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DE3625664A1 - Device for influencing the valve stroke controlled by a cam - Google Patents

Device for influencing the valve stroke controlled by a cam

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DE3625664A1
DE3625664A1 DE19863625664 DE3625664A DE3625664A1 DE 3625664 A1 DE3625664 A1 DE 3625664A1 DE 19863625664 DE19863625664 DE 19863625664 DE 3625664 A DE3625664 A DE 3625664A DE 3625664 A1 DE3625664 A1 DE 3625664A1
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hydraulic
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valve
hydraulic system
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Jurij Gartner
Peter Langen
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

A hydraulic transmission element is provided for influencing the valve stroke, controlled by a cam, on a reciprocating piston internal combustion engine. The said element essentially comprises a drive piston, a hydraulic working chamber of variable volume, a working piston and a separating tappet dividing the working chamber, which tappet is connected to one of the two pistons. As a result the hydraulic volume is significantly reduced and the risk of pressure oscillations in the hydraulic system is minimised.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.The invention relates to a device in the preamble of the first claim specified Art.

Frei ansteuerbare, hydraulische Vorrichtungen zur Beeinflussung des Ventilhubverlaufs sind vom Prinzip her hinreichend bekannt. Dabei kann teilweise nur der maximale Ventilhub geregelt werden oder es ist eine zusätzliche Beeinflussung der ansteigenden oder abfallenden Flanke des Ventilhubverlaufs möglich.Freely controllable, hydraulic devices for influencing the principle of the valve stroke course is sufficiently known. In some cases, only the maximum valve lift can be regulated or there is an additional influence on the rising or falling edge of the valve stroke curve possible.

Die DE-OS 24 48 311 beschreibt eine gattungsbildende Vorrichtung, bei welcher der Nockenhub zunächst bis zum maximalen Ventilhub, der über eine gerade Steuerkante am Arbeitskolben begrenzt wird, übertragen wird. Erst in der Abwärtsbewegung des dem Nocken zugeordneten Antriebskolbens wird der Druck im hydraulischen Arbeitsraum über eine gerade Ringnut innerhalb der den Antriebs­ kolben umgebenden Steuerhülse und die Austrittsbohrungen im Antriebskolben beschleunigt abgebaut, so daß das Ventil über die Kräfte der Ventilfeder vorzeitig geschlossen wird.DE-OS 24 48 311 describes a generic device, at which the cam stroke initially up to the maximum valve stroke, which is limited by a straight control edge on the working piston, is transmitted. Only in the downward movement of the cam assigned drive piston, the pressure in the hydraulic Working space via a straight ring groove within the drive piston surrounding control sleeve and the outlet bores in the Drive piston accelerated dismantled, so that the valve over the Forces the valve spring is closed prematurely.

Diese Vorrichtung benötigt sowohl am Antriebs- als auch am Arbeits­ kolben eine genau anzupassende Steuerkante. Die erforderliche große Hydraulikmenge schließt die Verwendung an schnellaufenden Brennkraftmaschinen aus, denn zum einen führt die starke Kompressi­ bilität zu undefinierbaren Ventilhubverläufen, zum anderen besteht die Gefahr von Druckschwingungen im Hydrauliksystem. Diese Druckschwingungen verursachen dann mit Erreichen des Dampf­ drucks der Flüssigkeit die Bildung von Dampfblasen und Kavitations­ schäden.This device requires both the drive and work piston a precisely adjustable control edge. The required large amount of hydraulics excludes the use of high-speed Internal combustion engines, because on the one hand the strong compression leads stability to indefinable valve lift profiles, on the other hand the risk of pressure fluctuations in the hydraulic system. These  Pressure vibrations then cause when the steam is reached pressure of the liquid the formation of vapor bubbles and cavitation damage.

Geringere Hydraulikmengen werden benötigt, wenn, wie in der AT-PS 2 43 024 beschrieben, anstelle des hohl ausgeführten Kol­ bens ein gegen Verdrehen gesicherter Vollkolben mit einer schrä­ gen Steuerkante zusammen mit einem drehbaren, mit einer Rücklauf­ bohrung versehenen Zylinder verwendet wird. Neben einer äußerst aufwendigen Fertigung liegt ein weiterer Nachteil dieser Anordnung jedoch in dem äußerst geringen Strömungsquerschnitt, welcher von der Steuerkante und der Rücklaufbohrung freigegeben wird. Die dadurch entstehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten können das System zerstören.Lower hydraulic quantities are required if, as in the AT-PS 2 43 024 described, instead of the hollow Kol bens a full piston secured against twisting with an oblique control edge together with a rotatable, with a return bore provided cylinder is used. In addition to an extremely complex manufacturing is another disadvantage of this arrangement however in the extremely small flow cross-section, which of the control edge and the return hole is released. The resulting high flow velocities destroy the system.

Eine Lösung zur Vermeidung der schrägen Steuerkante ist in der DE-OS 29 26 327 vorgeschlagen. Hierbei wird der Zugang zum Arbeitsraum von einem mit der Nockenwelle umlaufenden Drehschie­ ber gesteuert. Durch Verändern der Phasenlage zwischen Drehschie­ ber und Nockenwelle wird die Hydraulikflüssigkeit zwischen An­ triebskolben und Arbeitskolben früher oder später aus dem Arbeits­ raum abgeführt. Mit diesem System wird zwar die schräge Steuer­ kante vermieden, die stets umlaufende Drehschieberwelle bedeutet jedoch großen Bauaufwand und mechanische Verluste. Zudem wird das wiederum vergrößerte Hydraulikvolumen zu Druckschwingungen angeregt.A solution to avoid the oblique control edge is in the DE-OS 29 26 327 proposed. Here, access to the Working area of a rotary slide rotating with the camshaft controlled by. By changing the phase position between rotary shooters The hydraulic fluid is between the An and the camshaft drive piston and working piston sooner or later out of work space dissipated. With this system, weird tax edge avoided, which always means rotating rotary valve shaft however, large construction costs and mechanical losses. In addition, which in turn increased hydraulic volume to pressure vibrations excited.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache hydrau­ lische Vorrichtung zum Beeinflussen des durch einen Nocken gesteuerten Ventilshubs dahingehend weiterzubilden, daß große hydraulische Arbeitsvolumina und damit hohe Strömungsgeschwindig­ keiten vermieden werden, um Druckschwingungen im Hydraulik­ system zu verhindern. The object of the present invention is a simple hydrau lische device for influencing by a cam controlled valve strokes to the extent that large hydraulic working volumes and therefore high flow rates to avoid pressure fluctuations in the hydraulic system prevent system.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der sich beim Stand der Technik ergebende große Arbeitsraum wird hier durch einen Trennstößel in zwei kleine Hydraulikkammern unterteilt. Die mecha­ nische Kopplung des Stößels über einen Kraftspeicher, beispiels­ weise eine Feder, an den mit den Absteuerungsöffnungen versehe­ nen Kolben ermöglicht es, unabhängig von der Art der verwende­ ten Steuerkante, durch geeignete Auslegung der Kraftspeicherkenn­ linie im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hydrau­ lische Druckschwingungen zu vermeiden.This object is achieved by the characterizing Features of the first claim solved. The at the state of the Large working space resulting from technology is provided here by a Separating plunger divided into two small hydraulic chambers. The mecha African coupling of the plunger via an energy accumulator, for example wise a spring, on which the control openings are provided NEN piston allows regardless of the type of use control edge, by suitable design of the energy storage line in the entire operating range of the internal combustion engine hydrau to avoid pressure vibrations.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 reduziert in dem volumenmäßig bereits verkleinerten und damit relativ unkritischen Hydrauliksystem nochmals die Strömungsgeschwindigkeit, denn durch die Verwendung einer geraden Steuerkante mit in einer Ebene angeordneten Austrittsöffnungen wird ein großer Strömungs­ querschnitt freigelegt. Trotzdem wird das Hydraulikvolumen äußerst gering gehalten.The development of the invention according to claim 2 reduces in the already reduced in volume and therefore relatively uncritical Hydraulic system again the flow rate because by using a straight control edge with in one Outlet openings arranged in a plane will be a great flow cross-section exposed. Nevertheless, the hydraulic volume kept extremely low.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist gegeben, wenn - wie Anspruch 3 vorschlägt - die vom bewegten Kolben aus dem Arbeitsraum verdrängte Hydraulikflüssigkeit einem Druckspeicher zugeführt wird, so daß stets eine ausreichende Flüssigkeitsmenge unter genügendem Druck vorhanden ist und aufwendige Saug- bzw. Ölpumpenarbeit zur Wieder-Befüllung des Arbeitsraumes vermieden wird. Nur zum Ausgleich der geringen Leckölmengen ist über ein Rückschlagventil auch eine Verbindung mit einer Versor­ gungseinheit, beispielsweise dem Schmierölkreislauf der Brennkraft­ maschine vorgesehen. Die Verwendung eines solchen Druckspei­ chers ist zwar aus der DE-OS 30 48 887 bekannt. Darin wird die abgeführte Hydraulikflüssigkeit in einen weiteren Arbeitsraum gefördert, welcher mit einem mit einem Federelement belasteten Kolben versehen ist. Dies bedingt jedoch eine nochmalige Ver­ größerung des Hydraulikvolumens und somit eine Steigerung der Gefahr von Druckschwingungen und Kavitationsschäden. An advantageous further development of the invention is given if as proposed in claim 3 - the moving piston from the Hydraulic fluid displaced in the working area of a pressure accumulator is supplied so that always a sufficient amount of liquid is available under sufficient pressure and complex suction or oil pump work to refill the work area is avoided. Only to compensate for the small amounts of leak oil also connected to a supplier via a check valve supply unit, for example the lubricating oil circuit of the internal combustion engine machine provided. The use of such a printer chers is known from DE-OS 30 48 887. In it the hydraulic fluid discharged into another work area promoted, which is loaded with a spring element Piston is provided. However, this requires a new ver increase in hydraulic volume and thus an increase in Risk of pressure vibrations and cavitation damage.  

Nur bei geringen Hydraulikvolumina - wie in der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung - kann ohne weitere Gefahren ein solcher Druckspeicher vorgesehen werden.Only with low hydraulic volumes - as in the invention moderate device - can such without further dangers Pressure accumulator are provided.

Gemäß Anspruch 4 wird auch der zweite Arbeitsraum, welcher vom Trennstößel und dem Kolben ohne Austrittsbohrung begrenzt wird, über ein Rückschlagventil mit dem Druckspeicher verbunden. Leckageverluste werden damit einfach und schnell ausgeglichen, das Rückschlagventil erlaubt einen Austausch der Hydraulikflüssig­ keit nur im Sinne einer Befüllung des Arbeitsraumes.According to claim 4, the second work space, which from Separating plunger and the piston is limited without an outlet bore, connected to the pressure accumulator via a check valve. Leakage losses are compensated for quickly and easily, the check valve allows the hydraulic fluid to be replaced only in terms of filling the work area.

Sind, wie in Anspruch 5 erläutert, ein oder mehrere Organe der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus porösem Sintermaterial herge­ stellt, so ist zugleich eine einfache Entlüftungsmöglichkeit für die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum gegeben. Dies gewährleistet eine exakte Bewegungsübertragung und vermeidet die Gefahren durch Dampfblasenbildung. Ein Trennstößel aus Sintermaterial unterstützt zudem die Befüllung der Arbeitsräume.Are, as explained in claim 5, one or more organs of the Device according to the invention made of porous sintered material is a simple venting option for the Given hydraulic fluid in the work area. This ensures an exact transmission of motion and avoids the dangers due to vapor bubble formation. A ram made of sintered material also supports the filling of the work rooms.

Im folgenden wird anhand der Abbildung ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt The following is a preferred embodiment based on the illustration example of the invention explained. It shows

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Ventilhubs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine im Längs­ schnitt, Fig. 1, the apparatus of the invention for control of the valve section of a reciprocating internal combustion engine in the longitudinal,

Fig. 2 einen perspektivischen Schnitt durch den Antriebskolben längs der Linie A-A in Fig. 1. Fig. 2 shows a perspective section through the drive piston along the line AA in FIG. 1.

Dieses Ausführungsbeispiel ist dabei so ausgebildet, daß der Ventilhub in seiner abfallenden Flanke beeinflußbar ist, die Vor­ teile der Erfindung gelten jedoch ebenso für eine Ausführung, bei welcher die ansteigende Flanke verändert wird. This embodiment is designed so that the Valve stroke can be influenced in its falling edge, the front parts of the invention also apply to an embodiment, however which the rising edge is changed.  

Dargestellt sind die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im Schnitt sowie ein darauf einwirkender Nocken 2 und ein von der Vorrich­ tung 1 betätigtes Ventil 3 einer nicht weiter dargestellten Hub­ kolbenbrennkraftmaschine. Dabei wirkt der Nocken 2 auf einen Antriebskolben 4, welcher auf einer Feder 5 abgestützt, hohl ausgebildet und mit Austrittsöffnungen 6 versehen ist. Über eine Feder 7 ist er mit dem Trennstößel 8 verbunden und bildet zusam­ men mit ihm den Teilarbeitsraum 9. Die Austrittsöffnungen 6 können von der axial verschiebbaren Steuerhülse 10, deren unte­ res Ende eine gerade Steuerkante bildet, verschlossen werden; die Verstellung der Hülse geschieht hier mittels einer Exzenterwelle 11 und eines Rückstellelementes 12 (z. B. federbelasteter Kolben). Das untere Ende des Trennstößels 8 bildet zusammen mit einem Arbeitskolben 13 einen zweiten Teilarbeitsraum 14. Der Arbeits­ kolben 13, dessen oberes Ende mit einem zylindrischen Absatz versehen und somit in bekannter Weise als hydraulische Bremse ausgebildet ist, überträgt seine Bewegung direkt auf das Ventil 3. Der Teilarbeitsraum 9 wird über die Austrittsöffnungen 6 und den zweiten Teilarbeitsraum 14 über ein Rückschlagventil 17 vom Hydrau­ lik-System 15 aus befüllt, welches wiederum selbst und nur zum Ausgleich von Leckageverlusten über ein Rückschlagventil 16 an den Ölkreislauf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeschlossen ist. Die bei der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 4 durch die Öffnungen 6 aus dem Arbeitsraum 9 austretende Flüssigkeit wird über das Hydrauliksystem 15 in den mit Kolben und Feder versehe­ nen Druckspeicher 18 gefördert.The device 1 according to the invention is shown in section and a cam 2 acting thereon and a valve 3 actuated by the device 1 of a lifting piston internal combustion engine, not shown. The cam 2 acts on a drive piston 4 which is supported on a spring 5 , is hollow and is provided with outlet openings 6 . It is connected to the separating plunger 8 via a spring 7 and forms the partial working space 9 together with it. The outlet openings 6 can be closed by the axially displaceable control sleeve 10 , the lower end of which forms a straight control edge; the sleeve is adjusted here by means of an eccentric shaft 11 and a restoring element 12 (e.g. spring-loaded piston). The lower end of the separating plunger 8 forms a second partial working space 14 together with a working piston 13 . The working piston 13 , the upper end of which is provided with a cylindrical shoulder and is thus designed in a known manner as a hydraulic brake, transmits its movement directly to the valve 3 . The partial working space 9 is filled via the outlet openings 6 and the second partial working space 14 via a check valve 17 from the hydraulic system 15 , which in turn is connected to the oil circuit of the reciprocating piston internal combustion engine itself and only to compensate for leakage losses via a check valve 16 . The exiting during the downward movement of the driving piston 4 through the openings 6 from the working chamber 9 liquid is fed into the piston and spring versehe NEN pressure accumulator 18 via the hydraulic system 15th

Befindet sich die Steuerhülse 10 am unteren Endanschlag, so wird der Hub des Nockens 2 voll auf das Ventil 3 übertragen.If the control sleeve 10 is at the lower end stop, the stroke of the cam 2 is fully transmitted to the valve 3 .

Werden dagegen die Öffnungen 6 im Laufe der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 4 teilweise offengelegt, so strömt Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 9 in den Druckspeicher 18, die Feder 7 zwischen Trennstößel 8 und Antriebskolben 4 wird zusammen­ gedrückt. In Abhängigkeit von der Auslegung der Ventilfeder 19 wird das Ventil wieder geschlossen, wobei die hydraulische Bremse am oberen Ende des Arbeitskolbens 13 zur Wirkung kommt. Bewegt sich anschließend der Antriebskolben 4 wieder nach oben, so entspannt sich zunächst die Feder 7 des Trennstößels 8 und der Arbeitsraum 9 wird vom Druckspeicher 18 aus befüllt.In contrast, if the openings 6 are partially exposed in the course of the downward movement of the drive piston 4 , hydraulic fluid flows from the working chamber 9 into the pressure accumulator 18 , the spring 7 between the separating plunger 8 and the drive piston 4 is pressed together. Depending on the design of the valve spring 19 , the valve is closed again, the hydraulic brake at the upper end of the working piston 13 coming into effect. If the drive piston 4 then moves up again, the spring 7 of the separating plunger 8 first relaxes and the working space 9 is filled from the pressure accumulator 18 .

Der Trennstößel 8 verringert somit nicht nur das durch die Zu- bzw. Abströmvorgänge über die Austrittsöffnungen 6 in Druck­ schwingungen versetzbare Hydraulikvolumen, sondern daneben können durch entsprechende Gestaltung der Federkennlinie 7 eventuell dennoch auftretende Druckschwingungen gedämpft wer­ den.The separating plunger 8 thus not only reduces the hydraulic volume which can be displaced in pressure by the inflow or outflow processes via the outlet openings 6 , but in addition any pressure oscillations which may occur can be dampened by appropriate design of the spring characteristic curve 7 .

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Beeinflussung des von einem Nocken gesteuer­ ten Ventilhubs an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der Nocken auf einen Antriebskolben, dieser über einen mit einem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden und in seinem Volumen veränderbaren Arbeitsraum auf einen Arbeits­ kolben und dieser auf das Ventil wirkt, und wobei einer der beiden Kolben zum Teil hohl ausgebildet und mit seitlichen Austrittsöffnungen versehen ist, die mit einer Steuerkante zusammenwirken und somit eine unterbrechbare Verbindung zwischen Arbeitsraum und Hydrauliksystem herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum durch einen Trennstößel (8), welcher über ein Kraftspeicherelement (7) im hohl ausgeführten Kolben (4) beweglich gelagert ist, unter­ teilt ist.1. Apparatus for influencing the valve stroke of a cam on a reciprocating piston internal combustion engine, the cam on a drive piston, which has a working chamber connected to a hydraulic system and whose volume can be changed in volume, and which acts on the valve, and one of the two pistons being partially hollow and provided with lateral outlet openings which cooperate with a control edge and thus establish an interruptible connection between the work space and the hydraulic system, characterized in that the work space is separated by a separating plunger ( 8 ) which is connected to an energy storage element ( 7 ) is movably mounted in the hollow piston ( 4 ), is divided under. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterbrechung der Verbin­ dung zwischen dem Arbeitsraum (9) und dem Hydrauliksystem (15) die in einer Ebene angeordneten Austrittsöffnungen (6) durch eine mit einer geraden Steuerkante versehenen Steuer­ hülse (10) verschließbar sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that to interrupt the connec tion between the working space ( 9 ) and the hydraulic system ( 15 ) the outlet openings arranged in one plane ( 6 ) by a control sleeve provided with a straight control edge ( 10 ) can be closed are. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Trennstößel (8) und dem zum Teil hohl ausgeführten Kolben (4) begrenzte Arbeitsraum (9) mit einem Druckspeicher (18) sowie über ein Drosselelement und ein Rückschlagventil (16) mit dem Schmier­ ölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that of the separating plunger ( 8 ) and the partially hollow piston ( 4 ) limited working space ( 9 ) with a pressure accumulator ( 18 ) and a throttle element and a check valve ( 16 ) is connected to the lubricating oil circuit of the internal combustion engine. 4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Trennstößel (8) und dem Kolben ohne Austrittsbohrung (13) begrenzte Hydraulik­ raum (14) über ein Rückschlagventil (17) mit dem Druckspei­ cher (18) verbunden ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that of the separating plunger ( 8 ) and the piston without outlet bore ( 13 ) limited hydraulic space ( 14 ) via a check valve ( 17 ) with the Druckspei cher ( 18 ) is connected. 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Organe der Vorrichtung aus porösem Sintermaterial gefertigt sind.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more organs of the Device are made of porous sintered material.
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