DE4235620A1 - Ventilhubverstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen und Kompressoren, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilhubverstelleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei dieser bekannten Ventilhubverstelleinrichtung (DE-OS 34 15 245) wirken die Nocken der Nockenwelle mit Schwinghebeln als Steuerelementen zusammen, die unmit­ telbar auf den jeweiligen Ventilstößel einwirken. Der Motor hat vier Ventile pro Zylinder, die über die ent­ sprechenden Nocken gesteuert geöffnet und geschlossen werden. Durch diese sogenannte Mehrventiltechnik wird die Leistungsausbeute der Motoren gesteigert, gleichzei­ tig aber der Kraftstoffverbrauch gesenkt und niedrige Emissionswerte erreicht. Zwei dieser Ventile sind Ein­ laßventile, so daß dem Motor mehr Querschnitt für den Ladungswechsel angeboten wird. Außerdem wird dadurch ei­ ne bessere Füllung und damit eine bessere Energieumset­ zung pro Hub ermöglicht. Bei hohen Drehzahlen sollten die Einlaßventile nach dem unteren Totpunkt lange genug geöffnet werden, um eine bessere Befüllung des Zylinder­ raumes des Motors mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch zu er­ reichen. Zu diesem Zweck wird bei der bekannten Ventil­ hubverstelleinrichtung zwischen den Schwenkhebeln ein Zwischenhebel als Verstellelement angeordnet, das den steileren Nocken der Nockenwelle zugeordnet ist. Diesem Verstellelement ist ein Ventil nicht zugeordnet, so daß es beim Betrieb in einem unteren oder mittleren Dreh­ zahlbereich nicht mit den Ventilen zusammenwirkt. Sobald jedoch ein bestimmter höherer Drehzahlwert überschritten wird, wird ein im Verstellelement gelagerter Bolzen par­ allel zur Nockenwelle verschoben. Die benachbarten Schwenkhebel weisen Sacklochbohrungen auf, in die der Bolzen des Verstellelementes geschoben wird. Dann ist das Verstellelement mit dem benachbarten Steuerelement gekoppelt, so daß der Schwenkbewegung des Steuerelemen­ tes der größere Schwenkweg des Verstellelementes überla­ gert wird, wodurch der Ventilstößel einen größeren Hub ausführt. Dadurch wird der Öffnungsquerschnitt vergrö­ ßert, so daß eine größere Menge des Brennstoff-Luft-Ge­ misches in den Zylinderraum des Motors einströmen kann. Diese bekannte Einrichtung ist konstruktiv aufwendig ausgebildet, da zur Erzeugung des Zusatzhubes steilere Nocken, der parallel zur Nockenwelle verschiebbare Bol­ zen sowie entsprechende Sacklochbohrungen in den Steuer­ elementen erforderlich sind. Bei den kurzen Stellzeiten, die zur Verfügung stehen, ist es außerordentlich schwie­ rig, den im Verstellelement gelagerten Schiebekolben in die Sacklochbohrung des Steuerelementes zu verschieben, da nur in einer ganz bestimmten Stellung von Steuerele­ ment und Verstellelement die Sacklochbohrung mit der La­ gerbohrung des Schiebebolzens fluchtet. Der Schiebekol­ ben und/oder das Steuerelement im Bereich der Sackloch­ bohrung sind außerdem einem hohen Verschleiß ausgesetzt, da der Schiebekolben zunächst nicht in die Sacklochboh­ rung gelangt, sondern an der entsprechenden Stirnseite des Steuerelementes anschlägt. Damit ist auch eine ent­ sprechende Geräuschentwicklung verbunden.

Es ist auch bekannt, die Nocken der Nockenwelle kegel­ förmig auszubilden und die Nockenwelle axial verschieb­ bar zu lagern. Soll ein Zusatzhub des Ventilstößels zur Erzielung eines größeren Öffnungsquerschnittes vorgenom­ men werden, wird die Nockenwelle so verschoben, daß die im Durchmesser größeren Bereiche der Nocken mit den ent­ sprechenden Steuerelementen zusammenwirken. Zum Ver­ schieben der Nockenwelle ist ein entsprechender Antrieb erforderlich. Außerdem hat die Nockenwelle dadurch einen konstruktiv aufwendigen Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Ventilhubverstelleinrichtung so auszubilden, daß bei konstruktiv einfacher Ausbildung der Zusatzhub des Ventiles bei höheren Drehzahlen zuverlässig und ge­ räuscharm erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Ventilhubver­ stelleinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung wird das Verstellelement durch das Druckmedium gesteuert verstellt und so der Zusatzhub des Ventiles bei höheren Drehzahlen erreicht. Das Druckmedium, vorzugsweise Moto­ renöl, läßt sich sehr einfach zuführen. Mechanische Steuerteile zur Erzielung des Zusatzhubes sind nicht er­ forderlich, so daß entsprechend verschleißanfällige Bau­ teile wegfallen. Durch Einsatz des Druckmediums ist auch ein geräuscharmer Betrieb gewährleistet. Die Verstellung des Verstellelementes mittels des Druckmediums kann un­ abhängig von der Gestaltung der Nocken der Nockenwelle erfolgen, so daß eine besondere Nockenform zur Erzielung des Zusatzhubes nicht erforderlich ist. Mit der erfin­ dungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung kann die Schließzeit bzw. Öffnungszeit des Einlaßventiles frei gewählt werden. Dadurch ergibt sich ein hoher thermody­ namischer Wirkungsgrad bei Teillast. Bei hohen Drehzah­ len der Brennkraftmaschine bzw. des Kompressors läßt sich infolge der Druckbeaufschlagung des Verstellelemen­ tes ein größerer Öffnungsquerschnitt erzielen, um die Trägheit der Luftsäule für einen möglichen Nachladeef­ fekt auszunutzen. Dadurch kann die Füllung des Zylinder­ raumes und damit das Vollast-Drehmoment durch Anpassung des Einlaßventil-Schließzeitpunktes an die Drehzahl gün­ stig beeinflußt werden. Die Schließzeiten der Ventile lassen sich mittels der Ventilhubverstelleinrichtung ab­ hängig von der Last optimal verstellen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand mehrerer in den Zeichnungen dar­ gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 im Axialschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubverstellein­ richtung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Nocken ei­ ner Nockenwelle, der auf einem Tassenstößel der erfindungsgemäßen Ventilhubverstellein­ richtung aufliegt,

Fig. 3 bis Fig. 6 jeweils im Axialschnitt einen Teil der erfin­ dungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung in verschiedenen Stellungen beim Betrieb eines Motors bei hohen Drehzahlen,

Fig. 7 bis Fig. 10 in Darstellungen entsprechend den Fig. 3 bis 6 eine zweite Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung,

Fig. 11 und Fig. 12 eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung,

Fig. 13 und Fig. 14 in Darstellungen entsprechend den Fig. 3 und 5 eine weitere Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Ventilhubverstelleinrichtung.

Fig. 1 zeigt im Axialschnitt den oberen Teil eines Zy­ linderraumes 1 eines Zylinderkopfes 2 eines Kraftfahr­ zeuges. Der Zylinderraum 1 ist mit wenigstens einer Öff­ nung 3, vorzugsweise mit mehreren Öffnungen, versehen. Bei mehreren Öffnungen 3 sind entsprechend mehrere Ven­ tile 4 vorgesehen. Das Ventil 4 hat einen Ventilteller 5, der am unteren Ende eines Ventilstößels 6 vorgesehen ist. Er ist in einer Buchse 7 axial verschiebbar ge­ führt, die im Zylinderkopf 2 angeordnet ist. Hebt der Ventilteller 5 vom Ventilsitz 8 ab, ist der Zylinderraum 1 mit einem Zuführ- und Abführkanal 9 verbunden, der im Zylinderkopf 2 vorgesehen ist.

Der Ventilstößel 6 wird durch eine Nocke 10 gesteuert, die Teil einer nicht näher dargestellten Nockenwelle ist. Sie weist in bekannter Weise mehrere Nocken auf, mit denen die verschiedenen Ventile 4 der verschiedenen Zylinderräume betätigt werden können.

Die Nocke 10 wirkt mit einem Tassenstößel 11 zusammen, der verschiebbar im Zylinderkopf 2 in bekannter Weise gelagert ist. Innerhalb des Tassenstößels 11 befindet sich ein Kolben 12, der mit einer Ringwand 13 an der In­ nenseite der Ringwand 14 des Tassenstößels 11 anliegt. Der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 haben jeweils ei­ nen Boden 15 und 16, an den die Ringwand 13, 14 an­ schließt. Die Böden 15, 16 sind vorzugsweise eben und verlaufen parallel zueinander. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Böden 15, 16 an der vom Ventilstößel 6 abgewandten Seite des Tassenstößels 11 bzw. des Kolbens 12 vorgese­ hen.

Nahe der freien Stirnseite ist die Ringwand 14 des Tas­ senstößels 11 innenseitig mit einem Anschlag 17 verse­ hen, der vorzugsweise durch einen Sicherungsring gebil­ det ist. Durch ihn wird der Verschiebeweg des Kolbens 12 gegenüber dem Tassenstößel 11 begrenzt.

Der Ventilstößel 6 wird in Richtung auf die Schließstel­ lung des Ventiltellers 5 durch wenigstens eine Druckfe­ der 18 beaufschlagt, die mit ihren beiden Enden an je­ weils einem Federteller 19 und 20 anliegt. Der Federtel­ ler 19 liegt am Boden 21 eines Aufnahmeraumes 22 im Zy­ linderkopf 2 an. Der Federteller 20 sitzt axial fest auf dem Ventilstößel 6 und liegt unter der Kraft der Druck­ feder 18 am Anschlag 17 des Tassenstößels 11 an. Dadurch hält der Federteller 20 den Tassenstößel in Anlage an der Nocke 10 der Nockenwelle.

Der Boden 16 des Kolbens 12 ist auf seiner dem Boden 15 des Tassenstößels 11 zugewandten Seite mit mindestens einer Erhöhung 23 versehen, mit der der Kolben 12 in der Ausgangsstellung am Boden 15 des Tassenstößels 11 unter der Kraft der Druckfeder 18 anliegt.

Die Ringwand 14 des Tassenstößels 11 weist wenigstens eine Durchtrittsöffnung 24 auf, die einen Zwischenraum 25 zwischen den Böden 15, 16 des Tassenstößels 11 und des Kolbens 12 mit einer Zuleitung 26 für Hydraulikme­ dium verbindet. Die Zuführung des Hydraulikmediums wird durch ein Ventil 27 gesteuert (Fig. 3), wie anhand der Fig. 3 bis 6 noch im einzelnen erläutert werden wird. Das Ventil 27 ist bevorzugt ein Magnetventil. Vor­ zugsweise ist die Ringwand 14 des Tassenstößels 11 mit mehreren Durchtrittsöffnungen 24 versehen, die über den Umfang der Ringwand verteilt angeordnet sind. Die Zulei­ tung 26 ist in diesem Falle ein Ringkanal, so daß das Hydraulikmedium über eine gemeinsame Zuleitung den ver­ schiedenen Durchtrittsöffnungen 24 zugeführt werden kann.

Auf den Zylinderkopf 2 ist noch in bekannter Weise eine Abdeckung 28 aufgesetzt, welche die Nockenwelle und die entsprechenden Ventile abdeckt.

Anhand der Fig. 3 bis 6 soll die Wirkungsweise der Ven­ tilhubverstelleinrichtung erläutert werden. Die Ventil­ hubverstelleinrichtung wird erst ab einer bestimmten hö­ heren Drehzahl wirksam, um durch Veränderung des Ventil­ hubes Leistung im oberen Drehzahlbereich zu gewinnen. Solange im unteren Drehzahlbereich gefahren wird, bewe­ gen sich der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 als Ein­ heit, gesteuert durch die Nocke 10. Bei einem Vierzy­ linder, wie er beispielhaft beschrieben wird, zeigt Fig. 3 die Stellung des jeweiligen Ventiles und der Nocke 10 während des Ausstoßvorganges. Die Nocke 10 liegt mit dem Grundkreis 29 am Boden 15 des Tassenstößels 11 an. Der Kolben 12 liegt mit seinem Vorsprung 23 am Boden 15 des Tassenstößels 11 an. Der Ventilstößel 6 des Ventils 4, das seine Schließstellung einnimmt, liegt am Boden 16 des Kolbens 12 an. Während der Ausstoßphase werden die Verbrennungsgase aus dem Zylinderraum 1 (Fig. 1) in be­ kannter Weise ausgestoßen. Das Ventil 27, das die Zufüh­ rung von Hydraulikmedium zum Zwischenraum 25 bei hohen Drehzahlen steuert, befindet sich in seiner Schließstel­ lung. Der Zwischenraum 25 zwischen dem Tassenstößel 11 und dem Kolben 12 hat in dieser Lage sein geringstes Vo­ lumen. Die Durchtrittsöffnung 24 erstreckt sich bis zum Boden 15 des Tassenstößels 11 und ist in der in Fig. 3 dargestellten Lage weitgehend durch die Ringwand 13 des Kolbens 12 geschlossen.

Wenn die Nockenwelle weiter im Uhrzeigersinn dreht, kommt der Nockenkreis 30 der Nocke 10 (Fig. 2) mit dem Boden 15 des Tassenstößels 11 in Berührung. Dadurch wer­ den der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 und damit auch der Ventilstößel 6 gegen die Kraft der Druckfeder 18 verschoben, so daß der Ventilteller 5 vom Ventilsitz 8 abhebt. Dadurch kann in den Zylinderraum 1 das notwendi­ ge Brennstoff-Luft-Gemisch über den Kanal 9 einströmen. Ausgehend von der Stellung der Nocke 10 gemäß Fig. 3 ist nach einem Drehwinkel von 180° das Ventil am weitesten geöffnet, d. h. der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 sind durch die Nocke 10 am weitesten verschoben worden. Beim weiteren Drehen des Nockens 10 im Uhrzeigersinn werden der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 durch die Kraft der Druckfeder 18 wieder zurückgeschoben, bis das Ventil geschlossen ist.

Der beschriebene Bewegungsablauf beim Öffnen und Schlie­ ßen der Ventile ist bei Vierzylindern bekannt.

Wird nun im hohen Drehzahlbereich gefahren, dann kommt die Ventilhubverstelleinrichtung zur Wirkung. Während bei niederen Drehzahlen der Tassenstößel 11 und der Kol­ ben 12 in Anlage aneinander bleiben, tritt nun im hohen Drehzahlbereich eine Relativverschiebung des Kolbens 12 gegenüber dem Tassenstößel 11 auf, wodurch die zusätzli­ che Ventilhubverstellung erreicht wird. In diesem hohen Drehzahlbereich ist das Ventil 27 ständig geöffnet. In der Ausgangsstellung gemäß Fig. 3 liegen der Tassenstö­ ßel 11 und der Kolben 12 noch aneinander, d. h. das Ven­ til 4 ist geschlossen. In dieser Phase werden die im Zy­ linderraum 1 entstandenen Verbrennungsgase in bekannter Weise ausgestoßen. Die Zuleitung 26 ist durch die Ring­ wand 14 des Kolbens 12 geschlossen. Dreht die Nockenwel­ le im Uhrzeigersinn, dann wirkt der Nockenkreis 30 der Nocke 10 mit dem Tassenstößel 11 zusammen und verschiebt ihn. Der Tassenstößel 11 überfährt hierbei eine Steuer­ kante 43 des Zylinderkopfes 2, so daß die Leitungsver­ bindung zum (nicht dargestellten) Tank geschlossen ist. Dann kann das Hydraulikmedium über die Zuleitung 26 durch die Durchtrittsöffnung 27 in den Zwischenraum 25 zwischen den Böden 15 und 16 des Tassenstößel 11 und des Kolbens 12 strömen. Dies hat zur Folge, daß der Kolben 12 relativ zum Tassenstößel 11 bewegt wird. Der Ventil­ stößel 6 wird infolge der zusätzlichen Verschiebung des Kolbens 12 weiter nach unten verschoben, als wenn bei geringeren Drehzahlen der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 als Einheit verschoben würden. Dadurch hebt der Ven­ tilteller 5 weiter vom Ventilsitz 8 ab, wodurch ein grö­ ßerer Öffnungsquerschnitt für das zuströmende Brenn­ stoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Der Befüllvorgang be­ ginnt, sobald die Nocke 10 den Tassenstößel 11 nach un­ ten drückt und gleichzeitig über das in den Zwischenraum 25 eingebrachte Hydraulikmedium der Kolben 12 nach unten geschoben wird. Diese Anfangsstellung ist in Fig. 4 dar­ gestellt. In Fig. 2 ist der Befüllwinkel angegeben, in­ nerhalb dem das Hydraulikmedium beim Drehen der Nocke 10 in den Zwischenraum 25 strömt.

Nach einer 180°-Drehung (Fig. 5) ist der Tassenstößel 11 am weitesten verschoben worden. Gleichzeitig ist auch der Kolben 12 durch das im Zwischenraum 25 befindliche Medium in seine maximale Lage relativ zum Tassenstößel 11 verschoben worden. Dieser maximale Verschiebeweg des Kolbens 12 wird durch den Anschlag 17 bestimmt, der an der Innenseite der Ringwand 14 des Tassenstößels 11 vor­ gesehen ist. In dieser in Fig. 5 dargestellten Stellung ist das Brennstoff-Luft-Gemisch im Zylinderraum 1 maxi­ mal verdichtet.

Wenn der Nocken 10 weiter im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden der Tassenstößel 11 und der Kolben 12 wieder in Richtung auf ihre Ausgangsstellung verschoben. Bei Er­ reichen der Stellung gemäß Fig. 6 wird die Steuerkante 43 wieder überfahren und damit die eine Zuleitung zum (nicht dargestellten) Tank geöffnet. Sobald der Nocken 10 die Stellung gemäß Fig. 6 erreicht hat, wird das im Zylinderraum 1 befindliche Gemisch gezündet. In diesem Stadium ist das Ventil 4 wieder geschlossen. Das im Zwi­ schenraum 25 befindliche Hydraulikmedium wird über die Durchtrittsöffnung 24 in die Tankleitung herausgedrückt. In der Stellung gemäß Fig. 6 ist der Nocken 10 um den maximalen Befüllwinkel (Fig. 2) gedreht worden. Beim weiteren Verdrehen im Uhrzeigersinn gelangen der Tassen­ stößel 11 und der Kolben 12 wieder in die Ausgangsstel­ lung gemäß Fig. 3 zurück, in der sie in der beschriebe­ nen Weise aneinanderliegen. Der Drehbereich der Nocke 10, innerhalb dem das im Zwischenraum 25 befindliche Hy­ draulikmedium herausgestoßen werden, ist in Fig. 2 durch den Ausstoßwinkel gekennzeichnet.

Der Zusatzhub des Ventilstößels 6 wird in der beschrie­ benen Weise durch die Relativverschiebung des Kolbens 12 gegenüber dem Tassenstößel 11 erreicht. Der maximale zu­ sätzliche Hub wird durch den Abstand zwischen der freien Stirnseite der Ringwand 13 vom Anschlag 17 bestimmt, be­ zogen auf die Grundstellung gemäß Fig. 3.

Bei der Relativverschiebung des Kolbens 12 wird der Durchlaßquerschnitt der Durchtrittsöffnung 24 stetig vergrößert, so daß das zum Axialverschieben des Kolbens 12 erforderliche Hydraulikmedium rasch in den Zwischen­ raum 25 gelangen kann. Die zur Befüllung des Zwischen­ raumes 25 erforderliche Zeit ist äußerst gering und liegt im Millisekundenbereich. In der Verdichtungsstel­ lung gemäß Fig. 5 hat die Durchtrittsöffnung 24 nahezu ihren größten Durchlaßquerschnitt. Bei einer angenomme­ nen Drehzahl von 5000 U/min der Nockenwelle ergibt sich eine Zeit von angenähert 20 ms für eine Nockenwellenum­ drehung. Ausgehend von der Nockenstellung gemäß Fig. 3 bis zu einer Stellung gemäß Fig. 6 stehen darum 12,5 ms zur Verfügung, innerhalb der der Zwischenraum 25 ein­ wandfrei mit dem Hydraulikmedium gefüllt und entleert werden kann.

Wenn der Nocken 10 wieder die Ausgangsstellung gemäß Fig. 3 erreicht hat, beginnt ein neuer Arbeitszyklus.

Die beschriebene Ventilhubverstellung bei höheren Dreh­ zahlen erfolgt ohne mechanische Zwischenteile, sondern lediglich durch gesteuertes Einführen von Hydraulikme­ dium in den Zwischenraum 25 zwischen den Tassenstößel 11 und den Kolben 12. Dadurch ist eine problemlose Ventil­ hubverstellung gewährleistet. Da keine Steuerteile be­ wegt werden, arbeitet diese Verstelleinrichtung auch äu­ ßerst geräuscharm.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 7 bis 10 arbeitet grundsätzlich gleich wie das vorige Ausführungsbeispiel. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß der Kol­ ben 12a durch das aus dem Zwischenraum 25a verdrängte Hydraulikmedium in seine Ausgangsstellung zurückgescho­ ben wird. Dieses Hydraulikmedium unterstützt somit beim Zurückfahren des Kolbens 12a die Kraft der Druckfeder 18.

Der Tassenstößel 11a ist auf der vom Nocken 10 abgewand­ ten Seite durch einen Boden 31 geschlossen. Er hat einen zentralen ringförmigen Vorsprung 32, durch den der Ven­ tilstößel 6 abgedichtet geführt ist. Wie Fig. 7 zeigt, ist der Vorsprung 32 innenseitig mit einer Nut 33 verse­ hen, in der wenigstens ein Dichtring 34 untergebracht ist, mit dem der Boden 31 gegenüber dem Ventilstößel 6 abgedichtet wird.

Der Boden 16a des Kolbens 12a ist ebenfalls mit einem zentralen Vorsprung 35 versehen, in dessen Sacklochboh­ rung 36 das Ende des Ventilstößels 6 ragt. Der Vorsprung 35 ist innenseitig mit einer Ringnut 37 versehen, die einen Dichtungsring 38 aufnimmt, mit dem der Vorsprung 35 gegenüber dem Ventilstößelende abgedichtet ist. Mit dem Vorsprung 35 sitzt der Kolben 12a fest auf dem Ven­ tilstößel 6.

Der Boden 31 des Tassenstößels 11a bildet einen Anschlag für den Kolben 12a, der zur Erzielung des Zusatzhubes des Ventilstößels 6 in noch zu beschreibender Weise ge­ genüber dem Tassenstößel 11a verschoben wird. Damit hat der Boden 31 die gleiche Funktion wie der Anschlag 17 des vorigen Ausführungsbeispieles. Er begrenzt den Ver­ schiebeweg des Kolbens 12a. Der maximale Zusatzhubweg des Ventilstößels 6 wird somit durch den Abstand zwi­ schen der freien Stirnseite der Ringwand 14a des Kolbens 12a vom Boden 31 bestimmt.

In der Ausgangsstellung (Fig. 7), in der der Nocken 10 mit seinem Grundkreis 29 auf dem Boden 15a des Tassen­ stößels 11a aufliegt, liegt der Kolben 12a mit seinem Vorsprung 23a an der Innenseite des Bodens 15a des Tas­ senstößels 11a an. Der Zwischenraum 25a zwischen den beiden Böden 15a und 16a des Tassenstößels 11a und des Kolbens 12a hat damit sein geringstes Volumen. Die Zu­ leitung 26a ist in dieser Lage wie bei der vorigen Aus­ führungsform durch die Ringwand 13a des Tassenstößels 11a verschlossen.

Nahe der freien Stirnseite der Ringwand 13a ist minde­ stens eine weitere Durchtrittsöffnung 39 in der Ringwand vorgesehen. Vorzugsweise sind über den Umfang der Ring­ wand 13a mehrere Durchtrittsöffnungen 39 vorgesehen, vorzugsweise in gleicher Anzahl wie die Durchtrittsöff­ nungen 24a. Die Durchtrittsöffnung 39 hat größeren Quer­ schnitt als die Durchtrittsöffnung 24a.

Von der Zuleitung 26a zweigt eine Zweigleitung 40 ab, die die Zuleitung 26a mit einer weiteren Zuleitung 41 verbindet. Sind mehrere Durchtrittsöffnungen 39 vorgese­ hen, ist die Zuleitung 41 vorteilhaft als Ringkanal aus­ gebildet, so daß für sämtliche Durchtrittsöffnungen 39 nur eine einzige Zuführung erforderlich ist.

In der Ausgangsstellung des Tassenstößels 11a und des Kolbens 12a gemäß Fig. 7 ist der vom Kolben 12a, einem Teil der Ringwand 13a des Tassenstößels 11a und dem Bo­ den 31 begrenzte Druckraum 42 über die Durchtrittsöff­ nung 39 mit der Zuleitung 41 und der Zweigleitung 40 strömungsverbunden. Die Ringwand 13a des Tassenstößels 11a überdeckt die Zuleitung 41 nur wenig.

Fig. 7 zeigt die Stellung des Tassenstößels 11a und des Kolbens 12a während des Ausstoßvorganges, bei dem die im Zylinderraum 1 entstandenen Verbrennungsgase ausgestoßen werden. Der Kolben 12a liegt mit seinem Vorsprung 23a an der Innenseite des Bodens 15a des Tassenstößels 11a an. Über die Durchtrittsöffnung 24a ist der Zwischenraum 25a mit dem (nicht dargestellten) Tankanschluß verbunden. Der Nocken 10 liegt mit seinem Grundkreis 29 am Boden 15a des Tassenstößels 11a an.

Solange in einem niederen Drehzahlbereich gefahren wird, bewegen sich der Tassenstößel 11a und der Kolben 12a wie bei der vorigen Ausführungsform gemeinsam als Einheit. Sobald jedoch eine vorgegebene höhere Drehzahl, bei­ spielsweise 5000 U/min überschritten wird, erfolgt eine Ventilhubverstellung in der im folgenden beschriebenen Weise.

Fig. 8 zeigt den Augenblick, in dem der Nocken 10 mit seinem Nockenkreis 30 den Tassenstößel 11a geringfügig verschoben hat, wodurch der Ventilstößel 6 bereits ver­ schoben und damit der Ventilteller 5 (Fig. 1) vom Ven­ tilsitz 8 abgehoben wird. Dadurch wird in den Zylinder­ raum 1 des Zylinderkopfes 2 in bekannter Weise das Brennstoff-Luft-Gemisch eingeführt. Bei diesem Verschie­ ben des Tassenstößels 11a wird die Leitungsverbindung zur Zuleitung 26a geöffnet, weil die Durchtrittsöffnung 24a in den Bereich der Zuleitung 26a gelangt. In diesem Augenblick strömt wie beim vorigen Ausführungsbeispiel über das geöffnete Ventil 27a das Hydraulikmedium über die Zuleitung 26a und die Durchtrittsöffnung 24a in den Zwischenraum 25a. Dadurch wird der Kolben 12a rela­ tiv zum Tassenstößel 11a nach unten bewegt, wodurch der Zusatzhub des Ventilstößels 6 erreicht wird. Beim Ver­ schieben des Kolbens 12a verschließt dessen Ringwand 14a die Zuleitung 41, so daß in den unterhalb des Kolbens 12a befindlichen Druckraum 42 kein Hydraulikmedium ab­ fließen kann. Das im Druckraum 42 befindliche Druckme­ dium wird beim Verschieben des Kolbens 12a über die Zu­ leitung 39 in den Tankabfluß 45 abgeleitet.

Der Kolben 12a kann so weit verschoben werden, bis er mit seiner Ringwand 14a am Boden 31 des Tassenstößels 11a anliegt (Fig. 9). Damit ist der maximale Zusatzhub erreicht. Der Zwischenraum 25a hat sein größtes Volumen. Die Durchtrittsöffnung 24a ist weiterhin mit der Zulei­ tung 26a strömungsverbunden, während die Zuleitung 41 durch die Ringwand 13a des Tassenstößels 11a geschlossen ist.

Der maximale Hub des Ventilstößels 6 ist bei der Stel­ lung der Nocke 10 entsprechend Fig. 9 erreicht. Bezogen auf die Ausgangsstellung gemäß Fig. 7 hat sich der Noc­ ken 10 im Uhrzeigersinn um 180° gedreht, wodurch der Tassenstößel 11a am weitesten nach innen verschoben wor­ den ist. In dieser Stellung ist das Ventil 4 (Fig. 1) am weitesten geöffnet, so daß bei dem hohen Drehzahlbe­ reich eine entsprechend größere Menge des Brennstoff- Luft-Gemisches in den Zylinderraum 1 strömen kann. Der Kolben 12a steht weiterhin unter dem Druck des Hydrau­ likmediums im Zwischenraum 25a. In dieser Stellung des Tassenstößels 11a und des Kolbens 12a wird das im Zylin­ derraum 1 befindliche Gemisch verdichtet.

Wird der Nocken 10 weiter im Uhrzeigersinn bis in die Stellung gemäß Fig. 10 gedreht, kehrt der Tassenstößel 11a unter der Kraft der Druckfeder 18 und des im Zwi­ schenraum 25a befindlichen Hydraulikmediums in Richtung auf seine Ausgangslage zurück. Beim Zurückfahren des Tassenstößels 11a gibt dessen Ringwand 13a die Zuleitung 41 frei, während sie die Zuleitung 26a noch nicht ver­ schlossen hat. Außerdem ist der Zwischenraum 25a in dieser Phase mit dem Tank verbunden. Das im Zwischenraum 25a befindliche Hydraulikmedium wird durch die Durch­ trittsöffnung 24a und die Zuleitung 26a in die Zweiglei­ tung 40 verdrängt, von der es über die Zuleitung 41 und die Durchtrittsöffnung 39 in den Druckraum 42 unterhalb des Kolbens 12a gelangt. Wie bei der vorigen Ausfüh­ rungsform wird beim Zurückfahren des Tassenstößels 11a die Steuerkante 43 des Zylinderkopfes 2 überfahren und die Zuleitung 26a verschlossen, so daß der Zwischenraum 25a über die Durchtrittsöffnung 24a mit dem (nicht dar­ gestellten) Tank verbunden ist, so daß die im Zwischen­ raum 25a noch befindliche Hydraulikmenge beim Zurückfah­ ren des Kolbens 12a in die Ausgangsstellung in den Tank verdrängt werden kann.

Der Querschnitt der Durchtrittsöffnung 24, 24a kann bei beiden Ausführungsformen kreisförmig oder rechteckig sein. Um ein rasches Verdrängen des Hydraulikmediums aus dem Zwischenraum 25, 25a bei einer hohen Rückstelldäm­ pfung zu gewährleisten, kann die Durchtrittsöffnung 24, 24a dreieckigen Querschnitt haben, wobei die Dreieck­ spitze in Richtung auf den Boden 15, 15a des Tassenstö­ ßels 11a weist. In Abströmrichtung des Hydraulikmediums verkleinert sich dadurch der Durchflußquerschnitt der Durchtrittsöffnung 24, 24a, so daß zunächst eine große Ölmenge verdrängt werden kann, während gleichzeitig durch die zunehmende Querschnittsverkleinerung beim Zu­ rückfahren der Kolben 12, 12a gedämpft wird, so daß er nicht hart am Boden 15, 15a des Tassenstößels 11, 11a anschlägt. Anstelle dieser beschriebenen Querschnitt­ sausbildung der Durchtrittsöffnung 24, 24a kann zur Rückstelldämpfung selbstverständlich auch ein Dämpfungs­ zapfen am Boden 15, 15a und/oder 16, 16a des Tassenstö­ ßels 11, 11a bzw. des Kolbens 12, 12a vorgesehen sein.

Der Befüllwinkel (Fig. 2) beträgt beispielsweise etwa 50°, d. h. der Nocken 10 dreht sich während des Befüllens des Zwischenraumes 25, 25a um diesen Winkel. Der Aus­ stoßwinkel (Fig. 2) beträgt beispielsweise etwa 65°, so daß bei einem Drehwinkel von etwa 65° des Nockens 10 das im Zwischenraum 25, 25a befindliche Hydraulikmedium aus­ gestoßen wird.

Der Kolben 12, 12a kann in an sich bekannter Weise als Ventilspiel-Ausgleichsstößel ausgebildet sein. In diesem Falle ist zwischen dem Tassenstößel 11, 11a und dem Kol­ ben 12, 12a ein zusätzlicher Hochdruckraum vorgesehen, wobei der Kolben 12, 12a auf einem zylindrischen Füh­ rungsteil des Tassenstößels 11, 11a in Achsrichtung des Ventilstößels 6 verschiebbar geführt ist. Tritt zwischen dem Tassenstößel 11, 11a und dem Nocken 10 ein Spiel auf, werden durch eine Rückstellfeder der Tassenstößel 11, 11a und der Kolben 12, 12a auseinander gedrückt, bis das Spiel zwischen dem Nocken 10 und dem Ventilstößel ausgeglichen ist. Dadurch entsteht im zusätzlichen Druckraum ein Unterdruck, durch den ein Rückschlagventil geöffnet wird, so daß Öl aus einem Kolbenvorraum in die­ sen zusätzlichen Druckraum nachfließen kann. Anschlie­ ßend schließt das Rückschlagventil, so daß der zusätzli­ che Druckraum gegen den Kolbenvorraum abgeschlossen ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen zeichnen sich durch eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung aus. Der Kol­ ben 12, 12a wird ausschließlich hydraulisch gegenüber dem Tassenstößel 11, 11a verstellt. Dadurch tritt ein Verschleiß von Steuerteilen nicht auf. Die Ventilhubver­ stelleinrichtung hat darum eine lange Lebensdauer. Ins­ besondere arbeitet diese Verstelleinrichtung äußerst ge­ räuscharm. Die hydraulische Verstellung des Kolbens 12, 12a kann innerhalb kürzester Zeit im Millisekundenbe­ reich erfolgen, so daß die Hubverstellung bei den hohen Drehzahlen genau und zuverlässig erfolgen kann.

Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform wird die Größe des Zusatzhubes über das Volumen des Druckmediums im Zwischenraum 25, 25a gesteuert. Der Kol­ ben 12, 12a wird dadurch nicht stets bis zur Anlage am Anschlag 17, 31 verschoben. Dadurch ist eine optimale Anpassung des Zusatzhubes an die jeweiligen Einsatzbe­ dingungen möglich.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Ventilhubverstelleinrichtung, die bis auf die im folgenden beschriebenen Merkmale gleich ausgebildet ist wie das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 6. Der Vorsprung 23b des Kolbens 12b ist kegelstumpfförmig aus­ gebildet. Ihm ist eine Vertiefung 44 im Boden 15b des Tassenstößels 11b zugeordnet. Die Vertiefung 44 hat zy­ lindrischen Querschnitt.

Beim Zurückfahren des Kolbens 12b taucht der Vorsprung 23b am Ende des Verschiebeweges in die Vertiefung 44 ein. Das darin befindliche Hydraulikmedium wird durch den Vorsprung 23b aus der Vertiefung 44 verdrängt. Da der Vorsprung 23b konisch ausgebildet ist, wird der Durchlaßquerschnitt für das in der Vertiefung 44 befind­ liche Hydraulikmedium umso kleiner, je mehr der Vor­ sprung 23b in die Vertiefung 44 eingreift. Dadurch wird eine gute Endlagendämpfung des Kolbens 12b beim Zurück­ fahren erreicht. Der größte Querschnitt des Vorsprunges 23b entspricht dem Querschnitt der Vertiefung 44, wäh­ rend der Vorsprung an seiner Stirnseite seinen kleinsten Querschnitt hat, der kleiner ist als der Querschnitt der Vertiefung. In der Ausgangsstellung liegt der Vorsprung 23b mit seiner Stirnseite am Boden der Vertiefung 44 an (Fig. 12). In dieser Stellung von Tassenstößel 11b und Kolben 12b hat der Zwischenraum 25b wiederum sein klein­ stes Volumen.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 13 und 14 entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 6. An die Zuleitung 26c ist eine Kolbenpumpe 46 an­ geschlossen, deren Fördervolumen variabel veränderbar ist. In der Zuleitung 26c sitzt ein Rückschlagventil 47, das ein Zurückströmen des Hydraulikmediums zur Kolben­ pumpe 46 verhindert. Der Zylinderraum 48 der Kolbenpumpe 46 ist über ein Rückschlagventil 49 mit einem Tank 50 verbunden.

Die Kolbenpumpe 46 wird synchron zum Tassenstößel 11c gesteuert. Hierfür ist eine Nockenwelle 51 vorgesehen, die synchron zur Nockenwelle 10 dreht. Am Nocken 51 liegt eine Kolbenstange 52 der Kolbenpumpe 46 unter dem Druck des im Zylinderraum 48 befindlichen Mediums an. Die Synchronizität zwischen den beiden Nockenwellen kann durch einen gemeinsamen Antrieb 53 erreicht werden. Es ist aber auch möglich, beiden Nockenwellen jeweils einen Antrieb zuzuordnen, die über eine Synchronisiereinrich­ tung miteinander gekoppelt sind.

Beim Ausstoßvorgang (Fig. 13) liegt der Nocken 10 mit seinem Grundkreis 29 am Tassenstößel 11c und der Nocken 51 mit seinem Grundkreis 54 an der Kolbenstange 52 an. Der Zwischenraum 25c zwischen dem Tassenstößel 11c und dem Kolben 12c steht über die Durchtrittsöffnungen 24c und die Steuerkante 43 in der beschriebenen Weise mit dem Tank in Verbindung. Die Zuleitung 26c ist durch die Ringwand 14c des Tassenstößels 11c verschlossen. Der Kolben 55 der Kolbenpumpe 51 befindet sich in seiner zu­ rückgefahrenen Stellung. Solange im unteren Drehzahlbe­ reich gefahren wird, wird die Synchronisation zwischen den beiden Nockenwellen aufgehoben, beispielsweise über Zwischenschaltung einer (nicht dargestellten) Kupplung. Der Tassenstößel 11c und der Kolben 12c werden dann in der beschriebenen Weise gemeinsam bewegt.

Sobald ein vorgegebener Drehzahlwert überschritten wird, wird die Synchronisation zwischen den beiden Nockenwel­ len wiederhergestellt. Der Nocken 51 dreht in gleichem Maße wie der Nocken 10. Sobald der Nockenkreis 56 des Nockens 51 mit der Kolbenstange 52 in Berührung kommt, wird sie eingefahren. Das Hydraulikmedium wird über die Zuleitung 26c und die Durchtrittsöffnungen 24c in den Zwischenraum 25c gefördert, sobald die Durchtrittsöff­ nungen 24c mit der Zuleitung 26c beim Abwärtshub des Tassenstößels 11c strömungsverbunden sind. Der Zusatzhub des Kolbens 12c erfolgt dann in der beschriebenen Weise. Fig. 14 zeigt die Stellung während des Verdichtungsvor­ ganges. Wie anhand der Fig. 3 bis 6 im einzelnen be­ schrieben worden ist, erfolgt beim weiteren Drehen des Nockens 10 im Uhrzeigersinn die Ausstoßphase. Während dieses Ausstoßvorganges wird durch das Rückschlagventil 47 verhindert, daß das Druckmedium in den Zylinderraum 48 zurückströmt. Das Druckmedium strömt ausschließlich über die Steuerkante 43 ab.

Die Kolbenpumpe 46 hat ein Ölvolumen, das dem Verstell­ volumen entspricht. Sie kann auch bei den zuvor be­ schriebenen Ausführungsbeispielen anstelle des Ventils 27 vorgesehen sein.

Bei sämtlichen Ausführungsformen wird ein Ventilspiel­ ausgleich dadurch erreicht, daß der Zwischenraum 25, 25a bis 25c mit dem Hydraulikmedium vorgespannt wird. Das Druckniveau liegt hierbei unterhalb der Vorspannungs­ kraft der Ventilfeder 18, da sie sonst den Kolben 12 nicht in die Ausgangslage gemäß Fig. 3 zurückschieben könnte.

Die Ventilhubverstelleinrichtung wird bevorzugt bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, kann aber auch bei allen an­ deren Brennkraftmaschinen und auch bei Kompressoren ein­ gesetzt werden, bei denen ein Zusatzhub gewünscht wird.

Claims (23)

1. Ventilhubverstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen und Kompressoren, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer Nockenwelle, deren Nocken mit Steu­ erelementen zusammenwirken, über welche das jeweili­ ge Ventil gegen eine Gegenkraft, vorzugsweise gegen Federkraft, verstellbar sind, und mit wenigstens ei­ nem einen Zusatzhub des Ventils erzeugenden Verstell­ element, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (12, 12a bis 12c) durch ein Druckmedium gesteuert ver­ stellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (12, 12a bis 12c) unmittelbar mit einem Ventilstößel (6) des Ventils (4) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (12, 12a bis 12c) ein Kolben ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (11, 11a bis 11c) ein Tassenstößel ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellelement (12, 12a bis 12c) innerhalb des Steuerelementes (11, 11a bis 11c) ver­ schiebbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstell­ element (12, 12a bis 12c) und dem Steuerelement (11, 11a bis 11c) mindestens ein Druckraum (25, 25a bis 25c) für das Druckmedium angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Zufuhr des Druckmediums ein Ventil (27), vorzugsweise ein Magnetventil, vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (11, 11a bis 11c) mindestens eine in den Druckraum (25, 25a bis 25c) mündende Durchtrittsöffnung (24, 24a, 24c) für das Druckmedium aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (24, 24a, 24c) durch das Verstellelement (12, 12a bis 12c) verschließbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (11, 11a bis 11c) mindestens einen Anschlag (17, 31) zur Begrenzung des Verschiebeweges des Verstellelementes (12, 12a bis 12c) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) zusam­ men mit dem Verstellelement (12a) einen weiteren Druckraum (42) begrenzt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) am Steuerelement (11a) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (6) ab­ gedichtet durch den Anschlag (31) geführt ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (25a, 42) gesteuert miteinander verbindbar sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (25a, 42) durch das Verstellelement (12a) voneinan­ der getrennt sind.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Zusatzhu­ bes durch das Volumen des Druckmediums im Druckraum (25, 25a bis 25c) steuerbar ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Zufuhr das Druckmediums eine Pumpe (46), vorzugsweise eine Kolbenpumpe, vorgesehen ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördervolumen der Pumpe (46) variabel veränderbar ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (46) synchron zur Nockenwelle (10) mitläuft.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Pumpe (46) eine weitere Nockenwelle (51) vorgesehen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Nockenwellen (10, 51) einen gemeinsamen Antrieb (53) haben.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (26c) von der Pumpe (46) zum Druckraum (25c) ein Rück­ schlagventil (47) sitzt, das ein Zurückfließen des Druckmediums aus dem Druckraum (25c) verhindert.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ventilspielausgleich der Druckraum (25, 25a bis 25c) unter einer Vorspan­ nung steht, die kleiner ist als die gegen die Vor­ spannkraft wirkende Vorspannkraft der Ventilfeder (18).