DE10220928A1

DE10220928A1 - Verfahren und Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubs eines hydraulisch betätigten Zylinderventils

Info

Publication number: DE10220928A1
Application number: DE10220928A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kolkman
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-05-11
Also published as: DE10220928B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur steuerbaren Begrenzung des Hubs eines Zylinderventils, das durch ein Betätigungsglied einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung bewegt wird, wird ein Stellsignal gebildet und ein den Hub des Betätigungsgliedes begrenzender Anschlag entsprechend dem Stellsignal verstellt. Eine Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubes eines Betätigungsgliedes einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, der zur Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine dient, weist ein bewegbares Kopplungsglied zur Übertragung einer Bewegung des Betätigungsgliedes auf das Zylinderventil, einen verstellbaren Anschlag, mit dem die Bewegung des Kopplungsgliedes und damit dessen Hub entsprechend einer Stellung des Anschlags begrenzbar ist, und ein Stellglied zur Verstellung des Anschlags auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur steuerbaren Begrenzung des Hubs eines Zylinderventils, das durch ein Betätigungsglied einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung bewegt wird, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine entsprechende hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung.
Bislang erfolgt der Ventiltrieb von Zylinderventilen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, über Nockenwellen. Erhöhte Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch und/oder die Motorleistung, aber auch im Hinblick auf eine Verminderung von Schadstoffemissionen erfordern jedoch in der Zukunft flexiblere Ventilsteuerungen bzw. Ventiltriebkonzepte. Insbesondere sollten Parameter einer Ventilsteuerung wie z. B. die Ventilöffnungs- und Schließzeiten und der Ventilhub vorzugsweise frei steuerbar sein. Bei entsprechenden Ventiltriebkonzepten, die im Englischen auch als "Programmable-Valve-Train"-Konzepte bezeichnet werden, wird die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine durch elektronisch gesteuerte Aktuatoren bzw. Ventilbetätigungsvorrichtungen ersetzt. Dabei kann für jedes Zylinderventil eine Ventilbetätigungsvorrichtung vorgesehen werden.
Zur Verwirklichung eines solchen Ventiltriebs können elektrohydraulisch betätigte Ventilsteuerungen verwendet werden. Eine entsprechende Ventilbetätigungsvorrichtung weist eine Kammer und ein in der Kammer angeordnetes Betätigungsglied, beispielsweise einen Stößel auf, das direkt mit einem Zylinderventil gekoppelt ist. Die Kammer oberhalb des Betätigungsgliedes ist an einen Hydraulikkreis angeschlossen, wobei ein Fluss von mit Druck beaufschlagter Hydraulikflüssigkeit in die Kammer oberhalb des Betätigungsgliedes und ein Fluss der Hydraulikflüssigkeit aus dieser Kammer zurück zu einem Reservoir des Hydraulikkreises durch elektrisch schaltbare Steuerventile steuerbar ist. Zunehmender Flüssigkeitsdruck in der Kammer bewegt dabei das Betätigungsglied und damit das Zylinderventil gegen die Kraft einer Ventilfeder in eine offene Stellung. Eine Abnahme des Flüssigkeitsdrucks führt dann zu einem Schließen des Zylinderventils u. a. aufgrund der Rückstellkraft der Ventilfeder.
Um die Bewegung und insbesondere den Hub des Betätigungsgliedes und damit des Zylinderventils einer Brennkraftmaschine hinreichend genau steuern zu können, ist eine Regelung der Aktuatorbewegung notwendig. Dazu benötigt jeder Aktuator oder das entsprechende Zylinderventil einen eigenen Stellungssensor. Weiterhin sind für jedes Zylinderventil bzw. für jeden Aktuator zwei elektromagnetisch betätigte hydraulische Steuerventile mit zwei Verbindungen und zwei Positionen oder ein elektromagnetisch betätigtes hydraulisches Steuerventil mit drei Verbindungen und zwei Positionen notwendig, um einen hinreichend reproduzierbaren Zylinderventilhub zu erzielen. Zur Durchführung der Regelung ist darüber hinaus eine entsprechend komplizierte Steuerelektronik, die mit den Steuerventilen bzw. dem Steuerventil und dem Stellungssensor verbunden ist, notwendig. Eine solche Konstruktion ist jedoch aufwändig und daher teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Steuerung des Hubs eines Zylinderventils, das durch eine hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar ist, zu schaffen, das mit geringem Aufwand durchführbar ist, sowie eine entsprechende einfach aufgebaute Einrichtung oder eine entsprechende einfach aufgebaute hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 23.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur steuerbaren Begrenzung des Hubs eines Zylinderventils, das durch ein Betätigungsglied einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung bewegt wird, wird ein Stellsignal gebildet und ein den Hub des Betätigungsgliedes begrenzender Anschlag entsprechend dem Stellsignal verstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich für beliebige hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtungen verwendet werden, die ein Betätigungsglied aufweisen, der zur Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine dient. Insbesondere kann eine solche Ventilbetätigungsvorrichtung eine Kammer und ein in der Kammer angeordnetes Betätigungsglied, beispielsweise in Form eines Stößels, aufweisen, dessen Bewegung direkt oder indirekt mit einem Zylinderventil gekoppelt ist. Die Kammer oberhalb des Betätigungsgliedes kann an einem Hydraulikkreis angeschlossen sein, wobei ein Fluss von mit Druck beaufschlagter Hydraulikflüssigkeit in die Kammer oberhalb des Betätigungsgliedes und ein Fluss der Hydraulikflüssigkeit aus dieser Kammer zurück zu einem Reservoir des Hydraulikkreises durch elektrisch schaltbare Ventile steuerbar ist. Zunehmender Flüssigkeitsdruck in der Kammer bewegt dabei das Betätigungsglied und damit das Zylinderventil gegen die Kraft einer Ventilfeder in eine offene Stellung, während eine Abnahme des Flüssigkeitsdrucks zu einem Schließen des Zylinderventils u. a. aufgrund der rückstellenden Kraft der Ventilfeder führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Begrenzung des Hubs des Zylinderventils über eine Begrenzung des Hubs des Betätigungsgliedes auf rein mechanische Art und Weise. Dazu wird ein einem Soll-Hub des Zylinderventils entsprechendes Stellsignal gebildet und ein Anschlag, mittels dessen eine Bewegung zur Öffnung des Zylinderventils und so der Hub des Betätigungsgliedes begrenzbar ist, entsprechend dem Stellsignal verstellt. Der Hub des Betätigungsgliedes kann dabei durch den Anschlag unmittelbar oder über Kopplungsglieder erfolgen. Durch die Begrenzung des Hubes des Betätigungsgliedes erfolgt gleichzeitig eine Begrenzung des Hubs des von diesem betätigten Zylinderventils.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, auf individuelle Stellungssensoren für die hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen oder die Zylinderventile zu verzichten und darüber hinaus nur ein Steuerventil mit drei Anschlüssen und zwei Positionen zur Ansteuerung der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung zu verwenden. Es wird so nicht nur ein mechanisch einfacherer und weniger aufwendiger Aufbau erreicht, sondern es kann auch die Steuer- bzw. Regelelektronik zur Ansteuerung des Steuerventils wesentlich vereinfacht werden.

Wie bereits beschrieben, kann der Hub des Betätigungsgliedes indirekt begrenzt werden. So wird die Aufgabe weiterhin gelöst durch eine Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubes eines Betätigungsgliedes einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubes eines Betätigungsgliedes einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, der zur Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine dient, weist ein bewegbares Kopplungsglied zur Übertragung einer Bewegung des Betätigungsgliedes auf das Zylinderventil, einen verstellbaren Anschlag, mit dem die Bewegung des Kopplungsgliedes und damit dessen Hub entsprechend einer Stellung des Anschlags begrenzbar ist, und ein Stellglied zur Verstellung des Anschlags auf.

Die Übertragung der Bewegung des Betätigungsgliedes auf das Zylinderventil erfolgt hier also über das bewegbare Kopplungsglied, dessen Bewegung durch den verstellbaren Anschlag begrenzbar ist. Dabei wird die Bewegung des Kopplungsgliedes, die ein Öffnen des Zylinderventils zur Folge hat, durch den verstellbaren Anschlag begrenzt, während die Bewegung in der Gegenrichtung davon unbeeinflusst bleibt. Die Begrenzung des Hubs des Kopplungsgliedes bewirkt durch die Kopplung der Bewegungen des Betätigungsgliedes, des Kopplungsgliedes und des Zylinderventils sowohl eine Begrenzung des Hubes des Betätigungsgliedes als auch die des Hubs des Zylinderventils. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung bringt nicht nur die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens mit sich. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist darüber hinaus auch für beliebige hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtungen verschiedener Typen verwendbar.

Weiterhin erlaubt die Trennung der Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubs des Betätigungsgliedes von der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung selbst eine einfachere Konstruktion bzw. Auslegung der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, was die Zuverlässigkeit derselben erhöht und Kosten senkt

Alternativ wird die Aufgabe gelöst durch eine hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.

Die erfindungsgemäße hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung zur Betätigung eines Zylinderventils einer Brennkraftmaschine weist ein hydraulisch bewegbares Betätigungsglied zur Betätigung des Zylinderventils, einen verstellbaren Anschlag, mit dem die Bewegung des Betätigungsgliedes in wenigstens einer Richtung und damit dessen Hub entsprechend einer Stellung des Anschlags begrenzbar ist, und ein Stellglied zur Verstellung des Anschlags auf.

Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung wird also der Hub des Betätigungsgliedes durch den Anschlag direkt begrenzt, wodurch sich ein insgesamt kompakterer Aufbau erreichen lässt. Die hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung kann bis auf den Anschlag, die Ausbildung des Betätigungsgliedes im Bereich des Anschlags und das Stellglied wie zuvor beschrieben ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung weist neben dem bereits geschilderten Vorteil die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.

Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen beschrieben.

Insbesondere in den Fällen, in denen der Ventilschaft eines Zylinderventils beim Öffnen und Schließen des Zylinderventils nur geradlinig verschoben wird, ist es zur möglichst verlustfreien Übertragung der Bewegung des Betätigungsgliedes einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung auf das Zylinderventil bevorzugt, dass bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das Kopplungsglied eine Stange umfasst, die in einem Gehäuse der Einrichtung verschiebbar gelagert ist und einen Vorsprung aufweist, und dass der verstellbare Anschlag zur Wechselwirkung mit dem Vorsprung ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass das Betätigungsglied als entlang einer Richtung verschiebbar geführter Stößel ausgebildet ist und einen Vorsprung aufweist, und dass der verstellbare Anschlag zur Wechselwirkung mit dem Vorsprung ausgebildet ist.

Hierdurch wird eine geradlinige Bewegung von Betätigungsglied, gegebenenfalls Kopplungsglied, und Zylinderventil ermöglicht, was deren Lagerung wesentlich erleichtert. Weiterhin treten an den Kopplungspunkten zwischen diesen Elementen keine oder nur sehr kleine quer zur Bewegungsrichtung gerichteten Kräfte auf, so dass ein entsprechender Verschleiß der Bauteile an den Kontaktpunkten nicht auftreten kann. Die Ausbildung eines Vorsprungs auf der Stange bzw. dem Stößel ermöglicht bei einfacher Lagerung gleichzeitig in einfacher Weise eine Wechselwirkung mit dem Anschlag.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Vorsprung, im Falle der erfindungsgemäßen Einrichtung, entlang eines Umfangs des Kopplungsgliedes, insbesondere der Stange, im Fall der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung, entlang eines Umfangs des Betätigungsgliedes, insbesondere des Stößels, ausgebildet ist. Diese Ausbildung des Vorsprungs ermöglicht insbesondere bei entsprechender Ausbildung des verstellbaren Anschlags eine gleichmäßige Verteilung der bei dem Auftreffen auf den Anschlag entstehenden Verzögerungskräfte, so dass beim Auftreffen keine oder nur minimale Drehmomente auf das Kopplungsglied bzw. das Betätigungsglied ausgeübt werden. Die Lagerung dieser Bauteile kann daher einfacher gestaltet werden. Weiterhin wird die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung erhöht.

Besonders bevorzugt ist daher sowohl bei der erindungsgemäßen Einrichtung als auch bei der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung der Anschlag durch einen entlang einer Führung verstellbaren Anschlagkörper mit einem durchgehenden Kanal gebildet, der wenigstens einen Abschnitt des Kopplungsgliedes, insbesondere der Stange, bzw. des Betätigungsgliedes, insbesondere des Stößels, aufnimmt. Diese Ausbildung des Anschlags gewährleistet zum einen eine gute Führung des Kopplungsgliedes bzw. des Betätigungsgliedes, insbesondere bei deren Ausbildung als Stange bzw. Stößel. Zum anderen ist eine gleichmäßige Verteilung der beim Aufprall des Vorsprungs auf den Anschlag entstehenden Kräfte möglich, soweit der Vorsprung entsprechend ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn an der Stange bzw. dem Betätigungsglied mehrere symmetrisch verteilte Vorsprünge oder ein umlaufender Vorsprung vorgesehen sind.

Durch den Aufprall des Kopplungsgliedes bzw. des Betätigungsgliedes auf den Anschlag kann es zum einen zu erheblichen Ventilgeräuschen kommen und zum anderen können bedingt durch die hohen Beschleunigungen Materialermüdungseffekte auftreten. Es ist daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung bevorzugt, dass der Anschlag ein Dämpfungselement aufweist, mit dem ein Aufprall des Kopplungsgliedes bzw. des Betätigungsgliedes auf den Anschlag abdämpfbar ist. Das Dämpfungselement kann hierzu insbesondere aus geeigneten Metallen oder technischen Kunststoffen mit einem entsprechenden Dämpfungsverhalten und einer entsprechenden Zähigkeit gebildet sein.

Darüber hinaus kann ein solches Dämpfungselement, insbesondere wenn es einfach in dem Anschlag befestigbar ist, bevorzugt dazu verwendet werden, um Toleranzen in der Gesamtlänge der bewegten Bauteile, d. h. des Betätigungsgliedes, des Kopplungsgliedes bei Verwendung der Einrichtung, und des Zylinderventils, auszugleichen.

Besonders bevorzugt kann im Falle einer Ausbildung des Anschlags als Anschlagkörper mit einem durchgehenden Kanal das Dämpfungselement ringförmig ausgebildet sein. Durch Variation der Dicke des Ringes ist dann sehr einfach die effektive Auftreffposition auf den Anschlag zum Ausgleich von Toleranzen anpassbar.

Um eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Verstellung des Anschlags zu ermöglichen, ist es sowohl bei der erfindungsgemäßen Einrichtung als auch bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung bevorzugt, dass das Stellglied eine Welle umfasst, und dass an der Welle und an dem Anschlag jeweils eine Zahnung ausgebildet ist, wobei die Zahnungen so ineinander greifen, dass der Anschlag durch Drehung der Welle verstellbar ist. Insbesondere in dem Fall, dass der Anschlag verschiebbar gelagert ist, kann die Zahnung an dem Anschlag senkrecht zu dessen Längsachse bzw. Bewegungsrichtung ausgebildet sein, so dass die Zahnungen nach Art eines Zahnstangenantriebs ineinander greifen. Es ergibt sich dann eine besonders verlustarme Übertragung der Bewegung des Stellgliedes auf den verstellbaren Anschlag, wobei gleichzeitig eine hohe Präzision der Verstellung des Anschlags gewährleistet bleibt.

Das Stellglied kann dabei mittels beliebiger geeigneter Einrichtungen, bevorzugt einem Stell- bzw. Schrittmotor, bewegt werden.

Um eine möglichst hohe Präzision bei der Steuerung des Ventilhubes des Zylinderventils zu erzielen, ist es besonders bevorzugt, dass ein Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des Stellgliedes und/oder des Anschlags vorgesehen ist. Ein solcher Stellungssensor ermöglicht eine Lagerückmeldung, die eine Regelung der Stellung des Anschlags und damit des erreichbaren Zylinderventilhubs erlaubt.

Die meisten Brennkraftmaschinen weisen mehr als ein Zylinderventil und insbesondere auch mehrere Zylinder auf. Der Hub der Zylinderventile ist dabei zumindest für einander entsprechenden Zylinderventile, beispielsweise die Ansaugventile oder die Auslassventile, in der Regel gleich groß.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Modul zur Begrenzung des Hubes von Betätigungsgliedern von wenigstens zwei hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen, das wenigstens zwei erfindungsgemäße, der Lage der Ventilbetätigungsvorrichtungen entsprechend angeordnete Einrichtungen aufweist und bei dem ein gemeinsames Stellglied für die Einrichtungen vorgesehen ist, mittels dessen die entsprechenden Anschläge verstellbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Baugruppe mit wenigstens zwei erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen, bei der ein gemeinsames Stellglied für die hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen vorgesehen ist, mittels dessen die Anschläge der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen verstellbar sind.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtungen bei dem erfindungsgemäßen Modul bzw. die der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen bei der erfindungsgemäßen Baugruppe entspricht dabei der Lage der durch sie zu betätigenden Zylinderventile. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Stellgliedes kann sehr einfach der Hub für mehrere Betätigungsglieder und damit Zylinderventile gleichzeitig und ohne hohen Aufwand verstellt werden. Hierdurch wird der Aufwand zur Steuerung des Hubs der Zylinderventile wesentlich reduziert.

Besonders bevorzugt wird als gemeinsames Stellglied eine gemeinsame Welle verwendet, die insbesondere Zahnungen aufweisen kann, die mit einer entsprechenden Zahnung an den Anschlägen in Eingriff stehen.

Besonders bevorzugt ist das Stellglied des erfindungsgemäßen Moduls bzw. der erfindungsgemäßen Baugruppe über nur einen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor angetrieben, wodurch der konstruktive Aufwand zur Steuerung des Hubes der Zylinderventile besonders gering gehalten werden kann.

Zur Erzielung einer besonders genauen Stellung des Anschlags ist es bevorzugt, dass ein einzelner Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des gemeinsamen Stellgliedes oder eines der Anschläge vorgesehen ist. Damit lässt sich durch Bereitstellung nur eines Stellungssensors die Stellung der Anschläge und damit des Hubes der Zylinderventile einfach regeln. Dementsprechend kann auch die Steuerelektronik zur Ansteuerung eines Antriebs des Stellgliedes entsprechend einfach ausgebildet sein.

Um zum einen eine möglichst einfache Montage zu ermöglichen und zum anderen eine sehr genaue Positionierung der erfindungsgemäßen Einrichtungen bzw. hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass bei einem erfindungsgemäßen Modul die Kopplungsglieder in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind. Bei einer erfindungsgemäßen Baugruppe ist es bevorzugt, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen ein gemeinsames Gehäuse oder einen gemeinsamen Gehäuseabschnitt aufweisen. Insbesondere in Kombination mit der Verwendung eines einzelnen Stellungssensors ergeben sich so sehr einfach auf einem Zylinderkopf zu montierende Einheiten.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts eines Zylinderkopfes mit einem Zylinderventil, einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung und einem Modul zur Begrenzung des Hubs von hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen bei geschlossenem Zylinderventil und
Fig. 2 die gleiche Ansicht wie in Fig. 1 bei geöffnetem Zylinderventil und verändertem Hub.
In Fig. 1 sind in einem Zylinderkopf 10 in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung vier Zylinderventile, von denen in Fig. 1 nur das Zylinderventil 12 sichtbar ist, angeordnet. Die Zylinderventile werden über hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtungen betätigt, von denen in Fig. 1 nur die hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung 14 gezeigt ist. Zwischen dem Zylinderkopf 10 und den hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen ist ein nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgebildetes Modul 16 zur Begrenzung des Hubes der Ventilbetätigungsvorrichtungen angeordnet, das vier Einrichtungen zur steuerbaren Begrenzung des Hubes der entsprechenden hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen aufweist, die im folgenden als Hubbegrenzungseinrichtung bezeichnet werden.
Da sich die Ausbildung und die Anordnung der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen, der Hubbegrenzungseinrichtungen und der Zylinderventile jeweils entsprechen, wird im folgenden deren Anordnung und Ausbildung nur am Beispiel der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 14, des Zylinderventils 12 und der entsprechenden Hubbegrenzungseinrichtung beschrieben.
In dem Zylinderkopf 10 ist das Zylinderventil 12 mit seinem Ventilschaft 18 in einem entsprechenden Lager des Zylinderkopfs 10 verschiebbar gelagert. Das Ventil ist zwischen einer, in Fig. 1 gezeigten, geschlossenen und einer, in Fig. 2 gezeigten, geöffneten Position hin- und herbewegbar, wobei es unter anderem mittels einer Ventilfeder 20, die bei Öffnung des Zylinderventils 12 zusammengedrückt wird, schließbar ist.
Ein Ventilteller 22 des Zylinderventils 12 liegt in der geschlossenen Position des Zylinderventils 12 an einem Ventilsitz 24 in dem Zylinderkopf 10 dicht an und wird von der Ventilfeder 20 gegen den Ventilsitz 24 gezogen. Zur Betätigung des Zylinderventils 12 ist die hydraulische Ventilbestätigungsvorrichtung 14 vorgesehen, die in den Figuren nur grob schematisch und nur teilweise dargestellt ist.
In einem Gehäuse 26 der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 14 ist ein Stößelgehäuse 28 und darin verschiebbar gelagert ein als Betätigungsglied dienender Stößel 30 angeordnet. Das Stößelgehäuse 28 und der Stößel 30 werden durch eine in das Gehäuse 26 der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 14 eingeschraubte Haltemutter 32 in dem Gehäuse 26 gehalten. Die Haltemutter 32 weist mittig eine Bohrung auf, durch die ein Ende des Stößels 30 geführt ist.
Der in dem Stößelgehäuse 28 geführte Stößel 30 ist mit dem Ventilschaft 18 des Zylinderventils 12 fluchtend ausgerichtet, so dass der Stößel 30 und der Ventilschaft 18 entlang einer Richtung bewegbar sind.
Oberhalb des Stößels 30 befindet sich eine in den Figuren nicht gezeigte Kammer, die an einen Hydraulikkreis angeschlossen ist, so dass ein Fluss von mit Druck beaufschlagter Hydraulikflüssigkeit in die Kammer oberhalb des Stößels 30 und ein Fluss der Hydraulikflüssigkeit aus dieser Kammer zurück in ein Reservoir des Hydraulikkreises durch in den Figuren nicht gezeigte elektrisch schaltbare Steuerventile steuerbar ist. Durch Veränderung des Flüssigkeitsdrucks in der Kammer ist dabei der Stößel 30 bewegbar.
Die Bewegung des Stößels 30 wird über eine Hubbegrenzungseinrichtung des Moduls 16 auf den Ventilschaft 18 des Zylinderventils 12 übertragen.
Das Modul 16 weist für dessen Hubbegrenzungseinrichtungen ein gemeinsames Gehäuse 34 auf, in dem eine gemeinsame Steuerwelle 36 angeordnet ist. Jede der einzelnen Hubbegrenzungseinrichtungen umfasst jeweils einen Anschlagkörper mit einem Dämpfungsring und einer Stange, von denen in Fig. 1 der Anschlagkörper 38, der Dämpfungsring 40 und die Stange 42 gezeigt sind.
Die Stange 42, die als Kopplungsglied wirkt, das die Bewegung des Stößels 30 auf den Ventilschaft 18 überträgt, ist zylindrisch ausgebildet und weist an ihrem dem Stößel 30 zugewandten Ende einen gegenüber dem Umfang der Stange 42 vorspringenden Kopf 44 auf.
Der Anschlagkörper 38 ist in einer Bohrung 46 in dem Gehäuse 34 angeordnet und als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Bohrung 46 entspricht.
Der Innendurchmesser des Anschlagkörpers 38 entspricht gerade dem Außendurchmesser der Stange 42, die so in Bewegungsrichtung des Stößels 30 verschiebbar in dem Anschlagkörper 38 gelagert ist, wobei sie sowohl an den Stößel 30 als auch an den Ventilschaft 18 anstößt.
An einer Seite des Anschlagkörpers 38 ist eine in dessen Längsrichtung verlaufende Zahnung 48 ausgebildet.
In der zu dem Stößel 30 weisenden Stirnfläche des Anschlagkörpers 38 ist der Dämpfungsring 40 angeordnet, dessen Innendurchmesser wiederum dem Außendurchmesser der Stange 42 entspricht.
Die Steuerwelle 36 ist senkrecht zur Ebene der Zeichnung angeordnet, und durch einen Gleichstromstellmotor, der in den Figuren nicht gezeigt ist, drehbar.
Sie weist im Bereich der Anschlagkörper jeweils gleich ausgebildete walzenförmige Abschnitte auf, von denen in den Figuren nur der walzenförmige Abschnitt 50 gezeigt ist. Auf dem Umfang des walzenförmigen Abschnitts 50, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Steuerwelle 36, ist eine Zahnung 52 ausgebildet, die in die Zahnung 48 des Anschlagkörpers 38 eingreift.
Der Anschlagkörper 38 ist mit seinen nicht gezahnten Bereichen an den Innenwänden der Bohrung 46 und mit seiner Zahnung 48 an der Zahnung 52 des walzenförmigen Abschnitts 50 der gemeinsamen Steuerwelle 36 in Bewegungsrichtung des Zylinderventils 12 geführt.
Wird zum Öffnen des Zylinderventils 12 durch Ansteuerung eines entsprechenden Steuerventils der Druck in einer Kammer oberhalb des Stößels 30 erhöht, bewegt sich der Stößel 30 aus einer Ausgangsposition in Richtung des Ventilschafts 18 und bewegt die in dem Anschlagkörper 38 geführte Stange 42 in Richtung des Ventilschafts 18 zu. Während dieser Bewegung wird durch die Stange 42 der Ventilschaft 18 und damit das Zylinderventil 12 gegen die Kraft der Ventilfeder 20 entsprechend in Öffnungsrichtung des Zylinderventils 12 bewegt. Trifft der der Kopf 44 auf den Dämpfungsring 40 und somit den Anschlagkörper 38, so wird die Bewegung von Stößel 30, Stange 42 und Zylinderventil 12 gestoppt. Durch Anschlagen des Kopfs 44 auf dem Dämpfungsring 40 wird somit der Hub der Stange 42 und damit des Stößels 30 wie auch des Zylinderventils 12 auf den in der Figur durch den Buchstaben "A" angedeuteten maximalen Hub begrenzt, der durch die Position des Anschlagskörpers 38 bestimmt ist.
In dieser geöffneten Position wird der Druck in der Kammer für eine vorgegebene Zylinderventilöffnungszeit aufrechterhalten.
Zum Schließen des Zylinderventils 12 wird durch Ansteuerung des Steuerventils der Druck in der Kammer abgesenkt, so dass unter anderem durch die Rückstellkraft der Ventilfeder 20 das Zylinderventil 12 und dadurch die Stange 42 und der Stößel 30 in Richtung der Ausgangsposition bewegt werden.
Der maximale Hub des Stößels 30 bzw. der Stange 42, der durch den Abstand des unter Ausbildung des Kopfs 44 vorspringenden Teils der Stange 42 in der Position bei geschlossenem Zylinderventil 12 und der dem Kopf 44 zugewandten Stirnseite des Dämpfungsrings 40 gegeben ist, ist durch die gemeinsame Steuerwelle 36 verstellbar. Der Gleichstromstellmotor ist dazu mit einer entsprechenden in den Figuren nicht gezeigten Steuerelektronik, mittels derer über entsprechende Stellsignale die Stellung des Gleichstromstellmotors steuerbar ist. Der Gleichstrommotor dreht die gemeinsame Steuerwelle 36 in Abhängigkeit von den Stellsignalen auf eine bestimmte Winkelstellung, wobei über die Zahnung 52 des walzenförmigen Abschnitts 50 der Steuerwelle 36 und die Zahnung 48 des Anschlagkörpers 38 der Anschlagkörper 38 in der Bohrung 46 verschiebbar ist.
Wie bei einem Vergleich der Fig. 1 und 2 erkennbar kann durch Drehung der gemeinsamen Steuerwelle 36 der Anschlagkörper 38 zwischen der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 14 und dem Zylinderventil 12 hin- und herbewegt werden, so dass der maximale Hub einstellbar ist. In Fig. 2, in der das Zylinderventil 12 in einer geöffneten Position gezeigt ist, ist der Anschlagkörper 38 in Richtung der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung 14 bewegt, so dass nun der maximale Hub A' deutlich verringert ist.
Die Stellung der gemeinsamen Steuerwelle 36 und damit der momentane maximale Hub ist über einen entsprechenden, in den Figuren nicht gezeigten Sensor, der mit der Steuerelektronik verbunden ist, erfassbar. Die Steuerelektronik steuert in Abhängigkeit von Vorgaben aus einer Motorsteuerung sowohl die Öffnung der in den Figuren nicht gezeigten elektrisch betätigbaren hydraulischen Steuerventile als auch die Stellung der Anschlagkörper und damit des Zylinderventilhubs.
Insgesamt ist so eine sehr einfache Steuerung des möglichen Hubs des Stößels 30 und damit des Zylinderventils 12 möglich, wobei eine Änderung des Hubs insbesondere auch während des Betriebs möglich ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird keine Stange 42 verwendet. Stattdessen ist der Stößel 30 länger ausgebildet, so dass dieser die Stange 42 ersetzt. Statt des Kopfes 44 der Stange 42 weist der Stößel einen entsprechenden umlaufenden Vorsprung auf. Weiterhin bildet das gemeinsame Gehäuse 34 einen Teil der Gehäuse der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen, so dass sich insgesamt eine einheitliche Baugruppe mit hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen ergibt. Der Hub der darin angeordneten Stößel und damit der entsprechenden Zylinderventile ist dann in einer dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechender Art und Weise steuerbar. Bezugszeichenliste 10 Zylinderkopf
12 Zylinderventil
14 hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung
16 Modul
18 Ventilschaft
20 Ventilfeder
22 Ventilteller
24 Ventilsitz
26 Gehäuse
28 Stößelgehäuse
30 Stößel
32 Haltemutter
34 Gehäuse
36 Steuerwelle
38 Anschlagkörper
40 Dämpfungsring
42 Stange
44 Kopf
46 Bohrung
48 Zahnung
50 walzenförmiger Abschnitt
52 Zahnung

Claims

1. Einrichtung zur steuerbaren Begrenzung des Hubes eines Betätigungsgliedes (30) einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung (14), der zur Betätigung eines Zylinderventils (12) einer Brennkraftmaschine dient, mit
einem bewegbaren Kopplungsglied (42) zur Übertragung einer Bewegung des Betätigungsgliedes (30) auf das Zylinderventil (12),
einem verstellbaren Anschlag (38, 40), mit dem die Bewegung des Kopplungsgliedes (42) und damit dessen Hub entsprechend einer Stellung des Anschlags (38, 40) begrenzbar ist, und
einem Stellglied (36) zur Verstellung des Anschlags (38, 40).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kopplungsglied (42) eine Stange (42) umfasst, die in einem Gehäuse (34) der Einrichtung verschiebbar gelagert ist und einen Vorsprung (44) aufweist, und
dass der verstellbare Anschlag (38, 40) zur Wechselwirkung mit dem Vorsprung (44) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (44) entlang eines Umfangs des Kopplungsgliedes (42) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (38, 40) durch einen entlang einer Führung (46) verstellbaren Anschlagkörper (38) mit einem durchgehenden Kanal gebildet ist, der wenigstens einen Abschnitt des Kopplungsgliedes (42) aufnimmt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (38, 40) ein Dämpfungselement (40) aufweist, mit dem ein Aufprall des Kopplungsgliedes (42) auf den Anschlag (38, 40) abdämpfbar ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellglied (36) eine Welle (36) umfasst, und
dass an der Welle und an dem Anschlag (38, 40) jeweils eine Zahnung (48, 52) ausgebildet ist, wobei die Zahnungen (48, 52) so ineinander greifen, dass der Anschlag (38, 40) durch Drehung der Welle (36) verstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des Stellgliedes (36) und/oder des Anschlags (38, 40) vorgesehen ist.

8. Modul zur Begrenzung des Hubes von Betätigungsgliedern (30) von wenigstens zwei hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen (14), das wenigstens zwei nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete, der Lage der Ventilbetätigungsvorrichtungen (14) entsprechend angeordnete Einrichtungen aufweist, und bei dem ein gemeinsames Stellglied (36) für die Einrichtungen vorgesehen ist, mittels dessen die entsprechenden Anschläge (38, 40) verstellbar sind.

9. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Stellglied (36) über einen Gleichstrommotor angetrieben ist.

10. Modul nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelner Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des gemeinsamen Stellgliedes (36) oder eines der Anschläge (38, 40) vorgesehen ist.

11. Modul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsglieder (42) in einem gemeinsamen Gehäuse (34) gelagert sind.

12. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung zur Betätigung eines Zylinderventils (12) einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulisch bewegbaren Betätigungsglied (30) zur Betätigung des Zylinderventils (12), einem verstellbaren Anschlag, mit dem die Bewegung des Betätigungsgliedes in wenigstens einer Richtung und damit dessen Hub entsprechend einer Stellung des Anschlags begrenzbar ist, und einem Stellglied zur Verstellung des Anschlags.

13. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied als entlang einer Richtung verschiebbar geführter Stößel ausgebildet ist und einen Vorsprung aufweist, und dass der verstellbare Anschlag zur Wechselwirkung mit dem Vorsprung ausgebildet ist.

14. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung entlang eines Umfangs des Betätigungsgliedes ausgebildet ist.

15. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag durch einen entlang einer Führung verstellbaren Anschlagkörper mit einem durchgehenden Kanal gebildet ist, der wenigstens einen Abschnitt des Betätigungsgliedes aufnimmt.

16. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag ein Dämpfungselement aufweist, mit dem ein Aufprall des Betätigungsgliedes auf den Anschlag abdämpfbar ist.

17. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellglied eine Welle ist, und
dass an der Welle und an dem Anschlag jeweils eine Zahnung ausgebildet ist, wobei die Zahnungen so ineinander greifen, dass der Anschlag durch Drehung der Welle verstellbar ist.

18. Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des Stellgliedes und/oder des Anschlags vorgesehen ist.

19. Baugruppe mit wenigstens zwei nach einem der Ansprüche 12 bis 18 ausgebildeten hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen, bei der ein gemeinsames Stellglied für die hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen vorgesehen ist, mittels dessen die Anschläge der hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtungen verstellbar sind.

20. Baugruppe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Stellglied über einen Gleichstrommotor angetrieben ist.

21. Baugruppe nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelner Stellungssensor zur Erfassung einer Stellung des gemeinsamen Stellgliedes oder eines der Anschläge vorgesehen ist.

22. Baugruppe nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen ein gemeinsames Gehäuse oder einen gemeinsamen Gehäuseabschnitt aufweisen.

23. Verfahren zur steuerbaren Begrenzung des Hubs eines Zylinderventils (12), das durch ein Betätigungsglied (30) einer hydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung (14) bewegt wird, bei dem ein Stellsignal gebildet wird, und ein den Hub des Betätigungsgliedes (30) begrenzender Anschlag (38, 40) entsprechend dem Stellsignal verstellt wird.