DE3834882A1 - Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuervor
richtung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit
eines Motorventils einer Brennkraftmaschine nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei einer bekannten Ventilsteuervorrichtung dieser
Art (US-PS 36 12 015) weicht ein erster Ausweichkolben
beim Druckhub des Steuerkolbens gegen die Kraft
einer Rückstellfeder aus. Bis zur vollständigen
Spannung der Rückstellfeder, die sich an einer ver
drehbaren Exzenterscheibe abstützt, bleibt das Motor
ventil aufgrund der Kraft einer Schließfeder geschlos
sen.
Beim weiteren Hub des Steuerkolbens hebt das Motor
ventil aufgrund des weiter erhöhten Drucks in der
Druckkammer von seinem Ventilsitz ab und Luft und/oder
Gemisch wird durch die freigegebene Ventilöffnung
in den Zylinder angesaugt. Der maximale Hub des
Motorventils ist durch einen Anschlag bestimmt.
Ist die Motorventilschließfeder bis zu diesem Anschlag
gespannt, so weicht ein zweiter Ausweichkolben unter
der Wirkung des sich weiter erhöhenden Drucks in
der Druckkammer gegen die Kraft einer ihm zugeordneten
Rückstellfeder aus.
Nach Überschreiten des oberen Totpunkts des Steuer
kolbens baut sich der Druck in der Druckkammer wieder
ab, so daß zuerst der zweite Ausweichkolben, dann
das Motorventil und schließlich der erste Ausweich
kolben in ihre jeweilige Ausgangslage zurückkehren.
Die Änderung des Motorventilhubs und der Motorventil
öffnungszeit wird bei dieser bekannten Ventilsteuer
vorrichtung dadurch bewirkt, daß durch Verdrehen
der Exzenterscheibe die Lage des Anschlages und
damit die Vorspannung der Rückstellfeder des ersten
Ausweichkolbens verändert wird. Bei größerer Vor
spannung ist zugleich der Rücklaufweg des ersten
Ausweichkolbens verkürzt, so daß das Motorventil
früher von seinem Ventilsitz abhebt und entsprechend
später in ihn zurückkehrt. Durch die längere Öffnungs
zeit des Motorventils wird eine größere Ladungsmenge
Luft und/oder Gemisch in den Zylinder angesaugt.
Diese bekannte Ventilsteuervorrichtung hat unter
anderem den Nachteil, daß die Exzenterstellung laufend
mit der Drehzahl verändert werden muß, um die ange
saugte Ladungsmenge an den Bedarf anzupassen. Die
Verstellung der Exzenterscheibe wird über ein Ge
stänge, das entweder mit dem Gaspedal oder einem
Fliehkraftregler verbunden ist, vorgenommen. Diese
rein mechanische Verstellung ist unflexibel und
ermöglicht keine vereinfachte Ausführungsform.
Die Mechanik der Ventilsteuervorrichtung ist einer
dauernden Belastung ausgesetzt, die die Lebensdauer
derselben verringert.
Die bekannte Ventilsteuervorrichtung hat zudem den
Nachteil, daß die Ventilöffnungszeit nur in Abhängig
keit von einer Kenngröße verändert werden kann.
Die Anpassung an den Kraftstoffbedarf ist also nicht
ausreichend fein steuerbar.
Ein weiterer Nachteil besteht in der erforderlichen
Baugröße, die durch den Einsatz einer Exzenterscheibe
bedingt ist. Um einen ausreichend großen Regelbereich
zu erhalten, ist ein erheblicher Mindestradius der
Exzenterscheibe erforderlich.
Die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Stelleingriffe
erforderlich sind, um den Regelweg des Ausweichkolbens
an die Motordrehzahl anzupassen, da eine Abhängigkeit
des Motorventilhubs von der Drehzahl bereits einge
prägt ist, d.h. die Ventilöffnungszeiten und der
Ventilhub sind automatisch dem unterschiedlichen
Bedarf bei verschiedenen Motordrehzahlen angepaßt.
Durch Abbremsen des Ausweichkolbens beim Rücklauf
ist die Länge des Rücklaufweges des Ausweichkolbens
und damit seine Ausgangslage vor einem neuerlichen
Druckhub nicht durch den Anschlag, sondern durch
seine Geschwindigkeit und die Zeit zwischen Schließen
des Motorventils und neuerlichem Druckhub des Steuer
kolbens festlegbar. Diese Zeit wiederum ist abhängig
von der Nockenwellendrehzahl und damit von der Motor
drehzahl.
Diese Ventilsteuervorrichtung hat außerdem den Vor
teil, daß durch den Betriebsanteil mit reduzier
tem Ventilhub eine Verringerung der Verlustleistung
erreicht wird. Der hydraulische Antrieb des Motor
ventils hat weiterhin den Vorteil, daß das Ventilspiel
automatisch ausgeglichen wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt die Abbremsung des Ausweichkolbens mit hydrau
lischen Mitteln, nämlich einem flüssigen Anschlag.
Der flüssige Anschlag hat den Vorteil geringer Rei
bungsverluste und geringen Verschleißes. Er ist
vorteilhafterweise aus dem Motorschmierölkreislauf
speisbar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist der Ausweichkolben als Stufenkolben
mit kleinerer Stirnfläche zum Druckraum hin ausge
bildetet und arbeitet in einer entsprechend gestuften
Zylinderbohrung. Zwischen den Stufen ist ein druck
mittelgefüllter Ringraum vorgesehen, in dessen Abfluß
leitung zum Abbremsen des Ausweichkolbens bei dessen
Rücklauf eine Drossel vorhanden ist. Der druckmittel
gefüllte Ringraum bildet den flüssigen Anschlag
für den Ausweichkolben und wird bei dessen Rücklauf
über die Abflußleitung vorteilhafterweise in den
Motorschmierölkreislauf entleert. Durch die Zwischen
schaltung der Drossel ist die Rücklaufgeschwindigkeit
über den Drosselquerschnitt auf einfache Weise fest
legbar. Die Füllung des Ringraumes während des Druck
hubes erfolgt über ein Rückschlagventil, ebenfalls
vorteilhafterweise aus dem Motorschmierölkreislauf.
Die beiden Druckmittelkreisläufe sind in sich ge
schlossen, so daß keine Druckmittelverluste auftreten.
Eine Verlustleistung ist lediglich in der Größe
der an der Steuerdrossel umgesetzten Leistung vor
handen. Das für die Durchflußmenge des Druckmittels
entscheidende Druckgefälle an der Steuerdrossel
ist unabhängig vom Druck im Motorschmierölkreislauf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist der Durchflußquerschnitt der in
der Abflußleitung angeordneten Steuerdrossel änderbar.
Dies hat den Vorteil, daß die Rücklaufgeschwindigkeit
des Ausweichkolbens während des Betriebs änderbar
ist. Da die Rücklaufgeschwindigkeit des Ausweich
kolbens dessen Ausgangslage vor dem nächsten Druck
hub und damit den Hub und die Öffnungszeit des Motor
ventils bestimmt, ist zusätzlich zu der eingeprägten
Abhängigkeit der Motorventilöffnungszeit von der
Motordrehzahl die zugemessene Ladungsmenge in Ab
hängigkeit von weiteren Kenngrößen an den Bedarf
steuerbar. Dafür ist nur eine relativ langsame Verän
derung des Drosselquerschnitts erforderlich. Die
zugemessene Ladungsmenge ist bei änderbarem Drossel
querschnitt aber auch völlig frei einsteuerbar zwi
schen der Menge Null und einem Maximalwert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Steuerdrossel lediglich schwarz-weiß verstell
bar, also zwischen zwei festlegbaren Werten, bei
spielsweise dem Wert Null und einem Wert ungleich
Null. Diese einfach zu beherrschende Ausgestaltung
kann beispielsweise mit einem Magnetstellwerk arbei
ten, das die Drossel öffnet und schließt. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, daß mit relativ ge
ringen Mitteln eine sehr genaue Anpassung der zuge
messenen Ladungsmenge an den Bedarf ermöglicht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist in der Abflußleitung des Ringraums
ein Steuerventil vorgesehen, welches den Abflußkanal
in der Ausgangslage des Steuerkolbens aufsteuert
und während dessen Arbeitshub sperrt. Durch die
Sperrung des Abflußkanals während des Arbeitshubes
des Steuerkolbens wird der Ausweichkolben beim Rück
lauf des Steuerkolbens in seine Ausgangslage durch
den Druck im Ringraum an seinem festen Anschlag
gehalten. Der Rücklauf des Ausweichkolbens beginnt
mit Ende des Arbeitshubes, also unabhängig von der
Motordrehzahl und dem Motorventilhub, immer in der
gleichen Nockenwellenphase.
Dies hat den Vorteil, daß die erforderliche Rücklauf
geschwindigkeit des Ausweichkolbens zur Erzielung
einer gewünschten Ausgangslage über den Drosselquer
schnitt insbesondere bei freier Einsteuerung einfacher
bestimmbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Steuer
ventils ergibt sich durch Verwendung des Steuerkolbens
als bewegliches Ventilglied. Der Steuerkolben weist
auf seiner Mantelfläche eine Ringnut auf, über die
der Abflußkanal des Ringraums am Ausweichkolben
geführt ist. Dies hat den Vorteil, daß kein eigenes
Bauteil benötigt wird, um den Abfluß aus dem Ringraum
zu steuern.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist der Drosselquerschnitt der Steuer
drossel in Abhängigkeit von der Viskosität des Druck
mittels änderbar. Eventuelle Einflüsse der Viskosität
auf den Motorventilhub können dadurch gesteuert
oder geregelt korrigiert werden. Dies hat den Vorteil,
daß die Anpassung an den tatsächlichen Kraftstoff
bedarf weiter verbessert wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin
dung erlaubt die Korrektur der Viskositätseinflüsse
auf die Durchflußmenge durch die Steuerdrossel in
Abhängigkeit vom gemessenen Motorventilhub. Dies
hat den Vorteil, daß die Korrektur ohne Zeitverlust
und entsprechend der tatsächlichen Verhältnisse
vorgenommen werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist der Drosselquerschnitt über eine
Verstellvorrichtung in Abhängigkeit von der Belastung
des Motors änderbar. Die zugemessene Ladungsmenge
kann zusätzlich zur Drehzahlabhängigkeit der Belastung
des Motors, also noch genauer an den Bedarf, angepaßt
werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt
sich durch Verwendung einer mit dem Saugrohrdruck
beaufschlagten Membran als Verstellvorrichtung.
Die Anpassung des Drosselquerschnitts an die Belastung
des Motors ist dadurch auf besonders einfache und
kostengünstige Weise möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich
durch Verwendung eines elektrischen Stellmotors
als Verstellvorrichtung. Zusätzlich zur lastabhängigen
Veränderung des Drosselquerschnitts ist die Anpassung
an weitere Motorkenngrößen, sowie die völlig freie
Einsteuerung der zugemessenen Ladungsmenge zwischen
der Menge Null und einer Maximalmenge möglich. Dies
hat den Vorteil, daß die Zumessung der Ladungsmenge
noch flexibler und individueller vorgenommen werden
kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung weist der Steuerkolben zur Erzielung
eines Übersetzungsverhältnisses einen gegenüber
dem Ventilstößel größeren Durchmesser auf. Dies
hat den Vorteil, daß der Antriebsnocken zugunsten
eines geringeren Platzbedarfs und verringerten Ge
wichts kleiner ausgeführt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung,
die auch für sich beansprucht wird, besteht in einer
hydraulischen Dämpfungseinrichtung zur Verringerung
der Schließgeschwindigkeit des Motorventils vor
dem Aufsitzen auf dessen Ventilsitz. Die hohe Mate
rialbelastung durch das harte Aufschlagen des Motor
ventils auf seinen Sitz, das vor allem dann auftritt,
wenn der Schließzeitpunkt in eine Phase hoher Steuer
kolbengeschwindigkeit fällt, wird dadurch wesentlich
verringert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Dämpfungsvor
richtung wird durch eine am Ventilstößel angeordnete
Dämpfungsstufe erreicht. Im dem Steuernocken zugewand
ten Endbereich des Ventilstößels ist dieser stufen
artig verjüngt und die korrespondierende Gehäuseboh
rung ist zur Bildung eines Dämpfungsraumes erweitert,
die Öffnung des Dämpfungsraumes zum Druckraum hin
jedoch soweit verjüngt, daß in diesem Bereich zwischen
Bohrung und Dämpfungsstufe nur ein kleines Spiels
verbleibt.
Beim Schließen des Motorventils taucht die Dämpfungs
stufe in den verjüngten Bohrungsbereich. Dadurch
entsteht ein Drosseleffekt, der die Axialgeschwindig
keit des Ventilstößels und des Motorventils begrenzt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist die Steuerdrossel innerhalb des
den Steuerkolben, den Ausweichkolben und den Ventil
stößel aufnehmenden Antriebsblocks angeordnet. Dadurch
wird eine kompakte Bauweise mit geringem Platzbedarf
und geringen Leitungslängen erreicht. Diese hoch
frequenthydraulisch völlig unproblematische Anordnung
ist vor allem dann besonders vorteilhaft, wenn auf
eine Veränderbarkeit des Drosselquerschnitts verzich
tet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Anordnung
bei änderbarem Drosselquerschnitt ergibt sich durch
eine Vorrichtung, die die Drosseln mehrerer Ventil
steuerungen verstellschlüssig miteinander verbindet
und die Änderung der Drosselquerschnitte über ein
gemeinsames Stellwerk ermöglicht. Dies hat den Vor
teil, daß nur ein Stellwerk benötigt wird. Der Kraft
bedarf an der Vorrichtung (Gestänge) ist niedrig
und die Genauigkeitsanforderungen liegen in beherrsch
baren Grenzen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist die Drossel außerhalb des Antriebs
blocks angeordnet und mit den Drosseln weiterer
Ventilsteuervorrichtungen in einer zentralen Steuer
einrichtung in einem Gehäuse mit einem gemeinsamen
Verstellorgan zusammengefaßt. Dies hat den Vorteil,
daß nur ein Stellorgan für alle Steuerdrosseln benö
tigt wird. Ein Gestänge entfällt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser zen
tralen Steuereinrichtung sind die Drosseln als Mehr
fachdrossel ausgebildet, deren Drosselquerschnitte
durch einen Drosselschieber, beispielsweise einen
Drehschieber, veränderbar sind. Der benötigte Bauraum
wird dadurch besonders gering gehalten. Trotzdem
ist jeder Ventilsteuervorrichtung eine eigene Drossel
zugeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
ist vereinfacht und mit mehreren Varianten in der
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher be
schrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch
die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit
Drosselleitung und außerhalb des Antriebsblocks
angeordneter Steuerdrossel (zentrale Anordnung),
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Ventilsteuervorrichtung mit innerhalb des Antriebs
blocks angeordneter Steuerdrossel (dezentrale Anord
nung) und
Fig. 3 das Schema einer zentralen Mehrfach
drosselanordnung.
Die in Fig. 1 dargestellte Ventilsteuervorrichtung
für ein Ein- oder Auslaßventil 1 einer Brennkraft
maschine ist im Antriebsblock 2 zwischen einem Ventil
stößel 3 und einem mit einer Nockenwelle 4 umlaufenden
Antriebsnocken 5 angeordnet. Der Ventilstößel 3
ist in einer Bohrung 6 axial verschiebbar geführt
und weist auf der dem Antriebsnocken 5 zugewandten
Seite eine Verjüngung 12 auf, die mit einer Ver
engung 13 der Bohrung 6 korrespondiert.
Zwischen dem verjüngten Bereich und dem Führungs
bereich der Bohrung 6 ist ein Dämpfungsraum 7 angeord
net, der durch Erweiterung des Bohrungsdurchmessers
der Bohrung 6 gebildet wird. Der Durchmesser der
Verengung 13 ist etwas größer als der Durchmesser
der Verjüngung 12, so daß zwischen beiden ein gewisses
Spiel vorhanden ist.
In einer zur Bohrung 6 koaxialen Bohrung 9 ist ein
Steuerkolben 10 axial verschiebbar geführt, der
seinerseits eine zentrale Sackbohrung 11 aufweist,
die mit einer zwischen dem Steuerkolben 10 und dem
Ventilstößel 3 befindlichen Druckkammer 14 in Verbin
dung steht. Über eine Ringnut 15 und zwei Radialboh
rungen 16, 17 im Steuerkolben 10 und über eine Druck
mittelleitung 18 steht die Zentralbohrung 11 und
somit auch die Druckkammer 14 in Verbindung mit
dem Schmierölkreislauf des Motors.
Unter der Wirkung des Druckmitteldrucks wird einer
seits der Steuerkolben 10 gegen den Antriebsnocken 5
gepresst und andererseits der Ventilstößel 3 gegen
den Schaft des Motorventils 1, welches seinerseits
durch die Kraft einer Ventilschließfeder 8, die
an einer kraftschlüssig mit dem Motorventil 1 verbun
denen Anschlagscheibe 8′ angreift, in den Ventilsitz
gepresst wird.
Die Druckkammer 14 steht desweiteren in Verbindung
mit einer seitlich zur Druckkammer 14 angeordneten
stufenförmigen Gehäusebohrung 19, in die ein reziprok
stufenförmig ausgebildeter, axial beweglicher Aus
weichkolben 20 eingepaßt ist. Der Ausweichkolben 20
ist auf der der Druckkammer 14 abgewandten Seite
durch eine sich am Antriebsblock 2 abstützende und
in einer Sackbohrung 21 geführte Feder 22 belastet,
die in eine zentrale, doppelte Stufenbohrung 23
im Ausweichkolben 20 greift, wobei eine Verjüngung 24
der Bohrung als Anschlag 25 dient.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Anschlags 25
ist in der Bohrung 23 des Ausweichkolbens 20 ein
zur Druckkammer 14 öffnendes Rückschlagventil 26
vorgesehen, wobei die Verjüngung 24 auf dieser Seite
als Ventilsitz 27 fungiert, und das Ventilglied 28
durch eine sich im Ausweichkolben 20 abstützende
Feder 29 gegen den Ventilsitz 27 gepreßt wird.
Der Federraum 33 der Feder 22 steht über einen Durch
laß 34 in Verbindung mit der Druckmittelleitung 18
und damit mit dem Motorschmierölkreislauf. Der Rand 35
der Sackbohrung 21 bildet einen Anschlag 36 für
den Ausweichkolben 20.
Der Ausweichkolben 20 weist auf seiner Außenseite
eine Ringnut 30 auf, die zusammen mit einer Stufe 31
der Gehäusebohrung 19 einen Ringraum 32 bildet.
Der Ringraum 32 ist über eine weitere Druckmittel
leitung 37 und ein zweites, zum Ringraum öffnendes
Rückschlagventil 38 ebenfalls mit dem Motorschmieröl
kreislauf verbunden.
Eine von der Druckmittelleitung 37 abzweigende Abfluß
leitung 39 ist über eine weitere Ringnut 40 am Steuer
kolben 10 und anschließend aus dem Antriebsblock 2
heraus zu einer Steuerdrossel 42 geführt, die anderer
seits mit dem Motorschmierölkreislauf verbunden
ist.
In Fig. 2 ist eine Ventilsteuervorrichtung mit de
zentral angeordneter Steuerdrossel 47 dargestellt.
Die Steuerdrossel 47 ist dabei in der Abflußleitung 39
zwischen dem Ringraum 32 und der im Steuerkolben 10
vorgesehenen zweiten Ringnut 40 angeordnet. Die
Abflußleitung 39 ist von der Ringnut 40 zur Ringnut 15
geführt und über diese mit dem Motorschmierölkreislauf
verbunden.
Fig. 3 ist das Prinzip einer Mehrfachdrosseleinrich
tung für die gleichzeitige Steuerung mehrerer Motor
ventile über ein gemeinsames Stellwerk entnehmbar.
Über einen von einem Stellwerk 43 beweglichen Dreh
schieber 44 wird der Querschnitt der Durchflußöff
nungen 45 der außerhalb des Antriebsblocks 2 gelegenen
Steuerdrosseln 42 verändert. Die Steuerdrosseln 42
sind einerseits mit den von den jeweiligen Ring
räumen 32 (Fig. 1) kommenden Abflußleitungen 39
und andererseits über Druckmittelleitungen 46 mit
dem Motorschmierölkreislauf verbunden.
Die in der Zeichnung beschriebene Ventilsteuervor
richtung arbeitet wie folgt:
Unter der Wirkung des Drucks P 1 des Motorschmieröl
kreislaufs wird der Steuerkolben 10 an den Antriebs
nocken 5 und der Ventilstößel 3 an den Schaft des
Motorventils 1 spielfrei angelegt. Solange sich
der Steuerkolben 10 in der Rast des Antriebsnockens 5
befindet, herrscht derselbe Druck P 1 in der Druck
kammer 14, im Federraum 33, sowie in der Druckmittel
leitung 18. Im Ringraum 32, der Druckmittelleitung 37
und der Abflußleitung 39 herrscht aufgrund des zum
Motorschmierölkreislaufs schließenden Rückschlag
ventils 38 mindestens der Druck P 1, es kann aber
auch ein höherer Druck P 2 vorliegen. Dies wird aus
der nachfolgenden Funktionsbeschreibung ersichtlich.
Sobald sich der Nocken 5 mit der Nockenwelle 4 so
weit gedreht hat, daß der Steuerkolben 10 aus der
Rast des Antriebsnockens 5 herausläuft, wird das
Volumen der Druckkammer 14 durch die Aufwärtsbewegung
des Steuerkolbens 10 verkleinert. Die überschüssige
Druckmittelmenge kann während des Vorhubs durch
die Bohrungen 16, 17, die Ringnut 15 und die Druck
mittelleitung 18 abströmen und wird über ein nicht
dargestelltes Rückschlagventil dem Motorschmieröl
kreislauf 49 zugeführt.
Hat sich der Steuerkolben 10 so weit in Richtung
auf den Ventilstößel 3 zubewegt, daß die Ringnut 15
keine Verbindung mehr zur Druckmittelleitung 18
hat, wird der Ausweichkolben 20 unter der Wirkung
des sich durch Weiterbewegen des Steuerkolbens 10
vergrößernden Drucks in der Druckkammer 14 gegen
die Kraft der Feder 22 auf den Anschlag 36 zubewegt.
Aufgrund der größeren Federkonstante der Ventil
schließfeder 8 gegenüber der Feder 22 bleibt der
Ventilstößel 3 in Ruhe und das Motorventil 1 geschlos
sen.
Gleichzeitig mit dem Abtrennen der Ringnut 15 von
der Druckmittelleitung 18 wird die Verbindung zwischen
der Ringnut 40 und der Abflußleitung 39 unterbrochen.
Durch das Rückschlagventil 38 strömt bei der Bewegung
des Ausweichkolbens in Richtung auf den Anschlag 36
Druckmittel aus dem Motorschmierölkreislauf in den
sich vergrößernden Ringraum 32 nach.
Nachdem der Ausweichkolben 20 den Anschlag 36 erreicht
hat, bewegt sich der Ventilstößel 3 unter der Wirkung
des sich weiter erhöhenden Drucks in der Druckkam
mer 14 proportional zur Bewegung des Steuerkolbens 10
entgegen der Kraft der Ventilschließfeder 7 nach
oben. Das Motorventil 1 hebt von seinem Ventilsitz
ab und gibt den Ein- bzw. Auslaß frei. Der Proportio
nalitätsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis der
Querschnittsflächen von Steuerkolben 10 und Ventil
stößel 3. Durch geeignete Wahl des Übersetzungsver
hältnisses läßt sich der Antriebsnocken 5 zugunsten
des erforderlichen Bauraums verkleinern.
Sobald der Steuernocken 10 seinen oberen Totpunkt
überschritten hat, beginnt das Motorventil 1 wieder
zu schließen. Unter der Kraftwirkung der Ventil
schließfeder 8 bewegen sich Steuerkolben 10 und
Ventilstößel 3, weiterhin proportional, in Richtung
auf ihre jeweilige Ausgangslage zurück.
Kurz bevor das Motorventil 1 auf dem Ventilsitz
aufsitzt, taucht die Verjüngung 12 in die Verengung 13
der Bohrung 6, wodurch ein Drosseleffekt auftritt.
Die im Dämpfungsraum 7 vorhandene Druckmittelmenge
bremst die Bewegung des Ventilstößels 3 und damit
des Motorventils 1, da sie nur gedrosselt durch
den zwischen Verjüngung 12 und Verengung 13 vorhande
nen Spielraum in die Druckkammer 14 abfließen kann.
Auf diese Weise wird ein zu hartes Aufschlagen des
Motorventils 1 auf den Ventilsitz verhindert.
Obwohl sich der Steuerkolben 10, der aufgrund des
Drucks in der Druckkammer 14 weiter am Antriebs
nocken 5 fest anliegt, weiter abwärts bewegt und
sich der Druck in der Druckkammer 14 auf P 1 ver
ringert, bleibt der Ausweichkolben 20 in seiner
Stellung am Anschlag 36 verharren, da der Ringraum 32
durch das beim Ausweichen des Ausweichkolbens 20
nachgeströmte Druckmittel gefüllt ist, und sich
gegen die Kraft der Feder 22 im Ringraum 32 ein
Druck aufbaut, der einer Bewegung des Ausweichkol
bens 20 in Richtung auf die Druckkammer 14 entgegen
wirkt.
Das sich beim Zurückweichen des Steuerkolbens 10
vergrößernde Volumen der Druckkammer 14 wird über
das Rückschlagventil 26 mit Druckmittel aus dem
Motorschmierölkreislauf gefüllt.
Erst wenn der Steuerkolben 10 so weit zurückgewichen
ist, daß sich die Ringnut 40 und die Druckmittellei
tung 39 überschneiden - die Vorhubsteuerung ist
dann ebenfalls geöffnet - kann das Druckmittel aus
dem Ringraum 32 über die Druckmittelleitung 37,
die Abflußleitung 39, die Ringnut 40 und schließlich
die Steuerdrossel 42 in den Motorschmierölkreislauf
abfließen und der Ausweichkolben 20 sich in Richtung
auf die Druckkammer 14 bewegen.
Durch die Führung des Druckmittelweges des Drossel
kreises über die Ringnut 40 am Steuerkolben 10 mit
der Wirkung eines Steuerventils erfolgt die Absteue
rung unabhängig vom variablen Ventilhub immer in
derselben Nockenwellenphase. Dies ist wichtig, um
einen genau definierbaren Leerhub des Steuerkolbens 10
zu erhalten.
Der Leerhub ergibt sich nämlich aus dem in der Ab
steuerphase zurückgelegten Regelweg des Ausweichkol
bens 20. Dieser Weg hängt ab von der Geschwindigkeit
des Ausweichkolbens 20 und der Zeit zwischen Absteuer
beginn und Schließzeitpunkt der Verbindung zwischen
Ringnut 40 und Abflußleitung 39. Die Geschwindigkeit
des Ausweichkolbens 20 wiederum ist abhängig von
der durch die Steuerdrossel 42 abströmenden Druck
mittelmenge pro Zeiteinheit.
Die durch die Drossel 42 pro Zeiteinheit strömende
Druckmittelmenge ihrerseits ist abhängig von der
Viskosität des Druckmittels, der Differenz des Drucks
vor und nach der Drossel 42 und vom Drosselquer
schnitt. Daraus und aus der Druckfläche des Ausweich
kolbens 20 ergibt sich dessen Geschwindigkeit und
mit der Rücklaufzeit der vom Ausweichkolben 20 zurück
gelegte Weg.
Der Einfluß der Viskosität des Druckmittels auf
die Durchflußmenge und damit die Kolbengeschwindigkeit
kann über das Stellwerk 43 durch Verändern des Dros
selquerschnitts geregelt korrigiert werden, beispiels
weise in Abhängigkeit vom gemessenen Motorventilhub.
Die Rücklaufzeit des Ausweichkolbens 20 ist abhängig
vom Rastwinkel des Antriebsnockens 5 und der Drehzahl
der Nockenwelle 4. Zu der sich daraus ergebenden
Zeit muß noch die doppelte Vorhubzeit hinzugerechnet
werden, da der Ausweichkolben 20 so lange seine
Bewegung fortsetzt, bis sich die Ringnut 40 und
die Abflußleitung 39 nicht mehr überlappen. Dieser
vom Ausweichkolben 20 zurückgelegte Weg bestimmt
nun den Leerhub des Steuerkolbens 10 bei der auf
den Vorhub folgenden neuerlichen Hubphase.
Aufgrund der obengenannten Abhängigkeiten verkleinert
sich dieser Weg und damit der Leerhub des Steuerkol
bens 10 bei gleichbleibendem Drosselquerschnitt
mit steigender Drehzahl. Dies bedeutet, daß mit
steigender Drehzahl das Motorventil 1 früher öffnet
und später schließt und gleichzeitig der Ventilhub
vergrößert wird. Die in den Zylinder strömende La
dungsmenge wird dadurch erhöht.
Durch Verändern des Drosselquerschnitts kann die
Öffnungszeit des Motorventils zusätzlich - beispiels
weise lastabhängig über einen mit dem Saugrohrdruck
beaufschlagten Membransteller verändert und die
zugemessene Ladungsmenge noch genauer an den Bedarf
angepaßt werden.
Die Ausgestaltung mit einem elektrischen Stellmotor
als Stellwerk 43 für die Steuerdrossel 42 eröffnet
weitere Einflußmöglichkeiten auf die zugemessene
Ladungsmenge. Der Ventilhub ist bei entsprechender
Auslegung des Ausweichkolbens 20 und des maximalen
Drosselquerschnitts zwischen dem Wert Null und einem
Maximalwert, der sich aus dem Hub des Nockens 5
abzüglich des Vorhubs und dem Übersetzungsverhältnis
zwischen Steuerkolben 10 und Ventilstößel 3 ergibt,
frei einsteuerbar.
Die Ausgestaltung nach Fig. 2 arbeitet in derselben
Weise wie die nach Fig. 1, mit dem Unterschied,
daß die Steuerdrossel 47 sich nicht außerhalb, sondern
im den Steuerkolben 10, den Ausweichkolben 20 und
den Ventilstößel 3 aufnehmenden Antriebsblock befin
det.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 können die Steuer
drosseln 42 mehrere Ventilsteuervorrichtungen zu
einer Mehrfachdrossel mit nur einem gemeinsamen
Stellwerk 43 zusammengefasst werden. Die Abflußlei
tungen 39 der Ringräume 32 sind an einen Drehschieber
44 angeschlossen. Durch Verdrehen des mit Schrägnuten
41 versehenen Drehschiebers 44 mittels des Stell
werks 43 werden die Durchflußöffnungen 45 zwischen
den Abflußleitungen 39 und der jeweils zugeordneten
Schrägnut 41 in ihrer Größe verändert. Andererseits
sind die Schrägnuten 41 mit Abflußleitungen 46 verbun
den, die eine Verbindung zum Motorschmierölkreislauf
herstellen. Die durch die Öffnungen 45 fließenden
Druckmittelmengen werden also für alle angeschlossenen
Ventilsteuervorrichtungen gleichzeitig durch die
Winkelstellung des Drehschiebers 44 bestimmt.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 können die Steuerdros
seln 47 entweder mit je einem Stellwerk betrieben
sein, oder die Steuerdrosseln 47 mehrerer Ventil
steuervorrichtungen können über ein Gestänge unterein
ander verbunden und nur durch ein Stellwerk betrieben
werden.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen
und der Zeichnung dargestellten Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
miteinander erfindungswesentlich sein.
Claims (18)
1. Ventilsteuervorrichtung zum Steuern des Zeitquer
schnitts der Schließ- und Öffnungszeit sowie
des Ventilhubes eines von einem Antriebsnocken
einer Nockenwelle über einen Steuerkolben und
einen axial verschiebbaren Ventilstößel betätigten
Ein- bzw. Auslaßventils einer Brennkraftmaschine,
mit einer zwischen dem Steuerkolben und dem Ventil
stößel angeordneten, druckmittelgefüllten Druck
kammer, die mit einer Zylinderbohrung verbunden
ist, in der ein Ausweichkolben radial dichtend
geführt ist, welcher durch das beim Druckhub
des Steuerkolbens verdrängte Druckmittel entgegen
der Kraft einer Rückstellfeder bei änderbarem
Hub von einer Ausgangslage aus bis an einen An
schlag verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslage
des Ausweichkolbens änderbar ist, und daß nach
dem Druckhub und vor einem neuerlichen Druckhub
des Steuerkolbens (10) der Rücklauf des Ausweich
kolbens (20) zur Bestimmung der änderbaren Aus
gangslage abbremsbar ist.
2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abbremsung mit hydrauli
schen Mitteln erfolgt (flüssiger Anschlag).
3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (20) als
Stufenkolben mit kleinerer Stirnfläche zum Druck
raum (14) hin ausgebildet ist, der in einer ent
sprechenden gestuften Zylinderbohrung (19) ar
beitet,
und daß in einer von dem zwischen den Stufen
(31) gebildeten Ringraum (32) vorgesehenen Abfluß
leitung (39), zum Abbremsen des Ausweichkolbens
(20) bei dessen Rücklauf, eine Drossel (42) vor
handen ist.
4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel
(42) änderbar ist.
5. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel
(42) nur auf zwei Abmessungen änderbar ist.
6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche
3-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abfluß
leitung (39) des Ringraums (32) ein Steuerventil
vorhanden ist, welches den Abflußkanal in der
Ausgangslage des Steuerkolbens (10) aufsteuert
und während des Arbeitshubs des Steuerkolbens
(10) sperrt.
7. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (10) als
bewegliches Ventilteil des Steuerventils dient,
insbesondere mit einer Ringnut (40) auf der Mantel
fläche zur steuerkolbenhubabhängigen Steuerung
des Abflußkanals.
8. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche
4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß
querschnitt der Steuerdrossel (42) in Abhängigkeit
von der Ölviskosität änderbar ist.
9. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Änderung des Drossel
querschnitts in Abhängigkeit vom gemessenen Motor
ventilhub regelbar ist.
10. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche
4-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossel
querschnitt über eine Verstellvorrichtung in
Abhängigkeit der Belastung des Motors änderbar
ist.
11. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung mit
einer vom Saugrohrdruck beaufschlagten Membran
arbeitet.
12. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung mit
einem elektrischen Stellmotor arbeitet.
13. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser des Steuerkolbens (10) zur Erzie
lung eines Übersetzungsverhältnisses größer ist
als der Durchmesser des Ventilstößels (3).
14. Ventilsteuervorrichtung insbesondere nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung
zur Abbremsung des Motorventils beim Schließ
vorgang.
15. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die dem Steuerkolben zuge
wandte und in Motorventilrichtung wirkende Stirn
fläche des Ventilstößels (3) und der entsprechende
Abschnitt der Bohrung (6) im Durchmesser ver
ringert sind.
16. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche
3-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel
(47) innerhalb des den Steuerkolben, den Ausweich
kolben und den Ventilstößel aufnehmenden Antriebs
blocks (1) angeordnet ist (Fig. 3).
17. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drossel (47) über eine
Vorrichtung (Gestänge) verstellschlüssig mit
den Drosseln zusätzlicher Ventilsteuervorrichtungen
verbunden ist und der Querschnitt dieser Drosseln
durch ein gemeinsames Stellwerk änderbar ist.
18. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche
4-15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Motor
ventile eines Motors mit je einer Ventilsteuerung
versehen sind, und daß die jeweiligen Drosseln
(42) außerhalb des Antriebsblocks (1) angeordnet
sind und in einer Steuereinrichtung, in einem
Gehäuse, mit einem gemeinsamen Stellorgan zusammen
gefasst sind (Fig. 2).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3834882A DE3834882A1 (de) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen |
JP1265349A JPH02149709A (ja) | 1988-10-13 | 1989-10-13 | 内燃機関用の弁制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3834882A DE3834882A1 (de) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3834882A1 true DE3834882A1 (de) | 1990-04-19 |
Family
ID=6365039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3834882A Withdrawn DE3834882A1 (de) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02149709A (de) |
DE (1) | DE3834882A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0515307A1 (de) * | 1991-05-22 | 1992-11-25 | New Sulzer Diesel Ag | Einrichtung zum Steuern des Auslassventils einer Hubkolbenbrennkraftmaschine |
EP0803642A1 (de) | 1996-04-24 | 1997-10-29 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Brennkraftmaschine mit verstellbarem Ventilantrieb |
DE102012211458B3 (de) * | 2012-07-03 | 2013-11-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Deckel mit Ölspeicherfunktionalität für ein Gehäuse eines elektrohydraulischen Ventiltriebes eines Verbrennungsmotors |
DE102012215250A1 (de) | 2012-08-28 | 2014-03-06 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Gehäuse eines elektrohydraulischen Ventiltriebes und Verfahren zu dessen Montage |
Families Citing this family (1)
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KR101371827B1 (ko) * | 2012-10-19 | 2014-03-07 | 현대중공업 주식회사 | 가변 밸브 타이밍장치 |
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1988
- 1988-10-13 DE DE3834882A patent/DE3834882A1/de not_active Withdrawn
-
1989
- 1989-10-13 JP JP1265349A patent/JPH02149709A/ja active Pending
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CH681825A5 (de) * | 1991-05-22 | 1993-05-28 | New Sulzer Diesel Ag | |
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WO2014005999A1 (de) | 2012-07-03 | 2014-01-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Deckel mit ölspeicherfunktionalität für ein gehäuse eines elektrohydraulischen ventiltriebes eines verbrennungsmotors |
DE102012215250A1 (de) | 2012-08-28 | 2014-03-06 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Gehäuse eines elektrohydraulischen Ventiltriebes und Verfahren zu dessen Montage |
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Publication number | Publication date |
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JPH02149709A (ja) | 1990-06-08 |
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