DE3929073A1 - Ventilsteuervorrichtung mit magnetventil fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuervorrichtung mit Magnetventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei einer bereits vorgeschlagenen Ventilsteuervorrich­ tung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines von einem Ventilsteuernocken einer Nockenwelle über einen axial verschiebbaren Ventilschaft betätigten Motorventils (DE 38 15 668.7) ist der Flüssigkeits­ speicher in das Magnetventil integriert, wobei das Ventilglied als Speicherkolben dient, der einen Speicher­ raum von einem Magnetraum trennt, wobei die Verbindung zwischen Ventileinlaß und Speicherraum über die eine Stirnkante des Speicherkolbens in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz gesteuert wird. Der Magnet wirkt der Speicherausweichrichtung entgegen, da bei dem speziellen Ausführungsbeispiel das Magnetventil stromlos offen, d.h. nur unter Spannung gesperrt sein soll. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß bei Steckerabfall am Magnetventil der Motor nicht durchgehen kann. Um obere vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung zu erhalten, bei der einerseits der Flüssigkeitsspeicher im Magnet­ ventil integriert ist und bei dem andererseits das Magnetventil stromlos geöffnet sein soll, ist ein nicht unerheblicher, insbesondere konstruktiver Aufwand erfor­ derlich, vor allem deshalb, weil mindestens zwei Federn am als Ventilglied dienenden Speicherkolben angreifen müssen. Um die in Ventilöffnungsrichtung wirkende Feder im Magnetventil unterzubringen, muß der unterhalb des Ventilsitzes gelegene Bereich des Speicherraums eine Mindestbaugröße aufweisen. Da dieser Bereich aber stets mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, ergibt sich daraus keine Vergrößerung des Speicherraums, sondern eine nachteilige Vergrößerung der Gesamtbaugröße des Magnet­ ventils.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches dieser Zusatzpatentanmeldung hat demgegenüber den Vorteil, daß die kombinierte Speicherventileinheit einfacher aufgebaut ist und als Feder nur noch die Speicherfeder aufweist.

Der Dauermagnet übernimmt hierbei die Funktion der zweiten Feder, indem er auf das Ventilglied eine der Speicherfeder entgegengesetzte Kraft ausübt, die so groß ist, daß das Ventilglied bei nicht erregtem Elektro­ magneten in Ventiloffenstellung gehalten wird. Durch Erregen des Elektromagneten wird ein dem Magnetfeld des Dauermagneten entgegengerichtetes, mindestens gleich großes Magnetfeld erzeugt. Dadurch wird das Magnetfeld des Dauermagneten neutralisiert und das Magnetventil aufgrund der Kraft der Schließfeder geschlossen.

Der Dauermagnet ist vorteilhafterweise auf der dem Speicherraum abgewandten Seite des Ventilglieds angeord­ net, so daß die dem Hydraulikdruck ausgesetzte Stirn­ fläche des Ventilglieds eben gestaltet und der unterhalb des Ventilsitzes gelegene, nicht nutzbare Speicherraum klein gehalten werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicherkolben topfförmig ausgebildet und weist einen, dem Speicherraum zugewandten Topfboden auf, dessen Kante mit einem zwischen Ventileinlaß und Spei­ cherraum vorhandenen Ventilsitz zusammenwirkt und der radial an einer Innenwand des Steuerventilgehäuses geführt ist und wobei ein zentraler gehäusefester Zapfen als Magnetjoch des Elektromagneten in die Topföffnung taucht. Durch die entsprechende Gestaltung der Zapfen­ außenfläche und der Topfinnenfläche ist eine Optimierung des Magnetflusses und damit der Magnetkräfte erzielbar. Außerdem wird eine günstige Raumaufteilung erreicht, was einer Verkleinerung der Speicher-Magnetventileinheit entgegenkommt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem zwischen Zapfen und Innenwand gebildeten Magnetraum die Magnetspule angeordnet, wodurch die Montage der Speicher-Magnetventileinheit vereinfach­ bar ist, aber auch das Bauvolumen minimierbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Dauermagnet in den als Magnetjoch des Elektromagneten dienenden festen Zapfen integriert, wodurch eine weitere Minimierung des Bauvolumens erreicht wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Zapfen eine zentrale Bohrung zur Ent­ lastung des Magnetraums vorhanden, was erhebliche An­ schlußvorteile mit sich bringt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Magnetraum und Speicherraum tren­ nenden Topfboden eine Drosselöffnung vorhanden, um sicherzustellen, daß der Speicherkolben nach Abbau des Stößelraumdruckes wieder dichtend auf den Ventilsitz gelangt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Zapfen als Hubanschlag des Speicher­ kolbens dienen und außerdem eine Sackbohrung aufweisen, in die die Speicherfeder teilweise taucht. Diese Sack­ bohrung kann mindestens so tief sein, daß sie die Spei­ cherfeder voll aufnimmt, wenn diese zu einem Block zusammengedrückt ist. Außerdem wird dadurch weiterer Raum gespart, der dem Volumen des Speicherraums zugute­ kommt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ventilsteuervorrichtung mit ungeschnittener Spei­ cher-Magentventileinheit und Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Speicher-Magnetventileinheit in vergrößertem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Ventilsteuervorrichtung für ein Ein- oder Auslaßventil 10 einer Brennkraft­ maschine ist zwischen einem ein Ventilglied 11 tragenden Ventilschaft 12 und einem mit einer Nockenwelle 13 umlaufenden Ventilsteuernocken 14 angeordnet. Der Ventil­ schaft 12 ist in einem Ventilgehäuse 15 axial verschieb­ bar geführt und liegt mit dem Ventilglied 11 unter der Wirkung zweier Ventilschließfedern 16, 17 auf einem Ventilsitz 18 im Ventilgehäuse 15 auf, der eine Ventil­ ein- bzw. Ventilauslaßöffnung 19 umgibt. Die Ventil­ steuervorrichtung weist ein auf das Ventilgehäuse 15 aufgesetztes Steuergehäuse 20 auf, in welchem eine Gehäusekammer 21 achsgleich zu einer Federkammer 22 im Ventilgehäuse 15 angeordnet ist, in der die Ventil­ schließfedern 16, 17 koaxial zueinander untergebracht sind. In die Gehäusekammer 21 ist von unten her ein Gehäuseblock 23 eingeschoben, der eine zentrale axial durchgehende Gehäusebohrung 24 aufweist. In der Gehäuse­ bohrung 24 ist ein, mit dem Ventilschaft 12 verbundener Ventilkolben 25 und ein darüber angeordneter Kolbenteil 26 eines Nockenkolbens 27 axial verschiebbar. Der Nocken­ kolben 27 wird von einer im Gehäuseblock 23 sich ab­ stützenden Rückstellfeder 28 an den Ventilsteuernocken 14 angepreßt. Der Kolbenteil 26 wird über die Rückstell­ feder 28 formschlüssig an den Nockenkolben 27 gepreßt. Der Ventilkolben 25 und der Kolbenteil 26 begrenzen eine mit Öl gefüllte Hubübertragungskammer 29, deren zwischen Nockenkolben 27 und Ventilkolben 25 wirksame axiale Länge durch Relativbewegung der Kolben zueinander verändert werden kann. Die Hubübertragskammer 29 steht über eine Leitung 30 mit einem zylindrisch ausgebildeten Magnetsteuerventil 31 in Verbindung, welches in Fig. 1 ungeschnitten dargestellt ist und wobei die Leitung 30 radial auf das Magnetsteuerventil 31 stößt. Irgend­ welche, aus der Ventilsteuereinrichtung abströmenden Leckmengen des Öls werden von einem Vorratsbehälter 32 aus über eine Förderleitung 33 mittels einer Förder­ pumpe 34 ausgeglichen, wobei die Leitung 33 aufgezweigt wird in eine Leitung 35, welche in die die Hubüber­ tragungskammer 29 und das Magnetsteuerventil 31 verbin­ dende Leitung 30 mündet und in eine Leitung 36, die zum Magnetsteuerventil 31 führt und zwar zu dessen unterer Stirnseite. In den Leitungen 35 und 36 ist jeweils ein, in Richtung zum Magnetsteuerventil 31 hin, öffnendes Rückschlagventil 37 und 38 angeordnet. Der maximale Förderdruck der Förderpumpe 34 wird durch ein Druckbegrenzungsventil 39 nach oben begrenzt, so daß ein bestimmter Versorgungsdruck des Öles nicht überschritten wird.

Durch das Magnetsteuerventil 31, das in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist, kann die, in der Hubübertragungskammer 29 vorhandene Ölmenge gesteuert werden. Hierfür ist im Magnetventilgehäuse 40 ein topfförmig ausgebildeter Speicherkolben 41 axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet. Dieser Speicherkolben 41 trennt in der dargestellten Schließstellung des Magnetventils 31 einen Einlaßraum 42 von einem Speicherraum 43 und einem Magnetraum 44. Der Speicherkolben 41 ist durch eine auch als Schließfeder wirkende Speicherfeder 45 belastet und weist am Kolbenboden eine Drosselbohrung 46 auf, durch die der Speicherraum 43 und der Magnetraum 44 miteinander verbunden sind. Die Speicherfeder 45 stützt sich auf der dem Speicherkolben 41 abgewandten Seite an einem achsgleich zum Speicherkolben 41 angeordneten Zapfen 47 eines Gehäusedeckels 48 ab, wobei zur Aufnahme eines Abschnitts der Speicherfeder 45 am freien Ende des Zapfens 47 eine Sackbohrung 49 vorgesehen ist. Außerdem ist im Zapfen 47 ein Leckkanal 50 vorhanden, der über eine Leckleitung 51 zum Ölbehälter 32 führt. In dem durch das Magnetventilgehäuse 40 und den Zapfen 47 gebildeten Ringraum des Magnetraums 44 ist eine Magnetspule 52 angeordnet. Außerdem ist dieser Ringraum, in den der Speicherkolben 41 bei Verschieben gegen die Speicherfeder 45 mit seinen Ringwänden taucht über eine Leckbohrung 53 mit dem Leckkanal 50 verbunden, um bei dem Eintauchen zu vermeiden, daß zwischen Magnet­ spule 52 und Speicherkolben 41 innerhalb des Magnetraums 44 ein Flüssigkeitsstau entsteht. Im Zapfen 47 ist zwischen Sackbohrung 49 und Leckbohrung 53 ein Dauer­ magnet 56 angeordnet, der auf den Speicherkolben 41 eine der Kraft der Speicherfeder 45 entgegengerichtete Kraft ausübt.

Die beschriebene Ventilsteuervorrichtung arbeitet wie folgt:
Bei durch Erregen der Spule 52 geschlossenem Magnetventil 31 wird für den Betrieb der Brennkraftmaschine durch den Ventilsteuernocken 14 zu dem gegebenen Zeitpunkt der Ventilteller 11 vom Ventilsitz nach unten abgehoben und der Einlaßkanal zum Brennraum geöffnet. Hierfür wird über den Nockenkolben 27 und entgegen der Kraft der Rückstellfeder 28 der Kolbenteil 26 in die Gehäuse­ bohrung 24 verschoben, welcher mit Öl gefüllt ist. Durch das Öl als nahezu unelastischer Kraftüberträger wird der Ventilkolben 25 nach unten verdrängt und verschiebt dabei den Ventilschaft 12 einschließlich Ventilteller 11 und zwar entgegen der Kraft der Ventilschließfedern 16 und 17. Bei unverändertem Flüssigkeitsvolumen in der Hubübertragungskammer 29 entspricht der Öffnungshub des Motorventils 10 der Höhe des Ventilsteuernockens 14, da der Kolbenteil 26 und der Ventilkolben 25 den gleichen Arbeitsdurchmesser aufweisen. Dieser Arbeitshub des Ventilschafts 12 wird durch das Magnetsteuerventil 31 dann geändert, wenn der Zeitquerschnitt zwischen Ventilteller 11 und Ventilsitz 18 ausreichend groß ist, beispielsweise wenn durch Verkleinern dieses Zeit­ querschnitts die Motordrehzahl verringert werden soll. Hierbei wird entsprechend dem Zeitquerschnitt die in den Brennraum gesaugte Kraftstoffluftgemischmenge ver­ ringert. Um diesen Zeitquerschnitt zu verringern wird gezielt ab einem bestimmten Arbeitshub das Magnetventil 31 geöffnet, indem die Spule 52 abgeschaltet wird und durch die Wirkung des Magnetfeldes des Dauermagneten 56 die Ventilkante 54 des Speicherkolbens 41 vom Ventil­ sitz 55 abhebt, so daß sich der in der Hubübertragungs­ kammer 29 herrschende Druck über die Leitung 30 in den Speicherraum 43 überträgt, um dort durch Beauf­ schlagung der unteren Stinseite des Speicherkolbens 41 diesen entgegen der Kraft der Speicherfeder 45 nach oben zu schieben. Um dieses vom Speicher geschluckte Volumen wird jenes in der Hubübertragungskammer 29 reduziert. Durch die Wirkung der Federn 16 und 17 schließt der Ventilteller 11 dadurch vorzeitig. Außerdem wird bei diesem Speichervorgang im kombinierten Spei­ cher-Magnetventil 31 im Magnetraum 44 vorhandene Flüssig­ keit über die Leckbohrung 53 bzw. den Leckkanal 50 und die Leckleitung 51 zum Ölbehälter 32 geleitet. Beim Weiterdrehen des Ventilsteuernockens 14 gelangt er in die gezeigte Grundkreisstellung, in der der Kolben­ teil 26 durch die Rückstellfeder 28 wieder ganz nach oben geschoben wird. Bei dieser Bewegung verdrängt der Speicherkolben 41 des Magnetsteuerventils 31, durch die Speicherfeder 45 angetrieben, das ihm vorgelagerte Öl über die Leitung 30 zurück in die Hubübertragungs­ kammer 29. Durch Erregen der Spule 52 wird ein dem Magnetfeld des Dauermagneten 56 entgegengerichtetes und mindestens ebenso großes Magnetfeld erzeugt, so daß dessen Wirkung neutralisiert und der Speicherkolben 41 durch die Kraft der Speicherfeder 45 mit seiner Ventilkante 54 auf den Ventilsitz 55 gedrückt wird. Irgendwelche sich in Ventileinlaßraum 42 der Leitung 30 oder der Hubübertragungskammer 29 einstellende Hohl­ räume, werden über die Förderpumpe 34 und die Förder­ leitung 33 mit Öl aufgefüllt, wobei ein Zurückfließen durch das Rückschlagventil 37 verhindert wird, so daß bei einem neuerlichen Antrieb durch den Ventilsteuer­ nocken 14 die Ausgangssituation wieder erreicht ist. Über die Drosselbohrung 46 im Boden des Speicherkolbens 41 wird erreicht, daß im Speicherraum 43 kein Staudruck entsteht d. h. es wird erreicht, daß der Speicherkolben 41 satt auf dem Ventilsitz 55 aufliegt. Über die Leitung 36 und das Rückschlagventil 38 strömt von der Förderpumpe 34 kontinuierlich Öl in den Speicherraum 43 und von dort über die Drosselbohrung 46 in den Magnetraum 44 und zurück in den Ölbehälter 32, so daß hier eine stetige Füllung des Speicherraums 43 unter konstantem niederen Druck gewährleistet ist.

Claims (7)

1. Ventilsteuervorrichtung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines von einem Ventilsteuernocken einer Nockenwelle über einen axial verschiebbaren Ventilschaft betätigten Motorventils einer Brenn­ kraftmaschine, mit einer zwischen dem Ventilsteuer­ nocken und dem Ventilschaft angeordneten, flüssig­ keitsgefüllten Hubübertragungskammer, die zur Änderung ihrer zwischen Ventilsteuernocken und Ventilschaft wirksamen Axialausdehnung einen durch ein Magnetventil steuerbaren Kanal zum Ablassen und Zuführen der Flüssigkeit aufweist, der anderen Ends in einen Flüssigkeitsspeicher mündet, wobei der Flüssigkeitsspeicher in das Magnetventil inte­ griert ist und sich durch Zurückweichen des Ventil­ glieds als Speicherkolben in Öffnungsrichtung über die eine Durchflußöffnung freigebende Stellung hinaus ausbildet; nach Patentanmeldung P 38 15 668.7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Speicherkolben (41) ausgebildete Ventil­ glied durch eine als Schließfeder dienende Speicher­ feder (45) belastet ist und daß ein Dauermagnet (56) vorgesehen ist, der das Ventilglied entgegen der Kraft der Schließfeder bei stromloser Magnet­ spule (52) in Offenstellung hält.

2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (41) topfförmig ausgebildet ist und einen dem Speicherraum (43) zugewandten Topf­ boden aufweist, dessen Kante (54) mit einem zwischen Ventileinlaßraum (42) und Speicherraum (43) vor­ handenen Ventilsitz (55) zusammenwirkt und der radial an einer Innenwand des Steuerventilgehäuses (40) geführt ist und daß ein zentraler gehäusefester Zapfen (47) als Magnetjoch in die Topföffnung des Speicherkolbens (41) taucht.

3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem zwischen Zapfen (47) und Innenwand des Gehäuses (40) gebildeten Ringraum des Magnetraums (44) die Magnetspule (52) angeordnet ist.

4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (56) in dem als Magnetjoch des Elektromagneten dienenden festen Zapfen (47) inte­ griert ist.

5. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zapfen (47) eine zentrale Bohrung (50) zur Entlastung des Magnetraums (44) vorhanden ist.

6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Magnetraum (44) und Speicherraum (43) trennenden Mitteln (Boden des Speichkolbens 41) eine Drosselöffnung (46) vorhanden ist.

7. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (47) als Hubanschlag des Speicher­ kolbens (41) dient und daß die Speicherfeder (45) teilweise in eine Sackbohrung (49) des Zapfens (47) taucht.