EP0191376B1 - Ventiltrieb mit hydraulischer Übersetzung - Google Patents

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EP0191376B1
EP0191376B1 EP86101217A EP86101217A EP0191376B1 EP 0191376 B1 EP0191376 B1 EP 0191376B1 EP 86101217 A EP86101217 A EP 86101217A EP 86101217 A EP86101217 A EP 86101217A EP 0191376 B1 EP0191376 B1 EP 0191376B1
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piston
auxiliary shaft
valve
hydraulic
valve drive
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Gabriel Dipl.-Ing. Tittizer
Ewald Dipl.-Ing. Junghans
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/02—Systems with continuously-operating input and output apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/03—Auxiliary actuators
    • F01L2820/031—Electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

Definitions

  • the present application relates to hydraulic control for valves of internal combustion engines, i.e. of four-stroke gasoline or diesel engines according to the preamble of claim 1.
  • Such machines have at least 2 valves per cylinder, which, according to the currently preferred technique, are pressed into their closed position by spring force n and thereby brought into their open position in that a force opposing and exceeding the spring force is applied to the valve stem; this is done in such a way that cams are mounted on an auxiliary shaft driven by the crankshaft at half the speed, which apply the required force to the valve lifters via rocker arms.
  • Hydraulic valve drives are known, for example from DE-C-46 74 40. This results in greater freedom of movement in the coupling between the crankshaft and the closing element of the valve. In order to compensate for losses of hydraulic fluid and to prevent the occurrence of air bubbles in the system, this document suggests that the displacement of the primary, active hydraulic piston be dimensioned somewhat larger than that of the secondary, passive piston and the excess conveyed in this way.
  • the object of the present invention is to enable a larger valve lift while at the same time adhering to the conventional design of the motors mentioned and at the same time to eliminate parts which are susceptible to wear. This is intended to achieve a more favorable control behavior of the valves.
  • the hydraulic power transmission 1 can translate the movement of the first piston in that the second piston has a noticeably smaller cross section than the first piston.
  • the former follows the movement imposed by the latter with a stroke which is enlarged in the ratio of the cross-sectional areas when the overall system is closed.
  • FIG. 1 An embodiment is shown in the drawing, namely in the longitudinal axial section.
  • the figure partially shows the combustion chamber 1 of a cylinder of an internal combustion engine, to which a fuel / air mixture is supplied via an intake duct 2; an outlet valve can be designed in basically the same way.
  • the intake duct 2 is closed off from the combustion chamber 1 by a valve disk 4, which forms a unit with a tappet 5.
  • the valve 4 is loaded in the direction of its closed position by a helical spring 6, which is supported on an abutment 7.
  • a crankshaft of the machine (not shown here) with a reduction ratio of 2: 1 drives an auxiliary shaft 8 with an out-of-round cross-section (exaggerated for clarity), on which a roller bearing is attached.
  • the rolling bearing consists in a known manner of an inner race 9, rolling elements 10 (balls or rollers) and an outer race 11.
  • the races 9, 11 are capable of following the deformations and material to a certain degree, based on dimensions and material, without these components being stressed beyond their elastic limit.
  • the outer race 11 is fixed in space so that it cannot follow the rotational movements of the auxiliary shaft 8 and the inner race 9 fastened thereon in the circumferential direction, but instead performs an oscillating radial movement, depending on the angular position of the auxiliary shaft 8 in question
  • Their shape is not necessarily a double oval, as shown here, but will have to be selected by the person skilled in the art depending on the desired valve timing, a shape also being possible which is not unlike that of the cams conventionally used for valve controls.
  • the movement of the outer race 11 communicates with a first piston 12, which slides in a first hydraulic cylinder 13 and is always pressed against the outer race 11 by a further helical spring 14.
  • the first hydraulic cylinder 13 is connected to a second hydraulic cylinder 16 via a line 15 that can be designed almost arbitrarily in terms of length and shape, in which a second piston 17 slides, which acts on the valve stem 5 on its part. Since the displacement swept by both pistons 12, 17 must be the same and the diameter D of the first cylinder 13 is larger than that d of the second cylinder 16, the relatively small reciprocating movement h of the first piston 12 converts into a correspondingly larger movement H of the second piston 17. The size of the corresponding stroke of the valve 4 can thus be increased beyond what can be achieved with the aid of conventional camshafts.
  • the outer race 11 simultaneously actuates a plurality of first pistons 13 distributed over its circumference, which, via the similar hydraulic transmissions described, control as many valves 4 (not shown here), in the example shown, the four intake valves of a four-cylinder engine.

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Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft eine hydraulische Steuerung für Ventile von Verbrennungskraftmaschinen, d.h. von Viertakt-Otto- bzw. Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Derartige Maschinen weisen je Zylinder mindestens 2 Ventile auf, die nach der derzeitig bevorzugten Technik durch Federkraft n ihre Schliesstellung gedrückt und dadurch in ihre Offenstellung gebracht werden, dass auf den Ventilschaft eine der Federkraft entgegenwirkende und diese übersteigende Kraft aufgebracht wird; dies in der Art, dass auf einer von der Kurbewelle mit der halben Drehzahl angetriebenen Hilfswelle Nocken angebracht sind, die über Kipphebel die erforderliche Kraft auf die Ventilstössel aufbringen. Nocken und Kipphebel sind durch das Aneinaderabgleiten einem erhebliche Verschleiss ausgesetzt und der erreichbare Ventilhub ist dadurch begrenzt, dass die Flankensteigung der Nocken nicht beliebig gross gewählt werden kann, wenn die bei Zusammenwirken derselben mit den Kipphebeln aufzubringenden Kräfte nicht das zulässige Mass überschreiten sollen. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass eine vollständigere Verbrennung im Zylinder und damit eine günstigere Treibstoffausnutzung und Herabsetung der im Abgas abgegebenen Schadstoffe durch die Vergrösserung des Ventilhubs, durch ein schnelleres Öffnen und Schliessen der Ventile und/oder dadurch erreichbar sein können, dass die starre Kupplung der Stellung der Ventile an diejenige des Kolbens bei allen Betriebszuständen gelockert wird. Eine solche nach Betriebszustand variable Ankoppelung erfolgt bereits bei der Betätigung der Zündung bei Otto-Motoren. Es sind hydraulische Ventiltriebe bekannt, so aus der DE - C - 46 74 40. Hierdurch wird eine grössere Freizügigkeit in der Kopplung zwischen Kurbelwelle und Schliessorgan des Ventils erreicht. Um Verluste an Hydraulikflüssigkeit auszugleichen und das Auftreten von Luftblasen im System zu verhindern schlägt diese Schrift vor, den Hubraum des primären, aktiven Hydralikkolbens etwas grösser zu bemessen als den des sekundären, passiven Kolbens und den so geförderten Uberschuss abfliessen zu lassen.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, bei grundsätzlichem Festhalten an der hergebrachten Bauweise der genannten Motoren einen grösseren Ventilhub zu ermögliche und gleichzeitig verschleissanfällige Teile zu eliminieren. Hierdurch soll ein günstigeres Steuerverhalten der Ventile erreicht werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs agegebenen Mittel.
  • Die Bewegung der Kolben in ihren Zylindern erfolgt wegen des Fehlens von die Gleitflächen beanspruchenden Querkräften weitgehend verschleissfrei. Wird ein Wälzlager, dessen Laufringe durch Herbsetzung der Materialstärken und Auswahl geeingneter Werkstoffe im makroskopischen Bereich elastisch verformbar sind, auf eine unrunde Welle aufgeschoben, so passt sich der innere Laufring dieser Kontur an und durch die praktisch nicht verformbaren Wälzkörper gezwungen, auch der äussere Laufring. Dreht sich die Welle gegenüber dem als feststehend angenommenen äusseren Laufring, wird dem letzteren an jedem Punkte seines Umfangs eine radial hin und hergehende Bewegung aufgezwungen. Diese Bewegung wird dann hydralisch übertragen, wobei zwischen Lageraussenring und dem Primärkolben keine Relativbewegung und somit kein Verschleiss auftritt.
  • Gemäss dem 2. Anspruch kann die hydraulische Kraftübertragung 1, die Bewegung des ersten Kolbens übersetzen, indem der zweite Kolben einen merklich geringeren Querschnitt aufweist als der erste Kolben. Ersterer folgt der durch letzteren aufgezwungenen Bewegung dann mit einem im Verhältnis der Querschnittsflächen vergrösserten Hub, wenn das Gesamtsystem geschlossen ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar im Längsaxialschnitt. Die Figur zeigtteilweise den Brennraum 1 eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine, dem über einen Ansaugkanal 2 ein Brennstoffluftgemisch zugeführt wird; ein Auslassventil kann in prinzipiell gleicher Weise ausgeführt sein. Der Ansaugkanal 2 wird gegenüber dem Brennraum 1 abgeschlossen durch einen Ventilteller 4, der mit eine Stössel 5 eine Einheit bildet. Durch eine Schraubenfeder 6, die sich an einem Widerlager 7 abstützt, ist das Ventil 4 in Richtung seiner Schliessstellung belastet. Von einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle der Maschine mit einem Untersetzungsverhältnis von 2:1 angetrieben ist eine Hilfswelle 8 mit (hier zur Verdeutlichung übertrieben dargestelltem) unrundem Querschnitt vorhanden, auf der ein Wälzlager befestigt ist. Das Wälzlager besteht in bekannter Weise aus einem inneren Laufring 9, Wälzkörpern 10 (Kugeln oder Rollen) und einem ässeren Laufrig 11. Die Laufringe 9, 11 sind nach Abmessungen und Werkstoff in der Lage, ihnen aufgewungenen Verformungen bis zu einem gewissen Grade zu folgen, ohne dass diese Bauteile über ihre Elastizitätsgrenze hinweg beansprucht würden. Dies ist hier der Fall, da der äussere Laufring 11 im Raum fixiert ist, so dass er Drehbewegungen der Hilfswelle 8 und des darauf befestigten inneren Laufringes 9 in Umfangsrichtung nicht folgen kann, dagegen eine oszillierende Radialbewegung ausführt, je nach der betreffenden Winkellage der Hilfswelle 8. Deren Gestalt ist nicht notwendigerweise, wie hier dargestellt, eine doppelt-ovigale sondern wird vom Fachmann je nach den angestrebten Ventilsteuerzeiten auszuwählen sein, wobei auch eine Form in Frage kommt, die derjenigen der herkömmlich für Ventilsteuerungen verwendeten Nocken nicht unähnlich ist. Die Bewegung des äusseren Laufringes 11 teilt sich einem ersten Kolben 12 mit, der in einem ersten Hydraulikzylinder 13 gleitet und durch eine weitere Schraubenfeder 14 stets gegen den äusseren Laufring 11 gedrückt wird. Der erste Hydraulikylinder 13 ist über eine in Länge und Formgebung fast beliebig auszuführende Leitung 15 mit einem zweiten Hydraulikzylinder 16 verbunden, in dem ein zweiter Kolben 17 gleitet, der seinrseits auf den Ventilschaft 5 wirkt. Da der von beiden Kolben 12, 17 bestrichene Hubraum gleich sein muss und der Durchmesser D des ersten Zylinders 13 grösser bemessen ist als derjenige d des zweiten Zylinders 16, setzt sich die verhältnismässig kleine hin-und hergehende Bewegung h des ersten Kolbens 12 in eine in eine entsprechend grössere Bewegung H des zweiten Kolbens 17 um. Die Grösse des entsprechenden Hubs des Ventils 4 kann so über das mit Hilfe herkömmlicher Nockenwellen erzielbare Mass hinaus gesteigert werden.
  • Wie angedeutet, betätigt der äussere Laufring 11 gleichzeitig mehrere über seinen Umfang verteilte erste Kolben 13, die über der beschriebenen gleichartige hydraulische Übertragungen ebensoviele hier nicht dargestellte Ventile 4, im dargestellten Beispiel die vier Einlassventile eines Vier-Zylinder-Motores steuern.

Claims (2)

1. Hydraulische Steuerung für Ventile (4) von Verbrennungskraftmaschinen mit einer durch die Kurbelwelle angetriebenen Hilfswelle (8), die einen unrunden Querschnitt aufweist und je Ventil einen durch die Hilfswelle betätigten ersten Kolben (12), der in einem ersten Hydraulikzylinder (13) gleitet und einen gegen den Ventilschaft (5) gepressten zweiten Kolben (17), der in einem zweiten Hydraulikzylinder (16) gleitet, sowie eine den ersten und den zweiten Hydraulikzylinder miteinander verbindenden Leitung (15), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hilfswelle (8) ein Wälzlager (9 bis 11) befestigt ist, gegen dessen äusseren Laufring (11) der erste Kolben (12) gepresst ist und der im Raum fixiert ist und durch die bei Drehung der Hilfswelle ihm aufgezwungene Verformung nur im elastischen Bereich beansprucht wird.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (12) einen grösseren Querschnitt aufweist als der zweite Kolben (17).
EP86101217A 1985-02-11 1986-01-30 Ventiltrieb mit hydraulischer Übersetzung Expired EP0191376B1 (de)

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