EP1316681A2 - Hydraulische Auslassventilbetätigung - Google Patents

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Publication number
EP1316681A2
EP1316681A2 EP02024774A EP02024774A EP1316681A2 EP 1316681 A2 EP1316681 A2 EP 1316681A2 EP 02024774 A EP02024774 A EP 02024774A EP 02024774 A EP02024774 A EP 02024774A EP 1316681 A2 EP1316681 A2 EP 1316681A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
piston
oil volume
path
control piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02024774A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Dr. Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1316681A2 publication Critical patent/EP1316681A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F01L13/065—Compression release engine retarders of the "Jacobs Manufacturing" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/02—Formulas

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic valve control arrangement having a control line of a control cylinder connected to a first oil volume with a first control piston having a control surface A1 and being operatively connected to the first volume of oil and having a control surface A2 between the first control piston and an outlet valve. plunger pistons operatively connected to a second volume of oil.
  • a hydraulic valve control which preferably has two separate, optionally acting on the valve piston, which are connected to a high-pressure accumulator.
  • the piston assembly can be acted upon with held at different levels of pressure fuel, and at the end of the opening process and the closing process, the moving mass can be reduced.
  • the piston assembly is pressurized with higher pressure fuel and, for closing, with lower pressure fuel.
  • a piston assembly a Compression brake described a telescopic connected piston assembly, wherein a first via limited to a voltage applied to a rocker arm plunger Volume is subjected to overpressure.
  • the piston assembly is always integrated into the power flow of the rocker arm. A gradation of Force is not provided.
  • the invention has for its object to form a hydraulic valve control device and to arrange so that different actuating forces are ensured with a pressure level.
  • the object is achieved according to the invention in that a first flow connection from the first volume of oil to the second oil volume in operative connection with a control surface A3 of the first control piston first control edge between the control cylinder and the first control piston is provided.
  • This ensures that the second oil volume is switched by the control edge according to a defined path S1 of the control piston and according to the arrangement of control surface A1 and control surface A2 and their area ratio, a counterforce F 3 to the current force F 1 is generated.
  • the valve opening force decreases during the second part of the valve lift according to the control surface ratios, and increased wear of the materials as well as overflow of the exhaust valve is avoided.
  • the first flow connection is opened. It is therefore irrelevant whether the control edge or the control piston travel the distance S 1 , so that the flow connection is opened.
  • control surface A3 opposite the control surface A1 and the control surface A2 is arranged, being opposite, with oil pressure applied control surfaces opposite restoring forces to generate.
  • control surface A3 one of the Control surfaces A1 and control surface A3 opposite Force generated.
  • the solution is also achieved in that a first flow connection from the first oil volume to the control surface A1 of the first control piston switching first control edge between the control cylinder and the first control piston or a second control piston is provided. This ensures that the control surface A1 is switched by the first control edge to an initial path S 0 . With the activated control surface A1 and a corresponding control force F 1 is generated, which then determines the opening operation of the exhaust valve.
  • the first control piston or a second control piston it is advantageous for the first control piston or a second control piston to have a control surface A0 operatively connected to the first oil volume during the path S 0 and the first control edge closing the first oil volume.
  • the oil volume is closed during the path S 0 relative to the control surface A1 and is in flow communication with the smaller control surface A0. Accordingly, only one of the control surface A 0 corresponding control force F 0 is generated via the initial path S 0 , which is then increased to F 1 with the opening operation of the control surface A1.
  • a second flow connection designed as a throttle is provided between the first oil volume and the control surface A1.
  • the path S 0 corresponds to a valve clearance
  • the path S 1 corresponds to an opening path of the exhaust valve, wherein the opening path between 5% and 50%, in particular between 10% and 20% of the total valve path S G, is and the path S 2 forms a the valve total path S G complementary path.
  • the Ventilspielaus GmbHshub requires a small actuating force
  • the first part of the opening stroke of the exhaust valve requires the largest actuating force, since contrary to the highly compressed combustion chamber gases, the exhaust valve must be opened. After opening over the last part of the opening stroke again requires a small force, since the combustion chamber is already relaxed at this time.
  • control surface A0 is in operative connection with the first oil volume after the path S 1 and a second control edge closing the first oil volume via the path S 2 is provided. This ensures a reduction of the effective control area A1 on the control surface A0, do that the supplementary stroke S 2 is performed with a lower actuating force.
  • the first control piston or the second control piston has the first control edge and / or the second control edge, wherein the first control edge after the path S 0 with a first control groove of the control cylinder and the second control edge after the path S 2 with a second control groove of the control cylinder is in operative connection.
  • the control piston may be formed in one or two parts, wherein the necessary control edges and the corresponding control grooves are provided within the control piston wall on the second or the one control piston.
  • the second control piston is arranged in the direction of travel in front of the first control piston and / or the first control piston has a counter to the force F 1 acting, a restoring force F Ü generating first return element as a spring.
  • the control piston is brought back into the starting position after the opening stroke.
  • the area ratios A1 / A2 and A1 / A0 between two and ten, in particular between three and five, and the control area A1 are the same Control surface is A3. Due to the area ratios is the Force ratio of the individual opening paths defined.
  • the first oil volume and the control surface A1 of the first control piston is acted upon by the control line with oil pressure, generates a control force F 1 and the first control piston is set in a displacement, wherein at the same time applied to the first control piston plunger and the exhaust valve be offset against the valve spring force F V in the movement.
  • the first flow connection to the second oil volume is opened via the first control edge, with the first control piston opening the outlet valve via the plunger piston around the path S 1 .
  • the control surface A 3 is acted upon by the second oil volume with oil pressure and a counterforce F 3 to the control force F 1 generated, and by the first return element, an additional restoring force F Ü to the counterforce F 3 is generated, at the same time acts on the control surface A2 of the plunger piston with oil pressure and a supplementary control force F 2 of the plunger piston is generated.
  • F R F 1 + F 2 - F 3 (- F Ü)
  • the first flow connection is opened from the first oil volume to the control surface A1 via the first control edge and the control force F 1 generated, wherein in the zero position, the control surface A1 is acted upon by the first oil volume with oil pressure via the throttle-like second flow connection ,
  • the first oil volume is closed by the second control edge and the control surface A1 is sealed off and thus now the oil volume and the control surface A0 applied via the control line with oil pressure and generates the control force F o .
  • FIG. 1 shows a control cylinder 3 with a control line 5 shown.
  • the control line 5 supplies a first Oil volume 9.1, via a first flow connection 10.1 with a second volume of oil 9.2 in flow communication.
  • a first Control piston 2.1 arranged, the first volume of oil from 9.1 second oil volume 9.2 separates.
  • a plunger 2.3 is provided between the first Control piston 2.1 and a drag lever 12 and a Outlet valve 7 .
  • the first Control piston 2.1 is cup-shaped and is located on a front side of the plunger piston 2.3 coaxial.
  • the plunger 2.3 is within the first Control piston 2.1 a first return element 11.1 in the form arranged a spring which the first control piston 2.1 according to Figure 1 pushes upwards or a restoring force forms.
  • the first control piston 2.1 has a first control edge 8.1.
  • the first control edge 8.1 is assigned a first control groove 6.1 within the control cylinder 3.
  • the first flow connection 10.1 is opened from the first oil volume 9.1 to the second oil volume 9.2 according to FIG.
  • the actuating force ensuring this opening process is generated starting from a control pressure P of the control line 5 by means of the control surface A1 of the first control piston 2.1.
  • the second oil volume 9.2 is acted upon by oil pressure.
  • a counterforce F 3 is generated via the control surface A3 of the first control piston 2.1.
  • the control surface A2 of the plunger piston 2.3 is subjected to oil pressure, so that in the direction of movement according to Figure 1 downwardly directed force F 2 is formed, which opens the exhaust valve 7 via the drag lever 12.
  • Figure 4 shows another embodiment, in addition to the first control piston 2.1 and the plunger piston 2.3 a second control piston 2.2 above the first control piston 2.1 is provided.
  • the second control piston 2.2 has a first Control edge 8.1 and a second control edge 8.2, the one first control groove 6.1 or a second control groove 6.2 assigned.
  • the second control piston 2.2 is in pressure equilibrium. Via a second return element 11.2, the latter is pressed against the first control piston 2.1 or its control surface A1 or is located there. About now with the first oil volume 9.1 in flow connection control surface A1 of the first control piston 2.1, the force F 1 is generated, which opens the exhaust valve 7 through the plunger piston 2.3 and the drag lever 12 further.
  • the first oil volume 9.1 is closed again according to a path S 1 (see FIG. 4), so that the control surface A1 is switched pressure-free or has no flow connection to the first oil volume 9.1.
  • the first oil volume 9.1 related control surface A0 of the second control piston 2.2 (see Figure 4) remains a control force F 0 of the second control piston 2.2, which passed over the first control piston 2.1, the plunger piston 2.3 and the drag lever 12 of the exhaust valve 7 becomes.
  • the path S 0 corresponds to the valve clearance, for the way a lower actuating force F 0 is available.
  • the path S 1 during which the control surface A1 is acted upon, corresponds to a first opening stroke of the exhaust valve 7, for which an increased actuating force is ensured due to the combustion chamber pressure, and the path S 2 corresponds to a supplementary path for the total stroke S G of the exhaust valve. 7
  • control surface of the control surface A1 reduces to control surface A0, so that a correspondingly small actuating force is generated, which is sufficient to open the exhaust valve 7 completely via the path S 2 .
  • the second flow connection is 10.2 as Throttle formed, which has a coaxial bore and a Relief has groove 4 in the diametrical direction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventilsteueranordnung 1 mit einer an ein erstes Ölvolumen 9.1 angeschlossenen Steuerleitung 5 eines Steuerzylinders 3 mit einem eine Steuerfläche A1 aufweisenden, mit dem ersten Ölvolumen 9.1 in Wirkverbindung stehenden ersten Steuerkolben 2.1 und einem zwischen dem ersten Steuerkolben 2.1 und einem Auslaßventil 7 angeordneten, eine Steuerfläche A2 aufweisenden, mit einem zweiten Ölvolumen 9.2 in Wirkverbindung stehenden Stößelkolben 2.3, wobei eine erste Steuerkante 8.1 zwischen dem Steuerzylinder 3 und dem ersten Steuerkolben 2.) vorgesehen ist, die eine erste Durchflußverbindung 10.1 zwischen dem ersten Ölvolumen 9.1 und dem mit einer Steuerfläche A3 des ersten Steuerkolbens 2.1 in Wirkverbindung stehenden zweiten Ölvolumen 9.2 schaltet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventilsteueranordnung mit einer an ein erstes Ölvolumen angeschlossenen Steuerleitung eines Steuerzyliriders mit einem eine Steuerfläche A1 aufweisenden, mit dem ersten Ölvolumen in Wirkverbindung stehenden ersten Steuerkolben und einem zwischen dem ersten Steuerkolben und einem Auslaßventil angeordneten, eine Steuerfläche A2 aufweisenden, mit einem zweiten Ölvolumen in Wirkverbindung stehenden Stößelkolben.
Es ist bereits eine hydraulische Ventilsteuerung aus der DE 195 42 561 C1 bekannt, die vorzugsweise zwei voneinander getrennte, wahlweise auf das Ventil wirkende Kolben aufweist, die mit einem Hochdruckspeicher verbunden sind. Hierbei ist die Kolbenanordnung mit auf unterschiedlich hohem Druckniveau gehaltenem Brennstoff beaufschlagbar, und am Ende des Öffnungsvorgangs sowie beim Schließvorgang kann die bewegte Masse reduziert werden. Zum Öffnen des Ventils wird die Kolbenanordnung mit Brennstoff höheren Drucks und zum Schließen mit Brennstoff niedrigeren Drucks beaufschlagt. Somit sind zwei unterschiedliche Druckniveaus des bzw. der Druckspeicher erforderlich.
Aus der GB 2 265 419 A ist eine Kolbenanordnung einer Kompressionsbremse beschrieben, die eine teleskopartig verbundene Kolbenanordnung aufweist, bei der ein erstes über einen an einem Kipphebel anliegenden Tauchkolben begrenztes Volumen mit Überdruck beaufschlagt wird. Hierbei wird eine Stellkraft des eigentlichen Wegkolbens entgegen der Verschlußkraft der Ventile generiert, die letztlich das Öffnen der Ventile zur Folge hat. Die Kolbenanordnung ist jederzeit in den Kraftfluß des Kipphebels integriert. Eine Abstufung der Stellkraft ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, daß mit einem Druckniveau unterschiedliche Stellkräfte gewährleistet werden.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß eine erste Durchflußverbindung vom ersten Ölvolumen zu dem mit einer Steuerfläche A3 des ersten Steuerkolbens in Wirkverbindung stehenden zweiten Ölvolumen schaltende erste Steuerkante zwischen dem Steuerzylinder und dem ersten Steuerkolben vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß das zweite Ölvolumen durch die Steuerkante nach einem definierten Weg S1 des Steuerkolbens zugeschaltet wird und entsprechend der Anordnung von Steuerfläche A1 und Steuerfläche A2 bzw. ihrem Flächenverhältnis eine Gegenkraft F3 zur aktuellen Stellkraft F1 generiert wird. Somit verringert sich die Ventilöffnungskraft während des zweiten Teils des Ventilhubs entsprechend der Steuerflächenverhältnisse, und ein erhöhter Verschleiß der Materialien sowie ein Überschwingen des Auslaßventils wird vermieden.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß ausgehend von einer Nullstellung des ersten Steuerkolbens nach einem Weg S1 des ersten Steuerkolbens oder der ersten Steuerkante die erste Durchflußverbindung geöffnet ist. Es ist demnach unerheblich, ob die Steuerkante oder der Steuerkolben den Weg S1 zurücklegen, damit die Durchflußverbindung geöffnet wird.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Steuerfläche A3 gegenüberliegend der Steuerfläche A1 und der Steuerfläche A2 angeordnet ist, wobei gegenüberliegende, mit Öldruck beaufschlagte Steuerflächen entgegengesetzte Stellkräfte generieren. Somit wird durch die Steuerfläche A3 eine der Steuerflächen A1 und Steuerfläche A3 entgegengesetzte Stellkraft generiert.
Die Lösung wird zudem dadurch erreicht, daß eine erste Durchflußverbindung vom ersten Ölvolumen zur Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens schaltende erste Steuerkante zwischen dem Steuerzylinder und dem ersten Steuerkolben oder einem zweiten Steuerkolben vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Steuerfläche A1 durch die erste Steuerkante nach einem Anfangsweg S0 zugeschaltet wird. Mit der zugeschalteten Steuerfläche A1 wird auch eine entsprechende Steuerkraft F1 generiert, die dann den Öffnungsvorgang des Auslaßventils mitbestimmt.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß der erste Steuerkolben oder ein zweiter Steuerkolben eine während des Weges S0 mit dem ersten Ölvolumen in Wirkverbindung stehende Steuerfläche A0 und die das erste Ölvolumen verschließende erste Steuerkante aufweist. Damit ist das Ölvolumen während des Weges S0 gegenüber der Steuerfläche A1 geschlossen und steht mit der kleineren Steuerfläche A0 in Durchflußverbindung. Über den Anfangsweg S0 wird demnach nur eine der Steuerfläche A0 entsprechende Steuerkraft F0 generiert, die dann mit dem Öffnungsvorgang der Steuerfläche A1 auf F1 erhöht wird.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die erste Steuerkante nach dem Weg S0 in einer das erste Ölvolumen öffnenden Stellung ist, wobei nach dem Weg S0 eine erste Durchflußverbindung vom ersten Ölvolumen zur Steuerfläche A1 vorgesehen ist. Nach dem Weg S0 wird die Steuerfläche A1 über die erste Durchflußverbindung mit Öldruck beaufschlagt, so daß ab diesem Zeitpunkt eine erhöhte Steuerkraft F1 zur Verfügung steht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß eine als Drossel ausgebildete zweite Durchflußverbindung zwischen dem ersten Ölvolumen und der Steuerfläche A1 vorgesehen ist. Somit wird schon vor dem Ende des Weges S0 ein Öldruck auf die Steuerfläche A1 ausgeübt, so daß es in dieser Stellung entsprechend dem Drosselquerschnitt bzw. dem anstehenden Öldruck zu einer Stellkraft über die Steuerfläche A1 kommt.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Weg S0 einem Ventilspiel entspricht, der Weg S1 einem Öffnungsweg des Auslaßventils entspricht, wobei der Öffnungsweg zwischen 5 % und 50 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 % des Ventilgesamtweges SG, beträgt und der Weg S2 einen den Ventilgesamtweg SG ergänzenden Weg bildet. Aufgrund der bestehenden Druckraumverhältnisse bzw. Ventilbetätigungsvorrichtung kann eine optimale Stellkraftverteilung auf das Auslaßventil gewährleistet werden. Der Ventilspielausgleichshub bedarf einer geringen Stellkraft, der erste Teil des Öffnungshubs des Auslaßventils bedarf der größten Stellkraft, da entgegen der hochverdichteten Brennraumgase das Auslaßventil geöffnet werden muß. Nach dem Öffnen über den letzte Teil des Öffnungshubs bedarf es wiederum einer kleinen Stellkraft, da der Brennraum zu diesem Zeitpunkt schon entspannt ist.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Steuerfläche A0 nach dem Weg S1 mit dem ersten Ölvolumen in Wirkverbindung steht und eine über den Weg S2 das erste Ölvolumen verschließende zweite Steuerkante vorgesehen ist. Dies gewährleistet eine Verkleinerung der wirksamen Steuerfläche A1 auf die Steuerfläche A0, do daß der Ergänzungshub S2 mit geringerer Stellkraft ausgeführt wird.
Vorteilhaft ist es ferner, daß der erste Steuerkolben oder der zweite Steuerkolben die erste Steuerkante und/oder die zweite Steuerkante aufweist, wobei die erste Steuerkante nach dem Weg S0 mit einer ersten Steuernut des Steuerzylinders und die zweite Steuerkante nach dem Weg S2 mit einer zweiten Steuernut des Steuerzylinders in Wirkverbindung steht. Demnach kann der Steuerkolben ein- oder zweiteilig ausgebildet sein, wobei die notwendigen Steuerkanten und die damit korrespondierenden Steuernuten innerhalb der Steuerkolbenwand an dem zweiten oder dem einen Steuerkolben vorgesehen sind.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß der zweite Steuerkolben in Wegrichtung vor dem ersten Steuerkolben angeordnet ist und/oder der erste Steuerkolben ein entgegen der Stellkraft F1 wirkendes, eine Rückstellkraft FÜ generierendes erstes Rückstellelement wie eine Feder aufweist. Mittels der Feder wird der Steuerkolben nach dem Öffnungshub wieder in die Ausgangsposition gebracht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Flächenverhältnisse A1 / A2 und A1 / A0 zwischen zwei und zehn, insbesondere zwischen drei und fünf, sind und die Steuerfläche A1 gleich der Steuerfläche A3 ist. Durch die Flächenverhältnisse ist das Kräfteverhältnis der einzelnen Öffnungswege definiert.
Zudem ist damit auch das Übersetzungsverhältnis der beiden Steuerkolben während des Weges S2 definiert, da bei einem konstanten Ölvolumenstrom (dV/sec) der Weg (ds) des zweiten Steuerkolbens direkt proportional zu seiner Kolbenquerschnittsfläche ist, d. h. während sich der zweite Steuerkolben um ds2 = dV/A0 bewegt, kann sich der erste Steuerkolben nur um ds1 = dV/A1 (A1 > A0 → ds2 < ds1) bewegen, denn das Ölvolumen zwischen beiden Kolben ist geschlossen. Da der zweite Steuerkolben aber am ersten Steuerkolben anliegt, entsteht ein Unterdruck im zweiten Ölvolumen.
Schließlich ist von Vorteil, daß das erste Ölvolumen und die Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens über die Steuerleitung mit Öldruck beaufschlagt wird, eine Steuerkraft F1 generiert und der erste Steuerkolben in eine Wegbewegung versetzt wird, wobei gleichzeitig der am ersten Steuerkolben anliegende Stößelkolben und das Auslaßventil entgegen der Ventilfederkraft FV in die Bewegung versetzt werden. Nach dem Weg S1 des ersten Steuerkolbens wird über die erste Steuerkante die erste Durchflußverbindung zum zweiten Ölvolumen geöffnet, wobei mit dem ersten Steuerkolben das Auslaßventil über den Stößelkolben um den Weg S1 geöffnet wird. Die Steuerfläche A3 wird über das zweite Ölvolumen mit Öldruck beaufschlagt und eine Gegenkraft F3 zur Steuerkraft F1 erzeugt, und durch das erste Rückstellelement wird eine zusätzliche Rückstellkraft FÜ zur Gegenkraft F3 generiert, wobei gleichzeitig die Steuerfläche A2 des Stößelkolbens mit Öldruck beaufschlagt und eine ergänzende Steuerkraft F2 des Stößelkolbens generiert wird. Mittels der resultierenden Steuerkraft FR = F1 + F2 - F3 (- FÜ) wird das Auslaßventil vollständig geöffnet, wobei FR ≥ F2 ist.
Im Rahmen der zweiten Lösung ist es schließlich von Vorteil, daß in der Nullstellung zunächst die Steuerfläche A0 und das erste Ölvolumen des ersten Steuerkolbens über die Steuerleitung mit Öldruck beaufschlagt werden, wobei eine Steuerkraft F0 generiert und der erste Steuerkolben in eine Wegbewegung versetzt werden. Nach einem Weg S0 des ersten Steuerkolbens wird die erste Durchflußverbindung vom ersten Ölvolumen zur Steuerfläche A1 über die erste Steuerkante geöffnet und die Steuerkraft F1 generiert, wobei in der Nullstellung die Steuerfläche A1 über die drosselartige zweite Durchflußverbindung ausgehend vom ersten Ölvolumen mit Öldruck beaufschlagt wird. Nach einem Weg S1 wird das erste Ölvolumen durch die zweite Steuerkante geschlossen und die Steuerfläche A1 abgeschottet und damit nun das erste Ölvolumen und die Steuerfläche A0 über die Steuerleitung mit Öldruck beaufschlagt und die Steuerkraft Fo generiert. Mittels der resultierenden Steuerkraft FR = F0 - FÜ wird das Auslaßventil vollständig geöffnet, wobei F0 ≥ FÜ ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Figur 1
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit erstem Steuerkolben und Stößelkolben in der Ausgangsstellung,
Figur 2
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit erstem Steuerkolben und Stößelkolben nach einem Weg S1,
Figur 3
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders von oben mit einer ersten Durchflußverbindung,
Figur 4
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit dem ersten Steuerkolben, dem Stößelkolben und einem zweiten Steuerkolben in der Ausgangsstellung,
Figur 5
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit dem ersten Steuerkolben, dem Stößelkolben und dem zweiten Steuerkolben nach einem Weg S0,
Figur 6
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit dem ersten Steuerkolben, dem Stößelkolben und dem zweiten Steuerkolben nach einem Weg S1,
Figur 7
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit dem ersten Steuerkolben, dem Stößelkolben und dem zweiten Steuerkolben nach einem Weg S2,
Figur 8
eine Schnittdarstellung eines Steuerzylinders mit dem ersten Steuerkolben, dem Stößelkolben und dem zweiten Steuerkolben im zurückgefahrenen Zustand.
In Figur 1 ist ein Steuerzylinder 3 mit einer Steuerleitung 5 dargestellt. Die Steuerleitung 5 versorgt ein erstes Ölvolumen 9.1, das über eine erste Durchflußverbindung 10.1 mit einem zweiten Ölvolumen 9.2 in Durchflußverbindung steht. Innerhalb des Steuerzylinders 3 ist ein erster Steuerkolben 2.1 angeordnet, der das erste Ölvolumen 9.1 vom zweiten Ölvolumen 9.2 trennt. Zwischen dem ersten Steuerkolben 2.1 und einem Schlepphebel 12 bzw. einem Auslaßventil 7 ist ein Stößelkolben 2.3 vorgesehen. Der erste Steuerkolben 2.1 ist hierzu becherförmig ausgebildet und liegt an einer Stirnseite des Stößelkolbens 2.3 koaxial an. Neben dem Stößelkolben 2.3 ist innerhalb des ersten Steuerkolbens 2.1 ein erstes Rückstellelement 11.1 in der Form einer Feder angeordnet, welches den ersten Steuerkolben 2.1 gemäß Figur 1 nach oben drückt bzw. eine Rückstellkraft bildet.
Der erste Steuerkolben 2.1 weist eine erste Steuerkante 8.1 auf. Der ersten Steuerkante 8.1 ist eine erste Steuernut 6.1 innerhalb des Steuerzylinders 3 zugeordnet. Nach einem Weg S1 des ersten Steuerkolbens 2.1 bzw. der ersten Steuerkante 8.1 ist die erste Durchflußverbindung 10.1 vom ersten Ölvolumen 9.1 zum zweiten Ölvolumen 9.2 gemäß Figur 2 geöffnet. Die diesen Öffnungsvorgang gewährleistende Stellkraft wird ausgehend von einem Steuerdruck P der Steuerleitung 5 mittels der Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens 2.1 generiert. Sobald nach dem Weg S1 die erste Durchflußverbindung 10.1 geöffnet ist, wird das zweite Ölvolumen 9.2 mit Öldruck beaufschlagt. Somit wird über die Steuerfläche A3 des ersten Steuerkolbens 2.1 eine Gegenkraft F3 generiert. Zusätzlich wird die Steuerfläche A2 des Stößelkolbens 2.3 mit Öldruck beaufschlagt, so daß eine in die Bewegungsrichtung gemäß Figur 1 nach unten gerichtete Stellkraft F2 entsteht, die über den Schlepphebel 12 das Auslaßventil 7 öffnet.
Der Weg S1 stellt hierbei den ersten Teil eines Öffnungszyklusses des Auslaßventils 7 dar, nach welchem der Brennraumdruck erheblich abfällt, so daß die resultierende Stellkraft FR = F1 - F3 + F2 ausreicht, um das Auslaßventil 7 vollständig zu öffnen.
In Figur 3 ist gemäß dem Schnitt B-B aus Figur 2 der Steuerzylinder 3 mit der ersten Durchflußverbindung 10.1 in Form einer Nut dargestellt.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem neben dem ersten Steuerkolben 2.1 und dem Stößelkolben 2.3 ein zweiter Steuerkolben 2.2 oberhalb des ersten Steuerkolbens 2.1 vorgesehen ist. Der zweite Steuerkolben 2.2 weist eine erste Steuerkante 8.1 und eine zweite Steuerkante 8.2 auf, die einer ersten Steuernut 6.1 bzw. einer zweiten Steuernut 6.2 zugeordnet sind.
In der gemäß Figur 4 dargestellten Ausgangsstellung ist der zweite Steuerkolben 2.2 bzw. seine Steuerfläche A0 mit Öldruck beaufschlagt, so daß sich dieser aufgrund der generierten Stellkraft F0 nach unten bewegt. Nach einem Weg S0 passiert die erste Steuerkante 8.1 die erste Steuernut 6.1, so daß gemäß Figur 5 eine erste Durchflußverbindung 10.1 vom ersten Ölvolumen 9.1 zur Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens 2.1 gegeben ist (siehe Figur 6). Neben dieser ersten Durchflußverbindung 10.1 gemäß Figur 6 ist eine zweite Durchflußverbindung 10.2 in Form einer Drossel innerhalb des zweiten Steuerkolbens 2.2 vorgesehen. Gemäß Figur 4 ist somit in der Ausgangsstellung eine zweite Durchflußverbindung 10.2 vom ersten Ölvolumen 9.1 zur Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens 2.1 gegeben. Die Drossel 10.2 generiert je nach Ölstrom und Durchflußgröße eine Stellkraft des ersten Steuerkolbens 2.1, bevor die erste Steuerkante 8.1 die erste Steuernut 6.1 passiert und die eigentliche erste Durchflußverbindung 10.1 geöffnet ist.
Gemäß Figur 6 ist der zweite Steuerkolben 2.2 im Druckgleichgewicht. Über ein zweites Rückstellelement 11.2 wird dieser gegen den ersten Steuerkolben 2.1 bzw. dessen Steuerfläche A1 gedrückt bzw. liegt dort an. Über die nun mit dem ersten Ölvolumen 9.1 in Durchflußverbindung stehende Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens 2.1 ist die Stellkraft F1 generiert, die über den Stößelkolben 2.3 und den Schlepphebel 12 das Auslaßventil 7 weiter öffnet.
Gemäß Figur 7 wird das erste Ölvolumen 9.1 nach einem Weg S1 (siehe Figur 4) wieder geschlossen, so daß die Steuerfläche A1 druckfrei geschaltet ist bzw. keine Durchflußverbindung zum ersten Ölvolumen 9.1 aufweist. Durch die nun mit dem ersten Ölvolumen 9.1 in Verbindung stehende Steuerfläche A0 des zweiten Steuerkolbens 2.2 (siehe Figur 4) verbleibt eine Steuerkraft F0 des zweiten Steuerkolbens 2.2, die über den ersten Steuerkolben 2.1, den Stößelkolben 2.3 und den Schlepphebel 12 des Auslaßventils 7 geleitet wird.
Der Weg S0 entspricht dabei dem Ventilspiel, für dessen Weg eine geringere Stellkraft F0 zur Verfügung steht. Der Weg S1, während dessen die Steuerfläche A1 beaufschlagt ist, entspricht einem ersten Öffnungshub des Auslaßventils 7, für den aufgrund des Brennraumdrucks eine erhöhte Stellkraft gewährleistet ist, und der Weg S2 entspricht einem Ergänzungsweg für den Gesamthub SG des Auslaßventils 7.
Nach diesem Weg S1 bzw. dem ersten Teil des Öffnungshubs verringert sich die wirksame Steuerfläche von der Steuerfläche A1 auf Steuerfläche A0, so daß eine entsprechend geringe Stellkraft generiert wird, die ausreicht, das Auslaßventil 7 vollständig über den Weg S2 zu öffnen.
Gemäß Figur 8 wird das Auslaßventil 7 sowie der erste Steuerkolben 2.1 zusammen mit den Stößelkolben 2.3 und dem zweiten Steuerkolben 2.2 über die nicht dargestellte Ventilfeder sowie das erste Rückstellelement 11.1 in die Ausgangsposition zurückversetzt.
Gemäß Figur 4 ist die zweite Durchflußverbindung 10.2 als Drossel ausgebildet, die eine koaxiale Bohrung sowie eine Entlastungsnut 4 in diametraler Richtung aufweist.
Der Steuerzylinder 3 weist neben der Steuerleitung 5 auf der gegenüberliegenden Seite eine Verschlußplatte 13 auf, die gleichzeitig einen Anschlag für den ersten Steuerkolben 2.1 bildet. Dieser Anschlag bestimmt den Gesamtweg SG = S0 + S1 + S2 der Steuerkolbenanordnung und somit den Öffnungsweg des Auslaßventils 7.

Claims (14)

  1. Hydraulische Ventilsteueranordnung (1) mit einer an ein erstes Ölvolumen (9.1) angeschlossenen Steuerleitung (5) eines Steuerzylinders (3) mit einem eine Steuerfläche (A1) aufweisenden, mit dem ersten Ölvolumen (9.1) in Wirkverbindung stehenden ersten Steuerkolben (2.1) und einem zwischen dem ersten Steuerkolben (2.1) und einem Auslaßventil (7) angeordneten, eine Steuerfläche (A2) aufweisenden, mit einem zweiten Ölvolumen (9.2) in Wirkverbindung stehenden Stößelkolben (2.3),
    dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Steuerkante (8.1) zwischen dem Steuerzylinder (3) und dem ersten Steuerkolben (2.1) vorgesehen ist, die eine erste Durchflußverbindung (10.1) zwischen dem ersten Ölvolumen (9.1) und dem mit einer Steuerfläche (A3) des ersten Steuerkolbens (2.1) in Wirkverbindung stehenden zweiten Ölvolumen (9.2) schaltet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Nullstellung des ersten Steuerkolbens (2.1) nach einem Weg (S1) des ersten Steuerkolbens (2.1) oder der ersten Steuerkante (8.1) die erste Durchflußverbindung (10.1) geöffnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche A3 gegenüberliegend der Steuerfläche A1 und der Steuerfläche A2 angeordnet ist, wobei gegenüberliegende, mit Öldruck beaufschlagte Steuerflächen entgegengesetzte Stellkräfte generieren.
  4. Hydraulische Ventilsteueranordnung (1) mit einer an ein erstes Ölvolumen (9.1) angeschlossenen Steuerleitung (5) eines Steuerzylinders (3) mit einem eine Steuerfläche A1 aufweisenden, mit dem ersten Ölvolumen (9.1) in Wirkverbindung stehenden ersten Steuerkolben (2.1) und einem zwischen dem ersten Steuerkolben (2.1) und einem Auslaßventil (7) angeordneten, eine Steuerfläche A2 aufweisenden Stößelkolben (2.3),
    dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Steuerkante (8.1) zwischen dem Steuerzylinder (3) und dem ersten Steuerkolben (2.1) oder einem zweiten Steuerkolben (2.2) vorgesehen ist, die eine erste Durchflußverbindung (10.1) vom ersten Ölvolumen (9.1) zur Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens (2.1) schaltet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerkolben (2.1) oder der zweite Steuerkolben (2.2) die während eines Weges S0 mit dem ersten Ölvolumen (9.1) in Wirkverbindung stehende Steuerfläche A0 und die das erste Ölvolumen (9.1) verschließende erste Steuerkante (8.1) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerkante (8.1) nach dem Weg S0 in einer das erste Ölvolumen (9.1) öffnenden Stellung ist, wobei nach dem Weg S0 die erste Durchflußverbindung (10.1) vom ersten Ölvolumen (9.1) zur Steuerfläche A1 vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine als Drossel ausgebildete zweite Durchflußverbindung (10.2) zwischen dem ersten Ölvolumen (9.1) und der Steuerfläche A1 vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Weg S0 einem Ventilspiel entspricht, der Weg S1 einem Öffnungsweg des Auslaßventils entspricht, wobei der Öffnungsweg zwischen 5 % und 50 %, insbesondere zwischen 10 % und 20 % des Ventilgesamtweges SG, beträgt und der Weg S2 einen den Ventilgesamthub SG ergänzenden Weg bildet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche A0 nach dem Weg S1 mit dem ersten Ölvolumen (9.1) in Wirkverbindung steht und eine über den Weg S2 das erste Ölvolumen (9.1) verschließende zweite Steuerkante (8.2) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerkolben (2.1) oder der zweite Steuerkolben (2.2) die erste Steuerkante (8.1) und/oder die zweite Steuerkante (8.2) aufweist, wobei die erste Steuerkante (8.1) nach dem Weg S0 mit einer ersten Steuernut (6.1) des Steuerzylinders (3) und die zweite Steuerkante (8.2) nach dem Weg S2 mit einer zweiten Steuernut (6.2) des Steuerzylinders (3) in Wirkverbindung steht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkolben (2.2) in Wegrichtung vor dem ersten Steuerkolben (2.1) angeordnet ist und/oder der erste Steuerkolben (2.1) ein entgegen der Stellkraft F1 wirkendes, eine Rückstellkraft FÜ generierendes erstes Rückstellelement (11.1) wie eine Feder aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenverhältnisse A1 / A2 und A1 / A0 zwischen zwei und zehn, insbesondere zwischen drei und fünf, sind und die Steuerfläche A1 gleich der Steuerfläche A3 ist.
  13. Verfahren zum Bewegen eines Steuerkolbens nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 11,
    gekennzeichnet durch folgende
    Verfahrensschritte:
    a) das erste Ölvolumen (9.1) und die Steuerfläche A1 des ersten Steuerkolbens (2.1) werden über die Steuerleitung (5) mit Öldruck beaufschlagt, eine Steuerkraft F1 generiert und der erste Steuerkolben (2.1) in eine Wegbewegung versetzt,
    b) gleichzeitig wird der am ersten Steuerkolben (2.1) anliegende Stößelkolben (2.3) und das Auslaßventil (7) entgegen der Ventilfederkraft FV in die Bewegung versetzt,
    c) nach dem Weg S1 des ersten Steuerkolbens (2.1) wird die erste Durchflußverbindung (10.1) zum zweiten Ölvolumen (9.2) über die erste Steuerkante (8.1) geöffnet,
    d) mit dem ersten Steuerkolben (2.1) wird das Auslaßventil (4) über den Stößelkolben (2.3) um den Weg S1 geöffnet,
    e) die Steuerfläche A3 wird über das zweite Ölvolumen (9.2) mit Öldruck beaufschlagt und eine Gegenkraft F3 zur Steuerkraft F1 erzeugt,
    f) durch das erste Rückstellelement (11.1) wird eine zusätzliche Rückstellkraft FÜ zur Gegenkraft F3 generiert,
    g) gleichzeitig wird die Steuerfläche A2 des Stößelkolbens (2.3) mit Öldruck beaufschlagt und eine ergänzende Steuerkraft F2 des Stößelkolbens (2.3) generiert,
    h) mittels der resultierenden Steuerkraft FR = F1+F2-F3(-FÜ) wird das Auslaßventil (7) vollständig geöffnet, wobei FR ≥ F2 ist.
  14. Verfahren zum Bewegen eines Steuerkolbens nach einem der Ansprüche 2, 5, 6, 7, 9 bis 12,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) in der Nullstellung wird das erste Ölvolumen (9.1) und zunächst die Steuerfläche A0 des ersten Steuerkolbens (2.1) über die Steuerleitung (5) mit Öldruck beaufschlagt, eine Steuerkraft F0 generiert und der erste Steuerkolben (2.1) in eine Wegbewegung versetzt,
    b) nach einem Weg S0 des ersten Steuerkolbens (2.1) wird über die erste Steuerkante (8.1) die erste Durchflußverbindung (10.1) vom ersten Ölvolumen (9.1) zur Steuerfläche A1 geöffnet und die Steuerkraft F1 generiert,
    c) in der Nullstellung wird die Steuerfläche A1 über die drosselartige zweite Durchflußverbindung (10.2) ausgehend vom ersten Ölvolumen (9.1) mit Öldruck beaufschlagt,
    d) nach einem Weg S1 wird das erste Ölvolumen (9.2) durch die zweite Steuerkante (8.2) geschlossen und die Steuerfläche A1 abgeschottet,
    e) über die Steuerleitung (5) wird nun das erste Ölvolumen (9.1) und die Steuerfläche A0 mit Öldruck beaufschlagt und die Steuerkraft Fo generiert,
    f) mittels der resultierenden Steuerkraft FR = F0 - FÜ wird das Auslaßventil vollständig geöffnet, wobei F0 ≥ FÜ ist.
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