DE1191992B - Valve-controlled reciprocating internal combustion engine with a hydraulically operated actuator to change the valve stroke - Google Patents

Description

Ventilgesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit hydraulisch betätigtem Stellglied zur Veränderung des Ventilhubes Die Erfindung betrifft eine ventilgesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Gasmaschine, deren Ventile von Nocken über Stößel betätigt werden, wobei zur Veränderung des Ventilhubes vorzugsweise des Einlaßventils während des Betriebes ein hydraulisch betätigtes Stellglied in den Ventilstößel eingebaut ist, das aus zwei zylindrisch geführten längsverschiebbaren Kolben besteht, die zwischen sich eine Flüssigkeit einschließen, die bei der Bewegung der beiden Kolben im Ventilschließsinn von einem derselben, nämlich vom Antriebskolben gesteuert über eine im Zylinder vorgesehene Bohrung von einem Vorratsraum angesaugt und von dem anderen mit dem Ventil zusammenwirkenden Kolben durch eine im Zylinder vorgesehene Bohrung abgesteuert wird, wobei durch diesen mittels einer Steuerkante das Ende des Hubes des Ventils bestimmt wird und der Kolben bei der Schließbewegung des Ventils in seiner Ausgangsstellung sich auf einen im Bereich des Zylinders angeordneten Bund aufsetzt.Valve-controlled reciprocating internal combustion engine with hydraulically operated Actuator for changing the valve lift The invention relates to a valve-controlled Reciprocating internal combustion engine, in particular gas engine, the valves of which are cams be actuated via tappets, preferably to change the valve lift of the inlet valve during operation a hydraulically operated actuator in the valve tappet is installed, which consists of two cylindrically guided longitudinally displaceable Pistons consist of a liquid that locks in between them of the two pistons in the valve closing direction from one of them, namely from the drive piston sucked in controlled by a bore provided in the cylinder from a storage space and from the other piston cooperating with the valve through one in the cylinder provided bore is controlled, through this by means of a control edge the end of the stroke of the valve is determined and the piston during the closing movement of the valve in its starting position is arranged in the area of the cylinder Covenant put on.

Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die mit Gas betrieben werden, wird vielfach die Quantitätsregelung angewandt. Bei der Quantitätsregelung ändert sich das Mischungsverhältnis von Gas und Luft nicht. Die Zylinder erhalten in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine jeweils eine größere und kleinere Menge des Gasluftgemisches. Wenn der Einlaß des Gasluftgemisches in den Zylinder durch ein normales Einlaßventil erfolgt, so kann dieses Ventil als Zumeßventil wirken, indem es durch eine Veränderung seines Hubes mehr oder weniger drosselnd auf das einströmende Gasluftgemisch einwirkt. Es sind Gasmaschinen bekanntgeworden, bei denen an Stelle eines Einlaßventils zwei Einlaßventile vorgesehen sind. Eines der Einlaßventile dient dem Lufteinlaß in den Zylinder und das andere dem Gaseinlaß. Beide Ventile werden für den Einlaß in zweckentsprechender Weise betätigt, so daß das Mischungsverhältnis von Gas und Luft konstant bleibt. Zur Veränderung der Gasluftgemischmenge werden die Ventile wiederum in bezug auf ihren Hub veränderlich betätigt.In reciprocating internal combustion engines that are operated with gas, is often the quantity regulation applied. The quantity control is changing the mixing ratio of gas and air does not. The cylinders get a dependency depending on the load on the machine, a larger and smaller amount of the gas-air mixture. When the inlet of the gas-air mixture into the cylinder through a normal inlet valve takes place, this valve can act as a metering valve by changing it its stroke has a more or less throttling effect on the gas-air mixture flowing in. Gas machines have become known in which, instead of one inlet valve, two Inlet valves are provided. One of the inlet valves is used to intake air into the Cylinder and the other to the gas inlet. Both valves are appropriately designed for inlet Operated so that the mixing ratio of gas and air remains constant. To change the amount of gas-air mixture, the valves are in turn with respect to actuated their stroke variably.

Es soll hier erwähnt werden, daß bei der zuletzt beschriebenen bekannten Gasmaschine sehr leicht die Möglichkeit besteht, das Mischungsverhältnis von Gas und Luft in gewissen Grenzen zu ändern, weil man die Ventile für Gas und Luft unabhängig voneinander beeinflussen kann. In manchen Fällen kann dies zweckmäßig sein.It should be mentioned here that in the case of the last-described known Gas machine very easily there is the possibility of changing the mixing ratio of gas and air to change within certain limits, because the valves for gas and air are independent can influence each other. In some cases this can be useful.

Aus vorstehendem ist zu entnehmen, daß bereits Einrichtungen bekannt sind, die dazu dienen, den Hub eines Einlaßventils einer Hubkolbenbrennkraftmaschine während des Betriebes der Maschine in seiner Größe veränderlich zu gestalten. Die bekannten Einrichtungen zu diesem Zweck arbeiten mit mechanischen Mitteln. Mechanische Mittel sind beispielsweise verschiebbare Schrägnocken, mit Hebeln zusammenwirkende verstellbare Stelzen od. dgl.From the above it can be seen that facilities are already known are used to control the lift of an intake valve of a reciprocating internal combustion engine to make it variable in size during operation of the machine. the known devices for this purpose work with mechanical means. Mechanical Means are, for example, slidable cams that interact with levers adjustable stilts or the like.

Die in die Ventilbetätigung eingebauten mechanischen Mittel zur Veränderung der Größe des Ventilhubes bedeuten baulich gesehen einen beträchtlichen Aufwand. Zum Teil sind zu ihrer Bedienung auch große Verstellkräfte erforderlich.The mechanical means of alteration built into the valve actuation the size of the valve lift means, structurally speaking, a considerable amount of effort. In some cases, large adjustment forces are also required to operate them.

Es ist auch bereits eine ventilgesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, in deren Ventiltrieb eine hydraulische Einrichtung zur Veränderung des Ventilhubes während des Betriebes eingebaut ist. Die hydraulische Einrichtung besteht hierbei aus einer im Maschinengestell längsverschiebbar geführten und mit Steuernuten versehenen Hülse und einem in dieser wiederum geführten Stößelkolben, der gleichfalls als Zylinder für einen die S'tößelstange antreibenden Kolben dient. Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, daß infolge des an dem den Stößel antreibenden Kolben fehlenden Anschlages beim Schließen des Ventils die Gefahr des Ausspurens für die Stößelstange besteht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die drehzahlabhängige Änderung des Ansaugkanals durch den mit einer Drossel versehenen Kolben bei hohen Drehzahlen eine schnelle Auffüllung des Zylinders der Einrichtung nicht sichergestellt ist. Schließlich ist noch von Nachteil, daß insbesondere bei niedrigerer Öltemperatur, beispielsweise im Anfahrbetrieb durch umkehrende Reibungskräfte beim Richtungswechsel des Stößels, die der Steuerung dienende Hülse in Resonanz zum Verstellgestänge gelangen kann. Ferner ist auch bereits eine hydraulische Ventilsteuerungseinrichtung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschinebekanntgeworden, bei der der Arbeitskolben der Ventilsteuerungseinrichtung und der den Stößel antreibende Kolben in getrennten über eine Leitung verbundenen Zylindern angeordnet sind. Die Steuerung verschiedener erwünschter Ventilhübe erfolgt durch Verdrehen der beiden stirnseitig mit je einer schrägen Steuerkante versehenen Kolben. Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, daß sich zwischen den Kolben eine große Flüssigkeitsmenge befindet und damit bei einer Mehrzahl von Ventilen starke Streuungen durch unterschiedliche hydraulische Verhältnisse, beispielsweise unterschiedliche Druckwellen, ergeben. Gleichfalls liegt der Nachteil vor, daß die Füllung für den Arbeitszylinder bei hohen Drehzahlen nicht sichergestellt ist. Schließlich ist auch noch von Nachteil, daß bei dieser Einrichtung zwei örtlich voneinander getrennte Verstellgestänge für die Verstellung der Kolben erforderlich sind, womit der bauliche Aufwand der Einrichtung groß ist.It is also already a valve-controlled reciprocating internal combustion engine known, in the valve train a hydraulic device for changing the Valve lift is installed during operation. The hydraulic device exists in this case from a longitudinally displaceable guided in the machine frame and with control grooves provided sleeve and a plunger piston guided in this in turn, which also serves as a cylinder for a piston driving the push rod. Disadvantageous with this device is that due to the lack of piston driving the plunger Stop when closing the valve, there is a risk of the push rod disengaging consists. Another disadvantage is that the speed-dependent change of the intake duct through the piston equipped with a throttle at high speeds rapid filling of the cylinder of the device is not ensured. Finally, it is also disadvantageous that, especially at a lower oil temperature, For example, when starting up due to reversing frictional forces when changing direction of the ram, the sleeve serving the control reach the adjustment rod in resonance can. Furthermore, there is already a hydraulic valve control device for a reciprocating internal combustion engine, in which the working piston of the Valve control device and the piston driving the plunger in separate Cylinders connected by a line are arranged. The control of various The desired valve lift is achieved by turning the two face ends with one each inclined control edge provided piston. The disadvantage of this device is that there is a large amount of liquid between the pistons and thus at one Large number of valves due to different hydraulic conditions, for example different pressure waves result. There is also the disadvantage before that the filling for the working cylinder is not ensured at high speeds is. Finally, it is also a disadvantage that this device has two local separate adjustment rods are required for adjusting the pistons are, with which the structural effort of the facility is great.

Schließlich ist auch bereits ein hydraulischer Ventilantrieb bekanntgeworden, dessen Pumpe gleichfalls mit dem Steuergerät über eine Leitung verbunden ist. Das Steuergerät ist zwecks Abbremsens der Rückwärtsbewegung des von dessen Kolben betätigten Maschinenteiles mit einer durch ein Rückschlagventil beherrschten Zuflußleitung mit einer Abflußleitung versehen, die vom Steuerkolben gegen Ende seiner Rückwärtsbewegung bis auf eine Drosselöffnung versperrt wird. Zwecks Durchspülung des Drosselraumes des Steuergerätes ist hierbei die Drosselöffnung in einer besonderen Abflußleitung angeordnet, die mit einem Raum niedrigen Druckes in ständiger Verbindung steht und vom Kolben des Steuergerätes kurz nach Beginn des Arbeitshubes zugesteuert wird. Diesem hydraulischen Ventilantrieb ist jedoch nur die Lehre zu entnehmen, zwecks Durchspülung des Arbeitsraumes aus diesem beim Bewegen des Arbeitskolbens im Ventilöffnungssinn Arbeitsflüssigkeit gedrosselt abzuführen, was mit einer nachteiligen Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit verbunden ist.Finally, a hydraulic valve drive has already become known, whose pump is also connected to the control unit via a line. That The control device is used to brake the backward movement of the piston actuated by its piston Machine part with an inflow line controlled by a check valve provided with a drain line from the control piston towards the end of its backward movement is blocked except for a throttle opening. For the purpose of purging the throttle area of the control unit is the throttle opening in a special drain line arranged, which is in constant communication with a space of low pressure and is closed by the piston of the control unit shortly after the start of the working stroke. However, only the teaching can be found in this hydraulic valve drive for the purpose of Rinsing of the working space from this when moving the working piston in the valve opening direction Discharge working fluid throttled, resulting in a disadvantageous heating of the Working fluid is connected.

Ausgehend von diesem bekanntgewordenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ventilsteuerungseinrichtung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für eine Gasmaschine zu schaffen, die sich bei einem geringstmöglichen Aufwand an Bauelementen insbesondere für hohe Drehzahlbereiche der Maschine eignet.Based on this known prior art, it is the task the invention, a valve control device for a reciprocating internal combustion engine, especially to create a gas engine that is at a lowest possible Expenditure on components is particularly suitable for high speed ranges of the machine.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der das Ende des Hubes des Ventils bestimmende Kolben vor dem Aufsetzen auf den Bund einen Saugkanal für die Flüssigkeit aufsteuert, und daß in an sich bekannter Weise das Aufsteuern des Kanals erfolgt, während sich der Antriebskolben noch bewegt.For this purpose, the invention provides that the end of the stroke of the valve determining piston before being placed on the collar a suction channel for the liquid controls, and that in a known manner the control of the Channel takes place while the drive piston is still moving.

Eine hydraulische Ventilsteuerungseinrichtung dieses Aufbaues erbringt den Vorteil, daß selbst bei hohen Drehzahlen durch das bereits nach dem Absteuern des Kolbens stattfindende Öffnen der Saugbohrung ein Füllen des Zylinders mit frischem Arbeitsmittel stattfindet. Dies wird begünstigt durch geringes Nachsaugen des Kolbens, während der vom Nocken betätigte Kolben die unteren Saugbohrungen noch nicht freigegeben hat. Es ist gleichfalls die Gefahr des Ausspurens der Stößelstange und ebenfalls eine Resonanzbildung für das Gestänge vermieden. Des weiteren ist eine übermäßige Erwärmung des Arbeitsmittels vermieden.A hydraulic valve control device of this structure provides the advantage that, even at high speeds, after the shutdown opening of the suction hole, which takes place of the piston, a filling of the cylinder with fresh Work equipment takes place. This is favored by the small amount of suction on the piston, while the piston actuated by the cam has not yet released the lower suction bores Has. There is also the risk of the pushrod disengaging and also a resonance for the linkage avoided. Furthermore, it is excessive Avoid heating the work equipment.

Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung und aus der Zeichnung ersichtlich, die ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht.Details of the invention are from the description below and can be seen from the drawing, which shows an embodiment of the object of the invention.

In der Zeichnung ist mit 1 das Maschinengestell der Hubkolbenbrennkraftmaschine und mit 2 der Antriebskolben der hydraulischen Ventilbetätigung bezeichnet, der von einer nicht dargestellten Nockenwelle und Nockenrolle im Ventilöffnungssinn betätigt wird. Durch eine Feder 3 wird der Antriebskolben 2 über einen Federteller 4 kraftschlüssig gegen den nicht dargestellten Nocken der Nockenwelle gehalten. Der Antriebskolben 2 steckt in einem Zylinder 5, der zum Zwecke der Ventilhubänderung drehbar in einer im Maschinengestell l angeordneten Büchse 6 gelagert ist. Der Zylinder 5 weist in seiner unteren Partie zwei von der Stirnkante 7 des Antriebskolbens 2 beherrschte Saubbohrungen 8 und in seiner oberen Partie eine weitere Saugbohrung 9 und eine gegenüber dieser nach unten versetzte Abströmbohrung 10 auf. Die Saugbohrung 9 wird von der Kante einer Saugbohrung 11, und die Abströmbohrung 10 wird von einer spiralförmigen Steuerkante 12 des Arbeitskolbens 13 beherrscht. Der Arbeitskolben 13 sitzt in seiner Ausgangsstellung auf einem als Anschlag dienenden radial federnden Element 14 auf, welches in eine im Zylinder 5 befindliche Nut 15 eingreift. Zwischen dem Antriebs-und Arbeitskolben ist eine Feder 16 angeordnet, die den Arbeitskolben 13 kraftschlüssig am Fortsatz 17 einer kolbenartigen Führung 18 hält. In der kolbenartigen Führung 18 sitzt die ein oder mehrere nicht dargestellte Ventile betätigende Ventilstößelstange 19. Die kolbenartige Führung 18 sitzt wiederum in einer Führungsbüchse 20, die einen Bund 21 aufweist, auf den sich in Ausgangsstellung die kolbenartige Führung 18 aufsetzt. Die Führungsbüchse 20 weist weiterhin eine Schmierölzulaufbohrung 22 auf.In the drawing, 1 denotes the machine frame of the reciprocating internal combustion engine and 2 denotes the drive piston of the hydraulic valve actuation, which is actuated in the valve opening direction by a camshaft and cam roller, not shown. By means of a spring 3, the drive piston 2 is held non-positively against the cam of the camshaft, not shown, via a spring plate 4. The drive piston 2 is inserted in a cylinder 5 which, for the purpose of changing the valve stroke, is rotatably mounted in a bush 6 arranged in the machine frame 1. In its lower part, the cylinder 5 has two suction bores 8 dominated by the front edge 7 of the drive piston 2 , and in its upper part a further suction bore 9 and an outflow bore 10 offset downward relative to this. The suction bore 9 is dominated by the edge of a suction bore 11, and the outflow bore 10 is dominated by a spiral-shaped control edge 12 of the working piston 13. In its starting position, the working piston 13 rests on a radially resilient element 14 which serves as a stop and which engages in a groove 15 located in the cylinder 5. A spring 16 is arranged between the drive and working pistons and holds the working piston 13 non-positively on the extension 17 of a piston-like guide 18. In the piston-like guide 18 sits the one or more valve-actuating valve plunger rod 19. The piston-like guide 18 is in turn seated in a guide bush 20 which has a collar 21 on which the piston-like guide 18 rests in the initial position. The guide bush 20 also has a lubricating oil inlet bore 22.

Saugt der Antriebskolben 2 bei seiner Bewegung im Ventilschließsinn (Abwärtsbewegung) über die bereits vor dem Aufsetzen des Arbeitskolbens 13 durch übersteuern verbundenen Bohrungen 9 des Zylinders 5 und 11 des Arbeitskolbens 13 sowie nachfolgend nach übersteuern der Bohrungen 8 durch die Kante 7 über die Flüssigkeit an, so wird bei seiner nachfolgenden Bewegung im Ventilöffnungssinn nach dem übersteuern der Bohrungen 8 und 9 die zwischen dem Arbeits- und Antriebskolben befindliche Flüssigkeit nach oben verdrängt und damit der Arbeitskolben 13 betätigt, der über die kolbenartige Führung 18 ein Öffnen des nicht dargestellten Ventils bewirkt. Wird gleichfalls bei dieser Bewegung durch die kolbenartige Führung 18 die Bohrung 22 der zylindrischen Führungsbüchse 20 übersteuert, so tritt Schmieröl über eine im Arbeitskolben 13 stirnseitig angebrachte Nut 23 und eine in der kolbenartigen Führung 18 angebrachte Bohrung 24 in den Ölkanal 25 des Stößels 19 ein und bewirkt eine Schmierung der dem Stößel vorgelagerten nicht dargestellten Pfanne eines der Stößelstange 19 aufsitzenden Kipphebels.If, during its movement in the valve closing direction (downward movement), the drive piston 2 sucks in via the bores 9 of the cylinder 5 and 11 of the working piston 13, which are connected by oversteering before the working piston 13 is placed, and subsequently after the bores 8 are overridden by the edge 7, so during its subsequent movement in the valve opening direction after overriding the bores 8 and 9, the fluid located between the working and drive pistons is displaced upwards and thus the working piston 13 is actuated, which causes the valve, not shown, to open via the piston-like guide 18. If the bore 22 of the cylindrical guide bushing 20 is also overridden during this movement by the piston-like guide 18 , lubricating oil enters the oil channel 25 of the plunger 19 via a groove 23 on the front side in the working piston 13 and a bore 24 in the piston-like guide 18 brings about a lubrication of the socket, not shown, of a rocker arm seated on the push rod 19, upstream of the plunger.

übersteuert der Arbeitskolben 13 mit seiner spiralförmigen Kante 12 die Bohrung 10 des Zylinders 5, so kann Flüssigkeit aus dem Raum zwischen Antriebs- und Arbeitskolben abströmen, und es wird damit das Ende des Hubes des Arbeitskolbens 13 bestimmt.If the working piston 13 with its spiral edge 12 overrides the bore 10 of the cylinder 5, then liquid can flow out of the space between the drive piston and the working piston, and the end of the stroke of the working piston 13 is thus determined.

Durchdringt bei der folgenden Bewegung im Schließsinn der Fortsatz 17 der kolbenartigen Führung 18 den Bund 21 der zylindrischen Führungsbüchse 20, so bildet sich eine Kammer 26 und ein Spalt 27, über den das in der Kammer 26 befindliche Schmieröl verdrängt wird, was eine Bremsung der Bewegung im Schließsinn der kolbenartigen Führung 18 zur Folge hat.If the extension 17 of the piston-like guide 18 penetrates the collar 21 of the cylindrical guide bush 20 during the following movement in the closing direction, a chamber 26 and a gap 27 are formed, through which the lubricating oil in the chamber 26 is displaced, which slows down the movement in the closing direction of the piston-like guide 18 results.

Claims (1)

Patentanspruch: Ventilgesteuerte Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Gasmaschine, deren Ventile von Nocken über Stößel betätigt werden, wobei zur Veränderung des Ventilhubes vorzugsweise des Einlaßventils während des Betriebes ein hydraulisch betätigtes Stellglied in den Ventilstößel eingebaut ist, das aus zwei zylindrisch geführten längsverschiebbaren Kolben besteht, die zwischen sich eine Flüssigkeit einschließen, die bei der Bewegung der beiden Kolben im Ventilschließsinn von einem derselben, nämlich vom Antriebskolben gesteuert über eine im Zylinder vorgesehene Bohrung von einem Vorratsraum angesaugt und von dem anderen, mit dem Ventil zusammenwirkenden Kolben durch eine im Zylinder vorgesehene Bohrung abgesteuert wird, wobei durch diesen mittels einer Steuerkante das Ende des Hubes des Ventils bestimmt wird und der Kolben bei der Schließbewegung des Ventils in seiner Ausgangsstellung sich auf einen im Bereich des Zylinders angeordneten Bund aufsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ende des Hubes des Ventils bestimmende Kolben (13) vor dem Aufsetzen auf den Bund (14) einen Saugkanal (9) für die Flüssigkeit aufsteuert, und daß in an sich bekannter Weise das Aufsteuern des Kanals (9) erfolgt, während sich der Antriebskolben (2) noch bewegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 907 841; französische Patentschrift Nr. 1172 416; USA.-Patentschrift Nr. 2 602 434.Patent claim: Valve-controlled reciprocating internal combustion engine, in particular gas engine, the valves of which are actuated by cams via tappets, whereby a hydraulically operated actuator is built into the valve tappet to change the valve lift, preferably of the inlet valve, which consists of two cylindrically guided, longitudinally displaceable pistons between them include a liquid which, when the two pistons move in the valve closing direction, is sucked in by one of them, namely controlled by the drive piston via a bore provided in the cylinder, from a storage space and diverted from the other piston, which interacts with the valve, through a bore provided in the cylinder, whereby the end of the stroke of the valve is determined by means of a control edge and the piston rests on a collar arranged in the area of the cylinder during the closing movement of the valve in its starting position, characterized in that, that the piston (13), which determines the end of the stroke of the valve, opens a suction channel (9) for the liquid before it is placed on the collar (14), and that the channel (9) is opened in a manner known per se while the drive piston (2) is still moving. Documents considered: German Patent No. 907 841; French Patent Specification No. 1172 416th; U.S. Patent No. 2,602,434.