DE4111610C2 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten eines Gaswechselventils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ver­ änderung der Steuerzeiten eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 19 58 627 bekannten Vorrichtung dieser Art wird eine drehzahlabhängige Veränderung der Steuerzeiten dadurch erreicht, daß die Druckflüssigkeit aus dem Druck­ raum des Tassenstößels über eine Drosselstelle entweichen kann, die bei hohen Drehzahlen nur eine geringe Leckage, bei niedrigen Drehzahlen jedoch eine große Leckage ver­ ursacht, wodurch bei niedrigen Drehzahlen das Öffnen des Ventils später und das Schließen des Ventils früher er­ folgt als bei hohen Drehzahlen und die Ventilüberschnei­ dung bei niedrigen Drehzahlen und der damit verbundene Füllungsverlust verringert werden. Mit dieser Verlegung der Steuerzeiten ist jedoch zwangsläufig auch eine Verrin­ gerung des Ventilhubes verbunden, so daß der Füllungsgrad im unteren bis mittleren Drehzahlbereich reduziert wird. Nachteilig ist auch, daß die Ventilöffnungs- und -schließ­ zeitpunkte voneinander abhängig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ventils unabhängig voneinander und ohne Veränderung des Ventilhubes in Ab­ hängigkeit von der Drehzahl verändert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann durch entspre­ chende Ausbildung der den Stift betätigenden Nockenkontur fast jeder beliebige Ventil-Einlaß- oder Auslaßsteuer­ zeitpunkt verwirklicht werden, da mit dem Öffnen des Rückschlagventils der Schließvorgang des Gaswechselventils beginnt und bei geschlossenem Rückschlagventil die Be­ tätigung des Gaswechselventils in der üblichen Weise durch die Nockenkontur erfolgt.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird vor allem eine selbsttätige drehzahlabhängige Verlagerung des Schließzeit­ punktes des Gaswechselventils erreicht, da der Zeitraum, den das Ventil benötigt, um nach Öffnen des Rückschlag­ ventils in die Schließstellung zurückzukehren, in erster Linie von der Ventilfederkraft und von der Masse der be­ wegten Teile abhängig und daher konstant ist, wobei der Schließzeitpunkt bei hohen Drehzahlen später liegt als bei niedrigen Drehzahlen. Dadurch wird für ein Einlaßventil eine Vergrößerung der Füllung im oberen Drehzahlbereich durch dyna­ mische Aufladung erreicht und bei niedrigen Drehzahlen ein Rückschieben der Ladung vermieden. Bei einem Auslaßventil wird bei niedrigen Drehzahlen die Überschneidung zwischen Einlaß und Auslaß, wie gewünscht, verringert, während die größere Überschneidung bei hohen Drehzahlen keine Rolle spielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem hydraulischen Tassenstößel treten im Betrieb Leckverluste auf, die dadurch kompensiert werden, daß der Innenraum des Tassenstößels zumindest periodisch mit einer Drucköl-Zuflußleitung im Zylinderkopf in Verbindung kommt. Diese Zuflußleitung endet in der den Tassenstößel aufneh­ menden Bohrung im Zylinderkopf und kommt über eine Öffnung in der Umfangswand des Tassenstößelgehäuses mit dem Inne­ ren des Tassenstößels in Verbindung. Um bei Druckbeauf­ schlagung des Tassenstößels ein Rückströmen von Drucköl aus dem Inneren des Tassenstößels in die Zuflußleitung zu verhindern, ist in der Zuflußleitung ein Rückschlagventil angeordnet. Die unvermeidliche Leckage zwischen der Um­ fangswand des Tassenstößelgehäuses und der Wand der den Tassenstößel aufnehmenden Bohrung beeinflußt die Spielaus­ gleichsfunktion des üblichen hydraulischen Tassenstößels nicht, da der Tassenstößel in der Entlastungsphase, also beim Auflaufen auf den Nockengrundkreis, aufgefüllt werden kann. Wird jedoch der Tassenstößel entsprechend dem erfin­ dungsgemäßen Vorschlag zur Veränderung der Ventilsteuer­ zeiten verwendet, so bewirkt diese Leckage eine ungewollte und unkontrollierte Beeinflussung der Ventilsteuerzeiten, wenn der Speicherraum innerhalb des Tassenstößels angeord­ net ist. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß der Speicherraum außerhalb des Tassenstößels angeordnet wird und einerseits mit der Drucköl-Zuflußleitung im Zy­ linderkopf über ein Rückschlagventil und andererseits mit dem Druckraum des Tassenstößels über das von dem Nocken betätigbare Rückschlagventil in Verbindung steht. Dadurch wird die Leckage bei der Druckbeaufschlagung des Tassen­ stößels verringert, da sich durch die Anordnung des Druck­ speichers zwischen dem Rückschlagventil und dem Leckspalt zwischen dem Tassenstößelgehäuse und der Wand der den Tassenstößel aufnehmenden Bohrung kein so hoher Druck auf­ bauen kann wie bei der Anordnung des Speicherraumes inner­ halb des Tassenstößels. Die externe Anordnung des Spei­ cherraumes vereinfacht den Aufbau des Tassenstößels be­ trächtlich und gibt darüber hinaus die Möglichkeit, mehre­ re Tassenstößel an einen gemeinsamen Speicherraum anzu­ schließen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Einlaßventils einer Brennkraftmaschine, das von einem Nocken über einen hydraulischen Tassenstößel betätigt wird,

Fig. 2 bis 5 aufeinanderfolgende Phasen der Betätigung des Einlaßventils von Fig. 1,

Fig. 6 ein Diagramm, aus welchem der Ventilhubverlauf über dem Nockenwellen-Drehwinkel für verschiedene Dreh­ zahlen dargestellt ist, und

Fig. 7 eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Aus­ führung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine bezeichnet, der für jeden Zylinder Gas­ wechselventile aufweist, von denen nur ein Einlaßventil 2 eines Zylinders dargestellt ist. Das Ventil 2 ist im Schließsinn von einer Ventilfeder 3 beaufschlagt, und es wird im Öffnungssinn von einem Nocken 4 einer Nockenwelle 5 über einen hydraulischen Tassenstößel 6 betätigt. Der Tassenstößel 6 weist ein zylindrisches Gehäuse 7 mit einem Boden 8 auf, auf den der Nocken 4 aufläuft. Innerhalb des Gehäuses 7 ist ein mit dem Boden 8 fest verbundener oder einstückiger Zylinder 9 vorgesehen, der mit der Umfangs­ wand des Gehäuses 7 einen Ringraum 10 begrenzt und in dem axial verschiebbar ein Kolben 11 angeordnet ist, an dem sich der Ventilschaft 12 abstützt. Der Kolben 11 begrenzt im Zylinder 9 eine Druckkammer 13, in der eine Feder 14 angeordnet ist, die den Kolben 11 in Anlage am Ventil­ schaft 12 hält. Der Ringraum 10 ist durch eine feste Ring­ wand 15 mit Leckagebohrungen 16 abgeschlossen und enthält einen verschiebbaren Ringkolben 17, der unter der Wirkung einer Feder 18 steht. Der Ringkolben 17 begrenzt einen Speicherraum 19, mit dem der Druckraum 13 über ein Rück­ schlagventil 20 in Verbindung steht. Das Rückschlagventil 20 wird gebildet von einem Ventilkörper 21, einem Ventil­ sitz 22 in der Abschlußwand 23 des Zylinders 9 und einer Ventilfeder 24, die bestrebt ist, den Ventilkörper 21 auf den Ventilsitz 22 zu drücken. Öffnungen 25 in der Wand 23 des Zylinders 9 verbinden den Ventilsitz 22 mit dem Spei­ cherraum 19. Der Druckraum 13 und der Speicherraum 19 sind einschließlich der Verbindungen zwischen diesen Räumen ständig mit Öl gefüllt. Zur Kompensation von Leckverlusten ist im Zylinderkopf ein Kanal 26 vorgesehen, der einer­ seits über ein Rückschlagventil 27 und eine Leitung 28 mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine ver­ bunden ist und andererseits über eine Bohrung 29 mit dem Speicherraum 19 in Verbindung kommt. Der vorstehend be­ schriebenen Tassenstößel ist von üblicher Bauart und im Prinzip beispielsweise aus der DE 36 17 858 C2 bekannt.

Im Ausführungsbeispiel ist eine drehzahlabhängige Verlage­ rung des Schließzeitpunktes des Einlaßventils 2 verwirk­ licht. Zu diesem Zweck ist ein Stift 30 vorgesehen, der eine zentrale Öffnung 31 im Boden 8 des Tassenstößels 6 durchdringt und sich auf dem Ventilkörper 21 des Rück­ schlagventils 20 abstützt und durch den Nocken 4 einge­ drückt werden kann, um den Ventilkörper 21 von seinem Sitz 22 abzuheben und damit das Rückschlagventil 20 zu öffnen, so daß das Öl aus der Druckkammer 13 in den Speicherraum 19 entweichen und das Ventil 2 durch die Ventilfeder 3 auf seinen Sitz gedrückt werden kann. In dem Bereich des Nockens 4, in welchem das Rückschlagventil 20 durch den Stift 30 nicht geöffnet werden soll, ist in der Umfangs­ fläche 4a des Nockens 4 eine in Umfangsrichtung verlau­ fende Nut 32 vorgesehen, in welche der Stift 30 eintauchen kann.

Die Umfangsfläche 4a des Nockens 4 weist einen Öffnungs­ abschnitt (Bereich A), einen Halteabschnitt (Bereich B), einen Schließabschnitt (Bereich C) und einen Befüllungsabschnitt (Bereich D) auf. In der Öffnungsphase des Ventils 2 läuft der Nocken 4 in dem Bereich A auf den Tassenstößel 6 auf. Da in diesem Bereich die Nut 32 vorgesehen ist, in welche der Stift 30 hineinragt, bleibt das Rückschlagventil 20 geschlossen und es findet die übliche Öffnungsbewegung des Ventils 2 statt. Der Beginn dieser Öffnungsbewegung ist in Fig. 1 dargestellt. Über den Bereich B wird das Ventil 2 durch den Nocken 4 offengehalten, da sich die Nut 32 auch über diesen Bereich erstreckt und das Rückschlagventil 20 nicht geöffnet wird. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Die Nut 32 läuft zum Ende des Abschnittes B aus, so daß nun bei Weiterdrehung des Nockens 4 in Richtung des Pfeiles Z der Stift 30 zuerst vom Boden der Nut 32 und sodann von der Umfangsfläche 4a des Nockens 4 eingedrückt wird und das Rückschlagventil 20 öffnet. Dies ist in Fig. 3 darge­ stellt. Die Ventilfeder 3 kann nun den Kolben 11 in den Zylinder 9 hineindrücken und das Ventil 2 in seine Schließstellung bewegen, wobei der Kolben 11 das Öl aus dem Druckraum 13 in den Speicherraum 19 überschiebt. Dabei wird der Ringkolben 17 entgegen der Wirkung der Feder 18 zurückgedrückt. In der Stellung gemäß Fig. 4 ist der Schließvorgang des Ventils 2 beendet und der Kolben 11 be­ findet sich in seiner oberen Endstellung. Um ein sanftes Schließen des Ventils 2 zu gewährleisten, ist in bekannter Weise eine Ventilbremse vorgesehen. Die Bremswirkung wird dadurch erreicht, daß der obere Endabschnitt 33 des Kol­ bens 11 einen kleineren Außendurchmesser hat und mit die­ sem Endabschnitt in den Endabschnitt 34 der Zylinderboh­ rung unter Belassung eines Drosselspaltes eintaucht.

Im Bereich D der Umfangsfläche 4a des Nockens 4 bleibt das Rückschlagventil 20 geöffnet, da die Umfangsfläche 4a des Nockens 4 den Stift 30 eingedrückt hält (siehe Fig. 5). Während dieser Phase findet eine Wiederbefüllung des Druckraumes 13 mit Öl aus dem Speicherraum 19 statt, da die Feder 18 den Ringkolben 17 in der Zeichnung nach oben verschiebt und das Öl aus dem Speicherraum 19 über das ge­ öffnete Rückschlagventil 20 in den Druckraum 13 befördert. Dieser Befüllungsvorgang wird durch die auf den Kolben 11 wirkende Feder 14 unterstützt. Bei Weiterdrehung des Nockens 4 kommt dieser wieder in die Position gemäß Fig. 1, wonach sich der beschriebene Vorgang wiederholt.

Es ist ersichtlich, daß der Schließzeitpunkt des Ventils 2 von der Betätigung des Rückschlagventils 20 durch den Nocken 4 abhängt. Da der Zeitraum, der zum Schließen des Ventils 2 erforderlich ist, unabhängig von der Drehzahl immer gleich ist, weil er nach dem Öffnen des Rückschlagventils 20 nur von unveränderlichen Faktoren, nämlich insbesondere von der Kraft der Ventilfeder 3 und den Massenkräften der bewegten Teile bestimmt ist, ergibt sich bei unterschied­ lichen Drehzahlen auch ein unterschiedlicher Schließzeit­ punkt für das Ventil 2. Dies ist im Diagramm von Fig. 6 dargestellt. In diesem Diagramm ist der Hubverlauf des Ventils 2 in Abhängigkeit vom Nockenwellen-Drehwinkel dar­ gestellt. Wie ersichtlich, ist der Hubverlauf in der Öff­ nungsphase, also über den Nockenbereich A, normal. Während aber bei einem normalen Ventiltrieb der Ventilhubverlauf der gestrichelt eingezeichneten Kurve F folgt, wird bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag das Ventil über den Be­ reich B offengehalten und dann durch Öffnen des Rück­ schlagventils 20 geschlossen. Der Verlauf des Schließvor­ ganges hängt nun von der Drehzahl ab. Bei niedrigen Dreh­ zahlen folgt der Hubverlauf der Kurve G, und es ist er­ sichtlich, daß der Einlaßschluß kurz nach UT liegt, wo­ durch ein Rückschieben der Ladung vermieden wird. Im mitt­ leren Drehzahlbereich erfolgt das Schließen des Ventils entlang der Kurve H und bei hohen Drehzahlen entsprechend der Kurve E, also beträchtlich nach UT, so daß eine Füllungsvergrößerung durch dynamische Aufladung erreicht wird.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Speicherraum 19' nicht in den Tassenstößel 6' integriert, sondern außerhalb desselben im Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Er ist analog zu Fig. 1 von einem Kolben 17' be­ grenzt, der unter der Wirkung einer Feder 18' steht, die sich an einem Verschlußdeckel 34 abstützt. Zur Entlüftung des Raumes hinter dem Kolben 17' dient eine Leckage- oder Entlüftungsbohrung 16'. Der Speicherraum 19' ist über ein Rückschlagventil 27' mit einer Drucköl-Zuflußleitung 28' in Verbindung, die an den Schmierölkreislauf der Brenn­ kraftmaschine angeschlossen ist. Von dem Speicherraum 19' geht ein Kanal 26' aus, der in einen Längsschlitz 36 in der Wand der den Tassenstößel aufnehmenden Bohrung 35 mün­ det. Der Längsschlitz 36 ist über eine Öffnung 29' in der Umfangswand des Tassenstößelgehäuses 7' ständig mit dem den Zylinder 9' umgebenden Ringraum 10' in Verbindung, der durch eine feste Wand 15' nach außen abgeschlossen ist und bei geöffnetem Rückschlagventil 20' über die Öffnungen 25' mit dem Druckraum 13' in Verbindung kommt. Die Wirkungs­ weise dieser Ausführung ist die gleiche wie diejenige der Ausführung gemäß Fig. 1. Während aber bei der Ausführung gemäß Fig. 1 bei der Druckbeaufschlagung des Tassenstößels eine nicht unbeträchtliche Leckage aus dem Speicherraum 19 über den Leckspalt zwischen der Umfangswand des Tassenstö­ ßelgehäuses 7 und der Wand der den Tassenstößel aufnehmen­ den Bohrung eintreten kann, da dieser Leckspalt zwischen dem Druckspeicher und dem Rückschlagventil 27 liegt, wird bei der Ausführung gemäß Fig. 7 durch die Anordnung des Speicherraumes 19' zwischen dem genannten Leckspalt und dem Rückschlagventil 27' die Leckage erheblich verringert. Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Aufbau des Tassen­ stößels gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 erheblich vereinfacht ist und daß die Möglichkeit besteht, mehrere Tassenstößel an einen gemeinsamen Speicherraum 19' anzu­ schließen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern beispielsweise auch zur Be­ einflussung der Steuerzeiten, insbesondere des Auslaß­ schlusses, eines Auslaßventils verwendbar. Weiterhin kann eine in Abhängigkeit von Betriebsparametern ver­ änderliche Nockenkontur für die Betätigung des Rück­ schlagventils 20 vorgesehen sein, wie dies im Prinzip für Ventilsteuerungen bekannt ist (JP 63 173 840 A).

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine, das von einem Nocken (4) einer Nockenwelle über einen hydrau­ lischen Tassenstößel betätigt wird, der ein Gehäuse (7) mit einem mit der Umfangsfläche (4a) des Nockens (4) zusammenwirkenden Boden (8) und einen in dem Gehäuse verschiebbaren, mit dem Ventilschaft (12) zusammen­ wirkenden Kolben (11) aufweist, der einen Druckraum (13) begrenzt, welcher über ein Rückschlagventil (20) mit einem federbelasteten Ventilkörper (21) mit einem Speicherraum (19) in Verbindung steht, wobei die Ver­ änderung der Steuerzeiten durch Übertreten von Flüssig­ keit aus dem Druckraum (13) in den Speicherraum (19) erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Gehäuseboden (8) des Tassenstößels (6) durchdringender Stift (30) vorgesehen ist, der mit dem Ventilkörper (21) des Rückschlagventils (29) zusammen­ wirkt, und daß der Nocken (4) eine mit dem Stift (30) zusammenwirkende Kontur aufweist zum Verschieben des Stiftes in der Weise, daß das Rückschlagventil (20) während einer Umdrehung des Nockens (4) geöffnet und geschlossen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Stift (30) zusammenwirkende Kontur des Nockens (4) dessen Umfangsfläche (4a) ist, die in dem Bereich, in dem das Rückschlagventil (20) geschlossen bleiben soll, eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (32) aufweist, in die der Stift (30) hineinragt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (4a) des Nockens (4) in Umfangs­ richtung hintereinander einen Öffnungsabschnitt (A) zum Öffnen des Gaswechselventils (2) bei geschlossenem Rückschlagventil (20), einen Halteabschnitt (B) zum Halten des Gaswechselventils in der offenen Stellung bei geschlossenem Rückschlagventil (20), einen Schließ­ abschnitt (C) zum Öffnen des Rückschlagventils (29) und zum Schließen des Gaswechselventils, sowie einen Befül­ lungsabschnitt (D) zum allmählichen Schließen des Rück­ schlagventils (20) bei geschlossenem Gaswechselventil aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (19, 19') von einer federbelasteten Wand (17, 17') begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (19, 19') über ein zweites Rückschlagventil (27, 27') mit einer Drucköl­ zuflußleitung (28, 28') im Zylinderkopf 1 in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (19') außerhalb des Tassenstößels (6') angeordnet ist und einerseits über das zweite Rückschlagventil (27') mit der Drucköl-Zuflußleitung (28') und andererseits über einen Kanal (26') ständig mit einem Innenraum (10') des Tassenstößels verbunden ist, der bei geöffnetem Rückschlagventil (20) mit dem Druckraum (13') in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherraum (19') für mehrere Tassenstößel (6') vorgesehen ist.