DE3436629A1 - Camshaft timing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
Patentanwalt · -> *Patent attorney -> *
Asenberg 62 4. Oktober 1984Asenberg 62 October 4th 1984
Lüdenscheid A 84 137 ->Lüdenscheid A 84 137 ->
Anmelderin: Firma Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Eggenpfad 26
5980 WerdohlApplicant: Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Harrow Path 26
5980 Werdohl
\ Beschreibung \ Description
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellensteuerung für Ein- und Auslaßventile eines Hubkolbenmotors, dessen Ein- und Auslaßventile über Steuernocken von Nockenwellen gesteuert werden.The invention relates to a camshaft control for inlet and outlet valves of a reciprocating piston engine, its inlet and outlet valves controlled by camshafts via control cams.
Bei einem Hubkolbenmotor, wie einem Viertakt-Ottomotor, erfolgt die Gaswechselsteuerung über Ventile, die durch Schlepphebel oder Kipphebel sowie andere Elemente des Ventiltriebs vor. einer Nockenwelle gesteuert werden. Für einen optimalen Betrieb des Hubkolbenmotors, insbesondere für eine Verringerung der Schadstoffemission, sind neben den Überschneidungsphasen der Einlaß- und Auslaßventile auch die jeweiligen Ventilöffnungsdauern wichtig. Der Gaswechsel im Zylinder eines solchen Motors ist ein Strömungsvorgang, der durch die Eigenchwingungen des Zylinders sowie der Ansaugleitungen und Auslaßleitunen beeinflußt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase ist im wesentlichen unabhängig von der Motordrehzahl. Die Ventil Öffnungsdauer wird jedoch umgekehrt proportional zur Drehzahl der Nockenwelle bzw. des Hubkolbenmotors verringert, so daß die Verhältnisse für den Gaswechsel mit zunehmender Drehzahl ungünstiger werden.In the case of a reciprocating piston engine, such as a four-stroke gasoline engine, the gas exchange control takes place via valves, which are operated by rocker arms or Rocker arms and other elements of the valve train before. a camshaft being controlled. For optimal operation of the reciprocating engine, in particular for a reduction in pollutant emissions, are next the overlap phases of the inlet and outlet valves also the respective Valve opening times important. The gas exchange in the cylinder of such an engine is a flow process caused by natural vibrations of the cylinder as well as the suction lines and Auslaßleitunen is influenced. The flow rate of the gases is essential regardless of the engine speed. The valve opening time is, however, reduced in inverse proportion to the speed of the camshaft or the reciprocating engine, so that the conditions for the gas exchange become less favorable with increasing speed.
Man legt normalerweise die Ventilöffnungsdauer auf die Drehzahl für das gewünschte Drehmomentmaximum des Hubkolbenmotors aus. Eine Steuerung der Überschneidungsphasen ist z.B. in der DE-OS 32 10 914 beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit der Steuerung der Überschneidungsphasen allein keine Optimierung des Hubkolbenmotor in allen Drehzahlbereichen möglich ist.Normally, the valve opening time is based on the speed for the desired maximum torque of the reciprocating piston engine. One Control of the overlapping phases is described in DE-OS 32 10 914, for example. However, it has been shown that with the control of the Overlapping phases alone do not allow the reciprocating engine to be optimized is possible in all speed ranges.
Aufgabe der Erfindung ist die Änderung und Verstellung der Ventilöffnungsdauer in einer Nockenwellensteuerung.The object of the invention is to change and adjust the valve opening time in a camshaft control.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Einstellung der Ventilöffnungsdauer für jedes Ventil zwei Steuer-This object is achieved according to the invention in that for setting the valve opening duration for each valve two control
nocken vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbar sind.cams are provided which can be adjusted relative to one another in the circumferential direction are.
Die Erfindung unterscheidet sich dadurch in nicht naheliegender Weise vom Stand der Technik, daß die Ventilöffnungsdauer willkürlich veränderbar ist. Die Ventilb'ffnungsdauer kann z.B. drehzahlabhängig und/oder parameterabhängig verändert werden. Dadurch kann man unter anderem die Gemischausnutzung verbessern und den Verlauf der Drehmomentkurva abflachen.The invention differs thereby in not obvious Prior art manner that the valve opening duration can be arbitrarily changed. The valve opening time can, for example, depend on the speed and / or can be changed depending on the parameters. Among other things, this can improve the mixture utilization and the course of the torque curve flatten.
Zur Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen Ventilbewegung ist vorgesehen, daß jeder Steuernocken zwischen zwei Flankenabschnitten einen konzentrisch zur Nockenwellenachse verlaufenden Profilabschnitt aufweist. Die Profilkurve jedes Steuernockens ist nach üblichen Methoden gestaltet, im allgemeinen als ruckfreier Integrationsnocken. Im konzentrischen Profilabschnitt erfolgt keine Verstellung des Ventils, so daß auf den konzentrischen Ventilabschnitten der beiden zusammenwirkenden Steuernocken die Betätigung des jeweiligen Ventilg von einem Steuernocken auf den anderen übergeleitet werden katin. Wenn z.B. jeder konzentrische Ventilabschnitt eine Umfangslänge von 15° Kurbelwellendrehung hat, so ist insgesamt eine Veränderung der Ventilöffnungsdauer von 30° Kurbelwellendrehung möglich. Dieses reicht normalerweise aus. Man kann jedoch den konzentrischen Profilaböchiiitt auch in anderer Weise bemessen.To ensure that the valve movement is as uniform as possible it is provided that each control cam has a profile section extending concentrically to the camshaft axis between two flank sections having. The profile curve of each control cam is designed according to the usual methods, generally as a jerk-free integration cam. There is no adjustment in the concentric profile section of the valve so that on the concentric valve sections of the two cooperating control cams the actuation of the respective Ventilg can be transferred from one control cam to the other katin. For example, if each concentric valve section has a circumferential length of 15 ° of crankshaft rotation, there is an overall change in the Valve opening time of 30 ° crankshaft rotation possible. This is usually sufficient. However, you can use the concentric Profilaböchiiitt also measured in other ways.
Eine pinfache Verstellung der Steuarnocken ist dadurch gewährleistet, daß die beiden Steuernocken für ein Ventil auf zwei verschiedenen, lniteiander in drehendem Eingriff befindlichen Nockenwellen sitzen, die in Umfangsrichtung also in ihrer gegenseitigen Winkellage gegeneinander verstellbar sind.A pin-fold adjustment of the control cam is guaranteed, that the two control cams for a valve are seated on two different camshafts that are in rotating engagement with one another, which are thus adjustable in their mutual angular position relative to one another in the circumferential direction.
Bei etner Ventilsteuerung mit Kipphebeln ist vorgesehen, daß die Steuernocken der beiden Nockenwellen mit je einem Nachlaufschenkel 30: eines Kipphebels für das Ventil zusammenwirken.In the case of a single valve control with rocker arms, it is provided that the control cams of the two camshafts each interact with a follower leg 30 : a rocker arm for the valve.
Die Geometrie der Steuernocken der beiden Nockenwellen mit den Nachlaufschenkeln des Kipphebels ist normalerweise unterschiedlich. Ein sicheres und problemloses Zusammenwirken des Kipphebels mit den beiden Nockenwellen wird dadurch sichergestellt, daß die Steuernocken 35) der beiden Nockenwellen einen Nockenhub im Sinne eines Ventilhubes gleicher Größe aufweisen. Dieses läßt sich in jedem Fall konstruktiv festlegen·The geometry of the control cams of the two camshafts with the follower legs of the rocker arm is usually different. A safe and problem-free interaction of the rocker arm with the both camshafts is ensured that the control cam 35) of the two camshafts has a cam lift in the sense of a valve lift have the same size. This can be determined constructively in any case
Die Umfangsverstellung der beiden Nockenwellen wird dadurch möglich., daß mindestens eine Nockenwelle innerhalb einer ZylinderhülseThis makes it possible to adjust the circumference of the two camshafts., that at least one camshaft within a cylinder sleeve
einen axialen Stellkolben aufnimmt, der mit einem radialen Stellzapfen in ein schraubenlinienföraiges Führungsprofil der Zylinderhülse und einen Axialschlitz des Stirnzahnrads eingreift.an axial adjusting piston receives which with a radial adjusting pin into a helical guide profile of the cylinder sleeve and an axial slot of the spur gear engages.
Eine Regelung der Umfangsverstellung der beiden Nockenwellen ist dadurch möglich, daß in einem Differenzkreis ein Sollsignal für die Winkellage der beiden Nockenwellen mit einem Istsignal verglichen und entsprechend ein Stellsignal für die Verstellung der Winkellage abgeleitet wird. Das Sollsignal hängt von Betriebsparametern des Hubkolbenmotors, insbesondere der Drehzahl ab.A regulation of the circumferential adjustment of the two camshafts is possible in that a target signal for the The angular position of the two camshafts is compared with an actual signal and a control signal for adjusting the angular position is derived accordingly. The setpoint signal depends on the operating parameters of the reciprocating engine, especially the speed.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die anliegenden zeichnungen erläutert, in denen darstellen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hubkolbenmotors,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Nockenwellensteuerung mit einem Ventiltrieb,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Koppel- und VerstelleinrichtungAn embodiment of the invention is explained below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows a schematic view of a reciprocating piston engine, FIG.
3 shows a section through a coupling and adjusting device
für die beiden zusammengehörigen Nockenwellen und Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3 mit schematischen Schaltbildern eines Regelkreises.for the two associated camshafts and FIG. 4 shows a side view of FIG. 3 with schematic circuit diagrams of a control loop.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Hubkolbenmotor 1. Mehrere, in Reihe angeordnete Hubkolben 2 arbeiten auf eine Kurbelwelle 3. Die Kurbelwelle 3 ist über einen Zahnriemen 41 oder dergleichen mit einer Nockenwelle 4 gekoppelt, die ihrerseits in drehendem Eingriff mit einer weiteren Nockenwelle 5 ist, so daß sich beide Nockenwellen 4, 5 synchron miteinander drehen. Beide Nockenwellen 4 und 5 besitzen Steuernocken 6 und 7, die mit Nachlaufschenkein 8 und 9 eines Kipphebels 10 in Eingriff sind. Der Kipphebel 10 dient zur Betätigung eines Ventils 11. Der Ventiltrieb umfaßt noch Ventilteller und Ventilfedern, wie dies in Fig. 2 schematisch angedeutet, jedoch nicht im einzelnen erläutert ist. Das Ventil 11 kann z.B. ein Einlaßventil sein. Die Ausaßventile sind in Fig. 1 nicht dargestellt, jedoch gleichartig aufgebaut. Die Auslaßventile können ebenfalls über die Nockenwellen 5 und 6 oder über gesonderte Nockenwellen angetrieben werden. Die Anordnung der Nockenwellen kann auch in anderer Weise vorgesehen sein. Man kann z.B. unten liegende Nockenwellen vorsehen.Fig. 1 shows schematically a reciprocating piston engine 1. Several, in series arranged reciprocating piston 2 work on a crankshaft 3. The crankshaft 3 is via a toothed belt 41 or the like with a Camshaft 4 coupled, which in turn is in rotating engagement with a further camshaft 5, so that both camshafts 4, 5 rotate synchronously with each other. Both camshafts 4 and 5 have control cams 6 and 7, which with follower legs 8 and 9 of a rocker arm 10 are engaged. The rocker arm 10 is used to operate a valve 11. The valve drive also includes valve plates and valve springs, as indicated schematically in FIG. 2, but not explained in detail. The valve 11 can be, for example, an inlet valve. The exhaust valves are not shown in Fig. 1, but are constructed in the same way. The exhaust valves can also be via the camshafts 5 and 6 or driven by separate camshafts. The arrangement of the camshafts can also be provided in a different manner. One can e.g. provide for camshafts at the bottom.
Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die Ausbildung und Anordnung der Steuernocken 6 und 7. Für die Nockenwelle 5 ist der Durchmesser dl des Grundkreises eingezeichnet. Der Steuernocken 6 hat einen ansteigenden Flankenabschnitt 12, einen Profilabschnitt 14 der konzentrisch zur Achse der Nockenwelle 5 verläuft, und einen abfallendenFig. 2 shows on an enlarged scale the design and arrangement the control cams 6 and 7. For the camshaft 5 is the diameter dl of the base circle is drawn. The control cam 6 has a rising flank section 12, a profile section 14 of the concentric runs to the axis of the camshaft 5, and a sloping one
Flatikenabschnitt 13. Insgesamt ist der Steuernocken als ruckfreier Integrationsnocken ausgebildet. Die ansteigenden Flankenabschnitte 12 und 13 bestimmen den Nockenhub d2. Der Profilabschnitt 14 erstreckt sich über einen Winkelbogen Θ. Auf diesem konzentrischen Profilabsphnitt erfolgt keine Verstellung des Ventils. Dieser Profilabschnitt kann sich z.B. über einan Umfangswinkel von 30° erstrecken, was 15° Kurbelwelle entspricht.Flatiken section 13. Overall, the control cam is a jerk-free integration cam educated. The rising edge sections 12 and 13 determine the cam lift d2. The profile section 14 extends over an angular arc Θ. On this concentric profile section there is no adjustment of the valve. This profile section can for example extend over a circumferential angle of 30 °, which is 15 ° Crankshaft corresponds.
Der Kipphebel 10 ist um einen Zapfen 15 schwenkbar. Der Kipphebel lö tragt zwei Nachlaufschenkel 8 und 9 mit je einem Gleitschuh 18, der mit dem zugeordneten Nocken 6 bzw. 7 in Eingriff ist. Die Gleitschuhe 18 der Nachlaufschenkel 8 und 9 haben von der Achse des Zapftme 15 einen unterschiedlichen Abstand. Gleiches gilt für die Abstände der Achsen der Nockenwellen 4 und 5 von der Achse des Zapfens 15. Entsprechend der jeweiligen Geometrie muß das Profil der Steuernocken 6 und 7, insbesondere der Ventilhub berechnet werden. In Fig. 2 sind auch die Drehrichtungen der Nockenwellen 4 und 5 eingezeichnet. Die Nockenwellen 4 und 5 sind z.B. über Stirnzahnräder 19 und miteinander in drehendem Eingriff, so daß sie sich synchron zueinander drehen. Der Steuernocken 6 bewirkt z.B. mit seinem Flankenabschnitt 12 in Zusammenwirken mit dem Nachlaufschenkel 8 die Öffnungsbewegung des Ventils 11. Innerhalb des konzentrischen Profilabschnitts 14 kommt der Steuernocken 7 mit seinem konzentrischen Profilabschnitt mit dem Nachlaufschenkel 9 in Eingriff, so daß der abfallende Flankenabschnitt 13 des Steuernockens 7 die Schließbewegung des Ventils bewirkt. Die Nockenwellen 4 und 5 und damit auch die Steuernocken 6 und 7 können in ümfangsrichtung gegeneinander verstellt werden, was im einzelnen anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wird. Die Steuernocken 6 und 7 lassen sich jeweils genau auf das Ventil einstellen, wie dies für die herkömmliche Ausführung einer Nockenwelle in Verbindung mit der Einstellung des Ventiltriebs bekannt ist.The rocker arm 10 can be pivoted about a pin 15. The rocker arm lö carries two trailing legs 8 and 9, each with a sliding shoe 18, which is in engagement with the associated cam 6 and 7, respectively. The sliding shoes 18 of the trailing legs 8 and 9 have from the axis of the Zapftme 15 a different distance. The same applies to the distances of the axes of the camshafts 4 and 5 from the axis of the pin 15. The profile of the control cam must correspond to the respective geometry 6 and 7, in particular the valve lift, can be calculated. The directions of rotation of the camshafts 4 and 5 are also shown in FIG. The camshafts 4 and 5 are, for example, in rotating engagement via spur gears 19 and with each other so that they move in synchronism with each other turn. The control cam 6 causes, for example, with its flank section 12 in cooperation with the follower leg 8, the opening movement of the valve 11 within the concentric profile section 14 comes the control cam 7 with its concentric profile section with the trailing leg 9 in engagement, so that the sloping Flank section 13 of the control cam 7 causes the closing movement of the valve. The camshafts 4 and 5 and thus also the control cams 6 and 7 can be adjusted relative to one another in the circumferential direction, which is explained in detail with reference to FIGS. 3 and 4. the Control cams 6 and 7 can each be precisely adjusted to the valve, as is the case for the conventional design of a camshaft in FIG Connection with the setting of the valve train is known.
Die fig. 3 und 4 zeigen die Nockenwellen 4 und 5, die über Stirnzahnräder 19 und 20 miteinander in drehendem Eingriff sind. Es ist in den Fig. 3 und 4 nur ein Abschnitt der Nockenwellen dargestellt. Die Lager und übrigen Teile sind nicht in Einzelheiten dargestellt. Die Nockenwelle 5 besitzt eine Zylinderhülse 21, die als Zylinderkammer für einen axialen Stellkolben 22 dient, der einseitig durch eine Druckfeder 23 abgestützt ist. Die Zylinderhülse 21 und damit die Nockenwelle 5 ist in einem Lager 24 gelagert, das in Fig. 4 schematisch angedeutet ist. Das Lager 24 wird von einer Ölleitung 25 ver-The fig. 3 and 4 show the camshafts 4 and 5, which have spur gears 19 and 20 are in rotational engagement with each other. It is in FIGS. 3 and 4 only show a portion of the camshafts. The bearings and other parts are not shown in detail. the Camshaft 5 has a cylinder sleeve 21, which serves as a cylinder chamber for an axial actuating piston 22, which is unilaterally by a Compression spring 23 is supported. The cylinder sleeve 21 and thus the camshaft 5 is mounted in a bearing 24, which is shown schematically in FIG. 4 is indicated. The bearing 24 is supplied by an oil line 25
sorgt. Insbesondere ist eine ümfangsrinne 26 vorhanden, von der radiale Bohrungen 27 in die Kammer der Zylinderhülse 21 ausgehen. Die Ölleitung ist über ein Stellventil 28 mit einer ölpumpe 29 verbunden, so daß die Ölpumpe 29 die Kammer der Zylinderhülse 21 mit Drucköl ver-5 orgt. Dadurch läßt sich der Stellkolben 22 entsprechend verstellen.cares. In particular, there is a circumferential channel 26, from the radial one Bores 27 extend into the chamber of the cylinder sleeve 21. The oil pipe is connected to an oil pump 29 via a control valve 28, so that the oil pump 29 supplies the chamber of the cylinder sleeve 21 with pressurized oil orgt. As a result, the actuating piston 22 can be adjusted accordingly.
Der Stellkolben 22 trägt zwei Stellzapfen 30, die jeweils durch ein schraubenlinienförmiges Führungsprofil 31 der Zylinderhülse hindurchreichen und in einen Axialschlitz 32 einer Antreibshülse bzw. des Stirnzahnrads 20 eingreifen. In Fig. 4 ist das Stirnzahnrad 20 nicht gezeichnet. Der Axialschlitz 32 ist durch stirchpunktierte Linien angedeutet. Man erkennt ohne weiteres, daß eine axiale Verstellung des Stellkolbens 32 eine Verdrehung der Nockenwelle 5 gegenüber dem Stirnzahnrad 20 bewirkt. Dadurch wird die Nockenwelle 5 in Umfangsrichtung gegenüber der Nockenwelle 4 verstellt, so daß entsprechend die Nocken 6 und 7 auch in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt werden und dadurch die Ventilöffnungsdauer verändert wird.The adjusting piston 22 carries two adjusting pins 30, each through reach through a helical guide profile 31 of the cylinder sleeve and engage in an axial slot 32 of a drive sleeve or of the spur gear 20. In FIG. 4, the spur gear 20 is not drawn. The axial slot 32 is indicated by dotted lines indicated. It can readily be seen that an axial adjustment of the actuating piston 32 rotates the camshaft 5 in relation to it the spur gear 20 causes. As a result, the camshaft 5 is adjusted in the circumferential direction with respect to the camshaft 4, so that accordingly the cams 6 and 7 can also be adjusted relative to one another in the circumferential direction, thereby changing the valve opening duration.
Die jeweilige Ventilöffnungsdauer ist im allgemeinen drehzahlabhängig. Die Ventilöffnungsdauer kann jedoch auch noch in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern des Hubkolbenmotors verändert werden.The respective valve opening time is generally dependent on the speed. The valve opening time can, however, also be changed as a function of further operating parameters of the reciprocating piston engine.
Ein Steuerkreis 33 gibt für den jeweiligen Betriebszustand den Wert der Ventilöffnungsdauer vor. Die tatsächliche Winkellage der Nockenwelle 5 wird durch Abfühlen von Winkelmarken 34 mittels eines Fühlers 35 als Istsignal erfaßt. Dieses Istsignal gibt die Umfangswinkellage der Nockenwelle 5 gegenüber der Nockenwelle 4 an. Dieses Istsignal wird in einem Differenzkreis 36 mit dem Sollsignal des Steuerkreises 33 verglichen.A control circuit 33 gives the value for the respective operating state the valve opening time. The actual angular position of the camshaft 5 is detected by sensing angle marks 34 by means of a sensor 35 as an actual signal. This actual signal gives the circumferential angular position of the camshaft 5 opposite the camshaft 4. This actual signal is in a difference circuit 36 with the setpoint signal of the control circuit 33 compared.
Der Differenzkreis 36 gibt ein Abweichungssignal für eine Abweichungsrichtung ab. Mit diesem Signal wird das Stellventil 28 gesteuert, so daß Drucköl in die Kammer der Zylinderhülse 21 zugeführt wird. Bei einer Abweichung des Sollsignals in der entgegengesetzten Richtung wird die Druckölzufuhr durch das Stellventil 28 unterbrochen, so daß die Druckfeder 23 wirksam wird und den Stellkolben 22 zurückführt. So ist eine genaue Steuerung der Ventilöffnungsdauer möglich.The difference circuit 36 outputs a deviation signal for a deviation direction away. The control valve 28 is controlled with this signal, so that pressurized oil is fed into the chamber of the cylinder sleeve 21 will. If the target signal deviates in the opposite direction, the supply of pressurized oil is interrupted by the control valve 28, so that the compression spring 23 becomes effective and returns the actuating piston 22. Such is an accurate control of the valve opening time possible.
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Claims (6)
5980 WerdohlApplicant: Atlas Fahrzeugtechnik GmbH Eggenpfad 26
5980 Werdohl
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19843436629 DE3436629A1 (en) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Camshaft timing mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19843436629 DE3436629A1 (en) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Camshaft timing mechanism |
Publications (1)
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| DE3436629A1 true DE3436629A1 (en) | 1986-04-10 |
Family
ID=6247220
Family Applications (1)
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| DE19843436629 Ceased DE3436629A1 (en) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Camshaft timing mechanism |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |