DE19641418A1

DE19641418A1 - Steuernocken für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19641418A1
Application number: DE19641418A
Authority: DE
Inventors: Claus-Otto Griebel; Juergen Thams
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1998-04-09
Also published as: ES2156324T3; DE59703347D1; WO1998015722A1; EP0835986B1; EP0835986A1; US6631657B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuernocken mit einer im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Nockenkontur.

Bekanntlich sind zur Erzielung hoher spezifischer Arbeiten für ein sattes Drehmo ment einerseits und eine hohe Leistung andererseits die Brennkraftmaschinen mit einer Ventilsteuerung ausgestattet, die sehr "scharfe" Ventilerhebungsverläufe für die Einlaß- und Auslaßventile aufweist, um die gewünschten Massenströme über entsprechend rasch sich ändernde Ventilöffnungsquerschnitte zu erzielen. Bei rasch sich öffnenden Auslaßventilen ist damit ein sehr hoher Vorauslaßstoß er zeugt, der zu einem ungleichmäßigen Ausströmen der Abgase führt. Da aber die Abgasakustik sehr wesentlich von Form und Amplitude des Vorauslaßstoßes ge prägt ist, ergibt sich bei großem Massenstrom und hoher Öffnungsbeschleunigung des Auslaßventiles ein Mündungsgeräusch mit einem hohen Anteil an höheren Harmonischen, die zu einer verstärkten, nachteiligen Oberflächenabstrahlung der Abgasanlage bzw. der Brennkraftmaschine führen.

Bei bekannten Serienmotoren mit durch mehrere Auslaßventile je Zylindereinheit erzeugten großen Auslaßquerschnitten und durch scharfe Ventilerhebungsverläufe erzeugten hohen Öffnungsbeschleunigungen ist dieses Problem dadurch gelöst, daß die zur Steuerung der Auslaßventile je Zylinder vorgesehenen Auslaßnocken gegeneinander winkelversetzt angeordnet sind (phasing). Diese Anordnung hat den erheblichen Nachteil, daß jeder Nocken gesondert geschliffen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Steuernocken mit einer solchen Nockenkontur zumindest für den Ventil-Öffnungsbereich auszu bilden, daß die Gasdynamik der Brennkraftmaschine auslaß- und/oder einlaßseitig über den Öffnungs-Beschleunigungsverlauf wirksam beeinflußt ist.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, und zwar dadurch, daß der Steuernocken eine Öffnungsflanke mit einer Kontur aufweist, mittels der ein Öffnungs-Beschleunigungsverlauf mit durch eine Zwischenkurve relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstandeten Beschleunigungskurven mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten erzeugt ist derart, daß eine erste Beschleunigungskurve einen Spitzenwert von ca. 40 bis 60 % eines zu 100% gesetzten Spitzenwertes einer benachbarten Beschleunigungs kurve aufweist.

Der Vorteil der Erfindung ist in einer verzögerten Öffnungsbeschleunigung zu sehen, wodurch bei Verwendung dieses Steuernockens als Auslaßnocken zur Be tätigung eines Auslaßventiles ein hinsichtlich der Abgasakustik kritischer Voraus laßstoß vermieden ist. Für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Auslaßventilen je Zylinder ergibt sich des weiteren der Vorteil, daß sich eine winkelversetzte An ordnung der Auslaßnocken zu einer Zylindereinheit erübrigt und somit sämtliche Auslaßnocken über eine Schleifscheibe bearbeitbar sind.

Der erfindungsgemäße Öffnungs-Beschleunigungsverlauf mit einer ersten Be schleunigungskurve und einer gegenüber dieser höheren zweiten Beschleuni gungskurve ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung für die beiden Beschleuni gungskurven verbindenden Zwischenkurve eine hinsichtlich des Ausmaßes der Beschleunigungs-Verzögerung vorteilhafter Bemessungsbereich angegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind vorteilhafte, auf die Abszisse eines Beschleunigungsdiagramms bezogene Maßbereiche der beiden unterschiedlich hohen Beschleunigungskurven des Öffnungs-Beschleunigungsverlaufs angege ben. Der ins besondere für die erste Beschleunigungskurve relativ größere Maß bzw. Auslegungsbereich ergibt in Verbindung mit einer konstanten Beschleunigung im Kuppenbereich der ersten Beschleunigungskurve und einer konstanten Be schleunigung der Zwischenkurve zwischen ihren Anschlußpunkten mittels dieser Beruhigungsabschnitte eine auf die Gasdynamik vorteilhaft günstig sich auswirkende Beschleunigungs-Verzögerung.

Diese erfindungsgemäß erzielte Beschleunigungs-Verzögerung bewirkt auslaßsei tig eine wesentliche Herabsetzung des Mündungsgeräusches und damit der Ober flächenabstrahlung. Einlaßseitig kann der erfindungsgemäße Öffnungs-Beschleu nigungsverlauf mit Verzögerung für eine dynamische Spaltbildung zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit für eine Wirbelausbildung.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Be schleunigungsverlaufs beschrieben.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein nicht gezeigter Steuernocken für eine nicht dargestellte ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, der eine zumindest einen positi ven Beschleunigungsverlauf im Ventil-Öffnungsbereich erzeugende Nockenkontur aufweist. Nockenkonturen mit hohen Öffnungsbeschleunigungen bei großen Mas senströmen bewirken an Auslaßventilen der Brennkraftmaschine einen Voraus laßstoß, dessen Form und Amplitude eine nachteilige Abgasakustik ergeben.

Um insbesondere die mit dem Mündungsgeräusch des Vorauslaßstoßes verbun denen höheren Harmonischen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein verzöger ter Öffnungs-Beschleunigungsverlauf vorgeschlagen. Hierfür weist der Steuer nocken vorzugsweise eine Öffnungsflanke mit einer Kontur auf, mittels der ein Öffnungsbeschleunigungsverlauf 1 mit durch eine Zwischenkurve 2 relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstandeten Beschleunigungskurven 3 und 4 mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten a₁ und a₂ erzeugt ist derart, daß die erste Beschleunigungskurve 3 einen Spitzenwert a₁ von ca. 40 bis 60% eines zu 100% gesetzten Spitzenwertes a₂ der benachbar ten Beschleunigungskurve 4 aufweist.

Der vorzugsweise als Auslaßnocken zur Betätigung eines Auslaßventiles dienende Steuernocken bewirkt bezüglich seiner Kontur der Öffnungsflanke ferner, daß der ansteigende Kurvenabschnitt 3′ der ersten Beschleunigungskurve 3 und der abfal lende Kurvenabschnitt 4′′ der zweiten Beschleunigungskurve 4 mit der Nullbe schleunigungsline auf der Abszisse des Beschleunigungsdiagramms jeweils zu mindest einen projektierten Schnittpunkt 5, 6 bilden, wobei der Abstand zwischen jeweiligen Anschlußpunkten 7, 8 des abfallenden Kurvenabschnittes 3′′ der ersten Beschleunigungskurve 3 und des ansteigenden Kurvenabschnittes 4′ der zweiten Beschleunigungskurve 4 mit der Zwischenkurve 2 einen Betrag von 10 bis 15% des zu 100% gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte 5, 6 entspricht.

Weiter ist die Kontur der Öffnungsflanke so gestaltet, daß der Abstand zwischen dem ersten Abszissen-Schnittpunkt 5 der ersten Beschleunigungskurve 3 und dem ersten Anschlußpunkt 7 der Zwischenkurve 2 an die erste Beschleunigungskurve 3 einem Betrag von 45 bis 50% und der Abstand zwischen dem zweiten Anschluß punkt 8 der Zwischenkurve 2 und dem zweiten Abszissenschnittpunkt 6 der zwei ten Beschleunigungskurve 4 einem Betrag von 45 bis 35% des zu 100% ge setzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte 5, 6 entspricht.

Zur Reduzierung von Anregungen im Ventiltrieb weist die erste Beschleunigungs kurve 3 einen Kuppenbereich 3′′′ mit einem konstanten Beschleunigungs-Verlauf auf. Weiter ist der zweiten, höheren Beschleunigungskurve 4 die Zwischenkurve 2 mit einem konstanten Beschleunigungs-Verlauf 2′ zwischen den Anschlußpunkten 7 und 8 vorgeschaltet.

Der im Diagramm dargestellte gesamte Beschleunigungsverlauf weist im Schließ bereich einen konventionellen Schließbeschleunigungsverlauf auf. Im Rahmen der Erfindung kann dieser konventionelle Beschleunigungsverlauf durch den erfin dungsgemäßen Beschleunigungsverlauf 1 ersetzt sein. Weiter kann der im Dia gramm gesamt dargestellte Beschleunigungsverlauf mit dem erfindungsgemäßen Öffnungs-Beschleunigungsverlauf 1 auch bei einem als Einlaßnocken zur Betäti gung eines Einlaßventile dienenden Steuernocken verwendet sein. Mit der erfin dungsgemäßen Beschleunigungs-Verzögerung ist bei einem Einlaßventil in vorteil hafter Weise ein dynamischer Ventilspalt zur Auslösung einer Wirbelbildung er zeugt. Ferner kann damit auch die Gemischbildung vorteilhaft beeinflußt sein.

Die Erfindung findet bevorzugt bei Mehrventilmotoren, insbesondere bei Vier-Ven tilmotoren Anwendung.

Claims

1. Steuernocken für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine,

- der eine zumindest einen positiven Beschleunigungsverlauf im Ventil- Öffnungsbereich erzeugende Nockenkontur aufweist, dadurch gekennzeichnet
- daß der Steuernocken eine Öffnungsflanke mit einer Kontur aufweist, mittels der
- ein Öffnungs-Beschleunigunsgsverlauf (1) mit durch eine Zwischen kurve (2) relativ geringer positiver Beschleunigungswerte beabstande ten Beschleunigungskurven (3, 4) mit relativ hohen und unterschiedlich großen Beschleunigungs-Spitzenwerten (a₁, a₂) erzeugt ist derart,
- daß eine erste Beschleunigungskurve (3) einen Spitzenwert (a₁) von ca. 40 bis 60% eines zu 100% gesetzten Spitzenwertes (a₂) einer be nachbarten Beschleunigungskurve (4) aufweist.

2. Steuernocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Auslaßnocken zur Betätigung eines Auslaßventiles dient.

3. Steuernocken nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet

- daß die Kontur der Öffnungsflanke ferner bewirkt, daß
- der ansteigende Kurvenabschnitt (3′) der ersten Beschleunigungskurve (3) und der abfallende Kurvenabschnitt (4′′) der zweiten Beschleuni gungskurve (4) mit der Null-Beschleunigungslinie auf der Abszisse je weils zumindest einen projizierten Schnittpunkt (5, 6) bilden, wobei
- der Abstand zwischen jeweiligen Anschlußpunkten (7. 8) des abfallen den Kurvenabschnittes (3′′) der ersten Beschleunigungskurve (3) und des ansteigenden Kurvenabschnitts (4′) der zweiten Beschleunigungs kurve (4) mit der Zwischenkurve (2) einem Betrag von 10 bis 15% des zu 100% gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte (5, 6) ent spricht.

4. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kontur der Öffnungsflanke auch bewirkt, daß
- der Abstand auf der Abszisse zwischen dem ersten Abszissen-Schnitt punkt (5) und dem ersten projizierten Anschlußpunkt (7) der Zwischen kurve (2) einem Betrag von 45 bis 50% und
- der Abstand auf der Abszisse zwischen dem zweiten, projizierten An schlußpunkt (8) der Zwischenkurve (2) und dem zweiten Abszissen-Schnitt punkt (6) einem Betrag von 45 bis 35% des zu 100% gesetzten Abstandes der Abszissen-Schnittpunkte (5, 6) entspricht.

5. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Beschleunigungskurve (3) einen Kuppenbereich (3′′′) mit einem konstanten Beschleunigungsverlauf aufweist.

6. Steuernocken nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkurve (2) abschnittsweise zwischen den Anschlußpunkten (7, 8) einen konstanten Beschleunigungs-Verlauf (2′) aufweist.

7. Steuernocken nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Einlaßnocken zur Betätigung eines Einlaßventiles dient.