EP1000226A1 - Ventilsteuerung einer als antrieb oder bremse schaltbaren brennkraftmaschine - Google Patents

Ventilsteuerung einer als antrieb oder bremse schaltbaren brennkraftmaschine

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Publication number
EP1000226A1
EP1000226A1 EP98943670A EP98943670A EP1000226A1 EP 1000226 A1 EP1000226 A1 EP 1000226A1 EP 98943670 A EP98943670 A EP 98943670A EP 98943670 A EP98943670 A EP 98943670A EP 1000226 A1 EP1000226 A1 EP 1000226A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brake
camshaft
valve
camshafts
cam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98943670A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Korte
Walter Krepulat
Martin Lechner
Christoph Steinmetz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Ventiltrieb GmbH
Original Assignee
Mahle Ventiltrieb GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle Ventiltrieb GmbH filed Critical Mahle Ventiltrieb GmbH
Publication of EP1000226A1 publication Critical patent/EP1000226A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • 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
    • F01L13/0047—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 the movement of the valves resulting from the sum of the simultaneous actions of at least two cams, the cams being independently variable in phase in respect of each other

Definitions

  • Valve control of an internal combustion engine that can be switched as a drive or brake
  • the invention relates to a valve control of an internal combustion engine which can be switched as a drive or a brake according to the preamble of claim 1.
  • a corresponding valve control is shown in Fig. 4 of EP 458857. It is hereby expressly incorporated by reference and is considered part of the present disclosure.
  • Three valves are arranged in a cylinder head, an intake valve, an exhaust valve and a decompression valve which is only open when the engine brake is activated and which connects to the exhaust system. Each valve is operated via its own camshaft.
  • a switchable plunger sits between the decompression valve and the assigned camshaft, which transmits the cam movement to the decompression valve only in engine braking mode.
  • the disadvantage of the described engine brake is that, depending on the speed, a non-controllable braking power is provided which is essentially determined by the stroke volume, towing power and by the design of the valves, the valve train and the brake flap.
  • the present invention is therefore concerned with the problem of valve control as a drive or Brake switchable internal combustion engine to adapt the braking power provided by an engine brake to different requirements. This problem is solved by the characterizing features of claim 1.
  • Brake cam shaft is to be understood here as meaning both an additional camshaft and one or more brake cams arranged coaxially on the main camshaft and adjustable in their phase position.
  • the brake camshaft can be switched on in a known manner by reducing the valve clearance or by means of a switchable valve lever or tappet, as in EP 458857.
  • Gearboxes for changing the relative phase position of camshafts are known for varying the charge exchange. B. from EP 396280 and EP 202682.
  • Controlling the engine braking power by adjusting the engine brake flap installed in the exhaust tract is also known. However, only a part of the braking power delivered by the engine brake can be controlled.
  • a further part of the braking power can be variably adjusted by the present invention.
  • the desired braking power is set by setting the corresponding phase shift. If only a small braking power is required, the valve causing the decompression either opens well before TDC or only after TDC, so that part of the compression work is not applied in the first case and is recovered by expansion in the second case before decompression begins.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is specified by claim 2.
  • Cams of both shafts assigned to each other act on only one, two common levers. No switching device is then required to switch on the brake valve, the brake camshaft becomes effective solely through the phase shift between the two camshafts or remains ineffective in a certain range of the phase shift.
  • both shafts run roughly in phase, both cams try to contact the valve lever at the same time.
  • the cam of the brake camshaft does not make contact with the valve lever, since the lever is rotated by the cam of the main camshaft out of the effective range of the cam of the brake camshaft.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the valve control according to the invention
  • Fig. 2 shows the phase position of the main cam and brake cam in engine operation
  • Fig. 3 shows the phase relationship of the main cam and brake cam in braking operation
  • Fig. 4 shows the arrangement of a coaxially adjustable in its phase position brake cam on the main camshaft in cross section.
  • the brake flap in the exhaust system that is regularly present in engine brake systems is not shown in the drawing.
  • FIGS. 2 and 3 each show the opening curve of the exhaust valve as a function of the crankshaft angle in the upper area, and the relative position of the camshafts to one another in the lower area.
  • the dotted curve shows the opening curve of the exhaust valve generated by the brake camshaft.
  • a valve lever 4 which can be actuated by a main camshaft 5 and a brake camshaft 6.
  • the phase position of both camshafts can be rotated with respect to one another by a phase adjustment gearbox P (indicated by arrows to the camshafts starting from P).
  • the brake camshaft 6 is ineffective because both Rotate shafts 5 and 6 in phase and the cam 7 of the main camshaft 5 lifts the valve lever 4 so far that the clearance S is present between the cam 8 of the brake camshaft 6 and the valve lever 4.
  • phase shift Ph of the brake camshaft 6 With a phase shift Ph of the brake camshaft 6, the cam 8 also takes effect.
  • the phase shift Ph between the main camshaft 5 and the brake camshaft 6 is set so that the brake camshaft 6 actuates the exhaust valve 3 at approximately the end of the compression stroke in order to achieve the maximum braking power.
  • the braking power of the motor brake can be adapted to the respective requirements by varying the phase shift Ph.
  • the valve lever can also be fork-shaped, with both camshafts engaging different forks.
  • One camshaft can also contact the valve lever from below and the other from above.
  • Fig. 2 is the phase position of the cams in engine operation
  • FIG. 4 shows the arrangement of a brake cam 6, 8, which is displaceable in its phase position by a phase adjustment gear P, on a main camshaft 5.
  • the cam of the main camshaft has the reference number 7.

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Abstract

Bei einer Ventilsteuerung einer als Antrieb oder Bremse schaltbaren Brennkraftmaschine mit einer Bremsnockenwelle und einer Hauptnockenwelle, die beide auf Auslaßventile wirken, soll die Motorbremsleistung an unterschiedliche Erfordernisse angepaßt werden können. Hierzu sind beide Nockenwellen mit Hilfe eines Phasenverstellgetriebes gegeneinander phasenverschiebbar aangeordnet. Wird nur eine geringe Bremsleistung benötigt, so erfolgt die Dekompression schon deutlich vor OT oder erst nach OT, so daß ein Teil der Kompressionsarbeit im ersten Fall nicht aufgebracht werden muß und im zweiten Fall durch Expansion zurückgewonnen wird.

Description

Ventilsteuerung einer als Antrieb oder Bremse schaltbaren Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung einer als Antrieb oder Bremse schaltbaren Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine entsprechende Ventilsteuerung ist in Fig. 4 der EP 458857 dargestellt. Auf diese wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und sie wird als Bestandteil der vorliegenden Offenbarung betrachtet. In einem Zylinderkopf sind drei Ventile angeordnet, ein Einlaßventil, ein Auslaßventil und ein ausschließlich bei Zuschaltung der Motorbremse geöffnetes Dekompressionsventil , das eine Verbindung zum Abgastrakt herstellt. Jedes Ventil wird über eine eigene Nokkenwelle betätigt. Zwischen dem Dekompressionsventil und der zugeordneten Nockenwelle sitzt ein schaltbarer Stößel, der ausschließlich im Motorbremsbetrieb die Nockenbewegung auf das Dekompressionsventil überträgt.
Nachteil der beschriebenen Motorbremse ist es, daß drehzahlabhängig eine im wesentlichen vom Hubvolumen, Schleppleistung und von der Auslegung der Ventile, des Ventiltriebs und der Bremsklappe bestimmte, nicht regelbare Bremsleistung bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei der Ventilsteuerung einer als Antrieb oder Bremse schaltbaren Brennkraftmaschine die von einer Motorbremse bereitgestellte Bremsleistung an unterschiedliche Erfordernisse anzupassen. Dieses Problem wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Unter Auslaßventilen sind dabei auch Dekompressionsventile zu verstehen. Unter Bremsnockenweile ist hierbei sowohl eine zusätzliche Nockenwelle als auch ein bzw. mehrere auf der Hauptnockenwelle koaxial, in ihrer Phasenlage verstellbar angeordnete Bremsnocken zu verstehen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Prinzipiell ist es auch vorstellbar, den Druckabbau mit Hilfe eines Einlaßventils anstatt eines Auslaßventils zu erzielen.
Das Zuschalten der Bremsnockenwelle kann auf bekannte Art und Weise über eine Verkleinerung des Ventilspiels oder mittels schaltbarer Ventilhebel bzw. Stößel wie in der EP 458857 erfolgen.
Getriebe zur Änderung der relativen Phasenlage von Nockenwellen sind zur Variation des Ladungswechsels bekannt, so z. B. aus der EP 396280 und der EP 202682.
Eine Steuerung der Motorbremsleistung durch Verstellung der im Abgastrakt installierten Motorbremsklappe ist ebenfalls bekannt. Dabei kann jedoch nur ein Teil der durch die Motorbremse gelieferten Bremsleistung gesteuert werden.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein weiterer Teil der Bremsleistung variabel einstellbar. Die Einstellung der gewünschten Bremsleistung erfolgt dabei durch Einstellung der entsprechenden Phasenverschiebung. Wenn nur eine geringe Bremsleistung erforderlich ist, öffnet das die Dekompressi- on bewirkende Ventil entweder schon deutlich vor OT oder erst nach OT, sodaß ein Teil der Kompressionsarbeit im ersten Fall nicht aufgebracht wird und im zweiten Fall durch Expansion zurückgewonnen wird, bevor die Dekompression einsetzt .
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird durch Patentanspruch 2 angegeben. Dabei wirken einander zugeordnete Nocken beider Wellen auf nur einen, beiden gemeinsamen Hebel . Es ist dann keine Schaltvorrichtung zum Zuschalten des Bremsventils nötig, die Bremsnockenwelle wird allein durch die Phasenverschiebung zwischen beiden Nockenwellen wirksam bzw. bleibt in einem bestimmten Bereich der Phasenverschiebung unwirksam.
Im Motorbetrieb laufen beide Wellen etwa gleichphasig, beide Nocken versuchen gleichzeitig, den Ventilhebel zu kontaktieren. Der Nocken der Bremsnockenwelle kontaktiert jedoch nicht den Ventilhebel, da dieser durch den Nocken der Hauptnockenwelle aus dem Wirkungsbereich des Nockens der Bremsnockenwelle gedreht wird.
Im Bremsbetrieb erfolgt eine Phasenverschiebung zwischen Bremsnockenwelle und Hauptnockenwelle, die Bremsnocke tritt aus dem "Schatten" der Hauptnocke hervor und bewirkt ein Öffnen des Auslaßventils, wobei der Zeitpunkt vom Maß der Phasenverschiebung abhängt.
Wenn das Auslaßventil auch bei UT öffnen soll, um die Kompressionsarbeit im Motorbremsbetrieb durch Aufladung durch den an der Bremsklappe anstehenden Druck wie in der EP 458857 beschrieben zu erhöhen, so sind auf der Bremsnockenwelle zwei Nocken vorzusehen, deren Abstand so zu wählen ist, daß im Motorbetrieb beide gleichzeitig - infolge des am Ventilhebel angreifenden Hauptnockens - wirkungslos sind, d. h. daß die Nocken der Bremsnockenwelle zusammen eine kleinere Öffnungsdauer als der Hauptnocken aufweisen müssen .
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs- beispiels beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung
Fig. 2 die Phasenlage von Hauptnocken und Bremsnocken im Motorbetrieb
Fig. 3 die Phasenlage von Hauptnocken und Bremsnocken im Bremsbetrieb
Fig. 4 die Anordnung eines koaxial in seiner Phasenlage verstellbaren Bremsnockens auf der Hauptnockenwelle im Querschnitt.
Die bei MotorbremsSystemen regelmäßig vorhandene Bremsklappe im Abgastrakt ist nicht zeichnerisch dargestellt.
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils im oberen Bereich die Öffnungskurve des Auslaßventils als Funktion des Kurbelwellenwinkels, im unteren Bereich die relative Lage der Nokkenwellen zueinander dargestellt. Die punktierte Kurve zeigt die von der Bremsnockenwelle erzeugte Öffnungskurve des Auslaßventils.
Bei einem Hubkolbenmotor 1 mit einem Einlaßventil 2 und einem Auslaßventil 3 wird das Auslaßventil 3 über einen Ventilhebel 4 betätigt, der von einer Hauptnockenwelle 5 und einer Bremsnockenwelle 6 betätigt werden kann. Beide Nokkenwellen können durch ein Phasenverstellgetriebe P in ihrer Phasenlage gegeneinander verdreht werden (angedeutet durch von P ausgehende Pfeile zu den Nockenwellen) . Im Motorbetrieb ist die Bremsnockenwelle 6 wirkungslos, da beide Wellen 5 und 6 gleichphasig drehen und der Nocken 7 der Hauptnockenwelle 5 den Ventilhebel 4 so weit anhebt, daß zwischen dem Nocken 8 der Bremsnockenwelle 6 und dem Ventilhebel 4 das Spiel S vorliegt.
Bei einer Phasenverschiebung Ph der Bremsnockenwelle 6 wird auch der Nocken 8 wirksam. Im Motorbremsbetrieb wird - zur Erzielung der maximalen Bremsleistung - die Phasenverschiebung Ph zwischen Hauptnockenwelle 5 und Bremsnockenwelle 6 so eingestellt, daß die Bremsnockenwelle 6 das Auslaßventil 3 etwa am Ende des Kompressionshubs betätigt. Durch Variation der Phasenverschiebung Ph kann die Bremsleistung der Motorbremse an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.
Der Ventilhebel kann auch gabelförmig ausgebildet sein, wobei beide Nockenwellen an unterschiedlichen Gabeln angreifen. Ebenso kann eine Nockenwelle den Ventilhebel von unten und die andere von oben kontaktieren.
In Fig. 2 ist die Phasenlage der Nocken im Motorbetrieb, in
Fig. 3 die Phasenlage der Nocken im Motorbremsbetrieb dar- o gestellt. Eine Phasenverschiebung Ph von 90 zwischen beiden Nockenwellen entsprechend einem Kurbelwellenwinkel von o 180 ist erkennbar.
In Fig. 4 ist die Anordnung eines in seiner Phasenlage durch ein Phasenverstellgetriebe P verschiebbaren Bremsnokkens 6,8 auf einer Hauptnockenwelle 5 dargestellt. Der Nokken der Hauptnockenwelle hat das Bezugszeichen 7.

Claims

Patentansprüche
Ventilsteuerung einer als Antrieb oder Bremse schaltbaren Brennkraftmaschine mit mindestens einer, ausschließlich im Motorbremsbetrieb wirksamen Bremsnockenwelle (6) und mindestens einer Hauptnockenwelle (5), wobei beide Nockenwellen (5,6) zumindest auf Auslaßventile (3) wirken, gekennzeichnet durch die Merkmale
- beide Nockenwellen (5,6) sind durch ein Phasenver- stellgetriebe P gegeneinander phasenverschiebbar angeordnet
- die Phasenverschiebung ist stufenlos oder in mehreren Stufen einstellbar
- der Verstellbereich des Phasenverstellgetriebes P o beträgt mindestens 50 Nockenwinkel.
Ventilsteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale
- einander zugeordnete Nocken (7,8) beider Nockenwellen (5,6) wirken über einen gemeinsamen Hebel (4) auf mindestens ein Auslaßventil (3)
- im Motorbetrieb laufen beide Nockenwellen (5,6) gleichphasig, sodaß nur der Nocken (7) der Hauptnockenwelle (5) auf den Hebel (4) wirkt
- im Motorbremsbetrieb laufen beide Nockenwellen (5,6) mit Phasenverschiebung, wobei auch der Nocken (8) gegenüber dem Ventilhebel (4) wirksam wird
- der Verstellbereich des Phasenverstellgetriebes be- o trägt mindestens 90 Nockenwinkel.
EP98943670A 1997-08-01 1998-07-06 Ventilsteuerung einer als antrieb oder bremse schaltbaren brennkraftmaschine Withdrawn EP1000226A1 (de)

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