AT410696B

AT410696B - Ventilantrieb für ein ventil eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: AT410696B
Application number: AT0161799A
Authority: AT
Original assignee: Jenbacher Ag
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2003-06-25
Also published as: DE50003618D1; ATA161799A; EP1087109A3; US6382147B1; EP1087109A2; EP1087109B1; ATE249574T1; ES2203385T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil mit einem in einem Zylinderraum angeordneten Hauptkolben verbunden ist, der zum Öffnen des Ventils mit in den Zylinderraum einströmendem Druckfluid beaufschlagbar ist und wobei eine Schliessfeder vorgesehen ist, die das Ventil in Schliessrichtung beaufschlagt, wobei im
Zylinderraum auf der vom Ventil abgewandten Seite des Hauptkolbens ein relativ zum Hauptkolben bewegbarer Zwischenkolben angeordnet ist, der mit mindestens einer Drosselbohrung versehen ist, wobei zwischen dem Hauptkolben und dem Zwischenkolben eine Druckfeder angeordnet ist, die den Hauptkolben und den Zwischenkolben während des Öffnungshubes des Ventils um einen
Betrag auseinander drückt, wobei Druckfluid über die Drosselbohrung(en) in den Raum zwischen
Hauptkolben und Zwischen kolben strömt,

wobei am Ende der Schliessbewegung des Ventils Haupt- kolben und Zwischenkolben zusammengedrückt werden, wobei ein Teil des Druckfluids über die
Drosselbohrung(en) gedrosselt aus dem Raum zwischen Hauptkolben und Zwischenkolben aus- strömt.

Bei hydraulischen Ventilantrieben ist es günstig, die Schliessbewegung des Ventils vor dem Aufsetzen des Ventiltellers derart zu bremsen, dass die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz nicht zu hoch wird. In diesem Fall würde übermässiger Ventilverschleiss auftreten. Bei den bekannten Einrichtungen taucht kurz vor Erreichen der Schliessstellung des Ventils ein Kolben in einen Zylinder mit definiertem, kleinem Durchmesserunterschied ein. Durch den engen Spalt zwischen Kolben und Zylinder fliesst Öl mit grosser Geschwindigkeit und Druckdifferenz aus dem Zylinder durch den engen Spalt, wodurch die Aufsetzbewegung des Ventils gedämpft wird. Dieses Prinzip wird im übrigen auch bei allen Arten von hydraulischen Stossdämpfern als Endanschlag- dämpfung eingesetzt.

Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, dass aus Gründen der Fertigungstoleranz ein relativ grosser Prozentsatz des Ventilhubes für den Dämpfungsvorgang verwendet werden muss, um ausreichende Dämpfung zu bekommen. Weiterhin hängt die Stärke der Dämpfung und damit die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz in hohem Mass von der Durchmessertoleranz des Dämpferkolbens und -zylinders und damit vom Spaltquerschnitt ab. Weiterhin muss der Dämp- ferweg so gross ausgelegt werden, dass sowohl im Neuzustand als auch bei verschlissenem Ventil und Ventilsitz ausreichende Dämpfung erzielt wird. Der Unterschied im Dämpferweg zwischen neuem und verschlissenem VentilNentilsitz kann jedoch bei Grossmotoren durchaus bis zu 5 mm betragen.

Durch die Notwendigkeit einer Überdimensionierung des Dämpferweges entstehen mit zunehmendem Ventilverschleiss zunehmende Energieverluste durch zu starke Dämpfung. Weiters wird die Ventilbewegung in Sitznähe zunehmend langsamer, sodass es zu einer unerwünschten Veränderung des Ventilschliesszeitpunktes kommen kann.

Im Gegensatz zu den oben geschilderten Drosseleinrichtungen bei hydraulischen Ventilan- trieben wird in der europäischen Patentanmeldung EP 255 668 eine entsprechende Drossel- wirkung in der Ventilhubsteuerung durch ein in seiner Längsrichtung verschiebbares Bremselement erzielt. Dieses führt vorzugsweise gegen Ende der Bremsphase Längsschwingungen aus, was zu einer entsprechenden Bremswirkung führt. Ein weiterer Lösungsweg ist in der Patentschrift US 4,796,573 zu finden. Dieser wird im wesentlichen durch die hydraulische Kopplung der das Ventil steuernden Druckkammer mit einer Dämpfungskammer erzielt.

Durch einen entsprechenden Mechanismus wird hier die hydraulische Kommunikation der beiden Kammern während der Auf- wärtsbewegung des Hubkolbens zugelassen, während diese hydraulische Verbindung während der korrespondierenden Abwärtsbewegung geschlossen und dadurch der Dämpfungseffekt erzielt wird. Beide dargestellten Lösungen sind konstruktiv vergleichsweise aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Ventilantrieb zu schaffen, der einfacher herstellbar und vom Verschleisszustand des Ventils im wesentlichen unabhängig ist.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Hauptkolben (HK) auf der vom Ventil ab- gewandten Seite nur von der Druckfeder (F) und dem Druckfluid im Zwischenraum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) druckbeaufschlagt ist.

Der Zwischenkolben stellt konstruktiv eine besonders einfache Lösung dar. Er unterteilt den Zylinderraum, sodass ein Teil des Druckfluids durch die Drosselbohrung hindurch abfliessen muss.

Der Zylinderraum zwischen dem Hauptkolben und dem Zwischenkolben füllt sich bei jedem Zyklus mit einer für die Dämpfung ausreichenden Menge an Druckfluid, indem beim Entspannen der Feder Druckfluid in den Zwischenraum gesaugt wird. Durch diese Drosselung wird die Geschwin-

digkeit des sich dem Ventilsitz nähernden Ventils derart reduziert, dass es "sanft" aufsetzt. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemässen Ventilantriebs ist es, dass er keiner gesonderten Steue- rung bedarf.

Günstig ist es, wenn der Zwischenkolben auf der der Druckölleitung zugewandten Seite einen vorzugsweise zapfenförmigen Anschlag aufweist. Durch den Anschlag bildet sich auf der der
Druckölleitung zugewandten Seite des Zwischen kolbens ein Hohlraum, der sicherstellt, dass das
Drucköl unabhängig von der Lage der Drosselbohrung ungehindert über die Druckölleitung zu- und abfliessen kann.

Wesentlichen Einfluss auf die Dämpfung hat die Grösse der Drosselbohrung. Bewährt hat es sich, wenn der Durchmesser der Drosselbohrung weniger als 10 %, vorzugsweise etwa 5 bis 7 % des Durchmessers des Zwischen kolbens beträgt.

Konstruktiv besonders einfach ist es, dass der Hauptkolben und der Zwischenkolben den glei- chen Durchmesser aufweisen und gemeinsam im selben Zylinder beweglich geführt sind. Hier- durch ist eine besonders kostengünstige Herstellung möglich.

Günstig ist es, wenn der Zwischenraum zwischen Hauptkolben und Zwischenkolben nur über die Drosselbohrung mit einer zum Öffnen und Schliessen des Ventils periodisch Druckfluid zu- und abführenden Druckölleitung in Fluidverbindung steht.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol- genden Beschreibung der Fig. 1 bis 3, die einen erfindungsgemässen Ventilantrieb in unterschiedli- chen Positionen während eines Zyklus zeigen.

Der Ventiltrieb besteht in bekannter Art und Weise aus einem Tellerventil V mit Schliessfeder S und einem hydraulischen Hauptkolben HK. Dieser bewirkt bei Versorgung des Zylinderraumes Z mit Drucköl durch den Querschnitt D ein Öffnen des Ventils. Wenn der Öldruck abgesteuert wird, schliesst das Ventil V und das O1 wird aus dem Zylinderraum Z verdrängt.

Funktionsbeschreibung der Aufschlagdämpfung: Fig. 1 : BeimÖffnen des Ventils wirkt der Öldruck auf den Zwischenkolben ZK. Zwischen dem Zwischenkolben ZK und dem Hauptkolben HK befindet sich ebenfalls O1 das den Druck auf den Hauptkolben HK überträgt. Durch die Feder F und die Drosselbohrung B im Zwischen kolben ZK vergrössert sich der Abstand zwischen Zwischenkolben ZK und Hauptkolben HK während des Öffnungshubes des Ventils V um den Differenzweg As. Die Feder F drückt dabei den Zwischenkol- ben ZK und den Hauptkolben HK auseinander, wobei O1 durch die Drosselbohrung B in Richtung Federraum der Feder F fliesst.

Fig. 2 : BeimSchliessen des Ventils V beträgt zu einem bestimmten Zeitpunkt der restliche Öff- nungshub des Ventils As. Ab diesem Zeitpunkt liegt der Zwischenkolben ZK mit seinem zapfenför- migen Anschlag A am Zylindergehäuse G an. Damit das Ventil V vollständig schliessen kann, muss nunmehr der Abstand zwischen Hauptkolben HK und Zwischenkolben ZK von s+As auf ursprüng- lich s verringert werden. Dies geschieht dadurch, dass die Feder F zusammengedrückt wird und das O1 aus dem Raum zwischen dem Hauptkolben HK und dem Zwischenkolben ZK durch die Drosselbohrung B entweicht. Die Beschaffenheit der Drosselbohrung B bestimmt daher die Auf- setzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz VS. Die Feder F hat dabei nur einen geringen Einfluss, da sie im Vergleich zur Schliessfeder S des Ventils V schwach ist.

Fig. 3 : den Endzustand und gleichzeitig den Ausgangszustand des Ventilhubes.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung liegt darin, dass der Dämpfungsweg As unab- hängig vom Abstand s zwischen dem Hauptkolben HK und dem Zwischenkolben ZK ist. Der Ab- stand s ändert sich im Lauf der Zeit mit zunehmendem Ventilverschleiss. Der Dämpfungsweg As ist jedoch nur eine Funktion der Zeit, des Durchmessers d der Drosselbohrung B, der Federkraft der Feder F und der Ölviskosität.

Die Drosselbohrung B kann sehr genau hergestellt werden. Die Leckage zwischen dem Haupt- kolben HK und dem Zwischenkolben ZK einerseits und dem Zylindergehäuse G andererseits kann durch übliche Dichtungen völlig vermieden werden, sodass es insgesamt keine toleranzbedingten Abweichungen des Dämpfungsweges zwischen einer Anzahl von Ventilantrieben eines Motors geben kann.

Das System ist weiterhin insofern selbstregulierend, als bei kaltem Öl und/oder grosser Ölvisko- sität der Abstandszuwachs As geringer ausfällt als bei warmem O1 und/oder kleiner Ölviskosität. Im ersteren Fall ist jedoch auch die Schliessgeschwindigkeit des Ventils V durch die höhere Wandrei-

bung des Öls in den Leitungen sowie der Durchflusswiderstand durch die Drossel B grösser, sodass insgesamt ein kleinerer Dämpfungsweg As ausreicht bzw. erwünscht ist.

Als Alternative zum beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es vorstellbar, die Drosselwirkung durch sehr schnell arbeitende Mehrwegventile zu erreichen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil mit einem in einem
Zylinderraum angeordneten Hauptkolben verbunden ist, der zum Öffnen des Ventils mit in den Zylinderraum einströmendem Druckfluid beaufschlagbar ist und wobei eine Schliess- feder vorgesehen ist, die das Ventil in Schliessrichtung beaufschlagt, wobei im Zylinder- raum auf der vom Ventil abgewandten Seite des Hauptkolbens ein relativ zum Hauptkol- ben bewegbarer Zwischenkolben angeordnet ist, der mit mindestens einer Drosselbohrung versehen ist, wobei zwischen dem Hauptkolben und dem Zwischenkolben eine Druckfeder angeordnet ist, die den Hauptkolben und den Zwischenkolben während des Öffnungs- hubes des Ventils um einen Betrag auseinander drückt, wobei Druckfluid über die Dros- selbohrung(en)

in den Raum zwischen Hauptkolben und Zwischenkolben strömt, wobei am
Ende der Schliessbewegung des Ventils Hauptkolben und Zwischenkolben zusammenge- drückt werden, wobei ein Teil des Druckfluids über die Drosselbohrung(en) gedrosselt aus dem Raum zwischen Hauptkolben und Zwischenkolben ausströmt, dadurch gekennzeich- net, dass der Hauptkolben (HK) auf der vom Ventil abgewandten Seite nur von der Druck- feder (F) und dem Druckfluid im Zwischenraum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischen- kolben (ZK) druckbeaufschlagt ist.

Claims

2. Ventilantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischen kolben (ZK) auf der die Druckölleitung (L) zugewandten Seite einen vorzugsweise zapfenförmigen An- schlag (A) aufweist.

3. Ventilantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) der Drosselbohrung (B) weniger als 10 Prozent des Durchmessers des Zwischenkolbens (ZK) beträgt.

4. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch- messer (d) der Drosselbohrung (B) etwa 5 bis 7 Prozent des Durchmessers des Zwischen- kolbens (ZK) beträgt.

5. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt- kolben (HK) und der Zwischenkolben (ZK) den gleichen Durchmesser aufweisen und ge- meinsam im selben Zylinder beweglich geführt sind.

6. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwi- schenraum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) nur über die Drossel- bohrung (en) im Zwischenkolben mit einer zum öffnen und Schliessen des Ventils perio- disch Druckfluid zu- und abführenden Druckölleitung (L) in Fluid- Verbindung steht.

HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN