Ventilsteuereinrichtung für Hubkolbenmotoren mit variablenValve control device for reciprocating engines with variable
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung, die in gegebenen Grenzeneine Veränderung der Phasenlage und der Phasenlänge (Fig.4) des Ventilerhebungswinkelsohne Ventilhubverlust ermöglicht, indem zwischen zwei Steuernocken (1/2), die auf ein Ventil arbeiten, mit den extremen Phasenlängen(längste, kürzeste Phasenlänge) und unterschiedlichen Phasenlagen, als gegebene Grenzventilerhebungsprofile (Fig.4), mit Hilfe zweier, dieseNocken abtastenden Stößel (la/2a), die untereinander durch hydraulische Polster (3/4) veränderbarer Stärke kinematisch gekoppelt werden, oder mitHilfe zweier Schlepphebel (lb/2b), die jeweils in ihren Gegenlagern hydr. so gelagert und geführt werden, daß ihre Kinematik den Erfordernissen anpassbarwird (lb.l/2b.l), weich (übergangslos) hin- und hergeschaltet werden kann, so daß auch Zwischenphasenlagen und -längen erreichbar sind.The invention relates to a valve control which, within given limitsa change in the phase position and the phase length (Fig. 4) of the valve lift anglemade possible without valve lift loss by placing between two control cams (1/2) that work on one valve with the extreme phase lengths(longest, shortest phase length) and different phase positions, as given limit valve elevation profiles (Fig. 4), with the help of two, theseCam-scanning plungers (la / 2a), which are kinematically coupled to one another by hydraulic cushions (3/4) of variable strength, or withWith the help of two rocker arms (lb / 2b), each in their counter bearings hydr. be stored and guided in such a way that their kinematics can be adapted to requirementsbecomes (lb.l / 2b.l), soft (seamlessly) can be switched back and forth so that intermediate phase positions and lengths can also be achieved.
Für einen hohen Wirkungsgrad der Kolbenmotore sind u.a. der Füllungsgrad,d.h. der Verbrennungsenddruck, sowie im Fahrbetrieb das Drehmomentverhaltenim gesamten (insbes. auch unteren) Drehzahlbereich (Drehzahlniveau) von merklicher, optimierender Bedeutung.For a high degree of efficiency of the piston engines, among other things, the degree of filling,i.e. the final combustion pressure as well as the torque behavior during drivingin the entire (especially lower) speed range (speed level) of noticeable, optimizing importance.
Der Füllungsgrad und das Drehmomentverhalten wird kennzeichnend durch dieAnpassung der Ein/Auslassventilsteuerzeiten an die Erfordernisse der instationärenStrömungsvorgänge beim Ladungswechsel beeinflußt.The degree of filling and the torque behavior is characterized by theAdaptation of the inlet / outlet valve timing to the requirements of the transientInfluenced flow processes during gas exchange.
Es ist bekannt, daß dazu tendenziell mit steigender Drehzahl eine Verlängerungder Ventilöffnungsphasenlänge bzgl. des Drehwinkels (Fig.4)notwendig wird, ebenso eine Frühverschiebung der Phasenlage der Ventilbewegung. Zur Minimierung der an den Ventilen unvermeidlichen Drosselverluste,ist es günstig, einen möglichst großen Ventilhub zu realisieren.It is known that this tends to be an extension with increasing speedthe valve opening phase length with respect to the angle of rotation (Fig. 4)becomes necessary, as well as an early shift in the phase position of the valve movement. To minimize the unavoidable throttle losses at the valves,it is advantageous to realize the largest possible valve lift.
Um bei der heute in der Großserie üblichen starren Ventilsteuerung dennocheine relativ gute Füllung in großen Drehzahlbereichen zu realisieren,werden Resonanzeffekte im Ansaug- und Auspufftrakt überlappend und verstärkend in ihren Resonanzdrehzahlen zu den optimalen Ventilsteuerzeitdrehzahleneingesetzt. Gaswechseldrosselverluste begegnet man mit großen Ventilöffnungsquerschnitten (z.B. Vierventiler, V-förmige Ventilanordnung)und Querstromzylinderköpfen. Diese Maßnahmen Können nur als Kompromiss, als kleiner Schritt in die richtige Richtung betrachtetwerden.Nevertheless, with the rigid valve control that is common today in large-scale productionto realize a relatively good filling in large speed ranges,resonance effects in the intake and exhaust tracts overlap and reinforce their resonance speeds to the optimal valve timing speedsused. Gas exchange throttling losses are countered with large valve opening cross-sections (e.g. four-valve valve, V-shaped valve arrangement)and cross-flow cylinder heads. These measures can only be viewed as a compromise, as a small step in the right directionwill.
Eine der bekannten Lösungen für Ventilsteuerungen mit variablen Steuerzeitenist in OS 25 14 727 dargelegt, die in der DE-OS 30 04 396 dazu in-One of the known solutions for valve controls with variable timingis set out in OS 25 14 727, which in DE-OS 30 04 396 for this purpose
is direkt bezogene Stellungsnahme auf eine diesbezgl. explizite Ausführung,berücksichtigt in ihrer Kritik nicht das Problem, daß die axiale Verschiebung bei angestrebter kompakter Motorbauweise mit einer Nockenwelleaus geometrischen Gründen (die Nocken überschneiden sich axial!) kaum realisierbar ist.is a directly related opinion on a related explicit execution,In their criticism does not take into account the problem that the axial displacement with the desired compact engine design with a camshaftfor geometric reasons (the cams overlap axially!) is hardly feasible.
zo Die in der OS 30 41 864 und OS 27 47 884 vorgelegten Lösungen, sowie eineReihe ähnlicher OS verändern legiglich die Ventilsteuerphasenlagen, womitihre Effiziensverbessernde Wirkung prenzipbedingt eingeschränkt bleibt.Sowohl in DE-OS 21 01 542, als auch in DE-OS 30 04 396 wird die Änderungder Ventilsteuerphasenlänge durch entsprechenden, prenzipbedingten Hub-zo The solutions presented in OS 30 41 864 and OS 27 47 884, as well as aA series of similar OSs change the valve timing phase positions, which meanstheir efficiency-improving effect remains limited due to the principle.Both in DE-OS 21 01 542, as well as in DE-OS 30 04 396, the changethe valve control phase length by corresponding, prenzip-related stroke
" verlust erkauft, zudem kann die Ventilsteuerphasenlage, ebenfalls prenzipbedingt,kaum verändert werden."A loss is bought, and the valve control phase position, also due to prenzip, cancan hardly be changed.
Der OS 01 12 644 zufolge entstehen, wie in Fig.2 dieser OS anschaulichdargestellt, erhebliche oszillierende Momentenschwankungen, die speziell im oberen Drehzahlbereich zu zerstörenden Torosionsschwingungen im Antriebsstrangführen können.According to OS 01 12 644, this OS arises as clearly shown in FIGshown, considerable oscillating torque fluctuations, the torsional vibrations in the drive train that are destructive especially in the upper speed rangebeing able to lead.
Die durch DE-OS 34 06 100 vorgeschlagene Lösung beinhaltet im Ansprucha) ein in seiner Wirkung ähnliches Prenzip wie z.B. OS 27 47 884, so daßdie in Anspruch b) angeführte Schlepphebelmodifikation auch zu allen mit der letztgenannten OS artverwandten Lösungen anwendbar ist.The solution proposed by DE-OS 34 06 100 is contained in the claima) a principle similar in its effect to e.g. OS 27 47 884, so thatthe rocker arm modification mentioned in claim b) can also be used for all of the solutions related to the last-mentioned OS.
Ein ungelöstes Problem der Erfindug nach Anspruch b) ist, daß zumindestin der Ventilschließbewegung, je nach Schlepphebelverstellung ein vomsogen. "Ruckfreien Nocken" verschiedenes Bewegungsgesetz vorliegt, so daß mit erhöhtem Verschleiß gegenüber heute üblichen Steuereinrichtungenzu rechnen ist, wobei akustische Nachteile unberücksichtigt sind. Prinzipiell mit ähnlichen Problemen ist die OS 01 25 096 behaftet, zusätzlichtreten hier unnötig hohe oszillierende Massen auf.An unsolved problem of the invention according to claim b) is that at leastin the valve closing movement, depending on the rocker arm adjustment, a fromsucked "Jerk-free cams" different laws of motion exist, so that with increased wear compared to control devices that are customary todayis to be expected, whereby acoustic disadvantages are not taken into account. In principle, OS 01 25 096 is afflicted with similar problems, in additionunnecessarily high oscillating masses occur here.
In der DE-OS 28 22 147 (VW AG) wird ein in beliebige Lage aufspreitzbarerDoppelnocken als Steuerelement für variable Steuerzeiten ( und -lagen) eingesetzt, was abesehen vom enormen Bauaufwand (Wirtschaftlichkeit) auchnoch den Nachteil eines unveränderlichen Ventilöffnungs/Schließdifferenzwinkels;denn die auf- und ablaufende Nockenflanke bleibt ja durch die Aufspreitzung zweier Nockenhälften in ihrer Form unverändert, und damitauch die dieser Form folgende Ventilöffnungs/Schließkinematik, so daßentweder schleppende Ventilsteuerung bei niedrigen Drehzahlen, oder zu harte (schlagende) Ventilsteuerung bei hohen Drehzahlen zu erwarten ist.Versuche, eine vollelektronische Ventilsteuerung mit elektrischem (DE-OS 30 24 042), oder hydr. Antrieben zu realisieren, scheitert i.d.R. an denfür PKW-Motoren erforderlichen hohen Beschleunigungen bei den entsprechenden Frequenzen, denn die für elektronische Steuerung erforderliche Antriebsenergiebevorratungist im Zusammenhang mit den erziehlbaren Antriebsaggregatwirkungsgraden so stark verlustbehaftet, daß der erhoffteEffiziensverbesserungseffekt sehr stark beschränkt, wenn nicht sogar insGegenteil verkehrt wird (Versuche Mitte der 70er Jahre in den USA). Auch aus diesem Grunde wird allgemein auf dem mit relativ gutem Wirkungsgradversehenen Nocken-Stößel Prenzip zur Ventilsteuerung aufgebaut.In DE-OS 28 22 147 (VW AG) a can be spread open in any positionDouble cams used as a control element for variable timing (and positions), apart from the enormous construction costs (economic efficiency)nor the disadvantage of a fixed valve opening / closing differential angle;because the rising and falling cam flank remains unchanged in its shape due to the spreading of two cam halves, and thusalso the valve opening / closing kinematics following this form, so thateither sluggish valve control at low speeds, or too hard (beating) valve control at high speeds is to be expected.Attempts to have a fully electronic valve control with electrical (DE-OS 30 24 042), or hydr. Realizing drives usually fails because of thehigh accelerations required for car engines at the corresponding frequencies, because the drive energy storage required for electronic controlis so lossy in connection with the achievable drive unit efficiency that it was hoped forEfficiency improvement effect is very limited, if not insThe opposite is wrong (trials in the USA in the mid-1970s). For this reason, too, is generally based on the with relatively good efficiencyprovided cam-tappet Prenzip for valve control.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Phaselage und-länge veränderliche Ventilsteuerung zu entwickeln, die eine optimale Anpassung an die Erfordernisse der Strömungsverhältnisse beim Gaswechsel,zwecks Erzielung eines optimierten Füllungsgrades, ermöglicht, ohne dabei wirtschaftliche Aspekte zu vernachlässigen, d.h. in vorhandenen Motorenohne zu grossen Bauaufwand realisieren zu können.The invention is based on the object of a phase position and-to develop variable length valve control that optimally adapts to the requirements of the flow conditions during gas exchange,for the purpose of achieving an optimized degree of filling, made possible without neglecting economic aspects, i.e. in existing engineswithout being able to realize too much construction effort.
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Oiese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen zweiSteuernocken mit den extremen Steuerzeiten und unterschiedlichen Phasenlagen (1/2) durch geeignete Abtastsysteme nach den Patentansprüche?! 1.bis 16. stufenlos und weich hin- und hergeschaltet wird , so daß auch Zwischenphasenlagen und -längen der Steuerzeiten(winkel) erreichbar sind.This object is achieved according to the invention in that between twoControl cam with the extreme control times and different phase positions (1/2) through suitable scanning systems according to the claims ?! 1.to 16. is continuously and smoothly switched back and forth, so that intermediate phase positions and lengths of the control times (angle) can also be achieved.
Um ein weiches Überwechseln von einer Steuernocke zur anderen zu gewährroleisten, sind die beiden entsprechenden Stößel/Schlepphebel untereinanderdurch hydraulische Polster veränderlicher Stärke kinematisch gekoppelt, so daß der bei jedem Ventilhubzyklus auftretende Oifferenzhub zwischenden zwei Stößeln/Schlepphebeln bestrebt ist, diese Polster (3a/3b) zu verkleinern, was bei niedrigen Drehzahlen trotz der Drossel im Ölkanalis auch gelingen soll, denn in dieser Betriebsphase sollte die Nocke mit derkürzeren Phasenlänge die Steuerzeit bestimmen.To ensure a smooth changeover from one control cam to the otherperform, the two corresponding tappets / rocker arms are one below the otherkinematically coupled by hydraulic cushions of variable strength, so that the differential stroke occurring in each valve lift cycle betweenThe aim of the two tappets / rocker arms is to make these pads (3a / 3b) smaller, which at low speeds despite the throttle in the oil channelis also supposed to succeed, because in this operating phase the cam with theshorter phase length determine the control time.
Mit steigender Drehzahl jedoch, wird die Zeit, die während der Ventilandrückphasemit Differenzhub zur Verringerung der Polsterstärke zur ver-0 fügung steht, immer kürzer, so daß mit Hilfe einer verstärkten Drosselwirkungdas Polster zwischen den Stößeln (3a), bzw. das Polster des Schlepphebels (3b) ständig (drehzahl- und lastabhängig) anwächst, bis derNocken mit der längsten Steuerphase (und verschobenen -) völlig die Steuerzeitenbestimmt. Die Lage der Ölversorgungsnut (5a/5b) bestimmt ab 5 welchem Hub keine nennenswerte Veränderung der hydr. Polster (3a/3b) möglichwird (Fig.1/Fig.2).As the speed increases, however, the time that is spent during the valve pressure phase increaseswith a differential stroke to reduce the padding thickness is available, always shorter, so that with the help of an increased throttling effectthe cushion between the tappets (3a) or the cushion of the rocker arm (3b) grows continuously (speed and load dependent) until theCam with the longest control phase (and shifted -) completely the control timescertainly. The position of the oil supply groove (5a / 5b) determines from 5 which stroke no significant change in the hydr. Cushions (3a / 3b) possible(Fig.1 / Fig.2).
Dies ist neben der Drossel und den Ölkanaldrosselwirkungen ein mitbestimmenderParameter für das dynamische Übernahmeverhalten im Betrieb. Als Schutz für die Ölversorgung vor den hohen Druckspitzen der Ölpolster0 (3) ist das Rückschlagventil (6) zu betrachten, außerdem definiert es denRückfluß der Polster (3) durch die Drossel (7). Der hinter der Drossel angeordnete, federbelastete Druckspeicher nimmt die Volumenschwankungendes Ölpolsters (3) auf.In addition to the throttle and the oil channel throttle effects, this is one of the determining factorsParameters for the dynamic takeover behavior in operation. As protection for the oil supply from the high pressure peaks of the oil cushions0 (3) the check valve (6) is to be considered, it also defines theBackflow of the cushion (3) through the throttle (7). The spring-loaded pressure accumulator located behind the throttle absorbs the fluctuations in volumeof the oil pad (3).
Im mittleren Drehzahlbereich hebt somit der Nocken mit den langen Steuerzeitendas Ventil an, bis dann die andere Nocke auf ihrer Flanke übernimmt und den vollen Hub sicherstellt. Diese Übernahme stellt jedoch einSprung in der Ventilgeschwindig dar, d.h. es entsteht ein Ruck, der erfindungsgemäßdurch die hydr. Polster (3/4) der Stößel (2a.l/2a.2) bzw. der Schlepphebel (lb/2b) soweit abgedämpft wird, daß ein aktzeptablesÜbernahmeverhalten erreicht wird. Dazu ist es notwendig, daß die StößelIn the medium speed range, the cam with the long control times therefore liftsthe valve on until the other cam takes over on its flank and ensures the full stroke. However, this takeover is discontinuedJump in the valve speed, i.e. there is a jolt that, according to the inventionthrough the hydr. Pad (3/4) of the tappet (2a.l / 2a.2) or the rocker arm (lb / 2b) is dampened to such an extent that an acceptableTakeover behavior is achieved. For this it is necessary that the plunger
ίο (2a.1/la)/Schlepphebel (lb/2b) ständig an der Nockenflanke anliegen, damitdie Dämpfung über genügend Dämpfungsweg verfügt.ίο (2a.1 / la) / rocker arm (lb / 2b) are constantly in contact with the cam flank so thatthe damping has sufficient damping path.
Die erzielbaren Vorteile durch die Erfindung liegen in der Anpassungsfähigkeitder Steuerzeiten an die gegebenen Bedürfnisse des Betriebszu-Standes des jeweiligen Motors, so daß praktisch ein deutlich flachererDrehmomentverlauf auf hohem Niveau in sehr weiten Drehzahlgrenzen gegenüberheutigem Standart möglich wird, mit den entsprechenden Folgen für den Kraftstoffkonsum unter gleichen Leistungsbedingungen.Die Drehzahlgrenzen für den flachen Drehmomentverlauf werden durch die 0 beiden Steuernockenkonturen betimmt.The advantages that can be achieved by the invention are adaptabilitythe timing of the given needs of the operating state of the respective engine, so that practically a much flatterTorque curve at a high level in very wide speed limitstoday's standard is possible, with the corresponding consequences for fuel consumption under the same performance conditions.The speed limits for the flat torque curve are determined by the two control cam contours.
Ausführungsbeispiel ist die Stößelversion mit konzentrischer Stößelanordung,da diese Version auf einfache Weise für einige Motortypen direkt anwendbar ist. In der Zeichnung Fig.l sind die entsprechenden5 Teile dargestellt. Die hierbei notwendige Verdrehführung (18) des Stößels(2a.1) resultiert aus der zylinderförmigen Abrundung desselben Stößels,die wegen des geringen Durchmessers dieses Stößels nötig ist, um Kantenpressung der Nocke auszuschließen. Dies kann selbstverständlich enfallen,wenn durch einen ensprechenden Durchmesser, oder eine andere Kontur 0 dieses Stößels, Kantenpressung auch bei flacher Berührungsebene zur Nockeausgeschlossen wird.The exemplary embodiment is the ram version with a concentric ram arrangement,as this version can easily be used directly for some engine types. In the drawing Fig.l are the corresponding5 parts shown. The necessary twisting guide (18) of the plunger(2a.1) results from the cylindrical rounding of the same ram,which is necessary because of the small diameter of this tappet in order to exclude edge pressure on the cam. This can of course be omitted,if by a corresponding diameter or another contour 0 of this ram, edge pressure even with a flat contact plane to the camis excluded.
Die am Stößel (la) angebrachten Ölkanäle sichern die Versorgung der hydr.Polster sowohl für den Stößel im Zentum als Dämfung, als auch zwischenden Stößeln (la) und (2a).The oil channels attached to the tappet (la) ensure the supply of the hydr.Pad both for the ram in the center as a cushioning, as well as betweenthe tappets (la) and (2a).
Aus dynamischen Gründen ist es zweckmäßig, die Ölzufuhr zur Ölversorgungsnut(5), durch eine andere Bohrung vorzunehmen, als die Bohrung, welche zur Drossel führt.For dynamic reasons it is advisable to switch the oil supply to the oil supply groove(5), to be carried out through a different hole than the hole that leads to the throttle.
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| Date | Code | Title | Description | 
|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8125 | Change of the main classification | Ipc:F01L 9/02 | |
| 8131 | Rejection |