DE2008668B2 - Vorrichtung zum Steuern eines Einlaß- oder Auslaßventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Ein- und Auslaßventils einer Brennkraftmaschine mit einem auf den Ventilschaft wirkenden, in einem Zylinder verschiebbar geführten Arbeitskolben, der an einer Stirnfläche gegen die Wirkung einer Schließfeder in Öffnungsrichtung des Ventils von einer Flüssigkeit beaufschlagbar ist, die im wesentlichen kontinuierlich zugeführt sowie in den und aus dem Zylinder über einen Vor- und Rücklauf mittels eines Magnetventils intermittierend ein- und abgeleitet wird, das in Ruhestellung den Zulauf sperrt und den Rücklauf mit dem Zylinder verbindet und in Arbeitsstellung den Rücklauf sperrt und den Zulauf mit dem Zylinder verbindet.

Durch die deutsche Patentschrift 4 21 390 ist eine derartige Vorrichtung bekannt. Dort wird zur Betätigung eines Ventils einer Kolbendampfmaschine eine Druckflüssigkeit verwendet, deren Zufluß zum Ventilbetätigungskolben durch ein Magnetventil gesteuert wird. Dabei wird mit dem Magnetventil zunächst eine Entlastungsöffnung geschlossen, so daß sich ein Hydraulikdruck aufbaut, durch den wiederum ein Schieber betätigbar ist, der in der einen Stellung den Arbeitsraum des Ventilbetätigungskolbens entlastet und iti der anderen Stellung eine Verbindung zwischen Arbeitsraumund Druckmittelquelle herstellt

Diese für langsam laufende Dampfmaschinen vorgesehene Einrichtung arbeitet sehr träge, da nicht nur die Schaltzeit des Magnetventils abzuwarten ist, bis der eigentiiehe Öffnungsvorgang des Ventils einsetzt,

ίο sondern auch der Zeitverzug bis zum Aufbau des Schaltdrucks und weiterhin zum Aufbau des Arbeitsdrucks im Arbeitsraum des Ventilbetätigungskolbens hinzunehmen ist Die dort gezeigte Einrichtung, ist deshalb für schnell laufende Brennkraftmaschinen nicht

'S geeignet, wo ein hoher Mengendurchsatz in einer sehr geringen zur Verfügung stehenden Zeit für die Betätigung der Gaswechselventile erforderlich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Steuerung für Ein- und Auslaßventile zu entwickeln, die einen hohen Durchsatz an Flüssigkeit pro Zeiteinheit ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinder einen vom Arbeitskolben übersteuerten und das Magnetventil umgehenden Kanal aufweist, der in der Ausgangslage des Arbeitskolbens gesperrt und nach Zurücklegen eines bestimmten Hubes des Arbeitskolbens geöffnet ist und über einen Steuerschieber mit dem Vor- und Rücklauf verbunden ist und daß der Steuerschieber gegen die Wirkung einer Feder durch den Druck der im Rücklauf zurückgeführten und mittels einer Drosselstelle aufgestauten Flüssigkeit betätigbar ist und den Kanal in Ruhestellung mit dem Zulauf und nach dem Herausbewegen aus der Ruhestellung mit dem Rücklauf verbindet.

Sobald also der Arbeitskolben einen bestimmten Hub zurückgelegt hat, strömt nahezu ungedrosselt die Flüssigkeit über den als Hilfsventil wirkenden Steuerschieber zum Arbeitsraum des Arbeitskolbens. Sobald dann das Magnetventil wieder auf die Ruhestellung umschaltet und das Hilfsventil ebenfalls aufgrund des Steuerdrucks umgeschaltet hat, kann die vor dem Arbeitskclben befindliche Flüssigkeitsmenge ungedrosselt abfließen. Die Einrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß das Magnetventil-Schließglied nur geringe

<5 Hübe auszuführen braucht, da die Hauptmenge der betätigenden Flüssigkeit über das Hilfsventil fließen kann. Dies wirkt sich sehr günstig auf die Auslegung der zur Betätigung notwendigen elektrischen Energie aus. Auch die Schallgeschwindigkeit des Magnetventils kann beträchtlich erhöht werden.

Damit der Arbeitskolben in seiner Ausgangslage nicht radial einseitig durch die unter Druck zugeführte Flüssigkeit beaufschlagt wird und möglicherweise klemmt, hat der Arbeitskolben eine Ringnut, die in der Ausgangslage des Arbeitskolbens mit dem das Magnetventil umgehenden Kanal in Verbindung steht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Ein Ausfuhrungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt, teilweise vereinfacht dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel in Ruhestellung, bei dem das Schließen des Motorventils durch eine Feder bewirkt wird und

F i g. 2 einen entsprechenden Teilschnitt durch das gleiche Ausführungsbeispiel in Arbeitsstellung.
In einem nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 1

einer Brennkraftmaschine arbeitet ein Ein- oder Auslaßventil 2, das mit seinem Ventilschaft 3 in einer Buchse 4 axial verschiebbar geführt ist. Am einen Ende des Ventilschaftes ist ein Federteller 5 angeordnet Zwischen Federteller 5 und Kopf 1 ist ςϊηε Schließfeder 6 eingespannt Am Kopf 1 ist ein Gehäuse 7 befestigt, das ein Magnetventil 8 und einen hydraulisch betätigten Arbeitskolben 9 aufnimmt Der Arbeitskolben 9 ist außerdem in einer an das Gehäuse 7 geschraubten Buchse 10 'Möglichst dicht geführt Die eine Stirnseite des Arbeitskolbens 9 ist während der Ventilbewegung mit dem Ventilschaft 3 in kraftschlüssiger Verbindung. Das andere Ende des Arbeitskolbens 9 taucht in einem zylindrischen Raum oder Zylinder 11 ein, der zum Magnetventil 8 hin offen ist

Über eine Saugleitung 12 wird aus einem Flüssigkeitsbehälter 13 mittels einer Förderpumpe 14 Flüssigkeit die Kraftstoff sein kann, angesaugt und dem Magnetventil 8 durch eine Druckleitung 15 unter Druck, z. B. 100 atü, zugeführt Von der Leitung 15 zweigt eine Leitung 16 ab, in die ein Drucksteuerventil 17 (Druckbegrenzungsventil) geschaltet ist und die zurück zum Behälter 13 führt

Außerdem zweigen von der Leitung 15 Leitungen 18 ab, die zu den nicht dargestellten Ventilsteuereinheiten der Brennkraftmaschine führen und durch die Druckförderpumpe 14 versorgt werden.

Die Flüssigkeit gelangt aus der Leitung 15 in einen im Gehäuse 7 verlaufenden Zulaufkanal 19, dessen eine Abzweigung 20 in einem Steuerraum 21 des Magnetventils 8 mündet Die Mündung der Abzweigung 20 wird durch eine Kugel 22 gesteuert, die im Steuerraum 21 beweglich angeordnet ist Vom Steuerraum 21 führt eine Bohrung 23 zum Raum 11 vor dem Arbeitskolben 9. Weiterhin zweigt vom Steuerraum 21 eine Bohrung 24 ab, von der eine Abzweigung 25 eines Rücklaufkanals 26 und daran anschließend eine Rücklaufleitung 26' zur Saugleitung 12 führt Die öffnung des Steuerraums 21 zur Bohrung 24 ist ebenfalls als Ventilsitz für die Kugel 22 ausgebildet. Die Kugel 22 wird durch eine Feder 27 in «o einer Lage gehalten, in der sie die Abzweigung 20 schließt, wobei zwischen Feder 27 und Kugel 22 ein Anker 28 (mit Dorn 28') eines Elektromagneten angeordnet ist, der fest mit der Kugel 22 verbunden ist.

Steuerraum 21, Bohrung 24 und Anker 28 sind in einem Ventileinsatz 29 gelagert der im Gehäuse 7 angeordnet ist und durch das Gehäuse 30 des Elektromagneten in seiner Einbaulage gehalten wird. Der die Feder 27 aufnehmende Raum im Elektromagneten sowie die Abzweigung 20 am Eingang des Magnetventils sind durch einen Kanal 31 miteinander verbunden, so daß in beiden Räumen der gleiche Druck herrscht. Weiterhin ist der Durchmesser des Ankers 28 im Bereich seiner Führung in der Bohrung 24 gleich dem Durchmesser der beiden Ventilsitze der Kugel 22. Solange also die Kugel 22 die in der F i g. 1 dargestellte Lage einnimmt, ist die an ihr in öffnungsrichtung aufgrund des in der Abzweigung 20 herrschenden Drucks wirkende Kraft gleich der in Schließrichtung der Kugel über den Anker wirkenden Kraft. Zusätzlich eo wirkt noch die Feder 27 in Schließrichtung, so daß die Kugel 22 auf ihrem Sitz verharrt. Sobald die Spule 33 des Elektromagneten erregt wird, z. B. durch ein elektronisches Steuergerät, wird die Kraft der Feder 27 überwunden und der Anker 28 verschoben. Durch die über die Abzweigung 20 nachströmende Flüssigkeit wird die Kugel auf den gegenüberliegenden Sitz gepreßt, wobei die Kugel die Bohrung 24 verschließt, so daß die unter Druck zugeführte Flüssigkeit über die Bohrung 23 in den zylindrischen Raum 11 gelangen kann. Hierdurch wird der Arbeitskolben 9 verschoben, was ein öffnen des Motorventils 2 zur Folge hat Sobald die Spule 33 abgeschaltet wird, wird durch die Feder 27 Anker 28 und Kugel 22 zurückgeschoben, bis wiederum die Abzweigung 20 gesperrt ist Durch das öffnen der Bohrung 24 kann die Flüssigkeit aus dem zylindrischen Raum 11 über die Bohrung 24 die Abzweigung 25 und von dort über den Rücklaufkanal 26 und die Rücklaufleitung 26' zur Saugseite der Pumpe 14 gelangen, was ein Schließen des Motorventils 2 zur Folge hat in der Saugleitung 12 ist in Stromrichtung vor der Einmündung der Rücklaufleitung 26' ein Rückschlagventil 36 angeordnet so daß sich durch den rückströmenden Kraftstoff ein Druck auf der Pumpensaugseite aufbaut und dadurch ein besserer Wirkungsund Leistungsgrad der Pumpe bewirkt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel kann die Verstellbewegung des Arbeitskolbens 9 gegen Ende des jeweiligen Hubes hydraulisch gebremst werden. Hierfür ist am Mantel des Arbeitskolbens 9 ein Bund 34 angeordnet, der zur Dämpfung der Stellbewegung jeweils in Ausnehmungen 35, 35' taucht die nahezu den gleichen Durchmesser haben wie der Bund. Sobald der Bund 34 in eine der Ausnehmungen 35, 35' taucht verdrängt er die in der Ausnehmung befindliche Flüssigkeit durch den zwischen ihm und der Wandung der Ausnehmung gebildeten radialen Drosselspalt, was eine Dämpfung zur Folge hat.

Damit das Magnetventil bei hohen Motordrehzahlen die erforderliche Schalthäufigkeit aufbringen kann, ist der Hub seines Ankers 28 sowie entsprechend der von der Kugel 22 zurückzulegende Weg sehr klein gewählt Entsprechend dem kleinen Hub sind auch die am Magnetventil jeweils freigelegten Durchgangsquerschnitte klein, so daß bei größeren Motoren eine zu starke Drosselung entstehen würde. Aus diesem Grunde wird das Magnetventil von einem direkt zum zylindrischen Raum 11 führenden Kanal 40 umgangen, der über einen Steuerschieber 37 mit dem Rücklauf- und Zulaufkanal 26, 29 verbunden ist. Der Schieber 37 hat eine Ringnut 38, die in stetiger Verbindung mit dem Zulaufkanal 19 ist, und eine Ringnut 39, die in stetiger Verbindung mit dem Rücklaufkanal 26 ist. Je nach Stellung des Schiebers wird eine der Ringnuten 38 oder 39 mit dem Kanal 40 verbunden, der bei offenem Motorventil 2 in den Raum 11 mündet. Diese Mündung des Kanals 40 wird durch den Arbeitskolben 9 gesteuert, der erst nach Zurücklegen eines bestimmten Weges des Arbeitshubes den Kanal 40 aufsteuert und der zu seiner radialen Druckentlastung im Bereich der Mündung eine Ringnut 41 hat.

Wenn das Magnetventil die Abzweigung 20 öffnet und der Arbeitskolben 9 infolge der zuströmenden Flüssigkeit einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, wird durch den Arbeitskolben der Kanal 40 aufgesteuert. Sobald der Kanal 40 aufgesteuert ist, kann die Flüssigkeit ungedrosselt in den zylindrischen Raum 11 strömen und den Arbeitskolben 9 entsprechend schnell verschieben. Sobald das Magnetventil 8 umgeschaltet wird, strömt die Flüssigkeit, die einesteils durch den Arbcitskolben 9 verdrängt und anderenteils durch die Pumpe 14 über den Kanal 40 gefördert wird, über das Magnetventil 8 in die Abzweigung 25 und von dort zur Saugseite der Pumpe 14. In der Abzweigung 25 ist eine Drosselstelle 43 vorgesehen, durch die die Flüssigkeit gestaut wird. Der Steuerschieber 37 arbeitet in einer

Bohrung 44, die durch einen Kanal 45 mit der Abzweigung 25 verbunden ist. Der Kanal 45 mündet stromauf der Drosselstelle 43 in die Abzweigung 25. Sobald durch die Drosselstelle 43 die Flüssigkeit in der Abzweigung 25 gestaut wird, strömt Flüssigkeit unter Druck über diesen Kanal 45 in die Bohrung 44 und verschiebt den Steuerschieber 37 entgegen der Kraft einer Feder 46, bis er an einer Stufe 47 der Bohrung 44 zum Anschlag kommt (Fig.2). Nach Zurücklegung dieses Weges ist der Zulaufkanal 19 vom Kanal 40 getrennt und der Rücklaufkanal 26 mit dem Kanal 40 verbunden. Die Flüssigkeit kann danach also ungedrosselt aus dem zylindrischen Raum 11 über den Kanal 40, die Ringnut 39 und den Rücklaufkanal 26 bzw. die Rücklaufleitung 26' zur Saugseite der Pumpe 14 gelangen.

Kurz bevor das .Motorventil 2 geschlossen hat, wird durch den Arbeitskolben 9 der Kanal 40 gesperrt. Während der gesamten Rücklaufzeit des Arbeitskolbens 9, die durch die Feder 6 des Motorventils bestimmt wird, herrscht in der Abzweigung 25 ein durch die Drossel 43 bewirkter Druck, der ausreicht, den Steuerschieber 37 in der Endstellung zu halten (F i g. 2). Sobald jedoch der Arbeitskolben 9 in seine Ausgangslage gelangt, fällt der Flüssigkeitsdruck in der Abzweigung 25 ab, so daß die Feder 46 den Steuerschieber 37 zurück in dessen Ausgangslage schieben kann, in der wie in F i g. 1 gezeigt, wieder der Zulaufkanal 19 mit dem Kanal 40 in Verbindung steht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern eines Ein- oder Auslaßventils einer Brennkraftmaschine mit einem auf den Ventilschaft wirkenden, in einem Zylinder verschiebbar geführten Arbeitskolben, der an einer Stirnfläche gegen die Wirkung einer Schließfeder in Öffnungsrichtung des Ventils von einer Flüssigkeit beaufschlagbar ist, die im wesentlichen kontinuierlich zugeführt sowie in den und aus dem Zylinder über einen Vor- und Rücklauf mittels eines Magnetventils intermittierend ein- und abgeleitet wird, das in Ruhestellung den Zulauf sperrt und den Rücklauf mit dem Zylinder verbindet und in Arbeitsstellung den Rücklauf sperrt und den Zulauf mit dem Zylinder verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (11) einen vom Atbeitskolben (9) übersteuerten und das Magnetventil (8) umgehenden Kanal (40) aufweist, der in der Ausgangslage des Arbeitskoibens (9) gesperrt und nach Zurücklegen eines bestimmten Hubes des Arbeitskolbens (9) geöffnet ist und über einen Steuerschieber (37) mit dem Vor- und Rücklauf (19; 25, 26) verbunden ist, und daß der Steuerschieber (37) gegen die Wirkung einer Feder (46) durch den Druck der im Rücklauf (25) zurückgeführten und mittels einer Drosselstelle (43, 56) aufgestauten Flüssigkeit betätigbar ist und den Kanal (40) in Ruhestellung mit dem Zulauf (19) und nach dem Herausbewegen aus der Ruhestellung mit dem Rücklauf (26) verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolban (9) eine Ringnut (41) aufweist, die in der Ausgangslage des Arbeitskolbens (9) mit dem das Magnetventil (8) umgehenden Kanal (40) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (43) im Rücklauf (26) durch eine Drossel oder ein Rückschlagventil gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeit fördernde Pumpe (14) zwischen die Leitungen für Vor- und Rücklauf (19,26) geschaltet ist.