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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor von
der Art, die aufweist:
- – wenigstens ein Einlassventil
und wenigstens ein Auslassventil für jeden Zylinder, wobei jedes
Ventil jeweils elastische Mittel aufweist, die das Ventil in eine
geschlossene Position zurückführen, um die
Verbindung zwischen den jeweiligen Einlass- und Auslasskanälen und
dem Brennraum zu steuern;
- – eine
Nockenwelle zur Betätigung
der Einlass- und Auslassventile des Zylinders des Motors mittels
jeweiliger Ventilstößel;
in
welcher wenigstens einer dieser Ventilstößel das jeweilige Einlass-
oder Auslassventil gegen die Wirkung des elastischen Rückkehrmittels, über die
Zwischenfügung
von hydraulischen Mitteln, welche eine hydraulische Kammer beinhalten,
die Druckfluid enthält,
steuert;
wobei diese hydraulische Kammer, die Druckfluid enthält, über ein
Magnetventil mit einem Auslasskanal verbindbar ist, um das Ventil
vom jeweiligen Ventilstößel zu entkoppeln
und ein schnelles Schließen des
Ventils unter Einwirkung des jeweiligen elastischen Rückführmittels
zu bewirken;
wobei das hydraulische Mittel weiter einen Kolben aufweist,
der dem Schaft des Ventils zugeordnet ist und der verschiebbar in
einer Führungsbuchse
angebracht ist, wobei der Kolben stirnseitig einer Kammer mit variablen
Volumen angeordnet ist, welche durch den Kolben innerhalb der Führungsbuchse
abgegrenzt wird, wobei die Kammer mit variablen Volumen über eine
Endöffnung
der Führungsbuchse
mit der hydraulischen Kammer, die Druckfluid enthält, in Verbindung
steht, wobei der Kolben einen Endansatz aufweist, der entworfen
ist, um beim letzten Strecken des Schließhubes des Ventils in die Endöffnung eingefügt zu werden,
um den Verbindungsgang zwischen der Kammer mit variablen Volumen
und der hydraulischen Kammer, die Druckfluid enthält, zu begrenzen,
um den Hub des Ventils in der Nähe
seiner Schließung
zu verlangsamen.
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Ein
Motor der oben bezeichneten Art ist z. B. in den europäischen Patentanmeldungen
EP-A-0 803 642 und EP-A-1 091 097, eingereicht durch denselben Anmelder,
veranschaulicht.
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Studien
und Tests, die vom gleichen Anmelder durchgeführt wurden zeigen, dass einige
Probleme während
des Betriebes auftreten können
und im Besonderen Lärm
auf Grund Spiels zwischen den verschiedenen Teilen auf Grund der
konstruktiven Toleranzen und der Abnutzung auftritt. Im Einzelnen hat
es sich herausgestellt, dass durch den Betrieb des Motors der Ring,
der als Sitz des Motorventils dient, und der in den Motorzylinderkopf
eingelassen ist, Verschiebungen von einem oder zweizehntel mm erleiden
kann, die sich aus dem fortwährenden
Aufschlag des Ventilkopfes auf den Ring ergeben. Bisher wurde das
Problem dadurch gelöst,
dass Zwischenlagen zum Ausgleich des Spiels verwendet wurden.
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Ein
Motor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus
EP 0 507 521 A1 bekannt.
In dieser bekannten Lösung
ist eine Feder dem Hilfskolben zugeordnet, welcher innerhalb der Kammer
des Hilfsstößels angeordnet
ist. Deshalb muss diese Kammer von relativ großem Volumen und Durchmesser
sein, was das Risiko für Öldruckschwankungen
bei hohen Motordrehzahlen vergrößert.
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Es
ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme
zu überwinden.
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Mit
Hinblick auf Erreichung dieses Ziels ist der Gegenstand der Erfindung
ein Motor, der all die Eigenschaften aufweist, die in Anspruch 1
bezeichnet sind.
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Innerhalb
der vorgenannten Kammer, die in den Betätigungskolben eingepasst ist,
ist ein Einwegventil eingerichtet, welche den Durchtritt von Druckfluid,
das aus der hydraulischen Druckkammer kommt, in die Kammer des hydraulischen
Hilfsstößels gestattet.
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Wie
sich klar aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, ist in dem
erfindungsgemäßen Motor
der Schaft des Ventils nicht fest mit dem Betätigungskolben verbunden, in
Anbetracht der Tatsache, dass zwischen ihnen der vorgenannte hydraulische
Hilfsstößel eingepasst
ist, welcher demnach in der Lage ist jedes mögliche Spiel abzufangen, welches
sich als Ergebnis aus Fabrikationstoleranzen und Abnutzung von Teilen
ergeben kann.
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Die
Anordnung mit Übereinstimmung
der Erfindung kann jeweils für
Einlass- und Auslassventile angepasst werden, ist jedoch besonders
nützlich
im Fall von Auslassventilen, weil die oben stehenden Probleme bei
dieser Art von Ventilen häufiger
auftreten.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich
aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
ergeben, welche allein als nicht-beschränkende Beispiele zur Verfügung gestellt
werden und in welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors
gemäß der europäischen Patentanmeldung
EP-A-0 803 642, eingereicht durch den gleichen Anmelder, aufzeigt;
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2 im
vergrößertem Maßstab eine
Schnittansicht einer Einzelheit von 1 zeigt;
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3 in
vergrößertem Maßstab eine
Schnittansicht einer Einzelheit eines Motors gemäß der Erfindung zeigt; und
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4 eine
Ansicht einer Einzelheit aus 3 in noch
größerem Vergrößerungsmaßstab zeigt.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 ist der Verbrennungsmotor,
der in der früheren
Patentanmeldung Nr. EP-A-0 803 642, sowie in EP-A-1 091 097, die
durch denselben Anmelder eingereicht wurden, beschrieben wurde,
ein Mehrfachzylindermotor, z. B. ein Fünfzylinderreihenmotor, der
einen Zylinderkopf 1 aufweist.
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Der
Kopf 1 umfasst für
jeden Zylinder eine Vertiefung 2, die in der Grundfläche des
Kopfes 1 ausgeformt ist, die Vertiefung 2 begrenzt
die Brennkammer, in welche zwei Einlasskanäle 4, 5 und
zwei Auslasskanäle 6 ausleiten.
Die Verbindung der zwei Einlasskanäle 4, 5 mit
der Brennkammer 2 wird durch zwei Einlassventile 7 der
herkömmlichen
Teller- oder Pilzart kontrolliert, und von denen jedes einen Schaft aufweist,
der verschiebbar im Körper
des Kopfes angebracht ist. Jedes Ventil 7 wird durch Federn 9,
die zwischen der inneren Oberfläche
des Kopfes 1 und einer Endtasse des Ventils angeordnet
sind, in seine Schließlage
zurückgeführt. Das Öffnen der
Einlassventile 7 wird auf die im folgenden beschriebene
Weise gesteuert, durch eine Nockenwelle 11, die verschiebbar
um eine Achse 12 innerhalb von Lagern des Kopfes 1 angebracht
ist und welche eine Vielzahl von Nocken 14 zur Betätigung der
Ventile aufweist.
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Jede
Nocke zur Betätigung
eines Einlassventils 7 arbeitet mit einer Kappe 15,
eines nockenfolgenden Stößelelementes 16 zusammen,
welches verschiebbar um eine Achse 17 angebracht ist, welche
im gezeigten Fall, im Wesentlichen um 90° in Bezug auf die Achse des
Ventils 7 versetzt angeordnet ist (der Ventilstößel kann
auch so angebracht sein, dass er ausgerichtet ist, wie mit Bezug
auf 3 beschrieben wird), innerhalb einer Buchse 18,
die von einem Körper 19 einer
vorgefertigten Unterbaugruppe 20 getragen wird, welche
alle elektrischen und hydraulischen Geräte in Verbindung mit der Betätigung der
Einlassventile beinhaltet, gemäß dem, was
im Einzelnen im Folgenden beschrieben wird. Das nockenfolgende Stößelelement 16 ist
dazu in der Lage einen Stoß auf
den Stößel 8 des
Ventils 7 zu übertragen,
um dasselbe dazu zu veranlassen sich entgegen der Wirkung der elastischen
Mittel 9 mittels Druckfluid zu öffnen (typischerweise Öl, welches
aus den Motorschmierkreislauf stammt), das in der Kammer c vorliegt und
einem Kolben 21, welcher in einem zylindrischen Körper angebracht
ist, welcher ebenso durch den Körper 19 der
Unterbraugruppe 20 getragen wird. Wiederum kann gemäß der bekannten
Lösung,
die in 1 dargestellt ist, die Kammer C, welche Druckfluid
enthält,
und jedem Einlassventil 7 zugeordnet ist, über ein
Magnetventil 24 mit einem Auslasskanal 23 in Verbindung
gebracht werden. Das Magnetventil 24, das von irgendeiner
bekannten Art sein kann, die für
den beschriebenen Zweck geeignet ist, wird durch elektrische Steuermittel
gesteuert die in ihrer Gesamtheit mit 25 bezeichnet sind,
in Übereinstimmung
mit den Signalen S, welche Betriebsparameter des Motors angeben,
wie z. B. die Lage des Gaspedals und die Motordrehzahl. Wenn das
Magnetventil 24 geöffnet
wird, wird die Kammer C mit dem Kanal 23 verbunden, so
dass das in der Kammer 10 vorhandene Druckfluid in den
Kanal fließt, und
eine Entkopplung des nockenfolgenden Stößelelementes 16 vom
jeweiligen Einlassventil erzielt wird, worauf das Einlassventil 7 rasch
unter Einwirkung der Rückkehrfeder 9 in
seine geschlossene Lage zurückkehrt.
Es ist deshalb möglich
durch Steuerung der Verbindung der Kammer C mit dem Auslasskanal 23 die Öffnungszeit
und den Öffnungshub
von jedem Einlassventil 7 wie gewünscht zu variieren.
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Die
Auslasskanäle 23 der
verschiedenen Magnetventile 24 öffnen sich alle nach außen in den gleichen
länglichen
Kanal 26 hinein, der mit einen oder mehreren Druckspeichern 27 verbunden
ist, von denen lediglich einer in 1 gezeigt
ist. Alle nockenfolgenden Stößelelemente
mit den zugeordneten Buchsen 18, die Kolben 21 mit
den zugeordneten Buchsen 22, und die Magnetventile 24,
sowie die entsprechenden Kanäle 23, 26,
sind getragen und hergestellt im vorhergenannten Körper 19 der
vorgefertigten Unterbaugruppe 20, zum Vorteile des schnellen
und leichten Zusammenbaus des Motors.
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Die
Auslassventile 80, die jedem Zylinder zugeordnet sind,
werden in der in 1 dargestellten Ausführungsform,
in herkömmlicher
Weise durch eine Nockenwelle 28 mittels entsprechender
Stößel 29 gesteuert.
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2 zeigt
in vergrößertem Maßstab den Körper 19 der
vorgefertigten Unterbaugruppe.
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2 veranschaulicht
im einzelnen den Aufbau des Kolbens 21.
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In
einer an sich bekannten Weise, besitzt der Kolben 21 einen
röhrenförmigen Körper, welcher
innerhalb der Buchse 22 verschiebbar angebracht ist, und
welcher innerhalb dieser Buchse eine Kammer mit veränderlichem
Volumen vorgibt, welche mit der Kammer C, die Druckfluid enthält, über eine
zentrale Endöffnung,
welche in die Buchse 22 eingebracht wurde, in Verbindung
steht.
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Im
Falle der bekannten Lösung,
welche in 2 veranschaulicht ist, ist das
Gegenüberliegende
der Ende des Kolbens 21 auf einem Endabschnitt 36 eines
Schaftes 37, der einem Schaft 8 des Ventils 7 zugeordnet
ist, abgedreht. Während
des normalen Betriebs, in dem die Nocke 14 das Öffnen des
Ventils 7 regelt, veranlasst sie die Verschiebung des nockenfolgenden
Stößelelementes 16,
und bewirkt dadurch einen Transfer von Druckfluid aus der Kammer
C in die Kammer 34 und folglich die Öffnung des Ventils 7 entgegen
der Wirkung der Feder 9. Die Kammer C steht über eine
ringförmige
Kammer 70 mittels radialer Löcher 71 in Verbindung,
die in die Buchse 18 eingebracht sind. Die ringförmige Kammer 70 steht
mit den Zylindern in Verbindung, die den zwei Ventilen 7 zugeordnet
sind. Gemäß dem Stand
der Technik, kann ein schnelles Schließen des Ventils dadurch erzielt
werden, indem die Kammer C durch Öffnung des Magnetventils vom
Druckfluid entleert wird. In diesem Fall, kehrt das Ventil 7 unter
Einwirkung der Feder 9 schnell in seine Schließlage zurück. Um einen übermäßig heftigen
Aufschlag des Ventils gegen seinen Sitz zu verhindern, wird das
Ventil verlangsamt kurz bevor es seine Schließposition erreicht. Dieses Ergebnis
wird wiederum nach dem Stand der Technik durch hydraulische Bremsmittel
erreicht, welche aus einem zentrischen Endansatz bestehen, der am
röhrenförmigen Kolben 21 vorgesehen
ist und der dafür entworfen
ist in eine Öffnung
in der Fußwand
der Buchse 22 während
der letzten Streckung des Schließhubs des Ventils eingefügt zu werden.
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Während des
Schließhubs,
wird der Kolben 21 nach oben verschoben (mit Bezug auf 3)
und das veränderliche
Volumen der Kammer 34 wird vermindert, so dass das Druckfluid
in Richtung der Kammer C gedrückt
wird. Wenn der Endansatz 38 des Kolbens 21 in
die Öffnung
der Buchse 22 eintritt, dann findet die Rückkehr des
Druckfluids von der Kammer 34 in die Kammer C statt, im
Falle des Standes der Technik geschieht dies durch kleine Lücken (in
der Zeichnung nicht sichtbar), die durch das Spiel verursacht werden,
und welche zwischen dem Ansatz 38 und der Wand der Öffnung 35 bestehen.
Der Ausfluss des Öls
wird demnach beträchtlich
verlangsamt und folglich wird der Hub des Ventils ebenso verlangsamt.
Wiederum ist ebenso nach dem Stand der Technik dem Zylinder 21 ein
Einwegventil zugeordnet, welches ein späherisches Öffnen-Verschlusselement 39 aufweist,
das innerhalb des röhrenförmigen Körpers vom
Kolben 21 durch eine Feder 40 in eine Richtung
gedrückt
wird, in welcher es ein zentrisches Endloch 41 des Kolbens 21 verschließt, welches
sich beginnend von der inneren Aushöhlung des Kolbens 21 bis
zum Ende, das der Kammer C gegenüberliegt,
erstreckt. Die innere Kammer des Kolbens 21 steht darüber hinaus
mit Seitenkanälen 42 in Verbindung,
die in der endringförmigen
Oberfläche des
Kolbens 21 heraustreten, wobei die Oberfläche den
Ansatz 38 umrundet und so angeordnet ist, dass sie Kammer 34 gegenüberliegt.
Wie bereits gesagt wurde, ist der oben beschriebene Aufbau ebenso
bekannt.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des sphärischen Öffnen-Schließelementes 39 beschrieben. Während des
Schließhubes
des Ventils 7, wird das sphärische Öffnen-Schließelement 39 durch
die Feder 40 und den Druck des Öles in der Kammer 34 in seiner
Schließlage
gehalten. Wenn die Kammer C durch Öffnung des Magnetventils vom
Druck entleert wird, kehrt das Ventil 7 rasch unter Einwirkung
der Feder 9 in seine Schließlage zurück, abgesehen davon, dass es
unmittelbar vor dem Schließen
als Ergebnis des Eintritts des Ansatzes 38 in die Öffnung 35 verlangsamt
wird, um jeglichen heftigen Aufschlag des Ventils gegen seinen Sitz
zu verhindern. Wird dagegen das Ventil geöffnet, dann wird, um eine schnelle Übertragung
des Druckes, der durch die Nocke 14 auf den Stößel 16 des
Kolbens 21 ausgeübt
wird, das sphärische Öffnen-Schließelement 39 als
Folge des Stoßes,
der durch das Druckfluid ausgeübt
wird, welches aus der Kammer C kommt, gegen die Wirkung der Feder 40 in
die Öffnungslage
verschoben. Öffnen des
sphärischen Öffnen-Schließelementes 39 veranlasst
den Druck über
das Loch 41 und die Seitenlöcher 42 direkt auf
die endringförmige
Oberfläche
des Kolbens 21 übertragen
zu werden, welche gegenüber
der Kammer 34 angeordnet ist, um in der Lage zu sein eine
hohe Kraft auf den Kolben 21 auszuüben, sogar wenn sich der Ansatz 38 noch
in der Öffnung 35 befindet.
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Wie
schon zu Beginn der vorliegenden Beschreibung erwähnt, liegt
der Nachteil, der in der oben beschriebenen bekannten Lösung auftritt,
darin, dass sich zwischen den verschiedenen Teilen des Gerätes das
Spiel einstellen kann, beides auf Grund der Fabrikationstoleranzen
und als Folge von Abnutzung, in Besonderem in einem Bereich, der
den Ringen W (1) entspricht, die als Sitze
der Ventilköpfe
dienen, wobei sich die Köpfe
um Zweizehntel eines Millimeters in ihre jeweiligen Sitze zurückbewegen, als
Folge des fortwährenden
Aufschlages der Ventile. In der bekannten Lösung führt es dazu, dass Zwischenlagen
benötigt
werden, um das Spiel zu regulieren, mit all den Problemen die eine
solche Lösung nach
sich zieht in Bezug auf Verschwendung von Zeit und Komplikationen.
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Um
das obige Problem zu überwinden,
wird das Gerät
zur Betätigung
der Ventile, wie in 3 und 4 veranschaulicht,
verändert. 3 veranschaulicht
eine vereinfachte Version der Ventilsteuerung, in welcher die Achse
des nockenfolgenden Stößelelementes 16 nach
der Achse des Schaftes 8 des Ventils ausgerichtet ist (nicht
dargestellt in 3). In 3 und 4 werden
die Teile die mit 1 und 2 gemeinsam
sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie
sich klar im Einzelnen aus 4 ergibt, trägt der Körper 21 des
Betätigungskolbens
einen Hilfskolben 360, welcher nicht, wie der Schaft 37 aus 2,
fest mit dem Körper 21 verbunden
ist. Der Hilfskolben 360 ist verschiebbar innerhalb des
röhrenförmigen Körpers des
Betätigungskolbens 21 angebracht,
mit der Zwi schenbringung einer Dichtung, die als End des Hubes-Element 101 dient.
Der Hilfskolben 360 hat ein Ende, das sich innerhalb des
Betätigungskolbens 21 befindet,
und dass sich gegenüber
einer Druckkammer 102 eines hydraulischen Schlaganpassungs-
und Stößelelementes 100 befindet.
Die Rückkehrfeder 40 des
sphärischen Öffnen-Schließelementes 39 ruht
gegen den Kopf einer T-Busche 103, die gegen eine innere
Schulter des Kolbens 21 befestigt ist und welche ein inneres
Loch 104 aufweist, das die Kammer 102 mit den
Löchern 42 verbindet,
welche wiederum dazu dienen, die Verbindung zwischen der Druckkammer
C und der variablen Volumenkammer 34 herzustellen. Die
vorstehende Verbindung der Druckkammer 102 des hydraulischen
Schlaganpassungsstößels 100 mit
dem Kreislauf des Drucköles,
wird durch ein Einwegventil gesteuert, welches im dargestellten
Beispiel aus einer Buchse besteht, die aus metallischem Material hergestellt
ist, welche mittels radialer Federplatten (nicht dargestellt), ein
sphärisches Öffnen-Schließelement 106 trägt, welches
elastisch gegen eine Lage zum Verschließen des Loches 107 gedrückt wird,
das in der Fußwand
der Buchse 105 gefertigt ist. Das sphärische Öffnen-Schließelement 106 ermöglicht den
Durchtritt des Drucköls
in Richtung der Druckkammer 102 während es schließt, und
isoliert demnach die Kammer, um Strömung in die gegenliegende Richtung
zu verhindern.
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Der
Hilfskolben 360 hat ein kappenartiges Ende 360a,
welches außerhalb
des Betätigungskolbens 21 angeordnet
ist, welches sich in Kontakt mit dem oberen Ende des Ventilschaftes 8 befindet.
Der Hilfskolben 360 wird in ein Ende der Hubelage in Richtung
des Ventilschaftes 8, durch eine Feder 108 verbracht,
die zwischen dem kappenartigen Ende 360a und dem Ende des
Kolbens 21 angeordnet ist, der dem kappenartigen Ende 360a gegenüberliegt.
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Während des
Betriebs füllt
sich die Kammer 102 mit Drucköl und stellt folglich sicher,
dass die Übertragungskette,
welche aus dem Kolben 21, dem Hilfskolben 360 und
dem Ventilschaft 8 besteht, richtig funktioniert, d. h.,
ohne irgendwelches Spiel, das zu Betriebsstörungen und/oder Lärm führen könnte.
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Natürlich kann
die Anpassung und die Ausgestaltung des hydraulischen Hilfsstößels 105 ebenso
insgesamt verschieden von demjenigen sein, welches in den Zeichnungen
lediglich beispielhaft veranschaulicht wurde.