DE102010006411A1

DE102010006411A1 - Hydraulischer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010006411A1
Application number: DE102010006411A
Authority: DE
Inventors: Reinhard 77815 Stehr; Volker 77815 Edelmann; Calin Petru 91315 Itoafa; Hermann 89407 Keller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-04

Abstract

Vorgeschlagen ist ein hydraulischer Ventiltrieb zur variablen Betätigung eines Gaswechselventils (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (3) als Zylinder und einem das Gaswechselventil betätigenden Kolben (4). Eine dem Gaswechselventil abgewandte Stirnfläche (8) des Kolbens und ein dieser zugewandter Boden (7) der Kolben-Zylinder-Einheit begrenzen eine innerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufende erste Druckkammer (9), die über einen radial durch das Gehäuse verlaufenden Hauptstrompfad und einen axial durch den Boden verlaufenden Nebenstrompfad mit einer außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufenden zweiten Druckkammer (10) hydraulisch kommuniziert. Dabei sollen der Boden und das Gehäuse zu einem einzigen Bauteil mit dem am Gehäuse einteilig angeformten Boden zusammengefasst sein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Ventiltrieb zur variablen Betätigung eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb umfasst eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem hohlzylindrischen Gehäuse als Zylinder und einem darin axial geführten und das Gaswechselventil betätigenden Kolben. Eine dem Gaswechselventil abgewandte Stirnfläche des Kolbens und ein dieser zugewandter Boden der Kolben-Zylinder-Einheit begrenzen eine innerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufende erste Druckkammer, die über einen radial durch das Gehäuse verlaufenden Hauptstrompfad und einen axial durch den Boden verlaufenden Nebenstrompfad mit einer außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufenden zweiten Druckkammer hydraulisch kommuniziert. Der Nebenstrompfad ist durch einen den Boden durchsetzenden Durchflussquerschnitt, der mittels eines in Richtung der ersten Druckkammer öffnenden Kugelrückschlagventils gesteuert und von einem Dichtsitz für die Ventilkugel begrenzt ist, und durch einen den Boden durchsetzenden, permanent geöffneten Drosselquerschnitt gebildet.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßer Ventiltrieb geht aus der EP 1 344 900 B1 hervor. Wesentlicher Bestandteil dieses bekanntlich nach dem Lost-Motion-Prinzip arbeitenden Ventiltriebs, bei dem zwischen der Antriebseite, d. h. dem Nocken einer Nockenwelle, und der Abtriebseite, d. h. dem Gaswechselventil, ein sogenanntes hydraulisches Gestänge mit variabel absteuerbarem Hydraulikvolumen verläuft, ist eine hydraulische Ventilbremse, die die Aufsetzgeschwindigkeit des schließenden Gaswechselventils unabhängig von der Nockenstellung kontrolliert und auf vorgegebene Werte beschränkt, die akustisch und mechanisch akzeptabel sind.
Die hydraulische Ventilbremse ist Teil der eingangs genannten Kolben-Zylinder-Einheit, die auf der Abtriebseite eines in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingesetzten und die wesentlichen Elemente des hydraulischen Ventiltriebs umfassenden Hydraulikmoduls befestigt ist. Als Zylinder dient ein rohrförmiges Gehäuse, das in eine Ausnehmung des Hydraulikmoduls eingeschraubt ist und mit dessen gaswechselventilferner Ringstirnfläche eine als hydraulische Ventilbremse dienende Durchflussdrossel gegen den Grund der Ausnehmung verspannt. Die vor dem Einschrauben des Gehäuses separat in die Ausnehmung zu montierende Durchflussdrossel umfasst einen Gehäusedeckel als Boden der Kolben-Zylinder-Einheit sowie das im Gehäusedeckel verlaufende Kugelrückschlagventil und den Drosselquerschnitt.
Das kontrollierte Abbremsen des Gaswechselventils erfolgt durch den Drosselquerschnitt, der in der finalen Schließphase des Gaswechselventils eine starke Drosselung des aus der ersten Druckkammer (innerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit) in die zweite Druckkammer (außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit) entweichenden Hydraulikmittels bewirkt. Das in der Ventilschließphase geschlossene Kugelrückschlagventil hat demgegenüber die Aufgabe, eine schnelle initiale Öffnungsgeschwindigkeit des Gaswechselventils zu ermöglichen, indem bei dann geöffneter Ventilkugel ein vergleichsweise großer Volumenstrom aus der zweiten Druckkammer über den Durchflussquerschnitt in die erste Druckkammer fließen kann.
Aus der DE 101 63 824 A1 geht ein hydraulischer Ventiltrieb mit einer Kolben-Zylinder-Einheit hervor, bei welcher das Gehäuse und der Boden einstückig ausgebildet sind. Bei dem den Durchflussquerschnitt im Boden steuernden Ventil handelt es sich jedoch um ein Plattenventil.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv verbesserte Ausgestaltung der Kolben-Zylinder-Einheit anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach sollen der Boden und das Gehäuse zu einem einzigen Bauteil mit dem am Gehäuse einteilig angeformten Boden zusammengefasst sein. Der wesentliche Vorteil dieser konstruktiven Ausgestaltung betrifft die Montage der Kolben-Zylinder-Einheit in das Hydraulikmodul dahingehend, dass die Durchflussdrossel gemeinsam mit dem Gehäuse in einem einzigen Montageschritt im Hydraulikmodul befestigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind dem nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Kolben-Zylinder-Einheit eines erfindungsgemäßen hydraulischen Ventiltriebs im Längsschnitt und
2 den gaswechselventilfernen Abschnitt der Kolben-Zylinder-Einheit als vergrößerte Einzelheit.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Dargestellt ist die Abtriebseite eines hydraulischen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, welcher zur hubvariablen Betätigung eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils 1 dient. Der zu einem Hydraulikmodul 2 vormontierte und in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnete Ventiltrieb umfasst eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem hohlzylindrischen Gehäuse 3 als Zylinder, dem darin axial beweglich geführten Kolben 4 und einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung 5, mittels welcher der Kolben 4 das Gaswechselventil 1 betätigt. Das aus Stahlwerkstoff bestehende Gehäuse 3 ist durch eine Verschraubung 6 in einer Ausnehmung des hier nur angedeuteten Hydraulikmoduls 2 aus druckdicht geschmiedetem Aluminiumwerkstoff befestigt und weist an dessen gaswechselventilfernem Ende einen an der Gehäusewand einteilig – hier mittels Fließpressen – angeformten Boden 7 auf.
Die dem Gaswechselventil 1 abgewandte Stirnfläche 8 des Kolbens 4 und der Boden 7 begrenzen eine innerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufende erste Druckkammer 9, die über einen Hauptstrompfad und einen Nebenstrompfad mit einer außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufenden zweiten Druckkammer 10 hydraulisch kommuniziert. Der Hauptstrompfad ist durch sechs umfangsverteilte Bohrungen 11 und eine weitere Öffnung 12 mit vorbestimmtem Querschnittsprofil gebildet, die jeweils das Gehäuse 3 in der Nähe des Bodens 7 radial durchsetzen. Der Nebenstrompfad ist durch einen Durchflussquerschnitt 13 und einen Drosselquerschnitt 14 gebildet, die jeweils den Boden 7 axial durchsetzen. Der Durchflussquerschnitt 13 ist in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Druckkammer 9, 10 mittels eines in Richtung der ersten Druckkammer 9 öffnenden Kugelrückschlagventils 15 gesteuert, während der Drosselquerschnitt 14 mit deutlich kleinerem Querschnitt permanent geöffnet ist. Im geschlossenen Zustand des Kugelrückschlagventils 15 liegt die Ventilkugel an einem den Durchflussquerschnitt 13 begrenzenden Ventilsitz und im geöffneten Zustand an einer Blechkappe 16 an, die gleichzeitig als Aufnahme und Abstützung für eine die Ventilkugel in Schließrichtung beaufschlagende Ventilfeder 17 dient und mehrere Öffnungen 18 für Hydraulikmittel aufweist.
Während des Schließvorgangs des Gaswechselventils 1 ist das Kugelrückschlagventil 15 geschlossen. Nach vollständiger Überdeckung der Bohrungen 11 durch den einfahrenden Kolben 4 ist nur noch ein zunehmend gedrosseltes Entweichen von Hydraulikmittel aus der ersten Druckkammer 9 bei entsprechendem Abbremsen des Gaswechselventils 1 möglich (hydraulische Ventilbremse). Die Drosselung des Hydraulikmittels erfolgt sowohl über die Öffnung 12 als auch über den Drosselquerschnitt 14 und generiert eine definierte Schließgeschwindigkeit des bei hydraulisch variablen Ventiltrieben vom antriebseitigen Nockenhub kinematisch entkoppelten Gaswechselventils 1. Bei geschlossenem Gaswechselventil 1 und nach Abschluss des Ventilspielausgleichsvorgangs liegt der Kolben 4 mit dessen Stirnfläche 8 an der Bohrungsstufe 27 des Gehäuses 3 an.
Die Ventilspielausgleichsvorrichtung 5, deren längenveränderliche Ausgleichskammer 19 von der dem Gaswechselventil 1 zugewandten Stirnfläche 20 des Kolbens 4 begrenzt ist, weist ein relativ zum Kolben 4 axial bewegliches und in Ausfahrrichtung federkraftbeaufschlagtes Ausgleichsgehäuse 21 auf, das die Außenmantelfläche des Kolbens 4 zumindest nahezu leckagefrei dichtend umschließt. Als Dichtmittel ist ein zwischen dem Kolben 4 und dem Ausgleichsgehäuse 21 in einer Ringnut des Kolbens 4 angeordneter Dichtring 22 aus Elastomerwerkstoff vorgesehen. Somit wird das während des Gaswechselventilhubs aus der Ausgleichskammer 19 über den Leckagespalt zwischen Ausgleichsgehäuse 21 und Kolben 4 ausgepresste Hydraulikmittel über einen Rücklauf 23 vollständig in das Innere des hohlzylindrischen Kolbens 4 zurückgeführt. Dieser ist so gestaltet, dass sich die erste Druckkammer 9 bis zum Ventilschließkörper (Ventilkugel 24) der Ventilspielausgleichsvorrichtung 5 erstreckt und eine separate Hydraulikmittelversorgung der Ventilspielausgleichsvorrichtung 5 entfällt.
Die weitestgehende Leckagefreiheit der Ventilspielausgleichsvorrichtung 5 ermöglicht in Verbindung mit einem gehäuseseitigen Leckagerücklauf in Form einer Ringnut 25 und Rücklaufbohrungen 26 – anders als dargestellt ist es selbstverständlich vorgesehen, dass die Rücklaufbohrungen 26 im Inneren des Hydraulikmoduls 2 münden – dass der Ventiltrieb vom Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine entkoppelt ist. Im eigenen Hydraulikmittelkreislauf des Ventiltriebs zirkuliert ein Hydrauliköl mit vergleichsweise flachem Viskositäts-Temperaturverlauf, dessen Befüllmenge auf die Lebensdauer der Brennkraftmaschine ausgelegt ist und das sich von dem separat umlaufenden Schmiermittel der Brennkraftmaschine durch eine geringere und somit reibungsgünstigere Viskosität bei niedrigen Temperaturen vorteilhaft unterscheidet.
Bezugszeichenliste

1: Gaswechselventil
2: Hydraulikmodul
3: Gehäuse
4: Kolben
5: Ventilspielausgleichsvorrichtung
6: Verschraubung
7: Boden
8: Stirnfläche des Kolbens
9: erste Druckkammer
10: zweite Druckkammer
11: Bohrung
12: Öffnung im Gehäuse
13: Durchflussquerschnitt
14: Drosselquerschnitt
15: Kugelrückschlagventil
16: Blechkappe
17: Ventilfeder
18: Öffnung in Blechkappe
19: Ausgleichskammer
20: Stirnfläche des Kolbens
21: Ausgleichsgehäuse
22: Dichtring
23: Rücklauf
24: Ventilkugel
25: Ringnut
26: Rücklaufbohrung
27: Bohrungsstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1344900 B1 [0002]
DE 10163824 A1 [0005]

Claims

Hydraulischer Ventiltrieb zur variablen Betätigung eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (3) als Zylinder und einem darin axial geführten und das Gaswechselventil (1) betätigenden Kolben (4), wobei eine dem Gaswechselventil (1) abgewandte Stirnfläche (8) des Kolbens (4) und ein dieser zugewandter Boden (7) der Kolben-Zylinder-Einheit eine innerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufende erste Druckkammer (9) begrenzen, die über einen radial durch das Gehäuse (3) verlaufenden Hauptstrompfad und einen axial durch den Boden (7) verlaufenden Nebenstrompfad mit einer außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit verlaufenden zweiten Druckkammer (10) hydraulisch kommuniziert, und wobei der Nebenstrompfad durch einen den Boden (7) durchsetzenden Durchflussquerschnitt (13), der mittels eines in Richtung der ersten Druckkammer (9) öffnenden Kugelrückschlagventils (15) gesteuert und von einem Dichtsitz für die Ventilkugel begrenzt ist, und durch einen den Boden (7) durchsetzenden, permanent geöffneten Drosselquerschnitt (14) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (7) und das Gehäuse (3) zu einem einzigen Bauteil mit dem am Gehäuse (3) einteilig angeformten Boden (7) zusammengefasst sind.
Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Einheit ferner eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung (5) umfasst, mittels welcher der Kolben (4) das Gaswechselventil (1) betätigt, wobei eine dem Gaswechselventil (1) zugewandte Stirnfläche (20) des Kolbens (4) die längenveränderliche Ausgleichskammer (19) der Ventilspielausgleichsvorrichtung (5) begrenzt.
Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) hohlzylindrisch ausgebildet ist und sich die erste Druckkammer (9) bis zum Ventilschließkörper (24) der Ventilspielausgleichsvorrichtung (5) erstreckt.
Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilspielausgleichsvorrichtung (5) ein deren längenveränderliche Ausgleichskammer (19) begrenzendes und relativ zum Kolben (4) axial bewegliches Ausgleichsgehäuse (21) aufweist, das die Außenmantelfläche des Kolbens (4) zumindest nahezu leckagefrei dichtend umschließt.
Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmittel zwischen dem Kolben (4) und dem Ausgleichsgehäuse (21) ein elastomerer Dichtring (22) vorgesehen ist.
Hydraulischer Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb einen vom Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine separierten Hydraulikmittelkreislauf aufweist.