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Einrichtung zur regelbaren hydraulischen oder pneumatischen Ventilbetätigung
einer Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur regelbaren
hydraulischen oder pneu-matischen Ventilbetätigung einer Brennkraftmaschine mit
einem Druckerzeuger und einem Abströmbehälter im Kreislauf eines Steuerm-.di#ums
sowie mit hohlzylindrischen, achsgleich in zylindrischen Hülsen ge-
führten
Drehschiebern, bei welcher die Drehschieber und die Hülsen an- ihrem Umfang Durchbrechungen
aufweisen, die für den Durchtritt des Steuermediums zusammenwirken, von welchem
eine zweier zusammenwifkender Durchbrechungen Trapezform besitzt und ein.-s der
ineinander aeführten Teile axial verstellbar ist.
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Es sind hydraulisch oder pneurnatisch wirkende Steuerungen von Ventilen
bekannt, die entweder mit Hilfe von Verdrängerkolben arbeiten oder von, einem Druckbehälter
aus betätigt werden, der konstanten Druck aufweist.
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Ferner ist ein hydraulischer Ventilantrieb mit veränderbaren Steuerzeiten
bekanntgeworden, bei welchem das unter Druck stehende Medium in einen mit einem
Steuerorgan in Verbindung stehenden Druckbehältergefördertwirdund nachDurchströmen
dieses Steuerorgans zu dem Ventil gelangt, um anschließend in einem Abströmbehälter
entsprechend dem darin herrschenden Druck über ein Steuerorgan zu fließen, entsprechend
dessen Relativverstellung zum Antrieb der Schließzeitpunkt des Ventils geändert
wird.
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Auch ist es bei hydraulisch betätigten Einspritzventilen bekannt,
trapezähnliche Stcuemuten, die mit Öffnungen von kreisförmigem Querschnitt zusammenwirken,
zugleich axial zu verschieben und zum Antrieb relativ zu verdrehen. Ferner sind
Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen mittels eines - rohrförmigen, mit
Öffnungen versehenen Steuerschiebers durch Schlitze das Gaszuführungsrohr mit den
Ansaugleitungen verbunden wird und durch axiales Verschieben des Steuerschiebers
eine Mengenregelung möglich ist, dagegen d.-r Beginn und das Ende des Gaseinströmens
nicht regelbar ist. Schließlich ist das axiale Verschieben ebenso wie die Winkelverstellung
von den Gaswechsel steuernden Drehschiebern zum Zwecke der Steuerzeitenveränderung
allpinein be-
kannt. Auch ist es nicht mehr neu, Ventile so auszubilden, daß
mehrere ineinander geführte rohrförmige Schieber trapezförmige, sich mehr oder weniger
überdeckende Durchbrechungen aufweisen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, sowohl den Beginn
und den Schluß der Öffnung des Ventils zu verändern als auch insbesondere den Ventilerhebungsverlauf
maßgebend ändem, zu können, was geradee für eine maximale Leistungsausbeute eines
Motors von Bedeutung ist. Die Erfindung wendet die Vorschläge der bekannten Einrichtungen
auf eine regelbare hydraulische oder pneumatische Ventilbetätigungseinrichtung der
eingangs bezeichneten Art so an, daß das eine Teil der ineinander geführten Teile
in an sich bekannter Weise axial und im Winkel verstellbar ist und in ebenfalls
bekannter Weise beide ineinander geführten Teile des Drehschi--bers zusammenwirkende
trapezförmige Durchbrechunggen aufweisen. Es ist somit möglich, bei an sich bekannter
Dreh- und Längsbeweglichkeit der Steuerorgan,- eine Regelung des Ventilhubverlaufes
nicht nur bei festliegenden, sondern auch bei veränderbaren Einlaßöffnungs- und
-schließzeitpunkten durchzuführen.
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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird es erst möglich, nicht
nur den öffnungs- und Schließzeitpunkt vor- und zurückzuverlegen, sondern auch verschiedene
Verstellungen vorzunehmen, wobei beim überlaufen. der Trapezquerschn-itte der Durchströmquerschnitt
von sehr kleinen Durchströmquerschnitten beginnend bis zum maximalen Durchtritt
verändert werden kann. Es bedingt hierbei der kleine, Durchströmquerschnitt bei
kleinen Drehzahlen geringen Ventilhub, während der große Durchströmquerschnitt bei
hohen Drehzahlen einen großen Ventilhub erzwingt.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dar, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ventilbetätig
gungseinrichtung, CD
Fi.g. 2 einen Querschnitt durch ein bei dieser
Einrichtung verwendetes Steuerorgan, Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung
des Verlaufs des Pumpendruckes und des Druckes im Abströmbehälter in bezug auf die
Motordrehzahl, Fig. 4 eine Abwicklung der Steueröffnung ein-cs Steuerorgans.
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Gemäß der schematischen Darstellung nach FinG. 1
wird von einer Pumpe
bzw. einem Kompressor 1, die in weiten Grenzen hinsichtlich Förderdruck und
Fördermange regelbar sind, verdichtetes Medium in einen Druckbehälter 2 gefördert,
der mit einem Steuerorgan 3 in Verbindung steht. Dieses Steuerorgan
3 besteht nach F.ig. 2 aus einem bei Viertaktmotoren ständig, und zwar beispielsweise
in Pfeilrichtung mit halber Motordrehzahl umlaufenden Drehschieber 4 und einem feststehenden
Schiebergehäuse 5. Zwischen dem urnlaufenden Drehschieber 4 und dem Schiebergehäuse
5 ist eine in wählbaren Grenzen dreh- und längsverschiebliche Hülse
6 angeordnet. Durch den hohl gestalteten Drehschieber 4 tritt das -unter
Druck stehende Medium ein, um senkrecht zur Achse dieses Drehschiebers ii-ber die
Öffnung a durch die Öffnung b der Hülse 6
und durch die Öffnung c im
Schiebergehäuse- 5 über eine Leitung 9 in Pfeilrichtung, zu dem Raum
7 über dem zu verstellenden Ventil 8 zu strömen. Dieser Strömungsverlauf
kann, stattfinden, wenn die Öff-
nungen a, b und c von Drelischieber
4, Hülse 6 und Schiebergehäuse 5 übereinander stehen bzw. teilweisen
Durchtritt für das Medium freigeben. Das Druckmittel, bewirkt nun die Erhebung des
Ventils 8,
dessen Kolben 10 beaufschlagt wird. Mit 11 ist ein
Maschinenzylinder und mit 12 ist die Motorkurbelwelle benannt.
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In der Fig. 1 ist weiterhin schematisch wiedergegeben ein in
Fortsetzung der Leitung 9 gelegenes Steuerorgan 13, welches im wesentlichen
in seiner Bauart dem Steuerorgan 3 entspricht. Von dem Stouerorgan
13 führt die Leitung 9 weiter zu einem Abströmbehälter 14, von dem
aus Über eine Leitung 15,das Druckmittel zur Ansaugstelle der Pumpe bzw. des Kompressors
1 zurückgeführt werden kann.
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Die Querschnitte der Abströmöffnungen des Steuerorgans 13 sind
entsprechend der wirkenden Gegenkraft, dem Druckund der Kom-pressibilität des Mediums
angeordnet und gestaltet, wobei diese Öffnungen zum Schließen des Ventils
8 das Ab-
strömen des Mediums aus dem Raum 7 über dem Kolben
10 dieses Ventils über die Leitung 9 in den Abströmbehälter 14 ermöglichen.
Der Druck in diesem Behälter ist drehzahlabhängig regelbar und beeinflußt damit
die Schließcharakteristik und den Schließzeitpunkt des Ventils 8.
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Durch Verdrehen der Hülse 6 in Drehrichtung des Drehschiebers
4 oder entgegengesetzt wird der Erhebungsverlauf des Ventils 8 nicht geändert,
sondern nur in seiner Lage bezüglich der Totpunktstellung verschoben. Beim Verschii,-ben
der Hülse 6 parallel zur Öffnungskante der Steueröffnung des Drehschiebers
4 bleibt die Lage >des öffnungszeitpunktels des Ventils unverändert, jedoch wird
der öffnungswinkel geändert, weil andere Zeitquerschnitte zur Verfügung stehen.
Damit ändert sich auch der Schließzeitpunkt des Ventils 8. Außerdem wird
dadurch erreicht, daß sich zugleich der maximale Ventilhub ändert, und zwar kann
er so geändert werden, daß bei kleiner werdendem öffnungswinkel der Ventilhub wagen
der kleineren Drehzahl abnimmt.
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Um-gekehrt soll bei größerer Drehzahl der Maschine der Ventilhub zunehmen,
was durch die Form und den Grad der überdeckung der öffnungen a, b,
die
den Zeitquerschnitt bestimmen, erreicht wird.
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Durch beliebig zusammengestelltes Verdrehen und Längsverschieben der
Hülse 6 (vgl. Fig. 2) des Steuerorgans 3 können beide Wirkungen überlagert
werden. Durch diese überlagerung der Dreh- und Längsverschiebungen der Hülse
6 wird daher sowohl eine Regelung des Ven#tilerhebungsverlaufes als auch
des öffnungs- und Schließzeitpunktes des Ventils sowie des maximalen Ventilhubes
in Abhängigkeit von der Motordrehzahl ermög glicht.
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Darüber hinaus läßt sich aber auch durch den je-
weiligen Druck
im Druckbehälter 2 und im Abströmbehälter 14 bei gegebenen Steuerorganen
3 und 13
und bei gegebenen Stellungen der zugehörigen Hülsen
6 dieser Organe der Zeitquerschnitt an dem Ventil beeinflussen.
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In Fig. 3 ist mit der Kurve, 1-1 der durch die Pumpe
bzw. den Kompressor erzeugte Druck P über der Drehzahl n veranschaulicht, während
die Kurve 11-11 den Druck P im Abströmbehälter 14 wiedergibt.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß der Volumendurchsatz und
der Druck im Druck#behälter 2 in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und/ oder
der Motorbelastung, gebracht werden. Ebenso kann der Druck im Abströmbehälter 14
entweder nur drehzahlabhängig oder nur von der Motorlast abhängig oder drehzahl-
und motorlastabhängig sein,. Bei Verwendung eines pneumatischen Mediums zur Durchführ-ung
der Steuervorgänge steht der Druck im Abströmbehälter 14 in Abhängigkeit vom Durchsatzvolumen
und ist außerdem abhängig von der Drehzahl und/oder der Belastung des Motors. Es
sei hier noch erwähnt, daß an Stelle eines solchen Abströmbehälters auch ein Vorratsbehälter
gewählt werden kann.
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Bei der Wahl des Steuerorgans 3 beispielsweise werden die Querschnitte
der Abströmsteueröffnungen für die Steuerorgane 3 und 13 entsprechend
der Ventilgegenkraft bzw. der Kompressibilität des benutzten Mediums geschaltet.
Hierbei wird vorgeschlagen, die Öffnung a im Drehschieber 4 und die Öffnung
b der Hülse 6 so auszubilden, daß die einzelnen Abwicklungen, wie,
in Fig. 4 veranschaulicht ist, trapez-förmi-ge Öffnungen ergeben. In den Darstellungen
sind für den Drehschieber 4, also für die Öffnung a, die nach außen gelegenen Kanten
abgewickelt, während für die längsverschiebliche und relativ zum Antrieb verdrehbare
Hülse 6 die nach innen gelegenen Kanten der öffnung b in der abgewickelten
Lage wiedergegeben sind. Bei Verstellung der Hülse 6 in den eingezeichneten
Pfeilrichtungen A, B bzw. C ergeben sich hinsichtlich
der Öffnung a in bezug auf die Fläche der Öffnung b die einzelnen Wirkungen,
die mit dem Gegenstand der Erfindung erzielt werden sollen. Es wird noch hervorgehoben,
daß für die Schließvorgänge bezüglich des Steuerorgans 13 sinngemäß das gleiche
gilt wie für die öffnungsvorgänge in bezug auf das Steuerorgan 3.