DE3833459A1 - Hydraulischer ventiltrieb fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Ventil­ trieb für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Ventiltrieb ist im Prinzip in der DE-A 35 37 630 beschrieben.

Bei hydraulischen Ventiltrieben ist es erforderlich, eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, mit welcher die Schließbewegung des Ventils vor dem Aufsetzen auf den Ventilsitz abgebremst wird. Diese Dämpfungsvorrichtung muß so beschaffen sein, daß sie Längenänderungen der mecha­ nischen Komponenten des Ventiltriebs, hervorgerufen durch Verschleiß, Wärmedehnung und dergleichen, ausgleichen kann, damit die Bremswirkung immer zum gleichen Zeit­ punkt vor dem Aufsetzen des Ventils auf seinen Ventilsitz eintritt. Ist dies nicht der Fall, so ergeben sich bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern unterschied­ liche Schließzeitpunkte für die Ventile, was für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine unerwünscht ist.

In der genannten DE-A 35 37 630 ist ein hydraulicher Ven­ tiltrieb mit hydraulicher Dämpfervorrichtung und hydrau­ lischem Längenausgleich beschrieben, bei dem zwischen dem Arbeitskolben und dem Ventilschaft ein Ausgleichkolben vorgesehen ist, der in einer Längsbohrung des Arbeits­ kolbens verschiebbar ist und mit dem Ende der Bohrung eine Hydraulikkammer begrenzt, die über ein Rückschlagventil mit dem Druckraum in Verbindung steht. Bei der Öffnungs­ bewegung des Ventils wird die Hydraulikkammer über das sich öffnende Rückschlagventil mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt und es werden der Arbeitskolben und der Aus­ gleichkolben als Einheit zwecks Öffnung des Ventils ver­ schoben. Gegen Ende der Schließbewegung taucht der Ar­ beitskolben mit seinem konischen Endabschnitt in den Druckraum ein, wodurch eine Bremswirkung erzielt wird, bis er schließlich an einem Anschlag zur Ruhe kommt. Durch eine Leckage zwischen dem Ausgleichkolben und der Wand der Längsbohrung im Arbeitskolben ist sichergestellt, daß stets die gleiche Dämpfungswirkung gegen Ende der Schließ­ bewegung des Ventils und die Anlage des Arbeitskolbens an seinem Anschlag am Ende der Schließbewegung des Ventils eintritt, auch wenn das Ende des Ventilschaftes aufgrund von thermisch bedingten Längenänderungen oder durch Ver­ schleiß am Ventilsitz oder Ventilteller seine Position relativ zum Arbeitskolben verändert hat. Durch die Unter­ bringung des Ausgleichkolbens im Arbeitskolben muß letz­ terer einen verhältnismäßig großen Außendurchmesser auf­ weisen, was zu Unterbringungsproblemen insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Ventilen pro Zylin­ der führt. Wenn abweichend von der Ausführung gemäß der DE-A 35 37 630 eine hydraulische Übersetzung z.B. gemäß DE-A 28 35 316 vorgesehen ist, bei welcher der Arbeits­ kolben einen wesentlich kleineren Durchmesser hat als der nockenbetätigte Geberkolben, ist die Unterbringung eines Ausgleichkolbens im Arbeitskolben praktisch nicht möglich. Schließlich muß bei der Ausführung gemäß DE-A 35 37 630 außer der den Arbeitskolben aufnehmenden Bohrung im Zylin­ derkopf die den Ausgleichkolben aufnehmende Bohrung im Arbeitszylinder bearbeitet werden, was zusätzliche Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen hydraulischen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem ein hydraulischer Längenausgleich mit geringerem Platzbedarf bei vereinfachter Fertigung verwirklicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird durch die räum­ liche Trennung von Arbeitskolben und Ausgleichkolben die Möglichkeit geschaffen, die druckbeaufschlagte Fläche des Arbeitskolbens ohne Rücksicht auf den Ausgleichkolben zu optimieren, also jede gewünschte hydraulische Übersetzung zu verwirklichen. Da der Ausgleichkolben sich in der gleichen Zylinderbohrung bewegt wie der Arbeitskolben, ist im Gegensatz zu der bekannten Ausführung nur eine Bohrung zu bearbeiten.

Bei den bekannten Ventiltrieben mit hydraulischer Ventil­ bremse findet eine leichte Verzögerung auch beim Öffnen des Ventils statt, da der sich vergrößernde Raum zwischen dem Arbeitskolben und seinem Anschlag zunächst durch den drosselnden Dämpfungsspalt gefüllt wird. Um diese Ver­ zögerung zu vermeiden, ist zwischen der den Anschlag für den Arbeitskolben umgebenden Stirnfläche des Arbeits­ kolbens und der dieser Fläche gegenüberliegenden Stirn­ fläche des Arbeitskolbens eine Kammer vorgesehen, die beim Öffnungshub des Ventils direkt mit Druckflüssigkeit beauf­ schlagt wird. Dieser Raum braucht dann nicht mehr über den Dämpfungsspalt mit Druckflüssigkeit versorgt werden, so daß die erwähnte Verzögerung nicht eintritt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den anderen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen hydraulischen Ventiltrieb für eine Brenn­ kraftmaschine in schematischer Darstellung, wobei das Ventil in seiner Schließstellung gezeigt ist, und

Fig. 2 den Ventiltrieb von Fig. 1 bei geöffnetem Ventil.

In den Zeichnungen ist mit 1 ein Gaswechselventil einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, das durch eine Ventilfeder 2 auf seinen Ventilsitz 3 gedrückt wird. Der Ventilschaft 4 stützt sich auf einem hydraulischen Ar­ beitskolben 5 ab, der in einer Zylinderbohrung 6 im Zy­ linderkopf 7 der Brennkraftmaschine verschiebbar ange­ ordnet ist und einen Druckraum 8 (Fig. 2) begrenzt. In der Zylinderbohrung 6 ist ebenfalls verschiebbar ein Aus­ gleichkolben 9 angeordnet, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Arbeitskolbens 5 entspricht. Der Aus­ gleichkolben 9 hat in seiner dem Arbeitskolben 5 zugewand­ ten Stirnfläche 16 einen zylindrischen Hohlraum 11, in den in der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung des Ventils 1 ein zylindrischer Endabschnitt 12 des Arbeitskolbens 5 unter Bildung eines Drossel- oder Dämpfungsspaltes 13 ein­ taucht. Der Endabschnitt 12 geht von einem zylindrischen Absatz 14 größeren Durchmessers aus, der an die Stirn­ fläche 15 des Arbeitskolbens 5 angeformt ist. Der Absatz 14 liegt in der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Ventils 1 an der gegenüberliegenden Stirnfläche 16 des Ausgleichkolbens 9 an. Der Hohlraum 11 des Ausgleich­ kolbens 9 steht über Querbohrungen 17 im Ausgleichkolben mit einer Ringnut 18 in der Wand der Zylinderbohrung 6 in Verbindung. Die Ringnut 18 ist durch eine Druckleitung 19 mit einem Geberzylinder 20 verbunden, in dem ein Geber­ kolben 21 angeordnet ist, der durch den Nocken 22 einer Nockenwelle 23 verschoben wird. Das Auffüllen dieses Hydraulikkreises erfolgt durch eine Pumpe 24, die einen Systemdruck erzeugt und in deren Förderleitung 25, die mit der Druckleitung 19 verbunden ist, ein mit Nockenwellen­ drehzahl angetriebener Drehschieber 26 angeordnet ist. An die Förderleitung 25 ist zwischen der Pumpe 24 und dem Drehschieber 26 ein Druckspeicher 27 angeschlossen. Ferner geht von der Förderleitung 25 zwischen Pumpe 24 und Dreh­ schieber 26 eine Systemdruckleitung 28 aus, die über ein Rückschlagventil 29 mit dem Raum 30 zwischen der vom Ar­ beitskolben 5 abgewandten Stirnfläche 31 des Ausgleich­ kolbens 9 und dem Boden 32 der Zylinderbohrung 6 gebil­ det ist. Der Ausgleichkolben 9 wird durch eine schwache Feder 33, die im Ausführungsbeispiel die Feder des Rück­ schlagventils 29 ist, jedoch auch von einer eigenen Feder gebildet werden kann, in der in Fig. 1 gezeigten Ruhe­ stellung des Arbeitskolbens 5 gegen den Absatz 14 des Arbeitskolbens 5 gedrückt. Durch den Absatz 14 des Arbeitskolbens 5 ist zwischen dessen Stirnfläche 15 und der gegenüberliegenden Stirnfläche 16 des Ausgleichkolbens 9 ein Ringraum 34 gebildet, der durch eine Leitung 35 und ein Rückschlagventil 36 mit der Druckleitung 19 verbunden ist.

Der Arbeitskolben 5, die Zylinderbohrung 6 und der Aus­ gleichkolbens 9 sind zum besseren Verständnis erheblich vergrößert dargestellt. In der Praxis ist der Durchmesser des Arbeitskolbens 5 nicht oder nicht wesentlich größer als der Durchmesser des Ventilschaftes 4.

Die Wirkungsweise des dargestellten Ventiltriebs ist folgende:

In Fig. 1 ist das Ventil 1 in seiner Schließstellung und der Druckraum 8, d.h. der Raum zwischen dem Arbeitskolben 5 und dem Ausgleichkolben 9, ist über die Druckleitung 19 und den offenen Drehschieber 26 mit der von dem Druck­ speicher 27 und der Pumpe 24 gebildeten Niederdruckquelle in Verbindung. Zum Öffnen des Ventils 1 ist der Drehschie­ ber 26 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung verdreht, in welcher die Leitung 25 abgesperrt ist, und der Nocken 22 betätigt den Geberkolben 21, der aus dem Geberzylinder 20 die Hydraulikflüssigkeit durch die Druckleitung 19 über die Ringnut 18 und die Querbohrungen 17 in den Hohlraum 11 und gleichzeitig über das Rückschlagventil 36 und die Lei­ tung 35 in den Ringraum 34 fördert. Dadurch wird der Ar­ beitskolben 5 zusammen mit dem Ventil 1 aus seiner Ruhe­ stellung gemäß Fig. 1 in der Zeichnung nach unten in die in Fig. 2 dargestellte Öffnungsstellung des Ventils 1 be­ wegt. Der Ausgleichkolben 9 bleibt dabei in seiner Lage, da das Rückschlagventil 29 ein Ausströmen von Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Raum 30 verhindert. Wird nun der hydraulische Kraftfluß unterbrochen, indem der Dreh­ schieber 26 in die in Fig. 1 dargestellte Lage kommt, so drückt die Ventilfeder 2 das Ventil 1 und den Arbeits­ kolben 5 nach oben und die Hydraulikflüssigkeit entweicht über die Querbohrungen 17, die Ringnut 18 und die Leitun­ gen 19 und 25 in den Speicher 27. Beim Eintauchen des End­ abschnittes 18 des Arbeitskolbens 5 in den Hohlraum 11 des Ausgleichkolbens 9 tritt, bedingt durch den Drosselspalt 13, eine Bremsung der Schließbewegung des Ventils 1 ein, da die Hydraulikflüssigkeit aus dem Ringraum 34 nur über diesen Drosselspalt 13 entweichen kann. Die Breite des Ringspaltes 13 und die Höhe des Endabschnittes 12 sind so auf das Gesamtsystem abgestimmt, daß das Ventil 1 sanft auf seinen Ventilsitz 3 aufsetzt.

Während des Bremsvorganges bewegt sich der Ausgleich­ kolben 9 geringfügig nach oben, da über den Leckspalt zwischen dem Ausgleichkolben 9 und der Wand der Zylinder­ bohrung 6 eine geringe Leckmenge in die Ringnut 18 ent­ weichen kann. Wenn das Ventil 1 und damit auch der Ar­ beitskolben 5 in seine Ruhestellung gelangt, sind die Räume 11, 30 und 34 nur mit dem von der Pumpe 24 erzeug­ ten Systemdruck beaufschlagt. Der Ausgleichkolben 9 wird durch die Feder 33 auf den Absatz 14 des Arbeitskolben 5 gedrückt, wobei der Raum 30 über die Leitung 28 mit Hydraulikflüssigkeit aufgefüllt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß unabhängig von der relativen Lage des Ar­ beitskolbens 5 zum Ventilsitz 3, die sich durch Längen­ änderungen und Längentoleranzen des Ventilschaftes 4 oder durch Verschleiß zwischen dem Ventil 1 und seinem Ventil­ sitz 3 ändern kann, der Ausgleichkolben 9 eine definierte Lage relativ zum Arbeitskolben 5 hat, wodurch der Brems­ beginn immer bei dem gleichen Abstand des Ventils 1 von seinem Ventilsitz 3 erfolgt, das Ventil also auch immer zum gleichen Zeitpunkt schließt.

Dadurch, daß beim Bewegen des Ventils aus seiner Schließ­ stellung der Ringraum 34 über die Leitung 35 und das Rück­ schlagventil 36 direkt mit Druckflüssigkeit aus dem Geber­ zylinder 20 mit beaufschlagt wird, wird das sonst bei hydraulischen Ventilbremsen zu beobachtende verzögerte Einsetzen des Öffnungsbeginns vermieden, das dadurch ent­ steht, daß der bei der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 5 sich vergrößernde Ringraum 34 durch den Drosselspalt 13 mit Druckflüssigkeit versorgt werden muß.

Es sei bemerkt, daß die Pumpe 24 im Prinzip nur zum Auf­ füllen des Hydrauliksystems sowie zur Ergänzung von Leckagen erforderlich ist. Das Öffnen des Ventils 1 wird durch die Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens 5 mit der von dem Geberzylinder 21 verdrängten Druckflüssigkeit be­ wirkt, während die Schließbewegung des Ventils 1 dadurch ermöglicht wird, daß der Arbeitskolben 5 über den Dreh­ schieber 26 zum Speicher 27 hin druckentlastet wird.

Der Endabschnitt 12 des Arbeitskolbens 5 hat im Aus­ führungsbeispiel eine zylindrische Form. Er kann jedoch auch, wie bekannt, in seiner ganzen Länge oder auch nur zum teil konisch verjüngt sein, um eine bestimmte Brems­ charakteristik zu erreichen.

Claims (4)

1. Hydraulischer Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem durch eine Feder (2) im Schließsinn beauf­ ten Ventil (1), auf dessen Ventilschaft (4) ein Arbeitskolben (5) wirkt, der in einem Zylinder (6) einen Druckraum (8) begrenzt, welcher für die Öffnungs­ bewegung des Ventils mit einer Hochdruckquelle (20, 21) und für die Schließbewegung des Ventils mit einer Niederdruckquelle (27) verbindbar ist und der einen Endabschnitt (12) aufweist, welcher gegen Ende der Schließbewegung unter Bildung eines Dämpfungsspaltes (13) in den Druckraum (8) eintaucht, und mit einer einen Ausgleichkolben (9) aufweisenden Vorrichtung zum hydraulischen Längenausgleich, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichkolben (9)

• a) im Druckraum (8) angeordnet und im Sinne einer Ver­ schiebung in Richtung auf den Arbeitskolben (5) durch eine Feder (33) beaufschlagt ist,
• b) in seiner dem Arbeitskolben (5) zugewandten ersten Stirnfläche (16) einen Hohlraum (11) aufweist, in den der Endabschnitt (12) des Arbeitskolbens (5) gegen Ende der Schließbewegung unter Bildung des Dämpfungsspaltes (13) eintaucht und der über Quer­ bohrungen (17) im Ausgleichkolben (9) und eine Ring­ nut (18) in der Zylinderwand (6) mit der Hoch- bzw. Niederdruckquelle verbindbar ist,
• c) mit seiner zweiten Stirnfläche (31) im Zylinder (6) eine Hydraulikkammer (30) begrenzt, die über ein Rückschlagventil (29) mit der Niederdruckquelle (27) verbunden ist, und
• d) in der Schließstellung des Ventils (1) am Arbeits­ kolben (5) anliegt.

2. Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Arbeitskolben (5) und der Aus­ gleichkolben (9) den gleichen Außendurchmesser auf­ weisen.

3. Hydraulischer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Endabschnitt (12) umgebenden Stirnfläche (15) des Arbeitskolbens (5) und der ersten Stirnfläche (16) des Ausgleichkolbens (9) in der Schließstellung des Ventils (1) eine Kammer (34) gebildet ist, die über ein Rückschlagventil (36) mit der Hochdruckquelle (20, 21) in Verbindung steht.

4. Hydraulischer Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (12) des Arbeitskolbens (5) zumindest teilweise konisch ausgebildet ist.