EP0497194A1 - Method for actuating an exhaust valve tappet during braking of an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an outlet valve lifter according to the generic term.
- a hydraulically actuated valve tappet is activated between the exhaust cam and the exhaust valve and can be acted upon by an external pressure source.
- a pressure chamber is provided between the tappet outer part and an inner part movable therein, which is connected via a bore to the pressure source, which can be designed as a hydraulic pump unit.
- the hydraulic pump unit is actuated and the pressure chamber is pressurized with hydraulic pressure, so that the inner part lifts the exhaust valve against the force of the valve spring via the push rod, the valve tappet in this phase the base circle of the exhaust cam.
- the cam lift is used exclusively, as is usually the case, to raise the exhaust valve during the exhaust cycle.
- the exhaust valve opens in the course of the compression stroke.
- the pressure on the exhaust valve increases due to the increasing pressure in the compression cycle. Via the push rod this force is transmitted retrospectively to the inner part of the exhaust valve tappet and there leads to an increase in pressure which considerably exceeds the pressure which is required for opening the exhaust valve against the force of the valve spring. This pressure propagates through all pressurized parts to the external pressure source and leads to damage due to cavitation, erosion and leaks.
- the invention is based on the object of avoiding excessive oil pressures outside the tappet in order to ensure that all parts subject to oil pressure are only exposed to the relatively low oil pressure which is only necessary to generate the additional elevation of the exhaust valve, So that the risk of damage is largely excluded and high operational safety is guaranteed over long terms.
- Figure 1 shows an exhaust valve lifter 1 which is arranged between a camshaft 2 and a push rod 3.
- the push rod 3 actuates an outlet valve 4, which is opened against the restoring force of a valve spring 5.
- the exhaust valve 4 opened by a cam 6, which lifts the exhaust valve tappet 1 and this transfers its movement after exhausting a game 9 via the push rod 3 to the exhaust valve 4.
- the exhaust valve 4 is additionally to be raised slightly during the compression stroke in order to blow off the compressed air, so that additional braking work is carried out.
- the outlet valve tappet 1 has an inner part 8 which is axially movable in a tappet outer part 7 and which is installed with a stroke 9.
- pressure fluid is supplied from an external pressure source 11, which raises the inner part 8 together with the push rod 3 until the inner part 8 has performed an intended stroke 9 and between the inner part 8 and a stop 8a a game 9a remains ( Figure 2).
- the outlet valve 4 thereby opens and the pre-compressed air is blown off. Since the exhaust valve is raised only slightly in this phase, a considerable pressure builds up in the cylinder until the end of the compression stroke, which loads the exhaust valve 4 in the direction of the closed position.
- the exhaust valve 4 passes this force on the push rod 3 to the inner part 8 of the exhaust valve tappet 1. This force creates a high hydraulic pressure in all pressure-carrying components, which can lead to damage.
- this excess pressure is limited to the outlet valve tappet and cannot propagate further into the pressure-carrying organs.
- the inner part 8 is subjected to a special training in order to prevent the reaction to high hydraulic pressure on the pressure-carrying parts.
- the inner part 8 has an axially movable piston 12, which is held in the starting position by a compression spring 13 and keeps the valve seat 25 open.
- the piston 12 has a stroke limiter 14 on the one hand and a mandrel 15 on the other hand.
- the inner part has a ball socket 16 at its upper end, while the lower end is closed by a valve 17.
- the push rod 3 shown in FIG. 1 is mounted in the ball socket 16.
- a first pressure chamber 19 under the piston 12 can be connected to the external pressure source 11 (FIG. 1) via through bores 18.
- the first pressure chamber 19 in turn communicates in the illustrated rest position of the piston 12 via first and second bores 20, 21 in the valve 17 with a second pressure chamber 22 below the inner part 8.
- valve 17 there is a spring 23 with a ball 24 which is held in the starting position by means of the compression spring 13 via the mandrel 15.
- the inner part 8 is limited with stroke 9 plus a game 9a by stop ring 8a in a tappet outer part 7 of the outlet valve tappet 1.
- the first pressure chamber 19 can be connected via the bores 18 to the pressure source 11 shown in FIG.
- the compression spring 13 is first compressed by the piston 12 until the stroke limitation 14 on the inner part 8 comes to a stop.
- the ball 24 is pressed into a seat 25 by means of the spring 23 and initially closes the first bore 20.
- the force of the spring 23 is now designed so that the ball 24 can still open due to the pressure building up in the first pressure chamber 19 and opens the path of the pressure fluid via the first bore 20 and the second bore 21 to the second pressure chamber 22. Due to the force exerted by the second pressure chamber 22 on the inner part 8, the latter is lifted together with the push rod 3 (FIG. 1) mounted in the spherical cap 16 and moved until the stroke 9 (FIG. 2) is exhausted.
- the stroke 9 results as a function of the amount of oil delivered by the pressure source 11. This represents a constant since the pressure source 11 (FIG. 1) is designed as a positive displacement pump.
- the outlet valve 4 (FIG. 1) is opened in accordance with the distance of the stroke 9. Under normal operating conditions, a play 9a remains between the inner part 8 and the stop ring 8a.
- first and second regulating bores 26, 27 are provided in the inner part 8, which are connected to one another via an overflow channel 28.
- the hydraulic pressure supplied by the bore 18 can act on its side facing the first pressure chamber 19 and move it against the restoring force of the compression spring 13.
- the lower edge 29 of the piston 12 reaches the first regulating bore 26, as shown in FIG. 5, hydraulic fluid can flow into the space filled by the compression spring 13 via the overflow channel 28 and the second regulating bore 27.
- This room is over a relief bore 30 is connected to the environment for pressure equalization, whereby a further movement of the piston 12 is stopped.
- the functions of the other parts are the same as those in FIGS. 2 and 3 and have been explained in detail there.
- the advantage of this tappet design is that the pressure relief valve (see claim 3) can be dispensed with.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Auslaß-Ventilstößel gemäß dem Gattungsbegriff.The invention relates to an outlet valve lifter according to the generic term.
Zur Erhöhung der Bremsleistung von Brennkraftmaschinen in Nutzfahrzeugen ist es bekannt, das Auslaßventil auch während des Verdichtungstaktes kurz vor dem Erreichen von Zünd-OT zu öffnen, um die verdichtete Luft abzublasen und so deren Rückexpansion zu verhindern. Um das Auslaßventil vor Zünd-OT zu öffnen wird zwischen Auslaßnocken und Auslaßventil ein hydraulisch betätigbarer Ventilstößel eingeschaltet, welcher von einer externen Druckquelle beaufschlagbar ist. Zwischen Stößel-Außenteil und einem darin beweglichen Innenteil ist ein Druckraum vorgesehen, der über eine Bohrung mit der Druckquelle verbunden ist, die als Hydraulikpumpeneinheit ausgeführt sein kann. Soll nun das Auslaßventil vor Zünd-OT angehoben werden, wird die Hydraulikpumpeneinheit betätigt und der Druckraum mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so daß das Innenteil über die Stößelstange gegen die Kraft der Ventilfeder das Auslaßventil anhebt, wobei der Ventilstößel in dieser Phase auf dem Grundkreis des Auslaßnockens aufsitzt. Die Nockenerhebung dient ausschließlich, wie sonst üblich, der Anhebung des Auslaßventils während des Auslaßtaktes. Im Bremsbetrieb öffnet das Auslaßventil im Verlauf des Verdichtungstaktes. Durch den im Verdichtungstakt ansteigenden Druck steigt die Kraft auf das Auslaßventil. Über die Stößelstange überträgt sich diese Kraft rückwirkend auf das Innenteil des Auslaß-Ventilstößels und führt dort zu einem Druckanstieg, der erheblich den Druck übersteigt, der für die Öffnung des Auslaßventils entgegen der Kraft der Ventilfeder erforderlich ist. Dieser Druck pflanzt sich über alle druckführenden Teile bis zur externen Druckquelle fort und führt zu Schäden durch Kavitation, Erosion und Undichtheiten.To increase the braking power of internal combustion engines in commercial vehicles, it is known to open the exhaust valve even during the compression stroke shortly before ignition TDC is reached in order to blow off the compressed air and thus prevent its back expansion. In order to open the exhaust valve before ignition TDC, a hydraulically actuated valve tappet is activated between the exhaust cam and the exhaust valve and can be acted upon by an external pressure source. A pressure chamber is provided between the tappet outer part and an inner part movable therein, which is connected via a bore to the pressure source, which can be designed as a hydraulic pump unit. If the exhaust valve is now to be raised before ignition TDC, the hydraulic pump unit is actuated and the pressure chamber is pressurized with hydraulic pressure, so that the inner part lifts the exhaust valve against the force of the valve spring via the push rod, the valve tappet in this phase the base circle of the exhaust cam. The cam lift is used exclusively, as is usually the case, to raise the exhaust valve during the exhaust cycle. In braking mode, the exhaust valve opens in the course of the compression stroke. The pressure on the exhaust valve increases due to the increasing pressure in the compression cycle. Via the push rod this force is transmitted retrospectively to the inner part of the exhaust valve tappet and there leads to an increase in pressure which considerably exceeds the pressure which is required for opening the exhaust valve against the force of the valve spring. This pressure propagates through all pressurized parts to the external pressure source and leads to damage due to cavitation, erosion and leaks.
Ausgehend von dem Auslaß-Ventilstößel entsprechend dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, überhöhte Öldrücke außerhalb des Stößels zu vermeiden, um so zu erreichen, daß alle öldruckbeaufschlagten Teile nur dem relativ niedrigen, lediglich zur Erzeugung der Zusatzerhebung des Auslaßventiles notwendigen Öldruck ausgesetzt werden, so daß die Gefahr von Schäden weitgehend ausgeschlossen und hohe Betriebssicherheit über lange Laufzeiten gewährleistet ist.Starting from the exhaust valve tappet according to the generic term, the invention is based on the object of avoiding excessive oil pressures outside the tappet in order to ensure that all parts subject to oil pressure are only exposed to the relatively low oil pressure which is only necessary to generate the additional elevation of the exhaust valve, So that the risk of damage is largely excluded and high operational safety is guaranteed over long terms.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of
Dadurch, daß der Druckraum unterhalb des Innenteiles durch die Kugel gegenüber den druckführenden Organen absperrbar ist, kann sich in ihm ein Druckniveau ausbilden, welches ein Mehrfaches dessen beträgt, was zur Öffnung des Auslaßventiles notwendig ist, ohne daß die externen druckführenden Organe davon berührt werden. Somit wird von ihnen mit Sicherheit Schaden abgewandt.Because the pressure chamber below the inner part can be shut off by the ball from the pressure-carrying elements, a pressure level can be formed in it which is a multiple of what is necessary to open the exhaust valve without the external pressure-carrying elements Organs are affected. Thus, damage is certainly averted from them.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Ansprüchen 2 bis 5 entnommen werden.Advantageous developments of the invention can be found in
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
Figur 1- einen Auslaß-Ventilstößel zwischen Nockenwelle und Auslaßventil
Figur 2- einen Auslaß-Ventilstößel mit mechanisch wirkendem Anschlag in Ruhestellung
Figur 3- einen Auslaß-Ventilstößel mit mechanisch wirkendem Anschlag gemäß
Figur 2, jedoch in Arbeitsstellung - Figur 4
- einen Auslaß-Ventilstößel mit hydraulisch wirkender Hubbegrenzung in Ruhestellung
Figur 5- einen Auslaß-Ventilstößel mit hydraulisch wirkender Hubbegrenzung nach Figur 4, jedoch in Arbeitsstellung
- Figure 1
- an exhaust valve lifter between the camshaft and exhaust valve
- Figure 2
- an outlet valve lifter with a mechanically acting stop in the rest position
- Figure 3
- an outlet valve lifter with a mechanical stop according to Figure 2, but in the working position
- Figure 4
- an outlet valve lifter with hydraulically acting stroke limitation in the rest position
- Figure 5
- an outlet valve lifter with hydraulically acting stroke limitation according to Figure 4, but in the working position
Figur 1 zeigt einen Auslaß-Ventilstößel 1 welcher zwischen einer Nockenwelle 2 und einer Stößelstange 3 angeordnet ist. Die Stößelstange 3 betätigt ein Auslaßventil 4, welches gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder 5 geöffnet wird. Im normalen Motorbetrieb wird das Auslaßventil 4 durch einen Nocken 6 geöffnet, welcher den Auslaß-Ventilstößel 1 anhebt und dieser seine Bewegung nach Ausschöpfung eines Spieles 9 über die Stößelstange 3 auf das Auslaßventil 4 weiterleitet.Figure 1 shows an
Im Motorbremsbetrieb soll das Auslaßventil 4 zusätzlich während des Verdichtungstaktes leicht angehoben werden, um die verdichtete Luft abzublasen, so daß zusätzliche Bremsarbeit verrichtet wird.In engine braking mode, the exhaust valve 4 is additionally to be raised slightly during the compression stroke in order to blow off the compressed air, so that additional braking work is carried out.
Zu diesem Zweck weist der Auslaß-Ventilstößel 1 ein in einem Stößel-Außenteil 7 axial bewegliches Innenteil 8 auf, welches mit Hub 9 eingebaut ist. Während des Verdichtungstaktes, also wenn der Auslaß-Ventilstößel 1 auf einem Grundkreis 10 der Nockenwelle 2 aufsitzt wird von einer externen Druckquelle 11 Druckflüssigkeit zugeführt, welche den Innenteil 8 samt Stößelstange 3 anhebt, bis der Innenteil 8 einen vorgesehenen Hub 9 ausgeführt hat und zwischen Innenteil 8 und einem Anschlag 8a ein Spiel 9a verbleibt (Figur 2). Das Auslaßventil 4 öffnet dadurch und die vorverdichtete Luft wird abgeblasen. Da das Auslaßventil in dieser Phase nur geringfügig angehoben wird baut sich bis zum Ende des Verdichtungshubes ein beachtlicher Druck im Zylinder auf, der das Auslaßventil 4 in Richtung Schließstellung belastet. Das Auslaßventil 4 leitet diese Kraft über die Stößelstange 3 auf das Innenteil 8 des Auslaß-Ventilstößels 1 weiter. Durch diese Kraft baut sich in allen druckführenden Bauteilen ein hoher hydraulischer Druck auf, welcher zu Schäden führen kann.For this purpose, the
Erfindungsgemäß wird dieser Überdruck auf den Auslaßventilstößel begrenzt und kann sich nicht weiter in die druckführenden Organe fortpflanzen.According to the invention, this excess pressure is limited to the outlet valve tappet and cannot propagate further into the pressure-carrying organs.
Nach Figur 2 wird dabei das Innenteil 8 einer besonderen Ausbildung unterzogen, um die Rückwirkung zu hohen Hydraulikdruckes auf die druckführenden Teile zu unterbinden. Zu diesem Zweck weist der Innenteil 8 einen axial beweglichen Kolben 12 auf, welcher durch eine Druckfeder 13 in Ausgangslage gehalten wird und den Ventilsitz 25 geöffnet hält. Der Kolben 12 verfügt einerseits über eine Hubbegrenzung 14 und andererseits über einen Dorn 15. Das Innenteil weist an seinem oberen Ende eine Kugelpfanne 16 auf, während das untere Ende durch ein Ventil 17 abgeschlossen ist. In der Kugelpfanne 16 ist die aus Figur 1 zu ersehende Stößelstange 3 gelagert. Über durchgehende Bohrungen 18 kann ein erster Druckraum 19 unter dem Kolben 12 mit der externen Druckquelle 11 (Figur 1) verbunden werden.According to Figure 2, the
Der erste Druckraum 19 wiederum kommuniziert in der dargestellten Ruhelage des Kolbens 12 über erste und zweite Bohrungen 20, 21 im Ventil 17 mit einem zweiten Druckraum 22 unterhalb des Innenteils 8.The
Im Ventil 17 befindet sich eine Feder 23 mit Kugel 24, welche über den Dorn 15 mittels der Druckfeder 13 in Ausgangslage gehalten wird.In the
Das Innenteil 8 ist mit Hub 9 plus einem Spiel 9a begrenzbar durch Anschlagring 8a in einem Stößel-Außenteil 7 des Auslaß-Ventilstößels 1 geführt.The
Was die Funktion betrifft, wird auf Figur 3 verwiesen. Bei Betätigung der Motorbremse kann der erste Druckraum 19 über die Bohrungen 18 mit der in Figur 1 dargestellten Druck-quelle 11 verbunden werden. Beim Druckbeaufschlagen des Druckraumes 19 wird zunächst die Druckfeder 13 durch den Kolben 12 gestaucht, bis die Hubbegrenzung 14 am Innenteil 8 zum Anschlag kommt. Gleichzeitig wird die Kugel 24 nach Freigabe durch den Dorn 15 mittels der Feder 23 in einen Sitz 25 gedrückt und verschließt zunächst die erste Bohrung 20.With regard to the function, reference is made to FIG. 3. When the engine brake is actuated, the
Die Kraft der Feder 23 ist nun so ausgelegt, daß die Kugel 24 dennoch durch den sich im ersten Druckraum 19 aufbauenden Druck öffnen kann und den Weg der Druckflüssigkeit über die erste Bohrung 20 und die zweite Bohrung 21 zum zweiten Druckraum 22 freigibt. Durch die vom zweiten Druckraum 22 auf das Innenteil 8 ausgeübte Kraft wird dieses samt der in der Kugelkalotte 16 gelagerten Stößelstange 3 (Figur 1) angehoben und solange verschoben, bis der Hub 9 (Figur 2) ausgeschöpft ist. Der Hub 9 ergibt sich als eine Funktion der von der Durckquelle 11 geförderten Ölmenge. Diese stellt eine Konstante dar, da die Druckquelle 11 (Figur 1) als Verdrängerpumpe ausgeführt ist. Entsprechend der Wegstrecke des Hubes 9 wird das Auslaßventil 4 (Figur 1) geöffnet. Unter normalen Betriebsbedingungen verbleibt zwischen Innenteil 8 und Anschlagring 8a ein Spiel 9a.The force of the
Da die Öffnung des Auslaßventiles 4 während des Verdichtungstaktes erfolgt steigt mit zunehmendem Verdichtungsdruck die in Schließrichtung wirkende Kraft auf das Auslaßventil. Diese Kraft wird über die Stößelstange 3 (Figur 1) auf das Innenteil 8 übertragen.Since the opening of the exhaust valve 4 takes place during the compression stroke, the force acting in the closing direction on the exhaust valve increases with increasing compression pressure. This force is transmitted to the
Um das Auslaßventil 4 gegen diese steigende Kraft im geöffneten Zustand zu halten müßte der von der Druckquelle 11 bereitzustellende Druck - resultierend aus der Kraft auf das Innenteil 8 und dessen Querschnittsfläche - ständig steigen. Dies führt aber zu Schäden durch Kavitation und Undichtheiten in den druckführenden Organen.In order to keep the outlet valve 4 against this increasing force in the open state, the pressure to be provided by the
Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der im zweiten Druckraum 22 sich aufbauende Druck die Kugel 24 zusätzlich zur Kraft der Feder 23 in den Sitz 25 preßt und dadurch der zweite Druckraum 22 hermetisch abgeriegelt wird und sich der ansteigende Druck nicht mehr über die erste Bohrung 20 und die Bohrungen 18 in die druckführenden Organe zurück fortpflanzen kann. Somit wird die Druckquelle 11 und die Verbindungsleitungen vor erhöhten Drücken und deren nachteiligen Wirkungen verschont. Wenn der von der Druckquelle 11 aufgebrachte Druck absinkt, entriegelt der, von der Druckfeder 13 in Ausgangsstellung zurückbewegte Kolben 12 die Kugel 24 des Ventils 17. Das Öl aus dem zweiten Druckraum 22 kann abströmen und der Hub 9 des Innenteils 8 und damit des Auslaßventils 4 werden beendet.This is avoided according to the invention in that the pressure building up in the
Nach den Figuren 4 und 5 kann anstelle der mechanischen Hubbegrenzung 14 eine hydraulisch wirkende Hubbegrenzung verwendet werden. Aus diesem Grund werden nach Figur 4 im Innenteil 8 erste und zweite Abregelbohrungen 26, 27 vorgesehen, welche über einen Überströmkanal 28 untereinander verbunden sind. In Ruhestellung des Kolbens 12 kann der von der Bohrung 18 zugeführte Hydraulikdruck auf dessen, dem ersten Druckraum 19 zugewandte Seite einwirken und ihn gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 13 verschieben. Wenn die Unterkante 29 des Kolbens 12 die erste Abregelbohrung 26 erreicht, wie es in Figur 5 dargestellt ist, kann über diese, den Überströmkanal 28 und die zweite Abregelbohrung 27 Hydraulikflüssigkeit in den von der Druckfeder 13 ausgefüllten Raum einströmen. Dieser Raum ist über eine Entlastungsbohrung 30 zum Druckausgleich mit der Umgebung verbunden, wodurch eine weitere Bewegung des Kolbens 12 gestoppt wird. Die Funktionen der übrigen Teile gleicht der Ausführung nach den Figuren 2 und 3 und wurde dort ausführlich erläutert. Vorteil dieser Stößelausführung ist, daß auf das Überdruckventil (siehe Anspruch 3) verzichtet werden kann.According to FIGS. 4 and 5, a hydraulically acting stroke limitation can be used instead of the
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