designed so that it has a cam surface 9 , which extends approximately over an angular range of 180 ° with respect to the axis of the camshaft 7 , the surface lines of the cam surface 9 being straight from a smaller diameter or The one end face of the control cam extends to a larger diameter or the other end face of the control cam, ie the control cam 8 '' is partially conical in the area of the cam surface 9 . Outside the cam surface 9 , the circumference of the control cam 8 '' is formed by a substantially circular-cylindrical circumference area. The shape of the cam surface 9 corresponding to the rocker arm 6 'is provided on its top with an inclined surface 13 .

Die Ventile 1 und 2 sind durch die einzige, gemeinsame Ventilfeder 5 in ihre Schließstellung vorgespannt. Beim Umlaufen der Nockenwelle 7 werden diese Ventile 1 und 2 gegen die Wirkung der Ventilfeder 5 geöffnet, und zwar durch die gegen den Schlepphebel 6′ zur Anlage kommende Nocken fläche 9.The valves 1 and 2 are biased into their closed position by the single, common valve spring 5 . When the camshaft 7 rotates, these valves 1 and 2 are opened against the action of the valve spring 5 , namely by the cam surface 9 coming into contact with the rocker arm 6 '.

Durch axiales Bewegen des Steuernockens 8′ können der Öffnungshub H und damit auch die Öffnungszeit der Ventile 1 und 2 eingestellt werden. Fig. 2 zeigt die Lage des Steuer nockens 8′′ für den kleinsten Ventilhub. Fig. 1 zeigt die Stellung des Steuernockens 8′ für den größten Ventilhub. Die Differenz zwischen den beiden Hüben ist in den Fig. 1 und 2 mit DH bezeichnet. By axially moving the control cam 8 ', the opening stroke H and thus the opening time of the valves 1 and 2 can be adjusted. Fig. 2 shows the position of the control cam 8 '' for the smallest valve lift. Fig. 1 shows the position of the control cam 8 'for the largest valve lift. The difference between the two strokes is designated DH in FIGS. 1 and 2.

Die Fig. 3 und 4 zeigen an der Antriebsseite der Nockenwelle 7′′ eine Welle 20 mit einem Antriebsrad 21 (z. B. Zahnriemen rad) zum Antreiben der Welle 20 und damit Nockenwelle 7′′. Das Antriebsrad 21 steht antriebsmäßig in Verbindung mit der Kurbelwelle. FIGS. 3 and 4 show on the drive side of the cam shaft 7 '' has a shaft 20 with a drive wheel 21 (z. B. toothed wheel) for driving the shaft 20 and thus the cam shaft 7 ''. The drive wheel 21 is drivingly connected to the crankshaft.

In einem Teilbereich 20′ ist die Welle 20 als Hohlwelle ausgebildet. Dieser Teilbereich besitzt eine Länge, die größer ist als der maximale axiale Bewegungshub des Steuer nockens 8′. Weiterhin ist in der Welle 20 eine axiale Bohrung 22′ vorgesehen, die in den Innenraum 23 des Abschnittes 20′ reicht. Die Nockenwelle 7′′ reicht mit ihrem einen Ende in den Innenraum 23 hinein, und zwar derart, daß die Nockenwelle 7′′ in Achsrichtung relativ zu der Welle 20 verschiebbar, an der Welle 20 aber verdrehungssicher gehalten ist. Die Nockenwelle 7′′ bildet somit mit ihrem in den Innenraum 23 hineinreichenden Ende einen Kolben.In a portion 20 ', the shaft 20 is designed as a hollow shaft. This section has a length that is greater than the maximum axial movement stroke of the control cam 8 '. Furthermore, an axial bore 22 'is provided in the shaft 20 , which extends into the interior 23 of the section 20 '. The camshaft 7 '' extends with one end into the interior 23 , in such a way that the camshaft 7 '' is displaceable in the axial direction relative to the shaft 20 , but is held against rotation on the shaft 20 . The camshaft 7 '' thus forms a piston with its end extending into the interior 23 .

Der Steuernocken 8′ besitzt von dem Ende der Nockenwelle 7′′ einen Abstand, der größer ist als die axiale Länge des Steuernockens 8′.The control cam 8 'has from the end of the camshaft 7 ''a distance which is greater than the axial length of the control cam 8 '.

Das andere Ende der Nockenwelle 7′′ reicht in den Innenraum 24 einer geschlossenen Lagerhülse 25, und zwar mit einer Länge, die größer ist als die axiale Länge des Steuernockens 8′.The other end of the camshaft 7 '' extends into the interior 24 of a closed bearing sleeve 25 , with a length that is greater than the axial length of the control cam 8 '.

Bei der Darstellung der Fig. 3 ist die Nockenwelle 7′′ mittels eines über die Bohrung 22 in den Innenraum 23 eingeleiteten Druckmediums (Drucköles) zusammen mit dem Steuernocken 8′ in die Stellung axial verschoben, in der der Steuernocken 8′ den größten Hub für die Ventile 1 und 2 bewirkt. Im Innenraum 24 der Lagerhülse 25 vorhandenes Drucköl wird über eine dortige Bohrung 26 abgeleitet.In the illustration of Fig. 3, the camshaft 7 '' by means of an introduced via the bore 22 into the interior 23 pressure medium (pressure oil) together with the control cam 8 'in the position in which the control cam 8 ' the largest stroke for the valves 1 and 2 causes. Pressure oil present in the interior 24 of the bearing sleeve 25 is discharged via a bore 26 there.

Zum axialen Verschieben der Nockenwelle 7′′ und damit des Steuernockens 8′ in die andere Richtung wird über die Bohrung 26 der ebenfalls als Zylinder wirkende Innenraum 24 der Lagerhülse 25 mit dem Drucköl beaufschlagt, so daß dann die Nockenwelle 7′′ die in der Fig. 4 dargestellte Lage einnimmt, in der der Steuernocken 8′ den geringsten Hub für die Ventile 1 und 2 bewirkt.For axial displacement of the camshaft 7 '' and thus the control cam 8 'in the other direction, the inner space 24 of the bearing sleeve 25, which also acts as a cylinder, is acted upon with the pressure oil via the bore 26 , so that the camshaft 7 ''shown in FIG position shown. 4 assumes, in causing the control cam 8 'the lowest stroke of the valves 1 and 2.

Bei der in den Fig. 3a und 4a dargestellten Ausführungsform ist im Innenraum 24 der Lagerhülse 25 eine Druckfeder 27 vorgesehen, die die Nockenwelle 7′′ in eine Stellung zurück bewegt, die dem kleineren Hub der Ventile 1 und 2 entspricht.In the embodiment shown in FIGS . 3a and 4a, a compression spring 27 is provided in the interior 24 of the bearing sleeve 25 , which moves the camshaft 7 '' back into a position which corresponds to the smaller stroke of the valves 1 and 2 .

Um eine Reibung zwischen der Nockenwelle 7′′ und der Druck feder 27 zu vermeiden, stützt sich letztere mit einem Ende an einem auf der Nockenwelle 7′′ vorgesehenen Kugellager 27′ ab.In order to avoid friction between the camshaft 7 '' and the compression spring 27 , the latter is supported with one end on a on the camshaft 7 '' provided ball bearing 27 '.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie III-III der Fig. 3. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen der Welle 20 und der Nockenwelle 7′′ durch eine Vielzahl von ineinandergreifenden axialen Nuten und Vorsprüngen, d. h. durch ein zahnradartiges Ineinandergreifen von Welle 20 und Nockenwelle 7′′, gewähr leistet. Fig. 5 shows a section along the line III-III of Fig. 3. As can be seen from Fig. 5, the drive connection between the shaft 20 and the camshaft 7 '' by a variety of interlocking axial grooves and projections, ie by a gear-like meshing of shaft 20 and camshaft 7 '', ensures.

Bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen der Welle 20 und der Nockenwelle 7′′ durch eine in eine Längsnut 28 der Welle 20 eingreifende Feder 29 an der Nockenwelle 7′′ (Fig. 6) bzw. durch eine in eine Längsnut 30 der Nockenwelle 7′′ eingreifende Feder 31 in der Welle 20 realisiert.In the embodiments shown in FIGS. 6 and 7, the drive connection between the shaft 20 and the camshaft 7 '' by a spring 29 engaging in a longitudinal groove 28 of the shaft 20 on the camshaft 7 '' ( Fig. 6) or realized in a longitudinal groove 30 of the camshaft 7 '' engaging spring 31 in the shaft 20 .

Die Steuerung des Drucköles zum Verschieben des Steuernockens 8′ oder der Nockenwelle 7′′ erfolgt beispielsweise über einen Computer, und zwar in Abhängigkeit von Daten entsprechend Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, Last, Lufttemperatur usw., die von entsprechenden Sensoren geliefert werden.The control of the pressure oil for moving the control cam 8 'or the camshaft 7 ''is carried out, for example, via a computer, depending on data corresponding to the engine speed, driving speed, load, air temperature, etc., which are supplied by appropriate sensors.

BezugszeichenlisteReference list

1, 2 Ventil
3 Zylinderkopf
4 Traverse
5 Ventilfeder
6′ Schlepphebel
7, 7′′ Nockenwelle
8′, 8′′ Steuernocken
9 Nockenfläche
10 Umfangsbereich
20 Welle
21 Antriebsrad
22 Bohrung
23 Innenraum
24 Innenraum
25 Lagerhülse
26 Bohrung
27 Druckfeder
27′ Kugellager
28 Längsnut
29 Feder
30 Längsnut
31 Feder 1 , 2 valve
3 cylinder head
4 traverse
5 valve spring
6 ′ rocker arm
7 , 7 '' camshaft
8 ′ , 8 ′ ′ control cams
9 cam surface
10 peripheral area
20 wave
21 drive wheel
22 hole
23 interior
24 interior
25 bearing sleeve
26 hole
27 compression spring
27 ′ ball bearing
28 longitudinal groove
29 spring
30 longitudinal groove
31 spring

Claims

1. Valve control for at least one valve ( 1 , 2 ) of an internal combustion engine, with a cam control with at least one control cam ( 8 ') for initiating valve actuation forces, which counteract return spring forces, the at least one control cam ( 8 ') having a cam surface ( 9 ) , which has a changing distance from the axis of the camshaft ( 7 '') in the axial direction of the camshaft ( 7 ''), with the camshaft together with the on this for stepless, variable control of the valve lift (H) and / or the valve opening time The camshaft provided at least one control cam ( 8 ') can be displaced by a hydraulic actuation device which is formed by at least one cylinder chamber ( 23 , 24 ) which can be pressurized with the pressure medium and in which a piston provided on at least one end of the camshaft is slidably provided, thereby in that at least one end of the camshaft (7 ' Is formed in one piece) with the piston, and that the designed as a hollow shaft portion (20 ', is extends into the cam shaft with the respective end of the cylinder chamber (23, forming cylinder 24)) of a shaft (20) and in the (20 ') The camshaft is axially displaceable but held against rotation.

2. Valve control according to claim 1, characterized by a between the shaft ( 20 ) and the camshaft ( 7 '') acting longitudinal teeth and / or tongue and groove connec tion ( 28 , 29 ; 30 , 31 ).

3. Valve control according to claim 1 or 2, characterized in that on at least one end of the camshaft ( 7 '') acts at least one spring element ( 27 ) which the camshaft ( 7 '') in one position, for example in the smaller one Prestresses valve stroke corresponding position, and that the actuating device moves the camshaft ( 7 '') against the action of the at least one spring element ( 27 ) in the other direction.