DE4427271B4

DE4427271B4 - Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes, schließfederbestücktes Hubventil

Info

Publication number: DE4427271B4
Application number: DE4427271A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Andreas Dipl.-Ing. Künne
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1994-07-30
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2014-07-31
Also published as: DE4427271A1

Abstract

Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes (4), schließfederbestücktes (2) Hubventil (1) insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einer zwischen diesem und dem Nocken (4) angeordneten, von diesem mit Ventilbetätigungskräften beaufschlagten hydraulischen Kraftübertragungsvorrichtung, die einen ventilseitigen Ventilbetätigungskolben (9), der mit einer Kolbenfläche einen druckmittelgefüllten Druckraum (8) in einem Bauteil (7) begrenzt, und einen in diesem Bauteil (7) parallel zu dem Ventilbetätigungskolben (9) verlaufenden Verdrängerkolben (12) enthält, der mit einer Kolbenfläche, die größer als diejenige des Ventilbetätigungskolbens (9) ist, einen weiteren Druckraum (10) in dem Bauteil (7) begrenzt, der mit dem Druckraum (8) in Strömungsverbindung (17) steht, sowie mit Mitteln (15, 16) zur zeitweiligen Druckmittelzufuhr zu dem Druckraum (8) zur Erzielung eines gegenüber dem Nockenhub größeren Ventilöffnungshubs, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der vom Nocken (4) ausgeübten Ventilbetätigungskräfte in das in Richtung der Kolben (9, 12) gegen Federkraft (13) verschiebbare Bauteil (7) erfolgt, während der Verdrängerkolben (12) abgestützt (11) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei üblichen, einen rotierenden Nocken aufweisenden Ventiltrieben, insbesondere solchen, bei denen der Nocken unter Vermeidung 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 Beschleunigungen der bewegten Massen ergeben.
In vielen Fällen ist man auch daran interessiert, den Verlauf der Ventilhubkurve einschließlich der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ventils den Erfordernissen der jeweiligen Betriebsweise 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 Druckraum in seiner Größe verringert wird, der in Strömungsverbindung mit dem – dort in einem Tassenstößel untergebrachten – Druckraum steht, so daß die Möglichkeit gegeben ist, einen Ventilhubverlauf zu erzeugen, der in einem den Hubverlauf über dem Nockenwinkel 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 Druckaufbau in dem Druckraum die vorteilhafte Möglichkeit, durch entsprechende Ausrichtung des weiteren Nockens in Umfangsrichtung gegenüber der Stellung des ersten Nockens auch die zeitliche oder nockenwinkelbezogene Lage der Ventilhubkurve zu beeinflussen, jedoch ist der durch den weiteren Nocken hervorgerufene zusätzliche Aufwand in vielen Fällen unerwünscht.
Günstiger verhält sich die Konstruktion nach der gattungsbildenden DE 33 00 763 . Hier laufen in einem ortsfesten Gehäuse parallel zu einander ein unter dem Einfluss des Nockens stehender Geberkolben und ein ventilseitiger Betätigungskolben. Ihre zwei Druckräume, die miteinander in Strömungsverbindung stehen, begrenzenden Kolbenflächen sind derart unterschiedlich groß gewählt, dass die Bewegung des Geberkolbens ins positive in eine größere Bewegung des Betätigungskolbens übersetzt wird. Hierdurch kann auch bei einer relativ steilen Ventilhubkurve ein Nocken mit flach gehaltenen Anstiegsflanken verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb so auszugestalten, dass ohne Einbuße an Vorteilen zur Erzielung eines gegebenen maximalen Ventilhubs ein Nocken mit noch flacheren Anstiegsflanken Einsatz finden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Auch bei der Erfindung sind die wirksamen Kolbenflächen derart unterschiedlich gewählt, nämlich so, dass die Kolbenfläche des Verdrängerkolbens größer als die Kolbenfläche den Ventilbetätigungskolbens ist, so dass der Ventilbetätigungskolben sich unter Vergrößerung des Druckraums schneller in Ventilbetätigungsrichtung bewegt als das Bauteil. Mit anderen Worten: Auch bei der Erfindung wird mit minimalem Aufwand auf hydraulischen Wege die Ventilbetätigungskraft des Nockens auf das Ventil mit einem Übersetzungsverhältnis übertragen, das größer als 1 ist, so dass auch bei einer relativ steilen Ventilhubkurve die Anstiegsflanken in erwünschter Weise relativ flach gehalten werden können. Diesem Vorgang überlagert sich bei der Erfindung eine zusätzliche Druckerhöhung in den miteinander verbundenen Druckräumen durch die Bewegung des Bauteils, das mit einer Fläche die Druckräume begrenzt.
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 Ventiltriebe von Ladungswechselventilen einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine wiedergibt.
Dabei zeigen die 1 und 3 die Lage der verschiedenen Teile bei maximalem Ventilöffnungshub, dagegen die 2 und 4 die Positionen bei geschlossenem Ventil.
Betrachtet man zunächst die 1 und 2, so ist dem Hubventil 1 bekannten und daher nicht im einzelnen zu erläuternden Aufbaus die ebenfalls übliche Ventilschließfeder 2 zugeordnet, die über den Ventilteller 3 in der figürlichen Darstellung nach oben gerichtete Schließkräfte auf das Ventil überträgt.
Zur Ventilbetätigung dient der Nocken 4 auf der Nockenwelle 5, die in der Regel allen gleichartigen Gaswechseiventilen (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 übertragen, das sich in in den Figuren senkrechter Richtung zwischen einer Ventilöffnungsstellung (1) und einer Ventilschließstellung (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 Ventilschließfeder 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 Verdrängerkolben 12 begrenzt ist; an seinem freiliegenden Umfangsbereich dient der Verdrängerkolben 12 als Führung für die Druckfeder 13, die parallel und gleichwirkend zur Ventilschließfeder 2 verläuft.
Der Verdrängerkolben 12 ist rohrartig mit dem Hohlraum 14 ausgebildet, der zur Aufnahme des Rückschlagventils 15 dient, das strömungsmäßig zwischen dem weiteren Druckraum 10 und dem Druckmittelzufluß 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 Druckmittel zuläßt, dagegen sonst sperrt.
Betrachtet man zunächst die Verhältnisse bei geschlossenem Ventil (2), also bei wirksamer Grund kreisphase 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 Ventilbetätigungskolben 9 ebenfalls in seine oberste Extremstellung verschoben 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 geworden ist als der Druck in der Druckmittelzufuhr 16, strömt über das demgemäß in 2 in seiner Öffnungsstellung gezeichnete Ventil 15 Druckmittel in die Druckräume 8 und 10 nach.
Sobald nun die Anstiegsflanke des Nockens 4 infolge seiner Rotation in Berührung mit der Rolle 6 kommt, wird das Bauteil 7 in den Figuren nach unten verschoben, wobei der feststehende Verdrängerkolben 12 gleichsam eine Führung bildet. Da die Querschnittsfläche des Verdrängerkolbens 12 größer gewählt ist als die nach oben weisende Fläche des Ventilbetätigungskolbens 9, erfolgt bei dieser Abwärtsbewegungen des Bauteils 7 eine Druckmittelströmung 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 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 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 Ventilbetätigungskolben 34 und Verdrängerkolben 35; das mit der Schließfeder 36 bestückte Ventil ist mit 37, der ihm zugeordnete Nocken mit 38 bezeichnet. In 3 ist wiederum die Lage der verschiedenen Bestandteile des Ventiltriebs bei geöffnetem Ventil, dagegen in 4 bei geschlossenem Ventil dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel geht oberhalb des Rückschlagventils 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 Arbeitsweise des Ventiltriebs wie in den 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 Rückschlagventils 39 nicht von der Druckmittelzufuhr 42 her ergänzt werden kann. Die Folge davon ist eine Verringerung des Übersetzungsverhältnisses und damit eine Verringerung des maximalen Ventilöffnungshubs. Diese Verringerung des Übersetzungsverhältnisses ist drehzahlabhängig; die durch die Drossel 40 abströmende Druckmittelmenge 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

Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes (4), schließfederbestücktes (2) Hubventil (1) insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einer zwischen diesem und dem Nocken (4) angeordneten, von diesem mit Ventilbetätigungskräften beaufschlagten hydraulischen Kraftübertragungsvorrichtung, die einen ventilseitigen Ventilbetätigungskolben (9), der mit einer Kolbenfläche einen druckmittelgefüllten Druckraum (8) in einem Bauteil (7) begrenzt, und einen in diesem Bauteil (7) parallel zu dem Ventilbetätigungskolben (9) verlaufenden Verdrängerkolben (12) enthält, der mit einer Kolbenfläche, die größer als diejenige des Ventilbetätigungskolbens (9) ist, einen weiteren Druckraum (10) in dem Bauteil (7) begrenzt, der mit dem Druckraum (8) in Strömungsverbindung (17) steht, sowie mit Mitteln (15, 16) zur zeitweiligen Druckmittelzufuhr zu dem Druckraum (8) zur Erzielung eines gegenüber dem Nockenhub größeren Ventilöffnungshubs, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der vom Nocken (4) ausgeübten Ventilbetätigungskräfte in das in Richtung der Kolben (9, 12) gegen Federkraft (13) verschiebbare Bauteil (7) erfolgt, während der Verdrängerkolben (12) abgestützt (11) ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkolben (12) rohrartig ausgebildet ist und ein Rückschlagventil (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.
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.
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 Ventilschließfeder (2) parallel gerichtete Feder (13) angreift.