DE10140952A1

DE10140952A1 - Ventilmechanismus mit einem variablen Ventilöffnungsquerschnitt

Info

Publication number: DE10140952A1
Application number: DE10140952A
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: EP1421261A1; US20040025820A1; KR100826465B1; KR20040030158A; WO2003018966A1; JP2005500461A; US6766778B2

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 Ventiles entsprechen. In diesen Endlagen des Ventiles 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 Ventilsteuerung 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 in axialer Richtung des Gaswechselventils verstellbaren Regelschieber besteht, der jeweils koaxial zum Gaswechselventil und zum Dichtschieber angeordnet ist, wird ein Ventilmechanismus geschaffen, der einen einfachen Aufbau aufweist und sicher und dauerhaft funktioniert. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus besteht insbesondere darin, dass ein variabler Ventilöffnungsquerschnitt erzeugt werden kann, wobei jedes einzelne Ventil sich separat regeln lässt. 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 in 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 vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann die Zufuhr der Luft beziehungsweise des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einer großen Genauigkeit geregelt und damit ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Regelschieber über ein Außengewinde mit einem korrespondierenden Innengewinde eines ihn umgebenden Zahnrades verbunden ist, das mit einer Zahnstange in Verbindung steht, durch die eine Längsbewegung ausführbar ist. Der besondere Vorteil dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass hiermit eine sehr kostengünstige Lösung geschaffen wird, die es in vorteilhafter Weise ermöglicht, alle Einlass- und/oder Auslassventile einer Verbrennungskraftmaschine gemeinsam über ein einziges Bauelement zu regeln. Die Ansteuerung mehrerer Regelschieber über dieses Bauelement schafft die Voraussetzung dafür, dass das Regelsystem der Verbrennungskraftmaschine mit nur einem Sensor arbeiten kann.

Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass dem Regelschieber eine Sicherungsscheibe zugeordnet ist, über die der Regelschieber in axialer Richtung verstellbar ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Positionen der Regelschieber einer Verbrennungskraftmaschine exakt zu justieren, indem vorhandene Toleranzen kompensiert werden. Die einzelnen Arbeitszylinder einer Verbrennungskraftmaschine können auf diese einfache und vorteilhafte Weise in ihrer Funktion genau aufeinander abgestimmt und somit kann ein optimaler 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 Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus mit einer Nockenwelle;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und die Nockenwelle nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt A-A nach Fig. 2 durch einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und mit einer Nockenwelle, bei dem es sich um ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt;
Fig. 4 eine Einzelheit X nach Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt B-B nach Fig. 1 durch einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und ohne die Nockenwelle, bei dem es sich um ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt;
Fig. 6 einen Schnitt C-C nach Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt D-D nach Fig. 5;
Fig. 8 eine Einzelheit Y nach Fig. 5;
Fig. 9 eine Perspektivansicht eines Regelschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 einen Schnitt A-A nach Fig. 2 durch einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und mit einer Nockenwelle, bei dem es sich um ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt;
Fig. 11 eine Einzelheit X nach Fig. 10;
Fig. 12 einen Schnitt B-B nach Fig. 1 durch einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemäßen Ventilmechanismus und ohne die Nockenwelle, bei dem es sich um ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt;
Fig. 13 einen Schnitt C-C nach Fig. 12;
Fig. 14 eine Perspektivansicht eines Regelschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 15 eine Perspektivansicht eines Dichtschiebers des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den fünfzehn 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 den Fig. 1 und 2 ist der erfindungsgemäße Ventilmechanismus mit einer Nockenwelle 44 als Ventilsteuereinheit in seiner Anordnung am Zylinderkopf 18 einer Verbrennungskraftmaschine jeweils in einer Seitenansicht und einer Draufsicht dargestellt. Gemäß der Fig. 2 sind an der Nockenwelle 44 zwei Nocken angeordnet, von denen jeweils die axiale Verschiebebewegung eines Gaswechselventils 12 gesteuert wird.
Die Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Ventilmechanismus mit seinen wesentlichen Bestandteilen in einer Schnittdarstellung, wobei es sich um ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt. 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 44 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. 3 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 40, von der die Verschiebebewegung des Gaswechselventils 12 gesteuert wird, erzeugt.
In Fig. 15 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 und dessen Außenwand mit dem Ventilsitzring 22 eine Ringspaltdichtung 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. 8 zeigt eine Einzelheit Y nach Fig. 5. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass jeweils koaxial zum Gaswechselventil 12 und zum Dichtschieber 10 ein Regelschieber 34 angeordnet ist. Der Regelschieber 34 (Fig. 9) ist mit einem Außengewinde 46 versehen, über das er mit einem korrespondierenden Innengewinde 48 eines ihn umgebenden Zahnrades 50 in Verbindung steht. Oberhalb des Zahnrades 50 ist eine Sicherungsscheibe 58 angeordnet, über die der Regelschieber 34 in seiner Position justierbar ist.
Die Fig. 5 zeigt die Anordnung einer Zahnstange 58 am Ventilmechanismus, die mit dem Zahnrad 50 in Verbindung steht. Die Zahnstange 58 ist in ihrer Längsrichtung verschiebbar und steht über ihre Verzahnung 56 mit der Verzahnung 54 des Zahnrades 50 im Eingriff.
Die Fig. 6 zeigt in einer Schnittdarstellung C-C nach Fig. 5 den Eingriff der Sicherungsscheibe 58 über jeweils zwei Stege 60 in die korrespondierenden Nuten 62 des Regelschiebers 34.
Die Fig. 7 zeigt in einer Schnittdarstellung D-D nach Fig. 5 den Eingriff der Verzahnung 56 der Zahnstange 52 in die Verzahnung 54 des Zahnrades 50.
Die Fig. 4 zeigt in einer Einzelheit X nach Fig. 3 eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, mit der eine drehfeste Verbindung der Sicherungsscheibe 58 mit dem Gehäuse des Zylinderkopfes 18 hergestellt werden kann. Dabei wird die drehfeste Verbindung mit Hilfe der Anprägung von Noppen 64 an der Sicherungsscheibe 58, die in im Gehäuse des Zylinderkopfes 18 angebrachte Bohrungen 66 hineinragen, erreicht. Auf diese einfache und vorteilhafte Weise ist die Sicherungsscheibe 58 drehfest und sicher mit dem Gehäuse des Zylinderkopfes 18 verbunden.
In der Fig. 9 ist der Regelschieber 34 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen dargestellt. Der Regelschieber 34 ist zylinderförmig ausgebildet, wobei in die Außenfläche seiner Wandung ein Gewinde 46 mit einer relativ großen Steigung eingearbeitet ist. Des Weiteren sind parallel zu seiner Mittenachse in der Außenfläche seiner Wandung, jeweils um 180 Grad versetzt, zwei durchgehende Nuten 62 vorhanden.
Die Fig. 10 zeigt den erfindungsgemäßen Ventilmechanismus mit seinen wesentlichen Bestandteilen in einer Schnittdarstellung, wobei es sich um ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt. Der grundlegende Aufbau des Ventilmechanismus ist analog dem zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Aufbau des Ventilmechanismus. Unterschiede bestehen in bestimmten Details, die in den weiteren Ausführungen beschrieben werden.
Die Fig. 11 zeigt eine Einzelheit X nach Fig. 10. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass jeweils koaxial zum Gaswechselventil 12 und zum Dichtschieber 10 ein Regelschieber 34 angeordnet ist. Der Regelschieber 34 (Fig. 14) ist mit einem Außengewinde 46 versehen, über das er mit einem korrespondierenden Innengewinde 48 eines ihn umgebenden Zahnrades 50 in Verbindung steht. In den Regelschieber 34 ist eine Bohrung 56 eingebracht, die einen Stift 52 aufnimmt. Der Stift 52 ragt in eine Gehäusebohrung 54 des Zylinderkopfes 18 hinein. Auf diese einfache und vorteilhafte Weise ist der Regelschieber 34 drehfest und sicher mit dem Gehäuse des Zylinderkopfes 18 verbunden.
Die Fig. 12 zeigt die Anordnung einer Zahnstange 58 am Ventilmechanismus, die mit dem Zahnrad 50 in Verbindung steht. Die Zahnstange 58 ist in ihrer Längsrichtung verschiebbar und steht über ihre Verzahnung 56 mit der Verzahnung 54 des Zahnrades 50 im Eingriff.
Die Fig. 13 zeigt in einer Schnittdarstellung nach Fig. 5 den Eingriff der Verzahnung 60 des Zahnrades 50 in die Verzahnung 62 der Zahnstange 58.
In der Fig. 14 ist der Regelschieber 34 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen dargestellt. Der Regelschieber 34 ist zylinderförmig ausgebildet, wobei an seiner Außenfläche ein Gewinde 46 mit einer relativ großen Steigung eingearbeitet ist. Des Weiteren ist parallel zu seiner Mittenachse in seiner Wandung eine durchgehende Bohrung 56 vorhanden.
Der Ventilmechanismus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt folgende Funktion:
Durch die Ventilsteuereinheit, die in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine Nockenwelle 44 ist, kann das Gaswechselventil 12 entweder geöffnet oder geschlossen werden. Das Gaswechselventil 12 wird wie bei einem herkömmlichen Ventiltrieb über die Nockenwelle 40 am Ventilschaft 14 nach unten gedrückt und dabei der Bewegungsverlauf des Gaswechselventils 12 gesteuert. Hierfür 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 30 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 zwei bevorzugte Ausführungsformen in den Fig. 4 bis 9 sowie 11 bis 14 im Einzelnen dargestellt sind, verstellt werden. Ansonsten bleibt die Position des Regelschiebers 34 innerhalb des Ventilmechanismus fix, auch wenn von außen Kräfte auf ihn einwirken. Die Verstelleinheiten können jeweils elektrisch, hydraulisch oder auch pneumatisch betätigbar sein.
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 40, 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.
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.
Der in Fig. 9 dargestellte Regelschieber 34 besitzt ein Außengewinde 46 mit einer bestimmten Steigung. In das Außengewinde 46 des Regelschiebers 34 greift das Innengewinde 48 des Zahnrades 50 ein.
Zusätzlich ist in den Regelschieber 34 eine Nut 62 eingearbeitet, in die der Steg 60 der Sicherungsscheibe 58 eingreift. Wenn die Sicherungsscheibe 58 drehfest mit dem Gehäuse des Zylinderkopfes 18 verbunden ist, wird eine Drehbewegung des Zahnrades 50 über das Gewinde 48 in eine Verschiebebewegung des Regelschiebers 34 in axialer Richtung umgewandelt. Die Drehbewegung des Zahnrades 48 wird mit Hilfe einer Längsbewegung der Zahnstange 52 erzeugt. Die Längsbewegung der Zahnstange 52 kann beispielsweise über einen Hydraulik- beziehungsweise Pneumatikzylinder erfolgen, oder über einen Elektromotor, der ein Zahnrad 50 antreibt, das in die Verzahnung 56 der Zahnstange 52 eingreift.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, den Öffnungsquerschnitt mehrerer Gaswechselventile 12 mit einer Zahnstange 58 zu regeln.
Zum Ausgleich von Systemtoleranzen, beispielsweise die Höhentoleranz des Regelschiebers 34, kann die Sicherungsscheibe 58 verdreht werden, wobei gleichzeitig die Zahnstange 52 an einer Bewegung gehindert wird.
Infolge der Drehbewegung wird aufgrund der Reibung des Innengewindes 48 das Zahnrad 50 ebenfalls eine Drehbewegung durchführen, und zwar bis die Verzahnung 54 des Zahnrades 50 an der Verzahnung 56 der Zahnstange 52 anliegt. Beim Weiterdrehen der Sicherungsscheibe 58 führt der Regelschieber 34 eine Hubbewegung in axialer Richtung aus, da die Zahnstange 52 an einer Längsbewegung und somit das Zahnrad 50 an einer Drehbewegung gehindert wird. Die Drehbewegung der Sicherungsscheibe 58 wird so lange fortgesetzt, bis der Regelschieber 34 die einzustellende Position eingenommen hat.
Anschließend wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Sicherungsscheibe 58 und dem Gehäuse des Zylinderkopfes 18 hergestellt. Im dargestellten Beispiel (Fig. 4) wird die drehfeste Verbindung mit Hilfe der Anprägung von Noppen 64 an der Sicherungsscheibe 58, die in im Gehäuse des Zylinderkopfes 18 angebrachte Bohrungen 66 hineinragen, erreicht.
Der Ventilmechanismus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt folgende Funktion:
Die grundlegende Funktionsweise des Ventilmechanismus hierbei ist analog der zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Funktionsweise des Ventilmechanismus. Unterschiede bestehen in bestimmten Details, die in den weiteren Ausführungen beschrieben werden.
Der in Fig. 14 dargestellte Regelschieber 34 der Verstelleinheit besitzt ein Außengewinde 46 mit einer bestimmten Steigung. In das Außengewinde 46 des Regelschiebers 34 greift das Innengewinde 48 des Zahnrades 50 ein. Zur Realisierung der Funktion des Regelschiebers 34 ist es erforderlich, dass dieser an einer Drehbewegung gehindert wird. Dieses kann beispielsweise, wie in Fig. 11 dargestellt ist, mit Hilfe eines Stiftes 52, der in der Gehäusebohrung 54 des Zylinderkopfes und in der Bohrung 56 des Regelschiebers 34 geführt ist, erfolgen. Führt das Zahnrad 50 eine Drehbewegung durch, so bewegt sich der Regelschieber 34 infolge des Gewindes 46 zwangsläufig in axialer Richtung, da er durch den Stift 52 an einer Drehbewegung gehindert wird.
Durch eine Längsbewegung der Zahnstange 58, deren Verzahnung 62 in die Verzahnung 60 des Zahnrades 50 greift, kann eine Drehbewegung des Zahnrades 50 und somit eine Verschiebebewegung des Regelschiebers 34 in axialer Richtung erzeugt werden.
Somit kann in vorteilhafter Weise durch die Längsbewegung der Zahnstange 58 der Öffnungsquerschnitt des Gaswechselventils 12 geregelt werden.
Die Längsbewegung der Zahnstange 58 kann vorzugsweise über einen Hydraulik- beziehungsweise Pneumatikzylinder erfolgen, oder über einen Elektromotor, der ein Zahnrad 50 antreibt, das in die Verzahnung 62 der Zahnstange 58 eingreift.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, den Öffnungsquerschnitt mehrerer Gaswechselventile 12 mit nur einer Zahnstange 58 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 in axialer Richtung des Gaswechselventils (12) verstellbaren Regelschieber (34) besteht, der jeweils koaxial zum Gaswechselventil (12) und zum Dichtschieber (10) angeordnet ist.

2. Ventilmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit eine Nockenwelle (44) 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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelschieber (34) über ein Außengewinde (46) mit einem korrespondierenden Innengewinde (48) eines ihn umgebenden Zahnrades (50) verbunden ist, das mit einer Zahnstange (58) in Verbindung steht, durch die eine Längsbewegung ausführbar ist.

14. Ventilmechanismus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Längsbewegung der Zahnstange (58) vorzugsweise ein Hydraulik- oder ein Pneumatikzylinder vorgesehen ist.

15. Ventilmechanismus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Längsbewegung der Zahnstange (58) vorzugsweise ein Elektromotor, der ein Zahnrad (50) antreibt, das in die Verzahnung (62) der Zahnstange (58) eingreift, vorgesehen ist.

16. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regelschieber (34) eine Sicherungsscheibe (58) zugeordnet ist, über die der Regelschieber (34) in axialer Richtung verstellbar ist.

17. Ventilmechanismus nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sicherungsscheibe (58) wenigstens ein Steg (60) angeordnet ist, der sich im Eingriff mit einer Nut (62) des Regelschiebers (34) befindet.

18. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sicherungsscheibe (58) wenigstens eine Noppe (64) angeordnet ist, mit der die Sicherungsscheibe (58) drehfest mit dem Gehäuse des Zylinderkopfes (18) verbindbar ist.

19. Ventilmechanismus nach den Ansprüchen 1 und 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Regelschieber (34) eine Bohrung (56) eingebracht ist, die einen Stift (52) aufnimmt, der in eine Gehäusebohrung (54) des Zylinderkopfes (18) hineinragt.