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EP1096115B1 - Mechanische Regelung der Hubverstellung des Einlassventils eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Mechanische Regelung der Hubverstellung des Einlassventils eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Publication number
EP1096115B1
EP1096115B1 EP99122662A EP99122662A EP1096115B1 EP 1096115 B1 EP1096115 B1 EP 1096115B1 EP 99122662 A EP99122662 A EP 99122662A EP 99122662 A EP99122662 A EP 99122662A EP 1096115 B1 EP1096115 B1 EP 1096115B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
lifting lever
interacts
combustion engine
per
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99122662A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1096115A1 (de
Inventor
Bernhard Morrn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STS System Tech Services GmbH
Original Assignee
STS System Tech Services GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STS System Tech Services GmbH filed Critical STS System Tech Services GmbH
Priority to EP99122662A priority Critical patent/EP1096115B1/de
Publication of EP1096115A1 publication Critical patent/EP1096115A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1096115B1 publication Critical patent/EP1096115B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0021—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio
    • F01L13/0026—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio by means of an eccentric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the present invention relates to a mechanically controllable valve lift adjustment (see EP-A-780 547).
  • the present invention further relates to an internal combustion engine with a mechanical adjustable valve stroke adjustment and a method for regulating the valve strokes in internal combustion engines.
  • a vacuum occurs when the load changes from full to partial load in the cylinders due to the more fuel than needed in the cylinders is sucked. This increases the fuel consumption of the internal combustion engine, and unburned fuel may leak into the environment.
  • the object is therefore to provide a device with which the fuel consumption of an internal combustion engine can be reduced.
  • This task is accomplished by providing a mechanically controllable valve lift adjustment according to claim 1 and claim 2 and solved by a method according to claim 10.
  • valve lift adjustment according to the invention additionally a roller rocker arm, which on the one hand matches the working curve of the Lever cooperates and is driven by this and on the other hand with the valve cooperates and moves it.
  • the valve lift adjustment has a means with which the lift lever is rotatable and slidably mounted in a backdrop. This is preferably Means a role.
  • the backdrop takes up the means and thus represents its leadership, within which the means and with it the lifting lever moves under pressure and / or tension.
  • the backdrop can have any shape that is chosen by the person skilled in the art that the lifting lever preferably along a certain straight line and / or curve is movable.
  • the backdrop preferably has a substantially rectangular shape, whereby the short sides of the rectangle are preferably designed in the form of a semicircle are. This shape of the backdrop is particularly suitable for holding roles.
  • This backdrop can be horizontal or vertical or at any angle Be arranged horizontally or vertically.
  • the backdrop is also preferably in the form of a circular arc, the shape of which preferably by the geometry of the roller finger follower, in particular by the Role of the roller finger follower is defined.
  • the backdrop is it e.g. possible to implement a so-called 0-stroke, in which the respective Valve remains completely closed.
  • the shape of the backdrop is that of the respective one Valve is assigned, preferably different, whereby different Have the stroke characteristics realized per valve.
  • the valve lift adjustment according to the invention has two means that interact with the lifting lever and this in the Move the backdrop or move it to a specific location in the backdrop for a fix certain time.
  • One means is preferably an eccentric shaft, the other A means is preferably a return spring, the return spring being the lifting lever presses against the eccentric shaft and against the camshaft.
  • the eccentric shaft is preferably driven by an electric motor, a stepper motor and / or driven by a worm or gear transmission.
  • the central axis of the means that is associated with the Camshaft interacts on a horizontal plane with the central axis of the Camshaft.
  • the means that cooperate with the camshaft is a roller.
  • valve control according to the invention is suitable for valves of any kind.
  • the valves are valves of internal combustion engines, particularly preferred Intake valves for internal combustion engines.
  • Another object of the present invention therefore relates to an internal combustion engine, which has at least one valve control according to the invention.
  • At least 4, particularly preferably 6, 8 or 12, are preferably according to the invention Valve controls are available in the internal combustion engine.
  • the lifting levers are preferably rotatable mounted on a shaft, the ends of which are guided in scenes that are in the cylinder head are located.
  • the cylinder head has a special bearing cap on.
  • Another object of the present invention is a method for control of the stroke of an intake valve of an internal combustion engine using the Valve control according to the invention, in which the lifting lever corresponding to the Performance requirement for the internal combustion engine is shifted in the backdrop.
  • the lifting lever is moved in this way and for a certain time Position held that the valve or the roller rocker arm with part of the Working curve of the lifting lever is in contact, which reduces the stroke of the valve causes.
  • the lifting lever At full load, the lifting lever is moved in this way and for a certain time Position held that the valve or the roller rocker arm with part of the Working curve of the lifting lever is in contact with the maximum stroke of the valve causes.
  • the present invention has the advantage that the valve lift depending on the performance requirement can be increased or decreased.
  • Valve stroke adjustment reduces the gas exchange work in Otto engines and it This results in fuel savings of up to 10% compared to valve control according to the state of the art.
  • the mechanical control is much easier and thus cheaper to produce than z.
  • the valve control according to the invention is very robust and not maintenance-prone.
  • a lifting lever 1 is slidably mounted with the roller 2 in a link 3 (only partially shown).
  • the roller can also be a shaft on which each lifting lever is rotatably mounted.
  • the lifting lever is moved by the eccentric shaft 5 and the return spring 5 in the backdrop.
  • the direction in which the lifting lever is moved in the link is shown by line 14.
  • the person skilled in the art understands that the lifting lever 1 can also be held in a specific position within the backdrop by the two means 5.
  • the eccentric shaft is driven by a stepper motor (not shown).
  • the lifting lever 1 has a further roller 9, which is connected to the camshaft 6 cooperates, and which drives the lifting lever 1.
  • the lifting lever 1 has a working curve 4, which approximately has the shape of a parabola. This working curve is in contact with the roller 15, the is attached to the roller rocker arm 7. The roller rocker arm 7 in turn moves the valve 8.
  • the central axis 13 of the roller 9 is below the Central axis 10 of the camshaft 6, or the central axis 13 of the roller 9 is as shown in dashed lines, in the same horizontal plane as the central axis 10 of the Camshaft 6 arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanisch regelbare Ventilhubverstellung (siehe EP-A-780 547). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor mit einer mechanisch regelbaren Ventilhubverstellung und ein Verfahren zum Regeln der Ventilhübe in Verbrennungsmotoren.
Bei Verbrennungsmotoren tritt bei einem Lastwechsel von Voll- auf Teillast ein Unterdruck in den Zylindern auf, durch den mehr Kraftstoff als benötigt in die Zylinder gesaugt wird. Dadurch erhöht sich der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors, und es gelangt gegebenenfalls unverbrannter Kraftstoff in die Umwelt.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der der Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung einer mechanisch regelbaren Ventilhubverstellung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
In der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 weist die erfindungsgemäße Ventilhubverstellung zusätzlich einen Rollenschlepphebel auf, der einerseits mit der Arbeitskurve des Hubhebels zusammenwirkt und von diesem angetrieben wird und andererseits mit dem Ventil zusammenwirkt und dieses bewegt.
Erfindungsgemäß weist die Ventilhubverstellung ein Mittel auf, mit dem der Hubhebel drehbar und in einer Kulisse verschieblich gelagert ist. Vorzugsweise ist dieses Mittel eine Rolle.
Die Kulisse nimmt das Mittel auf und stellt somit dessen Führung dar, innerhalb derer sich das Mittel und mit ihm der Hubhebel unter Druck und/oder Zug verschiebt. Die Kulisse kann eine beliebige Form aufweisen, die vom Fachmann so gewählt wird, daß der Hubhebel vorzugsweise entlang einer bestimmten Geraden und/oder Kurve verschiebbar ist.
Vorzugsweise hat die Kulisse jedoch eine im wesentlichen rechteckige Form, wobei die kurzen Seiten des Rechtecks vorzugsweise in Form eines Halbkreises gestaltet sind. Diese Form der Kulisse eignet sich insbesondere zur Aufnahme von Rollen. Diese Kulisse kann horizontal oder vertikal oder in einem beliebigen Winkel zur Horizontalen bzw. Vertikalen angeordnet sein.
Ebenfalls bevorzugt hat die Kulisse die Form eines Kreisbogens, dessen Form vorzugsweise durch die Geometrie des Rollenschlepphebels, insbesondere durch die Rolle des Rollenschlepphebels definiert ist. Durch diese Gestaltung der Kulisse ist es z.B. möglich, einen sogenannten 0-Hub zu realisieren, bei dem das jeweilige Ventil völlig geschlossen bleibt.
Bei zwei Einlaßventilen pro Zylinder ist die Form der Kulisse, die dem jeweiligen Ventil zugeordnet ist, vorzugsweise unterschiedlich, wodurch sich unterschiedliche Hubcharakteristika pro Ventil realisieren lassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Ventilhubverstellung zwei Mittel auf, die mit dem Hubhebel zusammenwirken und diesen in der Kulisse verschieben bzw. diesen an einer bestimmten Stelle in der Kulisse für eine gewisse Zeit fixieren. Ein Mittel ist vorzugsweise eine Exzenterwelle, das andere Mittel ist vorzugsweise eine Rückstellfeder, wobei die Rückstellfeder den Hubhebel gegen die Exzenterwelle und gegen die Nockenwelle drückt. Bei mehreren Exzenterwellen kann deren Form jeweils unterschiedlich sein, um unterschiedliche Hubcharakteristika pro Ventil zu erreichen.
Der Fachmann versteht, daß die Verschiebung des Hubhebels in der Kulisse auch z.B. mit zwei Rückstellfedern oder mit zwei Exzenterwellen oder jedem beliebigen Mittelpaar erzielt werden kann, mit dem gegenläufige Kräfte auf den Hubhelhebel ausgeübt werden können, die den Hubhebel fixieren bzw. innerhalb der Kulisse verschieben.
Vorzugsweise wird die Exzenterwelle durch einen Elektromotor, einen Schrittmotor und/oder durch ein Schnecken- oder Zahnradgetriebe angetrieben. In einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich die Mittelachse des Mittels, das mit der Nockenwelle zusammenwirkt, auf einer horizontalen Ebene mit der Mittelachse der Nockenwelle.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform befindet sich die Mittelachse des Mittels, das mit der Nockenwelle zusammenwirkt, unterhalb der Mittelachse der Nockenwelle.
Vorzugsweise ist das Mittel, das mit der Nockenwelle zusammenwirkt, eine Rolle.
Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung eignet sich für Ventile beliebiger Art. Vorzugsweise sind die Ventile jedoch Ventile von Verbrennungsmotoren, besonders bevorzugt Einlaßventile von Verbrennungsmotoren.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft deshalb einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine erfindungsgemäße Ventilsteuerung aufweist.
Vorzugsweise sind mindestens 4, besonders bevorzugt 6, 8 oder 12 erfindungsgemäße Ventilsteuerungen in dem Verbrennungsmotor vorhanden.
In einem solchen Verbrennungsmotor sind die Hubhebel vorzugsweise drehbar auf einer Welle gelagert, deren Enden in Kulissen geführt wird, die sich in dem Zylinderkopf befinden. In diesem Fall weist der Zylinderkopf einen speziellen Lagerdeckel auf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung des Hubes eines Einlaßventiles eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung, bei dem der Hubhebel entsprechend der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor in der Kulisse verschoben wird.
Bei Teillast wird der Hubhebel so verschoben und für eine gewisse Zeit in dieser Stellung gehalten, daß das Ventil oder der Rollenschlepphebel mit einem Teil der Arbeitskurve des Hubhebels in Kontakt steht, der einen reduzierten Hub des Ventils bewirkt.
Bei Vollast wird der Hubhebel so verschoben und für eine gewisse Zeit in dieser Stellung gehalten, daß das Ventil oder der Rollenschlepphebel mit einem Teil der Arbeitskurve des Hubhebels in Kontakt steht, der den maximalen Hub des Ventils bewirkt.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß der Ventilhub je nach Leistungsanforderung vergrößert oder verringert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ventilhubverstellung wird die Ladungswechselarbeit in Otto-Motoren reduziert und es ergeben sich Kraftstoffeinsparungen bis zu 10% im Vergleich zur Ventilsteuerung gemäß dem Stand der Technik. Die mechanische Steuerung ist wesentlich einfacher und damit kostengünstiger herzustellen als z. B. elektronische Steuerungen des Ventilhubes. Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung ist sehr robust und nicht wartungsanfällig.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Ventilsteuerung dargestellt. Ein Hubhebel 1 ist mit der Rolle 2 in einer Kulisse 3 (nur teilweise dargestellt) verschieblich gelagert. Der Fachmann erkennt, daß die Rolle auch eine Welle sein kann, auf der jeder Hubhebel drehbar gelagert ist. Der Hubhebel wird durch die Exzenterwelle 5 und die Rückstellfeder 5 in der Kulisse verschoben. Die Richtung, in der der Hubhebel in der Kulisse verschoben wird, ist durch die Linie 14 dargestellt. Der Fachmann versteht, daß der Hubhebel 1 durch die beiden Mittel 5 auch in einer bestimmten Position innerhalb der Kulisse gehalten werden kann. Die Exzenterwelle wird durch einen Schrittmotor (nicht dargestellt) angetrieben.
Desweiteren verfügt der Hubhebel 1 über eine weitere Rolle 9, die mit der Nockenwelle 6 zusammenwirkt, und die den Hubhebel 1 antreibt.
Im unteren Teil weist der Hubhebel 1 eine Arbeitskurve 4 auf, die näherungsweise die Form einer Parabel hat. Diese Arbeitskurve steht in Kontakt mit der Rolle 15, die an dem Rollenschlepphebel 7 angebracht ist. Der Rollenschlepphebel 7 wiederum bewegt das Ventil 8.
Je nach Platzverhältnissen befindet sich die Mittelachse 13 der Rolle 9 unterhalb der Mittelachse 10 der Nockenwelle 6, oder die Mittelachse 13 der Rolle 9 ist, wie gestrichelt dargestellt, in derselben horizontalen Ebene wie die Mittelachse 10 der Nockenwelle 6 angeordnet.
Wird z. B. ein Verbrennungsmotor in Teillast betrieben, wird der Hubhebel 1 in der Kulisse 3 so verschoben, daß der Rollenschlepphebel 7 mit dem linken Teil 11 der Arbeitskurve 4 zusammenwirkt, so daß der Hub des Ventils 8 reduziert ist. Bei Volllast hingegen wird der Hubhebel 1 in der Kulisse 3 so verschoben, daß der rechte Teil 12 der Arbeitskurve 4 mit dem Rollenschlepphebel 7 in Kontakt steht, so daß der Hub des Ventils 8 maximal ist.

Claims (12)

  1. Mechanisch regelbare Ventilhubverstelluhg mit:
    Einem Hubhebel (1), der
    ein erstes Mittel (2), mit dem der Hubhebel (1) drehbar und in einer Kulisse (3) verschieblich gelagert ist,
    ein zweites Mittel (9), das mit einer Nockenwelle (6), die den Hubhebel (1) antreibt, zusammenwirkt und
    eine Arbeitskurve (4)
    aufweist,
    Mindestens einem dritten Mittel (5), das mit dem Hubhebel (1) zusammenwirkt und diesen in der Kulisse verschiebt,
    Einer Nockenwelle (6), die mit dem zweiten Mittel (9) des Hubhebels (1) zusammenwirkt und diesen antreibt,
    Einem Ventil (8), das mit der Arbeitskurve (4) des Hubhebels (1) zusammenwirkt und von diesem bewegt wird.
  2. Mechanisch regelbare Ventilhubverstellung mit:
    Einem Hubhebel (1), der
    ein erstes Mittel (2), mit dem der Hubhebel (1) drehbar und in einer Kulisse (3) verschieblich gelagert ist,
    ein zweites Mittel (9), das mit einer Nockenwelle (6), die den Hubhebel (1) antreibt, zusammenwirkt und
    eine Arbeitskurve (4)
    aufweist,
    Mindestens einem dritten Mittel (5), das mit dem Hubhebel (1) zusammenwirkt und diesen in der Kulisse verschiebt,
    Einer Nockenwelle (6), die mit dem zweiten Mittel (9) des Hubhebels (1) zusammenwirkt und diesen rein rotatorisch antreibt,
    Einem Rollenschlepphebel (7), der mit der Arbeitskurve (4) des Hubhebels (1) zusammenwirkt und von diesem angetrieben wird,
    Einem Ventil (8), das mit dem Rollenschlepphebel zusammenwirkt und von diesem bewegt wird.
  3. Ventilhubverstellung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei dritte Mittel (5) aufweist, wobei ein Mittel eine Exzenterwelle und das andere Mittel vorzugsweise eine Rückstellfeder ist.
  4. Ventilhubverstellung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterwelle durch einen E-Motor, Schrittmotor oder ein Schnecken- oder Zahnradgetriebe verschoben wird.
  5. Ventilhubverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (13) des zweiten Mittels (9) auf derselben horizontalen Ebene angeordnet ist wie die Mittelachse (10) der Nockenwelle (6).
  6. Ventilhubverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (13) des zweiten Mittels (9) unterhalb der Mittelachse (10) der Nockenwelle (6) angeordnet ist.
  7. Ventilhubverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel (2) und/oder das zweite Mittel (9) eine Rolle ist.
  8. Ventilhubverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Einlaßventil eines Verbrennungsmotors ist.
  9. Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 4, vorzugsweise 6, 8 oder 12 Ventilhubverstellungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  10. Verfahren zur Steuerung des Hubes eines Einlaßventiles eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Ventilhubverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubhebel (1) entsprechend der Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor in der Kulisse (3) verschoben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast des Verbrennungsmotors der Hubhebel (1) so verschoben wird, daß der erste Teil (11) der Arbeitskurve (4) mit dem Ventil zusammenwirkt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vollast des Verbrennungsmotors der Hubhebel (1) so verschoben wird, daß der zweite Teil (12) der Arbeitskurve (4) mit dem Ventil oder dem Rollenschlepphebel (7) zusammenwirkt.
EP99122662A 1999-10-29 1999-11-15 Mechanische Regelung der Hubverstellung des Einlassventils eines Verbrennungsmotors Expired - Lifetime EP1096115B1 (de)

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EP99121609 1999-10-29
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EP1096115A1 EP1096115A1 (de) 2001-05-02
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ID=26153159

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