DE2110607A1 - Hydraulisches Antriebssystem fuer periodisch bewegte Organe,insbesondere Auslassventile von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Dr.-lng. R. Döring
DipL-Phys. Dr. J. Fricke
33 Braunschweig
li

A/S Burmeister & Wain^fs Motor- og Maskinfabrik af 1971, Kopenhagen, Dänemark·

Hydraulisches Antriebssystem für periodisch bewegte Organe, insbesondere Auslassventile von Brennkraftmaschinen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem für periodisch bewegte Organe und ist insbesondere dafür berechnet, die Offnungsbewegung der Auslassventile einer Brennkraftmaschine zu bewirken. Ein solches hydraulisches Antriebssystem kann jedoch auch in Verbindung mit anderen bewegten Organen Anwendung finden, wie ζ·Β, den Einlassventilen und Brennstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen, bei denen es darum geht, unter Anwendung eines Antriebssystems mit kleinstmöglichem Spiel, kleinstmöglicher Trägheit und kleinstmöglicher Lärmentwicklung zeitmässig genau abgepasste Bewegungen unter Überwindung erheblichen Widerstands zu veranlassen.

Es ist bekannt geworden, solche hydraulischen Antriebssysteme mit einem hydraulischen Zylinder zum Bewegen des betreffenden Organs unter Überwindung einer federnden Rückstellkraft auszubilden, welcher Zylinder mit einem hydraulischen Antriebszylinder verbunden ist, der einen von einer Nockenscheibe angetriebenen Kolben hat und dem in den Ruheperioden zwischen den einzelnen Bewegungen Hydraulikflüssigkeit unter einem gewissen überdruck zugeführt wird« Bei einer bekannten Ausführung eines solchen Antriebssystems, vgl. die Beschreibung zum USA-Patent Nr. 1.7Ö7.120, weist der Antriebszylinder im Bereich der äusseren Totpunktstellung des nockenbetriebenen Antriebskolbens zwei Zufuhrkanäle für Druckflüssigkeit auf, die jeweils mit einem sich nach innen öffnenden Rückschlagventil versehen sind und deren Mündungen in der Zylinderwand vom Antriebskolben gesteuert werden. Der eine Zufuhrkanal wird zum Zuführen von Flüssigkeit zum System mit Hilfe einer besonderen Speisepumpe

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vor dem Anlassen der Maschine benutzt, während der andere Kanal dem System bei laufender Maschine von einer von der Maschine angetriebenen Speisepumpe Flüssigkeit zuführt. Eine Zufuhr von Flüssigkeit kann jedoch nur dann erfolgen, wenn sich der Antriebskolben in seinem äusseren Totpunkt oder in der Nähe desselben befindet, was bei normalem Betrieb die Gefahr mit sich führt, dass während des letzten' Teils.der Auswärtsbewegung des Antriebskolbens Unterdruck im System auftreten und deshalb Luft eingesaugt werden kann.

Bei einem anderen bekannten hydraulischen Ventilsystem, wird dafür gesorgt, dass während der Ruheperioden die Zylinder und Rohrleitungen des Systems ständig durchspült werden, und zwar dadurch, dass Druckflüssigkeit durch eine Zufuhrleitung zugeführt wird, die über ein sich nach innen öffnendes Rückschlagventil in den Zylinder des bewegten Organ? hineingeführt ist, von wo aus die Druckflüssigkeit durch die Verbindungsleitung am inneren Ende des Antriebszylinders in diesen hineinströmt und durch einen mit einem sich nach aussen öffnenden Rückschlagventil versehenen Kanal, der am äusseren Totpunkt des Antriebskolbens aus dem Antriebs zylinder herausgeführt ist, wieder aus diesem herausströmt. Hierbei wird die Flüssigkeit unter einem so hohen Druck gehalten, dass sie unter Überwindung der Wirkung einer Abhebfeder den Antriebskolben gegen die zugehörige Nockenscheibe drückt. Der notwendige, verhältnismässig hohe Ruhedruck bedingt einen entsprechend höheren Arbeitsdruck, und das System erfordert eine grosse Anzahl von bei jedem Arbeitshub in Funktion befindlichen Rückschlagventilen, deren Lebensdauer unter diesen Bedingungen beschränkt ist.

Die zwangsläufige Zirkulation der hydraulischen Druckflüssigkeit bewirkt ausserdem eine unerwünschte Erwärmung derselben sowie einen unnötigen Energieverbrauch..

Die Erfindung bezweckt, diese Mängel zu beheben, und zwar durch ein hydraulisches Antriebssystem für periodisch bewegte Organe, insbesondere Auslassventile von Brennkraftmaschinen, das einen hydraulischen Zylinder zum Bewegen des be-

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treffenden Organs unter Überwindung einer federnden Rückstellkraft umfasst, welcher Zylinder mit einem hydraulischen Antriebszylinder verbunden ist, der einen von einer Nockenscheibe angetriebenen Kolben hat, und dem durch mehrere Kanäle unter überdruck stehende Flüssigkeit zugeführt wird, und das die Erfindung Kennzeichnende besteht darin, dass die Zufuhrkanäle wenigstens einen mit einem sich nach innen öffnenden Rückschlagventil versehenen Kanal, der an einem innerhalb der inneren Extremstellung des Antriebskolbens befindlichen Punkt in das System einmündet, und wenigstens einen ohne Rückschlagventil im Bereich der äusseren Totpunktstellung des Antriebskolbens in den Antriebszylinder einmündenden Kanal umfassen, der vom Antriebskolben gesteuert wird.

Hierdurch wird in erster Linie erreicht, dass die erforderliche Zufuhr an Ol zwecks Kompensation der unvermeidlichen Verluste durch Undichtigkeiten an den Kolben normalerweise allein durch die frei in den Antriebszylinder einmündende Zufuhrleitung erfolgen kann, wenn der Antriebskolben diese während seines Abwärtshubes blösslegt, so dass das Rückschlagventil des anderen Zufuhrkanals normalerweise für längere Perioden geschlossen bleiben kann, was sowohl für die Haltbarkeit desselben als auch für die Betriebssicherheit des Systems günstig ist. Auf der anderen Seite ermöglicht der mit dem Rückschlagventil versehene Kanal, dass das System beim Anlassen der Maschine nach längerem Stillstand sofort mit Druckflüssigkeit gefüllt wird, nachdem die Druckflüssigkeitszufuhr aktiviert worden ist, selbst wenn sich der Antriebskolben in einer Stellung befinden sollte, in der er die Mündung des anderen Zufuhrkanals verschliesst· Ausserdem verhindert der mit dem Rückschlagventil versehene Zufuhrkanal, dass während des Auswärtshubes des Antriebskolbens Unterdruck im System auftritt und Luft in dieses eingesaugt wird, falls sich aus irgendeinem Grund, z.B. Anlassen nach längerem Stillstand, zu wenig Druckflüssigkeit im .System befindet. Schliesslich ist es möglich, dadurch eine Feineinstellung des Beginns der Bewegung des bewegten Organs zu bewirken, dass gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ein regelbares Drosselventil in den im Bereich des äusseren

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Totpunkts des Antriebskolbens einmündenden Zufuhrkanal eingeschaltet ist. Während des ersten Teils der Einwärtsbewegung des Antriebskolbens erfolgt nämlich eine gewisse Verdrängung von Druckflüssigkeit durch diesen Kanal, und die Drucksteigerung kann deshalb variiert werden, so dass sie bei stärkerer Drosselung beschleunigt und bei schwächerer oder fehlender Drosselung verzögert wird.

Für den Fall, dass die auf das bewegte Organ einwirkende federnde Rückstellkraft von einer Luftfeder anstatt von einer gewöhnlichen mechanischen Feder herrührt, führt das erfindungsgemässe Antriebssystem zusätzlich den Vorteil mit sich, dass die Maschine selbst nach längerem Stillstand ohne die Gefahr des Auftretens von Komplikationen angelassen werden kann, und zwar unangesehen in welcher Reihenfolge das Luftfedersystem und das hydraulische Antriebssystem unter Druck gesetzt wird. Die Gefahr des Auftretens von Komplikationen beruht darauf, dass die vom Antriebssyetem bewegten Organe, z.B. die Auslassventile einer Brennkraftmaschine, nach längerem Stillstand offenstehen, weil die jeweils zugehörigen Luftfedern drucklos geworden sind. Wird nun zuerst das hydraulische Antriebssystem und daraufhin das Luftfedersystem unter Druck gesetzt, schliessen sich alle Auslassventile, wenn sich der Nockenfolger des Antriebskolbens auf dem Grundkreis der zugehörigen Nockenscheibe befindet, und das überschüssige Ol in der hydraulischen Verbindung wird durch den in Hohe des äusseren Totpunkts des Antriebskolbens frei einmündenden Kanal hinausgedrängt. Befindet sich ein Nockenfolger jedoch nicht auf dem Grundkreis, sondern auf dem aufsteigenden Teil der Nockenscheibe, ist dieser Kanal vom Antriebskolben verschlossen, und folglich gelangt zu viel 01 in die betreffende hydraulische Antriebsverbindung. Bei beginnendem Umlauf der Maschine wird das überschüssige 01 jedoch durch das zu jeder Antriebsverbindung gehörende Sicherheitsventil hinausgedrückt, woraufhin die betreffende Verbindung dann normal funktioniert. Befindet sich der Nockenfolger dagegen auf dem absteigenden Teil der Nockenscheibe, enthält die hydraulische Antriebsverbindung ebenfalls zu

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viel Druckflüssigkeit, so dass sich das zugehörige Auslassventil nicht schliessen kann· Diese Komplikation wird·jedoch dadurch behoben, dass das überschüssige Ol durch den frei einmündenden Kanal entweichen kann, sobald der Antriebskolben seinen äusseren Totpunkt fast erreicht hat, woraufhin das System wieder normal arbeitet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch ein hydraulisches Antriebsaggregat zum Betätigen des Auslassventils eines Motorzylinders,

Fig. 2 ebenfalls schematisch und teilweise im Schnitt einen Teil eines Motorzylinders mit einem Auslassventil, das dazu eingerichtet ist, an das in Fig, I gezeigte Aggregat angeschlossen zu werden, und

Fig. 3 auf ähnliche Weise wie Fig. 2 eine geänderte Ausführungsform der Bewege- und Rückstellorgane des betreffenden Auslassventils·

Auf der Zeichnung bezeichnet 1 das Antriebsaggregat eines hydraulischen Antriebssystems, während 2 das von diesem bewegte Organ und 3 eine hydraulische Verbindungsleitung zwischen diesen bezeichnet. Es ist vorausgesetzt, dass das System in den gezeigten Ausführungen in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine verwendet wird, an welcher das Antriebsaggregat 1 mit einer abgerichteten Fläche 12 auf einer entsprechenden Fläche am zugehörigen Motorzylinder festgebolzt ist.

Hydraulische Flüssigkeit, vorzugsweise 01 vom Druckschmiersystem der Maschine, wird unter einem geeigneten, geringen überdruck durch eine Zufuhrleitung 4 dem Zylinder 5 des Antriebsaggregats zugeführt, in dem ein Kolben 6 arbeitet, der von einem Nocken 10 auf der Nockenwelle 11 der Maschine angetrieben wird, und zwar über eine Rolle 9, die auf übliche Weise in einem von einer Führung S geführten Nockenfolger 7 gelagert ist.

Das Antriebsaggregat ist, wie erwähnt, am zugehörigen Motorzylinder 14, Fig. 2, festgebolzt, dessen Zylinderfutter

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mit 15 bezeichnet ist. Das Futter wird auf übliche Weise von einem Zylinderdeckel l6 mit einem Auslassventil 17 festgehalten, dessen Ventilteller mit IS und dessen Ventilschaft mit 19 bezeichnet ist. Der Mechanismus zum Bewegen des Auslassventils besteht aus einem hydraulischen Zylinder 20 mit einem Kolben 21, der einen Teil des Ventilschaftes 19 bildet oder direkt auf diesen einwirkt, so dass das Ventil geöffnet wird, wenn durch die Verbindungsleitung 3 Hydraulikflüssigkeit unter genügend hohem Druck zugeführt wird. Das Offnen erfolgt unter Überwindung einer Rückstellkraft, die von einem Druckluftzylinder 23 mit einem am Ventilschaft 19 befestigten Kolben 22 herrührt, dem durch einen Kanal 24 Druckluft von einer nicht gezeigten Druckluft quelle zugeführt wird, die von einem zur Maschine gehörenden Startluftbehälter gebildet werden kann.

Das Antriebsaggregat 1, Fig. 1, erhält, wie erwähnt, das Drucköl durch eine Zufuhrleitung 4, von wo aus das Öl durch zwei Kanäle 31 und 32 in den Zylinder geleitet wird, welche Kanäle in unmittelbarer Nähe der gezeigten äusseren Totpunktstellung des Kolbens 6 bzw. kurz innerhalb der inneren Totpunktstellung des Kolbens im Zylinder in letzteren einmünden. In den Kanal 32 ist ein sich nach innen öffnendes Rückschlagventil 33 und in den Kanal 31 ein regelbares Drosselventil 35 eingesetzt,

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte System funktioniert folgendermassen.

Wird angenommen, dass die Nockenwelle 11 im Uhrzeigersinn rotiert, bewegt die Nockenscheibe 10 den NockenfoJ.ger 7 und damit den Kolben 6 nach oben. Während des ersten Teils der nach oben gerichteten Bewegung kann durch den Kanal 31 und das Drosselventil 35 01 entweichen, während der Durchtritt durch den Kanal 32 durch das Rückschlagventil 33 verhindert wird. Abhängig vom Widerstand, den das Drosselventil 35 bietet, steigt der Druck im Zylinder mehr oder weniger steil an, und wenn er, eventuell erst nach dem Verschliessen des Kanals 31 durch den Kolben, einen bestimmten Wert erreicht hat, überwindet der Druck im Zylinder 20 den vom Luft zylinder 22, 23 ausgeübten Gegendruck, und das Auslassventil wird geöffnet, bis der Kolben 22 gegen eine den Ventilschaft umgebende Buchse stösst, die einen

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Anschlag bildet· Sollte der Kolben 6 im Antriebszylinder 5 zu diesem Zeitpunkt seine innere Extremstellung noch nicht erreicht haben, entweicht das überschüssige 01 durch ein nicht gezeigtes Sicherheitsventil, das an die Verbindungsleitung 3, den Zylinder 20 oder den Zylinder 5 angeschlossen sein kann. Sobald der höchste Punkt des Nockens die Rolle 9 passiert hat, wird der Kolben 6 wieder nach unten bewegt, und zwar von einer nicht gezeigten Rückstellfeder zwischen dem Nockenfolger 7 und dem unteren Ende des Zylinders 5 sowie vom durch den Druckluftzylinder 22, 23 aufrechterhaltenen Flüssigkeitsdruck im System, welcher Druckluftzylinder das Auslassventil positiv schliesst, bis dessen Ventilteller IS fest gegen seinen Sitz anliegt· Sollte der Kolben 6 wegen Fluss igke its verlust aus dem hydraulischen System während der Druckphase zu diesem Zeitpunkt seinen unteren Totpunkt noch nicht ganz erreicht haben, wird die fehlende Druckflüssigkeit durch den Kanal 31 zugeführt, dessen Mündung blossgelegt wird, kurz bevor der Kolben 6 seine äussere Totpunktstellung erreicht hat.

Bei normaler Funktion verbleibt das Rückschlagventil 33 somit unwirksam, da es nur dann in Funktion tritt, wenn sich der Antriebskolben 6 nach unten bewegt, ohne es erreicht zu , haben, den Zufuhrkanal 31 zu öffnen, bevor sich der Ventilteller 1β des Auslassventils gegen seinen Sitz legt und die Bewegung des hydraulischen Kolbens 21 stoppt. In dieser Situation öffnet sich das Rückschlagventil 33 und lässt 01 in den Zylinder 5 einströmen, ehe sich in diesem ein wesentlicher Unterdruck entwickelt hat.

Sollte das Auslassventil zu einem Zeitpunkt offenstehen, zu dem der Antriebskolben 6 sich in seiner äusseren Totpunktstellung oder in deren Nähe befindet und den Zufuhrkanal 31 blosslegt, werden die Kolben 21 und 22 hochgetrieben, wenn Druckluft in den Zylinder 23 eingeleitet wird, und überschüssiges 01 im Zylinder 20, der Verbindungsleitung 3 und dem Zylinder 5 wird durch den Kanal 31 hinausgedrückt.

Fig. 3 veranschaulicht, wie bereits erwähnt, die Anwendung des Systems im Zusammenhang mit einem Auslassventil mit mechanischer Rückstellfeder. Die Teile des hydraulischen Systems ,sind

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mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wie in Fig. 2, und 25 bezeichnet einen Kanal, von dem vorausgesetzt wird, dass die nicht gezeigte Verbindungsleitung 3 an ihn angeschlossen ist. Der Ventilschaft 19 trägt einen Kragen 26, an dem ein Satz Zugstangen 27 befestigt ist, die durch entsprechende Bohrungen im Material des hydraulischen Zylinders 20 hindurchgeführt und oben an einem Federteller 2Ö befestigt sind, der auf einem Kranz aus Schraubenfedern 29 ruht, deren untere Enden auf einer Platte 30 stehen, die am hydraulischen Zylinder 20 befestigt und zusammen mit diesem am Gehäuse des Auslassventils festgebolzt ist. Das Auslassventil wird hier von den Federn 29 auf übliche Weise geschlossen gehalten, solange der Druck im hydraulischen Zylinder 20 nicht hoch genug ist, um die Federkraft zu überwinden und das Ventil zu öffnen.

Die Wirkungsweise ist der oben beschriebenen analog, so weit es sich um normalen Betrieb und das Anlassen nach längerem Stillstand dreht, nur besteht der Unterschied, dass nach längerem Stillstand sämtliche Auslassventile geschlossen sind.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Λ—ν

   (1.)Hydraulisehes Antriebssystem für periodisch bewegte

   Organe, insbesondere Auslaseventile von Brennkraftmaschinen, das einen hydraulischen Zylinder zum Bewegen des betreffenden Organs unter Überwindung einer federnden Rückstellkraft umfasst, welcher Zylinder mit einem hydraulischen Antriebszylinder verbunden ist, der einen von einer Nockenscheibe angetriebenen Kolben hat, und dem durch mehrere Kanäle unter überdruck stehende Flüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle wenigstens einen mit einem sich nach innen öffnenden Rückschlagventil (33) versehenen Kanal (32), der an einem innerhalb der inneren Extremstellung des Antriebskolbens (6) befindlichen Punkt in das System einmündet, und wenigstens einen ohne Rückschlagventil im Bereich der äusseren Totpunktstellung des Antriebskolbens in den Antriebszylinder (5) einmündenden Kanal (31) umfassen, der vom Antriebskolben gesteuert wird.
2. 2. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle (31,32) an eine gemeinsame Speiseleitung (4) angeschlossen sind.
3. 3. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein in den im Bereich des äusseren Totpunkts des Antriebskolbens (6) einmündenden Zufuhrkanal (31) eingeschaltetes Drosselventil (35)·

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