WO1998015722A1 - Steuernocken für eine ventilgesteuerte brennkraftmaschine - Google Patents

Steuernocken für eine ventilgesteuerte brennkraftmaschine Download PDF

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Jürgen Thams
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    • 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
    • F01L1/08—Shape of cams
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams

Definitions

  • the invention relates to a control cam with a cam contour described in the preamble of claim 1.
  • the internal combustion engines are equipped with a valve control which has very "sharp" valve lift curves for the intake and exhaust valves in order to achieve the desired mass flows over correspondingly rapidly changing valve opening cross sections .
  • a very high advance blow is generated, which leads to an uneven outflow of the exhaust gases.
  • the exhaust gas acoustics are very much shaped by the shape and amplitude of the pre-exhaust surge, a large volume flow and high opening acceleration of the exhaust valve result in a muzzle noise with a high proportion of higher harmonics, which leads to an increased, disadvantageous surface radiation of the exhaust system or the internal combustion engine to lead.
  • the invention has for its object to provide a generic control cam with such a cam contour at least for the valve opening area that the gas dynamics of the internal combustion engine is effectively influenced on the exhaust and / or intake side via the opening acceleration curve.
  • control cam has an opening flank with a contour, by means of which an opening acceleration curve with acceleration curves spaced apart by an intermediate curve of relatively low positive acceleration values and having relatively high and differently sized acceleration peak values is generated such that a first acceleration curve has a peak value of approximately 40 to 60% of a peak value of a neighboring acceleration curve that is set to 100%.
  • the advantage of the invention is to be seen in a delayed acceleration of opening, which means that when this control cam is used as an exhaust cam for actuating an exhaust valve, a pre-discharge shock critical with regard to the exhaust gas acoustics is avoided.
  • this control cam is used as an exhaust cam for actuating an exhaust valve, a pre-discharge shock critical with regard to the exhaust gas acoustics is avoided.
  • an angularly offset arrangement of the exhaust cams to form a cylinder unit is unnecessary and all exhaust cams can thus be machined via a grinding wheel.
  • the opening acceleration curve according to the invention with a first acceleration curve and a second acceleration curve that is higher than this is specified in a further embodiment of the invention for the intermediate curve connecting the two acceleration curves, a measurement range that is advantageous with regard to the extent of the acceleration deceleration.
  • advantageous dimensional ranges of the two differently high acceleration curves of the opening acceleration curve, based on the abscissa of an acceleration diagram are indicated. ben.
  • the relatively larger dimension, especially for the first acceleration curve. In conjunction with a constant acceleration in the crest area of the first acceleration curve and a constant acceleration of the intermediate curve between its connection points, the design range results in an acceleration deceleration which has a favorable effect on the gas dynamics.
  • this acceleration deceleration achieved according to the invention brings about a substantial reduction in the muzzle noise and thus in the surface radiation.
  • the opening acceleration course according to the invention can be delayed for dynamic gap formation to increase the gas velocity for vortex formation.
  • the invention is described on the basis of a preferred acceleration curve shown in the drawing.
  • the starting point of the invention is a control cam (not shown) for a valve-controlled internal combustion engine (not shown), which has a cam contour that generates at least one positive acceleration curve in the valve opening area.
  • Cam contours with high opening accelerations with large mass flows cause a pre-let blow on exhaust valves of the internal combustion engine, the shape and amplitude of which result in disadvantageous exhaust gas acoustics.
  • the control cam preferably has an opening flank with a contour, by means of which an opening acceleration curve 1 with acceleration curves 3 and 4, which are spaced apart by an intermediate curve 2 and relatively low positive acceleration values, with relatively high and differently sized acceleration peak values a-, and a 2 is generated, that the first acceleration curve 3 has a peak value a 1 of approximately 40 to 60% of a 100% set peak value a 2 of the adjacent acceleration curve 4.
  • the control cam which preferably serves as an exhaust cam for actuating an exhaust valve, also causes the rising curve section 3 ′ of the first acceleration curve 3 and the falling curve section 4 ′′ of the second acceleration curve 4 with the zero acceleration line on the abscissa of the acceleration diagram at least in each case a projected intersection 5, 6 form, the distance between the respective connection points 7, 8 of the falling curve section 3 "of the first acceleration curve 3 and the rising curve section 4 'of the second acceleration curve 4 with the intermediate curve 2 being an amount of 10 to 15% of 100% set distance of the abscissa intersections 5, 6 corresponds.
  • the contour of the opening flank is designed such that the distance between the first abscissa intersection 5 of the first acceleration curve 3 and the first connection point 7 of the intermediate curve 2 to the first acceleration curve 3 is 45 to 50% and the distance between the second connection point 8 of the intermediate curve 2 and the second abscissa intersection 6 of the second acceleration curve 4 corresponds to an amount of 45 to 35% of the 100% distance between the abscissa intersections 5, 6.
  • the first acceleration curve 3 has a crest area 3 '"with a constant acceleration curve. Furthermore, the second, higher acceleration curve 4 is preceded by the intermediate curve 2 with a constant acceleration curve 2' between the connection points 7 and 8 .
  • the entire acceleration curve shown in the diagram has a conventional closing acceleration curve in the closing area.
  • this conventional acceleration profile can be replaced by the acceleration profile 1 according to the invention.
  • the overall acceleration curve shown in the diagram with the opening acceleration curve 1 according to the invention can also be used with a control cam serving as an intake cam for actuating an intake valve.
  • an inlet valve is advantageously generated a dynamic valve gap to trigger vortex formation.
  • the mixture formation can also be advantageously influenced.
  • the invention is preferably used in multi-valve engines, in particular in four-valve engines.

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Abstract

Für einen Steuernocken für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit einer zumindest einen positiven Beschleunigungsverlauf im Ventil-Öffnungsbereich erzeugenden Nockenkontur wird zur vorteilhaften Beeinflussung der Gasdynamik vorgeschlagen, daß der Steuernocken eine Öffnungsflanke mit einer einen verzögerten Öffnungs-Beschleunigungsverlauf bewirkenden Kontur aufweist, und zwar derart, daß der Öffnungs-Beschleunigungsverlauf mit durch eine Zwischenkurve relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstandeten Beschleunigungskurven mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten erzeugt ist, wobei eine erste Beschleunigungskurve einen Spitzenwert von ca. 40 bis 60 % eines zu 100 % gesetzten Spitzenwertes einer benachbarten Beschleunigungskurve aufweist.

Description

Steuernocken für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuernocken mit einer im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Nockenkontur.
Bekanntlich sind zur Erzielung hoher spezifischer Arbeiten für ein sattes Drehmoment einerseits und eine hohe Leistung andererseits die Brennkraftmaschinen mit einer Ventilsteuerung ausgestattet, die sehr "scharfe" Ventilerhebungsverläufe für die Einlaß- und Auslaßventile aufweist, um die gewünschten Massenströme über entsprechend rasch sich ändernde Ventilöffnungsquerschnitte zu erzielen. Bei rasch sich öffnenden Auslaßventilen ist damit ein sehr hoher Vorausiaßstoß erzeugt, der zu einem ungleichmäßigen Ausströmen der Abgase führt. Da aber die Abgasakustik sehr wesentlich von Form und Amplitude des Vorauslaßstoßes ge- prägt ist, ergibt sich bei großem Massenstrom und hoher Öffnungsbeschleunigung des Auslaßventiles ein Mündungsgeräusch mit einem hohen Anteil an höheren Harmonischen, die zu einer verstärkten, nachteiligen Oberflächenabstrahlung der Abgasanlage bzw. der Brennkraftmaschine führen.
Bei bekannten Serienmotoren mit durch mehrere Auslaßventile je Zylindereinheit erzeugten großen Auslaßquerschnitten und durch scharfe Ventilerhebungsverläufe erzeugten hohen Öffnungsbeschleunigungen ist dieses Problem dadurch gelöst, daß die zur Steuerung der Auslaßventile je Zylinder vorgesehenen Auslaßnocken gegeneinander winkelversetzt angeordnet sind (phasing). Diese Anordnung hat den erheblichen Nachteil, daß jeder Nocken gesondert geschliffen werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Steuernocken mit einer solchen Nockenkontur zumindest für den Ventil-Öffnungsbereich auszubilden, daß die Gasdynamik der Brennkraftmaschine auslaß- und/oder einlaßseitig über den Öffnungs-Beschleunigungsverlauf wirksam beeinflußt ist.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, und zwar dadurch, daß der Steuernocken eine Öffnungsflanke mit einer Kontur aufweist, mittels der ein Öffnungs-Beschleunigungsverlauf mit durch eine Zwischenkurve relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstandeten Beschleunigungskurven mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten erzeugt ist derart, daß eine erste Beschleunigungskurve einen Spitzenwert von ca. 40 bis 60 % eines zu 100 % gesetzten Spitzenwertes einer benachbarten Beschleunigungskurve aufweist.
Der Vorteil der Erfindung ist in einer verzögerten Öffnungsbeschleunigung zu sehen, wodurch bei Verwendung dieses Steuernockens als Auslaßnocken zur Be- tätigung eines Auslaßventiies ein hinsichtlich der Abgasakustik kritischer Voraus- laßstoß vermieden ist. Für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Auslaßventilen je Zylinder ergibt sich des weiteren der Vorteil, daß sich eine winkelversetzte Anordnung der Auslaßnocken zu einer Zylindereinheit erübrigt und somit sämtliche Auslaßnocken über eine Schleifscheibe bearbeitbar sind.
Der erfindungsgemäße Öffnungs-Beschleunigungsverlauf mit einer ersten Beschleunigungskurve und einer gegenüber dieser höheren zweiten Beschleunigungskurve ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung für die beiden Beschleunigungskurven verbindenden Zwischenkurve eine hinsichtlich des Ausmaßes der Beschleunigungs-Verzögerung vorteilhafter Bemessungsbereich angegeben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind vorteilhafte, auf die Abszisse eines Beschleunigungsdiagramms bezogene Maßbereiche der beiden unterschiedlich hohen Beschleunigungskurven des Öffnungs-Beschleunigungsverlaufs angege- ben. Der insbesondere für die erste Beschleunigungskurve relativ größere Maßbzw. Auslegungsbereich ergibt in Verbindung mit einer konstanten Beschleunigung im Kuppenbereich der ersten Beschleunigungskurve und einer konstanten Beschleunigung der Zwischenkurve zwischen ihren Anschlußpunkten mittels dieser Beruhigungsabschnitte eine auf die Gasdynamik vorteilhaft günstig sich auswirkende Beschleunigungs-Verzögerung.
Diese erfindungsgemäß erzielte Beschleunigungs-Verzögerung bewirkt auslaßsei- tig eine wesentliche Herabsetzung des Mündungsgeräusches und damit der Ober- flächenabstrahlung. Einlaßseitig kann der erfinduπgsgemäße Öffnungs-Beschleu- nigungsverlauf mit Verzögerung für eine dynamische Spaltbildung zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit für eine Wirbelausbildung.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Be- schleunigungsverlaufs beschrieben.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein nicht gezeigter Steuernocken für eine nicht dargestellte ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, der eine zumindest einen positiven Beschleunigungsverlauf im Ventil-Öffnungsbereich erzeugende Nockenkontur aufweist. Nockenkonturen mit hohen Öffnungsbeschleunigungen bei großen Massenströmen bewirken an Auslaßventilen der Brenπkraftmaschine einen Voraus- laßstoß, dessen Form und Amplitude eine nachteilige Abgasakustik ergeben.
Um insbesondere die mit dem Mündungsgeräusch des Vorauslaßstoßes verbun- denen höheren Harmonischen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein verzögerter Öffnungs-Beschleunigungsverlauf vorgeschlagen. Hierfür weist der Steuernocken vorzugsweise eine Öffnungsflanke mit einer Kontur auf, mittels der ein Öffnungsbeschleunigungsverlauf 1 mit durch eine Zwischenkurve 2 relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstandeten Beschleunigungskurven 3 und 4 mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten a-, und a2 erzeugt ist derart, daß die erste Beschleunigungskurve 3 einen Spitzenwert a1 von ca. 40 bis 60 % eines zu 100 % gesetzten Spitzenwertes a2 der benachbarten Beschleunigungskurve 4 aufweist. Der vorzugsweise als Auslaßnocken zur Betätigung eines Auslaßventiies dienende Steuernocken bewirkt bezüglich seiner Kontur der Öffnungsflanke ferner, daß der ansteigende Kurvenabschnitt 3' der ersten Beschleunigungskurve 3 und der abfallende Kurvenabschnitt 4" der zweiten Beschleunigungskurve 4 mit der Nullbe- schieunigungsline auf der Abszisse des Beschleunigungsdiagramms jeweils zumindest einen- projektierten Schnittpunkt 5, 6 bilden, wobei der Abstand zwischen jeweiligen Anschlußpunkten 7, 8 des abfallenden Kurvenabschnittes 3" der ersten Beschleunigungskurve 3 und des ansteigenden Kurvenabschnittes 4' der zweiten Beschleunigungskurve 4 mit der Zwischenkurve 2 einen Betrag von 10 bis 15 % des zu 100 % gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte 5, 6 entspricht.
Weiter ist die Kontur der Öffnungsflanke so gestaltet, daß der Abstand zwischen dem ersten Abszissen-Schnittpunkt 5 der ersten Beschleunigungskurve 3 und dem ersten Anschlußpunkt 7 der Zwischenkurve 2 an die erste Beschleunigungskurve 3 einem Betrag von 45 bis 50 % und der Abstand zwischen dem zweiten Anschlußpunkt 8 der Zwischenkurve 2 und dem zweiten Abszissenschnittpunkt 6 der zweiten Beschleunigungskurve 4 einem Betrag von 45 bis 35 % des zu 100 % gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte 5, 6 entspricht.
Zur Reduzierung von Anregungen im Ventiltrieb weist die erste Beschleunigungskurve 3 einen Kuppenbereich 3'" mit einem konstanten Beschleunigungs-Verlauf auf. Weiter ist der zweiten, höheren Beschleunigungskurve 4 die Zwischenkurve 2 mit einem konstanten Beschleunigungs-Vertauf 2' zwischen den Anschlußpunkten 7 und 8 vorgeschaltet.
Der im Diagramm dargestellte gesamte Beschleunigungsverlauf weist im Schließbereich einen konventionellen Schließbeschleunigungsverlauf auf. Im Rahmen der Erfindung kann dieser konventionelle Beschleunigungsverlauf durch den erfindungsgemäßen Beschleunigungsverlauf 1 ersetzt sein.' Weiter kann der im Dia- gramm gesamt dargestellte Beschleunigungsverlauf mit dem erfindungsgemäßen Öffnungs-Beschleunigungsverlauf 1 auch bei einem als Einlaßnocken zur Betätigung eines Einlaßventile dienenden Steuernocken verwendet sein. Mit der erfindungsgemäßen Beschleunigungs-Verzögerung ist bei einem Einlaßventil in vorteil- hafter Weise ein dynamischer Ventilspalt zur Auslösung einer Wirbelbildung erzeugt. Ferner kann damit auch die Gemischbildung vorteilhaft beeinflußt sein.
Die Erfindung findet bevorzugt bei Mehrventilmotoren, insbesondere bei Vier-Ven- tilmotoren Anwendung.

Claims

Patentansprüche
1. Steuernocken für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, - der eine zumindest einen positiven Beschleunigungsverlauf im Ventil-
Öffnungsbereich erzeugende Nockenkontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken eine Öffnungsflanke mit einer Kontur aufweist, mittels der - ein Öffnungs-Beschleunigunsgsverlauf (1) mit durch eine Zwischenkurve (2) relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstande- ten Beschleunigungskurven (3, 4) mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten (al F a2) erzeugt ist derart, daß eine erste Beschleunigungskurve (3) einen Spitzenwert (ai) von ca. 40 bis 60 % eines zu 100 % gesetzten Spitzenwertes (a2) einer benachbarten Beschleunigungskurve (4) aufweist.
2. Steuernocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Auslaßnocken zur Betätigung eines Auslaßventiies dient.
Steuernocken nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Öffnungsflanke ferner bewirkt, daß der ansteigende Kurvenabschnitt (3') der ersten Beschleunigungskurve (3) und der abfallende Kurvenabschnitt (4") der zweiten Beschleuni- gungskurve (4) mit der Null-Beschleunigungslinie auf der Abszisse jeweils zumindest einen projizierten Schnittpunkt (5, 6) bilden, wobei der Abstand zwischen jeweiligen Anschlußpunkten (7. 8) des abfallenden Kurvenabschnittes (3") der ersten Beschleunigungskurve (3) und des ansteigenden Kurvenabschnitts (4') der zweiten Beschleunigungskurve (4) mit der Zwischenkurve (2) einem Betrag von 10 bis 15 % des zu 100 % gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte (5, 6) entspricht.
4. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Öffnungsflanke auch bewirkt, daß der Abstand auf der Abszisse zwischen dem ersten Abszissen-Schnittpunkt (5) und dem ersten projizierten Anschlußpunkt (7) der Zwischenkurve (2) einem Betrag von 45 bis 50 % und - der Abstand auf der Abszisse zwischen dem zweiten, projizierten Anschlußpunkt (8) der Zwischenkurve (2) und dem zweiten Abszissen- Schnittpunkt (6) einem Betrag von 45 bis 35 % des zu 100 % gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte (5, 6) entspricht.
5. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Beschleunigungskurve (3) einen Kuppenbereich (3'") mit einem konstanten Beschleunigungsverlauf aufweist.
5. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkurve (2) abschnittsweise zwischen den Anschlußpunkten (7, 8) einen konstanten Beschleunigungs-Verlauf (2') aufweist.
7. Steuernocken nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Einlaßnocken zur Betätigung eines Einlaßventiles dient.
PCT/EP1997/005152 1996-10-08 1997-09-19 Steuernocken für eine ventilgesteuerte brennkraftmaschine WO1998015722A1 (de)

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