DE3625664A1 - Vorrichtung zur beeinflussung des von einem nocken gesteuerten ventilhubes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.

Frei ansteuerbare, hydraulische Vorrichtungen zur Beeinflussung des Ventilhubverlaufs sind vom Prinzip her hinreichend bekannt. Dabei kann teilweise nur der maximale Ventilhub geregelt werden oder es ist eine zusätzliche Beeinflussung der ansteigenden oder abfallenden Flanke des Ventilhubverlaufs möglich.

Die DE-OS 24 48 311 beschreibt eine gattungsbildende Vorrichtung, bei welcher der Nockenhub zunächst bis zum maximalen Ventilhub, der über eine gerade Steuerkante am Arbeitskolben begrenzt wird, übertragen wird. Erst in der Abwärtsbewegung des dem Nocken zugeordneten Antriebskolbens wird der Druck im hydraulischen Arbeitsraum über eine gerade Ringnut innerhalb der den Antriebs­ kolben umgebenden Steuerhülse und die Austrittsbohrungen im Antriebskolben beschleunigt abgebaut, so daß das Ventil über die Kräfte der Ventilfeder vorzeitig geschlossen wird.

Diese Vorrichtung benötigt sowohl am Antriebs- als auch am Arbeits­ kolben eine genau anzupassende Steuerkante. Die erforderliche große Hydraulikmenge schließt die Verwendung an schnellaufenden Brennkraftmaschinen aus, denn zum einen führt die starke Kompressi­ bilität zu undefinierbaren Ventilhubverläufen, zum anderen besteht die Gefahr von Druckschwingungen im Hydrauliksystem. Diese Druckschwingungen verursachen dann mit Erreichen des Dampf­ drucks der Flüssigkeit die Bildung von Dampfblasen und Kavitations­ schäden.

Geringere Hydraulikmengen werden benötigt, wenn, wie in der AT-PS 2 43 024 beschrieben, anstelle des hohl ausgeführten Kol­ bens ein gegen Verdrehen gesicherter Vollkolben mit einer schrä­ gen Steuerkante zusammen mit einem drehbaren, mit einer Rücklauf­ bohrung versehenen Zylinder verwendet wird. Neben einer äußerst aufwendigen Fertigung liegt ein weiterer Nachteil dieser Anordnung jedoch in dem äußerst geringen Strömungsquerschnitt, welcher von der Steuerkante und der Rücklaufbohrung freigegeben wird. Die dadurch entstehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten können das System zerstören.

Eine Lösung zur Vermeidung der schrägen Steuerkante ist in der DE-OS 29 26 327 vorgeschlagen. Hierbei wird der Zugang zum Arbeitsraum von einem mit der Nockenwelle umlaufenden Drehschie­ ber gesteuert. Durch Verändern der Phasenlage zwischen Drehschie­ ber und Nockenwelle wird die Hydraulikflüssigkeit zwischen An­ triebskolben und Arbeitskolben früher oder später aus dem Arbeits­ raum abgeführt. Mit diesem System wird zwar die schräge Steuer­ kante vermieden, die stets umlaufende Drehschieberwelle bedeutet jedoch großen Bauaufwand und mechanische Verluste. Zudem wird das wiederum vergrößerte Hydraulikvolumen zu Druckschwingungen angeregt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache hydrau­ lische Vorrichtung zum Beeinflussen des durch einen Nocken gesteuerten Ventilshubs dahingehend weiterzubilden, daß große hydraulische Arbeitsvolumina und damit hohe Strömungsgeschwindig­ keiten vermieden werden, um Druckschwingungen im Hydraulik­ system zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der sich beim Stand der Technik ergebende große Arbeitsraum wird hier durch einen Trennstößel in zwei kleine Hydraulikkammern unterteilt. Die mecha­ nische Kopplung des Stößels über einen Kraftspeicher, beispiels­ weise eine Feder, an den mit den Absteuerungsöffnungen versehe­ nen Kolben ermöglicht es, unabhängig von der Art der verwende­ ten Steuerkante, durch geeignete Auslegung der Kraftspeicherkenn­ linie im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hydrau­ lische Druckschwingungen zu vermeiden.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 reduziert in dem volumenmäßig bereits verkleinerten und damit relativ unkritischen Hydrauliksystem nochmals die Strömungsgeschwindigkeit, denn durch die Verwendung einer geraden Steuerkante mit in einer Ebene angeordneten Austrittsöffnungen wird ein großer Strömungs­ querschnitt freigelegt. Trotzdem wird das Hydraulikvolumen äußerst gering gehalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist gegeben, wenn - wie Anspruch 3 vorschlägt - die vom bewegten Kolben aus dem Arbeitsraum verdrängte Hydraulikflüssigkeit einem Druckspeicher zugeführt wird, so daß stets eine ausreichende Flüssigkeitsmenge unter genügendem Druck vorhanden ist und aufwendige Saug- bzw. Ölpumpenarbeit zur Wieder-Befüllung des Arbeitsraumes vermieden wird. Nur zum Ausgleich der geringen Leckölmengen ist über ein Rückschlagventil auch eine Verbindung mit einer Versor­ gungseinheit, beispielsweise dem Schmierölkreislauf der Brennkraft­ maschine vorgesehen. Die Verwendung eines solchen Druckspei­ chers ist zwar aus der DE-OS 30 48 887 bekannt. Darin wird die abgeführte Hydraulikflüssigkeit in einen weiteren Arbeitsraum gefördert, welcher mit einem mit einem Federelement belasteten Kolben versehen ist. Dies bedingt jedoch eine nochmalige Ver­ größerung des Hydraulikvolumens und somit eine Steigerung der Gefahr von Druckschwingungen und Kavitationsschäden.

Nur bei geringen Hydraulikvolumina - wie in der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung - kann ohne weitere Gefahren ein solcher Druckspeicher vorgesehen werden.

Gemäß Anspruch 4 wird auch der zweite Arbeitsraum, welcher vom Trennstößel und dem Kolben ohne Austrittsbohrung begrenzt wird, über ein Rückschlagventil mit dem Druckspeicher verbunden. Leckageverluste werden damit einfach und schnell ausgeglichen, das Rückschlagventil erlaubt einen Austausch der Hydraulikflüssig­ keit nur im Sinne einer Befüllung des Arbeitsraumes.

Sind, wie in Anspruch 5 erläutert, ein oder mehrere Organe der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus porösem Sintermaterial herge­ stellt, so ist zugleich eine einfache Entlüftungsmöglichkeit für die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum gegeben. Dies gewährleistet eine exakte Bewegungsübertragung und vermeidet die Gefahren durch Dampfblasenbildung. Ein Trennstößel aus Sintermaterial unterstützt zudem die Befüllung der Arbeitsräume.

Im folgenden wird anhand der Abbildung ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung des Ventilhubs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine im Längs­ schnitt,

Fig. 2 einen perspektivischen Schnitt durch den Antriebskolben längs der Linie A-A in Fig. 1.

Dieses Ausführungsbeispiel ist dabei so ausgebildet, daß der Ventilhub in seiner abfallenden Flanke beeinflußbar ist, die Vor­ teile der Erfindung gelten jedoch ebenso für eine Ausführung, bei welcher die ansteigende Flanke verändert wird.

Dargestellt sind die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im Schnitt sowie ein darauf einwirkender Nocken 2 und ein von der Vorrich­ tung 1 betätigtes Ventil 3 einer nicht weiter dargestellten Hub­ kolbenbrennkraftmaschine. Dabei wirkt der Nocken 2 auf einen Antriebskolben 4, welcher auf einer Feder 5 abgestützt, hohl ausgebildet und mit Austrittsöffnungen 6 versehen ist. Über eine Feder 7 ist er mit dem Trennstößel 8 verbunden und bildet zusam­ men mit ihm den Teilarbeitsraum 9. Die Austrittsöffnungen 6 können von der axial verschiebbaren Steuerhülse 10, deren unte­ res Ende eine gerade Steuerkante bildet, verschlossen werden; die Verstellung der Hülse geschieht hier mittels einer Exzenterwelle 11 und eines Rückstellelementes 12 (z. B. federbelasteter Kolben). Das untere Ende des Trennstößels 8 bildet zusammen mit einem Arbeitskolben 13 einen zweiten Teilarbeitsraum 14. Der Arbeits­ kolben 13, dessen oberes Ende mit einem zylindrischen Absatz versehen und somit in bekannter Weise als hydraulische Bremse ausgebildet ist, überträgt seine Bewegung direkt auf das Ventil 3. Der Teilarbeitsraum 9 wird über die Austrittsöffnungen 6 und den zweiten Teilarbeitsraum 14 über ein Rückschlagventil 17 vom Hydrau­ lik-System 15 aus befüllt, welches wiederum selbst und nur zum Ausgleich von Leckageverlusten über ein Rückschlagventil 16 an den Ölkreislauf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeschlossen ist. Die bei der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 4 durch die Öffnungen 6 aus dem Arbeitsraum 9 austretende Flüssigkeit wird über das Hydrauliksystem 15 in den mit Kolben und Feder versehe­ nen Druckspeicher 18 gefördert.

Befindet sich die Steuerhülse 10 am unteren Endanschlag, so wird der Hub des Nockens 2 voll auf das Ventil 3 übertragen.

Werden dagegen die Öffnungen 6 im Laufe der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 4 teilweise offengelegt, so strömt Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 9 in den Druckspeicher 18, die Feder 7 zwischen Trennstößel 8 und Antriebskolben 4 wird zusammen­ gedrückt. In Abhängigkeit von der Auslegung der Ventilfeder 19 wird das Ventil wieder geschlossen, wobei die hydraulische Bremse am oberen Ende des Arbeitskolbens 13 zur Wirkung kommt. Bewegt sich anschließend der Antriebskolben 4 wieder nach oben, so entspannt sich zunächst die Feder 7 des Trennstößels 8 und der Arbeitsraum 9 wird vom Druckspeicher 18 aus befüllt.

Der Trennstößel 8 verringert somit nicht nur das durch die Zu- bzw. Abströmvorgänge über die Austrittsöffnungen 6 in Druck­ schwingungen versetzbare Hydraulikvolumen, sondern daneben können durch entsprechende Gestaltung der Federkennlinie 7 eventuell dennoch auftretende Druckschwingungen gedämpft wer­ den.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Beeinflussung des von einem Nocken gesteuer­ ten Ventilhubs an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der Nocken auf einen Antriebskolben, dieser über einen mit einem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden und in seinem Volumen veränderbaren Arbeitsraum auf einen Arbeits­ kolben und dieser auf das Ventil wirkt, und wobei einer der beiden Kolben zum Teil hohl ausgebildet und mit seitlichen Austrittsöffnungen versehen ist, die mit einer Steuerkante zusammenwirken und somit eine unterbrechbare Verbindung zwischen Arbeitsraum und Hydrauliksystem herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum durch einen Trennstößel (8), welcher über ein Kraftspeicherelement (7) im hohl ausgeführten Kolben (4) beweglich gelagert ist, unter­ teilt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterbrechung der Verbin­ dung zwischen dem Arbeitsraum (9) und dem Hydrauliksystem (15) die in einer Ebene angeordneten Austrittsöffnungen (6) durch eine mit einer geraden Steuerkante versehenen Steuer­ hülse (10) verschließbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Trennstößel (8) und dem zum Teil hohl ausgeführten Kolben (4) begrenzte Arbeitsraum (9) mit einem Druckspeicher (18) sowie über ein Drosselelement und ein Rückschlagventil (16) mit dem Schmier­ ölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Trennstößel (8) und dem Kolben ohne Austrittsbohrung (13) begrenzte Hydraulik­ raum (14) über ein Rückschlagventil (17) mit dem Druckspei­ cher (18) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Organe der Vorrichtung aus porösem Sintermaterial gefertigt sind.