DE6918188U - Ventilsteuervorrichtung fuer brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

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Dipl.-1 ng. WERNER COHAUSZ · Dipl-Lig. WILHELM FLORACK · Dlpl.-lng. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, SdiumannstraBe 97
26. Juni 1972

Anmelder: Bryce Berger United, Hucclecote, Gloucester / England

Ventilsteuervorrichtung (für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils oder mehrerer Ventile einer Brennkraftmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung in einfacher und zweckmäßiger Form zu schaffen.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Akkumulator
zur Druckmittelspeicherung, Mittel zur Beschickung des Akkumulators, eine druckmittelbetätigbare Einrichtung zum Stellen eines
Motorventils und eine synchron zum Motor arbeitende Steuereinrichtung zur Steuerung des Druckmittelflusses vom Akkumulator
zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung auf.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und einiger Varianten dieses Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Variante eine Teils der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung.

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Fig. 5 eine weitere Variante eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, und

Fiig. 4 eine Variante der in Fig. 3 gezeigten Anordnung.

Gemäß Fig. 1 wird ein einziges Ventil 10 einer Brennkraftmaschiene durch eine Vorrichtung betätigt, die eine druckmitteIbetätigbare Einrichtung 11 zur Betätigung des Ventils aufweist. Zu dieser Einrichtung gehört ein Kolben 12, der in einem Zylinder 13 verschiebbar ist. Der Zylinder ist am Motor befestigt. Ein Ende 11 des Kolbens 12 hat einen kleineren Durchmesser und

O erstreckt sich durch eine öffnung in der angrenzenden Stirnwand des Zylinders. Dieses Ende des Kolbens liegt an dem Ventilschaft an. Der Ventilschaft ist durch eine Feder in die geschlossene Stellung vorgespannt. An diesem Ende des Zylinders ist in der Wand eine öffnung 15 vorgesehen, die mit einem Ablauf über ein federvorgespanntes Ventil 16 in Verbindung steht, das zum öffnen eingerichtet ist, wenn beim Abwärtshub des Kolbens das Druckmittel durch die öffnung 15 gedrückt wird. Ferner ist in dem Ventil 16 eine Drosselöffnung 18 vorgesehen, die den Druckmittelfluß in den Zylinder 13 drosselt. Die Lage der öffnung 15 ist so vorgesehen, daß sie vom Kolben 12 abgedeckt wird, wenn er sich in Richtung auf dieses Ende des Zylinders bewegt. Das andere Ende des Zylinders 13 steht mit einer Druck-

- mittelzuleitung 19 in Verbindung. Die Zuleitung von Druckmittel zu dieser Zuleitung und der Austritt von Druckmittel aus dieser Zuleitung wird durch eine Steuereinrichtung 20 gesteuert, die synchron zum Motor arbeitet.

Die Steuereinrichtung weist einen Ventilschieber 21 auf, der axial innerhalb eines Ventilgehäuses 22 verschiebbar ist. Der Ventilschieber ist durch eine Schraubdruckfeder in einer Richtung vorgespannt und durch eine Stellstange 24 in entgegengesetzer Richtung bewegbar, die bequem dueh eine Nocke einer vom Motor angetriebenen Nockenwelle gesteuert ist. Das Ventilgehäuse weist eine Bohrung auf, in der der Ventilschieber verschiebbar

ist. Zwischen den Enden der Bohrung ist eine erste Ausnehmung 25 vorgesehen, die in Verbindung mit der Zuleitung 19 steht. Auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Ausnehmung 25 befinden sich im Abstand dazu eine wezite 26 und eine dritte Ausnehmung 27» die mit einer Druckmittelzuleitung bzw. mit dem Ablauf 17 in Verbindung steht. Der Ventilschieber ist mit einer einzigen Nut versehen, durch die die Ausnehmung 25 in Verbindung entweder mit der Ausnehmung 26 oder mit der Ausnehmung 27 gebracht werden kann. Die Ausnehmung 25 wird in eine Verbindung mit der Ausnehmung 27 während der Bewegung des Ventilschiebers 21 unter der Wirkung der Feder gebracht. Die Länge der Nut am Ventilschieber ist dabei derart vorgesehen, daß die erste Ausnehmung in keinem Fall in eine gleichzeitige Verbindung mit den beiden anderen Ausnehmungen gebracht werden kann.

Die Ausnehmung 26 steht mit einem Akkumulator 28 in Verbindung, der Druckmittel speichert. Der Akkumulator wird mit Druckmittel durch eine beliebige Einrichtung 29 versorgt, beispielsweise durch eine vom Motor angetriebene Pumpe. Die Pumpe arbeitet dabei derart, daß der Akkumulator während eines erheblichen Teils des Arbeitstakts des Motors mit Druckmittel versorgt wird.

Im Betrieb bei einer Lage des Ventilschiebers 21 zur Herstellung einer Verbindung zwischen der ersten Ausnehmung 25 und der dritten Ausnehmung 27 hält die Feder des Ventils 10 das Ventil in der geschlossenen Stellung. Bei Beweung des Ventilschiebers durch die Stellstange 24 in dessen Alternativstellung wird die Ausnehmung 25 in Verbindung; mit der Ausnehmung 26 gebracht, und dabei fließt Druckmittel vom Akkumulator duretdie Zuleitung 19 in den den Kolben enthaltenden Zylinder. Der Druck reicht aus, um durch den Kolben das Ventil in Richtung auf die geöffnete Stellung gegen die Wirkung der Ventilfeder zu bewegen. Gegen Ende der Bewegung des Kolbens wird die öffnung 15 progressiv geschlossen, um damit den Kolben und das Ventil zu brem^sen. Wenn die öffnung vollständig geschlossen ist, entsteht eine hydraulische Sperre, und der Kolben bleibt in dieser Stellung,

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um damit das Ventil in der geöffneten Stellung zu halten, bis der Ventilschieber in dessen Alternativstellung bewegt wird. Wenn das geschieht, drückt die Ventilfeder das Ventil und den Kolben in umgekehrter Richtung, bis das Ventil geschlossen ist. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung kann durch eine Drosselstelle 30 festgelegt werden, die in einer Verbindung vorgesehen ist, welche zwischen dem Ablauf und der Ausnehmung 27 geschaltet ist. Während der Rückführbewegung des Kolbens kann sich ein Hohlraum in dem Teil des Zylinders bilden, der das schmalere Ende des Kolbens umgibt. Dieser Hohlraum wird beseitigt, wenn ausreichend Zeit zur Verfügung steht, und zwar wegen des Durchfließens des Druckmittels durch die Drosselöffnung in dem federbelasteten Ventil. >j

Der Ventilschieber 21 ist im wesentlichen druckkompensiert, so daß die zu dessen Betätigung erforderliche Kraft außerordentlich klein im Vergleich zur normalen Kraft ist, die benötigt wird, um das Ventil gegen die Kraft seiner Feder zu öffnen. Ferner werden auf Grund der Tatsache, daß die den Akkumulator 28 beschickende Einrichtung 29 Druckmittel während eines erheblichen Teils des Arbeitstakts des Motors zuleitet, die auf Grund der Betätigung des Ventiltriebs auftretenden Spitzenlasten durch eine kontinuierlichere und niedrigere Belastung ersetzt. Gegebenenfalls kann eine Drosselstelle 31 in i der Leitung vorgesehen sein, die den Akkumulator mit der Ausneh- j mung 26 verbindet. Dadurch kann die Gesamtgeschwindigkeit ge- | steuert werden, mit der das Ventil geöffnet wird. Alternativ | kann der Druck des zum Akkumulator zugeleiteten Druckmittels | variiert werden, umden gleichen Effekt zu erzielen. Ferner ί kann tine weitere Drosselstelle 32 zwischen dem Akkumulator 28 und der Einrichtung 29 vorgesehen sein, so daß keine nennenswerte Erhöhung im Fließen des Druckmittels von der Einrichtung erfolgt, während das Ventil geöffnet wird.

Gegebenenfalls kann gemäß der Darstellung in Fig. 2 der Kolben 12 mit einem Vorsprung an seinem Ende versehen sein, das ducch

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das Druckmittel beaufschlagt wird, um eine Kammer 33 zu bilden, aus der während der Rückführbewegung des Ventils 10 unter der Wirkung der Ventilfeder Druckmittel austritt. Der Austritt des Druckmittels aus dieser Kammer erfolgt durch Nuten 34, die in dem Vorsprung eingeformt sind. Diese Nuten können in jeder geeigneten Weise geformt sein, um die Bewegung des Ventils in Richtung auf die geschlossene Stellung zu steuern.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 gehört zur Einrichtung 29 eine Pumpe 40, die Druckmittel zum Akkumulator 28 leitet. Dabei handelt es sich um eine Hubkolbenpumpe, die normalerweise dazu verwendet wird, flüssigen Kraftstoff zur Einspritzdüse eines Eigenzündungsmoto»s zuzuleiten. Die Pumpe hat einen Druckmittel-Saugkanal 42. Der Kolben 41 ist in seiner Winkellage verstellbar, um mit jedem Hub eine Änderung der durch die Pumpe geförderten Druckmittelmenge zu ermöglichen. Durch diese Anordnung steigt bei einer bestimmten Winkelstellung des Kolbens der Druck im Akkumulator 28 um einen bestimmten Wert an, nachdem das Ventil 20 geöffnet worden ist. Die Betätigung der Pumpe erfolgt durch eine Nocke an einer dem Motor zugeordneten Nockenwelle, und die Pumpbewegung des Kolbens erfolgt währens eines erheblichen Teils des Arbeitstakts des Motors. Ferner ist ein Steuerventil 43 in die Leitung zwischen dem Akkumulator 26 und der Ausnehmung 26 des Ventilgehäuses eingeschaltet, das auf den Druck im Akkumulator anspricht. Das Steuerventil weist einen abgesetzten Kolben 44 auf, der in einer absprechend abgestuften Bohrung 45 verschiebbar ist. Das größere Ende des Kolbens wird von einem Steuerdruck über eine Leitung 46 beaufschlagt, und das kleinere Ende der Bohrung steht mit dem Akkumulator in Verbindung. Am kleineren Ende der Bohrung ist eine öffnung 47 vorgesehen, die in Verbindung mit der Ausnehmung 26 steht und die dvech das kleinere Ende des abgestuften Kolbens 44 vollständig abgedeckt werden kann. Vor der Betätigung des Ventilschiebers zum öffnen des Motorventils reicht die auf das kleinere Ende des Kolbens durch den Druck innerhalb des Akkumulators ausgeübte Kraft aus, um die auf das größere Ende des Kolbens durch den

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Steueflruck ausgeübte Kraft zu überwinden. Die Folge davon ist, daß der Kolben am größeren Ende der abgestuften Bohrung gehalten wird und daß die Öffnung am kleineren Teil der Bohrung vollständig geöffnet ist.

Wenn das Ventil 20 betätigt wird, geschieht das, was bereits beschrieben worden ist, jedoch fällt auf Grund des Herausfließens von Druckmittel aus dem Akkumulator der Druck des Druckmittels darin ab, und es wird schließlich ein Punkt erreicht, bei dem sich der abgestufte Kolben 44 in Richtung auf das kleinere Ende der Bohrung bewegt, um damit die Öffnung 47 in der Wand am kleineren Teil zu schließen. Von da an fließt kein weiteres Druckmittel in den Betätigungszylinder für das Motorventil, und das Ventil bewegt sich nicht weiter. In dieser Stellung bleibt das Motorventil, solange die erste Ausnehmung 25 und die zweite Ausnehmung 26 im Ventilgehäuse miteinander in Verbindung stehen. Sobald der Ventilschieber in die Alternativstellung bewegt wird, schließt sich gemäß der Beschreibung das Motorventil. Kurz nachdem das geschehen ist, fördert die Pumpe erneut Druckmittel zum Akkumulator, so daß sich der abgestufte Kolben zum größeren Ende der Bohrung bewegt, wo er auf den nächsten Arbeitstakt wartet. Das Maß, um das das Motorventil geöffnet wird, hängt von der Druckmittelmenge ab, die von der Pumpe gefördert wird. Das kann bei laufendem Motor geändert werden, indem lediglich die Winkeleinstellung des Kolbens 41 geändert wird. Die Geschwindigkeit, mit der das Motorventil 10 geöffnet wird, wird dadurch gesteuert, daß die Druckbeaufschlagung auf das größere Ende des abgestuften Kolbens gesteuert wird. Durch Steuerung des Abbremsens des abgestuften Kolbens bei dessen Bewegung zum Schließen der öffnung 47, die mit der zweiten Ausnehmung in Verbindung steht, kann ferner das Abbremsen des Motorventils gesteuert werden. Das Abbremsen des abgestuften Kolbens kann durch Regulieren der Abfließgeschwindigkeit des Druckmittels aus der Kammer 48 gesteuert werden, die zwischen dem Absatz der abgestuften Bohrung und dem größeren Teil des Kolbers gebildet ist. Zweckmäßigerweise wird die

Abfließgeschwindigkeit durch Zusammenwirken der Kante des breiteren Teils des Kolbens mit einer Ablauföffnung 49 gesteuert, die von der Bohrung am Absatz wegführt.

Um ein Entstehen von gefährlich hohen Drücken in der Vorrichtung für den Fall zu verhindern, daß die von der Pumpe geförderte Druckmittelmenge größer ist als die zur Betätigung des Motorventils, ist ein überdruckventil 50 an der Druckseite der Pumpe 40 vorgesehen.

In einer Abwandlung dieser Variante sind der Akkumulator und das Steuerventil zu einer Einheit zusammenfaßt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 umfaßt die Einheit 51 einen abgestuften Kolben 52, der in einer entsprechend abgestuften Bohrung 53 verschiebbar ist. Im größeren Teil der Bohrung befinden sich auf den Kolben einwirkende Federmittel, die den Kolben in Richtung auf das kleinere Ende der Bohrung drücken. Bei den Federmitteln kann es sich gemäß der Darstellung um eine Schraubendruckfeder 54 handeln, oder alternativ kann ein kompressibles Medium vorgesehen sein, beispielsweise Druckluft. Das kleinere Ende der abgestuften Bohrung 53 befindet sich in ständiger Verbindung mit der zweiten Ausnehmung des Ventils 20. Eine Anzahl axialer Nuten 56 erstrecken sich vom kleineren Ende des Kolbens bis zu einer Stelle am größeren Teil des KoIb*⁷as. Diese Nuten dienen dazu, das kleinere Ende der Bohrung in Verbindung mit dem Raum 55 zu bringen, der sich zwischen dem Absatz in der Bohrung und dem größeren Teil des Kolbens befindet. Dieser Raum steht in Verbindung mit der Druckseite der Pumpe 40.

Im Betrieb bei Förderung von Druckmittel durch die Pumpe wird der Kolben 52 in Richtung auf das größere Ende des Zylinders gegen die Wirkung der Federmittel bewegt, und das Druckmittel wird in dem Raum 55 gespeichert. Bei Betätigung des Schieberventils strömt das Dru ckmittel aus diesem Raum durch die Nuten 54 zum kleineren Ende der Bohrung und zur zweiten Ausnehmung. Beim öffnen des Ventils 20 fällt der Druck in dem Raum 55 ab,

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und der Kolben wird durch die Federmittel bewegt, bis die Enden der Nuten am größeren Teil des Kolbens durch den Absatz in der Bohrung abgedeckt sind. Dadurch wird die Zuförderung von Druckmittel zum Betätigungszylinder für das Motorventil unterbrochen, und das Motorventil 10 bleibt in der geöffneten Stellung, bis das Scieberventil 20 verstellt wird, um das Ausströmen von Druckmittel gemäß der vorangegangenen Beschreibung zu ermöglichen. Durch entsprechende Formgebung der Nuten 56 am kleineren Teil des Kolbens läßt sich die Geschwindigkeit steuerfa, mit der der abgestufte Kolben abgebremst wird, und damit läßt sich auch die Abbremsgeschwindigkeit des Motorventils steuern, während es sich auf seine geöffnete Stellung zu bewegt.

Das Schieberventil wird gemäß der vorangegangenen Beschreibung durch eine Stellstange gesteuert, die von einer Nooke an einer vom Motor angetriebenen Nockenwelle bewegt wird. Ebensogut kann jedoch das Schieberventil 20 auch hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch synchron zum Motor angetrieben werden. Ferner kann die beschriebene Vorrichtung einer Kraftspeicher-Kraftstoffeinspritzanlage zugeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, eine einzige Pumpe und einen einzigen Akkumulator für beide Systeme vorzusehen, wobei eine gemeinsame Steuereinrichtung vorhanden ist.

Schutzansprüche:

Claims (12)

- 9 Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils oder mehrerer Ventile einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Akkumulator (28) zur Druckmittelspeicherung, Mittel (29) zur Beschickung des Akkumulators (28), eine druckmittelbetätigbare Einrichtung (11) zum Stellen eines Motorventifs (10) und eine synchron zum Motor arbeitende Steuereinrichtung (20) zur Steuerung des Druckmittelflusses vom Akkumulator (28) zur druckmittelbetätigbaren Einrichtung (11).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die druckmittelbetätigbare Einrichtung (11) einen in einem entsprechenden Zylinder (13) verschiebbaren abgestuften Zylinder (12) aufweist, wobei der zwischen der Abstufung des Kolbens (12) und der Abstufung des Zylinders (13) gebildete Raum in Verbindung mit einem Ablauf (17) über eine in die Wand am schmaleren Ende des Zylinders (13) vorgesehene öffnung (15) steht und wobei die öffnung (15) so angeordnet ist, daß sie vom Kolben (12) bei seiner Annäherung an sein Hubende zur Erzeugung einer hydraulischen Sperre abgedeckt wird, mittels derer die Bewegung des Kolbens (12) in einer festgelegten Lage beendet wird.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Einwegevent il (16), über das die öffnung (15) mit dem Ablauf (17) in Verbindung steht und das durch Druckmittelbeaufschlagung bei einer Bewegung des Kolbens (12) zum öffnen des Motorventeils (10) in die geöffnete Stellung bewegbar ist, wobei eine Drosselöffnung (18) vorgesehen ist, durch die Druckmittel während der Schließbewegung des Ventils (10) gedrosselt dem genannten Raum zuleitbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) ein kräftekompensiertes,

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vom Motor angetriebenes Schieberventil ist, das so betätigbar ist, daß das größere Ende des Zylinders (13) zum öffnen des Ventils (10) in einer Verbindung mit dem Akkumulator (28) oder in sner Verbindung mit dem Auflauf (17) zum Schließen des Ventils (10) bringbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Drosselstelle (30), durch die Druckmittel vom größeren Ende des Zylinders (13) zum Ablauf (17) fließt, wobei die Drosselstelle (30) hinter dem Schieberventil (20) angeordnet ist·

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine weitere dem Sfc&ieberventil (20) vorgeschaltete Drosselstelle (31), durch die Druckmittel vom Akkumulator (28) zum größeren Ende des Zylinders (13) fließt und die zum Begrenzen der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens (12) zum öffnen des Motorventils (10) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das größere Ende des Kolbens (12) mit einem Vorsprung versehen ist, der bei der Bewegung des Kolbens (12) in Richtung auf das größere Ende des Zylinders (13) in den Einlauf zum Zylinder (13) eintritt und der Nuten (34) aufweist, die derart geformt sind, daß das Ausströmen von Druckmittel aus dem größeren Ende des Zylinders (13) gedrosselt wird und damit die Schließgeschwindigkeit des Motorventils (10) gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur' Beschickung des Akkumulators (28) eine von dem Motor angetriebene Pumpe (40) sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Pumpe (40) um eine Verdrängerpumpe mit veränderlicher Verdrängung handelt und daß ein Steuerventil (43) zwischen dem Akkumulator (28) und die Steuereinrichtung (20) iot, das zu__m Absparen der Druckmittelzuleitung zur dri'ckmittelbetatigbaren Einrichtung (11) bei

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Absinken des Drucks im Akkumulator (28) auf einen Sollwert während der Zuleitung des Druckmittels zur druckmittelbetatigbaren Einrichtung (11) vorgesehen ist, wobei die Verdrängung der Pumpe (40) zur Bestimmung des Öffnungsmaßes des Motorventils (10) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (43) einen in einer entsprechenden Bohrung (45) verschiebbaren abgestuften Kolben (44) aufweist, dessen schmaleres Ende als Ventil zur Steuerung des Druckmittelzuflusses zur druckmittelbetatigbaren Einrichtung (11) vorgesehen ist und vom Druck innerhalb des Akkumulators (28) derart beaufschlagt ist, daß eine in/lichtung auf das größere Ende der Bohrung (45) wirkende Kraft auf den Kolben (44) ausgeübt wird, wobei das größere Ende des Kolbens (44) durch einen Steuerdruck beaufsdiagt ist, der zur Steuerung der Öffnungsgeschwindigkeit des Motorventils (10) einstellbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmgeschwindigkeit von Druckmittel aus dem zwischen der Abstufung in der Bohrung (45) und der Abstufung am Kolben (44) gebildeten Raum (48) steuerbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator zu einer Einheit (51) mit einem Steuerventil zusammengefaßt ist, wobei das Steuerventil zum Absperren der Druckmittelzuleitung zur druckmittelbetätigbarsn Einrichtung (11) bei Abfall des Akkumulatorsdrucks auf einen Sollwert während der Zuleitung von Druckmittel zur druckmittelbetatigbaren Einrichtung (11) vorgesehen ist, wobei die Verdrängung der Pumpe (40) zur Bestimmung des Maßes der Öffnung des Motorventils (10) vorgesehen ist.