DE10236817A1

DE10236817A1 - Bremseinrichtung für ein Gaswechselventil einer nockenwellenlosen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10236817A1
Application number: DE10236817A
Authority: DE
Inventors: Andreas Baumann; Friedmar Dresig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-10
Filing date: 2002-08-10
Publication date: 2004-02-26
Also published as: WO2004018846A1

Abstract

Es wird eine Einrichtung vorgeschlagen, mit deren Hilfe Gaswechselventile von 1 von Brennkraftmaschinen, die nockenwellenlos gesteuert werden, vor ihrem Auftreffen auf einem Ventilsitz 2 abgebremst werden können. Dabei wird der Impuls des Gaswechselventils 1 und eines das Gaswechselventil 1 betätigenden Kolbens 5 auf eine Bremsmasse 39 übertragen.

Description

Stand der Technik
Die Steuerung der Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen durch Nockenwellen erlaubt nur in begrenztem Umfang Steuerzeiten und/oder Hub des Gaswechselventils entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einzustellen. Bei elektrohydraulischen Ventilsteuerungen beispielsweise, die ohne Nockenwelle arbeiten, können sowohl der Hub des Gaswechselventils als auch dessen Steuerzeit prinzipiell frei programmiert werden. Dies gilt auch für hydraulische und pneumatische und andere nockenwellenlose Gaswechselventilsteuerungen in gleicher Weiser. Dadurch kann das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, deren spezifischer Kraftstoffverbrauch und deren Emissionen verbessert werden.
Ein Problem, welches sich im Zusammenhang mit nockenwellenlosen Steuerungen von Gaswechselventilen stellt, ist, dass die Gaswechselventile mit einer sehr hohen Geschwindigkeit auf dem Ventilsitz im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine auftreffen. Dies ist unter anderem wegen der damit verbundenen Geräuschentwicklung und des erhöhten Verschleißes unerwünscht.
Bei elektrohydraulischen nockenwellenlosen Steuerungen der Gaswechselventile könnte man das Gaswechselventil vor dem Auftreffen auf dem Ventilsitz hydraulisch abbremsen. Diese Bremseinrichtung hat jedoch den prinzipiellen Nachteil, dass die Bremswirkung stark von der Temperatur des Hydraulikfluids, welches zum Abbremsen des Gaswechselventils eingesetzt wird, abhängt. In der Regel wird man als Hydraulikfluid das Motoröl der Brennkraftmaschine verwenden, welches naturgemäß großen Viskositätsänderungen aufgrund der verschiedenen Motortemperaturen vom Kaltstart bis zum Erreichen der Betriebstemperatur unterliegt. Infolgedessen wäre auch das Abbremsen der Gaswechselventile durch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung stark temperaturabhängig und sehr schwer an alle möglichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine anzupassen.

Bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Bremsmasse, wobei die Bremsmasse in Schließrichtung des Gaswechselventils verschiebbar ist und wobei die Bremsmasse in ihrer Ruhestellung so angeordnet ist, dass das Gaswechselventil mittelbar oder unmittelbar kurz vor Erreichen seines Ventilsitzes auf der Bremsmasse auftrifft, wird das Gaswechselventil durch die Übertragung seines Impulses auf eine Bremsmasse kurz vor Erreichen des Ventilsitzes auf einem sehr kurzen Weg stark abgebremst. Diese Verzögerung des Gaswechselventils ist unabhängig von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und der Viskosität des Motoröls der Brennkraftmaschine. Deshalb wirkt die erfindungsgemäße Bremseinrichtung in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine nahezu gleich und lässt sich somit einfach an verschiedenste Ventilsteuerungen adaptieren.

Außerdem wird durch die Impulsübertragung vom Gaswechselventil auf die Bremsmasse eine extrem hohe Verzögerung des Gaswechselventils erreicht, so dass das Gaswechselventil eine sehr schnelle Schließbewegung machen kann und trotzdem die Geschwindigkeit, mit der das Gaswechselventil auf seinen Ventilsitz auftrifft, sehr gering ist, so dass es zu keinem nennenswerten Verschleiß und nur einer sehr geringen Geräuschbildung beim Auftreffen des Gaswechselventils auf dem Ventilsitz kommt. Die großen Schließgeschwindigkeiten des Gaswechselventils, welche dank der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung möglich werden, erlauben eine weitere Optimierung der Ventilsteuerung hinsichtlich des Emissions- und Verbrauchsverhaltens der Brennkraftmaschine.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Bremsmasse durch eine Feder verzögert und in ihre Ruhestellung gebracht wird und/oder, dass die kinetische Energie der Bremsmasse durch einen Dämpfer abgebaut wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Feder und der Dämpfer auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite der Bremsmasse angeordnet sind, da in diesem Fall die Übertragung des Impulses vom Gaswechselventil auf die Bremsmasse und von der Bremsmasse auf die Feder und den Dämpfer geradlinig und auf direktestem Wege erfolgen.

Die Feder kann als Schraubenfeder oder als Tellerfeder ausgebildet sein, je nach vorhandenem Bauraum sowie den gewünschten Federeigenschaften und der gewünschten Eigendämpfung der Feder.

Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dämpfer als hydraulischer Dämpfer ausgebildet ist, da solche Dämpfer eine sehr hohe Lebensdauer und Leistungsfähigkeit haben. Da die Dämpfung der Bremsmasse unabhängig von der Schließbewegung des Gaswechselventils erfolgt, ist die Änderung der Dämpfungsrate des Dämpfers in Abhängigkeit der Temperatur des Hydraulikfluids, bwz. des Motoröls für die Bewegung des Gaswechselventils unerheblich. Es hat sich in Simulationsrechnungen herausgestellt, dass die Änderung der Dämpfungswirkung durch Temperaturänderungen des zur Dämpfung eingesetzten Hydraulikfluids ohne Einfluss auf die Wirkung der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung und die Bewegung des Gaswechselventils ist.

Eine einfache Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung sieht vor, dass die Bremsmasse als prismatischer Körper, insbesondere als Zylinder, ausgebildet ist und in einer Führungsbohrung in einem Gehäuse, insbesondere dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, geführt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ruhestellung der Bremsmasse durch einen am Gehäuse vorhandenen Anschlag festgelegt wird. Dabei ist die Ruhestellung der Bremsmasse so festzulegen, dass das Gaswechselventil vor dem Auftreffen auf seinem Ventilsitz in Anlage an die Bremsmasse kommt und somit der Impuls des Gaswechselventils auf die Bremsmasse übertragen wird und diese dadurch aus ihrer Ruhestellung bewegt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen nockenwellenlosen Steuerung eines Gaswechselventils,
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung,
3 ein Diagramm, welches die Verzögerung des Gaswechselventils durch die Bremsmasse zeigt, und die
4 und 5 der zeitliche Verlauf der Bewegung der Bremsmasse, deren Geschwindigkeit und deren Beschleunigung bei zwei verschiedenen Randbedingungen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Beispiel einer elektro-hydraulischen Steuerung eines Gaswechselventils 1 als Blockschaltbild dargestellt. Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung für Gaswechselventile kann in die in 1 beschriebene Steuerung eines Gaswechselventils integriert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in solchen Gaswechselventilsteuerungen beschränkt. Sie ist vielmehr in allen Gaswechselventilsteuerungen bei denen das Gaswechselventil nicht durch eine Nockenwelle oder dergleichen, sondern z. B. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, einsetzbar.
Das Gaswechselventil 1 kann sowohl als Einlassventil oder als Auslassventil ausgeführt sein. In der in 1 dargestellten Position liegt das Gaswechselventil 1 auf einem Ventilsitz 2 im Zylinderkopf der nicht dargestellten Brennkraftmaschine auf. Betätigt wird das Gaswechselventil 1 durch einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 3. Der Arbeitszylinder 3 ist als Differentialzylinder mit beidseitiger Kolbenstange 5 ausgebildet. Der Arbeitszylinder 3 weist einen ersten Arbeitsraum 7 und einen zweiten Arbeitsraum 9 auf. Erster Arbeitsraum 7 und zweiter Arbeitsraum 9 werden durch den Kolben 5 voneinander getrennt.
Wenn der erste Arbeitsraum 7 über eine Speiseleitung 11 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt wird, bewegt sich das Gaswechselventil 1 in Richtung des Pfeils 13 und hebt somit vom Ventilsitz 2 ab.
In der Speiseleitung 11 ist ein Steuerventil 15 sowie eine schaltbare Drossel 17 angeordnet. Die Speiseleitung 11 versorgt ebenfalls den zweiten Arbeitsraum 9 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid. Wenn, wie in 1 dargestellt, das Steuerventil 15 geschlossen ist, bewirkt der Druck im zweiten Arbeitsraum 9 des Hydraulikfluids, dass sich das Gaswechselventil 1 entgegen der Pfeilrichtung 13 bewegt und somit geschlossen wird. Das Hydraulikfluid im ersten Arbeitsraum 7 wird über eine Rücklaufleitung 19 und ein Druckhalteventil 21 abgeführt. In der Rücklaufleitung 19 ist ein zweites Steuerventil 23 angeordnet, welches in der 1 geöffnet ist. Der zweite Arbeitsraum 9 ist auch mit einem Druckspeicher 25 verbunden.
Im zweiten Arbeitsraum 9 eine Schließfeder 27 vorgesehen, die das Gaswechselventil bei drucklosem Arbeitszylinder 3 in die Schließstellung bringt.
In der in 1 dargestellten Schaltstellung der Drossel 17, des Steuerventils 15 und des zweiten Steuerventils 23 bewegt sich der Kolben 5 entgegen der Richtung des Pfeils 13 nach oben bzw. wird an den Ventilsitz 2 gepresst. Die dazu erforderliche Kraft wird dadurch bereitgestellt, dass der zweite Arbeitsraum 9 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Speiseleitung 11 versorgt wird. Das erste Steuerventil 15 ist geschlossen und das zweite Steuerventil 23 ist geöffnet, so dass das im ersten Arbeitsraum 7 befindliche Hydraulikfluid über die Rücklaufleitung 19 abfließen kann.
Zum Öffnen des Gaswechselventils 1 wird das zweite Steuerventil 23 geschlossen und das Steuerventil 15 geöffnet. In dieser Schaltstellung öffnet das Gaswechselventil 1, weil eine mit Druck beaufschlagte erste Ringfläche 29 größer ist als eine mit dem gleichen Druck beaufschlagte zweite Ringfläche 31 des Kolbens 5, die zum zweiten Arbeitsraum 9 hin gerichtet ist.
Wenn, wie in 1 dargestellt, die schaltbare Drossel 17 den Strömungswiderstand der Speiseleitung 11 nicht vergrößert, können schnelle Bewegungen des Gaswechselventils 1 realisiert werden. In der in 1 nicht dargestellten Schaltstellung der schaltbaren Drossel 17 wird der Strömungswiderstand in der Speiseleitung 11 erhöht, was eine entsprechende Verlangsamung der Steuerbewegungen des Gaswechselventils 1 mit sich bringt.
Dies ist gewünscht, wenn kleinste Ventilhübe bei kleiner Last realisiert werden sollen. Wenn die schaltbare Drossel 17 nicht vorhanden wäre, ließen sich kleinste Ventilhübe nur durch extrem kurze Schaltzeiten des Steuerventils 15 realisieren, was technisch sehr aufwendig und unverhältnismäßig teuer wäre.
2 zeigt ein hydraulisch betätigtes Gaswechselventil 1 mit einem Arbeitszylinder 3, der im wesentlichen gleich wie der in 1 etwas beschriebene Arbeitszylinder funktioniert. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 umschließt der Kolben 5 das Gaswechselventil 1 und ragt auf der einem Ventilteller 33 abgewandten Seite über den Arbeitszylinder hinaus. Mit seinem dem Ventilteller 33 abgewandten Ende 37 berührt der Kolben 5 eine Bremsmasse 39. Die Bremsmasse ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Zylinderstück ausgeführt, welches in dem Gehäuse 35 geführt ist. An seinem dem Gaswechselventil 1 abgewandten Ende 41 der Bremsmasse sind eine Feder 43 und ein Dämpfer 45, insbesondere ein hydraulischer Dämpfer, angeordnet.
In 2 ist das Gaswechselventil geschlossen dargestellt, d. h. der Ventilteller 33 liegt auf dem Ventilsitz 2 auf. In dieser Stellung des Gaswechselventils hebt das Ende 37 des Kolbens 5 die Bremsmasse von ihrem Anschlag 47 ab. Der Abstand zwischen Anschlag 47 und Bremsmasse 39 ist in 2 durch die Pfeile 49 verdeutlicht. Die Feder 43 hält die Bremsmasse 39 in Anlage an dem Kolben 5.
Wenn das Gaswechselventil 1 durch den Kolben 5 geöffnet wird und es sich in 2 nach unten bewegt, liegt die Bremsmasse 39 auf dem Anschlag 47 auf. Wenn das Gaswechselventil 1 durch den Kolben 5 geschlossen wird, trifft es deshalb, kurz bevor sein Ventilteller 33 auf dem Ventilsitz 2 aufschlägt, auf die Bremsmasse 39. Die Geschwindigkeiten, mit denen das Gaswechselventil 1 auf die Bremsmasse 39 auftrifft, können bis zu 10 m/s betragen. In der Regel wird die Geschwindigkeit, mit der das Gaswechselventil 1 auf der Bremsmasse 39 auftrifft, jedoch kleiner als 5 m/s sein. Beim Auftreffen des Gaswechselventils 1 auf der Bremsmasse 39 wird der Impuls, den das Gaswechselventil 1 sowie der Kolben 5, die ja starr miteinander verbunden sind, enthalten, nahezu vollständig auf die Bremsmasse 39 übertragen. Infolgedessen wird das Gaswechselventil 1 schlagartig, d. h. auf einer Strecke von wenigen zehntel mm, nahezu auf die Geschwindigkeit 0 verzögert, während die Bremsmasse 39 eine extrem hohe Beschleunigung erfährt. Die Auslegung der für das Abbremsen des Gaswechselventils 1 durch Impulsübertragung auf die Bremsmasse 39 relevanten Parameter sollte so vorgenommen werden, dass nach der Impulsübertragung vom Gaswechselventil 1 auf die Bremsmasse 39 die Kombination von Gaswechselventil 1 und Kolben 5 eine Restgeschwindigkeit von beispielsweise weniger als 5m/s hat.
Der verbleibende Schließweg des Gaswechselventils 1, bis dieses auf dem Ventilsitz 2 aufsitzt, wird durch die Gaskräfte innerhalb des Brennraums der nicht dargestellten Brennkraftmaschine und die anstehenden hydraulischen Schließkräfte auf den Kolben überwunden. Damit setzt das Gaswechselventil mit niedriger Geschwindigkeit und sehr sanft auf dem Ventilsitz auf, was die Geräuschentwicklung beim Schließen des Gaswechselventils verringert und die Lebensdauer des Ventiltellers 33 sowie des Ventilsitzes 2 erhöht.
Die Bremsmasse 39 gibt ihren Impuls, den sie von dem Gaswechselventil 1 und dem Kolben 5 übernommen hat, an die Feder 43 und den Dämpfer 45 weiter und wird somit gebremst. Anschließend drückt die Feder 43 die Bremsmasse 39 wieder in Richtung Gaswechselventil 1 und zwar bis an den Anschlag 47. All dies geschieht, während das Gaswechselventil 1 noch geöffnet ist. Somit befindet sich die Bremsmasse 39 in ihrer Ruhestellung, nämlich an ihrem Anschlag 47, bevor das Gaswechselventil wieder geschlossen wird und sich mit hoher Geschwindigkeit auf seinen Ventilsitz 2 zubewegt. Danach beginnt der soeben beschriebene Vorgang der Impulsübertragung vom Gaswechselventil 1 und dem Kolben 5 auf die Bremsmasse 39 erneut.
Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung ermöglicht eine sehr schnelle Verzögerung des Gaswechselventils 1 unmittelbar bevor dieses auf dem Ventilsitz 2 aufliegt. Damit kann eine optimale Steuerung der Gaswechselventile realisiert werden, was insbesondere bei der Frischgasdosierung oder der Restgasdosierung im Brennraum der Brennkraftmaschine sehr vorteilhaft ist. Da die Dissipation der kinetischen Energie des Gaswechselventils 1 und des Kolbens 5 unabhängig von der Schließbewegung des Gaswechselventils 1 in der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung stattfindet, kann die Steuerbewegung des Gaswechselventils 1 den Anforderungen der Brennkraftmaschine entsprechend erfolgen. Die Dissipation der kinetischen Energie von Gaswechselventil 1 und Kolben 5 erfolgt unabhängig davon in der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung, die für genau diese Aufgabe optimiert werden kann.
Wenn die Bremsmasse 39 sich in Richtung des Anschlags 47 bewegt und das Gaswechselventil 1 noch geschlossen ist, trifft die Bremsmasse 39 in der in 2 gezeigten Stellung auf das Gaswechselventil 1. Dabei muss die Geschwindigkeit, mit der die Bremsmasse 39 auf das Gaswechselventil 1 trifft, so gering sein, dass es nicht zu einem Abheben des Ventiltellers 33 vom Ventilsitz 2 kommt. Sobald nun das Gaswechselventil 1 geöffnet wird, bewegt sich die Bremsmasse 39 wieder bis zu ihrem Anschlag 47.
In der 3 ist die Impulsübertragung von dem Gaswechselventil 1 und dem Kolben 5 auf die Bremsmasse in einem Diagramm dargestellt. Dabei ist in der X-Achse die Zeit aufgetragen und auf der Y-Achse der Weg der Bremsmasse 39 sowie des Kolbens 5 und des Gaswechselventils 1. Als Nullpunkt ist die Ruhestellung der Bremsmasse 39 gewählt worden. In der Ruhestellung liegt die Bremsmasse an dem Anschlag 47 an.
Wenn nun das Gaswechselventil 1 und der Kolben 5 auf der Bremsmasse 39 aufschlagen, wird diese beschleunigt und bewegt sich von seiner Ruhestellung weg. Dieser Vorgang ist in 3 durch die Linie 51 dargestellt. Bei der diesem Diagramm zugrunde liegenden Modellbildung wurde angenommen, dass die Bremsmasse 39 nicht gedämpft wird. Deshalb stellt die Linie 51 in der 3 eine gleichförmige Bewegung der Bremsmasse 39 dar. Die Linie 53 zeigt den Weg des Gaswechselventils, nachdem es auf der Bremsmasse 39 aufgetroffen ist.
Die Massenverhältnisse von Gaswechselventil 1, Kolben 5 und Bremsmasse 39 wurden so gewählt, dass sich Kolben 5 und Gaswechselventil 1 nach der Impulsübertragung auf die Bremsmasse 39 nur noch mit einer sehr geringen Geschwindigkeit in Richtung des Ventilsitzes 2 bewegt haben. Wenige zehntel mm nach dem Auftreffen des Gaswechselventils 1 auf der Bremsmasse 39 liegt das Gaswechselventil 1 auf dem Ventilsitz 2 auf. Dieser Vorgang ist in 3 durch die Linie 53 veranschaulicht. Die Welligkeit der Linie 53 wird von Strukturschwingungen des Gaswechselventils 1 in Längsrichtung verursacht, welche durch die Impulsübertragung zwischen Gaswechselventil 1 und Bremsmasse 39 ausgelöst wurden. Durch die Eigendämpfung des Werkstoffs des Gaswechselventils 1 klingen diese Schwingungen jedoch rasch ab.
Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung vermag das Gaswechselventil 1 und den Kolben 5 auf einem Weg von weniger als 0,2 mm nahezu bis zum Stillstand abzubremsen. Die Stoßdauer, d. h. die Zeitspanne, innerhalb derer der Impuls vom Gaswechselventil 1 und dem Kolben 5 auf die Bremsmasse 39 übertragen wird, ist kleiner als 50 μs. Durch eine geeignete Dimensionierung und Gestaltung der Bremsmasse 39 kann die Geschwindigkeit des Gaswechselventils 1 und des Kolbens 5 nach dem Stoß auf nahezu Null gebracht werden.
In 4 ist der zeitliche Verlauf der Auslenkung der Bremsmasse 39 aus ihrer Ruhestellung sowie der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der Bremsmasse 39 dargestellt. In der X-Achse ist die Zeit t in Millisekunden dargestellt. Die erste Y-Achse 55 zeigt die Auslenkung der Bremsmasse 39 in mm an. In der zweiten Y-Achse 57 ist die Geschwindigkeit der Bremsmasse 39 in m/s aufgetragen. Auf der rechten Seite von 4 ist eine dritte Y-Achse 59 dargestellt, welche die Beschleunigung der Bremsmasse 39 in 10³ m/s² aufgetragen ist .
In 4 ist die Auslenkung der Bremsmasse durch die Linie 61 dargestellt. Aus dieser Linie lässt sich ablesen, dass die Bremsmasse 39 maximal um 3,8 mm von ihrem Anschlag 47 abhebt und nach etwa 9 ms wieder in ihrer Ruhestellung in Anlage an dem Anschlag 47 ist.
Der Verlauf der Geschwindigkeit der Bremsmasse 39 ist in 4 durch die Linie 63 dargestellt. Dabei wird deutlich, dass unmittelbar nach dem Auftreffen des Ventils 1 und des Kolbens 5 auf der Bremsmasse 39 diese durch die bereits mehrfach erwähnte Impulsübertragung sehr stark beschleunigt wird und zwar bis auf eine Geschwindigkeit von 6,7 m/s. Danach nimmt die Geschwindigkeit ab. Dort, wo die Bremsmasse 39 ihre Bewegungsrichtung umkehrt, nämlich nach etwa 1,7 ms, hat die Bremsmasse 39 die Geschwindigkeit null und anschließend einen negativen Wert, bis die Bremsmasse 39 wieder in ihrer Ruheposition angelangt ist.
Die Linie 65 stellt die Beschleunigung, welche die Bremsmasse erfährt, dar. Anhand dieser Linie wird deutlich, dass die Beschleunigung unmittelbar während des Stoßvorgangs zwischen Kolben 5 und Gaswechselventil 1 einerseits und Bremsmasse 39 andererseits zu einer extrem hohen Beschleunigung der Bremsmasse 39 von etwa 8000 m/s² führt, und dass diese Beschleunigung dann schnell abnimmt und bereits nach etwa 3 ms auf sehr kleine Werte abgesunken ist. Die Simulationsrechnung, die der 4 zugrunde liegt, wurde mit folgenden Annahmen durchgeführt:
Masse von Gaswechselventil 1 und Kolben 5: 80 g.
Masse der Bremsmasse: 97 g.
Dämpfung des Dämpfers 45: 120 Ns/m beim Entfernen der Bremsmasse 39 vom Anschlag 47 und 10 Ns/m bei der Annäherung der Bremsmasse 39 an den Anschlag 47. Vorspannung der Feder 43: 15 N Federkonstante der Feder 43: 30.000 N/m.
Der Zeitraum von 9 ms, innerhalb derer die Bremsmasse wieder in ihre Ruheposition zurückgeht, ist so kurz, dass bei einem Ventilruhewinkel des Gaswechselventils 1 von 440 ° Kurbelwelle Drehzahlen größer 7.000/min möglich sind. Dies ist für Großserienanwendungen von Brennkraftmaschinen ohne Weiteres ausreichend. Allerdings kann bei Bedarf die Maximaldrehzahl noch deutlich angehoben werden.
In 5 sind die gleichen Linien 61, 63 und 65 aufgetragen. Auch die Y-Achsen 55, 57 und 59 sind gleich. Allerdings trifft bei dem Diagramm gemäß 5 das Gaswechselventil 1 und der Kolben 5 mit einer deutlich niedrigeren Geschwindigkeit auf die Bremsmasse 39. Infolgedessen erreicht die Bremsmasse 39 lediglich eine Maximalgeschwindigkeit von etwa 4 m/s und die Auslenkung beträgt nur 2,3 mm. Die maximale Beschleunigung beträgt auch nur noch etwa 5.000 m/s².
Andere Simulationsrechnungen, die mit anderen Bremsmassen 39, anderen Federraten und anderen Dämpfungsraten durchgeführt wurden, haben ergeben, dass die erfindungsgemäße Bremseinrichtung innerhalb sehr weiter Grenzen an die Erfordernisse der Brennkraftmaschine, insbesondere des Gaswechselventils 1 und des Kolbens 5 sowie der Ventilruhezeiten des Gaswechselventils 1, während derer das Gaswechselventil 1 am Ventilsitz 2 anliegt, angepasst werden. Auch die Geometrie der Stoßflächen an Gaswechselventil 1 und Bremsmasse 39 (Größe und Form, z. B, konvex gekrümmt) hat erheblichen Einfluß auf die Impulsübertragung und kann zur Optimierung der Impulsübertragung und Adaption des Systems an verschiedene Ventilsteuerungen genutzt werden. Somit ist die erfindungsgemäße Bremseinrichtung für nahezu jede Brennkraftmaschine, deren Gaswechselventile voll variabel und nockenwellenlos gesteuert werden, einsetzbar.

Claims

Bremseinrichtung für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Bremsmasse (39), wobei die Bremsmasse (39) in Schließrichtung des Gaswechselventils (1) verschiebbar ist, wobei die Bremsmasse (39) in ihrer Ruhestellung so angeordnet ist, dass das Gaswechselventil (1) mittelbar oder unmittelbar kurz vor Erreichen seines Ventilsitzes (2) auf der Bremsmasse (39) auftrifft.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmasse (39) durch eine Feder (34) verzögert und in ihre Ruhestellung gebracht wird.
Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kinetische Energie der Bremsmasse (39) durch einen Dämpfer (45) abgebaut wird.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (43) und der Dämpfer (45) auf der dem Gaswechselventil (1) angewandten Seite (41) der Bremsmasse (39) angeordnet sind.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (43) und der Dämpfer (45) in der Bewegungsrichtung der Bremsmasse (39) angeordnet sind.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (43) als Schraubenfeder oder Tellerfeder ausgebildet ist.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (45) als hydraulischer Dämpfer ausgebildet ist.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmasse (39) als prismatischer Körper ausgebildet ist und in einer Führungsbohrung in einem Gehäuse (35) geführt wird.
Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruhestellung der Bremsmasse (39) durch einen am Gehäuse (35) vorhandenen Anschlag (47) festgelegt wird.