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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen variablen, hydraulischen Ventiltrieb, mit
einer von einem Nocken angetriebenen Gebereinheit, die über einen
Druckraum in Strömungsverbindung
mit einer ein Einlassventil betätigenden
Nehmereinheit steht, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Hintergrund
der Erfindung
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Otto-Motoren
arbeiten überwiegend
mit quantitativer Laststeuerung, d.h., mit lastabhängiger Änderung
der Gemischmenge. Diese wird durch unterschiedliche Drosselung des
Gemischstroms variiert. Dazu dient in der Regel eine in der Ansaugleitung
angeordnete Drosselklappe.
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Ein
Nachteil der Drosselregelung ist der Drosselverlust, der mit abnehmendem
Drosselquerschnitt, d. h. mit sinkender Last ansteigt. Dieser Verlust
kann durch eine drosselfreie Laststeuerung vermieden werden.
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Dazu
wird die Drosselklappe mit ihrem variierbaren Drosselquerschnitt
ersetzt durch Einlassventile mit variablem Hub und entsprechend
gesteuertem Zeitquerschnitt. Ein großer Ventilhub entspricht einer
hohen, ein kleiner einer niedrigen Last.
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Es
sind rein mechanische oder rein elektrische variable Ventiltriebe
und mechanisch angetriebene mit hydraulischer Kraftübertragung
bekannt. Letztere zeichnen sich durch geringen Bauaufwand und geringen
Platzbedarf aus.
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In
der
EP 09 392 05 A1 ist
ein variabler, hydraulischer Ventiltrieb beschrieben, mit einer
von einem Nocken angetriebenen Gebereinheit, die über einen
Druckraum in Strömungsverbindung
mit einer Nehmereinheit steht, die ein Einlassventil betätigt, wobei
die Nehmereinheit ein Gehäuse
mit einer Sacklochbohrung und diese einen Boden mit einer koaxialen,
zum Druckraum führenden
Bohrung geringeren Durchmessers aufweist, wobei ein in der Sacklochbohrung
geführter
mit dem Einlassventil in Druckkontakt stehender Nehmerkolben einen
zylindrischen Bremskopf besitzt, der in der Schließphase des
Einlassventils in die Bohrung eintaucht und dadurch einen Ringraum
oberhalb einer Kreisringfläche des
Nehmerkolbens bis auf gezielte Drosselquerschnitte schließt, durch
die Hydraulikflüssigkeit bremskrafterzeugend
in den Druckraum gelangt und wobei der Ringraum zu Beginn der Öffnungsphase des
Einlassventils über
ein sich zum Ringraum hin öffnendes,
im Nehmerkolben angeordnetes Druckventil mit dem Druckraum in Strömungsverbindung steht.
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Die
Ventilhubregelung erfolgt bei dieser Lösung durch Variation des Volumens
der Hydraulikflüssigkeit
im Druckraum. Dadurch entfällt
beim Schließvorgang
des Einlassventils dessen Zwangsführung durch den Nocken, der
ein sanftes Aufsetzen auf dem Ventilsitz und damit einen verschleiß- und geräuscharmen
Ventiltrieb bewirkt.
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Der
unkontrollierte Schließvorgang
des Einlassventils erfordert ein Abbremsen desselben vor dessen
Auftreffen auf dem Ventilsitz. Das Abbremsen wird durch den Bremskopf
erreicht, der kurz vor dem Schließen des Einlassventils mit
geringem Spiel in die Bohrung des Bodens eintaucht. Dadurch wird
die Hydraulikflüssigkeit
des Ringraums über
einen entsprechend engen Spalt zwischen Bremskopf und Bohrung unter
Arbeitsleistung in den Druckraum verdrängt, wodurch die gewünschte Abbremsung
des Einlassventils erzielt wird.
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Umgekehrt
strömt
die Hydraulikflüssigkeit
zu Beginn der Öffnungsphase
mit relativ geringem Strömungswiderstand
durch das Druckventil und später mit
noch geringerem Strömungswiderstand
durch die Bohrung von dem Druckraum zu dem Ringraum.
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Die
obige Lösung
hat aufgrund des Drosselspalts, den die Hydraulikflüssigkeit
durchströmen muss,
den Nachteil, dass die Bremswirkung des Bremskopfs in starkem Masse
von der Viskosität
der Hydraulikflüssigkeit
abhängt.
Diese ist temperaturabhängig,
so dass mit sinkender Temperatur die Viskosität von Flüssigkeiten wie Motorenöl, das bei
hydraulischen Ventiltrieben zum Einsatz kommt, steigt. Damit nimmt
die Viskosereibung zu und das Öl
fließt langsamer.
Das führt
zur Veränderung
des Systemverhaltens bis hin zu erheblichen Funktionsstörungen des
Ventiltriebs. So kann zum Beispiel die Bremszeit des Einlassventils
verlängert
werden, da das zähe
Motoröl
nicht schnell genug aus dem Ringraum über den Drosselspalt in den
Druckraum gelangt. Dadurch verzögert
sich das Schließen
des Einlassventils in unzulässiger
Weise.
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Um
diese Nachteile zu beseitigen, ist in obiger Lösung ein temperaturabhängig gesteuerter
Bypass zum Entlasten des Ringraumes vorgesehen. Hierbei handelt
es sich jedoch um eine aufwändige Maßnahme.
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Aufgabe der
Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbremsvorrichtung
für das
Einlassventil eines variablen, hydraulischen Ventiltriebs zu schaffen, deren
korrekte und temperaturunabhängige
Funktion ohne zusätzlichen
Bauaufwand sichergestellt ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1.
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Die
Lösung
beruht auf der weitgehenden Temperaturunabhängigkeit der Fließgeschwindigkeit von
Flüssigkeiten
durch Blenden, verglichen mit der von Drosseln. Daraus folgt, dass
die Länge
der Bremskopfführung
weitestmöglich
reduziert werden muss, um die viskose Reibung zu minimieren.
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Dazu
dient eine scharfkantige Ringblende mit geringstmöglicher
axialer Erstreckung, die sich am bodenseitigen Ende der Bohrung
befindet und die zusammen mit dem Bremskopf einen engen Ringspalt
konstanter und geringer Länge
bildet.
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Die
geringe axiale Erstreckung der Ringblende bietet auch Fertigungsvorteile,
da das eng tolerierte Spaltmaß auf
den Bereich der schmalen Ringblende beschränkt ist, während die Bohrung relativ grob toleriert
werden kann.
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Zusätzlich zur
Ringblende mit einem von der Stellung des Nehmerkolbens unabhängigen Querschnitt
sind die beiden rechteckigen Blenden vorgesehen, deren Querschnitt
von der Eintauchtiefe des Bremskopfs in die Bohrung abhängt. Dadurch
steigt der Druck in dem Ringraum bis zum vollständigen Abdecken der rechteckigen
Blenden in der Nähe
des Endes des Ventilhubs an und bewirkt so den gewünschten
steigenden Bremseffekt.
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Es
hat sich als vorteilhaft für
einen sanften Bremsvorgang herausgestellt, dass der Schlitz eine Tiefe
von vorzugsweise der halben Höhe
des Bremskopfs und eine Breite eines Drittels der Tiefe des Schlitzes
aufweist.
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Eine
besonders haltbare Lösung
wird dadurch erreicht, dass die Ringblende als vorzugsweise stählerne Scheibe
ausgebildet ist, die am Boden des Sacklochs anliegt und mit dem
Sackloch beispielsweise durch Presssitz verbunden ist. Da der Werkstoff
der Ringblende frei wählbar
ist, kann die Verschleißfestigkeit
als Auswahlkriterium besonders berücksichtigt werden.
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Es
ist auch denkbar die Ringblende als Einsteckelement für den Zylinderkopf
oder das Gehäuse des
Nehmerelements zu gestalten. Daraus können sich Vorteile bezüglich Montage
(besserer Halt, genauere Positionierung) und Fertigung ergeben.
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Die
einteilige Ausbildung von Ringblende und Gehäuse bietet den Vorteil, dass
keine zusätzlichen
Bauteile erforderlich sind. Die rechteckige Form der Ringblende
ist einfach zu fertigen, während
die keilförmige
Vorteile bezüglich
Festigkeit und Strömungsverhalten
bietet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
und den Zeichnungen, auf denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt ist.
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Es
zeigen:
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1 Einen
Längsschnitt
durch einen Teil einer Nehmereinheit mit einer Ringblende;
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2 Eine
Draufsicht auf die Nehmereinheit von 1;
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3 Einen
Längsschnitt
durch eine konstruktive Variante von 1;
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4 Eine
Draufsicht auf die Nehmereinheit von 3;
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5 Einen
Längsschnitt
durch eine konstruktive Variante von 3;
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6 Eine
Draufsicht auf die Nehmereinheit von 5.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch einen Teil der erfindungsgemäßen Nehmereinheit 1 und
in 2 eine Draufsicht auf dieselbe dargestellt, mit
einem Gehäuse 2,
das eine Sacklochbohrung 3 mit einem Boden 4 und
einer Bohrung 5 geringeren Durchmessers in demselben aufweist.
Am Boden 4 liegt eine Ringblende 15 an, die in
die Sacklochbohrung 3 eingepresst ist. Der Innendurchmesser
der Ringblende 15 ist kleiner als der Durchmesser der Bohrung 5. Die
Ringblende 15 ist aus verschleißfestem Material, z. B. Stahl
gefertigt.
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In
der Sacklochbohrung 3 ist ein Nehmerkolben 6 geführt. Dieser
trägt einen
Bremskopf 7, dessen Durchmesser so gewählt ist, dass er mit einem kleinen
Ringspalt 10 in die Ringblende 15 passt. Beim
Eintauchen in die Ringblende 15 schließt der Bremskopf 7 einen
Ringraum 8 ab, der oberhalb einer Kreisringfläche 9 des
Nehmerkolbens 6 angeordnet ist.
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Der
Nehmerkolben 6 verdrängt
in der Schließphase
des Einlassventils durch seine Aufwärtsbewegung das Motoröl aus dem
Ringraum 8. Dieses strömt über den
Ringspalt 10 und durch einen vergrößerten Ringspalt 18 sowie
durch zwei Rechteckblenden 11 in einen Druckraum 12,
der die Nehmereinheit 1 mit einer nicht dargestellten Gebereinheit
verbindet. Die beiden Rechteckblenden 11 sind durch einen über den
Durchmesser einer Stirnfläche 14 des
Bremskopfs 7 und in Achsrichtung desselben verlaufenden
Schlitz 13 am Umfang des Bremskopfs 7 gebildet.
Deren Querschnitt ist von der Stellung des Nehmerkolbens 6 abhängig, während der
Querschnitt der Ringblende 15 konstant ist.
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Der
Strömungswiderstand
der sehr kurzen Ringblende 15 und der beiden Rechteckblenden 11 ist
von der Viskosität
des Motoröls
weitgehend unabhängig,
so dass Kaltmotorprobleme vermieden werden.
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Das
in 2 dargestellte Druckventil 16 befindet
sich im Nehmerkolben 6. Es öffnet sich zum Ringraum 8 hin
und dient in der Öffnungsphase
des Einlassventils zur raschen Füllung
des Ringraums 8.
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Die
in den 3 bis 6 dargestellten Lösungen sind
konstruktive Abwandlungen des in 1 und 2 beschriebenen
Prinzips. Hierbei handelt es sich um Ringblenden 15a und 15b einer Nehmereinheit 1a und 1b,
die einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet
sind und dadurch zusätzliche Bauteile
erübrigen.
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Die
Ringblende 15a besitzt einen rechteckigen, die Ringblende 15b einen
keilförmigen
mit einer Kante 17 versehenen Querschnitt, wobei der rechteckige
Querschnitt Fertigungsvorteile und der keilförmige Strömungs- und Festigkeitsvorteile
aufweisen.
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Auch
den Ringblenden 15a und 15b folgt ein vergrößerter Ringspalt 18 mit
verringerter Strömungsgeschwindigkeit.
Allen Ringblenden 15, 15a und 15b gemeinsam
ist der von der Schmierölviskosität und der
Stellung des Nehmerkolbens 8 unabhängige Strömungswiderstand ihres Ringspalts 10, wodurch
temperaturbedingte Probleme des variablen, hydraulischen Ventiltriebs
vermieden werden.
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- 1
- Nehmereinheit
- 1a
- Nehmereinheit
- 1b
- Nehmereinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Sacklochbohrung
- 4
- Boden
- 5
- Bohrung
- 6
- Nehmerkolben
- 7
- Bremskopf
- 8
- Ringraum
- 9
- Kreisringfläche
- 10
- Ringspalt
- 11
- Rechteckblende
- 12
- Druckraum
- 13
- Schlitz
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Ringblende
- 15a
- Ringblende
- 15b
- Ringblende
- 16
- Druckventil
- 17
- Kante
- 18
- Vergrößerter Ringspalt