DE102004024266A1 - Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine weist ein erstes Betätigungselement (1), welches auf einen in einem Zylinder (5) zwischen einer unteren und einer oberen Stellung verschiebbaren Kolben (4) wirkt, und ein zweites Betätigungselement (6) auf, welches von dem Kolben (4) mit Druck beaufschlagbar und innerhalb des Zylinders (5) verschiebbar ist und zumindest mittelbar auf das Gaswechselventil (2) wirkt. Der Zylinder (5) ist in einen Hydraulikmittelkreislauf (8) eingebunden, welcher eine zu dem Zylinder (5) führende Hydraulikmittelzufuhrleitung (9), eine von dem Zylinder (5) wegführende Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) und eine Hydraulikmittelpumpe (11) aufweist. In der Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) ist ein Steuerelement (12) zum Beeinflussen der Hydraulikmitteldurchflussmenge durch die Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) vorgesehen und der Kolben (4) verschließt in seiner oberen Stellung die Hydraulikmittelzufuhrleitung (9).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Gaswechselventil.
• Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 35 32 549 C2 bekannt. Hierbei ist zwischen dem Ventilsteuernocken einer Nockenwelle und dem das Gaswechselventil betätigenden Ventilstößel eine Hubübertragungskammer angeordnet, die über ein Magnetventil entlastbar ist. Durch die darin beschriebene Steuerung soll eine exaktere Ventilöffnung der Gaswechselventile erreicht werden.
• Ein hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ist in der DE 102 24 038 A1 beschrieben. Dabei ist ein Druckspeicher mit einem Hydraulikmittelspeicher vorgesehen, der zur Verhinderung von Funktionsstörungen am Ventiltrieb auslaufsicher ausgeführt ist.
• Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird also das Gaswechselventil unter Zuhilfenahme eines Hydraulikmediums betätigt. Nachteilig bei solchen Vorrichtungen ist jedoch noch immer deren relativ geringe gestalterische Freiheit, was den gesamten Ventiltrieb anbelangt. Beispielsweise ist es jeweils erforderlich, eine obenliegende Nockenwelle einzusetzen.
• Mechanische Betätigungen von Gaswechselventilen mit hydraulischer Unterstützung sind beispielsweise aus der US 5,163,389 , der DE 41 11 610 C2 oder der DE 42 39 040 C2 bekannt.
• Auch hierbei handelt es sich um Vorrichtungen, die meist das Vorhandensein einer oben liegenden Nockenwelle erfordern und so die Möglichkeiten bei der Konstruktion der Brennkraftmaschine erheblich einschränken.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche eine weniger starke Einschränkung bei der Auslegung der Brennkraftmaschine darstellt und dennoch einen variablen Ventiltrieb ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Durch den erfindungsgemäßen Hydraulikmittelkreislauf, in den der Zylinder eingebunden ist und der eine Hydraulikmittelzufuhr- und eine Hydraulikmittelabfuhrleitung aufweist, ist in sehr einfacher Weise eine Betätigung des auf das Gaswechselventil wirkenden zweiten Betätigungselements gegeben, wobei die beiden Betätigungselemente keinerlei mechanische Verbindung zueinander aufweisen und der Zylinder somit in annähernd beliebiger Form ausgeführt sein kann. Dadurch ergibt sich eine völlige Unabhängigkeit der jeweiligen Orte, an denen sich der Kolben und das von demselben mit Druck beaufschlagte zweite Betätigungselement befinden können, sodass sich durch den Ventiltrieb keinerlei Einschränkungen bei der Konstruktion der Brennkraftmaschine ergeben. Insbesondere ist es bei der Verwendung von Nockenwellen möglich, diese an einem annähernd beliebigen Ort der Brennkraftmaschine vorzusehen.
• Der an dem zweiten Betätigungselement anstehende Druck kann erfindungsgemäß durch das in der Hydraulikmittelabfuhrleitung angeordnete Steuerelement beeinflusst werden, welches in sei ner Geschlossenstellung den Aufbau eines maximalen Drucks und somit eine sichere Betätigung des Gaswechselventils über das zweite Betätigungselement ermöglicht. Hierbei kann durch Variieren der Stellung des Steuerelements die Hydraulikmitteldurchflussmenge und somit der in dem Zylinder herrschende Druck verändert werden, wodurch eine variable Betätigung des Gaswechselventils gewährleistet ist.
• Ein ausreichender Druckaufbau in dem Zylinder ist dadurch gewährleistet, dass der Kolben in seiner oberen, also in der von dem ersten Betätigungselement betätigten Stellung die Hydraulikmittelzufuhrleitung verschließt. Hierdurch wird verhindert, dass das Hydraulikmittel durch die Hydraulikmittelzufuhrleitung abströmen und sich somit der aufgebaute Druck vermindern kann. Für die Erzeugung eines ausreichenden Drucks dient in diesem Zusammenhang die sich erfindungsgemäß in dem Hydraulikmittelkreislauf befindliche Hydraulikmittelpumpe.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem Zylinder zwischen der Hydraulikmittelzufuhrleitung und der Hydraulikmittelabfuhrleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist. Hierdurch wird ein Rückfließen des Hydraulikmittels in denjenigen Zeitpunkten verhindert, in denen der Kolben die Hydraulikmittelzufuhrleitung bereits freigegeben hat und sich so der Hydraulikmitteldruck zwischen dem Kolben und dem das Gaswechselventil betätigenden zweiten Betätigungselement verringern würde. Dadurch ist es möglich, ein geöffnetes Gaswechselventil alleine durch die Ansteuerung des in der Hydraulikmittelabfuhrleitung angeordneten Steuerelements solange offen zu halten, wie es für die jeweilige Betriebsweise der Brennkraftmaschine erforderlich ist, sodass sich eine sehr variable Ventilsteuerung ergibt.
• Eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Gaswechselventil und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 10 angegeben.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
• Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils.
• Eine Vorrichtung 1 dient zur Betätigung eines lediglich schematisch dargestellten Gaswechselventils 2 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Begriff Gaswechselventil schließt in diesem Fall auch Motorbremsventile oder kombinierte Ventile ein. Die Vorrichtung 1 weist ein als Nocken 3 einer ebenfalls in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Nockenwelle ausgebildetes erstes Betätigungselement auf, welches auf einen Kolben 4 wirkt. Der Kolben 4 ist in einem Zylinder 5 durch die Einwirkung des Nockens 3 zwischen einer in der Figur dargestellten unteren Stellung und einer oberen Stellung verstellbar. Die obere Stellung des Kolbens 4 wird erreicht, wenn der Nocken 3, ausgehend von seiner dargestellten Position, eine Drehung um 180° erfährt.
• Auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinders 5 ist ein als Stößel 6 ausgebildetes zweites Betätigungselement vorgesehen, welches im vorliegenden Fall über einen wiederum sehr schematisch dargestellten Kipphebel 7 auf das Gaswechselventil 2 wirkt und in der Lage ist, dieses zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung gegenüber einem nicht dargestellten Ventilsitz der Brennkraftmaschine zu verstellen.
• Der Zylinder 5 ist in einen Hydraulikmittelkreislauf 8 eingebunden, welcher eine zu dem Zylinder 5 führende Hydraulikmittelzufuhrleitung 9, eine von dem Zylinder 5 wegführende Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 und eine zwischen der Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 und der Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 angeordnete Hydraulikmittelpumpe 11 aufweist. Hierbei mündet die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 im Bereich des Kolbens 4 in den Zylinder 5, wohingegen die Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 in dem gegenüberliegenden Bereich, also in dem Bereich des Stößels 6, von dem Zylinder 5 abzweigt. Als Hydraulikmittel in dem Hydraulikmittelkreislauf 8 wird vorzugsweise Öl verwendet.
• In der Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 ist ein Steuerelement 12 angeordnet, welches zum Beeinflussen der Hydraulikmitteldurchflussmenge durch die Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 und somit zur Beeinflussung des Drucks in dem Zylinder 5 vorgesehen ist. Das Steuerelement 12 ist im vorliegenden Fall als Drosselklappe ausgebildet, deren Öffnungswinkel verstellbar ist, wodurch in sehr einfacher und insbesondere schneller Art und Weise ein Öffnen und Schließen der Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 möglich ist. Die Ansteuerung des Steuerelements 12 erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform mittels eines Magnetventils 13, welches wiederum von einem elektronischen Steuergerät 14 angesteuert wird. Bei dem elektronischen Steuergerät 14 kann es sich beispielsweise um eine an sich bekannte Motorsteuerung handeln, die zur Steuerung des Magnetventils 13 lediglich mit einer Zusatzfunktion ausgestattet werden muss.
• Wenn sich das Steuerelement 12 in seiner Geschlossenstellung befindet, so wird durch die Bewegung des Kolbens 4 von seiner unteren in seine obere Stellung ein Druck in dem Zylinder 5 erzeugt, der bewirkt, dass sich der Stößel 6 in der mit dem Pfeil "A" bezeichneten Richtung bewegt und somit den Kipphebel 7 und auf diese Weise das Gaswechselventil 2 betätigt und so in seine Offenstellung bringt. Der Kolben 4 und die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 sind derart ausgelegt, dass der Kolben 4 in seiner oberen Stellung die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 verschließt, so dass kein Druckverlust über die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 stattfinden kann. Ein Abbau des Drucks in dem Zylinder 5 erfolgt somit erst beim Öffnen des Steuerelements 12. Die Synchronisierung des durch den Nocken 3 aufwärts bewegten Kolbens 4 und das Schließen des Steuerelements 12 wird vorzugsweise durch eine in dem elektronischen Steuergerät 14 enthaltene Software realisiert.
• In dem Zylinder 5 ist des weiteren ein Rücklaufsperrventil bzw. Rückschlagventil 15 angeordnet, welches ein Rückströmen des Hydraulikmittels aus dem dem Stößel 6 zugewandeten Bereich des Zylinders 5 in den dem Kolben 4 zugewandten Bereich desselben verhindert, so dass in dem Bereich des Zylinders 5 zwischen dem Rückschlagventil 15 und dem Stößel 6 auch dann noch ein Druck anliegt, wenn der Kolben 4 in seiner Abwärtsbewegung die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9 teilweise oder ganz freigegeben hat. Dadurch ist eine längere Aufrechterhaltung des Drucks in dem Zylinder 5 und somit eine längere Offenstellung des Gaswechselventils 2 möglich, was die Verwendbarkeit der Vorrichtung 1 erhöht.
• Wenn sich der Hydraulikdruck in dem Zylinder 5 verringert, erfolgt die Rückstellung des Stößels 6 durch ein gegen den Hydraulikmitteldruck in dem Zylinder 5 wirkendes Federelement 16, welches den Stößel 6 beaufschlagt. Im Bereich des Stößels 6 ist des weiteren eine Hydraulikmittelleckbohrung 17 vorgesehen, welche verhindert, dass sich bei einem sich aufwärts, also in Richtung des Pfeils "A" bewegenden Stößel 6 ein Gegendruck aufbauen kann. Die Hydraulikmittelleckbohrung 17, die vorzugsweise zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geführt ist, ist allerdings nur dann notwendig bzw. sinnvoll, wenn der Stößel 6 nicht in ausreichender Weise gegenüber dem Zylinder 5 abgedichtet werden kann. In diesem Zusammenhang sind sowohl der Stößel 6 als auch der Kolben 4 gegenüber dem Zylinder 5 vorzugsweise mit einer derartigen Passung ausgeführt, dass sich eine ausreichende Abdichtung dieser Elemente gegeneinander ergibt. Gegebenenfalls können hierzu auch Dichtungen zwischen dem Kolben 4 bzw. dem Stößel 6 und dem Zylinder 5 vorgesehen sein.
• Wenn sich das Steuerelement 12 in seiner geöffneten Position befindet, wird das Hydraulikmittel mittels der Hydraulikmit telpumpe 11 über die Hydraulikmittelzufuhrleitung 9, das Rückschlagventil 15 und die Hydraulikmittelabfuhrleitung 10 in dem Hydraulikmittelkreislauf 8 umgewälzt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten Betätigungselement, welches auf einen in einem Zylinder zwischen einer unteren und einer oberen Stellung verschiebbaren Kolben wirkt, und mit einem zweiten Betätigungselement, welches von dem Kolben mit Druck beaufschlagbar und innerhalb des Zylinders verschiebbar ist und zumindest mittelbar auf das Gaswechselventil wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (5) in einen Hydraulikmittelkreislauf (8) eingebunden ist, welcher eine zu dem Zylinder (5) führende Hydraulikmittelzufuhrleitung (9), eine von dem Zylinder (5) weg führende Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) und eine Hydraulikmittelpumpe (11) aufweist, wobei in der Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) ein Steuerelement (12) zum Beeinflussen der Hydraulikmitteldurchflussmenge durch die Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) vorgesehen ist, und wobei der Kolben (4) in seiner oberen Stellung die Hydraulikmittelzufuhrleitung (9) verschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zylinder (5) zwischen der Hydraulikmittelzufuhrleitung (9) und der Hydraulikmittelabfuhrleitung (10) ein Rückschlagventil (15) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (12) als Drosselklappe ausgebildet ist, deren Öffnungswinkel verstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (12) mittels eines Magnetventils (13) ansteuerbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (13) mittels eines Steuergerätes (14) ansteuerbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (5) im Bereich des zweiten Betätigungselements (6) eine Hydraulikmittelleckbohrung (17) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikmittelleckbohrung (17) zu einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geführt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Betätigungselement (6) von einem gegen den Hydraulikmitteldruck in dem Zylinder (5) wirkenden Federelement (16) beaufschlagt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betätigungselement (3) ein Nocken einer Nockenwelle ist.
10. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Gaswechselventil (2) und mit einer Vorrichtung (1) zur Betätigung des Gaswechselventils (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.