DE2634916A1 - REVERSIBLE PISTON ENGINE - Google Patents
REVERSIBLE PISTON ENGINEInfo
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Description
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Stadtbachstraße 1Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Stadtbachstrasse 1
P. B. 2884/1298 Augsburg, den 27. Juli 1976P. B. 2884/1298 Augsburg, July 27, 1976
Umsteuerbare HubkolbenbrennkraftmaschineReversible reciprocating internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine 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.The invention relates to a reversible reciprocating internal combustion engine, in particular for driving ships, with control cams arranged on a displaceable camshaft, which in the reversing direction each have increasing contact surfaces for the tappets which interact with the control cams.
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,In arrangements of this type, two control cams are usually assigned to each tappet, one of which is for use with Clockwise rotation and the other is designed for use in counter-clockwise rotation, so that a shift occurs with every change of direction of rotation the control cam must take place in relation to the associated tappet. The cams are usually mirror images of TDC folded down. It therefore often happens that the full cam height has to be overcome when reversing. To prevent a Jamming of the plunger has therefore already been done by
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daß die Steuernocken mit in Umsteuerrichtung ansteigenden Anlaufflächen versehen wurden.that the control cam with increasing contact surfaces in the reversing direction were provided.
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.As a rule, however, an approximately linear rise in the contour was provided. The change accordingly The forces of action and the work done also change direction linearly via the path of change. This results in a non-uniform Distribution of the forces over the path, in particular with regard to the reversing force that occurs in known arrangements at the end of the reversing process increases to more than six times its original size. However, the maximum size of the reversing force is decisive for the design of the reversing and the reversing aid. The known arrangements therefore require due to the linear The increase in the contact surfaces is a relatively massive and therefore expensive and, moreover, subject to a great inertia construction.
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.Starting from this, it is the object of the present invention, while avoiding the disadvantages of the known arrangements with simple and therefore highly cost-effective means a control cam to create that requires relatively small reversing forces, which also remain essentially constant over the reversing path.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise durch einen unlinearen Anstieg der Anlaufflächen in Umsteuerrichtung mit wenigstens zwei Ästen, einem unteren Ast relativ hoher Steigung, der sich etwa bis auf die halbe Nockenhöhe erstreckt, und einem, hieran anschließenden weiteren Ast geringerer Steigung, der bis zur vollen Nockenhöhe reicht. Die»This object is achieved surprisingly according to the invention simply by a non-linear increase in the contact surfaces in the reversing direction with at least two branches, one lower branch of relatively high slope, which extends up to about half the cam height, and another, adjoining this Branch with a lower slope, which extends to the full cam height. The"
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ser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die vom Stößel auf die Anlauffläche ausgeübte Kraft und damit die Reibungsbzw. Gleitverhältnisse sehr stark von der andererseits auf den Stößel wirkenden Federkraft abhängen, die bekanntlich mit dem Verschiebeweg ansteigt. Im Bereich kleiner Federkräfte, das heißt am Anfang der Verschiebung sind daher gemäß der Erfin« dung 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.This solution is based on the knowledge that the force exerted by the plunger on the contact surface and thus the friction or. Slip ratios very much from the other hand on the Depend plunger acting spring force, which, as is known, increases with the displacement. In the area of small spring forces, that That is to say, at the beginning of the shift, relatively high gradients are therefore still provided according to the invention, in the end region of the Displacement, on the other hand, the slope should be reduced accordingly to compensate for the strongly increased spring forces. This results in a certain equalization in an advantageous manner and reduction of the necessary reversing forces.
Eine besonders weitgehende Vergleichmäßigung und Reduzierung der notwendigen Umsteuerkräfte läßt sich gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf einfache Weise dadurch erreichen, daß die Hüllkurve des Anstiegs der Anlaufflächen in Umfangsrichtung der am Ende der Beschreibung angegebenen Gleichung folgt. Besonders bevorzugte Verhältnisse lassen sich ersichtlich dadurch erreichen, daß die Kontur des Anstiegs der Anlaufflächen selbst dieser Gleichung folgt. Diese Maßnahmen erlauben eine Reduzierung der notwendigen Umsteuerkräfte bis zu 50 %"der bei vergleichbaren bekannten Anordnungen notwendigen Kräfte. Da die Umsteuerkraft über dem Ümsteuerweg praktisch völlig konstant bleibt, unterbleiben in vorteilhafter Weise ruckartige Bewegungen der Steuerwelle, die bei den bekannten Anordnungen zu einer starken Beanspruchung der Lager etc. geführt haben. Außerdem ergibt sich hierbei während des Umsteuervorgangs eine Reduzierung der Pressung zwischen Stößel und Nok·A particularly extensive equalization and reduction of the necessary reversing forces can be achieved according to a particularly preferred embodiment of the invention in a simple manner thereby achieve that the envelope curve of the rise of the contact surfaces in the circumferential direction indicated at the end of the description Equation follows. Particularly preferred ratios can evidently be achieved in that the contour of the rise of the contact surfaces itself follows this equation. These measures allow the necessary reversing forces to be reduced by up to 50% "of the forces required in comparable known arrangements. As the reversing force via the over-steering path is practical remains completely constant, there are advantageously no jerky movements of the control shaft, which in the known arrangements have led to heavy use of the bearings etc. In addition, this results during the reversal process a reduction in the pressure between the ram and the cam
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ken 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.ken and thus a long service life in an advantageous manner. In addition, in the range of maximum delivery pressures of the fuel pump, an increase in the load-bearing surface and thus also in A reduction in surface pressure can be achieved in this area. With the help of templates or through the use of computer-controlled systems Machine tools can also keep the manufacturing effort within reasonable limits.
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.The present invention therefore allows overall a lighter and therefore more cost-effective dimensioning of the entire reversing device, in addition to the low production costs the low running operating costs cannot be disregarded either. Those achievable with the present invention Advantages can therefore be seen in particular in their economic efficiency.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment the drawing in connection with the claims.
Hierbei zeigenShow here
Figur 1 ein Nockenpaar zur Steuerung einesFigure 1 a pair of cams for controlling a
Ventils undValve and
Figur 2 eine bevorzugte Kontur der AnlaufflächeFigure 2 shows a preferred contour of the contact surface
eines Umsteuernockens.of a reversing cam.
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In Figur 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 nokkenseitigen Ende mit einer Stößelrolle 8 versehen ist. Die Nocken und 6 sind umfangsmäßig gegeneinander versetzt auf der bei 9 angedeuteten, verschiebbaren Steuerwelle 9 angeordnet. Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art wird im Bereich jedes Ventils sowie jeder Einspritzpumpe benötigt. In der Regel ist dabei für eine Zylinderreihe jeweils eine gemeinsame Steuerwelle vorgesehen.In FIG. 1, 1 is, for example, an exhaust valve of a four-stroke diesel engine denotes, which can be pivoted with a closing spring 2 and one at 3 for effecting the valve movement suspendable rocker arm 4 cooperates. The rocker arm 4 is on the opposite side of the valve 1 with a Control cam 5 or 6 cooperating push rod 7 connected, which in the illustrated embodiment on their cam side The end is provided with a plunger roller 8. The cams and 6 are circumferentially offset from one another on the indicated at 9, displaceable control shaft 9 arranged. An arrangement of the type described above is in the area of each Valve and every injection pump. As a rule, there is a common control shaft for each cylinder bank intended.
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 Nockens 6 in den Bereich der höchsten Erhebung des Nockens 5 gelangt. Zur Überwindung derartiger Höhenunterschiede sind die Nocken 5 und 6When the internal combustion engine is running clockwise, for example, the control cam 5 shown on the right in the illustrated embodiment, the control cam 6 shown on the left can be used for counter-clockwise rotation. The tappet roller 8 in each case rolls on the running surface 10 or 11 of the cams 5 and 6 respectively. When changing the direction of rotation Therefore, the control shaft 9 must be moved according to the distance between the running surfaces 10 and 11. In the illustrated embodiment, the control shaft 9 is indicated in an intermediate position, in which the control shaft is shifted from right to left and the tappet roller 8 from the area of the lowest elevation of the cam 6 reaches the area of the highest elevation of the cam 5. The cams 5 and 6 are used to overcome such height differences
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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 zuneh« mendem Federweg zu, ist also im unteren Bereich der Anlauffläche 12 noch gering und erreicht im oberen Bereich, dem Bereich der höchsten Nockenerhebung, ihr Maximum.each provided with contact surfaces 12 and 13 increasing in the reversing direction. The necessary to move the control shaft 9 Force obviously depends on the pressure between the plunger roller 8 and the contact surface 12 and thus on the by the Spring 2 exerted force and ultimately on the inclination of the contour of the contact surface 12. The spring force increases with " The spring travel increases, so it is still small in the lower area of the contact surface 12 and reaches the area in the upper area the highest cam lobe, its maximum.
Wie aus Figur 2 erkennbar ist, sind daher die Anlaufflächen 12 bzw. 13 im Gegensatz zu den bekannten Lösungen nicht mit einem linearen Anstieg versehen, sondern steigen unlinear an, wobei wenigstens zwei Äste 14 bzw. 15 vorgesehen sein können. Der im dargestellten Ausführungsbeispiel mit 14 bezeichnete, untere Ast weist dabei eine relativ hohe Steigung auf und erstreckt sich etwa bis auf die halbe Nockenhöhe, Der hieran anschließende weitere Ast 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. Dementsprechend ergibt sich gegenüber den bekannten Anordnungen eine bestimmte Vergleichmäßigung und Reduzierung der notwendigen Umsteuerkraft. Eine Reduzierung der notwendigen Umsteuerkraft bis zu 50 % gegenüber den bekannten Lösungen ist zu erwarten, wenn die bei 16 angedeutete Hüllkurve der Äste 14 und 15 der am Ende der Beschreibung angegebenen Gleichung I folgt. Eine andere Ausführungsform kann darin be-As can be seen from FIG. 2, the contact surfaces 12 and 13, in contrast to the known solutions, are therefore not provided with a provided linear rise, but rise non-linearly, wherein at least two branches 14 and 15 can be provided. Of the in the illustrated embodiment, designated with 14, the lower branch has a relatively high slope and extends up to about half the cam height, the adjoining further branch 15, which extends up to the full cam height, points in contrast a much smaller slope. This ensures that when the control shaft is moved, the spring force in the increases relatively quickly in the lower area, while in the upper area it increases relatively slowly. Accordingly, there is opposite the known arrangements a certain equalization and reduction of the necessary reversing force. A reduction the necessary reversing force of up to 50% compared to the known solutions can be expected if the envelope curve indicated at 16 the branches 14 and 15 of the equation I given at the end of the description follows. Another embodiment can be
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stehen, daß bereits die Kontur des Anstiegs -der Anlaufflächen 12 bzw. 13 der genannten Gleichung folgt. Bei dieser Ausführungsform bleibt die Umsteuerkraft in vorteilhafter Weise über den gesamten Umsteuerweg konstant. Der Vorteil der dargestellten Ausführungsform ist in der besonders einfachen Herstellung zu sehen.stand that the contour of the rise of the contact surfaces 12 or 13 of the above equation follows. In this embodiment, the reversing force remains in an advantageous manner over the entire Reversal path constant. The advantage of the embodiment shown can be seen in the particularly simple production.
Vorstellend ist zwar ein besonders bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert* ohne daß jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll» Vielmehr stehen dem Fachmann, wie angedeutet, eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, um den allgemeinen Gedanken der Erfindung, t&e Umsteueirkraft konstant zu ehalten lind damit zu reduzieren, den Verhältnissen des Einzelfalls anzupassen.A particularly preferred exemplary embodiment is introductory the invention explained in more detail * without, however, hereby a Restriction should be connected »Rather, the expert, as indicated, a number of ways are available to the general idea of the invention, t & e reversing force constant to Keep in mind to reduce the circumstances of the individual case adapt.
CSelchutig J?
wobei x *C Happy J?
where x *
^r « Änsiäeg.&t radialer Richtung^ r «Änsiäeg. & t radial direction
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Q üeibuiigswiQkel
Q
κ:κ:
FederkonstanteSpring constant
Versehiebekraft in axialer RichtungDisplacement force in the axial direction
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