DE4427271A1 - Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes, schließfederbestücktes Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei üblichen, einen rotierenden Nocken aufweisenden Ventil­ trieben, insbesondere solchen, bei denen der Nocken unter Ver­ meidung eines Kipp- oder Schwinghebels unmittelbar auf einem Tassenstößel oder dergleichen am freien Ende des Ventilschafts aufliegt, ist der maximale Ventilöffnungshub zumindest annähernd gleich dem maximalen Nockenhub. Das bedeutet, daß bei einer relativ steilen Ventilhubkurve auch der Nocken steile Flanken aufweisen muß und sich Schwierigkeiten durch hohe Beschleuni­ gungen der bewegten Massen ergeben.

In vielen Fällen ist man auch daran interessiert, den Verlauf der Ventilhubkurve einschließlich der Öffnungs- und Schließ­ zeitpunkte des Ventils den Erfordernissen der jeweiligen Be­ triebsweise der zugehörigen Maschine anzupassen, also variabel zu gestalten.

Diesen beiden Gesichtspunkten trägt der aus der DE-OS 42 02 499, F01L 1/12, bekannte gattungsgemäße variable Ventiltrieb dadurch Rechnung, daß mittels eines zweiten Nockens ein weiterer Druck­ raum in seiner Größe verringert wird, der in Strömungsverbindung mit dem - dort in einem Tassenstößel untergebrachten - Druckraum steht, so daß die Möglichkeit gegeben ist, einen Ventilhubver­ lauf zu erzeugen, der in einem den Hubverlauf über dem Nocken­ winkel wiedergebenden Diagramm oberhalb des Nockenhubverlaufs liegt. Der Verbindungsleitung zwischen den beiden Druckräumen ist ferner ein Entlastungsventil zugeordnet, das je nach seiner Öffnungsstellung den Druck in dem Druckraum verringert, so daß auch Druckzwischenwerte und damit Ventilhubkurven einstellbar sind, die von den Extremwerten abweichen.

Zwar gibt die Verwendung eines zweiten Nockens allein zum Druck­ aufbau in dem Druckraum die vorteilhafte Möglichkeit, durch ent­ sprechende Ausrichtung des weiteren Nockens in Umfangsrichtung gegenüber der Stellung des ersten Nockens auch die zeitliche oder nockenwinkelbezogene Lage der Ventilhubkurve zu beein­ flussen, jedoch ist der durch den weiteren Nocken hervorgerufene zusätzliche Aufwand in vielen Fällen unerwünscht.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen gat­ tungsgemäßen Ventiltrieb so auszugestalten, daß ohne Einbuße an Vorteilen der Einsatz eines weiteren Nockens vermieden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung sieht unter Verzicht auf einen die Baulänge der Nockenwelle in vielen Fällen in unerwünschter Weise verlängern­ den weiteren Nockens also gleichsam zwei räumlich parallel ange­ ordnete, jeweils durch einen Kolben begrenzte Druckräume in dem definierten Bauteil vor, so daß beim Wirksamwerden des Nockens, d. h. bei Beginn der Ventilöffnungsbewegung, durch die vom Nocken auf das Bauteil ausgeübte Ventilbetätigungskraft im Ver­ ein mit den Kolben die beiden Druckräume im Sinne einer Volumen­ verkleinerung beaufschlagt werden. Infolge der getroffenen un­ terschiedlichen Wahl der wirksamen Kolbenflächen, nämlich so, daß die Kolbenfläche des Verdrängerkolbens größer als die Kolbenfläche des Ventilbetätigungskolbens ist, erfolgt bei dieser Bewegung des Bauteils jedoch ein Druckmittelfluß aus dem weiteren Druckraum in den Druckraum, so daß der Ventilbetäti­ gungskolben sich unter Vergrößerung des Druckraums schneller in Ventilbetätigungsrichtung bewegt als das Bauteil. Mit anderen Worten: Bei der Erfindung wird mit minimalem Aufwand auf hydrau­ lischem Wege die Ventilbetätigungskraft des Nockens auf das Ventil mit einem Übersetzungsverhältnis übertragen, das größer als eins ist, so daß auch bei einer relativ steilen Ventilhub­ kurve die Anstiegsflanken des Nockens in erwünschter Weise relativ flach gehalten werden können. Hinzu kommt, daß das Bauteil selbst, das einen wesentlichen Bestandteil der bewegten Masse des Ventiltriebs ausmacht, lediglich den Nockenbewegungen zu folgen braucht und nur der Ventilbetätigungskolben an den größeren Hubbewegungen des Ventils teilnimmt.

Wie in Unteransprüchen zum Ausdruck gebracht, lassen sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen in einfacher Weise in Richtung variabler Ventiltrieb ergänzen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die Längsschnitte für Ventil­ triebe von Ladungswechselventilen einer Kraftfahrzeug-Brenn­ kraftmaschine wiedergibt. Dabei zeigen die Fig. 1 und 3 die Lage der verschiedenen Teile bei maximalem Ventilöffnungshub, dagegen die Fig. 2 und 4 die Positionen bei geschlossenem Ventil.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so ist dem Hub­ ventil 1 bekannten und daher nicht im einzelnen zu erläutern­ den Aufbaus die ebenfalls übliche Ventilschließfeder 2 zuge­ ordnet, die über den Ventilteller 3 in der figürlichen Dar­ stellung nach oben gerichtete Schließkräfte auf das Ventil überträgt.

Zur Ventilbetätigung dient der Nocken 4 auf der Nockenwelle 5, die in der Regel allen gleichartigen Gaswechselventilen (Einlaß- oder Auslaßventilen) der Maschine zugeordnet ist.

Die vom Nocken 4 ausgeübten Ventilbetätigungskräfte werden über die Rolle 6 auf das allgemein mit 7 bezeichnete Bauteil übertra­ gen, das sich in in den Figuren senkrechter Richtung zwischen einer Ventilöffnungsstellung (Fig. 1) und einer Ventilschließ­ stellung (Fig. 2) in entsprechenden Führungen bewegen kann.

In dem Bauteil 1 erkennt man bei 8 einen mit einem hydraulischen Druckmedium, beispielsweise Schmieröl der Maschine, gefüllten Druckraum, der durch den Ventilbetätigungskolben 9 begrenzt ist; dieser kann in Ventilbetätigungsrichtung in einer entsprechenden Ausnehmung des Bauteils 7 gleiten. Der Kolben 9 steht demgemäß unter der - nach oben gerichteten - Kraftwirkung der Ventil­ schließfeder 2 und der - nach unten gerichteten - Kraft des Druckmediums im Druckraum 8.

In dem Bauteil 7 findet sich ferner der weitere Druckraum 10, der durch den ortsfest in der Hülse 11 abgestützten Verdränger­ kolben 12 begrenzt ist; an seinem freiliegenden Umfangsbereich dient der Verdrängerkolben 12 als Führung für die Druckfeder 13, die parallel und gleichwirkend zur Ventilschließfeder 2 ver­ läuft.

Der Verdrängerkolben 12 ist rohrartig mit dem Hohlraum 14 ausge­ bildet, der zur Aufnahme des Rückschlagventils 15 dient, das strömungsmäßig zwischen dem weiteren Druckraum 10 und dem Druck­ mittelzufluß 16 liegt. Das Rückschlagventil 15 ist so gepolt, daß es nur bei einem Druckgefälle von dem Druckmittelzufluß 16 zum weiteren Druckraum 10 öffnet, also einen Zufluß von Druck­ mittel zuläßt, dagegen sonst sperrt.

Betrachtet man zunächst die Verhältnisse bei geschlossenem Ventil (Fig. 2), also bei wirksamer Grundkreisphase des Nockens 4, so befindet sich das Bauteil 7 in seiner obersten Extremstellung, in der der weitere Druckraum 10 seine maximale Größe hat, so daß die Ventilschließfeder 2 den Ventilbetäti­ gungskolben 9 ebenfalls in seine oberste Extremstellung ver­ schoben hat, in der das Volumen des Druckraums 8 ein Minimum besitzt. Über den Verbindungskanal 17 ist demgemäß Druckmittel aus dem Druckraum 8 in den weiteren Druckraum 10 transportiert worden. Sofern der Druck im weiteren Druckraum 10 kleiner ge­ worden ist als der Druck in der Druckmittelzufuhr 16, strömt über das demgemäß in Fig. 2 in seiner Öffnungsstellung ge­ zeichnete Ventil 15 Druckmittel in die Druckräume 8 und 10 nach.

Sobald nun die Anstiegsflanke des Nockens 4 infolge seiner Rota­ tion in Berührung mit der Rolle 6 kommt, wird das Bauteil 7 in den Figuren nach unten verschoben, wobei der feststehende Ver­ drängerkolben 12 gleichsam eine Führung bildet. Da die Quer­ schnittsfläche des Verdrängerkolbens 12 größer gewählt ist als die nach oben weisende Fläche des Ventilbetätigungskolbens 9, erfolgt bei dieser Abwärtsbewegungen des Bauteils 7 eine Druck­ mittelströmung aus dem sich verkleinernden weiteren Druckraum 10 in den Druckraum 8, der sich demgemäß vergrößern muß, was er nur durch zusätzliche Bewegung des Ventilbetätigungskolbens 9 in Richtung nach unten tun kann. Schließlich ergibt sich die in Fig. 1 dargestellte Endkonfiguration, in der das Ventil 1 seinen maximalen Öffnungshub erreicht hat, der größer als der Hub des Nockens 4 ist.

Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält wiederum in dem in den Figuren in senkrechter Richtung verschiebbaren Bauteil 30 die beiden durch den Kanal 31 verbundenen Druckräume 32 und 33 nebst Ventilbetätigungs­ kolben 34 und Verdrängerkolben 35; das mit der Schließfeder 36 bestückte Ventil ist mit 37, der ihm zugeordnete Nocken mit 38 bezeichnet. In Fig. 3 ist wiederum die Lage der verschiedenen Bestandteile des Ventiltriebs bei geöffnetem Ventil, dagegen in Fig. 4 bei geschlossenem Ventil dargestellt.

In diesem Ausführungsbeispiel geht oberhalb des Rückschlagven­ tils 39 von dem weiteren Druckraum 33 der Drosselkanal 40 ab, der über das Sperrventil 41 mit einer Druckentlastung verbindbar ist. Ist das Ventil 41 geschlossen, ergibt sich dieselbe Ar­ beitsweise des Ventiltriebs wie in den Fig. 1 und 2. Ist dagegen das Ventil 41 geöffnet, kann während des Betriebs der Maschine über die Drossel 40 eine vorgegebene Druckmittelmenge entweichen, die zunächst infolge der Existenz des Rückschlagven­ tils 39 nicht von der Druckmittelzufuhr 42 her ergänzt werden kann. Die Folge davon ist eine Verringerung des Übersetzungsver­ hältnisses und damit eine Verringerung des maximalen Ventilöff­ nungshubs. Diese Verringerung des Übersetzungsverhältnisses ist drehzahlabhängig; die durch die Drossel 40 abströmende Druckmit­ telmenge je Ventilarbeitsspiel ist um so größer, je niedriger die Drehzahl der Maschine und damit auch des Nockens 38 ist.

Grundsätzlich können in einem Bauteil 7 bzw. 30 auch mehrere, jeweils einem Ventil zugeordnete Ventilbetätigungskolben angeordnet sein.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Ventiltrieb geschaffen, der die Einstellung beliebiger, über dem Wert 1 liegender Übersetzungsverhältnisse zwischen Nocken und Ventil mit geringem zusätzlichen Aufwand und Platzbedarf zuläßt.

Claims (4)

1. Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes, schließfederbestücktes Hubventil, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brenn­ kraftmaschine, mit einer zwischen diesem und dem Nocken ange­ ordneten hydraulischen Kraftübertragungsvorrichtung, die einen ventilseitigen Ventilbetätigungskolben, ein Bauteil zur Einleitung vom Nocken ausgeübter Ventilbetätigungskräfte so­ wie dazwischen einen druckmittelgefüllten Druckraum enthält, sowie mit Mitteln zur Erzielung eines gegenüber dem Nockenhub größeren Ventilöffnungshubs durch zeitweilige Druckmittelzu­ fuhr zu dem Druckraum, dadurch gekennzeichnet, daß das Bau­ teil (7) einen mit dem Druckraum (8) in Strömungsverbindung (17) stehenden weiteren Druckraum (10) enthält, der von einem parallel zu dem Ventilbetätigungskolben (9) verlaufenden, ortsfest abgestützten Verdrängerkolben (12) begrenzt ist, dessen Kolbenfläche größer als diejenige des zumindest einen Ventilbetätigungskolbens (9) dimensioniert ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (12) rohrartig ausgebildet ist und ein Rück­ schlagventil (15) aufnimmt, das strömungsmäßig zwischen dem weiteren Druckraum (10) und einer Druckmittelzufuhr (16) liegt und Druckmittelströmungen nur von der Druckmittelzufuhr (16) zum weiteren Druckraum (10) zuläßt.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Druckraum (33) über eine Drossel (40) und ein Absperrventil (41) mit einer Druckentlastung verbindbar ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (7) in einem zwischen den Druckräumen (8, 10) liegenden Bereich über eine Rolle (6) von den vom Nocken (4) ausgeübten Ventilbetätigungskräften beaufschlagt ist und an ihm im Bereich des Verdrängerkolbens (12) eine zur Ventil­ schließfeder (2) parallel gerichtete Feder (13) angreift.