EP0352580B1 - Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0352580B1
EP0352580B1 EP89113026A EP89113026A EP0352580B1 EP 0352580 B1 EP0352580 B1 EP 0352580B1 EP 89113026 A EP89113026 A EP 89113026A EP 89113026 A EP89113026 A EP 89113026A EP 0352580 B1 EP0352580 B1 EP 0352580B1
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EP
European Patent Office
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transmission lever
transmission
valve
lever
cams
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EP89113026A
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Reinhard Dipl.-Ing. Häfner
Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Schacht
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Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Original Assignee
Krupp Mak Maschinenbau GmbH
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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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • 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.
  • a 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.
  • an actuating device for spring-loaded valves of an internal combustion engine which have cam-controlled, defined opening and closing times, a transmission lever being held adjustable via an eccentric to its assigned cam. Furthermore, an actuating device for valves of an internal combustion engine has become known from FR-A-614 057, in which an angle of rotation of a cam relative to an angle of rotation of a further cam takes place by pivoting gearwheels via a four-bar linkage and thus opening and closing times of the valve can be changed .
  • 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 a shifting of the opening times and the closing times of valves is achieved during a piston stroke by a structurally simple actuating device between the valve and the camshaft.
  • 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 e.g. the opening and closing times of the valve are brought forward or later.
  • the valve train 1 of an internal combustion engine essentially comprises an actuating device consisting of two transmission levers 2 and 3, which operates on the one hand 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 located above controls, separately from the second transmission lever 3 located below, an opening process overlaid by a control process by the second transmission lever 3, which ends in a closing process.
  • the cam 4a for the first transmission lever 2 is arranged between two identically designed cams 4b for the second transmission lever 3.
  • These cams 4a and 4b have such a shape that the opening process of the valve begins instead of in the opening time ⁇ 'starting at the advanced opening time ⁇ and the closing time is brought forward and can be S or later at S ⁇ , as is also the case in the curve diagram Fig. 4 is shown in more detail in which the valve stroke s on the ordinate and on the abscissa the crank angle ⁇ is plotted.
  • the curve in a solid line shows the normal opening and closing times, whereas the curves in dashed lines show the changed opening and closing times.
  • the opening process by the first transmission lever 2 lies before the opening process by the second transmission lever 3, while the end of the cam 4a for the first lever 2 lies before the end of the cam 4b of the second lever 3.
  • 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 force-guided manner in the adjustment direction 31 via a transverse strand 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 29 which can be rotated by means of hand levers 34, so that when the shaft 29 is rotated, both eccentrics 27 , 28 can 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Aus der DE-A-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.
  • Aus der FR-A-1 342 703 ist eine Betätigungsvorrichtung für unter Federdruck stehende Ventile einer Brennkraftmaschine bekannt, die über Nocken gesteuerte, definierte Öffnungs- und Schließzeitpunkte aufweisen, wobei ein Übertragungshebel über einen Exzenter einstellbar zu seinen zugeordneten Nocken gehalten ist. Desweiteren ist aus der FR-A-614 057 eine Betätigungsvorrichtung für Ventile einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der ein Drehwinkel einer Nocke gegenüber einem Drehwinkel einer weiteren Nocke durch ein Verschwenken von Zahnrädern über ein Viergelenk erfolgt und somit Öffnungs- und Schließzeiten des Ventils veränderbar sind.
  • 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 gemäff Fig. 4 näher gezeigt ist, in dem auf der Ordinate der Ventilhub s und auf der Abszisse der Kurbelwinkel α 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 Quersch-litz 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 29 angeordnet sind, wodurch dann beim Verdrehen der Welle 29 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 4a und 4b 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 4a und 4b 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 (6)

1. Betätigungsvorrichtung für unter Federdruck stehende Ventile einer Brennkraftmaschine, die über Nocken (4a,4b) gesteuerte, definierte Öffnungs- und Schließzeitpunkte aufweisen, wobei zwischen den Ventilen und den Nocken zwei aufeinander gelagerte Übertragungshebel (2,3) zur Steuerung eines Ventiltriebs (1) vorgesehen sind und beide Hebel (2,3) zusammen die Öffnungs- und Schließzeit der Ventile bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventiltrieb (1) mindestens zwei gegeneinander unverstellbar miteinander verbundene und verschiedene Konturen aufweisende Nocken (4a,4b) umfaßt und jedem Nocken (4a,4b) ein Übertragungshebel (2,3) steuernd zugeordnet ist, die jeweils für sich über einen Exzenter (6,7;27,28) einstellbar zu ihrem zugeordneten Nocken (4a,4b) gehalten sind, 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 eine 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 weiteren Übertragungshebels (3) ohne Änderung eines Ventilhubes zuläßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzentren der beiden Übertragungshebel (2,3) derart verschoben sind, daß sich jeweils gleiche Hebellängen ergeben.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 (4a und 4b) variabel verstellbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 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.
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