DE102017124931A1

DE102017124931A1 - Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen schaltbarer Ventiltriebe und Drosselventil

Info

Publication number: DE102017124931A1
Application number: DE102017124931.1A
Authority: DE
Inventors: Max Schäfer; Frank Himsel; Oliver Popp; Florian Dürrbeck; Daniel Struller; Daniel Butterhof
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Ein Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen (62, 72) schaltbarer Ventiltriebe, die Zylindereinheiten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet sind, weist eine Hauptdruckleitung (8) auf, die mit dem Druck einer Schmierölpumpe (6) beaufschlagt wird. Diese ist über ein eine erste Schaltstellung einnehmendes Schaltventil (13) mit einer zu der hydraulischen Betätigung der Schaltelemente (62, 72) führenden Schaltgalerie (4) verbindbar. Weiterhin weist das Hydrauliksystem eine zur Schmierölversorgung der Ventiltriebe dienenden Ölgalerie (5) auf, die über ein zur Einstellung einer Druckdifferenz dienendes Drosselventil (19) mit der Schaltgalerie (4) verbunden ist. Zur Verbesserung des Hydrauliksystems derart, dass stets eine ausreichende Ölversorgung der Ölgalerie gewährleistet wird und dass Druckspitzen des Hauptöldruckes, die unerwünschte Druckanstiege in der Schaltgalerie bewirken würden, vermieden werden, soll die Ölgalerie (5) permanent an die Hauptdruckleitung (8) angeschlossen und in einer weiteren Schaltstellung des Schaltventils (13) die Schaltgalerie (4) mit einer Rücklaufleitung (14) verbindbar sein. Weiterhin soll das Drosselventil (19) einen ersten Drosselkanal mit konstanter Drosselstrecke und konstantem Drosselquerschnitt und einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Drosselkanal, dessen Drosselwirkung veränderbar ist, aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen schaltbarer Ventiltriebe, die Zylindereinheiten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet sind, mit einer mit dem Druck einer Schmierölpumpe beaufschlagten Hauptdruckleitung, die über ein eine erste Schaltstellung einnehmendes Schaltventil mit einer zu der hydraulischen Betätigung der Schaltelemente führenden Schaltgalerie verbindbar ist, und mit einer zur Schmierölversorgung der Ventiltriebe dienenden Ölgalerie, die über ein zur Einstellung einer Druckdifferenz dienendes Drosselventil mit der Schaltgalerie verbunden ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Drosselventil, mit dem zwischen Abschnitten einer Druckmittelleitung oder einer Verbindung zweier Druckmittelleitungen ein Druckgefälle Δp und somit ein veränderter Durchflussstrom Q einstellbar sind.
Stand der Technik
Hubkolbenbrennkraftmaschinen weisen zur Betätigung der Gaswechselventile mittels der Nocken zumindest einer Nockenwelle Nockenfolger auf, die als Tassenstößel, Rollenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Schwinghebel ausgebildet sein können. Außerdem sind bei Schlepphebeln Abstützelemente vorgesehen, über die ein Hebelende des als einarmiger Hebel ausgebildeten Schlepphebels am Zylinderkopf abgestützt ist. Die gesamte Einrichtung zur Ventilbetätigung wird im Allgemeinen als Ventiltrieb bezeichnet, der zur Reduzierung der Abgasemission und des Verbrauchs der Hubkolbenbrennkraftmaschine schaltbar sein kann. Insbesondere bei Nockenfolgern, die als Kipphebel oder Schwinghebel ausgeführt sind, kann mit derartigen Schalteinrichtungen eine Umschaltung des Ventiltriebs zwischen zwei unterschiedlichen Ventilhüben und eventuell zwei unterschiedlichen Ventilhubverläufen erfolgen, wobei der Nockenfolger in einem gemeinsamen Nockengrundkreis der Nocken zwischen unterschiedlichen Nockenkonturen umgeschaltet wird. Bei Abschalteinrichtungen, die darüber hinaus auch bei der Verwendung von Tassenstößeln und Rollenstößeln als Nockenfolger sowie von Abstützelementen vorgesehen werden, erfolgt eine Abschaltung der Betätigung des Gaswechselventils.
Sowohl bei einer Abschalteinrichtung als auch einer Umschalteinrichtung dienen Riegelelemente zur wahlweisen Koppelung von Bauelementen des Nockenfolgers, wobei diese Riegelelemente eine einfachwirkende hydraulische Betätigung aufweisen, d.h., sie sind mittels Federkraft in einer ersten Stellung gehalten und werden aus dieser durch hydraulische Druckbeaufschlagung in eine zweite Stellung verschoben. Die hydraulische Betätigung ist an eine Schaltgalerie angeschlossen, deren Schaltdruck mittels eines gemeinsam mit einer Ölgalerie an eine Hauptdruckleitung angeschlossenen Schaltventils gesteuert wird. Die mit den Schalteinrichtungen der schaltbaren Ventiltriebe verbundene Schaltgalerie und die ebenfalls an die nichtschaltbaren Ventiltriebe angeschlossene Ölgalerie dienen außerdem zur Ölversorgung von Ventilspielausgleichseinrichtungen und Schmiereirichtungen der Ventiltriebe.
Ein Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen schaltbarer Ventiltriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der US 4,800,850 A bekannt. Danach werden, ausgehend von einem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Schaltventil, das an eine Hauptdruckleitung einer Schmierölpumpe angeschlossen ist, eine zur Schmierung dienende Ölgalerie und eine Schaltgalerie mit Druckmittel versorgt. In einer ersten Stellung des Schaltventils wird die Ölgalerie über ein verstellbares Drosselventil mit Druckmittel aus der Hauptdruckleitung versorgt, wobei den beiden zur Spritzölschmierung dienenden Zweigen der Ölgalerie jeweils noch eine Konstantdrossel vor- und nachgeschaltet ist. In der genannten Stellung des Schaltventils ist der mit der Schaltgalerie verbundene Arbeitsanschluss gesperrt. Somit wird nur das ausgangsseitig der Ölgalerie anstehende Schmieröl mit einem entsprechenden Druck, der über die beiden Konstantdrosseln und eine weitere in einer Verbindung von Ölgalerie und Schaltgalerie angeordnete Konstantdrossel reduziert ist, beaufschlagt. Der abgesenkte Druck in der Schaltgalerie soll dabei unterhalb des Schaltdruckes der den Nockenfolgern zugeordneten Schalteinrichtungen liegen. In der anderen Stellung des Schaltventils werden die Schalteinrichtungen über die Schaltgalerie mit dem Schaltdruck beaufschlagt, wobei ein Teil des Ölstroms über die vorgenannten Konstantdrosseln in die Ölgalerie gelangen soll. Dieser wird soweit gedrosselt, dass das Druckniveau des in der Schaltgalerie anstehenden Schaltdruckes erhalten bleibt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Hydrauliksystem der vorgenannten Gattung derart zu verbessern, dass stets eine ausreichende Ölversorgung der Ölgalerie gewährleistet wird und dass Druckspitzen des Hauptöldruckes, die unerwünschte Druckanstiege in der Schaltgalerie bewirken würden, vermieden werden. Es ist im Übrigen eine Aufgabe der Erfindung, ein Drosselventil zu schaffen, das in optimaler Weise in Abhängigkeit von einem an diesem anstehenden Druck sein Drosselverhalten ändert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des jeweiligen kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Danach ist gemäß Patentanspruch 1 ein Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen schaltbarer Ventiltriebe vorgesehen, wobei jedes der Schaltelemente jeweils einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet ist. Eine zu den Schaltelementen führende Schaltgalerie ist über ein Schaltventil, das dabei eine erste Schaltstellung einnimmt, mit einer mit dem Pumpendruck einer Ölpumpe beaufschlagten Hauptdruckleitung verbindbar. Weiterhin ist eine Ölgalerie vorgesehen, die zur Schmierölversorgung des Zylinderkopfes oder von Lagerstellen eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenbrennkraftmaschine dient. Mit dem Schmieröl werden Lagerstellen und ein Drucksystem hydraulischer Ventilspielausgleichseinrichtungen versorgt und Komponenten des Ventiltriebs gekühlt. Die Schaltelemente sind vorgesehen, um die Betätigung des jeweiligen Gaswechselventils in der eingangs beschriebenen Weise am Nockenfolger abzuschalten oder auf ein anderes Nockenprofil umzuschalten. Für diese Ab- oder Umschaltung wird über die Schaltgalerie an den Schaltelementen ein vorgegebener Schaltdruck aufgebaut, wofür das Schaltventil in die vorgenannte erste Schaltstellung betätigt wird. Die Ölgalerie dient zur Schmierölversorgung des Ventiltriebes und dazu hydraulische Ventilspielausgleichselemente mit Druckmittel zu versorgen, wobei die Ölgalerie außerdem über ein Drosselventil mit der Schaltgalerie verbunden ist. Dabei übernimmt das Drosselventil die Funktion, die Schalgalerie mit einem begrenzten Ölvolumen zu spülen und aufgrund dessen permanent mit diesem Ölvolumen zu befüllen. Anderenfalls würden Leckagen, die an den Schaltelementen auftreten können, zum Eindringen von Luft in die Schaltgalerie oder zu deren Entleerung führen.
Erfindungsgemäß soll die Ölgalerie permanent an die Hauptdruckleitung angeschlossen sein, so dass der Ölgalerie unabhängig von den Schaltstellungen des Schaltventils stets eine ausreichende Ölmenge zur Verfügung gestellt wird. Das Schaltventil dient nur zur Steuerung des Druckes in der Schaltgalerie, wobei es in einer weiteren Schaltstellung die Schaltgalerie mit einer Rücklaufleitung verbindet. Das Schaltventil ist vorzugsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet, das somit in seiner ersten Schaltstellung für die hydraulische Betätigung der Schaltelemente die Hauptdruckleitung mit der Schaltgalerie verbindet, während in dessen zweiter Schaltstellung eine Verbindung zwischen der Schaltgalerie und die zur Ölwanne führende Rücklaufleitung hergestellt wird.
Über das Drosselventil ist eine Druckdifferenz zwischen der Ölgalerie und der Schaltgalerie selbsttätig einstellbar, d.h., dass mit diesem bei dem Auftreten von Druckspitzen in der Ölgalerie unzulässige Druckanstiege in der Schaltgalerie verhindert werden. Das Drosselventil muss außerdem so konzipiert sein, dass über dieses stets eine ausreichende Ölmenge in die Schaltgalerie strömen kann, um diese stets ausreichend zu befüllen, also auch dann, wenn sich das Schaltventil in seiner zweiten Schaltstellung befindet. Das muss in sämtlichen Betriebszuständen der Hubkolbenbrennkraftmaschine, und zwar bei unterschiedlichen Öltemperaturen und Öldrücken gewährleistet sein. Daher weist das Drosselventil einen ersten Drosselkanal mit kontanter Drosselstrecken und einem konstanten Drosselquerschnitt sowie eine zu diesem ersten Drosselkanal parallelen zweiten Drosselkanal auf, dessen Drosselwirkung veränderbar ist.
Dabei können die Drosselstrecke und/oder der Drosselquerschnitt des zweiten Drosselkanals in Abhängigkeit von einem eingangsseitig des Drosselventils auftretenden Druck veränderbar sein. Steigt der eingangsseitig des Drosselventils auftretende Druck an, kann somit die Drosselwirkung des zweiten Drosselkanals verstärkt werden. Letztendlich soll der zweite Drosselkanal bei Überschreitung eines eingangsseitigen Grenzdruckes selbsttätig sperrbar sein. In letzterem Fall wird in Abhängigkeit von dem über die Ölgalerie am Drosselventil anstehenden Druck bewirkt, dass das Druckmittel entweder über beide Drosselkanäle oder nur über den ersten Drosselkanal in die Schaltgalerie geleitet wird, da dann der zweite Drosselkanal gesperrt ist.
Demgegenüber sollen bei dem Hydrauliksystem nach der US 4,800,850 A mit dem Schaltventil wahlweise die Ölgalerie oder die Schaltgalerie mit der Hauptdruckleitung verbunden werden. Eine zum Ölsumpf führende Rücklaufleitung, die über das Schaltventil gesteuert wird, ist nicht vorgesehen, denn stattdessen soll zur Absenkung des Druckes in der Schaltgalerie das Druckmittel über drei Konstantdrosseln und die Ölgalerie abgeleitet werden. Es ist folglich keine permanente Schmierölversorgung der Ölgalerie direkt aus der Hauptdruckleitung vorgesehen. Schließlich ist auch keines der Drosselventile derart ausgebildet, dass neben einer konstanten Drosselstelle eine druckabhängig zu- und abschaltbare weitere Drosselstelle vorgesehen ist.
Weiterhin soll gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 2 mit einem Drosselventil zwischen Abschnitten einer Druckmittelleitung oder einer Verbindung zweier Druckmittelleitungen ein Druckgefälle Δp und somit ein veränderter Durchflussstrom Q einstellbar sein. Erfindungsgemäß soll das Drosselventil einen ersten Drosselkanal mit konstanter Drosselstrecke und einem konstanten Drosselquerschnitt sowie einen zu diesem parallelen zweiten Drosselkanal aufweisen, dessen Drosselwirkung veränderbar ist. Dabei können die Drosselstrecke und/oder der Drosselquerschnitt des zweiten Drosselkanals in Abhängigkeit von einem eingangsseitig des Drosselventils auftretenden Druck veränderbar sein. Steigt der eingangsseitig des Drosselventils auftretende Druck an, kann somit die Drosselwirkung des zweiten Drosselkanals verstärkt werden. Letztendlich soll der zweite Drosselkanal bei Überschreitung eines eingangsseitigen Grenzdruckes selbsttätig sperrbar sein. In letzterem Fall wird in Abhängigkeit von dem über die Druckleitung am Drosselventil anstehenden Druck bewirkt, dass das Druckmittel entweder über beide Drosselkanäle oder nur über den ersten Drosselkanal in die dem Drosselventil nachfolgende Leitung geleitet wird, da dann der zweite Drosselkanal gesperrt ist.
Ein derartiges Drosselventil ist für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, bei denen eingangsseitig des Drosselventils Druckspitzen auftreten können, die nicht auf den nachfolgenden Teil des Hydrauliksystems übertragen werden dürfen, wobei aber bei niedrigen Eingangsdrücken eine ausreichende Druckmittelmenge durch das Drosselventil strömen muss.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll das Drosselventil ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse aufweisen, in dem ein Drosselkolben längsverschiebbar angeordnet ist, dessen zweiter Drosselkanal als im Wesentlichen konzentrisch verlaufende Längsbohrung ausgebildet und mit einem mit zumindest einer Auslassöffnung kommunizierenden ringförmigen Sammelraum verbindbar ist, und dass der Drosselkolben an seiner Außenmantelfläche mit einem den ersten Drosselquerschnitt bildenden nutartigen Drosselkanal versehen ist, wobei der Drosselkolben an einer ersten Stirnseite mit dem Druck der Ölgalerie bzw. einem Hauptdruck beaufschlagt ist sowie an einer zweiten Stirnseite über eine Ventilfeder am Ventilgehäuse abgestützt ist und wobei die zumindest eine Auslassöffnung in einem der zweiten Stirnseite zugewandten Boden des Ventilgehäuses angeordnet ist.
Der in dem Ventilgehäuse verschiebbar geführte Drosselkolben bildet somit gemeinsam mit der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses den ersten Drosselkanal. Der zweite Drosselkanal ist im Drosselkolben vorzugsweise als Längsbohrung ausgebildet, die mit der zumindest einen Auslassöffnung über einen im Boden des Ventilgehäuses vorgesehenen ringförmigen Sammelraum verbindbar ist. In einer Endlage des Drosselkolbens, in die dieser bei einem hohen eingangsseitigen Druck gegen den vorzugsweise einen axial vorstehenden Ansatz des Bodens bewegt wird, ist der im Drosselkolben ausgebildete zweite Drosselkanal verschlossen, so dass das Druckmittel nur noch durch den ersten Drosselkanal fließt und somit stärker gedrosselt wird. Der den ersten Drosselquerschnitt bildende Drosselkanal kann einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen. Diese Nut an der Außenmantelfläche des Drosselkolbens lässt sich bei geringem Fertigungsaufwand mit dem schraubenlinienartigen Verlauf herstellen, wobei der entsprechende Verlauf zu einer Vergrößerung der Drosselstrecke und somit der Drosselwirkung führt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll der Drosselkanal in einem ersten Drosselkolben ausgebildet sein, gegenüber welchem ein den zweiten Drosselkanal aufweisender Drosselkolben, der mit einem Druck der Ölgalerie bzw. einem Hauptdruck beaufschlagt ist, verschiebbar geführt ist. In Weiterbildung dieser Anordnung kann das Drosselventil ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse aufweisen, in dem der erste Drosselkolben fixiert ist. In einer Aufnahmebohrung des ersten Drosselkolbens ist der zweite Drosselkolben, der an seiner zweiten Stirnseite, versetzt zu dessen Längsmittelachse, einen in einen sacklochartigen Federraum im Boden des ersten Drosselkolbens ragenden kolbenartigen Vorsprung aufweist, geführt, wobei der zweite Drosselkanal radial außerhalb des Vorsprungs in einen Sammelraum mündet und über diesen mit zumindest einem Auslass verbindbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung soll das Drosselventil ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse aufweisen, in dem ein erster Drosselkolben längsverschiebbar geführt ist, dass ein zweiter Drosselkolben in einer Aufnahmebohrung des ersten Drosselkolbens fixiert ist, die in Längsrichtung des ersten Drosselkolbens verläuft, und dass ein zweiter Drosselkanal an einer Außenmantelfläche des zweiten Drosselkolbens ausgebildet ist, wobei der erste Drosselkolben an seiner zweiten von der Druckmittelbeaufschlagung abgewandten Stirnseite über eine Ventilfeder am Ventilgehäuse abgestützt ist. Vorzugsweise ist der erste Drosselkolben hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der als Vollkolben ausgeführte zweite Drosselkörper in diesem mittels einer Presspassung fixiert ist.
Dabei sollen die beiden Drosselkanäle jeweils an den Außenmantelflächen der beiden Drosselkörper ausgebildet sein, wobei die gesamte aus den beiden Drosselkörpern bestehende Einheit an deren von der Druckmittelbeaufschlagung abgewandten Stirnseite über eine Ventilfeder am Ventilgehäuse abgestützt ist. Sowohl der erste als auch der zweite Drosselkanal verlaufen vorzugsweise schraubenlinienartig.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die beiden Drosselkörper zueinander verschiebbar auszubilden, so dass sich unter dem eingangsseitigen Druck die Drosselstrecke des zweiten Drosselkanals zur Verstärkung der Drosselwirkung kontinuierlich vergrößern kann, bis schließlich der Drosselkanal gesperrt wird und das Druckmittel nur noch über den ersten Drosselkanal fließen kann.
Schließlich soll in der Rücklaufleitung ein Druckregelventil angeordnet sein, über das ein Mindestdruck in der Schaltgalerie einstellbar ist. Damit soll verhindert werden, dass sich in der zweiten Schaltstellung des Schaltventils die Schaltgalerie über die Rücklaufleitung entleert.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 mit den von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Figurenliste
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

1 ein Hydraulikschema einer für eine Ölgalerie und eine Schaltgalerie vorgesehenen Druckmittelversorgung,
2 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines Drosselventils mit einem Drosselkolben, der verschiebbar in einem Ventilgehäuse angeordnet ist und einen ersten schraubenlinienartig verlaufenden Drosselkanal und einen zweiten konzentrisch im Drosselkolben verlaufenden zweiten Drosselkanal aufweist,
2A eine Explosionsdarstellung des Drosselventils nach 2,
3 eine stirnseitige Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Drosselventils, bei der ein hohlzylindrischer Drosselkörper im Ventilgehäuse fixiert ist und über eine Aufnahmebohrung einen längsverschiebbaren Drosselkolben aufnimmt,
3A einen Längsschnitt durch das Drosselventil nach 3 gemäß Linie IIIA-IIIA,
3B einen Längsschnitt durch das Drosselventil nach 3 gemäß Linie IIIB-IIIB,
3C einen Längsschnitt durch das Drosselventil nach 3 gemäß Linie IIIC-IIIC,
3D eine Explosionsdarstellung des Drosselventils nach 3,
4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Drosselventils, bei welchem ein hohlzylindrischer Drosselkörper verschiebbar in einem Ventilgehäuse geführt ist und in diesem ein Drosselkolben fixiert ist,
5 eine Draufsicht auf einen Schlepphebel, der auf zwei unterschiedliche Nockenkonturen umschaltbar ist,
5A einen Längsschnitt durch den Schlepphebel nach 5 und
6 einen Schaltbaren Rollenstößel, über den eine Ventilabschaltung realisierbar ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist mit 1 ein schematisch dargestellter Zylinderkopf einer Zylindereinheiten I - IV aufweisenden Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, wobei jeder der Zylindereinheit vier als Einlassventile 2 oder Auslassventile 3 ausgebildete Gaswechselventile zugeordnet sind, die jeweils über nicht näher bezeichnete Nockenwellen und ebenfalls nicht dargestellte Nockenfolger, wie z.B. Tassenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Schwinghebel betätigt werden. Diese gesamte Anordnung wird als Ventiltrieb bezeichnet.
Zur Betätigung der Einlassventile 2 sind Nockenfolger vorgesehen, die nachfolgend noch beispielhaft anhand der 5, 5A und 6 beschrieben sind. Die Nockenfolger, die Schaltelemente aufweisen, sind derart ausgeführt, dass mit den Schaltelementen die Betätigung der Einlassventile 2 abschaltbar oder auf unterschiedliche Nockenhübe und -konturen umschaltbar ist. Die Schaltelemente der Einlassventile 2 sind an eine Schaltgalerie 4 angeschlossen. Weiterhin ist zur Schmierung und Kühlung des gesamten Ventiltriebs und zur Druckmittelversorgung von Ventilspielausgleichseinrichtungen der Nockenfolger eine Ölgalerie 5 vorgesehen.
Eine Schmierölpumpe 6 fördert Druckmittel aus einer Ölwanne 7 in eine Hauptdruckleitung 8, in der ein Ölfilter 9 und ein Ölkühler 10 angeordnet sind. Von der Hauptdruckleitung 8 zweigt eine Tankleitung 11 ab, in welcher ein Druckbegrenzungsventil 12 angeordnet ist. Weiterhin ist die Hauptdruckleitung 8 mit einem als 3/2-Wegeventil ausgeführten Schaltventil 13 verbunden, mit dem wahlweise in einer ersten Schaltstellung die Hauptdruckleitung 8 mit der Schaltgalerie 4 oder in einer zweiten Schaltstellung die Schaltgalerie 4 mit einer Rücklaufleitung 14 verbunden wird.
Das Schaltventil 13 bildet gemeinsam mit einem in der Rücklaufleitung 14 angeordneten Druckbegrenzungsventil 15 eine Ventileinheit 16, wobei mit diesem Druckbegrenzungsventil 15 der maximale Druck in der Schaltgalerie 4 begrenzt wird, wenn die Schaltgalerie 4 über das Schaltventil 13 mit der Rücklaufleitung 14 verbunden ist. Wie weiterhin der 1 zu entnehmen ist, sind die Hauptdruckleitung 8 und die Ölgalerie 5 permanent miteinander verbunden. Leitungszweige 17 und 18 der Ölgalerie 5 führen zu den Ventiltrieben der einzelnen Zylindereinheiten I - IV. Weiterhin ist die Ölgalerie 5 über ein Drosselventil 19, auf dessen Ausbildung in der nachfolgenden Beschreibung zu den 2 - 4 noch näher eingegangen wird, mit der Schaltgalerie 4 verbunden.
Die Funktion des in der 1 dargestellten Hydrauliksystems ist folgende:
Das von der Schmierölpumpe 6 geförderte Öl wird über den Ölfilter 9 und den Ölkühler 10 zum einen in die Ölgalerie 5 und zum anderen in einen Pumpenanschluss des Schaltventils 13 gefördert. Wenn der Druck in der Hauptdruckleitung 8 aufgrund einer hohen Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine einen maximalen Wert überschreitet, so öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 12 und steuert Druckmittel über die Tankleitung 11 in die Ölwanne 7 ab.
In der in 1 dargestellten zweiten Schaltstellung des Schaltventils 13 wird im Übrigen das Druckmittel aus der Schaltgalerie 4 in die Rücklaufleitung 14 abgeleitet, so dass die an den Nockenfolgern der Einlassventile 2 vorgesehenen Schaltelemente über eine Federkraft in ihre eingerückte Stellung gelangen. Dabei soll nur ein reduziertes Druckniveau in der Schaltgalerie auftreten, wofür über das Drosselventil 19 ein Volumenstrom aus der Ölgalerie 5 in die Schaltgalerie 4 strömt und somit in letzterer einen begrenzten Druck aufbaut. Damit wird erreicht, dass die Schaltgalerie stets mit Druckmittel befüllt ist. Außerdem sorgt das Druckbegrenzungsventil 15 dafür, dass dieses Druckniveau in der Schaltgalerie 4 aufrechterhalten wird und das Schmieröl somit nicht drucklos über die Rücklaufleitung 14 in die Ölwanne 7 abfließen kann.
Wenn das Schaltventil 13 elektromagnetisch in seine erste Schaltstellung betätigt wird, gelangen die Schaltelemente der einzelnen Nockenfolger in ihre entkoppelte Stellung. Das führt dazu, dass, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, der Nockenfolger bei einer Ventilabschaltung einen Leerhub ohne Öffnung des Einlassventils 2 ausführen kann. Bei einer Ventilumschaltung auf eine andere Nockenkontur führt die Entkoppelung des Schaltelements dazu, dass die Ventilbetätigung auf einen kleineren Nockenhub und gegebenenfalls einen anderen Hubverlauf umgeschaltet wird.
Die 2 und 2A zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Drosselventils 19, wobei dieses aus einem Ventilgehäuse 20 und einem in diesem längsverschiebbar geführten Drosselkolben 21 besteht. Das Ventilgehäuse 20 weist weiterhin einen Boden 22 auf. Ferner ist der Boden 22 mit einem in Richtung des Drosselkolbens 21 weisenden zylindrischen Ansatz 23 versehen, der als in axialer Richtung wirkender Anschlag für den Drosselkolben 21 wirkt und einen ringförmigen Sammelraum 24 begrenzt. Dieser ist über Auslassöffnungen 24a und 24b mit der Schaltgalerie 4 verbunden (1). Der Drosselkolben 21 weist außerdem einen als zentrisch verlaufende Längsbohrung 25 ausgebildeten zweiten Drosselkanal 26 auf, der gesperrt wird, wenn eine zweite Stirnseite 27 des Drosselkolbens 21 gegen den zylindrischen Ansatz 23 bewegt wird.
Im Übrigen ist der Drosselkolben 21 an seiner Außenmantelfläche 21a mit einem nutartig ausgebildeten ersten Drosselkanal 28 versehen, der radial nach außen durch eine Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 20 verschlossen ist. An einer ersten Stirnseite 29 des Drosselkolbens 21 wird dieser mit dem in der Ölgalerie 5 (1) herrschenden Druck beaufschlagt und ist an der zweiten Stirnseite 27 über eine Ventilfeder 27a im ringförmigen Sammelraum 24 am Boden 22 abgestützt. Über diese erste Stirnseite 29 wirkt der Drosselkolben 21 außerdem mit einem Seegering 30 als axialem Anschlag zusammen.
Der Druck in der Ölgalerie 5 und somit an der ersten Stirnseite 29 variiert aufgrund der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Der 2, die den Drosselkolben 21 in einer vom Ansatz 23 abgehobenen Position zeigt, kann entnommen werden, dass das Öl in dieser Stellung des Drosselkolbens 21 sowohl durch den ersten Drosselkanal 28 als auch durch den zweiten Drosselkanal 26 strömt. Überschreitet nun der Druck in der Ölgalerie 5 einen vorgegebenen Grenzwert, so gelangt der Drosselkolben 21 mit seiner zweiten Stirnseite 27 in Anlage an dem zylindrischen Ansatz 23, so dass das Druckmittel nur noch gedrosselt durch den ersten Drosselkanal 28 fließen kann.
Die 3 sowie 3A bis 3D zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse 31 ein erster Drosselkolben 32 fixiert ist. Dabei ist das Drosselventil 19 in der 3A mit dem Ventilgehäuse 31 dargestellt, während in den 3,3B, 3C und 3D jeweils auf eine Darstellung des Ventilgehäuses 31 verzichtet wurde. Der erste Drosselkolben 32 weist an seinem Außenmantel einen schraubenlinienartig verlaufenden ersten Drosselkanal 33 auf, der nach außen durch das Ventilgehäuse 31 verschlossen ist. Weiterhin ist der erste Drosselkolben 32 als Hohlkolben ausgeführt und weist folglich eine konzentrisch verlaufende Aufnahmebohrung 34 sowie einen Boden 32a auf, wobei in der Aufnahmebohrung 34 ein als Vollkolben ausgebildeter zweiter Drosselkolben 35 verschiebbar geführt ist.
Eine erste Stirnseite 36 des zweiten Drosselkolbens 35, die mit dem Druck der Ölgalerie 5 beaufschlagt wird, stützt sich außerdem an einem Seegering 37 ab, der im ersten Drosselkolben 32 fixiert ist. Von einer zweiten Stirnseite 36a des zweiten Drosselkolbens 35 geht ein versetzt zu dessen Längsmittelachse verlaufender kolbenartiger Vorsprung 38 aus, der in einem im Boden 32a sacklochartig ausgebildeten Federraum 39 geführt ist. Dieser Federraum 39, der eine nicht näher dargestellte Entlüftungsbohrung aufweist, nimmt eine Ventilfeder 40 auf, über die der zweite Drosselkolben 35 in axialer Richtung am ersten Drosselkolben 32 abgestützt ist.
Wie insbesondere die 3C und 3D zeigen, verläuft durch den zweiten Drosselkolben 35 ein zweiter Drosselkanal 41, der in einen radial zum Vorsprung vorgesehenen Sammelraum 42 mündet. Die 3B und 3D lassen wiederum erkennen, dass von diesem Sammelraum 42 ein Auslass 42a ausgeht, der mit der Schaltgalerie 4 nach 1 verbunden sein soll. Im vorliegenden Fall ist also der den ersten Drosselkanal 33 bildende erste Drosselkolben 32 innerhalb des Ventilgehäuses 31 befestigt, während der zweite Drosselkolben 35 gegenüber diesem eine Längsbewegung ausführen kann. Diese Längsbewegung führt dann, wenn der Druck in der Ölgalerie 5 einen Grenzwert überschreitet, zu einer Anlage der zweiten Stirnseite 37 am Boden 32a des ersten Drosselkolbens 32. Dann ist der zweite Drosselkanal 41 gesperrt und das Druckmittel fließt nur noch über den ersten Drosselkanal 33.
Schließlich ist in den 4 und 4A eine dritte Ausführungsform des Drosselventils 19 dargestellt, bei der ein Ventilgehäuse 43, das einen Boden 44 aufweist, einen hohlzylindrisch ausgebildeten ersten Drosselkolben 45 aufnimmt. Dieser erste Drosselkolben 45 stützt sich einerseits über eine erste Stirnseite 46 an einem Seegering 47 und andererseits mittels einer zweiten ringförmigen Stirnseite 46a über eine Ventilfeder 48 am Boden 44 ab. Dabei ist am Boden 44 ein in Richtung des ersten Drosselkolbens 45 vorspringender Ansatz 49 ausgebildet, der einen ringförmigen Sammelraum 50 begrenzt. Am Außenmantel des ersten Drosselkolbens 45 ist ein schraubenlinienartig verlaufender erster Drosselkanal 51 ausgebildet, der radial nach außen vom Ventilgehäuse 43 abgedeckt wird.
Weiterhin nimmt der erste hohlzylindrische Drosselkolben 45 einen in diesem fixierten zweiten Drosselkolben 52 auf, der als Vollkolben ausgebildet ist und an seinem Außenmantel einen ebenfalls schraubenlinienartig verlaufenden zweiten Drosselkanal 53 aufweist. Eine Innenmantelfläche 54 des ersten Drosselkolbens deckt diesen zweiten Drosselkanal 53 radial nach außen ab. Der ringförmige Sammelraum 50 soll, wie insbesondere aus der 4A hervorgeht, über Auslassöffnungen 55 mit der Schaltgalerie 4 in Verbindung stehen.
In diesem Fall führt somit der erste Drosselkolben 46 aufgrund des in der Ölgalerie 5 herrschenden Druckes eine Längsbewegung aus, die bei Überschreitung eines Grenzdruckes zu einer Anlage der aus den beiden Drosselkolben 46 und 52 bestehenden Baueinheit an dem Ansatz 49 führt, so dass der zweite Drosselkanal 52 gesperrt ist und das Druckmittel aus der Ölgalerie 5 nur noch gedrosselt über den ersten Drosselkanal 45 in die Schaltgalerie geführt wird.
Die 5 und 5A zeigen einen als schaltbaren Schlepphebel 56 ausgebildeten Nockenfolger, der aus einem Außenhebel 57 und einem gegenüber diesem um ein Schwenklager 58 schwenkbar geführten Innenhebel 59 besteht. Der Außenhebel 57 ist an einem Ende mit einer Kugelkalotte 60 versehen, über die er an einem nicht näher dargestellten Abstützelement abgestützt wird, wobei über dieses Abstützelement und eine in der Kugelkalotte 60 vorgesehene Bohrung 61 das Druckmittel aus der in 1 dargestellten Schaltgalerie 4 einem als Schaltelement 62 dienenden kolbenartigen Koppelmittel 62b zugeführt wird. Das Schaltelement 62, das in einer eingerückten durch eine Druckfeder 62a bewirkten Stellung dargestellt ist, ist im Außenhebel 57 angeordnet und greift an einer Mitnehmerfläche 63 des Innenhebels 59 an.
Am anderen Ende des Außenhebels 57 ist eine Ventilschaftanlage 64 ausgebildet, die an einem nicht näher dargestellten Ventilschaftende eines Gaswechselventils anliegt. Mittels einer in dem Innenhebel 59 gelagerten Nockenrolle 65 wird der Schlepphebels 56 in der dargestellten Stellung des Schaltelements 62 von einem nicht dargestellten Nocken einer Nockenwelle mit einem großen Ventilhub betätigt.
Weiterhin weist der Außenhebel 57 beidseitig der Nockenrolle 65 Nockenanlaufflächen 66 und 67 auf, über die der Schlepphebel 56 mit einem kleineren Ventilhub betätigbar ist. Das geschieht dann, wenn das Schaltelement 62 durch den Öldruck in der Schaltgalerie 4 (1) aus seiner Position, in der es an der Mitnehmerfläche 63 angreift, herausbewegt wird. Dann erfolgt die Ventilbetätigung mit kleinerem Ventilhub über Nocken, die an den Nockenanlaufflächen 66 und 67 angreifen. Es handelt sich im vorliegenden Fall also um eine Umschalteinrichtung.
Schließlich zeigt die 6 einen schaltbaren Rollenstößel 68, der für einen Ventiltrieb mit untenliegender Nockenwelle vorgesehen ist. Ein Außenteil 69 des Rollenstößels 68 ist längsverschiebbar in einer Aufnahmebohrung eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses geführt und wird über eine Nockenrolle 70 von einem Nocken einer Nockenwelle betätigt. Ein Innenteil 71 des Rollenstößels 68 ist mit einer Kugelkalotte 71a versehen, in die eine mit einem Kipphebel zusammenwirkende Stößelstange eingreift, die ebenfalls nicht gezeigt ist. Zwischen dem Außenteil 69 und dem Innenteil 71 greifen Schaltelemente 72 an, die die beiden Teile in dem dargestellten Zustand der Einrichtung zueinander verriegeln, wobei sie durch eine Druckfeder 73 in diese Position, in der sie in eine im Außenteil umlaufende Verriegelungsnut 72a eingreifen, verschoben werden.
Eine im Außenteil 69 vorgesehene Ringnut 74 ist an die Schaltgalerie (1) angeschlossen. Wird über diese ein Schaltdruck übertragen, führt das zu einer Entriegelung der Schaltelemente 72, so dass sich das Außenteil 69 und das Innenteil 71 zueinander verschieben können. Dadurch ist die Ventilbetätigung abgeschaltet, da sich das Außenteil 69 und das Innenteil 71 relativ zueinander bewegen können.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2: Einlassventile
3: Auslassventile
4: Schaltgalerie
5: Ölgalerie
6: Schmierölpumpe
7: Ölwanne
8: Hauptdruckleitung
9: Ölfilter
10: Ölkühler
11: Tankleitung
12: Druckbegrenzungsventil
13: Schaltventil
14: Rücklaufleitung
15: Druckbegrenzungsventil
16: Ventileinheit
17: Leitungszweig von 5
18: Leitungszweig von 5
19: Drosselventil
20: Ventilgehäuse
21: Drosselkolben
21a: Außenmantelfläche von 21
22: Boden von 20
23: zylindrischer Ansatz von 22
24: ringförmiger Sammelraum
24a: Auslassöffnung
24b: Auslassöffnung
25: Längsbohrung
26: zweiter Drosselkanal
27: zweite Stirnseite von 21
27a: Ventilfeder
28: erster Drosselkanal
29: erste Stirnseite von 21
30: Seegering
31: Ventilgehäuse
32: erster Drosselkolben
32a: Boden von 32
33: erster Drosselkanal
34: Aufnahmebohrung
35: zweiter Drosselkolben
36: erste Stirnseite von 35
36a: zweite Stirnseite von 35
37: zweite Stirnseite von 35
38: kolbenartiger Vorsprung
39: Federraum
40: Ventilfeder
41: zweiter Drosselkanal
42: Sammelraum
42a: Auslass
43: Ventilgehäuse
44: Boden
45: erster Drosselkolben
46: erste Stirnseite von 45
47: zweite Stirnseite von 45
48: Ventilfeder
49: Ansatz
50: ringförmiger Sammelraum
51: erster schraubenlinienartiger Drosselkanal
52: zweiter Drosselkolben
53: zweiter schraubenlinienartiger Drosselkanal
54: Innenmantelfläche von 45
55: Auslassöffnungen
56: schaltbarer Schlepphebel
57: Außenhebel
58: Schwenklager
59: Innenhebel
60: Kugelkalotte
61: Bohrung
62: Schaltelement
62a: Druckfeder
62b: Koppelmittel
63: Mitnehmerfläche
64: Ventilschaftauflage
65: Nockenrolle
66: Nockenanlauffläche
67: Nockenanlauffläche
68: schaltbarer Rollenstößel
69: Außenteil
70: Nockenrolle
71: Innenteil
71a: Kugelkalotte
72: Schaltelemente
72a: Verriegelungsnut in 69
73: Druckfeder
74: Ringnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4800850 A [0005, 0012]

Claims

Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung von Schaltelementen (62, 72) schaltbarer Ventiltriebe, die Zylindereinheiten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet sind, mit einer mit dem Druck einer Schmierölpumpe (6) beaufschlagten Hauptdruckleitung (8), die über ein eine erste Schaltstellung einnehmendes Schaltventil (13) mit einer zu der hydraulischen Betätigung der Schaltelemente (62, 72) führenden Schaltgalerie (4) verbindbar ist, und mit einer zur Schmierölversorgung der Ventiltriebe dienenden Ölgalerie (5), die über ein zur Einstellung einer Druckdifferenz dienendes Drosselventil (19) mit der Schaltgalerie (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölgalerie (5) permanent an die Hauptdruckleitung (8) angeschlossen ist und in einer weiteren Schaltstellung des Schaltventils (13) die Schaltgalerie (4) mit einer Rücklaufleitung (14) verbindbar ist und dass das Drosselventil (19) einen ersten Drosselkanal (28, 33, 51) mit konstanter Drosselstrecke und konstantem Drosselquerschnitt und einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Drosselkanal (26, 41, 53), dessen Drosselwirkung veränderbar ist, aufweist.
Drosselventil (19), mit dem zwischen Abschnitten einer Druckmittelleitung oder einer Verbindung zweier Druckmittelleitungen (5 und 4) ein Druckgefälle Δp und somit ein veränderter Durchflussstrom Q einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (19) einen ersten Drosselkanal (28, 33, 51) mit konstanter Drosselstrecke und konstantem Drosselquerschnitt und einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Drosselkanal (26, 41, 53), dessen Drosselwirkung veränderbar ist, aufweist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstrecke und/oder der Drosselquerschnitt des zweiten Drosselkanals (26, 41, 53) in Abhängigkeit von einem eingangsseitig des Drosselventils (19) auftretenden Druck veränderbar sind.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drosselkanal (26, 41, 53) bei Überschreitung eines eingangsseitigen Grenzdruckes selbsttätig sperrbar ist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (19) ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse (20) aufweist, in dem ein Drosselkolben (21) längsverschiebbar angeordnet ist, dessen zweiter Drosselkanal (26) als im Wesentlichen konzentrisch verlaufende Längsbohrung (25) ausgebildet und mit einem mit zumindest einer Auslassöffnung (24a und 24b) kommunizierenden ringförmigen Sammelraum (24) verbindbar ist, und dass der Drosselkolben an seiner Außenmantelfläche mit einem den ersten Drosselquerschnitt bildenden nutartigen Drosselkanal (28) versehen ist, wobei der Drosselkolben (21) an einer ersten Stirnseite (29) mit dem Druck der Ölgalerie (5) bzw. einem Hauptdruck beaufschlagt ist sowie an einer zweiten Stirnseite (27) über eine Ventilfeder (27a) am Ventilgehäuse (20) abgestützt ist und wobei die zumindest eine Auslassöffnung in einem der zweiten Stirnseite (27) zugewandten Boden (22) des Ventilgehäuses (20) angeordnet ist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Drosselkanal (33) in einem ersten Drosselkolben (32) ausgebildet ist, gegenüber welchem ein den zweiten Drosselkanal (41) aufweisender Drosselkolben (35), der mit einem Druck der Ölgalerie (5) bzw. einem Hauptdruck beaufschlagt ist, verschiebbar geführt ist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach Patentanspruche 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (19) ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse (31) aufweist, in dem der erste Drosselkolben (32) fixiert ist, dass in einer Aufnahmebohrung (34) des ersten Drosselkolbens (32) der zweite Drosselkolben (35), der an seiner zweiten Stirnseite (37), versetzt zu dessen Längsmittelachse einen in einen sacklochartigen Federraum (39) im Boden des ersten Drosselkolbens (32) ragenden kolbenartigen Vorsprung (38) aufweist, geführt ist, wobei der zweite Drosselkanal (41) radial außerhalb des Vorsprungs (38) in einen Sammelraum (42) mündet und über diesen mit zumindest einem Auslass (42a) verbindbar ist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (19) ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse (43) aufweist, in dem ein erster Drosselkolben (45) längsverschiebbar geführt ist, dass ein zweiter Drosselkolben (52) in einer Aufnahmebohrung des ersten Drosselkolbens (45) fixiert ist, die in Längsrichtung des ersten Drosselkolbens (45) verläuft, und dass ein zweiter Drosselkanal (53) an einer Außenmantelfläche des zweiten Drosselkolbens (52) ausgebildet ist, wobei der erste Drosselkolben (45) an seiner zweiten von der Druckmittelbeaufschlagung abgewandten Stirnseite (47) über eine Ventilfeder (48) am Ventilgehäuse (43) abgestützt ist.
Hydrauliksystem oder Drosselventil nach Patentanspruche 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste als auch der zweite Drosselkanal (51 und 53) an den Außenmantelflächen der beiden Drosselkolben (45 und 52) schraubenlinienartig verlaufen.
Hydrauliksystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (14) ein Druckbegrenzungsventil (15) angeordnet ist, über das ein Mindestdruck in der Schaltgalerie (4) einstellbar ist.