DE19956584C2 - Desmodromische Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine desmodromische Vorrichtung zur Be­ tätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 09 666 A1 ist eine desmodromische Steuerung ei­ nes Gaswechselventils bekannt, bei der ein Öffnungsnocken und ein Schließnocken über einen Tassenstößel auf einen Ventil­ schaft wirken. In dem Tassenstößel sind zwei Spielausgleich­ selemente angeordnet, und zwar ein oberes, dem Gaswechselven­ til abgewandtes und ein unteres, dem Gaswechselventil zuge­ wandtes Spielausgleichselement.

Das obere Spielausgleichselement hält mit einer Kolben- Zylindereinheit ein Bodenteil des Tassenstößels auf dem Öff­ nungsnocken und stützt sich dabei mit dem Zylinder in Öff­ nungsrichtung auf dem Ventilschaft und mit dem Kolben in Schließrichtung am Bodenteil ab. Das zweite Spielausgleich­ selement hält mit einer zweiten Kolben-Zylindereinheit ein Mantelteil des Tassenstößels auf einem vom Schließnocken ange­ triebenen Arm. Der Kolben ist als Ringkolben ausgeführt, stützt sich in Schließrichtung über einen Sicherungsring am Ventilschaft ab und ist verschiebbar in dem Mantelteil ge­ führt, das gleichzeitig als Zylinder des zweiten Spielaus­ gleichselements dient. Der Ringkolben trennt einen unteren, auf der dem Gaswechselventil zugewandten Seite angeordneten Druckraum von einem oberen, auf der dem Gaswechselventil abge­ wandten Seite angeordneten Vorratsraum. Ferner weist das zwei­ te Spielausgleichselement ein Rückschlagventil auf, über das Druckmittel vom Vorratsraum über einen Durchbruch im Ringkol­ ben zum Druckraum fließen kann. Das Rückschlagventil verschließt den Durchbruch mit einer Ventilkugel, die mit ei­ ner vorgespannten Schraubendruckfeder in Richtung Vorratsraum gedrückt wird. Zwei weitete im Druckraum angeordnete Schrau­ bendruckfedern spannen den Ringkolben relativ zum Mantelteil vor.

Neben der zwei Spielausgleichselementen ist im Tassenstößel ein Überdruckventil bzw. ein Sicherheitsventil angeordnet. Das Sicherheitsventil ist ein Rückschlagventil, das einen zweiten Durchbruch im Ringkolben mit einer Ventilkugel verschließt, die mit einer vorgespannten Schraubendruckfeder in Richtung Druckraum gedrückt wird. Die Schraubendruckfeder ist hinsicht­ lich ihrer Vorspannkraft so ausgeführt, daß das Sicherheits­ ventil bei Kräften geschlossen bleibt, die bei einer regulären Ventilbetätigung auftreten.

Sollte jedoch im Ventilbetrieb aufgrund von Resonanzschwingun­ gen oder eines zu hohen Schmieröldrucks etc. ein Aufpumpen, d. h. ein ständiges Ausdehnen des zweiten Spielausgleichsele­ ments erfolgen, würden aufgrund der Zwangssteuerung über den Schließnocken unzulässig hohe Ventilkräfte bzw. -drücke auf­ treten, die bei der vorgeschlagenen Ausführung durch Öffnen des Überdruckventils abgebaut werden können. Gleiches gilt dann, wenn bei einem längeren Stillstand der Brennkraftmaschi­ ne sich das erste Spielausgleichselement entleert hat, und sich beim Start das zweite Spielausgleichselement vor dem ersten Spielausgleichselement ausdehnt und dadurch unzulässig hohe Ventilkräfte entstehen würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsbildende desmodromische Vorrichtung weiterzuentwickeln, und insbesonde­ re eine konstruktiv einfache Verbindung zwischen einem Stelle­ lement und einem Ventilschaft zu schaffen, die besonders für Vorrichtungen mit einem elektromagnetischen Aktuator geeignet ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer desmodromischen Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschi­ ne, die mit einem Stellelement über zumindest ein Übertra­ gungsmittel in Öffnungsrichtung über ein Spielausgleichsele­ ment auf einen Ventilschaft und über eine Einrichtung in Schließrichtung mit dem Ventilschaft in Wirkverbindung steht.

Es wird vorgeschlagen, daß die Einrichtung ein Bauteil auf­ weist, das zumindest zum Ventilschaft und/oder zum Übertra­ gungsmittel verschiebbar angeordnet ist, über das Zugkräfte vom Übertragungsmittel auf den Ventilschaft übertragbar sind und über das der Ventilschaft mit einer Kraft in Schließrich­ tung belastet ist, die größer/gleich einer erforderlichen Restschließkraft ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann eine besonders platzsparende, konstruktiv einfache Zug-Druck- Verbindung mit einem weitgehend konventionellen, kostengünsti­ gen Spielausgleichselement erreicht werden, die insbesondere aufgrund des kleinen Bauvolumens und der Möglichkeit, eine Zugkraft zu übertragen besonders vorteilhaft bei Vorrichtungen mit elektromagnetischen Aktuatoren eingesetzt werden kann.

Um ein Aufpumpen des Spielausgleichselements zu vermeiden, ist die Kraft vorteilhaft größer/gleich einer beim Schließen des Gaswechselventils auf das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung wirkenden, durch eine Massenträgheit verursachten Beschleuni­ gungskraft. Kostengünstig und einfach kann die Kraft durch ei­ ne hubunabhängige Feder erzeugt werden, beispielsweise mit ei­ ner Schraubenfeder usw., die zwischen dem Bauteil und dem Übertragungsmittel oder dem Ventilschaft wirkt. Daneben kann die Kraft vorteilhaft mit einem Druckmittel in einem Druckraum erzeugt werden, wodurch die Kraft stets auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, beispielsweise durch einen Druckmittelanschluß auf einen konstanten Wert oder einen sich verändernden, betriebsabhängigen Wert.

Das die Zugkräfte übertragende Bauteil wird vorteilhaft von einer den Ventilschaft und das als Stößel ausgebildete Über­ tragungsmittel umschließenden Hülse gebildet. Die Hülse kann in ihrem Durchmesser sehr klein und leicht ausgeführt und kann platzsparend, insbesondere in einem elektromagnetischen Ventilantrieb integriert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß in der Hülse ein Ring befestigt ist, der radial nach innen eine konische Fläche aufweist, über die auf ein mit dem Ventilschaft oder mit dem Stößel fest verbundenes Bauteil mit einem entsprechenden Gegenkonus die in der Hülse wirkende Zug­ kraft übertragbar ist. Die Hülse kann einfach und schnell mon­ tiert und demontiert werden. Der Ring wird dabei vorteilhaft über ein Gewinde mit der Hülse verbunden, wodurch dieser schnell und einfach mit der Hülse fest verbunden und insbeson­ dere eine Federverbindung zwischen der Hülse und dem Ventil­ schaft oder dem Stößel auf einen gewünschten Wert vorgespannt werden kann und Toleranzen ausgeglichen werden können.

Ferner kann ein Aufpumpen des Spielausgleichselements verhin­ dert werden, indem eine beim Schließen des Gaswechselventils auf das Spielausgleichselement in Öffnungsrichtung wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft das Spielausgleichselement in seiner Längsausdehnung blockiert. Die im geschlossenen Zustand auf den Ventilschaft wirkende Kraft kann dadurch vorteilhaft unabhängig von einer sich ein­ stellenden Beschleunigungskraft auf eine erforderliche Rest­ schließkraft eingestellt werden.

Es kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erschei­ nende konstruktive Lösungen erreicht werden, daß das Spielaus­ gleichselement durch die sich einstellende Beschleunigungs­ kraft in seiner Längsausdehnung blockiert wird. Besonders kon­ struktiv einfach kann dies jedoch erreicht werden, indem das Spielausgleichselement einen in einem Zylinder geführten Kol­ ben aufweist und der Kolben mit einem Zylinderboden einen Druckraum einschließt, der über ein Rückschlagventil mit einem Druckanschluß und über eine Drosselstelle mit einem angrenzen­ den Raum verbunden ist und in dem eine vorgespannte, den Kol­ ben belastende Feder angeordnet ist, wobei eine auf den Kolben in Öffnungsrichtung wirkende, durch eine Massenträgheit verur­ sachte Beschleunigungskraft beim Schließen des Gaswechselven­ tils größer/gleich einer Kraft der Feder ist. Durch die Mas­ senträgheit des Kolbens wird das Spielausgleichselement bloc­ kiert.

Ferner kann anstatt über den Kolben eine Verbindung des Druck­ raums mit dem Druckanschluß beim Schließen des Gaswechselven­ tils durch eine auf einen Ventilkörper wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft verschlossen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent­ halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator,

Fig. 2 eine Variante nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Spielausgleichselement im Schnitt und

Fig. 4 eine Variante nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer desmodromi­ sche Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils 14 ei­ ner nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Die Vorrich­ tung besitzt einen elektromagnetischen Aktuator 33, der über einen Stößel 13 in Öffnungsrichtung 15 über ein Spielaus­ gleichselement 35 auf einen Ventilschaft 12 wirkt. In Schließ­ richtung 34 steht der Aktuator 33 über eine Einrichtung 10 mit dem Ventilschaft 12 in Wirkverbindung.

Erfindungsgemäß besitzt die Einrichtung 10 eine den Stößel 13 und den Ventilschaft 12 umschließende Hülse 11, die zum Stößel 13 verschiebbar angeordnet ist, über die Zugkräfte vom Stößel 13 auf den Ventilschaft 12 übertragbar sind und über die der Ventilschaft 12 mit einer Kraft in Schließrichtung 34 belastet ist, die größer als eine erforderliche Restschließkraft ist. Die Kraft ist von einer hubunabhängigen, vorgespannten Schrau­ benfeder 16 erzeugt, die im Inneren der Hülse 11 angeordnet ist, sich mit einem ersten Ende über einen Federteller 39 am Stößel 13 abstützt und mit einem zweiten Ende in Schließrich­ tung 34 auf die Hülse 11 wirkt. Die erforderliche Restschließ­ kraft ergibt sich aus einem Unterdruck, der sich in einem Zy­ linder der Brennkraftmaschine einstellt.

In der Hülse 11 ist ein Ring 17 über ein Gewinde 21 befestigt, der radial nach innen eine konische Fläche 18 aufweist, über die auf einen mit dem Ventilschaft 12 fest verbundenen Ring 19 mit einem entsprechenden Gegenkonus 20 die in der Hülse 11 wirkende Zugkraft übertragbar ist. Mit dem Ring 17 kann über das Gewinde 21 die Vorspannung der Feder 16 eingestellt wer­ den.

Als Spielausgleichselement 35 kann ein hydraulisches Standard­ bauteil verwendet werden, das über eine Bohrung 38 im Stößel 13 mit einem nicht näher dargestellten Druckanschluß verbunden ist und bei Druckbelastung die Tendenz besitzt, sich zu ver­ kürzen. Hat sich das Spielausgleichselement 35 zu weit ver­ kürzt, findet ein schneller Ausgleich in die entgegengesetzte Richtung statt, und zwar mit einem nicht näher dargestellten, sich öffnenden Rückschlagventil im Spielausgleichselement 35, das einen Druckraum im Spielausgleichselement 35 mit dem Druckanschluß verbindet.

Um ein Aufpumpen des Spielausgleichselements 35 beim Schließen des Gaswechselventils 14 zu vermeiden, ist die von der Feder 16 in Schließrichtung 34 auf den Ventilschaft 12 wirkende Kraft größer als eine beim Schließen des Gaswechselventils 14 auf das Gaswechselventil 14 in Öffnungsrichtung 15 wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft.

In Fig. 2 ist eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt, bei der anstatt einer Feder 16 die Hülse 11 über ein Druckmittel 36 in einem Druckraum 37 mit einer Kraft in Schließrichtung 34 belastet ist. Im wesentlichen gleich­ bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugs­ zeichen beziffert. Der Druckraum 37 ist zwischen der Hülse 11 und einem auf dem Stößel 13 befestigten Dichtring 40 einge­ schlossen, über den der Druckraum 37 mit einer Dichtung 41 zur Hülse 11 abgedichtet ist. Der Druck im Druckraum 37 und die daraus resultierende, auf die Hülse 11 wirkende Kraft wird be­ stimmt durch eine definierte Leckage aus dem Druckraum 37 über eine Verbindungsstelle 42 zwischen der Hülse 11 und dem Stößel 13 und einer Druckmittelzuführung über einen Kanal 43 im Stö­ ßel 13. Der Kanal 43 kann auch zumindest teilweise einstückig mit der das Spielausgleichselement 35 mit Druckmittel versor­ genden Bohrung 38 ausgeführt sein, wodurch ein zusätzlicher Kanal und damit verbundene Fertigungskosten eingespart werden könnten.

In den Fig. 3 und 4 sind Spielausgleichselemente 22, 23 darge­ stellt, die beim Schließen des Gaswechselventils 14 durch eine auf das Spielausgleichselement 22, 23 in Öffnungsrichtung 15 wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleuni­ gungskraft in ihrer Längsausdehnung blockiert sind, wodurch ein unerwünschtes Aufpumpen vermieden wird.

Das Spielausgleichselement 22 besitzt einen in einem Zylinder 24 geführten Kolben 25. Der Kolben 25 schließt mit dem Zylin­ der 24 einen Druckraum 27 ein, der über ein Rückschlagventil 28 mit einem Druckanschluß und über eine Drosselstelle 30 zwischen dem Kolben 25 und dem Zylinder 24 mit einem Raum 31 in der Hülse 11 verbunden ist (Fig. 3 und 1). Im Druckraum 27 ist eine vorgespannte, den Kolben 25 in Schließrichtung 34 bela­ stende Feder 32 angeordnet. Die Masse des Kolbens 25 ist so groß gewählt, daß eine auf den Kolben 25 in Öffnungsrichtung 15 wirkende Beschleunigungskraft beim Schließen des Gaswech­ selventils 14 infolge der Massenträgheit größer ist als eine Kraft der Feder 32.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Spielausgleichselement 23 wird anstatt über die Masse eines Kolbens 26 die Verbindung des Druckraums 27 mit dem Druckanschluß beim Schließen des Gas­ wechselventils 14 durch eine auf eine Ventilkugel 29 wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft verschlossen und dadurch das Spielausgleichselement 23 in sei­ ner Längsausdehnung blockiert. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen bezif­ fert.

Claims (10)

1. Desmodromische Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechsel­ ventils (14) einer Brennkraftmaschine, die mit einem Stellele­ ment (33) über zumindest ein Übertragungsmittel (13) in Öffnungsrich­ tung über ein Spielausgleichselement (35) auf einen Ventilschaft (12) wirkt und über eine Einrichtung (10) in Schließrichtung mit dem Ventilschaft (12) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) ein Bauteil (11) aufweist, das relativ zum Ventilschaft (12) und/oder zum Übertragung­ mittel (13) verschiebbar angeordnet ist, daß über das Bauteil (11) Zugkräfte vom Übertragungsmittel (13) auf den Ventilschaft (12) über­ tragbar sind und daß über das Bauteil (11) der Ventilschaft (12) mit einer Kraft in Schließrichtung (34) belastet ist, die grö­ ßer/gleich einer erforderlichen Restschließkraft ist.

2. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft größer/gleich einer beim Schließen des Gaswechselventils (14) auf dieses in Öffnungsrichtung (15) wirkenden, durch eine Massenträgheit verursachten Beschleunigungskraft ist.

3. Desmodromische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft von einer hubunabhängigen Feder (16) er­ zeugt ist.

4. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft von einem Druckmittel (36) in einem Druckraum (37) erzeugt ist.

5. Desmodromische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) von einer den Ventilschaft (12) und das als Stößel ausgebildete Übertragungsmittel (13) um­ schließenden Hülse (11) gebildet ist.

6. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (11) ein Ring (17) befestigt ist, der radi­ al nach innen eine konische Fläche (18) aufweist, über die auf zumindest ein mit dem Ventilschaft (12) oder mit dem Stößel fest verbundenes Bauteil (19) mit einem entsprechen­ den Gegenkonus (20) die in der Hülse wirkende Zugkraft übertragbar ist.

7. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (17) über ein Gewinde (21) mit der Hülse (11) verbunden ist.

8. Desmodromische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Schließen des Gaswechselventils (14) auf das Spielausgleichselement (22, 23) in Öffnungsrichtung (15) wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft das Spielausgleichselement (22, 23) in seiner Längsausdehnung blockiert.

9. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielausgleichselement (22) einen in einem Zy­ linder (24) geführten Kolben (25) aufweist und der Kolben (25) mit dem Zylinder (24) einen Druckraum (27) ein­ schließt, der über ein Rückschlagventil (28) mit einem Druckanschluß und über eine Drosselstelle (30) mit einem angrenzenden Raum (31) verbunden ist, wobei in dem Zylinder (24) eine vorge­ spannte, den Kolben (25) belastende Feder (32) angeordnet ist und eine auf den Kolben (25) in Öffnungsrichtung (15) wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Be­ schleunigungskraft beim Schließen des Gaswechselventils (14) größer/gleich einer Kraft der Feder (32) ist.

10. Desmodromische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielausgleichselement (23) einen in einem Zy­ linder (24) geführten Kolben (26) aufweist und der Kolben (26) mit dem Zylinder (24) einen Druckraum (27) ein­ schließt, der über ein Rückschlagventil (28) mit einem Druckanschluß und über eine Drosselstelle (30) mit einem angrenzenden Raum (31) verbunden ist, wobei in dem Zylinder (24) eine vorge­ spannte, den Kolben (26) belastende Feder (32) angeordnet ist und die Verbindung des Druckraums (27) mit dem Druckanschluß beim Schließen des Gaswechselventils (14) durch eine auf einen Ventilkörper (29) wirkende, durch eine Massenträgheit verursachte Beschleunigungskraft verschlos­ sen ist.