DE10143826A1 - Hydraulischer Steller eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein hydraulischer Steller für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welcher wirkungsvoll verhindert, dass bei einer ungewollten Kollision zwischen Gaswechselventil und dem Kolben der Brennkraftmaschine Schäden am Gaswechselventil oder der Brennkraftmaschine auftreten.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Steller eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem das Gaswechselventil betätigten hydraulischen Arbeitszylinder, wobei der Arbeitszylinder mindestens einen ersten Arbeitsraum aufweist.

Hydraulisch betätigte Gaswechselventile bieten gegenüber konventionellen mechanischen Ventilsteuerungen den Vorteil, dass die Steuerzeit und Ventilhübe frei programmierbar sind. Infolgedessen können Drehmoment, Leistung, spezifischer Energieverbrauch und das Emisionsverhalten der Brennkraftmaschine weiter optimiert werden.

Da, im Gegensatz zu konventionellen Ventilsteuerungen, keine direkte mechanische Verbindung zwischen Kolben, bzw. Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einerseits und dem Gaswechselventil andererseits besteht, kann man eine Kollision des Kolbens der Brennkraftmaschine mit einem geöffneten Gaswechselventil nicht unter allen Umständen ausschließen. Eine solche Kollision kann insbesondere dann auftreten, wenn das Steuergerät, welches den hydraulischen Steller ansteuert, fehlerhaft arbeitet oder ein Fehler im hydraulischen System auftritt.

Bei niedrig verdichtenden Brennkraftmaschinen, wie z. B. Ottomotoren, ist es idR möglich durch entsprechende Aussparungen im Kolbenboden der Brennkraftmaschine eine Kollision zwischen Kolben und Gaswechselventil auszuschließen. Bei hochverdichtenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, ist dies oft nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Steller für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine bereit zu stellen, der die aus der Kollision des Kolbens mit einem Gaswechselventil herrührenden Schäden ganz oder zumindest teilweise verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydraulischen Steller zur Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einem das Gaswechselventil betätigenden hydraulischen Arbeitzylinder, wobei der Arbeitszylinder mindestens einen ersten Arbeitsraum aufweist, dadurch gelöst, dass eine Entlastungseinrichtung vorgesehen ist, dass die Entlastungseinrichtung mit dem ersten Arbeitsraum hydraulisch in Verbindung steht, und dass die Entlastungseinrichtung das Auftreten unzulässig hoher Drücke im ersten Arbeitsraum verhindert.

Bei einer Kollision zwischen Kolben der Brennkraftmaschine und Gaswechselventil zeigt der Druck im ersten Arbeitsraum schlagartig stark an, da der Kolben der Brennkraftmaschine das Gaswechselventil in seine Schließstellung zurückbewegt. Die erfindungsgemäße Entlastungseinrichtung sorgt dafür, dass im ersten Arbeitsraum trotz der durch die Kollision von Kolben und Gaswechselventil ausgelösten Bewegung des letzteren keine unzulässig hohen Drücke entstehen können. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass die Entlastungseinrichtung den ersten Arbeitsraum mit einem drucklosem Raum, wie z. B. einem Ölsumpf verbindet.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der hydraulische Arbeitszylinder mit einer Speiseleitung und mit einer Rücklaufleitung hydraulisch verbunden ist, und dass mindestens ein den Durchfluss der Speiseleitung steuerndes erstes Steuerventil vorhanden ist, so dass der hydraulische Arbeitzylinder auf einfache Weise betätigt werden kann.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist die Entlastungseinrichtung als Überdruckventil ausgebildet, so dass durch die Verwendung eines an sich bekannten Bauteils der erfindungsgemäße hydraulische Steller ohne großen Entwicklungsaufwand und mit geringeren Herstellungskosten in erfindungsgemäßer Weise verbessert werden kann. Es ist besonders vorteilhaft, wenn dass Überdruckventil ein schnellschaltendes Überdruckventil ist.

In weiterer Ergänzung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Entlastungseinrichtung und der erste Arbeitsraum über eine Entlastungsleitung miteinander verbunden sind, so dass die Entlastungseinrichtung und der erste Arbeitsraum nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet sein müssen und somit mehr Freiheiten bei der Gestaltung des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine vorhanden sind.

Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, dass in der Rücklaufleitung ein zweites Steuerventil angeordnet ist und/oder dass der hydraulische Arbeitszylinder als doppelt wirkender Arbeitszylinder ausgebildet ist, so dass das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen hydraulischen Stellers weiter verbessert wird.

Der erfindungsgemäße hydraulische Steller kann sowohl bei Einlassventilen als auch bei Auslassventilen eingesetzt werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils mit Überdruckventil.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils 1 als Blockschaltbild dargestellt. Das Gaswechselventil 1 kann sowohl als Einlassventil oder als Auslassventil ausgeführt sein. Nicht dargestellt in Fig. 1 ist der Ventilsitz im Zylinderkopf der ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Betätigt wird das Gaswechselventil 1 durch einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 3. Der Arbeitszylinder 3 ist als Differentialzylinder mit einem Kolben 4 und einseitiger Kolbenstange 5 ausgebildet. Der Arbeitszylinder 3 weist einen ersten Arbeitsraum 7 und einen zweiten Arbeitsraum 9 auf.

Wenn der erste Arbeitsraum 7 über eine Speiseleitung 11 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt wird, bewegt sich das Gaswechselventil 1 in Richtung des Pfeils 13 und hebt somit vom Ventilsitz (nicht dargestellt) ab.

In der Speiseleitung 11 ist ein erstes Steuerventil 15 angeordnet. Die Speiseleitung 11 versorgt ebenfalls den zweiten Arbeitsraum 9 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid. Ein Pumpe 17 fördert das Hydraulikfluid aus einem Ölsumpf 29 in die Speiseleitung 11.

Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, das erste Steuerventil 15 geschlossen ist, bewirkt der Druck im zweiten Arbeitsraum 9 des Hydraulikfluids, dass sich das Gaswechselventil 1 entgegen der Pfeilrichtung 13 bewegt und somit geschlossen wird. Das Hydraulikfluid im ersten Arbeitsraum 7 wird über eine Rücklaufleitung 19 abgeführt. In der Rücklaufleitung 19 ist ein zweites Steuerventil 21 angeordnet, welches in der Fig. 1 geöffnet dargestellt ist.

Der zweite Arbeitsraum 9 kann auch mit einem Druckspeicher (nicht dargestellt) verbunden sein. Um einen Notlaufbetrieb aufrechterhalten zu können, kann im zweiten Arbeitsraum 9 eine Schließfeder (nicht dargestellt) vorgesehen werden, die dafür sorgt, dass bei drucklosem hydraulischem Steller das Gaswechselventil 1 stets geschlossen ist.

In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung des ersten Steuerventils 15 und des zweiten Steuerventils 21 bewegt sich der Kolben 4 entgegen der Richtung des Pfeils 13 nach oben bzw. wird an den Ventilsitz (nicht dargestellt) gepresst. Die dazu erforderliche Kraft wird dadurch bereitgestellt, dass der zweite Arbeitsraum 9 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Speiseleitung 11 versorgt wird. Das erste Steuerventil 15 ist geschlossen und das zweite Steuerventil 21 ist geöffnet, so dass das im ersten Arbeitsraum 7 befindliche Hydraulikfluid über die Rücklaufleitung 19 abfließen kann.

Zum Öffnen des Gaswechselventils 1 wird das zweite Steuerventil 21 geschlossen und das Steuerventil 15 geöffnet. In dieser Schaltstellung öffnet das Gaswechselventil 1, weil die mit Druck beaufschlagte Stirnfläche 23 größer ist als die mit Druck beaufschlagte Ringfläche 25 des Kolbens 4, die zum zweiten Arbeitsraum 9 hin gerichtet ist.

Vom ersten Arbeitsraum 7 geht eine Entlastungsleitung 27 ab. Die Entlastungsleitung 27 mündet in einem Ölsumpf 29. In der Entlastungsleitung 27 ist ein schnellschaltendes Überdruckventil 31 angeordnet, welches öffnet, wenn im ersten Arbeitsraum 7 unzulässig hohe Drücke herrschen. Solche unzulässig hohen Drücke können beispielsweise entstehen, wenn sich der nicht dargestellte Kolben der Brennkraftmaschine auf dem Weg zum oberen Totpunkt (OT) befindet und das Gaswechselventil ungewollter Weise öffnet. Dann kann es insbesondere bei Dieselmotoren wegen der geringen Abstände infolge der hohen Verdichtung zu Kollisionen zwischen Kolben und Gaswechselventil kommen. Eine solche Kollision führt bislang zu erheblichen Schäden am Ventiltrieb und/oder dem Kolben, dem Pleuel und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Durch den Einsatz eines Überdruckventils 31 können diese Schäden verringert oder sogar ganz vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Überdruckventils 31 bei Brennkraftmaschinen deren Gaswechselventile parallel zur Zylinderbohrung angeordnet sind, da bei diesen Brennkraftmaschinen die Kolbenstange 5 im Falle einer Kollision von Gaswechselventil und Kolben der Brennkraftmaschine nicht auf Biegung beansprucht wird.

Wenn das Überdruckventil 31 einmal geöffnet hat, muß die Stellung des Gaswechselventils 1 mit der Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) synchronisiert werden, bevor die Brennkraftmaschine erneut in Betrieb genommen wird. Das Überdruckventil 31 steht nach dem Öffnen erneut zur Verfügung.

Selbstverständlich ist die die erfindungsgemäße Anwendung eines schnellschaltenden Überdruckventils 31 zur Vermeidung unzulässig hoher Kräfte auf das Gaswechselventil 1 und die Kolbenstange 5 nicht auf doppelt wirkende Arbeitszylinder 3 beschränkt, sondern kann auch bei einfach wirkenden Arbeitszylindern mit Erfolg eingesetzt werden. Außerdem kann das Überdruckventil sowohl bei Einlassventilen als auch bei Auslassventilen bei Kolbenmaschinen aller Art eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Hydraulischer Steller zur Steuerung eines Gaswechselventils (1) einer Brennkraftmaschine, mit einem das Gaswechselventil (1) betätigenden hydraulischen Arbeitszylinder (3), wobei der Arbeitszylinder (3) mindestens einen ersten Arbeitsraum (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlastungseinrichtung vorgesehen ist, dass die Entlastungseinrichtung mit dem ersten Arbeitsraum (7) hydraulisch in Verbindung steht, und dass die Entlastungseinrichtung das Auftreten unzulässig hoher Drücke im ersten Arbeitsraum (7) verhindert.

2. Hydraulischer Steller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Arbeitszylinder (3), mit einer Speiseleitung (11) und mit einer Rücklaufleitung (19) hydraulisch verbunden ist, und dass mindestens ein den Durchfluß der Speiseleitung (11) steuerndes erstes Steuerventil (15) vorhanden ist.

3. Hydraulischer Steller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung als Überdruckventil (31) ausgebildet ist.

4. Hydraulischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung und der erste Arbeitsraum (7) über eine Entlastungsleitung (27) miteinander verbunden sind.

5. Hydraulischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (19) ein zweites Steuerventil (21) angeordnet ist.

6. Hydraulischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Arbeitszylinder (3) als doppeltwirkender Arbeitszylinder ausgebildet ist.

7. Hydraulischer Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (1) ein Einlassventil oder ein Auslassventil ist.

8. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Motor, mit mehreren Gaswechselventilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswechselventile von einem hydraulischen Steller nach einem der vorhergehenden Ansprüche betätigt werden.