DE4412548A1

DE4412548A1 - Reciprocating IC engine with camshaft for control of engine valves

Info

Publication number: DE4412548A1
Application number: DE19944412548
Authority: DE
Inventors: Werner Schlosser
Original assignee: SCHLOSSER WERNER DIOPL ING FH
Current assignee: SCHLOSSER WERNER DIOPL ING FH
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-19

Abstract

The reciprocating IC engine has a camshaft (1) for control of the engine valves (2), with cams (3) arranged along the camshaft axis (4) at intervals corresponding to the positions of the valve push rods (5). Each cam position has a double cam comprising two asymmetrical opposing radial eccentric plates (6,7), or a triple cam with three eccentric plates.The camshaft is driven from the crankshaft through a reducing gear, which steps the rotating speed of the camshaft down to half the speed of the crankshaft, multiplied by the reciprocal value of the number of cams. An ignition timer designed for the number of cylinders multiplied by the number of eccentric plates is directly flange-mounted onto the camshaft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor mit Nockenwellen zur Betätigung der Ventile durch Nocken, die in Richtung der Nockenwellenachse beabstandet hintereinander auf Ventilposition angeordnet sind, wobei jede Nockenposition einem Ventilstößel zugeordnet ist und jeder Nocken die Form eines radialen Exzenters aufweist.The invention relates to a reciprocating piston engine with camshafts for actuating the valves by cams that are spaced one behind the other in the direction of the camshaft axis Valve position are arranged, each cam position assigned to a valve lifter and each cam has the shape of a radial eccentric.

Bei derartigen Hubkolbenmotoren werden die Ventile mittels einer oder mehrerer Nockenwellen bekannter Bauart direkt oder über Kipphebel und Stößelstangen betätigt, die bei Viertaktmotoren systembedingt immer mit halber Kurbelwellendrehzahl drehen. Bei jeder Umdrehung betätigt der jeweilige Nocken mittels eines Exzenters bei der ersten halben Umdrehung ein Ventil, das dabei geöffnet und wieder geschlossen wird. Die zweite Hälfte dieser Umdrehung hat keine Funktion.In such piston engines, the valves are by means of one or more Camshafts of known design operated directly or via rocker arms and push rods, which always rotate at half crankshaft speed for four-stroke engines. At Each revolution actuates the respective cam by means of an eccentric on the first one half a turn, a valve that is opened and closed again. The second Half of this turn has no function.

Beim Hubkolbenmotor mit nockenwellenbetriebener Ventilsteuerung ist der Ventiltrieb ein sehr kritischer Bereich. Die hohe Drehzahl der Nockenwelle, insbesondere bei Vollast erzeugt nachteilig einen erheblichen Lärmpegel und schluckt Leistung. Die einseitige Exzentrizität der Nocken ist Ursache von Unwuchten und schwer beherrschbaren Schwingungen. Damit ist erhöhter Verschleiß verbunden und die maximale Drehzahl des Hubkolbenmotors wird durch die hohe Drehzahl der Nockenwelle nachteilig beeinflußt und limitiert.In the reciprocating piston engine with camshaft-operated valve control, the valve train is on very critical area. The high speed of the camshaft, especially at full load disadvantageously generates a significant level of noise and swallows performance. The one-sided Eccentricity of the cams is the cause of unbalance and is difficult to control Vibrations. This is associated with increased wear and the maximum speed of the Reciprocating engine is adversely affected by the high speed of the camshaft and limited.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Hubkolbenmotor anzugeben und die obigen Nachteile zu überwinden, insbesondere die Geräuschentwicklung zu vermindern und die Laufruhe des Motors zu verbessern. The object of the invention is to provide a generic piston engine and the To overcome the above disadvantages, in particular to reduce the noise and improve the smoothness of the engine.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß jeder Nocken mehr als einen radialen Exzenter aufweist und die Nockenwelle von der Kurbelwelle über einen Untersetzungstrieb angetrieben wird, der die Drehzahl der Nockenwelle auf die halbe Kurbelwellendrehzahl, multipliziert mit dem Kehrwert der Exzenteranzahl, reduziert. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß die Exzenter auf der Nockenwelle in den Nockenpositionen axialsymmetrisch oder auf dem Umfang der Nockenwelle an der Nockenposition gleichmäßig verteilt werden können, so daß die Unwucht bereits an jeder Nockenposition ausgeglichen ist und keine Biegeschwingungen der Nockenwelle zwischen den beabstandeten Nockenwellenpositionen mehr auftreten. Mit der erheblich reduzierten Drehzahl der Nockenwelle ist ferner der Vorteil verbunden, daß die Laufruhe des gesamten Ventiltriebs zunimmt und der Verschleiß abnimmt. Die Ventilbeschleunigung wird bei entsprechender Formgebung der radialen Kontur des Nockens der erfindungsgemäßen Nockenwelle vorteilhaft nicht verändert, obwohl die Nockenwellendrehzahl erheblich herabgesetzt ist. Die Gefahr des Ventilflatterns wird geringer, was weichere Ventilfedern ermöglicht.This problem is solved in that each cam has more than one radial eccentric and the camshaft from the crankshaft via a reduction drive is driven, the speed of the camshaft to half the crankshaft speed, multiplied by the reciprocal of the number of eccentrics, reduced. This advantageously achieves that the eccentric on the camshaft in the cam positions on or axially symmetrical can be evenly distributed over the circumference of the camshaft at the cam position, so that the imbalance is compensated for at each cam position and none Bending vibrations of the camshaft between the spaced ones Camshaft positions occur more. With the significantly reduced speed of the Camshaft is also associated with the advantage that the entire valve train runs smoothly increases and the wear decreases. The valve acceleration becomes corresponding Shaping the radial contour of the cam of the camshaft according to the invention advantageously not changed, although the camshaft speed is significantly reduced. The risk of valve flutter is reduced, which enables softer valve springs.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Nockenwelle auf jeder Nockenposition Doppel- oder Zwillingsnocken auf, die aus zwei achssymmetrisch gegenüberliegenden Exzentern bestehen. Diese Doppelnocken haben den Vorteil, daß an Stelle der oben erwähnten funktionslosen halben Umdrehung der Nockenwelle auch während dieser halben Umdrehung eine Ventilbetätigung erfolgt. Da die Exzenter in diesem Fall um 180° versetzt auf der Nockenwelle an jeder Nockenposition angeordnet sind, treten keine Schwingungen auf Grund von Unwuchten auf. Die Nockenwellendrehzahl ist dabei gegenüber der üblichen Bauart halbiert. Diese Ausführung ist bei allen Ventilsteuerungssystemen ohne große Konstruktionsänderung anwendbar. In a preferred embodiment of the invention, the camshaft points to each Cam position double or twin cams on, which consist of two axisymmetric opposite eccentrics exist. These double cams have the advantage that Place the above-mentioned inoperative half turn of the camshaft too valve actuation occurs during this half turn. Since the eccentrics in in this case offset by 180 ° on the camshaft at each cam position there are no vibrations due to unbalance. The Camshaft speed is halved compared to the usual design. This execution can be used with all valve control systems without major design changes.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Nockenwelle z. B. Drillingsnocken an jeder Nockenposition auf, die aus drei auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Exzentern bestehen. Das hat den Vorteil, daß die Drehzahl der Nockenwelle weiter herabgesetzt werden kann. Diese Ausführung erfordert jedoch größere konstruktive Anpassung. Auch die Fertigungsart der Nockenwelle ist anders. Die Drehzahl der Nockenwelle beträgt dabei nur ein Sechstel der Kurbelwellendrehzahl.In a preferred embodiment of the invention, the camshaft z. B. triplet cams at each cam position, which consist of three evenly distributed on the circumference Eccentrics exist. This has the advantage that the speed of the camshaft continues can be reduced. However, this design requires larger design Adaptation. The type of production of the camshaft is also different. The speed of the camshaft is only one sixth of the crankshaft speed.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß direkt an die Nockenwelle ein Zündverteiler angeflanscht ist, der für eine mit der Anzahl der Exzenter pro Nockenposition multiplizierten Zylinderzahl ausgelegt ist. Damit können Konstruktionen, die den Zündverteiler direkt an der Nockenwelle angeflanscht haben, aufgrund der nun erfindungsgemäß verminderten Drehzahl der Nockenwelle vorteilhaft realisiert werden.Another preferred embodiment of the invention provides that directly to the camshaft an ignition distributor is flanged to one with the number of eccentrics per Cam position multiplied number of cylinders is designed. This allows constructions, who flanged the ignition distributor directly to the camshaft, due to the now reduced speed of the camshaft according to the invention can be advantageously realized.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren erläutert.The invention is illustrated by the following figures.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Hubkolbenmotors in der häufig gewählten Ausführung mit obenliegender Nockenwelle und direkter Betätigung der Ventile. Fig. 1 shows a section of a reciprocating piston engine in the frequently selected version with overhead camshaft and direct actuation of the valves.

Fig. 2 zeigt einen Querschnittsvergleich zwischen einem konventionellen Nocken mit einem Exzenter und einem erfindungsgemäßen Doppel- oder Zwillingsnocken. Fig. 2 shows a cross-sectional comparison between a conventional cam with an eccentric and a double or twin cam according to the invention.

Fig. 1 zeigt die Nockenwelle (1) im Bereich des Ventiltriebs. Zur Betätigung des Ventiles (2) durch den Nocken (3) sind diese in Richtung der Nockenwellenachse (4) beabstandet hintereinander auf Ventilposition angeordnet. Jede Nockenposition hat erfindungsgemäß mindestens zwei radiale Exzenter (6, 7) und die Nockenwelle (1) wird von der nicht gezeigten Kurbelwelle über einen nicht gezeigten Untersetzungstrieb angetrieben. Die Drehzahl der Nockenwelle (1) wird dabei auf die halbe Kurbelwellendrehzahl, multipliziert mit dem Kehrwert der Exzenteranzahl, reduziert. In diesem Beispiel eines Doppel- oder Zwillingsnocken wird demnach die Drehzahl der Nockenwelle (1) auf ein Viertel der Kurbelwellendrehzahl reduziert. Im Bild steht bei rechts drehender Nockenwelle (1) der Nocken (7) auf Ventilöffnungsbeginn. Fig. 1 shows the camshaft ( 1 ) in the area of the valve train. To actuate the valve ( 2 ) by the cam ( 3 ), they are arranged one behind the other in the direction of the camshaft axis ( 4 ) at the valve position. According to the invention, each cam position has at least two radial eccentrics ( 6 , 7 ) and the camshaft ( 1 ) is driven by the crankshaft (not shown) via a reduction drive (not shown). The speed of the camshaft ( 1 ) is reduced to half the crankshaft speed, multiplied by the reciprocal of the number of eccentrics. In this example of a double or twin cam, the speed of the camshaft ( 1 ) is reduced to a quarter of the crankshaft speed. In the picture, with the camshaft ( 1 ) rotating to the right, the cam ( 7 ) is at the beginning of the valve opening.

Bei drei Exzentern pro Nocken wird die Nockenwelle (1) entsprechend mit einem Sechstel der Kurbelwellendrehzahl angetrieben.With three eccentrics per cam, the camshaft ( 1 ) is driven at one sixth of the crankshaft speed.

Fig. 2 zeigt einen Querschnittsvergleich zwischen einem konventionellen Nocken (8) (gestrichelte Randkurve) mit einem Exzenter (9) und einem erfindungsgemäßen Doppel- oder Zwillingsnocken (3) mit zwei um 180° versetzten Exzentern (6, 7). Deutlich erkennbar ist, daß bei herkömmlicher Nockenausbildung (gestrichelte Randkurve) die Hälfte einer Umdrehung ohne Funktion ist, während bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Nocken (3) nur noch ein geringer Teil der Umdrehung funktionslos bleibt. Gleichzeitig ist zu erkennen, daß die Mantellinie des Doppel- oder Zwillingsnockens (3) steiler und spitzer ist um gleiche Ventilbeschleunigung und Öffnungszeit bei der halbierten Nockenwellen drehzahl zu erreichen. Fig. 2 shows a cross-sectional comparison between a conventional cam ( 8 ) (dashed edge curve) with an eccentric ( 9 ) and a double or twin cam ( 3 ) according to the invention with two eccentrics ( 6 , 7 ) offset by 180 °. It can be clearly seen that with conventional cam design (dashed edge curve) half of a revolution is without function, while with the inventive design of the cams ( 3 ) only a small part of the revolution remains inoperative. At the same time it can be seen that the surface line of the double or twin cam ( 3 ) is steeper and more pointed to achieve the same valve acceleration and opening time at the halved camshaft speed.

Claims

1. Reciprocating engine with camshaft ( 1 ) for actuating the valves ( 2 ) by the cams ( 3 ), which are arranged one behind the other in the direction of the camshaft axis ( 4 ) at the valve position, each cam position being assigned to a valve tappet ( 5 ), characterized in that each cam (3) more than one radial cam (6, 7) and said camshaft (1) is driven by the crankshaft via a reduction drive, the rotational speed of the camshaft (1) to half the crankshaft speed, multiplied by the reciprocal of the number of eccentrics, reduced.

2. Reciprocating engine with camshaft according to claim 1, characterized in that the camshaft ( 1 ) has double or twin cams on each cam position, which consist of two axially symmetrically opposite eccentrics ( 6 , 7 ).

3. Reciprocating engine with camshaft according to claim 1 or 2, characterized in that the camshaft ( 1 ) has triplet cams on each cam position, which consist of three eccentrics evenly distributed over the circumference.

4. Reciprocating engine with camshaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that an ignition distributor is flanged directly to the camshaft ( 1 ), which is designed for a number of cylinders multiplied by the number of eccentrics ( 6 , 7 ) per cam position.