EP0307637A1 - Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen mittels einer exzentergetriebenen Rotationskolbenpumpe - Google Patents

Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen mittels einer exzentergetriebenen Rotationskolbenpumpe Download PDF

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EP0307637A1
EP0307637A1 EP88113278A EP88113278A EP0307637A1 EP 0307637 A1 EP0307637 A1 EP 0307637A1 EP 88113278 A EP88113278 A EP 88113278A EP 88113278 A EP88113278 A EP 88113278A EP 0307637 A1 EP0307637 A1 EP 0307637A1
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EP
European Patent Office
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valve
rotary
piston pump
outlets
pump
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Withdrawn
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EP88113278A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ewald Dipl.-Ing. Junghans
Gabriel Tittizer
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Original Assignee
Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/06—Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing

Definitions

  • the present invention relates to a rotary piston pump according to the preamble of claim 1 and its use for controlling the valves of an internal combustion engine.
  • a device for valve control controlled by means of a rotary slide valve is known, in which the characteristics of hydraulically actuated valves which are acted upon from a central pressure source are changed in that two sets of rotatable links act as a function of different operating parameters the machine variable passage for the hydraulic fluid is created. Because of the different viscosity of the hydraulic fluid at the different operating temperatures of the machine, an exact valve control cannot be achieved with a device of this type.
  • the object of the present invention is a rotary piston pump with a characteristic adapted to this need, which acts only intermittently on the valves and works both as a pressure and as a suction pump, these work cycles each being assigned to one of the valve movements, the opening or the closing.
  • the valve control should take place within a closed circuit which is independent of the lubricating oil circuit of the machine, so that the most suitable fluid can be used for both purposes.
  • the second claim describes the preferred use of the pump according to the invention, which is made possible by its intermittent and alternating effect in one direction or the other.
  • the period of use during which the pump does not deliver externally corresponds to the period of time during which the controlled valve remains closed.
  • the embodiment according to claim 4 allows the closing movement of the valve to be accomplished without the aid of springs due to the suction effect of the pump, which means that when the valve is opened it is not just the force of the same Springs must be overcome.
  • the pump acts as a pressure pump as long as the piston is moved radially outwards by the action of the eccentric and as a suction pump as soon as this movement is reversed.
  • the opening and closing of the first outlets takes place by means of a rotary slide valve, which is preferably fastened on the pump shaft itself in accordance with the proposal made in claim 7.
  • the characteristic of the rotary valve can be changed, so that the duration of the periods during which the first outlets are closed or opened also changes, so that the period during which the valves are opened or closed also changes accordingly.
  • Eccentrics 2 are formed on a driven shaft 1 and perform a reciprocating wobble movement during one revolution of the shaft 1. Conveyed by roller bearings 3, this movement is communicated to pistons 4, which are displaceable in correspondingly radially arranged cylinder spaces 6 in a pump housing 5.
  • the empty spaces of the housing 5 are filled with a hydraulic fluid, so that when the pistons 4 move radially outward, this is displaced into a respective channel 7 which bifurcates into first outlets 8 and second outlets 9.
  • the first outlets 8 open out on the circumference of a rotary slide valve 10, which is provided on a part of this circumference with recesses 11, from which further channels 12 extend back into the interior of the housing 5.
  • the first outlets 8 are located on the circumference of the rotary valve opposite one of the recesses 11, the hydraulic fluid conveyed by the piston 4 is conveyed back via the further channels 12 into the housing 5, where it fills exactly the space that was released by the outward movement of the piston 4. There is no external pumping action. If, on the other hand, the first outlets lie opposite those parts of the circumference of the rotary slide valve 10 which are not taken up by the recesses 11, the latter are blocked and the pumped fluid is conveyed through the second outlets 9 into the interior of an actuating cylinder 13 in which the shaft designed as a piston of a valve 14 is moved so that the valve 14 opens.
  • the rotary slide is longitudinally displaceable and its dimensions have an axially different profile, so that changing parts of the circumference are taken up by the same.
  • the time period can be varied during which the first outlets 8 remain open and no pumping action is exerted on the actuating cylinder 13; the duration of the time during which the valve 14 remains closed can be varied accordingly.
  • the circuit in question is equipped with a check valve 15 pressurized source 16 connected to additional hydraulic fluids.
  • the shaft 1 is expediently driven from the crankshaft thereof in any of the ways known to the person skilled in the art, as described, for example, in FIG. B. have been developed for driving camshafts.
  • one of the two eccentrics 2 will control an inlet valve and the other of these will control an outlet valve.
  • each eccentric 2 is assigned a corresponding number of pistons 4 distributed over the circumference, so that the valves of the respective group are actuated one after the other in the desired sequence.

Abstract

Vorzugsweise zur Steuerung der Ventile von Verbrennungskraft­maschinen wird eine Rotationskolbenpumpe vorgeschlagen, die durch Exzenter (2) hin und her bewegte Kolben (4) aufweist, die Hydraulikfluid abwechselnd in einen Kanal (7) fördern bzw. aus diesem ansaugen. Entsprechend wird in einem über eine Leitung (9) mit der Pumpe verbundenen Stellzylinder (13) ein ein Teil eines Ventils (14) bildender Kolben hin und her bewegt, so daß sich das Ventil öffnet bzw. schließt. Während eines Teils des Umlaufes geben in einem Drehschieber (10) angelegte Ausnehmungen (11) weitere Auslässe (8) der Kanäle (7) frei, so daß die Pumpwirkung nur innerhalb des Pumpengehäuses (5) stattfindet, keine Wirkung auf den Stellzylinder (13) ausgeübt wird und das Ventil (14) entsprechend seiner gewünschten Charakteristik für einen bestimmten Zeitraum geschlossen bleibt. Durch Längsverschieben des Drehschiebers (10) kann die Charakteristik der Ausnehmungen (11) geändert werden, und damit auch die Öffnungs- bzw. Schließdauer der Ventile (14).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs und ihre Verwendung zur Steuerung der Ventile einer Verbrennungskraftmaschine. Aus der FR-A-2 480 853 ist eine mittels eines Drehschiebers gesteuerte Einrichtung zur Ventilsteuerung bekannt, bei der aus einer zentralen Druckquelle beaufschlagte, hydraulisch betätigte Ventile dadurch in ihrer Charakteristik verändert werden, daß durch zwei gegeneinander verdrehbare Kulissen ein in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Maschine variierbarer Durchgang für das Hydraulikfluid geschaffen wird. Wegen der bei den verschiedenen Betriebstemperaturen der Maschine unterschiedlichen Viskosität des Hydraulikfluids läßt sich mit einer Einrichtung dieser Art jedoch keine exakte Ventilsteuerung erreichen. Die Anmelderin hat daher in ihrer nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 37 04 071.5 einen verbesserten Drehschieber vorgeschlagen, mittels dessen eine weitgehende Variabilität der Ventil­charakteristik erreicht werden kann. Beide erwähnte Vorrichtungen entnehmen das unter Druck stehende Hydraulikfluid einer nicht näher spezifizierten Quelle, wofür der Fachmann vorzugsweise die ohnehin vorhandene Schmierölpumpe der Maschine auswählen wird. Diese weist eine möglichst gleichbleibende Fördercharakteristik auf, um den Druck des geförderten Öls konstant zu halten, d. h. sie wirkt nur als Druckpumpe und ist dem Bedarf der Ventilsteuerung nicht angepaßt, die während einer Umdrehung der Kurbelwelle während eines ersten Zeitraumes das Ventil öffnet, während eines zweiten Zeitraumes es wieder schließt und zuletzt während eines dritten Zeitraumes geschlossen hält.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Rotationskolben­pumpe mit einer an diesen Bedarf angepaßten Charakteristik, die nur intermittierend die Ventile beaufschlagt und sowohl als Druck- als auch als Saugpumpe arbeitet, wobei diese Arbeitstakte jeweils einer der Ventilbewegungen, dem Öffnen oder dem Schließen zugeordnet sind. Die Ventilsteuerung soll innerhalb eines geschlossenen, vom Schmierölkreislauf der Maschine unabhängigen Kreises erfolgen, so daß für beide Verwendungszwecke das jeweils geeignetste Fluid verwendet werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Mittel. Während eines Teils ihres Umlaufes, während dessen die ersten Auslässe offen sind, fördert die Pumpe in das Pumpengehäuse zurück, so daß keine externe Pumpwirkung auftritt und das angesteuerte Ventil in seiner Lage verharrt. Werden die ersten Auslässe geschlossen, so fördert die Pumpe ausschließlich in die zweiten Auslässe und es wird eine Kraft auf das Ventil ausgeübt, die zu dessen Öffnung führt. Anschließend wirkt die Pumpe als Saugpumpe und zieht das Ventil wieder in seine geschlossene Stellung zurück.
  • Der 2. Anspruch bezeichnet den bevorzugten Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Pumpe, der durch deren intermittierende und abwechselnd in der einen oder anderen Richtung erfolgende Wirkung ermöglicht wird.
  • Gemäß dem 3. Anspruch entspricht bei der vorgesehenen Verwendung der Zeitraum, während der die Pumpe nicht extern fördert demjenigen Zeitraum, während dessen das gesteuerte Ventil geschlossen bleibt.
  • Die Ausgestaltung gemäß dem 4. Anspruch gestattet es, die Schließbewegung des Ventils ohne Zuhilfenahme von Federn durch die Saugwirkung der Pumpe zu bewerkstelligen, was bedeutet, daß bei der Öffnung des Ventils nicht erst die Kraft eben dieser Federn überwunden werden muß.
  • In der Ausgestaltung gemäß dem 5. Anspruch wirkt die Pumpe als Druckpumpe, solange durch die Wirkung des Exzenters der Kolben radial nach außen bewegt wird und als Saugpumpe, sobald sich diese Bewegung umkehrt.
  • Gemäß dem 6. Anspruch erfolgt die Öffnung und Schließung der ersten Auslässe mittels eines Drehschiebers, der entsprechend dem im 7. Anspruch gemachten Vorschlag vorzugsweise auf der Pumpenwelle selbst befestigt ist.
  • Um die Ventilsteuerung den verschiedenen Betriebszuständen der Maschine anpassen zu können, wird im 8. Anspruch vorgeschlagen, daß die Charakteristik des Drehschiebers veränderbar ist, so daß sich auch die Dauer der Zeiträume ändert, während der die ersten Auslässe geschlossen bzw. geöffnet sind, so daß sich entsprechend auch der Zeitraum ändert, während dessen die Ventile geöffnet bzw. geschlossen sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar im Längsaxialschnitt. An eine angetriebene Welle 1 sind Exzenter 2 angeformt, die während einer Umdrehung der Welle 1 eine hin- und hergehende Taumelbewegung ausführen. Durch Rollenlager 3 vermittelt, wird diese Bewegung Kolben 4 mitgeteilt, die in entsprechend in einem Pumpengehäuse 5 radial angelegten Zylinderräumen 6 verschieblich sind. Die Leerräume des Gehäuses 5 sind mit einem Hydraulikfluid gefüllt, so daß dieses bei einer radial auswärts gerichteten Bewegung der Kolben 4 in jeweils einen Kanal 7 verdrängt wird, der sich in erste Auslässe 8 und zweite Auslässe 9 gabelt. Die ersten Auslässe 8 münden auf dem Umfang eines Drehschiebers 10, der auf einem Teil dieses Umfanges mit Ausnehmungen 11 versehen ist, von denen aus sich weitere Kanäle 12 zurück in das Innere des Gehäuses 5 erstrecken. Befinden sich die ersten Auslässe 8 auf dem Umfang des Drehschiebers gegenüber einer der Ausnehmungen 11, so wird das vom Kolben 4 geförderte Hydraulikfluid über die weiteren Kanäle 12 zurück in das Gehäuse 5 gefördert, wo es genau denjenigen Raum füllt, der durch die Auswärtsbewegung des Kolbens 4 freigegeben wurde. Eine externe Pumpwirkung tritt so nicht auf. Liegen die ersten Auslässe dagegen solchen Teilen des Umfangs des Drehschiebers 10 gegenüber, die nicht von den Ausnehmungen 11 eingenommen werden, werden dieselben versperrt und das gepumpte Fluid wird durch die zweiten Auslässe 9 ins Innere eines Stellzylinders 13 gefördert, in dem der als Kolben ausgestaltete Schaft eines Ventiles 14 bewegt wird, so daß sich das Ventil 14 öffnet. Hat der Kolben 4 seinen radial äußersten Punkt erreicht, geht durch die Wirkung der Exzenter 2 seine Bewegung in eine radial nach innen gerichtete über, wodurch in dem betreffenden Zylinder 6 ein Unterdruck erzeugt wird, durch den das Hydraulikfluid aus dem Stellzylinder 13 herausgesaugt wird und sich das Ventil 14 wieder schließt, da durch den äußeren Atmosphärendruck bedingt sein Kolben wieder in den Stellzylinder 13 hineingedrückt wird. Das Schließen des Ventils 14 koinzidiert mit der erneuten Öffnung der ersten Auslässe 8, indem durch die Drehung des Drehschiebers 10 wieder eine der Ausnehmungen 11 vor diese gelangt. Das Ventil 14 bleibt dann unabhängig von der kontinuierlichen Bewegung der Kolben 14 geschlossen, da dann die Pumpe über die weiteren Kanäle 12 aus dem Inneren des Gehäuses 5 ansaugen kann. Wie durch die Pfeile angedeutet, ist der Drehschieber längsverschieblich und seine Ausdehnungen weisen ein axial unterschiedliches Profil auf, so daß wechselnde Teile des Umfanges durch dieselben eingenommen werden. Hierdurch kann der Zeitraum variiert werden, während dessen die ersten Auslässe 8 geöffnet bleiben und keine Pumpwirkung auf den Stellzylinder 13 ausgeübt wird; entsprechend kann die Dauer der Zeit variiert werden, während deren das Ventil 14 geschlossen bleibt. Um die an den Abdichtungen der Welle 1, des Drehschiebers 10 und der Ventile 14 auftretenden kleinen Leckagen auszugleichen, ist der betreffende Kreislauf über ein Rückschlagventil 15 mit einer unter Druck stehenden Quelle 16 zusätzlichen Hydraulikfluids verbunden. Wird die Pumpe wie hier beschrieben zur Steuerung von Ventilen 14 einer Verbrennungskraftmaschine verwendet, so wird die Welle 1 zweckmäßigerweise von der Kurbelwelle derselben aus angetrieben in irgendeiner der dem Fachmann bekannten Weise, wie sie z. B. zum Antrieb von Nockenwellen entwickelt worden sind. In der hier dargestellten Ausführungs­form wird der eine der beiden Exzenter 2 ein Einlaß- und der andere derselben ein Auslaßventil steuern. Bei mehrzylindrigen Maschinen sind jedem Exzenter 2 entsprechend viele über den Umfang verteilte Kolben 4 zugeordnet, so daß die Ventile der jeweiligen Gruppe in der gewünschten Folge nacheinander betätigt werden.

Claims (8)

1. Rotationskolbenpumpe mit ersten und zweiten Auslässen (8, 9), dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auslässe (8) in das Pumpengehäuse (5) zurückgeführt und während eines Teils des Umlaufs der Pumpe verschließbar sind.
2. Verwendung einer Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 zur Steuerung der Ventile (14) einer Verbrennungskraftmaschine.
3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 in der Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auslässe (8) während desjenigen Teils des Umlaufes der Pumpe offen sind, der demjenigen Teil der Kurbelwellendrehung entspricht, während dessen das gesteuerte Ventil (14) geschlossen ist.
4. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 in der Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Auslässe (9) mit je einem Stellzylinder (13) für das jeweilige Ventil verbunden sind.
5. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen durch die Drehbewegung eines Exzenters (2) in radialer Richtung bewegbaren Kolben (4) aufweist, der in einen in die ersten und zweiten Auslässe (8, 9) führenden Kanal (7) fördert.
6. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auslässe (8) durch einen Drehschieber (10) verschließbar sind.
7. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (10) auf der Pumpenwelle (1) befestigt ist.
8. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik des Drehschiebers (10) veränderbar ist.
EP88113278A 1987-08-26 1988-08-16 Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen mittels einer exzentergetriebenen Rotationskolbenpumpe Withdrawn EP0307637A1 (de)

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