DE10140919A1

DE10140919A1 - Ventilmechanismus mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt

Info

Publication number: DE10140919A1
Application number: DE10140919A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-03-20
Also published as: KR20040030160A; US20050217622A1; JP2005500460A; WO2003018965A1; EP1421260A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilmechanismus mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt, wobei der Ventilmechanismus an einer Durchlassöffnung einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und ein Gaswechselventil aufweist, das von der Kraft einer Ventilfeder beaufschlagt und innerhalb einer Führung über eine Ventilsteuereinheit in axialer Richtung hin- und hergehend verschiebbar ist. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass koaxial zum Gaswechselventil (12) ein Dichtschieber (10) angeordnet ist, der von der Kraft einer Koppelfeder (24) beaufschlagt und durch die Ventilsteuereinheit in axialer Richtung hin- und hergehend verschiebbar ist. Die Position des Dichtschiebers (10) ist relativ zum Gaswechselventil (12) in axialer Richtung durch eine Verstelleinheit veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilmechanismus mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, als Antriebsmaschine von Kraftfahrzeugen Verbrennungskraftmaschinen einzusetzen. Hierbei wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Arbeitsraum verdichtet und gezündet. Die hierbei entstehende Energie wird in mechanische Arbeit umgesetzt. Bekannt ist, Luft beziehungsweise das Luft- Kraftstoff-Gemisch dem Arbeitsraum über Ventile zuzuführen (Einlassventile) beziehungsweise die Verbrennungsprodukte über Ventile aus dem Arbeitsraum abzuführen (Auslassventile). Einer Steuerung dieser Ventile kommt für die Bestimmung eines Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine eine große Bedeutung zu. Insbesondere wird über die Steuerung der Ventile der Gaswechsel im Arbeitsraum gesteuert.
Bekannt ist, neben einer Nockenwellensteuerung auch eine elektrohydraulische Ventilsteuerung einzusetzen.
Die elektrohydraulische Ventilsteuerung bietet die Möglichkeit einer variablen oder vollvariablen Ventilsteuerung, so dass eine Optimierung des Gaswechsels und somit eine Steigerung des motorischen Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
Die elektrohydraulische Ventilsteuerung umfasst ein hydraulisch betätigbares Steuerventil, dessen Steuerventilkolben einen Ventilkörper der Einlass- beziehungsweise Auslassventile betätigt und gegen einen Ventilsitz (Ventilsitzring) führt (Schließen des Ventils) oder von diesem wegbewegt (Öffnen des Ventils). Über eine Drucksteuerung eines Hydraulikmediums lässt sich das Steuerventil betätigen. Die Drucksteuerung erfolgt hierbei über in den Hydraulikkreislauf eingebundene Magnetventile. Um möglichst optimale Gaswechsel erreichen zu können, sind möglichst hohe Schaltgeschwindigkeiten des Steuerventils erwünscht. Durch diese hohen Schaltgeschwindigkeiten trifft der Ventilkörper der Einlass- beziehungsweise Auslassventile mit hoher Geschwindigkeit auf den Ventilsitzring. Hierdurch ergibt sich einerseits eine Geräuschentwicklung und die Ventilpartner unterliegen einem relativ hohen Verschleiß.

Beispielsweise hat die EP 0 455 761 B1 eine hydraulische Ventilsteuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Gegenstand. Das technische Grundprinzip dieser Lösung besteht darin, ein Motorventil mittels eines gesteuerten Druckes einer Hydraulikflüssigkeit zu verschieben. Bei dieser Lösung ist vorgesehen, dass ein elektronisches Steuergerät ein Magnetventil ansteuert, das wiederum die Bewegung eines Speicherkolbens steuert, über den der Hub des Motorventils verändert wird.

Die EP 0 512 698 A1 beschreibt ein einstellbares Ventilsystem für einen Verbrennungsmotor. Diese Lösung stellt ein Beispiel einer mechanischen Ventilsteuerung über Nocken einer rotierenden Nockenwelle dar.

Die US 4,777,915 hat ein elektromagnetisches Ventilsteuersystem für eine Verbrennungskraftmaschine zum Gegenstand. Eine ähnliche Lösung einer elektromagnetischen Ventilsteuerung ist durch die EP 0 471 614 A1 bekannt. Bei diesen Lösungen wird das Ventil durch elektromagnetische Kraft hin- und hergehend in unterschiedliche Positionen bewegt. Die Elektromagneten sind dabei innerhalb eines Gehäuseteiles des Zylinderkopfes in zwei unterschiedlichen Bereichen angeordnet. Durch das abwechselnde Aktivieren der Elektromagneten wird das Ventil alternativ in zwei Endlagen bewegt, die jeweils der Öffnungs- und der Schließstellung des Ventils entsprechen. In diesen Endlagen des Ventils ist die Durchlassöffnung zum Verbrennungsraum des Luft-Kraftstoff-Gemisches dann am weitesten geöffnet oder völlig verschlossen.

Eine weitere Lösung ist aus der EP 0 551 271 B1 bekannt. Bei dieser Lösung handelt es sich um einen Ventilmechanismus mit einem Tellerventil, das in einem Durchgang eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Das Grundprinzip dieser Lösung besteht in einer Zweiteilung des Ventiltellers, wobei die eine Hälfte des Ventiltellers lediglich einen Teilhub der anderen Hälfte des Ventiltellers durchführt.

Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen zur Ventilsteuerung ist insbesondere der hohe Aufwand bei der Fertigung und Montage des Ventilmechanismus aufgrund seines komplizierten Aufbaus. Dieses wirkt sich negativ auf die Kosten der Fertigung und Montage aus. Des Weiteren sind bei diesen Lösungen extrem hohe Geschwindigkeiten und große Kräfte zur Ventilsteuerung erforderlich, so dass eine erhöhte Störanfälligkeit der Ventilsteuerung aufgrund eines starken Verschleißes der Teile des Ventilmechanismus die unvermeidbare Folge ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Ventilmechanismus mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bietet hingegen den Vorteil, mit einfachen Mitteln einen variablen Ventilöffnungsquerschnitt zu schaffen. Dadurch, dass koaxial zum Gaswechselventil ein Dichtschieber angeordnet ist, der von der Kraft einer Koppelfeder beaufschlagt und durch die Ventilsteuereinheit in axialer Richtung hin- und hergehend verschiebbar ist, wobei die Position des Dichtschiebers relativ zum Gaswechselventil in axialer Richtung durch eine Verstelleinheit veränderbar ist, die im Wesentlichen aus einem Arbeitszylinder, in dem ein durch ein Arbeitsmedium verschiebbarer Regelkolben angeordnet ist, und einem Regelventil besteht, wird ein Ventilmechanismus geschaffen, der einen einfachen Aufbau aufweist und sicher und dauerhaft funktioniert. Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass ein variabler Ventilöffnungsquerschnitt erzeugt werden kann, wobei jedes einzelne Ventil sich separat regeln lässt. Es ist auch möglich, alle Auslass- und Einlassventile gemeinsam oder zylinderweise zu regeln. Der variable Ventilöffnungsquerschnitt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus vorteilhafterweise ohne hohe Geschwindigkeiten und ohne große Kräfte erzeugen, so dass die Störanfälligkeit dieses Ventilmechanismus sehr gering ist. Der erfindungsgemäße Ventilmechanismus kann aufgrund seines einfachen Aufbaus kostengünstig hergestellt und montiert werden. Die Erfindung schafft in vorteilhafter Weise eine variable Ventilsteuerung, durch die eine Optimierung des Gaswechsels und somit eine Steigerung des motorischen Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilsteuereinheit eine Nockenwelle ist.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaswechselventil einen rotationssymmetrischen Grundaufbau hat und aus einem Ventilschaft besteht, an dessen unterem Ende ein Ventilteller angeordnet ist.

Nach weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilteller eine konische Umfangsfläche aufweist, die den Dichtsitz des Gaswechselventils bildet.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in Schließstellung des Ventilmechanismus der Dichtsitz des Gaswechselventils jeweils unmittelbar an einem Dichtsitz des Dichtschiebers und an einem Ventilsitzring des Zylinderkopfes anliegt.

Darüber hinaus ist bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Dichtschieber aus einem buchsenförmigen Lagerkörper besteht, der innerhalb einer Führung des Zylinderkopfes axial hin- und hergehend verschiebbar angeordnet ist.

Durch diese vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung kann die Zufuhr des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einer großen Genauigkeit geregelt und damit ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Dichtschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus;
Fig. 3 einen Schaltplan einer hydraulischen Verstelleinheit des Regelschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Regelventils einer hydraulischen Verstelleinheit des Regelschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den vier Figuren sind die einzelnen Teile des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus schematisch und nur mit den für die Erfindung wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Gleiche Teile des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Ventilmechanismus in seiner Anordnung im Zylinderkopf 18 eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der Ventilmechanismus weist ein Gaswechselventil 12 auf, das von der Kraft einer Ventilfeder 16 beaufschlagt ist. Das Gaswechselventil 12 ist innerhalb einer Führung axial hin- und hergehend verschiebbar, wobei die Verschiebebewegung durch eine Ventilsteuereinheit erzeugt wird. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist als Ventilsteuereinheit eine Nockenwelle (nicht dargestellt) vorgesehen.
Das Gaswechselventil 12 hat einen rotationssymmetrischen Grundaufbau und besteht aus einem Ventilschaft 14, an dessen unterem Ende ein Ventilteller 20 angeordnet ist. Die Fig. 1 zeigt den Ventilmechanismus in der Schließstellung des Gaswechselventils 12. Dabei liegt der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 jeweils unmittelbar an einem Dichtsitz 30 des Dichtschiebers 10 und an einem Ventilsitzring 22 des Zylinderkopfes 18 an.
Aufbau und Wirkungsweise von Gaswechselventilen 12 an sich sind allgemein bekannt, so dass hierauf im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher eingegangen werden soll.
Die Erfindung sieht vor, dass koaxial zum Gaswechselventil 12 ein Dichtschieber 10 angeordnet ist. Der Dichtschieber 10 ist von der Kraft einer Koppelfeder 24 beaufschlagt und axial hin- und hergehend verschiebbar. Die Verschiebebewegung des Dichtschiebers 10 wird ebenfalls durch die Nockenwelle, von der die Verschiebebewegung des Gaswechselventils 12 gesteuert wird, erzeugt.
In Fig. 2 ist der Dichtschieber 10 schematisch in einer Perspektivansicht dargestellt. Der Dichtschieber 10 besteht im Wesentlichen aus einem Lagerkörper 40 und einem Dichtkörper 38. Der Lagerkörper 40 des Dichtschiebers 10 ist buchsenförmig ausgebildet und innerhalb einer Führung des Zylinderkopfes 18 axial hin- und hergehend verschiebbar angeordnet. Am unteren Ende weist der Dichtschieber 10 einen zylinderförmigen Dichtkörper 38 auf, dessen Außenfläche den Dichtsitz 30 bildet. Der Dichtkörper 38 ist mit dem Lagerkörper 40 über Verbindungsstangen 42 verbunden.
Am Lagerkörper 40 ist nahe seinem oberen Ende eine Anschlagscheibe 26 befestigt. Zur Erleichterung der Montage besteht diese Anschlagscheibe 26 aus zwei Teilen. Die beiden Teile der Anschlagscheibe 26 sind von einem Spannring 36 umgeben, durch den sie zusammengehalten werden.
Die Verbindung zwischen dem Dichtkörper 38 und dem Lagerkörper 40 ist so ausgelegt, dass ausreichend Raum für die durchströmende Luft beziehungsweise für das Luft-Kraftstoff-Gemisch bleibt. Sowohl für den Einlass als auch für den Auslass der Luft beziehungsweise des Luft-Kraftstoff-Gemisches ist dadurch in vorteilhafter Weise innerhalb des Dichtschiebers 10 eine ausreichend große Durchlassöffnung zum ungehinderten Durchströmen dieses Mediums vorhanden.
Die Fig. 3 zeigt einen Schaltplan für eine hydraulische Verstelleinheit mit einem Regelventil 44, mit dem über einen Regelkolben 46, der innerhalb eines Arbeitszylinders 52 verschiebbar angeordnet ist, die Position des Dichtschiebers 10 relativ zum Gaswechselventil 12 geregelt werden kann. Das Regelventil 44, das in der Form eines an sich bekannten 3-Wege- Ventils aufgebaut ist, weist drei separate Arbeitskammern auf, über die der Zufluss des Hydrauliköles zum Arbeitszylinder 52 sowie der Rückfluss des Hydrauliköles vom Arbeitszylinder 52 erfolgt oder der Durchfluss des Hydrauliköles völlig versperrt ist. Die Arbeitskammern des Regelventils 44 können hierzu durch Verschieben des Regelventils 44 in drei unterschiedliche Schaltstellungen A, B, C gebracht werden.
Die Fig. 4 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines Regelventils 44 der hydraulischen Verstelleinheit.
Das Regelventil 44 besteht aus einem Gehäuse 56 mit drei Anschlüssen. Bei den Anschlüssen handelt es sich jeweils um einen Druckanschluss 60, um eine Rücklaufleitung 54 und um einen Zylinderanschluss 58. Über den Druckanschluss 60 wird das Hydrauliköl mittels Druck, der von einer Ölpumpe 50 erzeugt wird, dem Regelventil 44 zugeführt. Über die Rücklaufleitung 54 kann das Hydrauliköl aus dem Regelventil 44 in den Ölbehälter 48 (hier nicht dargestellt) abfließen. Der Zylinderanschluss 58 steht mit dem Arbeitszylinder 52 der Verstelleinheit in Verbindung und dient der Zuführung des Hydrauliköles zum Arbeitszylinder 52 sowie dem Abfluss des Hydrauliköles aus dem Arbeitszylinder 52. Der Zylinderanschluss 58 ist auf der einen Seite des Regelventils 44 in etwa dessen Mitte angeordnet. Der Druckanschluss 60 und die Rücklaufleitung 56 befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Regelventils 44, jeweils nahe dessen vorderen und hinteren Ende.
Innerhalb des Gehäuses 88 des Regelventils 44 ist ein Stellbolzen 90 axial verschiebbar angeordnet. Der Stellbolzen 90 ist an einem seiner Enden mit einem Hubantrieb 84 verbunden, durch den eine axiale Verschiebebewegung des Stellbolzen 90 erzeugt wird. Der Stellbolzen 90 ist ständig von der Kraft einer Feder 78 beaufschlagt, wodurch ein mit dem Stellbolzen 90 verbundener Anschlag an ein Lager 86 des Gehäuses 88 des Regelventils 44 gedrückt wird. Am entgegengesetzten Ende des Stellbolzens 90 ist dieser innerhalb einer Bohrung eines Dichtsitzträgers 72 des Gehäuses 88 des Regelventils 44 verschiebbar gelagert.
Am Stellbolzen 90 sind beabstandet zueinander jeweils eine erste Mitnahmescheibe 64 und eine zweite Mitnahmescheibe 66 befestigt. Die erste Mitnahmescheibe 64 dient der Anlage eines ersten Dichtschiebers 68 und die zweite Mitnahmescheibe 66 der Anlage eines zweiten Dichtschiebers 70, wobei beide Dichtschieber 68, 70 auf dem Stellbolzen 90 axial verschiebbar sind und zwischen beiden Dichtschiebern 68, 70 eine Druckfeder 80 angeordnet ist, durch deren Kraft die Dichtschieber 68, 70 jeweils zur Anlage an die zugeordneten Mitnahmescheiben 64, 66 gebracht werden. Der erste Dichtschieber 68 weist eine konisch ausgebildete Außenfläche auf, die mit einem Dichtsitz 74 des Gehäuses 88 des Regelventils 44 korrespondiert. Der zweite Dichtschieber 70 weist ebenfalls eine konisch ausgebildete Außenfläche auf, die mit einem Dichtsitz 76 des Dichtsitzträgers 72 des Regelventils 44 korrespondiert.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ventilmechanismus zeigt folgende Funktion:
Durch die Ventilsteuereinheit, die in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine Nockenwelle (nicht dargestellt) ist, kann das Gaswechselventil 12 entweder geöffnet oder geschlossen werden. Das Gaswechselventil 12 wird wie bei einem herkömmlichen Ventiltrieb über die Nockenwelle am Ventilschaft 14 nach unten gedrückt und dabei der Bewegungsverlauf des Gaswechselventils 12 gesteuert. Hierbei sind alle bekannten Verfahren, die auf den technischen Prinzipien des Tassenstößels, Kipphebels, Schlepphebels und dergleichen basieren, anwendbar.
Die Nockenwelle 44 arbeitet gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder 16, die sich am Zylinderkopf 18 und am Ventilteller 20, der sich mit dem Gaswechselventil 12 mitbewegt, abstützt. Durch Drehung der Nockenwelle 44 wird das Gaswechselventil 12 nach unten gedrückt, und der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 hebt vom Ventilsitzring 22 ab.
Über die Koppelfeder 24, die unter einer bestimmten Vorspannung steht, wird der Dichtschieber 10 mitbewegt. Die Koppelfeder 24 stützt sich am Ventilteller 20 und an der Anschlagscheibe 26, die mit dem Dichtschieber 10 verbunden ist, ab. Hierdurch wird der Dichtsitz 28 des Dichtschiebers 10 auf den Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 gedrückt. Da zwischen dem Dichtkörper 38 und dem Ventilsitzring 22 eine Ringspaltdichtung besteht, kann nur eine sehr geringe Luftmenge (Leckage) in den Brennraum 32 gelangen.
Das Gaswechselventil 12 und damit auch der Dichtschieber 10 folgen dem Nockenverlauf, bis die Anschlagscheibe 26 auf den Regelschieber 34 auftrifft.
Der Regelschieber 34 ist in axialer Richtung des Ventilschaftes 14 in seiner Ausgangsposition relativ zum Gaswechselventil 12 verstellbar. Dabei kann der Regelschieber 34 nur über eine entsprechende Verstelleinheit, wovon eine bevorzugte Ausführungsform einer hydraulischen Verstelleinheit in den Fig. 3 und 4 im Einzelnen dargestellt ist, verstellt werden. Ansonsten bleibt die Position des Regelschiebers 34 innerhalb des Ventilmechanismus fix, auch wenn von außen Kräfte auf ihn einwirken. Es besteht auch die Möglichkeit, die Verstelleinheit elektrisch oder pneumatisch auszuführen.
Sobald die Anschlagscheibe 26 auf den Regelschieber 34 auftrifft, kann der Dichtschieber 10 keine Bewegung in Öffnungsrichtung des Gaswechselventils 12 mehr durchführen. Da das Gaswechselventil 12 durch die Nockenwelle weiter bewegt wird, hebt der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 vom Dichtsitz 30 des Dichtschiebers 10 ab, wobei Luft in den Brennraum 32 eindringen kann. Die Koppelfeder 24 wird dabei zusammengedrückt.
Folgt das Gaswechselventil 12 der Schließflanke der Nockenwelle, wird es durch die Ventilfeder 16 in Schließrichtung gedrückt. Der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 legt sich am Dichtsitz 30 des Dichtschiebers 10 an. Der Dichtschieber 10 wird mitgenommen, bis der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 am Ventilsitzring 22 anliegt und das Gaswechselventil 12 geschlossen ist.
Das Gaswechselventil 12 und somit auch der Dichtschieber 10 folgen dem Nockenverlauf der Nockenwelle 44. Zu einem bestimmten Zeitpunkt trifft die Anschlagscheibe 26, die mit dem Dichtschieber 10 verbunden ist, auf den Regelschieber 34 (in Fig. 1 dargestellter Zustand). Danach kann der Dichtschieber 10 dem Nockenverlauf der Nockenwelle 44 nicht mehr folgen. Das Gaswechselventil 12 hebt vom Dichtschieber 10 ab und Luft kann in den Brennraum gelangen.
Durch axiales Verschieben der Position des Regelschiebers 34 über eine Verstelleinheit kann eingestellt werden, wann sich der Dichtsitz 28 des Gaswechselventils 12 vom Dichtsitz 30 des Dichtschiebers 10 abhebt. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich der Öffnungsquerschnitt des Gaswechselventils 12 und somit auch die Menge der in den Brennraum 32 gelangenden Luft regeln.
Die in der Fig. 3 in Form eines Schaltplanes dargestellte hydraulische Verstelleinheit des Dichtschiebers 10 hat folgende Funktion:
Der Regelkolben 46 steht mit dem Regelschieber 34 in Verbindung und ist wie dieser in axialer Richtung des Ventilschaftes 14 des Gaswechselventils 12 verschiebbar. Die Verschiebung erfolgt mit Hilfe eines Hydrauliköles, das unter einem bestimmten Druck in den Arbeitszylinder 52 der Verstelleinheit, in dem der Regelkolben 46 verschiebbar angeordnet ist, gelangt.
Steht das Regelventil 44 in der dritten Schaltstellung C, so gelangt Hydrauliköl in den Arbeitszylinder 52 der Verstelleinheit. Das Hydrauliköl wird dabei durch eine Ölpumpe 50 über die Zuflussleitung 54 in den Arbeitszylinder 52 gedrückt. Der Regelkolben 46 bewegt sich dabei in axialer Richtung des Ventilschaftes 14 nach oben. Das hat zur Folge, dass die Anschlagscheibe 26 (Fig. 1) früher auf den Regelschieber 34 auftrifft. Der Dichtschieber 10 führt deshalb eine kürzere Bewegung aus, so dass der Ventilöffnungsquerschnitt vergrößert wird.
Die Fig. 3 zeigt das Regelventil 44 der Verstelleinheit in der ersten Schaltstellung A. In dieser ersten Schaltstellung A des Regelventils 44 kann Hydrauliköl aus dem Arbeitszylinder 52 über die Rücklaufleitung 56 in den Ölbehälter 48 gelangen. Liegt die Anschlagscheibe 26 auf dem Regelschieber 34 auf, wirkt die Vorspannkraft der Koppelfeder 24 auf den Regelschieber 34 und drückt diesen nach unten und zwar so lange, wie das Regelventil 44 in der ersten Schaltstellung A positioniert ist. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Feder zwischen Ventilteller 20 und Regelschieber 34 vorzusehen, die eine permanente Vorspannkraft auf den Regelschieber 34 ausübt. Da der Regelschieber 34 in seiner Position nun tiefer liegt, trifft die Anschlagscheibe 26 bei der nächsten Betätigung durch die Nockenwelle später auf den Regelschieber 34 auf. Der Dichtschieber 10 führt dadurch eine längere Bewegung aus, so dass der Ventilöffnungsquerschnitt verkleinert wird.
Befindet sich das Regelventil 44 in der zweiten Schaltstellung B, so ist der Durchfluss des Hydrauliköles durch die Arbeitskammer in beide Richtungen versperrt. Demzufolge kann kein Hydrauliköl dem Arbeitszylinder 52 zufließen und auch kein Hydrauliköl aus dem Arbeitszylinder 52 abfließen. Die Position des Regelkolbens 46 bleibt deshalb konstant.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Regelventil 44 elektrisch ansteuerbar ist. Dabei ist das Regelventil 44 so ausgeführt, dass es ohne Stromzuführung immer in der ersten Schaltstellung A steht. Dieses hat zur Folge, dass im stromlosen Zustand des Regelventils 44 der Regelkolben 46 nach unten gedrückt wird, und sich somit der Öffnungsquerschnitt des Gaswechselventils 12 auf den minimal möglichen Wert einstellt.
Das in der Fig. 4 dargestellte Regelventil 44 der Verstelleinheit des Dichtschiebers 10 hat folgende Funktion:
Das Hydrauliköl gelangt über den Druckanschluss 60 in das Gehäuse 88 des Regelventils 44. Durch die Vorspannkraft der Feder 78 wird der mit dem Stellbolzen 90 verbundene Anschlag 82 an das Lager 86 des Gehäuses 88 gedrückt. Über die erste Mitnahmescheibe 64 wird der verschiebbar auf dem Stellbolzen 90 angeordnete erste Dichtschieber 68 vom Dichtsitz 74 des Gehäuses 88 abgehoben. Die Feder 78 drückt gleichzeitig den zweiten Dichtschieber 70 an den Dichtsitz 76 des Dichtsitzträgers 72 des Regelventils 44.
Über den Zylinderanschluss 62 kann das Öl aus dem Arbeitszylinder 52 der Verstelleinheit in die Rücklaufleitung 56 gelangen. Gleichzeitig ist die Verbindung zwischen Druckanschluss 60 und dem Zylinderanschluss 62 geschlossen. Dieses entspricht der ersten Schaltstellung A gemäß Fig. 3.
Über den Hubantrieb 84, dessen Ausführung einem Fachmann an sich bekannt ist und deshalb nicht detailliert dargestellt ist, kann eine Kraft auf den Stellbolzen 90 in axialer Richtung ausgeübt werden.
Durch das Aufbringen einer bestimmten Kraft des Hubantriebes 84 auf den Stellbolzen 90 bewegt sich der Stellbolzen 90 in axialer Richtung. Die dabei aufzubringende Kraft des Hubantriebes 84 ist jeweils abhängig von den Vorspannkräften der Feder 78 und der Druckfeder 80, gegen die der Hubantrieb 84 arbeiten muss. Die Schaltstellung B des Regelventils 44 (Fig. 3) wird dadurch erreicht, dass die Antriebskraft des Hubantriebes 84 so gewählt wird, dass sich der Stellbolzen 90 so weit bewegt, bis der erste Dichtschieber 68 von der Druckfeder 80 auf den ersten Dichtsitz 74 gedrückt wird. Dabei hat die zweite Mitnahmescheibe 66 den zweiten Dichtschieber 70 noch nicht vom Dichtsitz 76 des Dichtsitzträgers 72 abgehoben. In dieser Schaltstellung B des Regelventils 44 sind beide Verbindungen geschlossen, so dass kein Hydrauliköl fließen kann.
Um die Schaltstellung C des Regelventils 44 gemäß Fig. 3 zu erreichen, muss die Kraft, die der Hubantrieb 84 auf den Stellbolzen 90 ausübt, vergrößert werden. Über die zweite Mitnahmescheibe 66 wird der zweite Dichtschieber 70 vom Dichtsitz des Dichtsitzträgers 72 abgehoben. In dieser Schaltstellung C des Regelventils 44 kann vom Druckanschluss 60 Hydrauliköl in den Zylinderanschluss 62 gelangen.
Um die drei Schaltstellungen A, B und C gemäß Fig. 3 des Regelventils 44 zu realisieren, ist es notwendig, dass die Federkräfte der Feder 78 und Druckfeder 80 sowie die aufzubringende Kraft des Hubantriebes 84 genau aufeinander abgestimmt sind.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, die Öffnungsquerschnitte der Gaswechselventile 12 einer Verbrennungskraftmaschine jeweils einzeln oder gemeinsam mit einer Verstelleinheit zu regeln. Dadurch ist die erfindungsgemäße Lösung besonders kostengünstig.

Claims

1. Ventilmechanismus mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt, wobei der Ventilmechanismus an einer Durchlassöffnung einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und ein Gaswechselventil aufweist, das von der Kraft einer Ventilfeder beaufschlagt und durch eine Ventilsteuereinheit innerhalb einer Führung in axialer Richtung hin- und hergehend verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zum Gaswechselventil (12) ein Dichtschieber (10) angeordnet ist, der von der Kraft einer Koppelfeder (24) beaufschlagt und durch die Ventilsteuereinheit in axialer Richtung hin- und hergehend verschiebbar ist, wobei die Position des Dichtschiebers (10) relativ zum Gaswechselventil (12) in axialer Richtung durch eine Verstelleinheit veränderbar ist, die im Wesentlichen aus einem Arbeitszylinder (52), in dem ein durch ein Arbeitsmedium verschiebbarer Regelkolben (46) angeordnet ist, und einem Regelventil (44) besteht.

2. Ventilmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit eine Nockenwelle ist.

3. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (12) einen rotationssymmetrischen Grundaufbau hat und aus einem Ventilschaft (14) besteht, an dessen unterem Ende ein Ventilteller (20) angeordnet ist.

4. Ventilmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (20) eine konische Umfangsfläche aufweist, die den Dichtsitz (28) des Gaswechselventils (12) bildet.

5. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schließstellung des Ventilmechanismus der Dichtsitz (28) des Gaswechselventils (12) jeweils unmittelbar an einem Dichtsitz (30) des Dichtschiebers (10) und an einem Ventilsitzring (22) des Zylinderkopfes (18) anliegt.

6. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtschieber (10) aus einem buchsenförmigen Lagerkörper (40) besteht, der innerhalb einer Führung des Zylinderkopfes (18) axial hin- und hergehend verschiebbar angeordnet ist.

7. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der buchsenförmige Lagerkörper (40) des Dichtschiebers (10) die Führung des Gaswechselventils (12) bildet, innerhalb der das Gaswechselventil (12) axial hin- und hergehend verschiebbar ist.

8. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtschieber (10) an seinem unteren Ende einen zylinderförmigen Dichtkörper (38) aufweist, dessen Außenfläche den Dichtsitz (30) bildet.

9. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (38) über Verbindungsstangen (42) mit dem Lagerkörper (40) verbunden ist.

10. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Lagerkörper (40) des Dichtschiebers, nahe seinem oberen Ende, eine Anschlagscheibe (26) befestigt ist.

11. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (26) aus zwei Teilen besteht.

12. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile der Anschlagscheibe (26) von einem Spannring (36) umgeben sind.

13. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium der Verstelleinheit vorzugsweise ein Hydrauliköl ist.

14. Ventilmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (44) elektrisch ansteuerbar ist.

15. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelventil (44) drei Schaltstellungen (A, B, C) realisierbar sind, wovon jeweils die erste Schaltstellung (A) den Rückfluss und die dritte Schaltstellung (C) den Zufluss des Hydrauliköls freigibt und die zweite Schaltstellung (B) den Durchfluss des Hydrauliköls versperrt.

16. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Regelventil (44) ein Arbeitszylinder (52) ansteuerbar ist, in dem der Regelkolben (46) verschiebbar angeordnet ist, wobei der Regelkolben (46) mit dem Regelschieber (34) des Ventilmechanismus in Verbindung steht.

17. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (44) im Wesentlichen aus einem Gehäuse (88) besteht, das eine zentrale Arbeitskammer (92) mit drei Anschlüssen aufweist, wobei innerhalb der Arbeitskammer (92) ein Stellbolzen (90) axial verschiebbar angeordnet ist.

18. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Anschlüsse der zentralen Arbeitskammer jeweils ein Druckanschluss (60), eine Rücklaufleitung (56) und ein Zylinderanschluss (62) sind.

19. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Druckanschluss (60) mit einer Ölpumpe (50), die Rücklaufleitung (56) mit einem Ölbehälter (48) und der Zylinderanschluss (62) mit einem Arbeitszylinder (52) der Verstelleinheit in Verbindung stehen.

20. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1, 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellbolzen (90) von der Kraft einer Feder (78) beaufschlagt ist und mit einem Hubantrieb (84) in Verbindung steht.

21. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Stellbolzen (90) beabstandet zueinander jeweils eine erste Mitnahmescheibe (64) und eine zweite Mitnahmescheibe (66) befestigt sind, die der Anlage eines ersten Dichtschiebers (68) und eines zweiten Dichtschiebers (70) dienen, wobei beide Dichtschieber (68, 70) auf dem Stellbolzen (90) axial verschiebbar sind und zwischen beiden Dichtschiebern (68, 70) eine Druckfeder (80) angeordnet ist, durch deren Kraft die Dichtschieber (68, 70) jeweils zur Anlage an die zugeordneten Mitnahmescheiben (64, 66) bringbar sind.

22. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der erste Dichtschieber (68) eine konisch ausgebildete Außenfläche aufweist, die mit einem Dichtsitz (74) des Gehäuses (88) korrespondiert, und der zweite Dichtschieber (70) eine konisch ausgebildete Außenfläche aufweist, die mit einem Dichtsitz (76) des Dichtsitzträgers (72) des Regelventils (44) korrespondiert.

23. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der axialen Position des Stellbolzens (90) die Durchlassöffnungen der Arbeitskammer (92) zur Rücklaufleitung (56) und/oder zum Druckanschluss (60) verschließbar sind.

24. Ventilmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydrauliköl der Verstelleinheit vorzugsweise das vorhandene Motoröl verwendbar ist.