EP0352580A1 - Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0352580A1
EP0352580A1 EP89113026A EP89113026A EP0352580A1 EP 0352580 A1 EP0352580 A1 EP 0352580A1 EP 89113026 A EP89113026 A EP 89113026A EP 89113026 A EP89113026 A EP 89113026A EP 0352580 A1 EP0352580 A1 EP 0352580A1
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Reinhard Dipl.-Ing. Häfner
Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Schacht
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Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
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Krupp Mak Maschinenbau GmbH
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction

Definitions

  • the invention relates to an actuating device according to the preamble of claim 1.
  • variable valve mechanism for internal combustion engines which has a central cam with a shorter stroke than a pair of side cams. These cams are designed for high and low speeds in such a way that the cams can be switched over by means of a lever device, whereby either the valve lift and / or the valve opening time is to be changed. It is also known from Brown-Boveri Communication 64 (1977) No. 4, pages 219 to 226 to change the inlet closing time of a valve of an internal combustion engine according to the Miller system on its own.
  • the object of the invention is to provide an actuating device for valves of an internal combustion engine, with which the opening and closing times of a valve which are independent of one another can be controlled.
  • the main advantages achieved with the invention are that by a structurally simple actuating device between the valve and the camshaft, a shift in the opening times and the Valves are closed during a piston stroke. These closing times can be selected independently of one another in accordance with the cam shape, since the transmission levers each work together with an assigned cam, but carry out a common movement or opening and closing movement from a determinable time. This independence of the movement of the levers on the cams allows, for example, the opening and closing times of the valve to be brought forward or set later.
  • the valve train 1 of an internal combustion engine essentially comprises an actuating device consisting of two transmission levers 2 and 3, which on the one hand cooperates with cams 4 and on the other hand with the valve or a bumper via a tappet 5.
  • Each valve train 1 has at least two transmission levers 2 and 3 which can be actuated by differently designed cams 4a and 4b. These are arranged one above the other and held pivotably in bearings 6 and 7.
  • the levers 2 and 3 are connected to the cams 4a and 4b via rollers 8 and 9.
  • the first transmission lever 2 on top controls, separately from the second transmission lever 3 on the bottom, an opening process overlaid by a control process by the second transmission lever 3, which ends in a closing process.
  • the first transmission lever 2 is detached from its cams 4a via a pressure bearing 10 on the second transmission lever 3 on a pressure piece 11 during the superimposed control process.
  • This has a contour similar to an involute and is supported in a hard thrust bearing 12 of the first transmission lever 2, which is designed with the narrowest possible lubrication radius.
  • the contours of the pressure piece 11 and of the thrust bearing 12 are selected so that they allow the second transmission lever 3 to be adjusted without changing a valve stroke.
  • the two transmission levers 2 and 3 preferably have the same lever lengths and are pretensioned and supported on the respective cams 4a and 4b, for which purpose the first overhead transmission lever 2 is under the tension of a valve spring 13.
  • the second transmission lever 3 located below is under the tension of a longitudinally arranged torsion spring 14, which tries to rotate the second transmission lever 3 against the first transmission lever 2.
  • transmission levers 2 and 3 each consisting of a rocker 20, 21 and a rod 25, 26.
  • the rockers 20, 21 are held in the plunger 5 so as to be pivotable about an axis 22 and can only be displaced in a forced manner in the adjustment direction 31 via a transverse slot 30.
  • Rods 25, 26 are each articulated on the rockers 20, 21 via axles 23, 24, which are supported at the ends on separate eccentrics 27, 28 and which are arranged with shafts which can be rotated by means of hand levers 34, so that when the shaft is turned, both eccentrics 27, 28 be adjusted together.
  • a valve lash adjuster 37 is provided so that no adjustment of the valve clearance takes place when the rollers 8 and 9 are adjusted via the eccentrics 27, 28.

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Abstract

Betätigungsvorrichtung für unter Federdruck stehende Ventile einer Brennkraftmaschine. Diese werden über Nocken gesteuert und weisen definierte Öffnungs- und Schließzeitpunkte auf, wobei zwischen den Ventilen und Nocken Stelleinrichtungen zur Übertragung der Nockenbewegungen auf einen Ventiltrieb vorgesehen sind. Jeder Ventiltrieb umfaßt mindestens zwei durch verschieden gestaltete Nocken betätigbare Übertragungshebel. Ein erster Übertragungshebel steuert eine Öffnungsbewegung und ein zweiter Übertragungshebel steuert die Schießbewegung eines einzigen Ventils unabhängig vom ersten Übertragungshebel.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvor­richtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Aus der DE-OS 36 13 912 ist ein variabler Ventilmecha­nismus für Brennkraftmaschinen bekannt, der einen zen­tralen Nocken mit einem geringeren Hub als ein Paar Seitennocken aufweist. Diese Nocken sind für hohe und niedrige Geschwindigkeiten ausgelegt, derart, daß über eine Hebeleinrichtung ein Umschalten der Nocken möglich wird, wodurch entweder der Ventilhub und/oder die Ventilöffnungszeit verändert werden soll. Ferner ist aus den Brown-Boveri-Mitteilung 64 (1977) Nr. 4, Seite 219 bis 226 bekannt, die Einlaß-Schließzeit eines Ven­tils einer Brennkraftmaschine nach dem Miller-System für sich allein zu ändern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betätigungsvorrich­tung für -Ventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der voneinander unabhängige Öffnungs- und Schließ­zeitpunkte eines Ventils zu steuern sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
  • Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine baulich einfache Betä­tigungsvorrichtung zwischen Ventil und Nockenwelle ein Verschieben der Öffnungszeitpunkte und der Schließzeitpunkte von Ventilen während eines Kolben­hubes erreicht wird. Diese Schließzeitpunkte können entsprechend der Nockenform unabhängig voneinander ge­wählt werden, da die Übertragungshebel jeweils für sich mit einem zugeordneten Nocken zusammenarbeiten, aber von einem bestimmbaren Zeitpunkt ab eine gemeinsame Bewegung bzw. Öffnungs- und Schließbewegung durch­führen. Durch diese Unabhängigkeit der Bewegung der Hebel auf den Nocken kann z.B. der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils vorverlegt bzw. später gelegt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­schrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht einer Betätigungsvor­richtung für ein Ventil mit zwei Übertra­gungshebeln,
    • Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Nocken,
    • Fig. 4 eine schematische Kurve mit den normalen und veränderten Öffnungs- und Schließzeit­punkten und
    • Fig. 5 eine weitere Ausführung einer Betätigungs­vorrichtung, bestehend aus über Exzenter ansteuerbare Rollen in einer Seitenansicht.
  • Der Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine umfaßt im wesentlichen eine aus zwei Übertragungshebeln 2 und 3 bestehende Betätigungsvorrichtung, welche einerseits mit Nocken 4 und andererseits mit dem Ventil oder einer Stoßstange über einen Stößel 5 zusammenarbeitet.
  • Jeder Ventiltrieb 1 weist mindestens zwei durch ver­schieden gestaltete Nocken 4a und 4b betätigbare Übertragungshebel 2 und 3 auf. Diese sind übereinander angeordnet und in Lagerungen 6 und 7 schwenkbar ge­halten. Mit dem Nocken 4a und 4b stehen die Hebel 2 und 3 über Rollen 8 und 9 in Verbindung. Der erste oben­liegende Übertragungshebel 2 steuert losgelöst vom zweiten untenliegenden Übertragungshebel 3 einen Öffnungsvorgang dem ein Steuervorgang vom zweiten Übertragungshebel 3 überlagert ist, der in einem Schließvorgang endet.
  • Der Nocken 4a für den ersten Übertragungshebel 2 ist zwischen zwei gleichgestalteten Nocken 4b für den zweiten Übertragungshebel 3 angeordnet. Diese Nocken 4a und 4b weisen eine derartige Form auf, daß der Öff­nungsvorgang des Ventils anstatt im Öffnungszeitpunkt Ö′ beginnend schon im vorverlegten Öffnungszeitpunkt Ö beginnt und der Schließzeitpunkt vorverlegt ist und bei S oder später bei S˝ liegen kann, wie es auch im Kurvendiagramm gemäß Fig. 4 näher gezeigt ist, in dem auf der Ordinate der Ventilhub s und auf der Abszisse der Kurbelwinkel aufgetragen ist. Die Kurve in ausgezogener Linie zeigt den normalen Öffnungs- und Schließzeitpunkt, wogegen die Kurven in gestrichelten Linien die veränderten Öffnungs- und Schließzeitpunkte zeigen. Um diese unabhängigen Öffnungs- und Schließ­zeitpunkte zu erzielen, liegt der Öffnungsvorgang durch den ersten Übertragungshebel 2 vor dem Öffnungsvorgang durch den zweiten Übertragungshebel 3, während das Ende des Nockens 4a für den ersten Hebel 2 vor dem Ende des Nockens 4b des zweiten Hebels 3 liegt.
  • Zur Erzielung des z.B. vom normalen Schließzeitpunkt S′ nach S bzw. S˝ verlagerten Schließzeitpunktes ist der erste Übertragungshebel 2 beim überlagerten Steuervor­gang losgelöst von seinen Nocken 4a über eine Druck­lagerung 10 am zweiten Übertragungshebel 3 auf einem Druckstück 11 gehalten. Dieses weist eine einer Evol­vente ähnliche Kontur auf und ist in einem harten, mit einem möglichst engem Schmiegeradius ausgestaltetem Drucklager 12 des ersten Übertragungshebels 2 abge­stützt. Die Konturen des Druckstückes 11 sowie des Drucklagers 12 sind so gewählt, daß diese eine Ver­stellung des zweiten Übertragungshebels 3 ohne Änderung eines Ventilhubes zuläßt.
  • Die beiden Übertragungshebel 2 und 3 weisen vorzugs­weise gleiche Hebellängen auf und sind vorgespannt am jeweiligen Nocken 4a und 4b abgestützt, wozu der erste obenliegende Übertragungshebel 2 unter der Spannung einer Ventilfeder 13 steht. Der zweite untenliegende Übertragungshebel 3 steht unter der Spannung einer längsangeordneten Drehfeder 14, die den zweiten Über­tragungshebel 3 gegen den ersten Übertragungshebel 2 zu drehen sucht.
  • Die Betätigungsvorrichtung nach Fig. 5 umfaßt Über­tragungshebel 2 und 3, die jeweils aus einer Schwinge 20,21 und einer Stange 25,26 bestehen. Die Schwingen 20,21 sind im Stößel 5 um eine Achse 22 schwenkbar gehalten und über einen Querschlitz 30 nur in Ver­stellrichtung 31 zwangsgeführt verschiebbar. An den Schwingen 20,21 sind jeweils Stangen 25,26 über Achsen 23,24 angelenkt, die endseitig auf getrennten Exzentern 27,28 gelagert und welche mit über Handhebel 34 ver­drehbaren Wellen angeordnet sind, wodurch dann beim Verdrehen der Welle beide Exzenter 27,28 gemeinsam verstellt werden.
  • Damit bei einer Verstellung der Rollen 8 und 9 über die Exzenter 27,28 keine Verstellung des Ventilspiels erfolgt, ist ein Ventilspielausgleich 37 vorgesehen.
  • Durch die Verdrehung der Exzenter 27,28 werden die an den Schwingen 20,21 gelagerten Rollen 8,9, welche sich am Nocken 29 abstützen und welche die Ventilöffnung- und Ventilschließbewegungen sowie deren Steuerzeiten bestimmen, in Pfeilrichtung 31 verstellt.
  • Thermodynamische Berechnungen haben gezeigt, daß eine wirksame und für den Vollast- und Teillastbetrieb nützliche variable Verstellung der Ventile zweck­mäßigerweise im Einlaßventilantrieb erfolgen sollte und daß sowohl der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils als auch der Schließzeitpunkt des Einlaßventils verstellbar sein muß, was durch die Verdrehung der Exzenter 27 und 28 und der hieraus resultierenden Veränderung der Position der Rollen 8 und 9 zum Nocken f29 bewirkt wird. Nach der Vorrichtung steuert z.B. die Rolle 9 bei Verstellung des Exzenters 28 den Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils und die zweite Rolle 8 bei Verstellung durch den zweiten Exzenter 27 den Schließzeitpunkt des Einlaßventils. Durch diese Verstellmöglichkeit ist eine variable Steuerung der Ventilöffnungs- und Schließ­zeitpunkte möglich.

Claims (10)

1. Betätigungsvorrichtung für unter Federdruck stehende Ventile einer Brennkraftmaschine, die über Nocken gesteuerte, definierte Öffnungs- und Schließzeitpunkte aufweisen und zwischen den Ventilen und den Nocken Stelleinrichtungen zur Übertragung der Nockenbewegung auf ein Ventiltrieb vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventiltrieb (1) mindestens zwei durch verschieden gestaltete Nocken (4a,4b) betätigbare Übertragungs­hebel (2,3) umfaßt, wobei der erste Übertragungs­hebel (2) den Öffnungszeitpunkt und der zweite Übertragungshebel (3) den Schließzeitpunkt eines Ventils unabhängig vom ersten Übertragungshebel (2) steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der erste Übertragungshebel (2) auf dem zweiten Übertragungshebel (2) angeordnet ist und beide Hebel (2,3) über Rollen (8,9) auf ihren entsprechend gestalteten Nocken (4a,4b) abgestützt sind, derart, daß der erste Übertragungshebel (2) losgelöst vom zweiten Übertragungshebel (3) einen Öffnungsvorgang des Ventils (Öffnungszeitpunkt Ö) beginnend steuert, dem ein Steuervorgang vom zweiten Übertragungshebel (3) überlagert ist, der in einem Schließvorgang (Schließzeitpunkte S bzw. S˝) endet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Nocken (4a,4b) für die beiden Über­tragungshebel (2,3) eine derartige Form aufweisen, daß der Öffnungsvorgang des Ventils durch den ersten Übertragungshebel (2) vor dem Öffnungsvorgang durch den zweiten Übertragungshebel (3) liegt, während das Ende des Nockens (4a) für den ersten Übertragungshebel (2) vor dem Ende des Nockens (4b) des zweiten Übertragungshebel (3) liegt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Übertragungshebel (2) beim überlagerten Steuervorgang losgelöst vom Nocken (4a) über eine Drucklagerung (10) am zweiten Übertragungshebel (3) auf einem Druckstück (11) gehalten ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Übertragungshebel (3) mit einer Evolventen ähnlichen Kontur seines Druckstückes (11) in einem harten, mit einem möglichst engen Schmiegeradius ausgestattetem Drucklager (10) des ersten Über­tragungshebel (2) gehalten ist und die Kontur des Druckstückes (11) eine Verstellung des zweiten Übertragungshebels (3) ohne Änderung eines Ventil­hubes zuläßt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungshebel (2,3) vorgespannt am Nocken bzw. gegeneinander vorgespannt abgestützt sind, derart, daß der erste Übertragungshebel (2) mit einer Ventilfeder (13) und der zweite Übertragungshebel (3) mit einer längsangeordneten Drehfeder (14) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzentren (Lager 6,7) der beiden Übertragungshebel (2,3) derart verschoben sind, daß sich jeweils gleiche Hebellängen ergeben.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungshebel (2,3) zwei die Rollen (8,9) lagernde Schwingen (20,21) umfassen, die relativ zueinander verdrehbar auf einer Achse (22) gehalten und mit zwei über Achsen (23,24) angelenkte Stangen (25,26) verbunden sind, welche jeweils auf ver­stellbaren Exzentern (27,28) lagern, derart, daß die Rollen (8,9) zum Nocken (29) variabel verstell­bar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­net, daß die Schwingen (20,21) über einen Quer­schlitz (30) in Verstellrichtung (31) zwangsgeführt gehalten sind und daß der Stößel (5) zum vertikalen Bewegungsausgleich in Pfeilrichtung (32) einen hydraulischen Spielausgleich (33) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter (27,28) auf einer Welle (29) gelagert sind, derart, daß die beiden Exzenter (27,28) gemeinsam zum Nocken (29) verstellbar sind.
EP89113026A 1988-07-28 1989-07-15 Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0352580B1 (de)

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