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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Ein
Ventiltrieb dieser Gattung ist in der
DE 102 07 038 A1 beschrieben.
Bei einer solchen pneumatischen Ventilfeder mit hydraulischem Ventilspielausgleich
werden sowohl die Ölversorgung
des hydraulischen Spielausgleichselements als auch das Kompressionsvolumen
der selbstpumpenden pneumatischen Ventilfeder durch die Passung
der Druckplatte und des Kolbenmantels im Gehäuse abgedichtet. Wenn Leckluft
aus dem Kompressionsvolumen in die Ölzuführung zum Spielausgleichselement
eindringt, dann ist eine ordnungsgemäße Funktion des Spielausgleichselements
nicht mehr gegeben, da hierfür
ein inkompressibles Medium, d. h. absolut luftfreies Öl erforderlich
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Ventiltrieb
dahingehend zu verbessern, daß das
Eindringen von Leckluft in die Ölzuführung zum
Spielausgleichselement ausgeschlossen ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angegeben.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
sind die an die Ölversorgung
des Spielausgleichselements bzw. an das Kompressionsvolumen angrenzenden
Dichtflächen
voneinander getrennt. Leckluft auf dem Kompressionsvolumen bzw.
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Lecköl aus der Ölversorgung
des Spielausgleichselements können
in einen drucklosen Sammelraum, d. h. in den Ölraum des Zylinderkopfes entweichen.
Das Endringen von Leckluft aus dem Kompressionsvolumen in die Ölzuführung ist
somit ausgeschlossen, so daß eine
ordnungsgemäße Funktion des
hydraulischen Spielausgleichselements gewährleistet ist.
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Die
mit einem drucklosen Sammelraum in Verbindung stehende Nut des Kolbenmantels
ist vorzugsweise als Axialnut ausgebildet. Dies ermöglicht es,
die Druckplatte mit einem in der Axialnut verschiebbar geführten Gleitstein
gegen Verdrehung zu sichern.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
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1 einen
Ventiltrieb mit einem Gaswechselventil in Schließstellung, und
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2 den
Ventiltrieb nach 1 mit dem Gaswechselventil in
Offenstellung.
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1 zeigt
einen Ventiltrieb, der im wesentlichen aus einer Nockenwelle mit
einem Nocken 1 sowie einem angedeuteten Zylinderkopf 18 mit
in einer Ausnehmung 28 des Zylinderkopfes 18 angeordneten
Bauteilen besteht. In dieser Ausnehmung 28 befindet sich
ein rohrförmiges
Gehäuse 5.
Das Gehäuse 5 besitzt
in axialer Ausdehnung drei zylindrische Bereiche mit unterschiedlichem
Innendurchmesser, einen nockenwellennahen Bereich a, einen daran
anschließenden
mittleren Bereich b und einen an den Boden Ausnehmung 28 angrenzenden
Bereich c. Der Bereich a dient als radiale Führung für eine tassenförmige Druckplatte 12.
Der anschließende
mittlere Bereich b besitzt den kleinsten Innendurchmesser des Gehäuses 5.
Der Bereich b dient als eine Kolbenführungsfläche 11 für einen
Kolben, der aus einem Federteller 3 und einem Kolbenmantel 8 besteht.
Der Kolbenmantel 8 und die Druckplatte 12 sind
fest miteinander verbunden, während
der Kolbenmantel 8 und der Federteller 3 lösbar miteinander verbunden
und mit einem ersten Dichtelement 13 gegeneinander abgedichtet
sind.
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Der
Boden der Ausnehmung 28 verfügt über eine zentrische Bohrung 29,
die als Aufnahme für eine
Ventilschaftführung 16 dient.
In der Ventilschaftführung 16 ist
der Schaft eines Gaswechseiventils 4 geführt. Koaxial
zur Ventilschaftführung 16 ist
ein Absatz 26 zur Zentrierung einer mechanischen Ventilfeder 2 angeordnet.
Die mechanische Ventilfeder 2 ist koaxial zum Gaswechselventil 4 angeordnet
und erstreckt sich axial in Richtung des Nockens 1, und
sie stützt
sich in dieser Richtung an dem Federteller 3 ab. Der Federteller 3 ist
mit Ventilkegelelementen 17 gegen die Federkraft der mechanischen
Ventilfeder 2 lösbar
am Schaft des Gaswechselventils befestigt. Der Federteller 3 ist
gegenüber
dem Ventilschaft des Gaswechselventils 4 mit einem zweiten
Dichtelement 19 abgedichtet. Das Gehäuse 5, der Boden der
Ausnehmung 28, der Kolbenmantel 8 sowie der Federteller 3 schließen miteinander
einen Gasraum 6 ein. Um eine weitestgehende Dichtheit des
Gasraumes 6 zu gewährleisten,
ist dieser von einem dritten Dichtelement 15, welches sich
radial um den Schaft des Gaswechselventils 4 und um die
Ventilschaftführung 16 anlegt,
nochmals abgedichtet.
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Im
Innenvolumen der tassenförmigen
Druckplatte 12 ist zwischen dieser und dem Ventilschaft des
Gaswechselventils 4 ein Spielausgleichselement 14 angeordnet.
Dieses Spielausgleichselement 14 wird durch ein Zentrierelement 25,
welches Teil der tassenförmigen
Druckplatte 12 ist, zentriert.
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Der
Gasraum 6 ist durch eine Gasauslaßöffnung 20', die sich im
Bereich der Stoßkante
zwischen dem Boden der Ausnehmung 28 und dem Gehäuse 5 befindet,
und über
eine Gasauslaßleitung 20,
die durch das Gehäuse 5 und
den Zylinderkopf 18 geführt
ist, über
ein erstes schaltbares 2/2-Wegeventil 21 mit dem umgebenden
Luftdruck verbunden. Der Kolbenmantel 8 und das Gehäuse 5 bilden
im Bereich a gemeinsam einen Gassammelspalt 10, der bei
geschlossenem Gaswechselventil 4 (siehe 1)
sein größtes Volumen
besitzt. Der Gassammelspalt 10 ist im Bereich der Schießstellung
des Gaswechselventils 4 über eine Gaseinlaßöffnung 7' und eine Gaseinlaßleitung 7,
die sich ebenfalls durch das Gehäuse 5 und
den Zylinderkopf 18 erstreckt, sowie ein zweites schaltbares
2/2-Wegeventil 22 vorzugsweise mit dem umgebenden Luftdruck,
ggf. auch mit einem (nicht dargestellten) Druckluftlieferanten verbunden.
Bei nahezu voll geöffnetem
Gaswechselventil 4 besitzt der Gassammelspalt 10 sein kleinstes
Volumen, und er steht, wie in 2 gezeigt, mit
dem Gasraum 6 in Wirkverbindung.
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Die
Gasfeder ist beim Betrieb der Brennkraftmaschine bei einer definierten
Drehzahl mit Hilfe der 2/2-Wegeventile 21, 22 zuschaltbar.
Bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist nur die mechanische
Ventilfeder 2 aktiv, wodurch die innere Reibung des Ventiltriebs 1 in
diesem Drehzahlbereich deutlich reduziert ist. Um dies zu erreichen,
ist das zweite 2/2-Wegeventil 22 geschlossen, während das erste
2/2-Wegeventil 21 offen ist. Für diese pneumatische Schaltstellung
ist die Luftfeder inaktiv. Wird im Gegensatz dazu das zweite 2/2-Wegeventil 22 ab
einer bestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine geöffnet und
gleichzeitig das erste 2/2-Wegeventil 21 geschlossen,
so ist die Luftfeder aktiv.
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Im
niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, bei ausgeschalteter
Luftfeder, drückt der
Nocken 1 gemäß 1 die
Druckplatte 12 mit dem Spielausgleichselement 14 gemeinsam
mit dem Kolben und dem Gaswechselventil 4 gegen die Kraft der
mechanischen Ventilfeder 2 von dem Nocken weg und öffnet das
Gaswechselventil 4. Nach Überschreiten der maximalen Öffnung drückt ausschließlich die
Kraft der mechanischen Ventilfeder 2 die vorstehend genannten
Bauteile wieder in Richtung des Nockens 1. Das in dem Gasraum 6 entsprechend
der halben Drehzahl der Brennkraftmaschine periodisch komprimierte
Gas kann bei diesem Vorgang durch die Gasauslaßöffnung 20' zum Druckausgleich
mit dem Umgebungsdruck entweichen bzw. wieder in den Gasraum 6 eintreten.
Wird die Brennkraftmaschine mit höheren Drehzahlen betrieben
so wird das zweite 2/2-Wegeventil 22 geöffnet und
gleichzeitig das erste 2/2-Wegeventil 21 geschlossen. Durch
den anliegenden Gasdruck an dem geöffneten zweiten 2/2-Wegeventil 22 strömt Luft
mit Umgebungsdruck, ggf. auch komprimiertes Gas bei fast geschlossenem Gaswechselventil 4 (1)
in den Gassammelspalt 10. Wird das Gaswechselventil 4 wie
zuvor beschrieben geöffnet,
so wird die Gaseinlaßöffnung 7' von einer Dichtfläche 34 des
Kolbenmantels 8 sofort verschlossen, und das Gas im Gassammelspalt 10 wird von
dem Kolbenmantel 8 weiter komprimiert. Bevor das Gaswechselventil 4 seine
maximale Ventilöffnung
erreicht hat, bildet sich zwischen dem Kolbenmantel 8 und
dem Gehäuse 5 an
einer Ringkante am Übergang
des Bereichs b zum Bereich c ein Ringspalt 9 aus. Durch
diesen Ringspalt 9 wird das komprimierte Gas aus dem Gassammelspalt 10 in
den Gasraum 6 gedrückt.
Der im Gasraum 6 aufgebaute Gasdruck unterstützt nun
als Gasfeder die Wirkung der mechanischen Ventilfeder 2 als
parallel geschaltete Gaszusatzfeder.
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Bei
dem Spielausgleichselement 14 handelt es sich um ein hydraulisches
Ventilspielausgleichselement. Um die volle Funktionsfähigkeit
zu gewährleisten,
muß eine
Druckmittelversorgung für
das hydraulische Ventilspielausgleichselement vorgesehen werden.
Dies wird durch eine Hydraulikzuführbohrung 30 durch
den Zylinderkopf 18 und das Gehäuse 5 bewirkt, die
in der Gaswechselventil-Schließstellung
mit einer Hydraulikeinlaßöffnung 31 in
der Druckplatte 12 fluchtet. Die tassenförmige Druckplatte 12 wird
durch das Zentrierelement 25 in zwei Räume unterteilt. Während der
obere Raum unter dem Druck der Hydraulikflüssigkeit steht, ist der untere Raum
drucklos und luftgefüllt.
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Die
tassenförmige
Druckplatte 12 ist mit einem Gleitstein 32, der
in einer in dem Zylinderkopf 18 ausgebildeten Axialnut 33 geführt ist,
gegen Verdrehung gesichert.
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Vorzugsweise
ist der Gasdruck in der Gasleitung 7 gleich dem Umgebungsdruck.
Möglich
ist aber auch der Anschluß einer
von der Brennkraftmaschine angetriebenen Luftpumpe oder einer wiederbefüllbaren
Gasflasche.
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Die
von dem Kolbenmantel 8 und von der tassenförmigen Druckplatte 12 gebildeten
Dichtflächen 34, 37 trennen
den Gassammelspalt 10 von dem mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllten
oberen Raum innerhalb der Druckplatte 12. Da diese Dichtflächen nur
bedingt wirksam sind, besteht die Gefahr, daß die in dem Gassammelspalt 10 auf
einen hohen Druck komprimierte Luft als Leckluft in den oberen Raum entweicht
und sich mit der Hydraulikflüssigkeit
vermischt. Dadurch würde
die Funktion des Spielausgleichselements 14 jedoch beeinträchtigt werden,
die ein inkompressibles, d. h. gasfreies flüssiges Medium voraussetzt.
Die von dem Kolbenmantel 8 und der Druckplatte 12 gebildeten
Dichtflächen 34, 37 sind daher
durch eine im Kolbenmantel ausgebildete Ringnut 35 voneinander
getrennt. Die in den Ringspalt 35 eingedrungene Leckluft
kann durch die Axialnut 33 in den drucklosen Ölraum des
Zylinderkopfes 18 entweichen, wenn sich das Gaswechselventil 4 seiner
Schließstellung
nähert.
Der von der Druckplatte 12 und dem Zentrierelement 25 begrenzte
untere Raum sieht über
eine im Kolbenmantel 8 ausgebildete Bohrung 36 mit
der Ringnut 35 in Verbindung und kann somit entlüftet werden.
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- 1
- Nocken
- 2
- mechanische
Ventilfeder
- 3
- Federteller
- 4
- Gaswechselventil
- 5
- Gehäuse
- 6
- Gasraum
- 7
- Gaseinlaßleitung
- 7'
- Gaseinlaßöffnung
- 8
- Kolbenmantel
- 9
- Spalt
- 10
- Gassammelspalt
- 11
- Kolbenführungsfläche
- 12
- Druckplatte
- 13
- erstes
Dichtelement
- 14
- Spielausgleichselement
- 15
- drittes
Dichtelement
- 16
- Ventilschaftführung
- 18
- Zylinderkopf
- 19
- zweites
Dichtelement
- 20
- Gasauslaßleitung
- 20'
- Gasauslaßöffnung
- 21
- erstes
2/2-Wegeventil
- 22
- zweites
2/2-Wegeventil
- 25
- Zentrierelement
- 26
- Absatz
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Bohrung
- 30
- Hydraulikzuführbohrung
- 31
- Hydraulikeinlaßöffnung
- 32
- Gleitstein
- 33
- Axialnut
- 34
- Dichtfläche von 8
- 35
- Ringnut
- 36
- Bohrung
- 37
- Dichtfläche von 12