DE3834882A1 - Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuervor­ richtung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines Motorventils einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei einer bekannten Ventilsteuervorrichtung dieser Art (US-PS 36 12 015) weicht ein erster Ausweichkolben beim Druckhub des Steuerkolbens gegen die Kraft einer Rückstellfeder aus. Bis zur vollständigen Spannung der Rückstellfeder, die sich an einer ver­ drehbaren Exzenterscheibe abstützt, bleibt das Motor­ ventil aufgrund der Kraft einer Schließfeder geschlos­ sen.

Beim weiteren Hub des Steuerkolbens hebt das Motor­ ventil aufgrund des weiter erhöhten Drucks in der Druckkammer von seinem Ventilsitz ab und Luft und/oder Gemisch wird durch die freigegebene Ventilöffnung in den Zylinder angesaugt. Der maximale Hub des Motorventils ist durch einen Anschlag bestimmt.

Ist die Motorventilschließfeder bis zu diesem Anschlag gespannt, so weicht ein zweiter Ausweichkolben unter der Wirkung des sich weiter erhöhenden Drucks in der Druckkammer gegen die Kraft einer ihm zugeordneten Rückstellfeder aus.

Nach Überschreiten des oberen Totpunkts des Steuer­ kolbens baut sich der Druck in der Druckkammer wieder ab, so daß zuerst der zweite Ausweichkolben, dann das Motorventil und schließlich der erste Ausweich­ kolben in ihre jeweilige Ausgangslage zurückkehren.

Die Änderung des Motorventilhubs und der Motorventil­ öffnungszeit wird bei dieser bekannten Ventilsteuer­ vorrichtung dadurch bewirkt, daß durch Verdrehen der Exzenterscheibe die Lage des Anschlages und damit die Vorspannung der Rückstellfeder des ersten Ausweichkolbens verändert wird. Bei größerer Vor­ spannung ist zugleich der Rücklaufweg des ersten Ausweichkolbens verkürzt, so daß das Motorventil früher von seinem Ventilsitz abhebt und entsprechend später in ihn zurückkehrt. Durch die längere Öffnungs­ zeit des Motorventils wird eine größere Ladungsmenge Luft und/oder Gemisch in den Zylinder angesaugt.

Diese bekannte Ventilsteuervorrichtung hat unter anderem den Nachteil, daß die Exzenterstellung laufend mit der Drehzahl verändert werden muß, um die ange­ saugte Ladungsmenge an den Bedarf anzupassen. Die Verstellung der Exzenterscheibe wird über ein Ge­ stänge, das entweder mit dem Gaspedal oder einem Fliehkraftregler verbunden ist, vorgenommen. Diese rein mechanische Verstellung ist unflexibel und ermöglicht keine vereinfachte Ausführungsform.

Die Mechanik der Ventilsteuervorrichtung ist einer dauernden Belastung ausgesetzt, die die Lebensdauer derselben verringert.

Die bekannte Ventilsteuervorrichtung hat zudem den Nachteil, daß die Ventilöffnungszeit nur in Abhängig­ keit von einer Kenngröße verändert werden kann. Die Anpassung an den Kraftstoffbedarf ist also nicht ausreichend fein steuerbar.

Ein weiterer Nachteil besteht in der erforderlichen Baugröße, die durch den Einsatz einer Exzenterscheibe bedingt ist. Um einen ausreichend großen Regelbereich zu erhalten, ist ein erheblicher Mindestradius der Exzenterscheibe erforderlich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß keine Stelleingriffe erforderlich sind, um den Regelweg des Ausweichkolbens an die Motordrehzahl anzupassen, da eine Abhängigkeit des Motorventilhubs von der Drehzahl bereits einge­ prägt ist, d.h. die Ventilöffnungszeiten und der Ventilhub sind automatisch dem unterschiedlichen Bedarf bei verschiedenen Motordrehzahlen angepaßt.

Durch Abbremsen des Ausweichkolbens beim Rücklauf ist die Länge des Rücklaufweges des Ausweichkolbens und damit seine Ausgangslage vor einem neuerlichen Druckhub nicht durch den Anschlag, sondern durch seine Geschwindigkeit und die Zeit zwischen Schließen des Motorventils und neuerlichem Druckhub des Steuer­ kolbens festlegbar. Diese Zeit wiederum ist abhängig von der Nockenwellendrehzahl und damit von der Motor­ drehzahl.

Diese Ventilsteuervorrichtung hat außerdem den Vor­ teil, daß durch den Betriebsanteil mit reduzier­ tem Ventilhub eine Verringerung der Verlustleistung erreicht wird. Der hydraulische Antrieb des Motor­ ventils hat weiterhin den Vorteil, daß das Ventilspiel automatisch ausgeglichen wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abbremsung des Ausweichkolbens mit hydrau­ lischen Mitteln, nämlich einem flüssigen Anschlag. Der flüssige Anschlag hat den Vorteil geringer Rei­ bungsverluste und geringen Verschleißes. Er ist vorteilhafterweise aus dem Motorschmierölkreislauf speisbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausweichkolben als Stufenkolben mit kleinerer Stirnfläche zum Druckraum hin ausge­ bildetet und arbeitet in einer entsprechend gestuften Zylinderbohrung. Zwischen den Stufen ist ein druck­ mittelgefüllter Ringraum vorgesehen, in dessen Abfluß­ leitung zum Abbremsen des Ausweichkolbens bei dessen Rücklauf eine Drossel vorhanden ist. Der druckmittel­ gefüllte Ringraum bildet den flüssigen Anschlag für den Ausweichkolben und wird bei dessen Rücklauf über die Abflußleitung vorteilhafterweise in den Motorschmierölkreislauf entleert. Durch die Zwischen­ schaltung der Drossel ist die Rücklaufgeschwindigkeit über den Drosselquerschnitt auf einfache Weise fest­ legbar. Die Füllung des Ringraumes während des Druck­ hubes erfolgt über ein Rückschlagventil, ebenfalls vorteilhafterweise aus dem Motorschmierölkreislauf. Die beiden Druckmittelkreisläufe sind in sich ge­ schlossen, so daß keine Druckmittelverluste auftreten.

Eine Verlustleistung ist lediglich in der Größe der an der Steuerdrossel umgesetzten Leistung vor­ handen. Das für die Durchflußmenge des Druckmittels entscheidende Druckgefälle an der Steuerdrossel ist unabhängig vom Druck im Motorschmierölkreislauf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchflußquerschnitt der in der Abflußleitung angeordneten Steuerdrossel änderbar. Dies hat den Vorteil, daß die Rücklaufgeschwindigkeit des Ausweichkolbens während des Betriebs änderbar ist. Da die Rücklaufgeschwindigkeit des Ausweich­ kolbens dessen Ausgangslage vor dem nächsten Druck­ hub und damit den Hub und die Öffnungszeit des Motor­ ventils bestimmt, ist zusätzlich zu der eingeprägten Abhängigkeit der Motorventilöffnungszeit von der Motordrehzahl die zugemessene Ladungsmenge in Ab­ hängigkeit von weiteren Kenngrößen an den Bedarf steuerbar. Dafür ist nur eine relativ langsame Verän­ derung des Drosselquerschnitts erforderlich. Die zugemessene Ladungsmenge ist bei änderbarem Drossel­ querschnitt aber auch völlig frei einsteuerbar zwi­ schen der Menge Null und einem Maximalwert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerdrossel lediglich schwarz-weiß verstell­ bar, also zwischen zwei festlegbaren Werten, bei­ spielsweise dem Wert Null und einem Wert ungleich Null. Diese einfach zu beherrschende Ausgestaltung kann beispielsweise mit einem Magnetstellwerk arbei­ ten, das die Drossel öffnet und schließt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß mit relativ ge­ ringen Mitteln eine sehr genaue Anpassung der zuge­ messenen Ladungsmenge an den Bedarf ermöglicht wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Abflußleitung des Ringraums ein Steuerventil vorgesehen, welches den Abflußkanal in der Ausgangslage des Steuerkolbens aufsteuert und während dessen Arbeitshub sperrt. Durch die Sperrung des Abflußkanals während des Arbeitshubes des Steuerkolbens wird der Ausweichkolben beim Rück­ lauf des Steuerkolbens in seine Ausgangslage durch den Druck im Ringraum an seinem festen Anschlag gehalten. Der Rücklauf des Ausweichkolbens beginnt mit Ende des Arbeitshubes, also unabhängig von der Motordrehzahl und dem Motorventilhub, immer in der gleichen Nockenwellenphase.

Dies hat den Vorteil, daß die erforderliche Rücklauf­ geschwindigkeit des Ausweichkolbens zur Erzielung einer gewünschten Ausgangslage über den Drosselquer­ schnitt insbesondere bei freier Einsteuerung einfacher bestimmbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Steuer­ ventils ergibt sich durch Verwendung des Steuerkolbens als bewegliches Ventilglied. Der Steuerkolben weist auf seiner Mantelfläche eine Ringnut auf, über die der Abflußkanal des Ringraums am Ausweichkolben geführt ist. Dies hat den Vorteil, daß kein eigenes Bauteil benötigt wird, um den Abfluß aus dem Ringraum zu steuern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Drosselquerschnitt der Steuer­ drossel in Abhängigkeit von der Viskosität des Druck­ mittels änderbar. Eventuelle Einflüsse der Viskosität auf den Motorventilhub können dadurch gesteuert oder geregelt korrigiert werden. Dies hat den Vorteil, daß die Anpassung an den tatsächlichen Kraftstoff­ bedarf weiter verbessert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung erlaubt die Korrektur der Viskositätseinflüsse auf die Durchflußmenge durch die Steuerdrossel in Abhängigkeit vom gemessenen Motorventilhub. Dies hat den Vorteil, daß die Korrektur ohne Zeitverlust und entsprechend der tatsächlichen Verhältnisse vorgenommen werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Drosselquerschnitt über eine Verstellvorrichtung in Abhängigkeit von der Belastung des Motors änderbar. Die zugemessene Ladungsmenge kann zusätzlich zur Drehzahlabhängigkeit der Belastung des Motors, also noch genauer an den Bedarf, angepaßt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch Verwendung einer mit dem Saugrohrdruck beaufschlagten Membran als Verstellvorrichtung. Die Anpassung des Drosselquerschnitts an die Belastung des Motors ist dadurch auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch Verwendung eines elektrischen Stellmotors als Verstellvorrichtung. Zusätzlich zur lastabhängigen Veränderung des Drosselquerschnitts ist die Anpassung an weitere Motorkenngrößen, sowie die völlig freie Einsteuerung der zugemessenen Ladungsmenge zwischen der Menge Null und einer Maximalmenge möglich. Dies hat den Vorteil, daß die Zumessung der Ladungsmenge noch flexibler und individueller vorgenommen werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Steuerkolben zur Erzielung eines Übersetzungsverhältnisses einen gegenüber dem Ventilstößel größeren Durchmesser auf. Dies hat den Vorteil, daß der Antriebsnocken zugunsten eines geringeren Platzbedarfs und verringerten Ge­ wichts kleiner ausgeführt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die auch für sich beansprucht wird, besteht in einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung zur Verringerung der Schließgeschwindigkeit des Motorventils vor dem Aufsitzen auf dessen Ventilsitz. Die hohe Mate­ rialbelastung durch das harte Aufschlagen des Motor­ ventils auf seinen Sitz, das vor allem dann auftritt, wenn der Schließzeitpunkt in eine Phase hoher Steuer­ kolbengeschwindigkeit fällt, wird dadurch wesentlich verringert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Dämpfungsvor­ richtung wird durch eine am Ventilstößel angeordnete Dämpfungsstufe erreicht. Im dem Steuernocken zugewand­ ten Endbereich des Ventilstößels ist dieser stufen­ artig verjüngt und die korrespondierende Gehäuseboh­ rung ist zur Bildung eines Dämpfungsraumes erweitert, die Öffnung des Dämpfungsraumes zum Druckraum hin jedoch soweit verjüngt, daß in diesem Bereich zwischen Bohrung und Dämpfungsstufe nur ein kleines Spiels verbleibt.

Beim Schließen des Motorventils taucht die Dämpfungs­ stufe in den verjüngten Bohrungsbereich. Dadurch entsteht ein Drosseleffekt, der die Axialgeschwindig­ keit des Ventilstößels und des Motorventils begrenzt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerdrossel innerhalb des den Steuerkolben, den Ausweichkolben und den Ventil­ stößel aufnehmenden Antriebsblocks angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise mit geringem Platzbedarf und geringen Leitungslängen erreicht. Diese hoch­ frequenthydraulisch völlig unproblematische Anordnung ist vor allem dann besonders vorteilhaft, wenn auf eine Veränderbarkeit des Drosselquerschnitts verzich­ tet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Anordnung bei änderbarem Drosselquerschnitt ergibt sich durch eine Vorrichtung, die die Drosseln mehrerer Ventil­ steuerungen verstellschlüssig miteinander verbindet und die Änderung der Drosselquerschnitte über ein gemeinsames Stellwerk ermöglicht. Dies hat den Vor­ teil, daß nur ein Stellwerk benötigt wird. Der Kraft­ bedarf an der Vorrichtung (Gestänge) ist niedrig und die Genauigkeitsanforderungen liegen in beherrsch­ baren Grenzen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Drossel außerhalb des Antriebs­ blocks angeordnet und mit den Drosseln weiterer Ventilsteuervorrichtungen in einer zentralen Steuer­ einrichtung in einem Gehäuse mit einem gemeinsamen Verstellorgan zusammengefaßt. Dies hat den Vorteil, daß nur ein Stellorgan für alle Steuerdrosseln benö­ tigt wird. Ein Gestänge entfällt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser zen­ tralen Steuereinrichtung sind die Drosseln als Mehr­ fachdrossel ausgebildet, deren Drosselquerschnitte durch einen Drosselschieber, beispielsweise einen Drehschieber, veränderbar sind. Der benötigte Bauraum wird dadurch besonders gering gehalten. Trotzdem ist jeder Ventilsteuervorrichtung eine eigene Drossel zugeordnet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist vereinfacht und mit mehreren Varianten in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit Drosselleitung und außerhalb des Antriebsblocks angeordneter Steuerdrossel (zentrale Anordnung),

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit innerhalb des Antriebs­ blocks angeordneter Steuerdrossel (dezentrale Anord­ nung) und

Fig. 3 das Schema einer zentralen Mehrfach­ drosselanordnung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Ventilsteuervorrichtung für ein Ein- oder Auslaßventil 1 einer Brennkraft­ maschine ist im Antriebsblock 2 zwischen einem Ventil­ stößel 3 und einem mit einer Nockenwelle 4 umlaufenden Antriebsnocken 5 angeordnet. Der Ventilstößel 3 ist in einer Bohrung 6 axial verschiebbar geführt und weist auf der dem Antriebsnocken 5 zugewandten Seite eine Verjüngung 12 auf, die mit einer Ver­ engung 13 der Bohrung 6 korrespondiert.

Zwischen dem verjüngten Bereich und dem Führungs­ bereich der Bohrung 6 ist ein Dämpfungsraum 7 angeord­ net, der durch Erweiterung des Bohrungsdurchmessers der Bohrung 6 gebildet wird. Der Durchmesser der Verengung 13 ist etwas größer als der Durchmesser der Verjüngung 12, so daß zwischen beiden ein gewisses Spiel vorhanden ist.

In einer zur Bohrung 6 koaxialen Bohrung 9 ist ein Steuerkolben 10 axial verschiebbar geführt, der seinerseits eine zentrale Sackbohrung 11 aufweist, die mit einer zwischen dem Steuerkolben 10 und dem Ventilstößel 3 befindlichen Druckkammer 14 in Verbin­ dung steht. Über eine Ringnut 15 und zwei Radialboh­ rungen 16, 17 im Steuerkolben 10 und über eine Druck­ mittelleitung 18 steht die Zentralbohrung 11 und somit auch die Druckkammer 14 in Verbindung mit dem Schmierölkreislauf des Motors.

Unter der Wirkung des Druckmitteldrucks wird einer­ seits der Steuerkolben 10 gegen den Antriebsnocken 5 gepresst und andererseits der Ventilstößel 3 gegen den Schaft des Motorventils 1, welches seinerseits durch die Kraft einer Ventilschließfeder 8, die an einer kraftschlüssig mit dem Motorventil 1 verbun­ denen Anschlagscheibe 8′ angreift, in den Ventilsitz gepresst wird.

Die Druckkammer 14 steht desweiteren in Verbindung mit einer seitlich zur Druckkammer 14 angeordneten stufenförmigen Gehäusebohrung 19, in die ein reziprok stufenförmig ausgebildeter, axial beweglicher Aus­ weichkolben 20 eingepaßt ist. Der Ausweichkolben 20 ist auf der der Druckkammer 14 abgewandten Seite durch eine sich am Antriebsblock 2 abstützende und in einer Sackbohrung 21 geführte Feder 22 belastet, die in eine zentrale, doppelte Stufenbohrung 23 im Ausweichkolben 20 greift, wobei eine Verjüngung 24 der Bohrung als Anschlag 25 dient.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Anschlags 25 ist in der Bohrung 23 des Ausweichkolbens 20 ein zur Druckkammer 14 öffnendes Rückschlagventil 26 vorgesehen, wobei die Verjüngung 24 auf dieser Seite als Ventilsitz 27 fungiert, und das Ventilglied 28 durch eine sich im Ausweichkolben 20 abstützende Feder 29 gegen den Ventilsitz 27 gepreßt wird.

Der Federraum 33 der Feder 22 steht über einen Durch­ laß 34 in Verbindung mit der Druckmittelleitung 18 und damit mit dem Motorschmierölkreislauf. Der Rand 35 der Sackbohrung 21 bildet einen Anschlag 36 für den Ausweichkolben 20.

Der Ausweichkolben 20 weist auf seiner Außenseite eine Ringnut 30 auf, die zusammen mit einer Stufe 31 der Gehäusebohrung 19 einen Ringraum 32 bildet. Der Ringraum 32 ist über eine weitere Druckmittel­ leitung 37 und ein zweites, zum Ringraum öffnendes Rückschlagventil 38 ebenfalls mit dem Motorschmieröl­ kreislauf verbunden.

Eine von der Druckmittelleitung 37 abzweigende Abfluß­ leitung 39 ist über eine weitere Ringnut 40 am Steuer­ kolben 10 und anschließend aus dem Antriebsblock 2 heraus zu einer Steuerdrossel 42 geführt, die anderer­ seits mit dem Motorschmierölkreislauf verbunden ist.

In Fig. 2 ist eine Ventilsteuervorrichtung mit de­ zentral angeordneter Steuerdrossel 47 dargestellt. Die Steuerdrossel 47 ist dabei in der Abflußleitung 39 zwischen dem Ringraum 32 und der im Steuerkolben 10 vorgesehenen zweiten Ringnut 40 angeordnet. Die Abflußleitung 39 ist von der Ringnut 40 zur Ringnut 15 geführt und über diese mit dem Motorschmierölkreislauf verbunden.

Fig. 3 ist das Prinzip einer Mehrfachdrosseleinrich­ tung für die gleichzeitige Steuerung mehrerer Motor­ ventile über ein gemeinsames Stellwerk entnehmbar. Über einen von einem Stellwerk 43 beweglichen Dreh­ schieber 44 wird der Querschnitt der Durchflußöff­ nungen 45 der außerhalb des Antriebsblocks 2 gelegenen Steuerdrosseln 42 verändert. Die Steuerdrosseln 42 sind einerseits mit den von den jeweiligen Ring­ räumen 32 (Fig. 1) kommenden Abflußleitungen 39 und andererseits über Druckmittelleitungen 46 mit dem Motorschmierölkreislauf verbunden.

Die in der Zeichnung beschriebene Ventilsteuervor­ richtung arbeitet wie folgt:

Unter der Wirkung des Drucks P 1 des Motorschmieröl­ kreislaufs wird der Steuerkolben 10 an den Antriebs­ nocken 5 und der Ventilstößel 3 an den Schaft des Motorventils 1 spielfrei angelegt. Solange sich der Steuerkolben 10 in der Rast des Antriebsnockens 5 befindet, herrscht derselbe Druck P 1 in der Druck­ kammer 14, im Federraum 33, sowie in der Druckmittel­ leitung 18. Im Ringraum 32, der Druckmittelleitung 37 und der Abflußleitung 39 herrscht aufgrund des zum Motorschmierölkreislaufs schließenden Rückschlag­ ventils 38 mindestens der Druck P 1, es kann aber auch ein höherer Druck P 2 vorliegen. Dies wird aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung ersichtlich.

Sobald sich der Nocken 5 mit der Nockenwelle 4 so weit gedreht hat, daß der Steuerkolben 10 aus der Rast des Antriebsnockens 5 herausläuft, wird das Volumen der Druckkammer 14 durch die Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 10 verkleinert. Die überschüssige Druckmittelmenge kann während des Vorhubs durch die Bohrungen 16, 17, die Ringnut 15 und die Druck­ mittelleitung 18 abströmen und wird über ein nicht dargestelltes Rückschlagventil dem Motorschmieröl­ kreislauf 49 zugeführt.

Hat sich der Steuerkolben 10 so weit in Richtung auf den Ventilstößel 3 zubewegt, daß die Ringnut 15 keine Verbindung mehr zur Druckmittelleitung 18 hat, wird der Ausweichkolben 20 unter der Wirkung des sich durch Weiterbewegen des Steuerkolbens 10 vergrößernden Drucks in der Druckkammer 14 gegen die Kraft der Feder 22 auf den Anschlag 36 zubewegt. Aufgrund der größeren Federkonstante der Ventil­ schließfeder 8 gegenüber der Feder 22 bleibt der Ventilstößel 3 in Ruhe und das Motorventil 1 geschlos­ sen.

Gleichzeitig mit dem Abtrennen der Ringnut 15 von der Druckmittelleitung 18 wird die Verbindung zwischen der Ringnut 40 und der Abflußleitung 39 unterbrochen. Durch das Rückschlagventil 38 strömt bei der Bewegung des Ausweichkolbens in Richtung auf den Anschlag 36 Druckmittel aus dem Motorschmierölkreislauf in den sich vergrößernden Ringraum 32 nach.

Nachdem der Ausweichkolben 20 den Anschlag 36 erreicht hat, bewegt sich der Ventilstößel 3 unter der Wirkung des sich weiter erhöhenden Drucks in der Druckkam­ mer 14 proportional zur Bewegung des Steuerkolbens 10 entgegen der Kraft der Ventilschließfeder 7 nach oben. Das Motorventil 1 hebt von seinem Ventilsitz ab und gibt den Ein- bzw. Auslaß frei. Der Proportio­ nalitätsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis der Querschnittsflächen von Steuerkolben 10 und Ventil­ stößel 3. Durch geeignete Wahl des Übersetzungsver­ hältnisses läßt sich der Antriebsnocken 5 zugunsten des erforderlichen Bauraums verkleinern.

Sobald der Steuernocken 10 seinen oberen Totpunkt überschritten hat, beginnt das Motorventil 1 wieder zu schließen. Unter der Kraftwirkung der Ventil­ schließfeder 8 bewegen sich Steuerkolben 10 und Ventilstößel 3, weiterhin proportional, in Richtung auf ihre jeweilige Ausgangslage zurück.

Kurz bevor das Motorventil 1 auf dem Ventilsitz aufsitzt, taucht die Verjüngung 12 in die Verengung 13 der Bohrung 6, wodurch ein Drosseleffekt auftritt. Die im Dämpfungsraum 7 vorhandene Druckmittelmenge bremst die Bewegung des Ventilstößels 3 und damit des Motorventils 1, da sie nur gedrosselt durch den zwischen Verjüngung 12 und Verengung 13 vorhande­ nen Spielraum in die Druckkammer 14 abfließen kann. Auf diese Weise wird ein zu hartes Aufschlagen des Motorventils 1 auf den Ventilsitz verhindert.

Obwohl sich der Steuerkolben 10, der aufgrund des Drucks in der Druckkammer 14 weiter am Antriebs­ nocken 5 fest anliegt, weiter abwärts bewegt und sich der Druck in der Druckkammer 14 auf P 1 ver­ ringert, bleibt der Ausweichkolben 20 in seiner Stellung am Anschlag 36 verharren, da der Ringraum 32 durch das beim Ausweichen des Ausweichkolbens 20 nachgeströmte Druckmittel gefüllt ist, und sich gegen die Kraft der Feder 22 im Ringraum 32 ein Druck aufbaut, der einer Bewegung des Ausweichkol­ bens 20 in Richtung auf die Druckkammer 14 entgegen­ wirkt.

Das sich beim Zurückweichen des Steuerkolbens 10 vergrößernde Volumen der Druckkammer 14 wird über das Rückschlagventil 26 mit Druckmittel aus dem Motorschmierölkreislauf gefüllt.

Erst wenn der Steuerkolben 10 so weit zurückgewichen ist, daß sich die Ringnut 40 und die Druckmittellei­ tung 39 überschneiden - die Vorhubsteuerung ist dann ebenfalls geöffnet - kann das Druckmittel aus dem Ringraum 32 über die Druckmittelleitung 37, die Abflußleitung 39, die Ringnut 40 und schließlich die Steuerdrossel 42 in den Motorschmierölkreislauf abfließen und der Ausweichkolben 20 sich in Richtung auf die Druckkammer 14 bewegen.

Durch die Führung des Druckmittelweges des Drossel­ kreises über die Ringnut 40 am Steuerkolben 10 mit der Wirkung eines Steuerventils erfolgt die Absteue­ rung unabhängig vom variablen Ventilhub immer in derselben Nockenwellenphase. Dies ist wichtig, um einen genau definierbaren Leerhub des Steuerkolbens 10 zu erhalten.

Der Leerhub ergibt sich nämlich aus dem in der Ab­ steuerphase zurückgelegten Regelweg des Ausweichkol­ bens 20. Dieser Weg hängt ab von der Geschwindigkeit des Ausweichkolbens 20 und der Zeit zwischen Absteuer­ beginn und Schließzeitpunkt der Verbindung zwischen Ringnut 40 und Abflußleitung 39. Die Geschwindigkeit des Ausweichkolbens 20 wiederum ist abhängig von der durch die Steuerdrossel 42 abströmenden Druck­ mittelmenge pro Zeiteinheit.

Die durch die Drossel 42 pro Zeiteinheit strömende Druckmittelmenge ihrerseits ist abhängig von der Viskosität des Druckmittels, der Differenz des Drucks vor und nach der Drossel 42 und vom Drosselquer­ schnitt. Daraus und aus der Druckfläche des Ausweich­ kolbens 20 ergibt sich dessen Geschwindigkeit und mit der Rücklaufzeit der vom Ausweichkolben 20 zurück­ gelegte Weg.

Der Einfluß der Viskosität des Druckmittels auf die Durchflußmenge und damit die Kolbengeschwindigkeit kann über das Stellwerk 43 durch Verändern des Dros­ selquerschnitts geregelt korrigiert werden, beispiels­ weise in Abhängigkeit vom gemessenen Motorventilhub.

Die Rücklaufzeit des Ausweichkolbens 20 ist abhängig vom Rastwinkel des Antriebsnockens 5 und der Drehzahl der Nockenwelle 4. Zu der sich daraus ergebenden Zeit muß noch die doppelte Vorhubzeit hinzugerechnet werden, da der Ausweichkolben 20 so lange seine Bewegung fortsetzt, bis sich die Ringnut 40 und die Abflußleitung 39 nicht mehr überlappen. Dieser vom Ausweichkolben 20 zurückgelegte Weg bestimmt nun den Leerhub des Steuerkolbens 10 bei der auf den Vorhub folgenden neuerlichen Hubphase.

Aufgrund der obengenannten Abhängigkeiten verkleinert sich dieser Weg und damit der Leerhub des Steuerkol­ bens 10 bei gleichbleibendem Drosselquerschnitt mit steigender Drehzahl. Dies bedeutet, daß mit steigender Drehzahl das Motorventil 1 früher öffnet und später schließt und gleichzeitig der Ventilhub vergrößert wird. Die in den Zylinder strömende La­ dungsmenge wird dadurch erhöht.

Durch Verändern des Drosselquerschnitts kann die Öffnungszeit des Motorventils zusätzlich - beispiels­ weise lastabhängig über einen mit dem Saugrohrdruck beaufschlagten Membransteller verändert und die zugemessene Ladungsmenge noch genauer an den Bedarf angepaßt werden.

Die Ausgestaltung mit einem elektrischen Stellmotor als Stellwerk 43 für die Steuerdrossel 42 eröffnet weitere Einflußmöglichkeiten auf die zugemessene Ladungsmenge. Der Ventilhub ist bei entsprechender Auslegung des Ausweichkolbens 20 und des maximalen Drosselquerschnitts zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert, der sich aus dem Hub des Nockens 5 abzüglich des Vorhubs und dem Übersetzungsverhältnis zwischen Steuerkolben 10 und Ventilstößel 3 ergibt, frei einsteuerbar.

Die Ausgestaltung nach Fig. 2 arbeitet in derselben Weise wie die nach Fig. 1, mit dem Unterschied, daß die Steuerdrossel 47 sich nicht außerhalb, sondern im den Steuerkolben 10, den Ausweichkolben 20 und den Ventilstößel 3 aufnehmenden Antriebsblock befin­ det.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 können die Steuer­ drosseln 42 mehrere Ventilsteuervorrichtungen zu einer Mehrfachdrossel mit nur einem gemeinsamen Stellwerk 43 zusammengefasst werden. Die Abflußlei­ tungen 39 der Ringräume 32 sind an einen Drehschieber 44 angeschlossen. Durch Verdrehen des mit Schrägnuten 41 versehenen Drehschiebers 44 mittels des Stell­ werks 43 werden die Durchflußöffnungen 45 zwischen den Abflußleitungen 39 und der jeweils zugeordneten Schrägnut 41 in ihrer Größe verändert. Andererseits sind die Schrägnuten 41 mit Abflußleitungen 46 verbun­ den, die eine Verbindung zum Motorschmierölkreislauf herstellen. Die durch die Öffnungen 45 fließenden Druckmittelmengen werden also für alle angeschlossenen Ventilsteuervorrichtungen gleichzeitig durch die Winkelstellung des Drehschiebers 44 bestimmt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 können die Steuerdros­ seln 47 entweder mit je einem Stellwerk betrieben sein, oder die Steuerdrosseln 47 mehrerer Ventil­ steuervorrichtungen können über ein Gestänge unterein­ ander verbunden und nur durch ein Stellwerk betrieben werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (18)

1. Ventilsteuervorrichtung zum Steuern des Zeitquer­ schnitts der Schließ- und Öffnungszeit sowie des Ventilhubes eines von einem Antriebsnocken einer Nockenwelle über einen Steuerkolben und einen axial verschiebbaren Ventilstößel betätigten Ein- bzw. Auslaßventils einer Brennkraftmaschine, mit einer zwischen dem Steuerkolben und dem Ventil­ stößel angeordneten, druckmittelgefüllten Druck­ kammer, die mit einer Zylinderbohrung verbunden ist, in der ein Ausweichkolben radial dichtend geführt ist, welcher durch das beim Druckhub des Steuerkolbens verdrängte Druckmittel entgegen der Kraft einer Rückstellfeder bei änderbarem Hub von einer Ausgangslage aus bis an einen An­ schlag verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslage des Ausweichkolbens änderbar ist, und daß nach dem Druckhub und vor einem neuerlichen Druckhub des Steuerkolbens (10) der Rücklauf des Ausweich­ kolbens (20) zur Bestimmung der änderbaren Aus­ gangslage abbremsbar ist.

2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsung mit hydrauli­ schen Mitteln erfolgt (flüssiger Anschlag).

3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (20) als Stufenkolben mit kleinerer Stirnfläche zum Druck­ raum (14) hin ausgebildet ist, der in einer ent­ sprechenden gestuften Zylinderbohrung (19) ar­ beitet, und daß in einer von dem zwischen den Stufen (31) gebildeten Ringraum (32) vorgesehenen Abfluß­ leitung (39), zum Abbremsen des Ausweichkolbens (20) bei dessen Rücklauf, eine Drossel (42) vor­ handen ist.

4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel (42) änderbar ist.

5. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel (42) nur auf zwei Abmessungen änderbar ist.

6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abfluß­ leitung (39) des Ringraums (32) ein Steuerventil vorhanden ist, welches den Abflußkanal in der Ausgangslage des Steuerkolbens (10) aufsteuert und während des Arbeitshubs des Steuerkolbens (10) sperrt.

7. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (10) als bewegliches Ventilteil des Steuerventils dient, insbesondere mit einer Ringnut (40) auf der Mantel­ fläche zur steuerkolbenhubabhängigen Steuerung des Abflußkanals.

8. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß­ querschnitt der Steuerdrossel (42) in Abhängigkeit von der Ölviskosität änderbar ist.

9. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Drossel­ querschnitts in Abhängigkeit vom gemessenen Motor­ ventilhub regelbar ist.

10. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossel­ querschnitt über eine Verstellvorrichtung in Abhängigkeit der Belastung des Motors änderbar ist.

11. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung mit einer vom Saugrohrdruck beaufschlagten Membran arbeitet.

12. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung mit einem elektrischen Stellmotor arbeitet.

13. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Steuerkolbens (10) zur Erzie­ lung eines Übersetzungsverhältnisses größer ist als der Durchmesser des Ventilstößels (3).

14. Ventilsteuervorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung zur Abbremsung des Motorventils beim Schließ­ vorgang.

15. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Steuerkolben zuge­ wandte und in Motorventilrichtung wirkende Stirn­ fläche des Ventilstößels (3) und der entsprechende Abschnitt der Bohrung (6) im Durchmesser ver­ ringert sind.

16. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (47) innerhalb des den Steuerkolben, den Ausweich­ kolben und den Ventilstößel aufnehmenden Antriebs­ blocks (1) angeordnet ist (Fig. 3).

17. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (47) über eine Vorrichtung (Gestänge) verstellschlüssig mit den Drosseln zusätzlicher Ventilsteuervorrichtungen verbunden ist und der Querschnitt dieser Drosseln durch ein gemeinsames Stellwerk änderbar ist.

18. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4-15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Motor­ ventile eines Motors mit je einer Ventilsteuerung versehen sind, und daß die jeweiligen Drosseln (42) außerhalb des Antriebsblocks (1) angeordnet sind und in einer Steuereinrichtung, in einem Gehäuse, mit einem gemeinsamen Stellorgan zusammen­ gefasst sind (Fig. 2).