CH621604A5

CH621604A5 - Reversible reciprocating piston internal combustion engine

Info

Publication number: CH621604A5
Application number: CH895277A
Authority: CH
Inventors: Jordan Gentscheff
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1976-08-03
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1981-02-13
Also published as: JPS6118008B2; DE2634916C2; JPS5317817A; NL7707992A; DE2634916A1; GB1577178A; FR2360752A1; DD131573A1; BR7705120A; FR2360752B1; DK343177A; NL181942C; NL181942B

Description

Die Erfindung betrifft eine umsteuerbare Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, mit auf einer verschiebbaren Nockenwelle angeordneten Steuemok-ken, die in Umsteuerrichtung jeweils ansteigende Anlaufflächen für die mit den Steuernocken zusammenwirkenden Stössel aufweisen.

Jedem Stössel sind bei Anordnungen dieser Art in der Regel zwei Steuernocken zugeordnet, von denen die eine für den Einsatz bei Rechtslauf und die andere für den Einsatz bei Linkslauf ausgebildet ist, so dass bei jedem Drehrichtungswechsel eine Verschiebung der Steuernocken gegenüber dem zugeordneten Stössel stattfinden muss. Die Nocken sind in der Regel bezogen auf OT spiegelbildlich umgeklappt. Es kommt daher häufig vor, dass beim Umsteuern die volle Nockenhöhe zu überwinden ist. Zur Verhinderung eines Klemmens der Stössel hat man sich daher bereits damit beholfen, dass die Steuernocken mit in Umsteuerrichtung ansteigenden Anlaufflächen versehen wurden.

Hierbei wurde jedoch in der Regel ein etwa linearer Anstieg der Kontur vorgesehen. Dementsprechend ändern sich hierbei beim Umsteuern auch die Aktionskräfte und die geleistete Arbeit über den Umsteuerweg linear. Hierdurch ergibt sich eine ungleichmässige Verteilung der Kräfte über dem Weg, insbesondere im Hinblick auf die Umsteuerkraft, die bei bekannten Anordnungen am Ende des Umsteuervorgangs auf mehr als das Sechsfache ihrer Ausgangsgrösse ansteigt Die maximale Grösse der Umsteuerkraft ist jedoch massgebend für die Auslegung der Umsteuerung und der Umsteuerhilfe. Die bekannten Anordnungen erfordern daher aufgrund des linearen Anstiegs der Anlaufflächen eine relativ .massive und daher teuere und zudem mit einer grossen Trägheit behaftete Konstruktion.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen mit einfachen und daher höchst kostengünstigen Mitteln eine Steuernocke zu schaffen, die relativ kleine Umsteuerkräfte erfordert, welche zudem über dem Umsteuerweg im wesentlichen konstant bleiben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kontur jeder Anlauffläche in Umsteuerrichtung unlinear ansteigt und aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Steigung besteht, nämlich einem unteren, sich bis etwa auf die halbe Nockenhöhe erstreckenden Abschnitt hoher Steigung, an den sich bis zur vollen Nockenhöhe wenigstens ein weiterer Abschnitt geringerer Steigung anschliesst.

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die vom Stössel auf die Anlauffläche ausgeübte Kraft und damit die Reibungs- bzw. Gleitverhältnisse sehr stark von der andererseits auf den Stössel wirkenden Federkraft abhängen, die bekanntlich mit dem Verschiebeweg ansteigt. Im Bereich kleiner Federkräfte, d. h. am Anfang der Verschiebung sind daher gemäss der Erfindung noch relativ hohe Steigungen vorgesehen, im Endbereich der Verschiebung dagegen soll die Steigung zum Ausgleich der hier stark angewachsenen Federkräfte entsprechend reduziert sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine gewisse Vergleichmässigung und Reduzierung der notwendigen Umsteuerkräfte bis zu 50% der bei vergleichbaren bekannten Anordnungen notwendigen Kräfte. Da die Umsteuerkraft über dem Umsteuerweg praktisch konstant bleibt, unterbleiben in vorteilhafter Weise auch ruckartige Bewegungen der Steuerwelle, die bei den bekannten Anordnungen zu einer starken Beanspruchung, beispielsweise der Lager, geführt haben. Ausserdem ergibt sich hierbei während des Umsteuervorgangs eine Reduzierung der Pressung zwischen Stössel und Nocken und damit in vorteilhafter Weise eine hohe Standzeit. Zudem lässt sich hierbei im Bereich maximaler Förderdrücke der Kraftstoffpumpe eine Erhöhung der tragenden Fläche und damit auch in diesem Bereich eine Reduzierung der Flächenpressung erreichen. Mit Hilfe von Schablonen oder durch den Einsatz von EDV-gesteuerten Werkzeugmaschinen lässt sich auch der herstellungstechnische Aufwand in vertretbaren Grenzen halten.

Die vorliegende Erfindung erlaubt daher insgesamt eine leichtere und daher kostengünstigere Dimensionierung der gesamten Umsteuervorrichtung, wobei neben den niedrigen Gestehungskosten auch die niedrigen laufenden Betriebskosten nicht unberücksichtigt bleiben können. Die mit der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile sind daher insbesondere in ihrer Wirtschaftlichkeit zu sehen.

Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.

Hierbei zeigen

Fig. 1 ein Nockenpaar zur Steuerung eines Ventils und

Fig. 2 eine bevorzugte Kontur der Anlauffläche eines Umsteuernockens.

In Fig. 1 ist mit 1 beispielsweise ein Auslassventil eines Viertakt-Dieselmotors bezeichnet, welches zur Bewerkstelligung der Ventilbewegung mit einer Schliessfeder 2 und einem bei 3 schwenkbar aufhängbaren Kipphebel 4 zusammenwirkt. Der Kipphebel 4 ist auf der dem Ventil 1 gegenüberliegenden Seite mit einer mit Steuernocken 5 bzw. 6 zusammenwirkenden Stösselstange 7 verbunden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel an ihrem nockenseitigen Ende mit einer Stössel-rolle 8 versehen ist. Die Nocken 5 und 6 sind umfangsmässig gegeneinander versetzt auf der bei 9 angedeuteten, verschiebbaren Steuerwelle angeordnet. Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art wird im Bereich jedes Ventils sowie jeder Einspritzpumpe benötigt. In der Regel ist dabei für eine

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Zylinderreihe jeweils eine gemeinsame Steuerwelle 9 vorgesehen.

Bei Rechtslauf der Brennkraftmaschine soll beispielsweise die im dargestellten Ausführungsbeispiel rechts gezeichnete Steuernocke 5, bei Linkslauf die links gezeichnete Steuernocke 6 zum Einsatz kommen. Die Stösselrolle 8 rollt hierbei jeweils auf der Lauffläche 10 bzw. 11 der Nocken 5 bzw. 6 ab. Bei einem Drehrichtungswechsel muss daher die Steuerwelle 9 entsprechend dem Abstand der Laufflächen 10 und 11 verschoben werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerwelle 9 in einer Zwischenlage angedeutet, in der die Steuerwelle von rechts nach links verschoben wird und die Stösselrolle 8 vom Bereich der geringsten Erhebung des Nokkens 6 in den Bereich der höchsten Erhebung des Nockens 5 gelangt. Zur Überwindung derartiger Höhenunterschiede sind die Nocken 5 und 6 jeweils mit in Umsteuerrichtung ansteigenden Anlaufflächen 12 und 13 versehen. Die zum Verschieben der Steuerwelle 9 erforderliche Kraft hängt ersichtlich von der Pressung zwischen der Stösselrolle 8 und der Anlauffläche 12 und damit von der durch die Feder 2 ausgeübten Kraft und letzten Endes von der Neigung der Kontur der Anlauffläche 12 ab. Die Federkraft nimmt mit zunehmendem Federweg zu, ist also im unteren Bereich der Anlauffläche 12 noch gering und erreicht im oberen Bereich, dem Bereich der höchsten Nockenerhebung, ihr Maximum.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, besitzen die Anlaufflächen 12 bzw 13 im Gegensatz zu den bekannten Lösungen nicht eine Koritur mit linearem Anstieg, vielmehr steigt die Kontur jeder Anlauffläche 12 bzw. 13 unlinear an und besteht aus mehreren, wenigstens jedoch zwei Abschnitten 14 bzw. 15 unterschiedlicher Steigung. Der im dargestellten Ausführungsbeispiel mit 14 bezeichnete, untere Abschnitt weist dabei eine relativ hohe Steigung auf und erstreckt sich etwa bis auf die halbe Nockenhöhe. Ein sich hieran anschliessender weiterer Abschnitt 15, der bis zur vollen Nockenhöhe reicht, weist demgegenüber eine weit geringere Steigung auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass beim Verschieben der Steuerwelle die Federkraft im unteren Bereich noch relativ schnell zunimmt, im oberen Bereich dagegen relativ langsam.

Die Kontur der Anlaufflächen 12 bzw. 13 in Umsteuerrichtung ergibt sich aus der nachstehenden Gleichung:

1(1+!)

(l-a-ji-y) . f1 .an2 x = i ÎUZ -In(l-a-ji-y)

a-n^

Unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 2 haben die verwendeten Symbole dabei folgende Bedeutung:

x = Verschiebeweg der Nockenwelle in Umsteuerrichtung y = Hubweg der Stösselstange 7 (Fig. 1)

(i = tan ß = Reibungskoeffizient K = Verschiebekraft in Umsteuerrichtung

P = Gegenkraft der Stösselstange 7 (Fig. 1), die senkrecht stehend zur Umsteuerrichtung auf die jeweilige Anlauffläche 12 bzw. 13 einwirkt C = Federkonstante der Schliessfeder 2 (Fig. 1);

s

Der Gleichung für x liegen folgende Ansätze zugrunde:

Gleichung a) = tan (a + ß)

P

xo Gleichung b) P = C ■ ja Gleichung c) (x = tan ß dy

Gleichung d) tan a = = y'

dx

15 Aus den Gleichungen a bis d ergibt sich folgende Gleichung e: K-(l — y'-|x)=C-y(y' + |i)

Aus Gleichung e ergibt sich die Gleichung f:

c _ (i-y'-it)

K y (y' + !*)

Aus Gleichung f ergibt sich dann folgende Gleichung g:

(1 — y' - |a) = (a-yy') + (a-y-p.)

Aus Gleichung g ergibt sich wiederum folgende Differentialgleichung h:

20

30

y =

(l-ct-H-y) (a-y + |i)

35 Aus Gleichung d und der Differentialgleichung h ergibt sich folgende Integralgleichung für den Verschiebeweg x in Umsteuerrichtung:

40

x =

J

(q-y + n)

(1 —a-[i-y)

• dy + const.

Aus dieser Integralgleichung ergibt sich dann durch entsprechende Auflösung die deren vorbeschriebener Herleitung 45 vorangestellte Gleichung für den Verschiebeweg x der Nokkenwelle. Unter der Voraussetzung einer über den Umsteuerweg vorgegebenen, vornehmlich konstanten Verschiebekraft K ergibt sich dann die jeweilige Kontur der Anlaufflächen 12 bzw. 13. Die erfindungsgemässe Ausbildung erfordert gegen-50 über Anlaufflächen mit geradlinig ansteigender Kontur, d. h. mit über den ganzen Verschiebeweg gleichbleibendem Steigungswinkel in vorteilhafter Weise eine bis zu 50% geringere Verschiebekraft K in Umsteuerrichtung.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

621 604 2 PATENTANSPRÜCHE 1. Umsteuerbare Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, mit auf einer verschiebbaren Nockenwelle angeordneten Steuernocken, die in Umsteuerrichtung jeweils ansteigende Anlaufflächen für die mit den Steuernocken zusammenwirkenden Stössel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur jeder Anlauffläche (12,13) in Umsteuerrichtung unlinear ansteigt und aus mehreren Abschnitten (14, 15) unterschiedlicher Steigung besteht, nämlich einem unteren, sich bis etwa auf die halbe Nockenhöhe erstreckenden Abschnitt (14) hoher Steigung, an den sich bis zur vollen Nockenhöhe wenigstens ein weiterer Abschnitt (15) geringerer Steigung anschliesst. 2. Umsteuerbare Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur jeder Anlauffläche (12,13) in Umsteuerrichtung sich aus folgender Gleichung für den Verschiebeweg der Nockenwelle (9) in Umsteuerrichtung ergibt, nämlich -, *

- (- + 1) (1-a-u-y) , N a u.2

x = — ———-— — In (1 cc*[x*y) ^

a-\iz wobei die verwendeten Symbole folgende Bedeutung besitzen, nämlich x = Verschiebeweg der Nockenwelle (9) in Umsteuerrichtung y = Hubweg der Stösselstange (7)

[x = Reibungskoeffizient C

a = —

K

C = Federkonstante der Schliessfeder
(2) K = Verschiebekraft in Umsteuerrichtung