DE10205888B4

DE10205888B4 - Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10205888B4
Application number: DE10205888A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kolkman
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE10205888A1

Abstract

Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Zylinderventil (4) einer Brennkraftmaschine mit
einer Kammer (52), die eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss an einen Hydraulikkreis aufweist,
einem Stößel (20) zur Betätigung des Zylinderventils (4), der mittels einer mit Druck beaufschlagten, in wenigstens einem Bereich der Kammer (52) bewegten Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikkreises zwischen einer ersten Endposition, die einem geschlossenen Zylinderventil (4) entspricht, und einer zweiten Endposition, die einem geöffneten Zylinderventil (4) entspricht, hin- und herbewegbar ist, und
einer Flüssigkeitsdämpfervorrichtung (24, 38, 43, 44, 46, 68, 78), mittels derer ein Fluss von Hydraulikflüssigkeit, der mit der Bewegung des Stößels (20) in die erste Endposition in einem vorgegebenen Bereich nahe der erster Endposition gekoppelt ist, so begrenzbar ist, dass damit der Stößel (20) abbremsbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dämpfungswirkung der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung (24, 38, 43, 44, 46, 68, 78) bei einer Position des Stößels (20) in dem vorgegebenen Bereich bei Bewegung des...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Zylinderventil einer Brennkraftmaschine.
Bislang erfolgt der Ventiltrieb von Zylinderventilen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, über Nockenwellen. Erhöhte Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch und/oder die Motorleistung, aber auch im Hinblick auf eine Verminderung von Schadstoffemissionen erfordern jedoch in der Zukunft flexiblere Ventilsteuerungen bzw. Ventiltriebkonzepte. Insbesondere sollten Parameter einer Ventilsteuerung wie z. B. die Ventilöffnungs- und Schließzeiten und der Ventilhub vorzugsweise frei steuerbar sein. Bei entsprechenden Ventiltriebkonzepten, die im Englischen auch als "programmable-valve train" Konzepte bezeichnet werden, muss die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine durch elektronisch gesteuerte Aktuatoren bzw. Ventilbetätigungseinrichtungen ersetzt werden. Dabei kann für jedes Zylinderventil eine Ventilbetätigungsvorrichtung vorgesehen werden.
Zur Verwirklichung eines solchen Ventiltriebs können elektrohydraulisch betätigte Ventilsteuerungen verwendet werden, wie sie beispielsweise aus der DE 197 49 303 A1 bekannt sind. Eine entsprechende Ventilbetätigungsvorrichtung weist eine Kammer und einen in der Kammer angeordneten Stößel auf, der direkt mit einem Zylinderventil gekoppelt ist. Die Kammer oberhalb des Stößels ist an einen Hydraulikkreis angeschlossen, wobei ein Fluss von mit Druck beaufschlagter Hydraulikflüssigkeit in die Kammer oberhalb des Stößels und ein Fluss der Hydraulikflüssigkeit aus dieser Kammer zurück zu einem Reservoir des Hydraulikkreises durch elektrische schaltbare Ventile steuerbar ist. Zunehmender Flüssigkeitsdruck in der Kammer bewegt dabei den Stößel und damit das Zylinderventil gegen die Kraft einer Ventilfeder in eine offene Stellung. Eine Abnahme des Flüssigkeitsdrucks führt dann zu einem Schließen des Zylinderventils u. a. aufgrund der Kraft der Ventilfeder.
Trifft das Zylinderventil beim Schließen mit hoher Geschwindigkeit auf einen Ventilsitz in einem Zylinderkopf, in dem das Zylinderventil angeordnet ist, entstehen jedoch übermäßige Ventiltriebgeräusche. Weiter verringert sich die Lebensdauer sowohl des Zylinderventils als auch des Ventilsitzes mit zunehmender Auftreffgeschwindigkeit des Zylinderventils auf den Ventilsitz.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Zylinderventil einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der bzw. dem übermäßige Ventiltriebgeräusche und eine frühzeitige Abnutzung im Bereich des Ventilsitzes vermieden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Zylinderventil einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Damit das Öffnungsverhalten des Ventils nicht negativ beeinflusst wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Fluss der Hydraulikflüssigkeit bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in die erste Endposition stärker begrenzt wird als bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in umgekehrter Richtung. Bei der erfindungs gemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung ist es dazu vorgesehen, dass die Dämpfungswirkung der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung bei einer Position des Stößels in dem vorgegebenen Bereich bei Bewegung des Stößels in Richtung der ersten Endposition größer ist als bei Bewegung in umgekehrter Richtung.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
In der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung ist ein Stößel zur Betätigung des Zylinderventils vorgesehen, der mittels einer mit Druck beaufschlagten, wenigstens einen Bereich der Kammer bewegten Hydraulikflüssigkeit eines Hydraulikkreises zwischen zwei Endpositionen hin- und herbewegbar ist. Die erste Endposition entspricht einem geschlossenen, die zweite Endposition einem geöffneten Zylinderventil. Die zur Bewegung des Stößels notwendige Kraft muss dabei nicht notwendigerweise allein durch die mit Druck beaufschlagte Hydraulikflüssigkeit ausgeübt werden, sondern es kann auch beispielsweise die Kraft einer Ventilfeder des Zylinderventils zu der Bewegung des Stößels beitragen. Erfolgt insbesondere die Öffnung des Zylinderventils durch einen hohen Druck der Hydraulikflüssigkeit unter Kompression einer Ventilfeder des Zylinderventils, kann bei Abfall des Drucks der Hydraulikflüssigkeit das Zylinderventil und damit der Stößel durch die rücktreibende Kraft der Ventilfeder in Richtung der ersten Endposition getrieben werden.
Die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung kann vorzugsweise noch elektrisch schaltbare Hydraulikventile zur Steuerung des Druckes der Hydraulikflüssigkeit in der Ventilbetätigungsvorrichtung bzw. deren Kammer aufweisen.
Erfindungsgemäß wird ein mit der Bewegung des Stößels in die erste Endposition gekoppelter Fluss von Hydraulikflüssigkeit so begrenzt, dass die mit diesem Fluss gekoppelte Bewegung des Stößels abgebremst wird. Eine wesentliche Abbremsung erfolgt dabei nur in einem vorgegebenen Bereich, so dass die Bewegung des Stößels in die erste Endposition nicht über den gesamten Hub des Stößels abgebremst wird, sondern nur in dem vorgegebenen Bereich. Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, bei der die Begrenzung des Flusses durch die Flüssigkeitsdämpfervorrichtung erfolgt, kann je nach Konstruktion der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung ein mit der Bewegung des Stößels in die erste Endposition gekoppelter Fluss auch außerhalb des vorgegebenen Bereichs nahe der ersten Endposition in einem gewissen Umfang begrenzt werden, doch ist diese Begrenzung und eine damit verbundene Bremsung der Stößelbewegung außerhalb des vorgegebenen Bereichs geringer, bevorzugt wesentlich geringer, als in dem vorgegebenen Bereich.
Der vorgegebene Bereich befindet sich dabei in der Nähe der ersten Endposition und wird zweckmäßigerweise durch diese begrenzt. Die Größe des vorgegebenen Bereichs kann sich insbesondere danach richten, über wie stark und über welche Strecke der Stößel abgebremst werden soll, so dass einerseits das Schließverhalten des Zylinderventils nicht stark beeinträchtigt wird, andererseits aber auch eine Schonung des Ventilsitzes erreicht wird. Darüber hinaus besteht ein Zusammenhang mit der durch die verwendete Flüssigkeitsdämpfervorrichtung erreichbare Begrenzung des Flusses der Hydraulikflüssigkeit und damit der erreichbaren Verzögerung, da innerhalb des vorgegebenen Bereichs eine vorgegebene Abbremswirkung erreicht werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung erlauben also eine sehr einfache Reduktion der Auftreffgeschwindigkeit eines Ventiltellers eines Zylinderventils auf einen Ventilsitz allein durch Ausnutzung der zur Betätigung verwendeten Hydraulikflüssigkeit.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen beschrieben.
Die Dämpfung der Bewegung des Stößels in dem vorgegebenen Bereich nahe der ersten Endposition könnte grundsätzlich auch bei einer Bewegung des Stößels in dem vorgegebenen Bereich aus der ersten Endposition heraus erfolgen und damit das Öffnungsverhalten des Ventils beeinträch tigten. Es ist daher bevorzugt, dass der Fluss der Hydraulikflüssigkeit bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in die erste Endposition stärker begrenzt wird als bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in umgekehrter Richtung. Bei der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass die Dämpfungswirkung der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung bei einer Position des Stößels in dem vorgegebenen Bereich bei Bewegung des Stößels in Richtung der ersten Endposition größer ist als bei Bewegung in umgekehrter Richtung.
Grundsätzlich kann die Flüssigkeitsdämpfervorrichtung beliebig angeordnet sein, solange sie den Fluss der Hydraulikflüssigkeit bei Bewegung in die erste Endposition innerhalb des vorgegebenen Bereichs begrenzt. Insbesondere könnte sie sich in einem Bereich der Kammer befinden, in dem keine Bewegung des Stößels stattfindet. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Kammer einen Dämpfungsabschnitt und einen Arbeitsabschnitt mit einem dauernd mit der Anschlusseinrichtung verbundenen Kopfabschnitt aufweist, dass der Dämpfungsabschnitt bei einer Position des Stößels zwischen der ersten Endposition und einer den vorgegebenen Bereich entsprechenden Abtrennposition durch den Stößel von dem Arbeitsabschnitt abgetrennt und durch Bewegung des Stößels von der Abtrennposition in Richtung auf die erste Endposition verkleinerbar ist und dass die Flüssigkeitsdämpfervorrichtung den Dämpfungsabschnitt und eine diesen mit dem Kopfabschnitt verbindende Drosseleinrichtung umfasst, mit der bei Bewegung des Stößels in die erste Endposition in dem vorgegebenen Bereich nahe der ersten Endposition der Fluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Dämpfungsabschnitt und dem Kopfabschnitt begrenzbar ist.
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung wird also durch den Stößel ein Dämpfungsabschnitt von der Kammer abgetrennt, wenn sich der Stößel zwischen der ersten Endposition und einer dem vorgegebenen Bereich entsprechenden Abtrennposition befindet. Bei Bewegung des Stößels innerhalb des vorgegebenen Bereichs, d. h. hier zwischen Abtrennposition und erster Endposition, in Richtung auf die erste Endposition zu ist der Dämpfungsabschnitt verkleinerbar, so dass eine weitere Bewegung des Stößels nur erfolgen kann, wenn in dem dann abgetrennten Dämpfungsabschnitt vorhandene Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt herausbewegt werden kann. Da der Dämpfungsabschnitt aber von der Kammer durch den Stößel abgetrennt ist, kann in dem Dämpfungsabschnitt vorhandene Hydraulikflüssigkeit nur durch die Drosseleinrichtung in den mit der Anschlusseinrichtung verbundenen Kopfabschnitt bewegt werden. Durch die Drosseleinrichtung wird jedoch der Fluss der Hydraulikflüssigkeit von dem Dämpfungsabschnitt in den Kopfabschnitt begrenzt, so dass die mit dem Fluss der Hydraulikflüssigkeit gekoppelte Bewegung des Stößels in die erste Endposition abgebremst wird. Dabei kann insbesondere der Dämpfungsabschnitt mit dem Arbeitsabschnitt verbunden sein, wenn der Stößel sich außerhalb des vorgegebenen Bereichs befindet, so dass sich bei einer Bewegung des Stößels außerhalb des vorgegebenen Bereichs keine signifikante Begrenzung der Bewegung der Hydraulikflüssigkeit in dem Dämpfungsabschnitt ergibt, die die Bewegung des Stößels und damit des Ventils dämpfen bzw. abbremsen könnte.
Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Stößel gleichzeitig zwei Funktionen übernimmt, nämlich zum einen die Betätigung des Ventils und zum anderen die Abtrennung und Verkleine rung des Dämpfungsabschnitts der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung. Hierdurch kann der Aufbau des Ventils der Ventilbetätigungsvorrichtung wesentlich vereinfacht werden, wodurch die Ventilbetätigungsvorrichtung wesentlich einfacher herstellbar ist und zugleich deren Betriebssicherheit erhöht wird.
Bevorzugt ist der Fluss durch die Drosseleinrichtung wenigstens in einem vorgegebenen Bereich von Druckdifferenzen zwischen dem Kopfabschnitt und dem Dämpfungsabschnitt bei einem den Druck in dem Dämpfungsabschnitt um einen vorgegebenen ersten Betrag überschreitenden Druck in dem Kopfabschnitt größer als bei einem den Druck in dem Kopfabschnitt um einen vorgegebenen zweiten Betrag überschreitenden Druck in dem Dämpfungsabschnitt. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Öffnung des Zylinderventils, bei der wenigstens zeitweise der Druck in dem Kopfabschnitt größer ist als in dem Dämpfungsabschnitt, die Öffnung des Zylinderventils nicht oder weniger stark behindert wird als die Bewegung des Zylinderventils beim Schließen.
Bevorzugt weist der Dämpfungsabschnitt zwei Verbindungen zu dem Kopfabschnitt auf. Die Drosseleinrichtung umfasst ein in einer der Verbindungen angeordnetes Ventil, das die Verbindung absperrt, wenn der Druck in dem Dämpfungsabschnitt um einen vorgegebenen Betrag größer als der Druck in dem Kopfabschnitt ist.
Diese Ausbildung des Dämpfungsabschnitts und der Drosseleinrichtung ermöglicht also das in dem letzten Absatz geschilderte, bevorzugte Verhalten der Drosseleinrichtung, indem eine von zwei Verbindungen zu dem Kopfabschnitt durch ein Ventil absperrbar ist, wenn der Druck in dem Dämpfungsabschnitt um einen vorgegebenen Betrag größer als der Druck in dem Kopfabschnitt ist. Dies ist in der Regel bei Bewegung des Stößels in die erste Endposition innerhalb des vorgegebenen Bereichs der Fall, nicht aber bei Bewegung aus der ersten Endposition heraus. Die zweite Verbindung, in der das Ventil nicht angeordnet ist, dient als Verbindung, durch die während der Bewegung des Stößels in die erste Endposition innerhalb des vorgegebenen Bereichs Hydraulikflüssigkeit fließt. In diesem Bereich findet dann auch die Begrenzung des Flusses statt, wozu die Drosseleinrichtung entsprechende Mittel umfassen kann. Insbesondere kann die zweite Verbindung entsprechend als Drossel, d. h. hier flussbegrenzende Einrichtung ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist das Ventil als Kugelventil ausgebildet, das zum einen ein robustes Schließverhalten hat und zum anderen einfach und kostengünstig herstellbar ist. Das Kugelventil wirkt in gewissem Sinne als Rückschlagventil und ermöglicht so einen besonders großen Unterschied zwischen der Begrenzung des Flusses der Hydraulikflüssigkeit bei Bewegung in die erste Endposition und der Begrenzung der Bewegung aus der ersten Endposition heraus.
Die Drosseleinrichtung, mit der der Fluss von Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt in den Kopfabschnitt begrenzbar ist, kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Verbindung als Düse bzw. Drossel so ausgebildet, dass der Fluss der Hydraulikflüssigkeit in dem gewünschten Umfang begrenzt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung ist der Stößel so ausgebildet und während einer Verkleinerung des Dämpfungsabschnitts so geführt, dass zwischen dem Stößel und einem Abschnitt einer Wand der Kammer eine Verbindung des Dämpfungsabschnitts zu dem Arbeitsabschnitt ausgebildet ist, durch die Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt in den Arbeitsabschnitt pressbar ist, um eine Bewegung des Stößels in die erste Endposition abzubremsen. Die Begrenzung des Flusses von Hydraulikflüssigkeit erfolgt hier also dadurch, dass der Dämpfungsabschnitt bei Bewegung in dem vorgegebenen Bereich abgetrennt und zwischen Stößel und Führung des Stößels eine enge Verbindung ausgebildet wird, durch die bei einer Verkleinerung des Dämpfungsabschnitts Hydraulikflüssigkeit gedrückt wird. Dadurch ist dann die Bewegung des Stößels in die erste Endposition innerhalb des vorgegebenen Bereichs abbremsbar. Zusammen mit dem Abschnitt der Kammerwand übernimmt der Stößel hierbei also als weitere Funktion die Begrenzung des Flusses von Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt in den Arbeitsabschnitt, wodurch wiederum zusätzliche Teile in der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsrichtung vermieden werden, was nicht nur eine kostengünstigere Herstellung erlaubt, sondern auch eine robustere Funktion ermöglicht.
Die Verbindung des Dämpfungsabschnitts mit dem Arbeitsabschnitt durch den Stößel und den Abschnitt der Kammerwand kann unterschiedlich erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein hohlzylindrisches Kopfteil vorgesehen, dessen Innenraum wenigstens einen Teil des Arbeitsabschnitts bildet, und der Stößel weist einen zylindrischen, in das Innere des hohlzylindrischen Kopfteils wenigstens teilweise einführbaren, und dann mit dem einen Kopfteil einen Spalt bildenden Bereich auf. Die Fläche und Form des Spaltes bestimmt dabei wesentlich den flussbegrenzenden Effekt der so gebildeten Verbindung zwischen Dämpfungsabschnitt und Arbeitsabschnitt. Da sowohl hohlzylindrische Bereiche als auch zylindrische Bereiche sehr kostengünstig mit hoher Präzision herstellbar sind, ist diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsvorrichtung besonders einfach herstellbar.
Bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform ist ebenfalls ein hohlzylindrisches Kopfteil vorgesehen, dessen Innenraum wenigstens einen Teil des Arbeitsabschnitts bildet. Der Stößel weist jedoch einen zylindrischen, in das Innere des hohlzylindrischen Kopfteils wenigstens teilweise einführbaren Bereich auf, wobei an der Innenfläche des Kopfteils im Bereich des Arbeitsabschnitts und/oder an der Außenfläche des zylindrischen Bereichs Ausnehmungen vorgesehen sind, über die der Dämpfungsabschnitt mit dem Arbeitsabschnitt verbunden ist, wenn der Dämpfungsabschnitt von dem Arbeitsabschnitt getrennt ist. Die Bereitstellung von Ausnehmungen kann insbesondere auch mit der Ausbildung eines Spalts kombiniert werden. Ist dies jedoch nicht der Fall, dient die Innenfläche des Kopfteils gleichzeitig als Führung für den Stößel, so dass dessen Bewegung besser geführt ist. Darüber hinaus können die Ausnehmungen sehr unterschiedlich gestaltet sein, um ein gewünschtes Drosselverhalten zu erzielen.
Bedingt durch unterschiedliche Betriebstemperaturen des Motors und damit des Ventils kann sich die Länge des Ventils verändern, wodurch unter Umständen die Betätigung des Zylinderventils durch die erfindungsgemäße hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung beeinträchtigt werden könnte. Es ist daher bevorzugt, dass eine Spielausgleichsvorrichtung vorgesehen ist, mit der Längenänderungen des Zylinderventils ausgleichbar sind, so dass der Stößel immer die erste Endposition erreichen kann.
Besonders bevorzugt weist dazu der Stößel einen Betätigungskörper zur Betätigung des Zylinderventils und einen damit über die Spielausgleichsvorrichtung gekoppelten Dämpfungskörper auf, mit dem der Dämpfungsabschnitt von dem Arbeitsabschnitt abtrennbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist also die Länge des Stößels zur Kompensation von Längenänderungen des Zylinderventils veränderbar, indem der Betätigungskörper und der Dämpfungskörper gegeneinander bewegbar über die Spielausgleichsvorrichtung gekoppelt sind. Dieser Aufbau erlaubt eine besonders einfache Spielausgleichsvorrichtung, die räumlich von der Hydraulikflüssigkeit und insbesondere auch dem Dämpfungsabschnitt getrennt ist und deren Funktion daher nicht direkt beeinflusst.
Besonders bevorzugt ist zwischen dem Betätigungskörper und dem Dämpfungskörper ein Federelement angeordnet, um ein Spiel aufgrund einer Längenänderung des Zylinderventils auszugleichen. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich besonders durch ihre Einfachheit und damit Robustheit sowie eine kostengünstige Fertigung aus.
Betätigungskörper und Dämpfungskörper sind dabei in vorgegebenen Grenzen gegeneinander beweglich. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Betätigungskörper und der Dämpfungskörper mittels einer Schnappverbindung gegeneinander verschiebbar gekoppelt sind, so dass die Relativbewegung von Betätigungskörper und Dämpfungskörper begrenzt ist.
Dieser Aufbau ermöglicht eine besonders einfache Montage des Betätigungskörpers und des Dämpfungskörpers zu einem Stößel.
Im Hinblick auf eine besonders einfache und damit auch kostengünstige Fertigung der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass der Außendurchmesser des Betätigungskörpers und der maximale Außendurchmesser des Dämpfungskörpers gleich groß sind und dass eine Führung für den Stößel einen hohlzylindrischen Abschnitt umfasst, in dem wenigstens teilweise der Betätigungskörper und der Dämpfungskörper geführt sind. Hierdurch wird insbesondere ohne erheblichen Aufwand eine sichere Führung des Stößels mit Spielausgleichsvorrichtung gewährleistet. Darüber hinaus ist eine solche Führung besonders einfach und daher kostengünstig herstellbar.
In dem Zwischenraum zwischen Dämpfungskörper und Betätigungskörper kann sich bedingt durch Leckstellen entlang der Führung zwischen Dämpfungskörper und Betätigungskörper Hydraulikflüssigkeit ansammeln. Ist ein Ausgleich der in den Zwischenraum vorhandenen Hydraulikflüssigkeitsmenge nicht möglich, könnte hierdurch die Funktion der oben beschriebenen Spielausgleichsvorrichtung beeinträchtigt werden. Es ist daher bevorzugt, dass ein zwischen dem Betätigungskörper und dem Dämpfungskörper vorhandener Zwischenraum mit dem Arbeits- und/oder Kopfabschnitt über eine Ausgleichsventilvorrichtung verbunden ist, mittels derer zumindest in der ersten Endposition des Stößels Hydraulikflüssigkeit aus dem Kopf- und/oder Arbeitsabschnitt in den Zwischenraum führbar ist. Dabei ist der Fluss durch die Ventilvorrichtung selbst im geöffneten Zustand vorzugsweise so gering, dass allein die Bewegung des Stößels bzw. die Druckänderung der Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Zylinderventils nicht zu einer erheblichen Änderung der Hydraulikflüssigkeitsmenge in dem Zwischenraum führt. Das Ausgleich erfolgt bevorzugt während des verglichen mit den Öffnungs- und Schließzeiten langen Zeitraums, während dessen sich der Stößel in der ersten Endposition befindet.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für Zylinderventile beliebiger Brennkraftmaschinen geeignet, insbesondere also auch die von Otto- oder Dieselmotoren.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch einen Abschnitt eines Zylinderkopfes mit einem Zylinderventil und einem Abschnitt einer erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Kopfbereichs der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung in 1 in einer ersten Endposition,
3 die gleiche Ansicht wie in 2, in der sich jedoch der Stößel in einer Abtrennposition befindet, und
4 eine Detailansicht eines Kopfbereichs einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist in einem Zylinderkopf 2 ein Zylinderventil 4 angeordnet, das mittels einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 6 betätigbar ist.
Das Zylinderventil 4 ist mit seinem Ventilschaft 8 in einem entsprechenden Lager des Zylinderkopfs 2 verschiebbar gelagert. Das Ventil ist zwischen einer geöffneten und einer, in 1 gezeigten, geschlossenen Position hin- und herbewegbar, wobei es unter anderem mittels einer Ventilfeder 10, die bei Öffnung des Ventils zusammengedrückt wird, schließbar ist.
Ein Ventilteller 12 des Zylinderventils 4 liegt in der geschlossenen Position des Ventils an einem Ventilsitz 14 in dem Zylinderkopf 2 dicht an und wird von der Ventilfeder 10 gegen den Ventilsitz 14 gezogen.
In der Bewegungsrichtung des Zylinderventils 4 befindet sich an dem Zylinderkopf 2 die hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung 6. Diese weist ein in den Figuren nur teilweise dargestelltes Gehäuse 16, ein darin angeordnetes Stößelgehäuse 18, einen in der Stößelgehäuse 18 verschiebbar angeordneten Stößel 20 mit einem Betätigungskörper 22 und einem Dämpfungskörper 24 sowie eine Führungsmutter 26 auf.
Das Stößelgehäuse 18 und der darin geführte Stößel 20 sind in dem Gehäuse 16 mittels der in das Gehäuse 16 eingeschraubten Führungsmutter 26 gehalten. Diese dient auch der Führung und Befestigung des Gehäuses 16 in dem Zylinderkopf 2. Die Befestigung erfolgt dabei derart, dass der Stößel 20 koaxial mit dem Ventilschaft 8 angeordnet ist, so dass das Zylinderventil 4 mittels des Stößels 20 betätigbar ist.
Das Stößelgehäuse 18 mit dem Stößel 20 sitzt in einer zylindrischen Bohrung 28 in dem Gehäuse 16, die mit einem Eingangskanal 30, an den ein Zufluss von einem nicht gezeigten Hydraulikkreis anschließbar ist, und einem Ausgangskanal 32, an dem die Niederdruckseite eines Hydraulikkreises anschließbar ist, verbunden ist.
Der Zu- bzw. Abfluss von Hydraulikflüssigkeit von bzw. in einen Hydraulikkreis zu dem Einlasskanal 30 bzw. aus dem Auslasskanal 32 ist über in den Figuren nicht gezeigte elektrisch betätigbare Steuerventile der Ventilbetätigungseinrichtung 6 steuerbar.
Ein in Richtung des Zylinderventils 4 weisender Bereich der Bohrung 28 ist durch einen O-Ring 34, der in einer entsprechenden Nut des Stößelgehäuses 18 liegt, gegen den mit dem Einlasskanal 30 und dem Auslasskanal 32 verbundenen Bereich der Bohrung 28 abgedichtet.
Das Stößelgehäuse 18 umfasst eine hohlzylindrische Stößelführung 36 und ein auf der hohlzylindrischen Stößelführung 36 aufsitzendes Kopfteil 38.
Der in der Stößelführung 36 geführte Stößel 20 bzw. der Betätigungskörper 22 weist zur Betätigung des Ventilschafts 8 auf seiner ventilseitigen Stirnfläche einen koaxialen Zapfen 40 auf, der durch eine entsprechende Öffnung in der Führungsmutter 26 geführt ist und mit dem Ventilschaft 8 des Zylinderventils 4 in Kontakt ist. Der Stößel 20 kann maximal so weit aus dem Stößelgehäuse 18 ausgefahren werden, bis die ventilseitige Stirnfläche des Stößels 20 an der Führungsmutter 26 anschlägt.
Das Kopfteil 38 und die Führungsmutter 26 begrenzen so die mögliche Bewegung des Stößels 20 zwischen einer ersten, in 1 gezeigten Endposition, in der das Zylinderventil 4 geschlossen ist, und einer zweiten Endposition, in der der Stößel 20 maximal ausgefahren und das Zylinderventil 4 geöffnet ist.
In den 2 und 3 ist der Kopfbereich der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 6 genauer gezeigt.
Die Stößelführung 36 weist in einem Bereich nahe dem Einlasskanal 30 und dem Auslasskanal 32 einen verringerten Außendurchmesser auf, so dass sich ein Spalt 41 zwischen einer Innenwand des Gehäuses 16 und einer Außenwand der Stößelführung 36 ergibt, in den der Einlasskanal 30 und der Auslasskanal 32 münden.
Das Kopfteil 38 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Der Außendurchmesser des Kopfteils 38 entspricht dabei dem der Stößelführung 36 an deren Ende. Das Stößelgehäuse 18 weist daher in dem Bereich nahe dem Einlasskanal 30 und dem Auslasskanal 32 insgesamt einen reduzierten Außendurchmesser auf, so dass sich der Spalt 41 zwischen Außenwand der Stößelführung 36 und der Innenwand des Gehäuses bis an das Ende der Bohrung 28 fortsetzt.
An dem Kopfteil 38 ist ein der Stößelführung 36 zugewandter Bereich mit einem reduzierten Außendurchmesser ausgebildet, der dem Innendurchmesser der Stößelführung 36 entspricht. Das Kopfteil 38 sitzt mit der durch die Außendurchmesserreduzierung gebildeten Schulter auf der Stößelführung 36 auf, wobei der Bereich mit reduziertem Außendurchmesser in der Stößelführung 36 angeordnet ist.
Der hohlzylindrische Bereich des Kopfteils 38 weist weiterhin einen geringeren Innendurchmesser auf als die ebenfalls hohlzylindrische Stößelführung 36.
Die Stirnfläche des Kopfteils 38 weist einen Kreuzschlitz 42 auf, durch den der Innenraum des Kopfteils 38 mit dem seitlichen Außenbereich des Kopfteils 38 verbunden ist. Das Kopfteil 38 stützt sich dabei mit seiner Stirnfläche an dem Gehäuse 16 ab.
In dem Kopfteil 38 ist weiterhin ein mit einem Arm des Kreuzschlitzes 42 verbundener erster Kanal 43 angeordnet, der über ein Kugelventil 46 mit einem zweiten Kanal 44 verbunden ist. Der zweite Kanal 44 führt parallel zu der Achse der Stößelführung 36 in den Innenraum der Stößelführung 36.
Der Spalt 41 zwischen der seitlichen Innenwand des Gehäuses 16 und dem Stößelgehäuse 18 und der Kreuzschlitz 42 bilden somit einen zusammenhängenden Bereich 50, in den der Einlasskanal 30 und der Auslasskanal 32 münden.
Eine Kugel des Kugelventils 46 wird durch eine in einer entsprechenden Nut des Kopfteils 38 angeordnete Scheibenfeder 48 in Richtung auf den ersten Kanal 43 gedrückt und dichtet diesen je nach Druckunterschied zwischen dem ersten Kanal 43 und dem zweiten Kanal 44 ab.
Der Einlasskanal 30, der Auslasskanal 32, der Bereich 50 zwischen dem Stößelgehäuse 18 und dem Gehäuse 16, die Kanäle 43 und 44 sowie die Innenräume des Kopfteils 38 und der Stößelführung 36 bilden daher eine Kammer 52, in der der Stößel 20 mittels durch den Einlasskanal 30 zugeführter, unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit bewegbar ist.
Wie zuvor beschrieben, umfasst der Stößel 20 den Betätigungskörper 22 und den Dämpfungskörper 24. Der Dämpfungskörper 24 und der Betätigungskörper 22 sind unter Ausbildung einer Spielausgleichsvorrichtung relativ zueinander verschiebbar verbunden.
Dazu weist der Betätigungskörper 22 an seinem dem Dämpfungskörper 24 zugewandten Ende einen rohrförmigen Ansatz 53 auf, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Stößelführung 36. Im Bereich des freien Endes des rohrförmigen Ansatzes 53 ist dabei eine umlaufende Rippe 54 ausgebildet.
In dem Dämpfungskörper 24 ist an seinem, dem Betätigungskörper 22 zugewandten Ende einen Topf 56 ausgebildet, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des rohrförmigen Ansatzes 52 auf der Höhe der Rippe 54 entspricht, so dass dieser und damit auch der Betätigungskörper 22 in dem Topf 56 geführt ist.
In der Topfwand ist eine umlaufende Nut 58 ausgebildet. Ein über die Rippe 54 geschobener Sprengring 60 ist in diese Nut 58 eingerastet, so dass der Betätigungskörper 22 gegenüber dem Dämpfungskörper 24 begrenzt durch den Abstand zwischen Nut 58 und dem Boden des Topfes 56 sowie den Abstand zwischen der Rippe 54 und der Stirnfläche des Betätigungskörpers 22 hin- und herbewegbar ist. Der Sprengring 60 zusammen mit der Rippe 54 verhindert eine zu weite Bewegung des Betätigungskörpers 22 von dem Dämpfungskörper 24 weg. Die Verwendung des Sprengrings erlaubt eine sehr einfache Montage des Stößels 20 aus dem Betätigungskörper 22 und dem Dämpfungskörper 24, da diese nur aufeinander geschoben werden müssen, wobei die Rippe 54 über den Sprengring 60 schnappt.
Im Inneren des rohrförmigen Ansatzes 53 und in einer Ausnehmung in dem Boden des Topfes 56 ist eine Spielausgleichsfeder 62 angeordnet, die den Betätigungskörper 22 von dem Dämpfungskörper 24 wegdrückt.
Zwischen dem Dämpfungskörper 24 und dem Betätigungskörper 22 ist so ein Zwischenraum 64 gebildet, dessen Volumen vom Abstand des Betätigungskörpers 22 von dem Dämpfungskörper 24 abhängt.
Der Dämpfungskörper 24 weist auf seiner dem Kopfteil 38 zugewandten Stirnfläche einen zylindrischen Ansatz 66 auf, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Kopfteils 38. In dem Bereich der Stirnfläche des Dämpfungskörpers 24, in dem diese in den zylindrischen Ansatz 66 übergeht, ist eine umlaufende Kehle 70 ausgebildet. Zwischen dem zylindrischen Ansatz 66 und der Innenwand des Kopf teils 38 entsteht also ein Spalt 68, wenn sich der Dämpfungskörper 24 in einer entsprechenden Position befindet.
Es wird nun die Funktionsweise der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 6 beschrieben.
Zur Erläuterung der Funktion seien in der Kammer 52 ein Kopfabschnitt 72, der den Bereich der Kammer 52, der Hydraulikflüssigkeit enthält, wenn der Stößel 20 in der ersten Endposition ist, aber nicht den zweiten Kanal 46 umfasst, ein Arbeitsabschnitt 74 der Kammer 52, der außer dem zweiten Kanal 46 den bei der Bewegung des Stößels 20 maximal für Hydraulikflüssigkeit zugänglichen Teil der Kammer 52 umfasst, sowie ein Dämpfungsabschnitt 76 definiert. Der Dämpfungsabschnitt 76 umfasst dabei den Bereich der Kammer 52, der zwischen dem Kugelventil 46 und dem Stößel 20 in einer Position zwischen der ersten Endposition und einer, in 3 gezeigten Abtrennposition des Stößels 20 gebildet wird. In dieser Abtrennposition befindet sich die Stirnfläche des zylindrischen Ansatzes 66 auf der Höhe der dem Zylinderventil 4 zugewandten Stirnfläche des Kopfteils 38.
Ein für eine Abbremsung des Stößels 20 und damit des Zylinderventils 4 vorgegebener Bereich von Stößelpositionen ist der Bereich zwischen der ersten Endposition und der Abtrennposition. In diesem Bereich der Stößelpositionen ist der Dämpfungsabschnitt 76 von dem Kopfabschnitt 72 durch den zylindrischen Ansatz 66 abgetrennt, wobei nur eine Verbindung über den Spalt 68 zwischen dem zylindrischen Ansatz 66 und der Innenwand des Kopfteils 38 gegeben ist.
Wie in 1 erkennbar, entspricht die erste Endposition des Stößels 20 einem geschlossenen Zylinderventil 4. In dieser ersten Endposition ist, wie in 2 gezeigt, das Kugelventil 46 durch den Andruck der Scheibenfeder 48 geschlossen. Weiterhin liegt der Dämpfungskörper 24 an dem Kopfteil 38 an.
Bei Erhöhung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 52 wird der Stößel 20 in Richtung des Zylinderventils 4 bewegt, wodurch dieses geöffnet wird. Durch den erhöhten Druck in dem ersten Kanal 43 und einen durch die Bewegung des Dämpfungskörpers 24 entstehenden Unterdruck in dem zweiten Kanal 44 wird das Kugelventil 46 geöffnet, so dass Hydraulikflüssigkeit sowohl durch den ersten Kanal 43 und den zweiten Kanal 44 als auch das Innere des Kopfteils 38 strömen kann. Hierdurch wird ein schnelles Öffnen des Zylinderventils 4 gewährleistet.
Bewegt sich der Stößel 20 über die Abtrennposition hinaus in Richtung auf die zweite Endposition, in der der Stößel 20 maximal ausgefahren und das Zylinderventil 4 geöffnet ist, wird der Dämpfungsabschnitt 76 mit dem Kopfabschnitt 72 verbunden, so dass sich Hydraulikflüssigkeit zusammen mit dem Stößel 20 ungehindert in Richtung auf die zweite Endposition des Stößels 20 hin bewegen kann.
Bei dieser Bewegung des Stößel 20 und damit des Zylinderventils 4 wird die Ventilfeder 10 zusammengedrückt.
Wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit nun vermindert, drückt die Ventilfeder 10 das Zylinderventil 4 zurück in die geschlossene Position, wodurch der Stößel 20 in Richtung auf das Kopfteil 38 bewegt wird. Dabei wird in dem Arbeitsabschnitt 74 enthaltene Hydraulikflüssigkeit durch die Kammer 52 und insbesondere den Auslasskanal 32 zurück in den Hydraulikkreis gepresst. Dieser Rückfluss von Hydraulikflüssigkeit erfolgt bis zum Erreichen der Abtrennposition praktisch ohne große Dämpfung, da dazu der gesamte Innenquerschnitt des Kopfteils 38 zur Verfügung steht.
Erreicht nun der Dämpfungskörper 24 die Abtrennposition, wird der Dämpfungsabschnitt 76 von dem Arbeitsabschnitt 74 abgetrennt und bei einer weiteren Bewegung des Dämpfungskörpers 22 in Richtung auf die erste Endposition verkleinert (vgl. 3).
Dabei wird Hydraulikflüssigkeit in dem Dämpfungsabschnitt 76 durch den Spalt 68 zwischen dem zylindrischen Ansatz 66 und der Innenwand des Kopfteils 38 gepresst, wodurch der Fluss von Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt 76 in den Arbeitsabschnitt 74 stark begrenzt wird (vgl. 2). Hierdurch ergibt sich eine nur in dem vorgegebenen Bereich zwischen Abtrennposition und erster Endposition und nur in der Bewegungsrichtung auf die erste Endposition zu gegebene Abbremsung der Bewegung des Stößels 20. Hierdurch wird auch die Bewegung des Zylinderventils 4 in Richtung auf den Ventilsitz 14 abgedämpft, so dass das Zylinderventil 4 bzw. der Ventilteller 12 nur mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit auf den Ventilsitz 14 aufprallt.
Die Spielausgleichsfeder 62, die den Betätigungskörper 22 und den Dämpfungskörper 24 auseinanderdrückt, stellt dabei sicher, dass der Dämpfungskörper 24 innerhalb vorgegebener Toleranzen der Länge des Ventilschafts 8 immer die Abtrennposition und insbesondere auch die erste Endposition erreicht.
Die Dämpfung bzw. die abbremsende Wirkung lässt durch geeignete Wahl des Außendurchmessers des Dämpfungskörpers 24, den Innendurchmesser des Kopfteils 38, die Höhe des zylindrischen Ansatzes 66 und die Breite und Gestaltung des Spalts 68 abstimmen. Dabei kann die Gestaltung des Spalts 68 insbesondere durch eine Abschrägung der dem Dämpfungskörper 24 zugewandten Kante des Kopfteils 38 und die Gestalt der Kehle 70 verändert werden.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung gezeigt.
Die Ventilbetätigungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der soeben beschriebenen Ventilbetätigungsvorrichtung in der Ausbildung der Spielausgleichsvorrichtung. Der wesentliche Unterschied besteht dabei in der Ausbildung des Dämpfungskörpers, so dass für alle anderen Teile der Ventilbetätigungsvorrichtung die gleichen Bezugszeichen wie zuvor verwendet werden können.
Der Dämpfungskörper 78, der ansonsten dem Dämpfungskörper 24 entspricht, weist einen koaxial angeordneten Ausgleichskanal 80 auf, der in einen Kugelventiltopf 82 mündet, der im Boden eines dem Topf 56 im ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Topfes 84 ausgebildet ist.
Der Kugelventiltopf 82 weist eine entlang seiner Wand umlaufende Schulter 86 auf, auf der ein im wesentlichen zylindrischer Verschlusskörper 88 aufsitzt.
Der Verschlusskörper 88, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Kugelventiltopfs 82 an dessen Öffnung entspricht, ist in den Kugelventiltopf 82 eingepresst.
In dem zwischen dem Verschlusskörper 88 und dem Boden des Kugelventiltopfs 82 ausgebildeten Raum ist als Ausgleichsventil ein Kugelventil 90 angeordnet, dessen Kugel durch eine Kugelventilfeder 92 gegen den Ausgleichskanal 80 gedrückt wird. Die Kugelventilfeder 92 stützt sich dabei an dem Verschlusskörper 88 ab
Der Verschlusskörper 88 weist weiterhin einen weiteren Ausgleichskanal 94 auf, der den Ausgleichskanal 80 und den sich daran anschließenden Abschnitt des Kugelventiltopfs 82 mit dem jenseits des Verschlusskörpers 88 liegenden Abschnitt des Kugelventiltopfs 82 und des Innenraums des rohrförmigen Ansatzes 53 des Betätigungskörpers 22 verbindet.
Weiterhin dient der Verschlusskörper 88 der Positionierung der Spielausgleichsfeder 62 und der Kugelventilfeder 88, wozu er entsprechende Zapfen 96 und 98 an seinen Stirnseiten aufweist.
Die Verbindung von Betätigungskörper 22 und Dämpfungskörper 78 sowie die Funktion der Spielausgleichsfeder 62 entsprechen denen im ersten Ausführungsbeispiel.
Der Zwischenraum 64 zwischen dem Betätigungskörper 22 und dem Dämpfungskörper 78 ist hierbei jedoch mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, wobei ein Ausgleich des Hydraulikflüssigkeitsvolumens in dem Zwischen raum 64 mit dem Kopfabschnitt 72 über den weiteren Ausgleichskanal 94, das Kugelventil 90 und den Ausgleichskanal 80 möglich ist.
Der Querschnitt des Ausgleichskanals 80 ist dabei so gering, dass während der Öffnungs- und Schließphasen, d. h. der Bewegung des Stößels 20, kein signifikanter Fluss von Hydraulikflüssigkeit durch den Ausgleichskanal 80 auftritt. Während der Ruhezeiten, während denen die hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nicht bewegt wird, was zu etwa 75% der Zeit der Fall ist, kann jedoch ein Ausgleich der Flüssigkeitsmenge erfolgen.
In der ersten Endposition presst die Spielausgleichsfeder 62 den Dämpfungskörper 78 an die ihm zugewandte Stirnfläche des Kopfteils 38. Durch den Ausgleichskanal 80 und das Kugelventil 90 eintretende Flüssigkeit erlaubt dann ein Auffüllen des Zwischenraums 64, soweit dies aufgrund der Druckverhältnisse notwendig ist. Der Verschlusskörper 88 begrenzt dabei den maximalen Hub des Kugelventils 86.

2: Zylinderkopf
4: Zylinderventil
6: hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung
8: Ventilschaft
10: Ventilfeder
12: Ventilteller
14: Ventilsitz
16: Gehäuse
18: Stößelgehäuse
20: Stößel
22: Betätigungskörper
24: Dämpfungskörper
26: Führungsmutter
28: zylindrische Bohrung
30: Einlasskanal
32: Auslasskanal
34: O-Ring
36: Stößelführung
38: Kopfteil
40: Zapfen
41: Spalt
42: Kreuzschlitz
43: erster Kanal
44: zweiter Kanal
46: Kugelventil
48: Scheibenfeder
50: Bereich zwischen Stößelführung und Gehäuse
52: Kammer
53: rohrförmiger Ansatz
54: Rippe
56: Topf
58: Nut
60: Sprengring
62: Spielausgleichsfeder
64: Zwischenraum
66: zylindrischer Ansatz
68: Spalt
70: Kehle
72: Kopfabschnitt
74: Arbeitsabschnitt
76: Dämpfungsabschnitt
78: Dämpfungskörper
80: Ausgleichskanal
82: Kugelventiltopf
84: Topf
86: Schulter
88: Verschlusskörper
90: Kugelventil
92: Kugelventilfeder
94: weiterer Ausgleichskanal
96: Zapfen
98: Zapfen

Claims

Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Zylinderventil (4) einer Brennkraftmaschine mit einer Kammer (52), die eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss an einen Hydraulikkreis aufweist, einem Stößel (20) zur Betätigung des Zylinderventils (4), der mittels einer mit Druck beaufschlagten, in wenigstens einem Bereich der Kammer (52) bewegten Hydraulikflüssigkeit des Hydraulikkreises zwischen einer ersten Endposition, die einem geschlossenen Zylinderventil (4) entspricht, und einer zweiten Endposition, die einem geöffneten Zylinderventil (4) entspricht, hin- und herbewegbar ist, und einer Flüssigkeitsdämpfervorrichtung (24, 38, 43, 44, 46, 68, 78), mittels derer ein Fluss von Hydraulikflüssigkeit, der mit der Bewegung des Stößels (20) in die erste Endposition in einem vorgegebenen Bereich nahe der erster Endposition gekoppelt ist, so begrenzbar ist, dass damit der Stößel (20) abbremsbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungswirkung der Flüssigkeitsdämpfervorrichtung (24, 38, 43, 44, 46, 68, 78) bei einer Position des Stößels (20) in dem vorgegebenen Bereich bei Bewegung des Stößels (20) in Richtung der ersten Endposition größer ist als bei Bewegung in umgekehrter Richtung.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (52) einen Dämpfungsabschnitt (76) und einen Arbeitsabschnitt (74) mit einem dauernd mit der Anschlusseinrichtung verbundenen Kopfabschnitt (72) aufweist, dass der Dämpfungsabschnitt (76) bei einer Position des Stößels (20) zwischen der ersten Endposition und einer dem vorgegebenen Bereich entsprechenden Abtrennposition durch den Stößel (20) von dem Arbeitsabschnitt (74) abgetrennt und durch Bewegung des Stößels (20) von der Abtrenntrennposition in Richtung auf die erste Endposition verkleinerbar ist, und dass die Flüssigkeitsdämpfervorrichtung (24, 38, 43, 44, 46, 68, 78) den Dämpfungsabschnitt (76) und eine diesen mit dem Kopfabschnitt (72) verbindende Drosseleinrichtung (24, 38. 68, 78) umfasst, mit der bei Bewegung des Stößels (20) in die erste Endposition in dem vorgegebenen Bereich nahe der erster Endposition der Fluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Dämpfungsabschnitt (76) und dem Kopfabschnitt (72) begrenzbar ist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss durch die Drosseleinrichtung (24, 38. 68, 78) wenigstens in einem vorgegebenen Bereich von Druckdifferenzen zwischen dem Kopfabschnitt (72) und dem Dämpfungsabschnitt (76) bei einem den Druck in dem Dämpfungsabschnitt (76) um einen vorgegebenen ersten Betrag übersteigenden Druck in dem Kopfabschnitt (72) größer ist als bei einem den Druck in dem Kopfabschnitt (72) um einen vorgegebenen zweiten Betrag überschreitenden Druck in dem Dämpfungsabschnitt (76).
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsabschnitt (76) zwei Verbindungen (43, 44, 68) zu dem Kopfabschnitt (72) aufweist, und dass die Drosseleinrichtung (24, 38. 68, 78) ein in einer der Verbindungen (43, 44) angeordnetes Ventil (46) aufweist, das die Verbindung (43, 44) absperrt, wenn der Druck in dem Dämpfungsabschnitt (76) um einen vorgegebenen Betrag größer als der Druck in dem Kopfabschnitt (72) ist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Kugelventil (46) umfasst.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (20) so ausgebildet und während einer Verkleinerung des Dämpfungsabschnitts (76) so geführt ist, dass zwischen dem Stößel (20) und einem Abschnitt einer Wand der Kammer (52) eine Verbindung (68) des Dämpfungsabschnitts (76) zu dem Arbeitsabschnitt (74) ausbildet ist, durch die Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungsabschnitt (76) in den Arbeitsabschnitt (74) pressbar ist, um eine Bewegung des Stößels (20) in die erste Endposition abzubremsen.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein hohlzylindrisches Kopfteil (38) vorgesehen ist, dessen Innenraum wenigstens einen Teil des Arbeitsabschnitts (74) bildet, und dass der Stößel (20) einen zylindrischen, in das Innere des hohlzylindrischen Kopfteils (38) wenigstens teilweise einführbaren, und dann mit dem Kopfteil (38) einen Spalt (68) bildenden Bereich (66) aufweist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein hohlzylindrisches Kopfteil (38) vorgesehen ist, dessen Innenraum wenigstens einen Teil des Arbeitsabschnitts (74) bildet, und dass der Stößel (20) einen zylindrischen, in das Innere des hohlzylindrischen Kopfteils (38) wenigstens teilweise einführbaren Bereich aufweist, wobei an der Innenfläche des Kopfteils (38) im Bereich des Arbeitsabschnitts (74) und/oder an der Außenfläche des zylindrischen Bereichs Ausnehmungen vorgesehen sind, über die der Dämpfungsabschnitt (76) mit dem Arbeitsabschnitt (74) verbunden ist, wenn der Dämpfungsabschnitt (76) von dem Arbeitsabschnitt (74) abgetrennt ist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Spielausgleichsvorrichtung (60, 62, 80, 90, 92, 94), mit der Längenänderungen des Zylinderventils (4) ausgleichbar sind, so dass der Stößel (20) immer die erste Endposition erreichen, kann.
Hydraulische Ventilbetätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (20) einen Betätigungskörper (22) zur Betätigung des Zylinderventils (4) und einen damit über die Spielausgleichsvorrichtung (60, 62, 80, 90, 92, 94) gekoppelten Dämpfungskörper (24, 78) aufweist, mit dem der Dämpfungsabschnitt (76) von dem Arbeitsabschnitt (74) abtrennbar ist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Betätigungskörper (22) und dem Dämpfungskörper (24, 78) ein Federelement (62) angeordnet ist.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskörper (22) und der Dämpfungskörper (24, 78) mittels einer Schnappverbindung (54, 58, 60) gegeneinander verschiebbar gekoppelt sind.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Betätigungskörpers (22) und der maximale Außendurchmesser des Dämpfungskörpers (24, 78) gleich groß sind, und dass eine Führung (18) für den Stößel (20) einen hohlzylindrischen Abschnitt umfasst, in dem wenigstens teilweise der Betätigungskörper (22) und der Dämpfungskörper (24, 78) geführt sind.
Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Betätigungskörper (22) und dem Dämpfungskörper (78) vorhandener Zwischenraum (64) mit dem Arbeits- und/oder Kopfabschnitt (74, 72) über eine Ausgleichsventilvorrichtung (80, 90, 94) verbunden ist, mittels derer in der ersten Endposition des Stößels (20) Hydraulikflüssigkeit aus dem Kopf- und/oder Arbeitsabschnitt (72, 74) in den Zwischenraum (64) führbar ist.
Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines Zylinderventils (4) einer Brennkraftmaschine, bei dem durch Änderung des Druckes einer Hydraulikflüssigkeit unter Ausbildung eines Flusses von Hydraulikflüssigkeit ein Stößel (20) zwischen einer ersten Endposition, die einem geschlossenen Zylinderventil (4) entspricht, und einer zweiten Endposition, die einem geöffneten Zylinderventil (4) entspricht, hin- und herbewegt wird, und bei dem ein mit der Bewegung des Stößels (20) in die erste Endposition in einem vorgegebenen Bereich nahe der ersten Endposition gekoppelter Fluss von Hydraulikflüssigkeit so begrenzt wird, dass damit der Stößel (20) nur in dem vorgegebenen Bereich wesentlich abgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss der Hydraulikflüssigkeit bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in die erste Endposition stärker begrenzt wird als bei Bewegung innerhalb des vorgegebenen Bereichs in umgekehrter Richtung.