DE2013611B2

DE2013611B2 - Valve cam for IC engine - gives acceleration curve with S:shaped fluctuation to improve valve dynamics

Info

Publication number: DE2013611B2
Application number: DE19702013611
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl.-Ing. 7053 Rommeishausen; Fein Lothar Dipl.-Ing. 7012 Fellbach ArIt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1970-03-21
Filing date: 1970-03-21
Publication date: 1977-06-23
Also published as: DE2013611A1

Abstract

The valve cam for i.c. engines has a form which produces an acceleration curve for the valve with S-shaped perturbations deviating from the characteristic of the particular section (11) of the movement. The curve does not have any discontinuities either at the perturbation or elsewhere. Two or more such perturbations may be introduced. One or more perturbations may also be introduced into the deceleration phase of the cam. The perturbations superimpose a secondary feature on the basic vibration characteristic of the push rod. This results in improved dynamic behaviour of the valve and makes possible higher engine speeds.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenform für einen ruckfreien Nocken bei einem Ventiltrieb zur Steuerung von Brennkraftmaschinen, bei der mindestens noch die zweite Ableitung nach der Zeit der Hubkurve stetig ist.The invention relates to a cam shape for a jerk-free cam in a valve drive for control of internal combustion engines, in which at least the second derivative according to the time of the lift curve is continuous.

Nockenformen dieser Art sind bekannt (»ATZ«, 1954, Seiten 293 bis 299). Durch H. O. Derndinger, Dissertation: »Untersuchungen über das dynamische Verhalten der Ventile an Verbrennungsmotoren«, 1959 TH Karlsruhe, Seiten 76 und 77, ist es bekannt, daß die maximale Drehzahl des Ventiltriebes erhöht werden kann, wenn man den Beschleunigungsbereich des Nockens verbreitert.Cam shapes of this type are known ("ATZ", 1954, pages 293 to 299). By H. O. Derndinger, Dissertation: "Investigations into the dynamic behavior of the valves on internal combustion engines", 1959 TH Karlsruhe, pages 76 and 77, it is known that the maximum speed of the valve train can be increased can if the acceleration range of the cam is broadened.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen ruckfreien Nocken hoher Drehzahlfestigkeit zu schaffen, der einen engen Beschleunigungsbereich aufweist. Die Verkürzung des Beschleunigungsbereiches kann zur Erzielung einer bestimmten Drehmomentcharakteristik erwünscht sein. Das schnelle öffnen der Ein- und Auslaßventile ist insbesondere für einen hohen Füllungsgrad günstig. Beides erfordert einen steilen Verlauf der Hubkurve, so daß sich hohe Massenkräfte ergeben, die Ventilhüpfen verursachen und keine hohen Drehzahlen zulassen.The object on which the invention is based is to provide a jerk-free cam with high speed stability to create that has a narrow acceleration range. The shortening of the acceleration range may be desirable to achieve a specific torque characteristic. The fast one opening the inlet and outlet valves is particularly beneficial for a high degree of filling. Requires both a steep course of the lift curve, so that there are high inertia forces that cause valve bounce and do not allow high speeds.

Zur Erzielung eines ruckfreien Nockens, der einen engen Beschleunigungsbereich und hohe Drehzahlfestigkeit aufweist, wird gemäß der Erfindung eine Nockenform vorgeschlagen, bei der die zweite Ableitung der Hubkuirve wenigstens eines Nockenabschnittes eine oder mehrere 8-förmige oder im wesentlichen abgerundete, im Kurvenzug liegende Störstufen aufweist, die von dem charakteristischen Gesetz ihres Nockenabschnittes abweichen.To achieve a jerk-free cam with a narrow acceleration range and high speed stability has, according to the invention, a cam shape is proposed in which the second derivative the Hubkuirve at least one cam section one or more 8-shaped or substantially has rounded disturbance steps lying in the curve, which depend on the characteristic law of their Deviate cam section.

Durch die Störstufen wird der durch den Nocken an sich erzeugten Grundschwingung des Stößels eine Störschwingung überlagert. Durch versuchsmäßige Auslegung und Anordnung der Störstufen in den einzelnen Nockenabschnitten kann das dynamische Schwingungsverhalten des Stößels so beeinflußt werden, daß die Stößelkräfte erst bei einer höheren Grenzdrehzahl gegen 0 gehen als bei einer Nockenform ohne Störstufen.Due to the disturbance levels, the fundamental oscillation of the plunger generated by the cam itself becomes a Interfering oscillation superimposed. By experimental design and arrangement of the interference levels in the individual cam sections, the dynamic vibration behavior of the ram can be influenced in such a way that that the ram forces only approach 0 at a higher limit speed than with a cam shape without interference levels.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Nockenform sind im folgenden anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung bedeutenDetails of the cam shape according to the invention are given below with reference to some of the drawings illustrated embodiments described in more detail. In the drawing mean

F i g. 1 ein Schaubild für die Beschleunigungskurve einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenform,F i g. 1 shows a diagram for the acceleration curve of a first embodiment of the invention Cam shape,

F i g. 2 ein Schaubild für die Beschleunigungskurve einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenform,F i g. 2 shows a diagram for the acceleration curve of a second embodiment of the invention Cam shape,

Fig.3 ein Schaubild für die Beschleunigungskurve einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenform,3 shows a diagram for the acceleration curve a third embodiment of the cam shape according to the invention,

Fig.4 ein Schaubild für das dynamische Schwingungsverhalten eines Nockens mit der Nockenform gemäß F ig-1.4 shows a diagram for the dynamic vibration behavior of a cam with the cam shape according to FIG. 1.

Fig.5 ein Schaubild für die Hubkurve (Hub s) des bekannten Nockens von D. Kurz, »ATZ«, 1954, S. 2935 shows a diagram for the lift curve (lift s) of the known cam by D. Kurz, "ATZ", 1954, p. 293

bis 299,up to 299,

Fig.6 ein Schaubild für die erste Ableitung (s¹) nach der Zeit der Hubkurve gemäß F i g. 5 und6 shows a diagram for the first derivative (s ¹ ) according to the time of the lift curve according to FIG. 5 and

Fig.7 ein Schaubild für die zweite Ableitung (s") nach der Zeit der Hubkurve gemäß F i g. 5.Fig. 7 a diagram for the second derivative (s ") after the time of the lift curve according to FIG. 5.

In F i g. 5 ist die Hubkurve 11 des bekannten Nockens von Kurz dargestellt. Hierbei ist die Ventilerhebung j über dem Drehwinkel φ der Nockenwelle aufgetragen. Der Nocken ist symmetrisch (Anlauf=Ablauf), so daß nur eine Hälfte der Hubkurve gezeigt ist. Die Bereichslänge des Nockens bzw. einer Nockenhälfte ist in den Vornockenabschnitt V₄, den Beschleunigungsabschnitt I4 sowie in die beiden Verzögerungsabschnitte 2, und 3₄ aufgeteilt. Wie die Beschleunigungskurve 10 in F i g. 7 zeigt, ist die zweite Ableitung s" der Hubkurve 5In Fig. 5 shows the lift curve 11 of the known cam from Kurz. Here, the valve lift j is plotted against the angle of rotation φ of the camshaft. The cam is symmetrical (run-up = run), so that only half of the lift curve is shown. The area length of the cam or one cam half is divided into the pre-cam section V ₄ , the acceleration section I4 and the two deceleration sections _{2 and 3 4.} Like the acceleration curve 10 in FIG. 7 shows, the second derivative s ″ of the lift curve 5 is

stetig, d. h., der Nocken ist ruckfrei Dabei ist der Kurvenabschnitt 10_v des Vornockens eine Cosinus-Funktion, während die anschließenden Kurvenabschnitte 10i und IO2 des Beschleunigungsabschnittes und des ersten Verzögerungsabschnittes des Hauptnockens sinusähnliche Funktionen darstellen. Der Kurvenabschnitt IO3 des zweiten Verzögerungsabschnittes des Hauptnockens ist ein Polynom 4 Grades.steady, ie the cam is jerk-free. The curve section 10 _{v of} the pre-cam is a cosine function, while the subsequent curve sections 10i and IO2 of the acceleration section and the first deceleration section of the main cam represent sine-like functions. The curve section IO3 of the second delay section of the main cam is a polynomial of 4 degrees.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Nockenform bzw. Hubkurve für einen ruckfreien Nocken hoher Drehzahlfestigkeit mit einem engen bzw. kurzen Beschleunigungsabschnitt zu schaffen.The object of the invention is to provide a cam shape or lift curve for a jerk-free cam of high speed stability with a narrow or short acceleration section create.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruchskennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the claim characterization.

Das bedeutet also z. B., daß in dem Beschleunigungsabschnitt Ii bzw. I₂ bzw. I3 der zweiten Ableitung der Hubkurve eine Störstufe 12| bzw. 12₂ bzw. 12₃ vorgesehen ist. Es können auch zwei oder mehr dieser von dem charakteristischen Gesetz des Beschleunigungsabschnittes Ii bzw. I2 bzw. I₃ abweichenden Störstufen in einem Abschnitt vorhanden sein. Die Störstufen können auch für einen oder beide Verzögerungsabschnitte 2i und 3i usw. Anwendung finden. Die Störstufen können in den beiden Beschleunigungsabschnitten von Anlauf- und Ablaufbereich des Nockens symmetrisch oder unsymmetrisch zueinander angeordnet sein. Mit V) bis V3 sind jeweils die Vornockenabschnitte der drei Nockenausführungsformen bezeichnet. Bei symmetrischer Anordnung liegt die Störstufe des Anlaufbereiches z. B. im ansteigenden Kurvenast des Beschleunigungsabschnittes und die korrespondierende Störstufe des Ablaufbereiches des Nockens im absteigenden Kurvenast des anderen Beschleunigungsabschnittes. Bei unsymmetrischer Anordnung der Störstufen liegen letztere entweder in den absteigenden oder in den ansteigenden Kurvenästen beider Beschleunigungsabschnitte von Anlauf- und Ablaufbereich des Nockens. Die Störstufen dürfen keine Unstetigkeitsstellen bilden, können im übrigen aber einem beliebigen Gesetz gehorchen. Die Störstufen 12| bis 123 sind im wesentlichen S-förmig ausgebildet und stellen sinusähnliche Funktionen dar.
Es wurde gefunden, daß die von den StörstufenSo that means z. B. that in the acceleration section Ii or I ₂ or I3 of the second derivative of the lift curve a disturbance stage 12 | or 12 ₂ or 12 _{3 is} provided. There can also be two or more of these interference levels deviating from the characteristic law of the acceleration section Ii or I2 or I ₃ in one section. The interference stages can also be used for one or both of the delay sections 2i and 3i, etc. The disturbance stages can be arranged symmetrically or asymmetrically to one another in the two acceleration sections of the starting and running areas of the cam. With V) to V3, the pre-cam sections of the three cam embodiments are each designated. With a symmetrical arrangement, the interference level of the start-up area is z. B. in the rising branch of the curve of the acceleration section and the corresponding disturbance level of the process area of the cam in the descending branch of the curve of the other acceleration section. With an asymmetrical arrangement of the disturbance levels, the latter are either in the descending or in the ascending curve branches of both acceleration sections of the start-up and run-off area of the cam. The disturbance levels must not form any points of discontinuity, but can otherwise obey any law. The interference levels 12 | to 123 are essentially S-shaped and represent sine-like functions.
It was found that those of the disturbance levels

erzwungenen Sekundärschwingungen, die sich der vom Hauptnocken erzeugten Grundschwingung des Ventiltriebes überlagern, bei entsprechender ^ersuchsmäßiger Abstimmung in Bezug auf Anzahl und Anordnung der Störstufen in den einzelnen Nockenabschnitten des jeweiligen Nockens günstig auf das dynamische Schwingungsverhalten des Ventiltriebes auswirken. Dies wird aus Fig.4 deutlich, in der die dynamische Stößelkmit P über der Bereichslänge L_n des Nockens aufgetragen ist Die strichpunktiert gezeichnete Kurve 13 gibt den Verlauf der Stößelkraft bei einem Nocken ohne Störstufen bei einer konstanten Drehzahl an. Infolge der nach 0 gehenden Stößelkraft kann die Drehzahl dieses Nockens nicht mehr ohne weiteresForced secondary oscillations, which are superimposed on the basic oscillation of the valve train generated by the main cam, have a favorable effect on the dynamic vibration behavior of the valve train with appropriate coordination with regard to the number and arrangement of the disturbance stages in the individual cam sections of the respective cam. This is clear from FIG. 4, in which the dynamic ram with P is plotted over the area _{length L n of} the cam. The dash-dotted curve 13 indicates the progression of the ram force for a cam without disturbance levels at a constant speed. As a result of the tappet force going to 0, the speed of this cam can no longer be easily adjusted

gesteigert werden.can be increased.

Die Kurve 14 zeigt den Verlauf der Stößelkraft bei gleicher Drehzahl für einen Nocken mit der Nockenform gemäß Fig. 1, bei der im ansteigenden Kurvenast des Beschleunigungsabschnittes Ii eine s-förmige Störstufe 12! vorgesehen ist. Die Stößelkraft geht bei diesem Nocken noch nicht gegen 0, so daß dessen maximale Grenzdrehzahl höher liegt Bei diesem erfindungsgemäßen Nocken ist es demnach möglich, den Beschleunigungsabschnitt enger bzw. kurzer zu gestalten, ohne daß dessen Grenzdrehzahl kleiner wird als die Grenzdrehzahl des bekannten Nockens gemäß der Kurve 13.The curve 14 shows the progression of the tappet force at the same speed for a cam with the cam shape according to FIG. 1, in which in the rising branch of the curve of the acceleration section Ii an s-shaped Disturbance level 12! is provided. The ram force goes with this cam has not yet approached 0, so that its maximum speed limit is higher for this one According to the invention, it is therefore possible to make the acceleration section narrower or shorter design without its limit speed is less than the limit speed of the known cam according to of curve 13.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Cam shape for a jerk-free cam in a valve train for controlling internal combustion engines, in which at least the second derivative is still continuous according to the time of the lift curve, characterized in that the second derivative of the lift curve of at least one cam section (Ii or I ₂ or I ₃ ) has one or more S-shaped or essentially rounded disturbance steps (12i or 122 or 123) lying in the curve, which deviate from the characteristic law of their cam section (Ii or I2 or I3).