DE19511880A1

DE19511880A1 - Operating device for gas substitution valves on reciprocating engines

Info

Publication number: DE19511880A1
Application number: DE19511880A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Hannibal
Original assignee: Audi AG
Current assignee: HANNIBAL, WILHELM, PROF. DR., 58675 HEMER, DE
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1995-10-12

Abstract

The device is designed for an internal combustion engine, which has several induction and exhaust valves arranged in each cylinder head. The valves (12) are operated by a single electromagnetic control unit (38), through a pivotally mounted valve operating element (42) which has a stroke transmission ratio greater than one. All the induction and/or exhaust valves in each cylinder may be operated by an element, which may take the form of a trailing arm. The arm may work in combination with at least one hydraulic valve-clearance balancing element (54), and may also have spherical mountings.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechsel-Ventilen einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The invention relates to a device for actuating gas exchange valves a reciprocating internal combustion engine, according to the preamble of the patent saying 1.

Eine derartige Vorrichtung zeigt der japanische Patentabstract 3-185207 A, wo bei zwei Einlaßventile über eine kombinierte elekromagnetische Stelleinheit mit zwei beweglichen Stellankern unmittelbar betätigt werden.Such a device is shown in Japanese Patent Abstract 3-185207 A, where with two inlet valves using a combined electromagnetic actuating unit two movable adjusting anchors can be operated directly.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Mehrventilmotoren geeignete Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die bei verringertem baulichen Aufwand ausreichend große Ventilhübe ermöglicht.The object of the invention is a device suitable for multi-valve engines of the generic type to create that with reduced structural effort allows sufficiently large valve lifts.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspru ches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.This object is achieved with the features of claim ches 1 solved. Advantageous developments of the invention are the others Removable claims.

Es wird also vorgeschlagen, die Ventile - z. B. zwei oder drei Einlaßventile - unter Zwischenschaltung zumindest eines schwenkbar gelagerten Ventilbetäti gungselementes mit einem Hubübersetzungsverhältnis i < 1 mittels einer einzi gen, einfachen Stelleinheit zu betätigen.It is therefore proposed that the valves - e.g. B. two or three intake valves - with the interposition of at least one pivoted valve actuator supply element with a stroke ratio i <1 by means of a single simple actuating unit.

Es hat sich gezeigt, daß unter Berücksichtigung des knappen Einbauraumes insbesondere bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer einfachen Stelleinheit mit nur einem Stellanker großen Volumens höhere Leistungen steuerbar sind als mit zwei oder drei entsprechend kleineren Stelleinheiten. Ferner kann durch die Hebelübersetzung ein ausreichender Ventilhub bei hin sichtlich der Einbauhöhe noch günstigen Stelleinheiten verwirklicht werden. Zu dem ist die Summe der bewegten Massen deutlich kleiner als bei einer Kon stuktion, bei der je Ventil eine Stelleinheit verwendet ist; dies ist auch dadurch begründet, daß die Stelleinheitsmasse nicht direkt auf die Gaswechselventile wirkt, sondern zum Schwenkpunkt des Ventilbetätigungselementes hin orientiert ist. Schließlich können bei der vorgeschlagenen Lösung die Federkräfte der einzelnen am System schwingenden Federn auslegungsmäßig verteilt werden, so daß die Stelleinheit sehr kompakt ausgelegt werden kann.It has been shown that taking into account the tight installation space especially in internal combustion engines in motor vehicles with a simple Actuating unit with only one large-volume positioning anchor, higher performance are controllable than with two or three correspondingly smaller actuators. Furthermore, a sufficient valve lift at back can be achieved through the lever transmission In view of the installation height, it is still possible to implement inexpensive actuators. To the sum of the moving masses is significantly smaller than that of a con stuction in which an actuator is used for each valve; this is also because of it justifies that the actuator mass is not directly on the gas exchange valves acts, but oriented towards the pivot point of the valve actuating element is. Finally, the spring forces of the proposed solution individual springs vibrating on the system are distributed according to the design, so that the actuator can be designed very compact.

Bevorzugt wird in Weiterbildung der Erfindung ein einziges, einstückiges Ven tilbetätigungselement je zu betätigender Ventilgruppe vorgeschlagen, wobei dieses Ventilbetätigungselement ein Schlepphebel sein kann, der zudem mit hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen als Lagerböcke zusammenwirkt. Dies ergibt eine baulich einfache und funktionell zuverlässige Konstruktion, bei der die Ausgleichselemente vorteilhaft eine ruhende Masse bilden.In a further development of the invention, a single, one-piece Ven is preferred Til actuating element proposed for each valve group to be actuated, wherein this valve actuating element can be a rocker arm, which also with hydraulic valve lash compensation elements cooperates as bearing blocks. This results in a structurally simple and functionally reliable construction, at which the compensating elements advantageously form a static mass.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind nur die Einlaßventile elek tromagnetisch und damit absolut variabel betätigbar, während die Auslaßventile mechanisch über eine herkömmliche Nockensteuerung gesteuert sind und damit starr oder mittels eines herkömmlichen Phasenwandlers begrenzt varia bel steuerbar sind. Dabei ist berücksichtigt daß für die Steuerung der Auslaß ventile höhere Leistungen erforderlich sind (öffnen der Ventile gegen noch vor handenem Innendruck im Zylinder) und daß über die Verstellung der Einlaß ventile ein weit höherer Einfluß auf das Drehmoment und die Leistung der Brennkraftmaschine sowie auf deren günstiges Abgasverhalten erzielbar sind.According to a further proposal of the invention, only the inlet valves are electric tromagnetically and thus absolutely variably actuable, while the exhaust valves are mechanically controlled via a conventional cam control and thus rigid or limited by means of a conventional phase converter varia are controllable. It is taken into account that for the control the outlet valves higher performance are required (open the valves against even before existing internal pressure in the cylinder) and that about the adjustment of the inlet valves have a much greater impact on the torque and performance of the Internal combustion engine and their favorable exhaust gas behavior can be achieved.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelhei ten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is in the following with further details ten explained in more detail. The drawing shows in

Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2 durch einen Zylinder kopf einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Auslaß- und zwei Einlaßventilen; Figure 1 is a cross section along the line II of Figure 2 by a cylinder head of a multi-cylinder reciprocating internal combustion engine with two exhaust and two intake valves.

Fig. 2 eine Ansicht X des Zylinderkopfes nach Fig. 1 bei entfernter Zylinder kopf; und Fig. 2 is a view X of the cylinder head of Figure 1 with the cylinder head removed. and

Fig. 3 einen weiteren Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2 durch die elek tromagnetische Stelleinheit für die Auslaßventile. Fig. 3 shows a further section along the line III-III of Fig. 2 by the elec tromagnetic actuator for the exhaust valves.

Der in den Figuren dargestellte Zylinderkopf 10 einer wassergekühlten mehrzy lindrigen Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei Einlaß ventile 12 und zwei Auslaßventile 14 als Gaswechselventile auf, die korre spondierende Einlaßkanäle 16 bzw. Auslaßkanäle 18 steuern.The cylinder head 10 shown in the figures of a water-cooled multi-cylinder four-stroke reciprocating piston internal combustion engine has two inlet valves 12 and two outlet valves 14 as gas exchange valves per cylinder, which control the corresponding inlet ducts 16 and 18 respectively.

Die in Ventilführungen 20 geführten Auslaßventile 14 werden über eine drehbar in Nockenwellenlagern 26 aufgenommene Nockenwelle 22 mit Nocken 24 betä tigt, wobei die Nocken 24 an ebenfalls verschiebbar gelagerten Tassenstößeln 28 anlaufen und die Auslaßventile 14 gegen die Kraft von Ventilfedern 30 öff nen. Die so beschriebene, mechanische Ventilsteuerung der Auslaßventile 14 ist mit ihren gleitenden Teilen an das Schmiersystem der Brennkraftmaschine (z. B. Kanal 32) angeschlossen und mittels eines Ventildeckels 34 nach außen abgedichtet.The guided in valve guides 20 exhaust valves 14 are actuated via a camshaft 22 rotatably received in camshaft bearings 26 with cams 24 , the cams 24 starting on likewise displaceably mounted tappets 28 and the outlet valves 14 against the force of valve springs 30 opening. The mechanical valve control of the exhaust valves 14 described in this way is connected with its sliding parts to the lubrication system of the internal combustion engine (z. B. channel 32 ) and sealed to the outside by means of a valve cover 34 .

Die ebenfalls in Führungen 20 verschiebbar geführten Einlaßventile 12 werden durch eine erste Ventilfeder 36 in Schließstellung gehalten und mittels einer noch zu beschreibenden elektromagnetischen Stelleinheit 38 betätigt, wobei der Stößel 40 der elektromagnetischen Stelleinheit 38 auf einen einstückigen Schlepphebel 42 als Ventilbetätigungselement wirkt.The inlet valves 12, which are also displaceably guided in guides 20, are held in the closed position by a first valve spring 36 and actuated by means of an electromagnetic actuating unit 38 to be described, the plunger 40 of the electromagnetic actuating unit 38 acting on an integral rocker arm 42 as a valve actuating element.

Der Schlepphebel 42 besteht aus zwei Hebelarmen 44, 46 (vgl. Fig. 2), die durch zwei angeformte Brückenglieder 48, 50 miteinander verbunden sind. Da bei sind in dem einen Brückenglied 48 zwei sphärische Lagerflächen 52 einge arbeitet, mittels denen der Schlepphebel 42 auf zwei hydraulischen Ventilspiel- Ausgleichselementen 54 mit sich automatisch in der Höhe einstellenden Kugel köpfen 56 schwenkbar gelagert ist.The rocker arm 42 consists of two lever arms 44, 46 (see FIG. 2), which are connected to one another by two integrally formed bridge members 48, 50 . Since two spherical bearing surfaces 52 are working in the one bridge member 48 , by means of which the rocker arm 42 is pivotally mounted on two hydraulic valve lash compensating elements 54 with heads automatically adjusting in height 56 .

Der Stößel 40 der Stelleinheit 38 greift symetrisch zwischen den beiden Hebel armen 44, 46 an einer konvex gekrümmten Anlauffläche 58 (vgl. Fig. 3) des an deren Brückengliedes 50 an. Die Berührungslinie 60 (vgl. wieder Fig. 1) liegt dabei zwischen der Schwenkachse 62 und den Angriffspunkten 64 der Hebel arme 44, 46 an den Ventilschäften der Einlaßventile 12, woraus sich ein Über setzungsverhältnis i < 1 von Stößelhub zu Ventilhub ergibt bzw. der Ventilhub größer als der Stößelhub ist.The plunger 40 of the actuating unit 38 engages symmetrically between the two lever arms 44 , 46 on a convexly curved contact surface 58 (cf. FIG. 3) on the bridge member 50 thereof. The line of contact 60 (cf. again Fig. 1) lies between the pivot axis 62 and the points of engagement 64 of the lever arms 44 , 46 on the valve stems of the inlet valves 12 , which results in a transmission ratio i <1 of tappet stroke to valve stroke or Valve stroke is greater than the tappet stroke.

Die hydraulischen Ausgleichselemente 54 sind wie die Führungsbüchsen 66 für den Stößel 40 (vgl. Fig. 3) an das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen (z. B. Kanäle 78, 80). Hingegen ist das Gehäuse 68 der elektro magnetischen Stelleinheit 38 dicht auf dem die Ventilbetätigung enthaltenden Zylinderkopfabschnitt mittels Schrauben 70 befestigt und beinhaltet den mit dem Stößel 40 verbundenen Stellanker 72, der zwischen zwei elektrischen Wicklungen mit Magnetkernen 74, 76 zur Öffnungssteuerung der Einlaßventile 14 angeordnet ist, wobei zwei Schwingfedern 82, 84 in Verbindung mit den Ventilfedern 36 der Einlaßventile 12 das entsprechend auszulegende Federsy stem bilden.The hydraulic compensating elements 54 , like the guide bushes 66 for the tappet 40 (cf. FIG. 3), are connected to the lubricating oil system of the internal combustion engine (for example channels 78 , 80 ). In contrast, the housing 68 of the electromagnetic actuating unit 38 is fastened tightly on the cylinder head section containing the valve actuation by means of screws 70 and contains the actuating armature 72 connected to the tappet 40 , which is arranged between two electrical windings with magnetic cores 74 , 76 for opening control of the intake valves 14 , whereby two oscillating springs 82, 84 in conjunction with the valve springs 36 of the inlet valves 12 form the spring system to be designed accordingly.

Zur Kühlung der elektromagnetischen Stelleinheiten 38 ist eine ein Kühlmedium zuführende Leitung 86 vorgesehen, die in Verbindung mit einer am Gehäuse 68 der Stelleinheit 38 vorgesehenen Ringkammer 88 und einer Rückführleitung 92 eine termische Überbelastung der Stelleinheiten 38 ausschließt. Ferner sind nicht dargestellte elektrische Leitungen vorgesehen, die zur Steuerung und zur Stromversorgung der Stelleinheiten 38 dienen. Die beschriebenen Leitungen und die Stelleinheiten 38 sind zur Vermeidung von Beschädigungen und zur Verminderung von Geräuschabstrahlungen innerhalb einer gemeinsamen Zy linderkopfhaube 90 angeordnet.To cool the electromagnetic actuating units 38 , a line 86 supplying a cooling medium is provided, which in connection with an annular chamber 88 provided on the housing 68 of the actuating unit 38 and a return line 92 precludes thermal overloading of the actuating units 38 . Furthermore, electrical lines (not shown) are provided, which are used to control and to power the actuating units 38 . The lines described and the actuating units 38 are arranged to avoid damage and to reduce noise emissions within a common cylinder head cover 90 .

Claims

1. Device for actuating gas exchange valves of a reciprocating internal combustion engine, with several cylinders arranged in a cylinder head, intake and / or exhaust valves which are actuated by an electromagnetic control unit, characterized in that the valves ( 12 ) are interposed at least one pivotally mounted valve actuating element ( 42 ) with a stroke transmission ratio i <1 are actuated by means of a single actuating unit ( 38 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that a one-piece valve actuating element ( 42 ) acts on all intake or exhaust valves per cylinder of the internal combustion engine.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the valve actuating element ( 42 ) cooperates with at least one hydraulic valve compensation element ( 54 ).

4. Device according to claims 1-3, characterized in that the valve actuating element is a rocker arm ( 42 ) which is spherically mounted on two in der Zylin derkopf ( 10 ) arranged valve clearance compensation elements ( 54 ).

5. The device according to one or more of claims 1-4, characterized in that the electromagnetic actuating unit ( 38 ) is arranged substantially symmetrically above the valves ( 12 ) and within a common cylinder head cover ( 90 ).

6. The device according to one or more of claims 1-5, characterized in that a in the housing ( 68 ) of the actuating unit ( 38 ) linearly guided plunger ( 40 ) which cooperates with the actuating armature ( 72 ) of the actuating unit ( 38 ) , applied to a curved contact surface ( 58 ) of the valve actuating element ( 42 ).

7. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inlet valves ( 12 ) are actuated electromagnetically and the outlet valves ( 14 ) mechanically via a conventional cam control ( 22 , 24 ).