DE3521539A1 - Device for a cam-controlled reciprocating piston engine - Google Patents

Device for a cam-controlled reciprocating piston engine

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Abstract

In this device, variable valve timings are used in order to obtain an optimum engine with high torque at low and high speeds, and low idling, fuel consumption and low exhaust emission. For this purpose a camshaft (1) Fig. 1 and 2 is needed, which has two cams (2a and 2b) Fig. 1 and 2 lying side by side, which differ in the rising and falling flank. For adjustment of the valve timings during operation a compensating part (5) Fig. 1-4 displaceable axially to the camshaft (1) Fig. 1 and 2 is necessary, which transmits the movements originating from the cams (2a and 2b) Fig. 1 and 2 to the valve tappet (4) Fig. 1 and 2. The valve to be controlled can thereby be influenced by the cam (2a or 2b) Fig. 1 and 2 according to the position of the compensating part (5) Fig. 1-4. In order to keep the compensating part (5) Fig. 1-4 positively interlocked with the cams (2a and 2b) Fig. 1-2, the lifting noses (7) Fig. 1-3 are provided with swivel bearing (6) Fig. 1-3 in the compensating part (5) Fig. 1-4. The compensating part (5) Fig. 1-4 is supported on a compensating journal (10) Fig. 1, 3 and 4 of the rocker lever (8) Fig. 2, 3 and 4, which performs the axial movements of the rocker lever shaft (9) Fig. 2, 3 and 4. The rocker lever shaft (9) Fig. 2, 3 and 4 is brought into the required axial position, for example by a control motor, which receives the commands from a control unit. <IMAGE>

Description

Vorrichtung für eine nockengesteuerte HubkolbenmaschineDevice for a cam-controlled reciprocating engine

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1..The invention relates to a camshaft arrangement according to the preamble of claim 1 ..

Betrachtet man eine Viertakt-Brennkraftmaschine, so bestimmt bekanntlich die Form der Ein- und Auslaßnocken in starkem Maße den Drehmomentverlauf, die Nenndrehzahl, den Leerlauf, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission der Maschine. Maßgebend für diese Punkte sind die Öffnungszeiten der Ein- und Auslaßventile in Bezug auf die Totpunkte der Bewegungen der Kolben der Maschine, woraus sich die durch die Nocken zu verwirklichenden Steuerzeiten der Ventile ergeben. Allgemein kann gesagt werden, daß mit engen Einlaßnocken Steuerzeiten realisiert werden können, die einen guten Liefergrad bei kleinen Drehzahlen (elastischer Motor) gewährleisten. Mit einem breiten Nocken erzielt man jedoch höhere Leistungen bei hohen Drehzahlen, muß dann allerdings einen Drehmomentverlust bei niedrigen Drehzahlen in Kauf nehmen. Schon aus diesen Darlegungen folgt anschaulich, daß Ein- und Auslaßnocken konstanter Breite und konstanter Spreizung nur einen Kompromiß für die verschiedenen Drehzahlen und Lasten der Maschine darstellen können.If a four-stroke internal combustion engine is considered, then it is determined is well known, the shape of the inlet and outlet cams to a large extent the torque curve, the rated speed, the idling, the Fuel consumption and the exhaust emissions of the machine. The opening times of entry and exit are decisive for these points Exhaust valves in relation to the dead centers of the movements of the pistons of the machine, which gives rise to those to be realized by the cams Control times of the valves result. In general it can be said that control times are achieved with narrow intake cams that ensure a good degree of delivery at low speeds (elastic motor). With a broad However, cams are used to achieve higher performance at high speeds, but then there is a loss of torque at low speeds Accept speeds. Already from these explanations it clearly follows that inlet and outlet cams of constant width and constant spread only a compromise for the different Can represent speeds and loads of the machine.

Daher ist, um einen optimalen Motor mit hohem Drehmoment bei niedrigen und hohen Drehzahlen, sowie niedrigem Leerlauf, Kraftstoffverbrauch und geringe Abgasemission zu erhalten, eine variable Nockenwelle erforderlich, welche die Steuerzeiten über ein elektronisches Steuergerät und z.B. ein elektrohydraulisches Stellglied oder Regelmotor regelt.Therefore, in order to have an optimal engine with high torque at low and high speeds, as well as low idle, To obtain fuel consumption and low exhaust emissions, a variable camshaft is required, which controls the valve timing an electronic control unit and, for example, an electro-hydraulic actuator or regulating motor.

Um variable Steuerzeiten mit einer Nockenwelle zu erzielen, ist bei dieser Erfindung eine Konstruktion mit zwei nebeneinanderliegenden Nocken erforderlich, welche in der An- und Abstiegsflanke verschieden sind. Zwischen den beiden Nocken (2a und 2b) In order to achieve variable timing with one camshaft, this invention is a construction with two adjacent one another Cams are required, which are different in the rising and falling edge. Between the two cams (2a and 2b)

- 4 - Erich Schmid, 14.6.1985- 4 - Erich Schmid, June 14, 1985

und dem Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder dem Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7 ist ein Ausgleichsteil (5), welches axial verschoben werden kann, somit kann je nach Position des Ausgleichsteils (5) der Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder der Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7 von den Nocken (2a und 2b) beeinflußt werden. Bei Figur 1 und 2 zum Beispiel ist der Ventilstößel (4) stark von der Nocke (2b) beeinflußt, verschiebt man das Ausgleichsteil (5) zum Beispiel in die Mitte der zwei Nocken (2a und 2b), so wird der Ventilstößel (4) von beiden Nocken (2a und 2b) beeinflußt, oder schiebt es auf die Gegenposition, so beeinflußt die Nocke (2a) mehr den Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder den Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7, somit kann man die Steuerzeiten beeinflußen zwischen dem breiten Nocken (2b) und dem engen Nocken (2a).and the valve tappet (4) Fig. 1 and 2 or the rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7 is a compensating part (5), which axially can be moved, thus depending on the position of the compensating part (5) of the valve stem (4) Fig. 1 and 2 or the Rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7 can be influenced by the cams (2a and 2b). In Figures 1 and 2, for example, is the valve stem (4) strongly influenced by the cam (2b), one moves the compensating part (5), for example, in the middle of the two Cams (2a and 2b), the valve tappet (4) is influenced by both cams (2a and 2b), or pushes it to the opposite position, so the cam (2a) affects more the valve tappet (4) Fig. 1 and 2 or the rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7, thus you can influence the timing between the wide cam (2b) and the narrow cam (2a).

Das Ausgleichsteil (5), welches im Nockengrundkreis parallel zur Längsrichtung der Nockenwelle steht, verändert seine Lage diagonal, wenn es in die Nockenan- und -Abstiegskurve kommt; um hierbei eine formschlüssige Auflage der Anlaufkuppen (7) an der Nockenfläche (2a und 2b) zu bekommen, sind die Anlaufkuppen (7) mit den Schwenklagern (6) verbunden, welche in dem Ausgleichsteil (5) gelagert sind.(Die Anlaufkuppe (7) und das Schwenklager (6) ist ein Teil.)The compensation part (5), which is parallel to the longitudinal direction of the camshaft in the cam base circle, changes its position diagonally when it comes into the cam rise and fall curve; in order to achieve a form-fitting support of the start-up tips (7) To get on the cam surface (2a and 2b), the start-up tips (7) are connected to the pivot bearings (6), which are in the Compensating part (5) are stored (the start-up dome (7) and the swivel bearing (6) are one part.)

Die Übertragung der Bewegungen von der Nockenwelle (2) über das Ausgleichsteil (5) auf den Ventilstößel (4) bei Fig. 1 und 2 zum Beispiel über eine längere Anlaufkuppe (11) und bei Fig. 5, 6 und 7 erfolgen die Bewegungen von der Nockenwelle (2) über das Ausgleichsteil (5) zum Kipphebel (3) zum Beispiel von einer Gleitfläche (20) auf dem Ausgleichsteil (5) auf die Halbkugel (19), welche in einer Pfanne im Kipphebel (3) gelagert ist. Die Halbkugel (19) gleicht die diagonalen Bewegungen des Ausgleichsteils (5) im Bereich der An- und Abstiegsflanke der Nockenwelle (2) zum Kipphebel (3) aus.The transmission of the movements from the camshaft (2) via the compensating part (5) to the valve tappet (4) in Fig. 1 and 2, for example, via a longer start-up dome (11) and in Figs. 5, 6 and 7 the movements are made by the camshaft (2) Via the compensating part (5) to the rocker arm (3), for example from a sliding surface (20) on the compensating part (5) to the hemisphere (19), which is mounted in a pan in the rocker arm (3). The hemisphere (19) resembles the diagonal movements of the Compensating part (5) in the area of the rising and falling flank of the camshaft (2) to the rocker arm (3).

- 5 - Erich Schmid, 14.6.1985- 5 - Erich Schmid, June 14, 1985

Bei Fig. 1, 2, 3 und 4 erfolgt die Verschiebung des Ausgleichsteils (5) über den Lagerzapfen (10) des Schlepphebels (8), welcher auf der Schlepphebelwelle (9) gelagert und zum Beispiel durch Seegeringe (21) und Anlaufscheiben (22) axial fixiert ist, so daß der Schlepphebel (8) den axialen Verschiebungen folgen muß. Das Ausgleichsteil (5) kann die diagonalen Bewegungen während dem Ablauf auf den An- und Abstiegsflanken der Nockenwelle (2) durch die Lagerung im Ausgleichszapfen (10) am Schlepphebel (8) ausführen. Die Schlepphebelwelle (9) wird zum Beispiel über eine elektronische Steuerung und einem elektro-hydraulischen Stellglied oder einem Regelmotor in die jeweilige gewünschte Position gebracht.In Fig. 1, 2, 3 and 4, the displacement of the compensation part takes place (5) over the bearing pin (10) of the rocker arm (8), which is mounted on the rocker arm shaft (9) and to Example by circlips (21) and thrust washers (22) is axially fixed so that the rocker arm (8) the axial displacements must follow. The compensation part (5) can control the diagonal movements during the sequence on the rising and falling flanks the camshaft (2) through the bearing in the compensation pin (10) on the rocker arm (8). The rocker arm shaft (9) is for example via an electronic control and an electro-hydraulic actuator or brought into the respective desired position by a control motor.

Bei Fig. 5, 6, 7 und 8 wird das Ausgleichsteil (5) durch eine Welle (14) in der Kipphebelhohlwelle (13) in die jeweilige gewünschte Position gebracht, indem die Welle· (14) in der Kipphebelhohlwelle (13) axial verschoben werden kann und die beiden Verschiebelager (12) durch die Mitnehmer (15), welche durch einen Durchtritt (16) in der Kipphebelhohlwelle (13) in einer Nut (17) im Verschiebelager (12) diese zu führen. Die Verschiebelager 12 sitzen axial und radial freilaufend auf der Kipphebelhohlwelle (13) und sind mit dem Ausgleichsteil (5) durch zum Beispiel mit einer Art Federblätter (18) mit den Verschiebelagern (12) verbunden, so daß das Ausgleichsteil (5) den Verschiebelagern (12) axial folgt und die radialen Schwingbewegungen ausführen kann.In Fig. 5, 6, 7 and 8, the compensation part (5) is through a The shaft (14) is brought into the desired position in the rocker arm hollow shaft (13) by sliding the shaft (14) in the Rocker arm hollow shaft (13) can be moved axially and the two sliding bearings (12) by the driver (15), which to guide them through a passage (16) in the rocker arm hollow shaft (13) in a groove (17) in the sliding bearing (12). the Sliding bearings 12 sit axially and radially free-running the rocker arm hollow shaft (13) and are connected to the compensating part (5) by for example with a kind of spring leaves (18) with the sliding bearings (12), so that the compensating part (5) the Displacement bearings (12) axially follows and the radial oscillating movements can perform.

Die Federblätter (18) gleichen auch die diagonalen Bewegungen des Ausgleichsteils (5) während dem Ablauf auf den An- und Ablaufflanken der Nockenwelle (2) aus. Der Kipphebel (3) ist auf der Kipphebelwelle (13) zum Beispiel mit Seegeringen und Anlaufscheiben axial fixiert.The spring leaves (18) also equal the diagonal movements of the compensating part (5) during the process on the leading and trailing edges the camshaft (2). The rocker arm (3) is on the rocker arm shaft (13), for example with circlips and thrust washers axially fixed.

Die Welle (14) wird z.B. über eine elektronische Steuerung und einem elektro-hydraulischen Stellglied oder einen Regelmotor in die jeweilige gewünschte Position gebracht.The shaft (14) is e.g. via an electronic control and an electro-hydraulic actuator or a regulating motor brought into the respective desired position.

Claims (6)

Erich Schmid, Buchenweg 15, 7066 Baltmannsweiler, 14. Juni 1985Erich Schmid, Buchenweg 15, 7066 Baltmannsweiler, June 14, 1985 A. η s ρ r ü c h eA. η s ρ r ü c h e ./Vorrichtung für eine nockengesteuerte Hubkolbenmaschine mit einer Nockenwelle, durch die der Bewegungsablauf der Ventile zeitlich variabel erfolgt../Device for a cam-controlled reciprocating machine with a camshaft, through which the movement of the valves is variable over time. 2. Ventilsteuerung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (1) zwei nebeneinanderliegende Nocken (2a und 2b) hat, welche in der An- und Abstiegsflanke verschieden sind.2. Valve control according to claim 1, characterized in that that the camshaft (1) has two adjacent cams (2a and 2b), which have different rising and falling flanks are. 3. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nocken (2a und 2b) und dem Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder dem Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7 ein Ausgleichsteil (5) ist, welches axial verschoben werden kann und die Unterschiede der beiden Nocken (2a und 2b) in der Auf- und Abstiegsflanke ausgleicht, wobei das Ausgleichsteil (5) auf den Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder den Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7 drückt, so daß der Ventilstößel (4) Fig. 1 und 2 oder der Kipphebel (3) Fig. 5, 6 und 7, je nach Verschiebung des Ausgleichsteils (5) einmal mehr von dem Nocken (2a) oder von dem Nocken (2b) beeinflußt wird.3. Valve control according to claims 1 and 2, characterized in that that between the cams (2a and 2b) and the valve tappet (4) Fig. 1 and 2 or the rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7 is a compensating part (5) which is axially displaced can be and compensates for the differences between the two cams (2a and 2b) in the rising and falling flank, whereby the compensating part (5) on the valve stem (4) Fig. 1 and 2 or the rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7 presses so that the Valve tappet (4) Fig. 1 and 2 or the rocker arm (3) Fig. 5, 6 and 7, depending on the displacement of the compensating part (5) once more of the cam (2a) or the cam (2b) is influenced. 4. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Unterschied der beiden Nocken (2a und 2b) an den Auf- und Abstiegsflanken die Anlaufkuppen (7), welche mit den Schwenklagern (6) verbunden sind, mit den Nockenflächen formschlüssig halten und die dabei entstehenden diagonalen Neigungen des Ausgleichsteils (5) ausgleichen.4. Valve control according to claims 1, 2 and 3, characterized in that that due to the difference between the two cams (2a and 2b) on the ascending and descending flanks, the starting peaks (7), which are connected to the pivot bearings (6), hold positively with the cam surfaces and thereby Compensate the diagonal inclinations of the compensating part (5). - 2 - Erich Schmid, 14.6.1985- 2 - Erich Schmid, June 14, 1985 5. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fig. 1, 2, 3 und 4 der Schlepphebel (8) mit der Schlepphebelwelle (9) axial verschoben werden kann, so daß das an dem Ausgleichszapfen (10) des Schlepphebel (8) gelagerte Ausgleichsteil (5) den axialen Bewegungen der Schlepphebelwelle (9) folgt, um die von der Nockenwelle (1) übertragenen Schwingbewegungen auszuführen, welche vom Ausgleichsteil (5) über eine längere Anlaufkuppe (11) auf den Ventilstößel (4) übertragen werden.5. Valve control according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that in Fig. 1, 2, 3 and 4 of the The rocker arm (8) with the rocker arm shaft (9) can be moved axially, so that the compensation pin (10) of the rocker arm (8) mounted compensation part (5) follows the axial movements of the rocker arm shaft (9), in order to carry out the oscillating movements transmitted by the camshaft (1), which are transmitted by the compensating part (5) via a longer start-up dome (11) can be transferred to the valve tappet (4). 6. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fig. 5, 6, 7 und 8 der Kipphebel (3), sowie die Verschiebelagerung (12) für das Ausgleichsteil (5) auf der Kipphebelhohlwelle (13) gelagert sind, wobei der Kipphebel (3) axial in seiner Position fixiert ist. Durch eine Verschiebewelle (14) in der Kipphebelhohlwelle (13), welche überstehende Mitnehmer (15) hat und durch zwei Durchtritte (16) in der Kipphebelhohlwelle (13) in die Nuten (17) der Verschiebelagerungen (12) eingreifen und somit die axialen Bewegungen der Verschiebelagerungen (12) zu bewirken. Die beiden Verschiebelager (12) sind mit dem Ausgleichsteil (5) durch 2 Federblätter (18) verbunden, somit wird das Ausgleichsteil (5) in die gewünschte Position geführt, die Federblätter (18) haben zusätzlich die Aufgabe, die ■unterschiedlichen Neigungen des Ausgleichsteils (5) , welche entstehen durch die verschiedenen An- und Ablaufflanken der Nocken (2a und 2b) auszugleichen. Zwischen der Gleitfläche (20) auf dem Ausgleichsteil (5) und dem Kipphebel (3) ist eine Halbkugel (19) in einer Pfanne des Kipphebels (3) gelagert, welche die Schwingbewegungen zwischen dem Ausgleichsteil (5) und dem Kipphebel (3) überträgt, sowie die diagonalen Neigungen des Ausgleichsteil (5) ausgleicht.6. Valve control according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that in Fig. 5, 6, 7 and 8 of the Rocker arm (3) and the sliding bearing (12) for the compensating part (5) are mounted on the rocker arm hollow shaft (13) are, wherein the rocker arm (3) is axially fixed in its position. A sliding shaft (14) in the rocker arm hollow shaft (13), which has protruding drivers (15) and through two passages (16) in the Rocker arm hollow shaft (13) engage in the grooves (17) of the sliding bearings (12) and thus the axial movements to effect the displacement bearings (12). The two sliding bearings (12) are with the compensation part (5) connected by 2 spring leaves (18), thus the compensation part (5) is guided into the desired position, the spring leaves (18) also have the task of ■ the different inclinations of the compensation part (5), which are created by the different approach and retraction flanks of the cams (2a and 2b) to compensate. Between the The sliding surface (20) on the compensating part (5) and the rocker arm (3) is a hemisphere (19) in a pan of the rocker arm (3) mounted, which transmits the oscillating movements between the compensating part (5) and the rocker arm (3), as well as the diagonal inclinations of the compensation part (5) compensates.
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