DE10224038A1 - Hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem Nocken (2) kontaktierten Geberkolben (3), einem auf ein Gaswechselventil (4) einwirkenden Nehmerkolben (5), einer zwischen Geber- und Nehmerkolben (3, 5) positionierten Druckkammer (6) änderbaren Volumens, welche von einem Pfad (7) zur Zu- und wahlweisen Ableitung des Hydraulikmittels geschnitten ist, der von einem Schaltmittel (8) wie einem Elektromagneten zur Beeinflussung des Drucks an Hydraulikmittel beaufschlagt ist, wobei von dem Pfad (7) ein Nebenpfad (9) zu einem Druckspeicher (10) abzweigt, welcher Druckspeicher (10) einen in Fließrichtung zum Pfad (7) durch ein Federmittel (11) beaufschlagten Kolben (12) besitzt, wobei der Pfad (7) mit einem Hydraulikmittelspeicher (13) verbunden ist, der aus einem topfähnlichen Element (14) mit einem an dessen dem Pfad (7) zugewandten Boden (15) angeordneten Rückschlagventil (16) besteht, welches sich in Richtung zum Pfad (7) öffnet und in Fließrichtung zu einem von einer Wand (17) des Elements (14) umfassten Innenraum (18) schließt, wobei, ausgehend von einer Pfadseite (19) des Elements (14), radial zwischen der Wand (17) und einer Führung (20) für das Element (14) ein gewollter Durchlaß (21) wie ein Leckspalt zur Zuleitung des Hydraulikmittels vom Pfad (7) zur Akkumulation in dem Innenraum (18) gebildet ist. DOLLAR A Aufgrund dieser Ausbildung ist ein Ventiltrieb (1) geschaffen, bei dem ein Ansaugen von Luft in ...

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten, variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem Nocken kontaktierten Geberkolben, einem auf ein Gaswechselventil einwirkenden Nehmerkolben, einer zwischen Geber- und Nehmerkolben positionierten Druckkammer änderbaren Volumens, welche von einem Pfad zur Zu- und wahlweisen Ableitung des Hydraulikmittels geschnitten ist, der von einem Schaltmittel wie einem Elektromagneten zur Beeinflussung Drucks an Hydraulikmittel beaufschlagt ist, wobei von dem Pfad ein Nebenpfad zu einem Druckspeicher abzweigt, welcher Druckspeicher einen in Fließrichtung zum Pfad durch ein Federmittel beaufschlagten Kolben besitzt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein derartiger Ventiltrieb geht aus der als gattungsbildend betrachteten EP 0 803 642 hervor. Dessen Druckspeicher ist hier senkrecht in einen Träger für den Ventiltrieb auf der Brennkraftmaschine eingebaut. Wie hinreichend bekannt, wird bei derartigen Ventiltrieben zur Erreichung von Teil- oder Nullhüben während einer Hubphase des entsprechenden Nockens Hydraulikmittel aus der Druckkammer durch ein geöffnetes elektromagnetisches Schaltmittel abgeleitet. Ein Druckspeicher nimmt dieses Hydraulikmittel größtenteils auf und gibt es der Druckkammer bei deren Vergrößerung wieder zurück.
  • Insbesondere nachdem die Brennkraftmaschine abgestellt wurde ist bei Wiederbefeuerung festzustellen, dass der Kolben des Druckspeichers aufgrund der Kraft des diesen beaufschlagenden Federmittels und wegen der nicht zu vermeidenden Leckagen an Hydraulikmittel bis an seinen unteren Anschlag absinkt. Einige der Nocken der Brennkraftmaschine stehen dabei in Hubposition. Dies bedeutet, dass der Geberkolben relativ weit in die Druckkammer verfahren ist, wobei das entsprechende Gaswechselventil geschlossen bleibt. Bei einer ersten Umdrehung des entsprechenden Nockens folgt der anliegende Geberkolben diesem in den Grundkreis hinein. Hierdurch vergrößert sich das Volumen der Druckkammer und es besteht Gefahr, dass Luft bzw. Luft-Öl- Schaum in die Druckkammer angesaugt wird, da der Druckspeicher quasi leer ist und gleichzeitig eine Hydraulikmittelpumpe noch nicht bzw. in noch nicht ausreichender Quantität Hydraulikmittel fördert. Somit kann es zu einer massiven Funktionsstörung am Ventiltrieb kommen.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile beseitigt sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Pfad mit einem Hydraulikmittelspeicher verbunden ist, der aus einem topfähnlichen Element mit einem an dessen dem Pfad zugewandten Boden angeordneten Rückschlagventil besteht, welches sich in Richtung zum Pfad öffnet und in Fließrichtung zu einem von einer Wand des Elements umfassten Innenraum schließt, wobei, ausgehend von einer Pfadseite des Elements, radial zwischen der Wand und einer Führung für das Element, ein gewollter Durchlaß wie ein Leckspalt zur Zuleitung des Hydraulikmittels vom Pfad zur Akkumulation in dem Innenraum gebildet ist.
  • Somit sind die eingangs beschriebenen Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt, da ein auslaufsicherer Hydraulikmittelspeicher zur Verfügung steht, der, nachdem die Brennkraftmaschine abgestellt und wieder befeuert wurde, sofort eine ausreichende Quantität an Hydraulikmittel garantiert. Hierdurch ist die Druckkammer des Ventiltriebs von der ersten Nockenumdrehung an komplett mit Hydraulikmittel versorgt und es wird keine Luft angesaugt. Wie gesagt tritt dieses Problem im Stand der Technik insbesondere bei den Ventilen auf, deren Nocken und somit Geberkolben auf Hub stehen.
  • Denkbar und vorgesehen ist es zwar, dass der Druck- und Hydraulikmittelspeicher separate Einheiten bilden. Insbesondere ist es jedoch vorgesehen, beide als eine Baueinheit auszubilden. Vorteilhafterweise wird diese Baueinheit so nah wie möglich an der Druckkammer positioniert.
  • Selbstverständlich ist vom Schutzbereich der Erfindung auch ein Ventiltrieb eingeschlossen, bei welchem zumindest eines der im Hauptanspruch genannten Glieder mehrfach vorhanden ist.
  • Anstelle des Leckspalts zur Zuleitung des Hydraulikmittels in den Innenraum des Elements erschließen sich dem Fachmann noch weitere Durchlässe wie Bypässe, Leitungen, Bohrungen, Kanäle etc.
  • Selbstverständlich gestaltet der Fachmann den Innenraum des Elements so groß, dass unter allen Umständen ein Nachsaugen von Luft in die Druckkammer verhindert wird. Vorgeschlagen ist, das Speichervolumen mindestens 1,2- fach so groß wie das Volumen zu gestalten, das bei einer Hubbewegung des Geberkolbens verdrängt wird. Ggf. sind auch deutlich größere Volumina denkbar.
  • Ebenfalls besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kolben des Druckspeichers und das Element des Hydraulikmittelspeichers "hintereinander geschaltet" innerhalb einer Führung verlaufen. Als Führung ist somit das Gehäuse anzusehen, was im Stand der Technik lediglich den Kolben des Druckspeichers aufnimmt.
  • Als Druckfeder für das Federmittel wird vorteilhafterweise eine Schraubenfeder o. ä. angewendet, wobei auch weitere druckausübende Mittel vorgesehen sein können.
  • Der in Fortbildung der Erfindung ausgeführte tassenförmige Körper für die Führung kann beispielsweise aus einem dünnwandigen, tiefgezogenen Blechwerkstoff bestehen. Ggf. ist auch eine spanende Bearbeitung denkbar. Vorgesehen ist es einerseits, die Führung für das gemeinsame Bauteil wie gesagt aus einem separaten und über einen Träger des Ventiltriebs hinausstehenden Bauteil auszubilden. Denkbar und vorgesehen ist es jedoch gleichermaßen, die Führung durch eine Aufnahme des Trägers selbst zu bilden. Dies verringert ggf. den Bauteileaufwand.
  • Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung besteht das Rückschlagventil an einer Unterseite des Kolbens/Bodens lediglich aus einer Kugel, welche in Öffnetrichtung durch ein Federkäppchen o. ä. gehalten ist. Somit wird keine Druckfeder vorgeschlagen, welche die Kugel als Schließkörper am Durchlaß des Kolbens bzw. Bodens bei Druckgleichheit fixiert.
  • Da es jedoch bei bestimmen konstruktiven Ausbildungen zum Auslaufen des Gesamtsystems bei Stillstand der Brennkraftmaschine kommen kann, kann es auch vorteilhaft sein, bei Druckgleichheit den Innenraum des Elements an einem Auslaufen zu hindern. Somit kann auch der Schließkörper federbelastet sein.
  • Anstelle des Kugelventils können auch andere Ventilarten wie Plattenventile etc. Verwendung finden. Sofern das Kugelventil nicht federbelastet wird, ist klar, dass beim geringsten pfadseitigen Unterdruck die Kugel sofort einen ausreichenden Querschnitt am Durchlaß freigibt und somit die notwendige Menge an Hydraulikmittel aus dem Innenraum in die Druckkammer fließen kann.
  • Bei Verwendung des Federmittels für den Schließkörper ist es vorgesehen, dass dieser bei einem pfadseitigen Unterdruck von etwa 0,01 bis 0,5 bar öffnet. Somit ist zwar einerseits das vorgenannte Auslaufen verhindert aber andererseits ein ausreichend schnelles Öffnen garantiert.
  • Selbstverständlich muss die Baueinheit nicht parallel zur Lotrechten angeordnet sein. Denkbar ist auch ein Schräg-, Flach- oder Überkopfeinbau der vorgenannten Einheit. Ggf. müssen geeignete Entlüftungsleitungen am System angeordnet werden, um ein unerwünschtes Anhäufen von Luft im Speicher zu verhindern.
  • Aufgrund des Austritts für Hydraulikmittel im Boden der Führung wird garantiert, dass im befüllten Zustand des Innenraums überschüssiges Hydraulikmittel, welches ständig aufgrund der Förderung der Hydraulikmittelpumpe und der dem System immanenten Leckagen anfällt, abgeführt wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht des variablen Ventiltriebs und
  • Fig. 2, 3 den Druckspeicher, welcher erfindungsgemäß aus einer Baueinheit mit dem Hydraulikmittelspeicher hergestellt ist.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Fig. 1 offenbart einen hydraulisch betätigten, variablen Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine. Dieser hat einen von einem Nocken 2 beaufschlagter Geberkolben 3, dem in Hubrichtung eine Druckkammer 6 änderbaren Volumens nachgeordnet ist. Die Druckkammer 6 ist von einem Pfad 7 zur Zu- und wahlweisen Ableitung des Hydraulikmittels geschnitten. Auf der Ventilseite ist ein Nehmerkolben 5 angeordnet, der unmittelbar auf das Gaswechselventil 4 im Hubsinn einwirkt. Mit dem Pfad 7 kommuniziert ein nicht näher zu erläuterndes, elektromagnetisches Schaltmittel 8, über das Hydraulikmittel aus der Druckkammer 6 abgeleitet werden kann.
  • Des weiteren zeigt Fig. 1, dass von dem Pfad 7 ein Nebenpfad 9 abzweigt. Dieser führt zu einem Kolben 12, welcher in Fließrichtung zum Pfad 7 durch ein Federmittel 11 beaufschlagt ist. In diesem Druckspeicher 10 wird, wie beschreibungseinleitend schon dargelegt, das Hydraulikmittel aufgenommen, welches bei geöffnetem Schaltmittel 8 zur Erzielung von Teil- oder Nullhub am Gaswechselventil 4 aus der Druckkammer 6 strömt und bei Aufwärtsbewegung des Geberkolbens 3 wieder zurückgegeben wird.
  • Der am rechten unteren Bildrand der Fig. 1 ersichtliche Pfeil steht für eine Zuleitung an Hydraulikmittel, ausgehend von einer Hydraulikmittelpumpe.
  • Erfindungsgemäß ist dem Pfad 7 ein Hydraulikmittelspeicher 13 zugeordnet, welcher aus den Fig. 2, 3 näher hervorgeht. Dieser bildet mit dem Druckspeicher 10 eine Baueinheit und ist über lediglich den einen Nebenpfad 9 versorgt. Vorteilhafterweise ist die gesamte Baueinheit so nah wie möglich an der Druckkammer 6 positioniert. Der aus Fig. 1 ersichtliche Kolben 12 des Druckspeichers 10 und das Element 14 mit der Speicherfunktion sind, wie die Fig. 2, 3 zeigen, innerhalb einer dünnwandigen Führung 20 mit einem pfadfernen Boden 24 positioniert. Das Bauteil 10, 14 besteht somit aus einem am Boden 15 angeordneten Rückschlagventil 16 mit einem als Kugel ausgebildeten Schließkörper 30, welcher in Richtung zum Pfad 7 durch lediglich ein Federkäppchen 32 gehalten ist. Dabei liegt der Schließkörper 30 bei Überdruck an der Pfadseite 19 an einem Durchlaß 33 des Bodens 15 an und verschließt diesen somit.
  • Radial zwischen einer Wand 17 des Elements 14 und der Führung 20 ist ein hier als Leckspalt ausgebildeter Durchlaß 21 zur Zuleitung von Hydraulikmittel vom Pfad 7 über den Nebenpfad 9 in den Innenraum 18 gebildet. Gleichzeitig hat die Führung 20 im Bereich ihres Bodens 24 wenigstens einen Austritt 34 für überschüssiges Hydraulikmittel.
  • Des weiteren ist im Bereich des Bodens 24 ein Anschlag 28 für eine Stirnseite 29 des Kolbens 12 geschaffen. Dieser liegt somit an der dem Pfad 7 abgewandten Seite 22. An der Pfadseite 19 hingegen findet das Bauteil 10, 14 einen Anschlag 27. Dieser ist hier als Sicherungsring ausgebildet.
  • Wie der Fachmann sich den Fig. 2, 3 entnehmen kann, ist die Führung 20 im Bereich der Pfadseite 19 abschnittsweise in einer Bohrung 25 eines Trägers 26 des Ventiltriebs 1 aufgenommen. Denkbar ist jedoch auch eine in den Träger 26 vollkommen oder zumindest größtenteils integrierte Lösung.
  • Im Inneren des Bauteils 10, 14 verläuft die Druckfeder 11. Diese stützt sich pfadseitig am Boden 15 ab und wirkt an der dem Pfad 7 abgewandten Seite 22 gegen eine Abstützung 23. Fig. 2 zeigt das Bauteil 10, 14 in seinem abgesunkenen Zustand, so wie er nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erreicht wird. Zu erkennen ist, dass der Schließkörper 30 geöffnet ist, da zumindest Druckgleichheit zwischen der Pfadseite und dem Innenraum 18 herrscht.
  • Fig. 3 offenbart das Bauteil 10, 14 während des regulären Betriebs des Ventiltriebs 1 bzw. unmittelbar nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine. Dabei hat der unterhalb vom Boden 15 liegende Raum eine Hydraulikmittelmenge aufgenommen, welche beispielsweise aus der Druckkammer 6 verdrängt wurde. Der Schließkörper 30 des Rückschlagventils 16 ist aufgrund des Hochdrucks in dem vorgenannten Raum geschlossen. Eine geringfügige Hydraulikmittelmenge wird dabei stets über den als Leckspalt ausgebildeten Durchlaß 21 in den Innenraum 18 gefördert. Überschüssiges Hydraulikmittel gelangt, wie genannt, über den Austritt 34 in ein Reservoir bzw. zumindest mittelbar ins Freie. Gleichzeitig kann aufgrund des geodätisch hochliegenden Austritts 34 ggf. vorhandene Luft abgeleitet werden.
  • Ist die Brennkraftmaschine abgestellt und der in Fig. 1 gezeigte Nocken 2 steht auf Hub, wobei dann der Geberkolben 3 axial weitestgehend in die Druckkammer 6 ragt, ist das ursprünglich aus der Druckkammer 6 in den Druckspeicher 10 geleitete Hydraulikmittel nach und nach durch Leckagen und über die Kraft des Federmittels 11 verdrängt. Somit steht normalerweise, wie schon mehrfach genannt, diese Hydraulikmittelmenge nicht mehr bei einer Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine zum sofortigen Befüllen der Druckkammer 6 bei der nach oben gerichteten Bewegung des Geberkolbens 3 zur Verfügung. Da jedoch die notwendige Hydraulikmittelmenge im Innenraum 18 akkumuliert wurde, wird diese sofort mit der beginnenden Aufwärtsbewegung des Geberkolbens 3 über das ausreichend geöffnete Rückschlagventil 16, den Nebenpfad 9 und den Pfad 7 in die Druckkammer 6 geleitet. Somit ist mit diesen einfachen Mitteln wirkungsvoll ein Ansaugen von Luft in die Druckkammer 6 nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine verhindert. Der Ventiltrieb und somit die Brennkraftmaschine läuft von Anfang an störungsfrei. Liste der Bezugszahlen 1 Ventiltrieb
    2 Nocken
    3 Geberkolben
    4 Gaswechselventil
    5 Nehmerkolben
    6 Druckkammer
    7 Pfad
    8 Schaltmittel
    9 Nebenpfad
    10 Druckspeicher
    11 Federmittel
    12 Kolben
    13 Hydraulikmittelspeicher
    14 Element
    15 Boden
    16 Rückschlagventil
    17 Wand
    18 Innenraum
    19 Pfadseite
    20 Führung
    21 Durchlaß
    22 Seite
    23 Abstützung
    24 Boden
    25 Bohrung
    26 Träger
    27 Anschlag
    28 Anschlag
    29 Stirnseite
    30 Schließkörper
    31 Unterseite
    32 Federkäppchen
    33 Durchlaß
    34 Austritt

Claims (11)

1. Hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem Nocken (2) kontaktierten Geberkolben (3), einem auf ein Gaswechselventil (4) einwirkenden Nehmerkolben (5), einer zwischen Geber- und Nehmerkolben (3, 5) positionierten Druckkammer (6) änderbaren Volumens, welche von einem Pfad (7) zur Zu- und wahlweisen Ableitung des Hydraulikmittels geschnitten ist, der von einem Schaltmittel (8) wie einem Elektromagneten zur Beeinflussung Drucks an Hydraulikmittel beaufschlagt ist, wobei von dem Pfad (7) ein Nebenpfad (9) zu einem Druckspeicher (10) abzweigt, welcher Druckspeicher (10) einen in Fließrichtung zum Pfad (7) durch ein Federmittel (11) beaufschlagten Kolben (12) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfad (7) mit einem Hydraulikmittelspeicher (13) verbunden ist, der aus einem topfähnlichen Element (14) mit einem an dessen dem Pfad (7) zugewandten Boden (15) angeordneten Rückschlagventil (16) besteht, welches sich in Richtung zum Pfad (7) öffnet und in Fließrichtung zu einem von einer Wand (17) des Elements (14) umfaßten Innenraum (18) schließt, wobei, ausgehend von einer Pfadseite (19) des Elements (14), radial zwischen der Wand (17) und einer Führung (20) für das Element (14), ein gewollter Durchlaß (21) wie ein Leckspalt zur Zuleitung des Hydraulikmittels vom Pfad (7) zur Akkumulation in dem Innenraum (18) gebildet ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck- und Hydraulikmittelspeicher (10, 13) eine Baueinheit mit lediglich einem Nebenpfad (9) bilden.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) des Druckspeichers (10) und das Element (14) des Hydraulikmittelspeichers (13) durch ein Bauteil gebildet sind, wobei in dem Inneren (18) des Bauteils (10, 14) das als zumindest eine Druckfeder ausgebildete Federmittel (11) verläuft, welches pfadseitig gegen den Kolben (12)/Boden (15) wirkt und an einer dem Pfad (7) abgewandten Seite (22) an einer Abstützung (23) anliegt.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (20) für das Bauteil (12, 14) aus einem tassenähnlichen Körper besteht, dessen Boden (24) an der dem Pfad (7) abgewandten Seite (22) positioniert ist, wobei die Führung (20) pfadseitig zumindest abschnittsweise in einer Bohrung (25) eines Trägers (26) für den Ventiltrieb (1) auf der Brennkraftmaschine eingebaut ist.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (20) an deren Pfadseite (19) einen Anschlag (27) wie einen Sicherungsring als Wegbegrenzung für das Bauteil (12, 14) hat, wobei auf der dem Pfad (7) abgewandten Seite (22) wahlweise ein weiterer Anschlag (28) für eine Stirnseite (29) des Bauteils (12, 14) gebildet ist, welcher im Bereich des Bodens (24) der Führung (20) verläuft.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine unmittelbare Führung (20) für das Bauteil (12, 14) durch eine zumindest überwiegend in einem Träger (26) für den Ventiltrieb (1) angeordnete Bohrung gebildet ist.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließkörper (30) des Rückschlagventils (16) an einer Unterseite (31) des Kolbens (12)/Bodens (15) angeordnet und lediglich durch ein Federkäppchen (32) vor einem Durchlaß (33) zum Innenraum (18) fixiert ist.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließkörper (30) des Rückschlagventils (16) an einer Unterseite (31) des Kolbens (12)/Bodens (15) angeordnet und durch eine Druckfeder an einen Durchlaß (33) zum Innenraum (18) gedrückt ist.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (16) bei einem pfadseitigen Unterdruck von 0,01-0,5 bar öffnet.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (24) der Führung (20) zumindest einen Austritt (34) für Hydraulikmittel hat.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (18) ein Volumen an Hydraulikmittel einschließbar ist, daß zumindest dem 1,2-fachen des bei einer Hubbewegung des Geberkolbens (3) verdrängten Volumens entspricht.
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