DE69405073T2

DE69405073T2 - Hydraulische Antriebseinheit mit Dämpfer für Ein- oder Auslassventil

Info

Publication number: DE69405073T2
Application number: DE69405073T
Authority: DE
Inventors: Tomoji Abe; Katsuzou Iwasawa; Hiroshi Ohhira; Kiyoshi Ohkawauchi; Toshiyuki Okeya
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd; Nittan Valve Co Ltd
Current assignee: Niigata Power Systems Co Ltd; Nittan Corp
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2014-11-03
Also published as: DK0652355T3; JPH07127409A; EP0652355B1; EP0652355A1; DE69405073D1; JP2870682B2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Einlaß/Auslaßventil- Antriebseinheit gemäß dem oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit ist aus der JP-A-60 085 208 bekannt, in welcher eine Dämpferkammer in einem Kolben gebildet ist, der ein Ventil antreibt, und ein Dämpfungselement in diese Kammer vorspringt. In dem Dämpfungselement sind ein Durchlaß- und ein Absperrventil vorgesehen, und wenn das Ventil geöffnet wird, wird das Öl, das in einen Zylinder eingeleitet wird, ebenfalls in die Dämpferkammer durch das. Durchlaß- und Absperrventil eingelassen, was dazu führt, daß eine gleichmäßige Ventilöffnungsbewegung stattfindet. Wenn das Ventil geschlossen wird, verschließt das Absperrventil den Durchlaß, was dazu führt, daß die Dämpferkammer eine Schiebewirkung erzeugt.
Auf dem technischen Gebiet eines Verbrennungsmotors sind verschiedene Typen von Mechanismen zum Öffnen/Schließen eines Einlaß- oder Auslaßventils unter Verwendung von Öldruck vorgeschlagen worden. Beispielsweise zeigt Fig. 3 eine Schnittansicht einer hydraulischen Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit, die zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit einem Dämpfer versehen ist.
Ein (nicht gezeigtes) Einlaß- oder Auslaßventil wird durch einen Arbeitszylinder 100 angetrieben Ein Kolben 101 ist in dem Arbeitszylinder 100 derart vorgesehen, daß er sich frei hin- und herbewegen kann. Das obere Ende einer Ventilstange 102 für das Einlaß- oder Auslaßventil ist mit dem unteren Ende des Kolbens 101 verbunden. Ein Arbeitsöl wird von einem Öldurchlaß 103 zugeführt, der im oberen Abschnitt des Arbeitszylinders 100 vorgesehen ist. Das Arbeitsöl, das unter hohem Druck durch eine Öldruckerzeugungspumpe synchron zum Antrieb des Verbrennungsmotors zugeführt wird, schiebt den Kolben 101 abwärts, um dadurch das Einlaß- oder Auslaßventil zu öffnen. Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils wird der Strom des Arbeitsöls relativ zum Öffnen des Ventils umgekehrt, d.h. das Arbeitsöl wird aus dem Öldurchlaß 103 zum äußeren des Arbeitszylinders 100 ausgetragen, und das Einlaß- oder Auslaßventil wird durch ein Vorspannmittel, wie etwa eine (nicht gezeigte) Luftfeder in eine festgelegte obere Stellung rückgeführt.
Ein Dämpfer 104 zum Steuern der Gesähwindigkeit des Einlaß- oder Auslaßventils ist in dem Arbeitszylinder 100 vorgesehen. Ein erstes Dämpferelement 106 mit einem vorspringenden Abschnitt 105 ist auf der Innenfläche des oberen Abschnitts des Arbeitszylinders 100 vorgesehen. Andererseits ist ein zweites Dämpferelement 108 mit einem ausgenommen Abschnitt 107 entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 105 auf der Oberseite des Kolbens 101 vorgesehen. Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils liegen beide Dämpferelemente 106 und 108 aneinander so an, daß eine Ölkammer 109 zwischen dem vorspringenden Abschnitt 105 und dem ausgenommenen Abschnitt 107 gebildet ist. In diesem Fall wirkt das inder Ölkammer 109 eingeschlossene Arbeitsöl als Dämpfermaterial und steuert das schlagartige Ansteigen des Ventils, Wodurch die Geschwindigkeit des Ventils gesteuert wird. Außerdem ist ein Ventil 110 zum Auslassen von im Arbeitsöl enthaltener Luft am oberen Abschnitt des Arbeitszylinders 100 vorgesehen.
Die mit einem Dämpfer versehene hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik ist in der Lage, die Geschwindigkeit des Ventils beim Schließen des Ventils zu steuern; sie kann jedoch nicht die Geschwindigkeit des Ventils beim Öffnen des Ventils steuern.
Im Schließzustand des Ventils liegen; der vorspringende Abschnitt 105 des Dämpferelements 106 und der ausgenommene Abschnitt 107 des zweiten Dämpferelements 108 aneinander an, und wenn demnach das Arbeitsöl zum Öffnen des Ventils zugeführt wird, wirkt es nicht über die gesamte Querschnittsfläche des Arbeitszylinders, d.h. der Öldruck wird nicht an den Querschnitt der Ölkammer 109 angelegt. Infolge davon ist der Aufbau der Bewegung des Einlaß- oder Auslaßventils schwierig mit dem Sollwert in Einklang zu bringen. Wenn darüber hinaus der Kolben 101 abgesenkt und der vorspringende Abschnitt 105 des ersten Dämpferelements 106 von dem ausgenommenen Abschnitt 107 des zweiten Dämpferelements 108 getrennt wird, wird die Ölkammer 109 schlagartig freigegeben, wodurch ein lautes Geräusch erzeugt wird, das zur Erzeugung eines anormalen pulsierenden Schalls am Kopfabschhitt auf der Ventilseite führt.
Fig. 4 zeigt eine Kurvendarstellung des Arbeitstakts des Einlaßventils oder dergleichen im herkömmlichen Viertakt-Dieselmotor mit dem vorstehend angeführten Aufbau. Wie aus dieser Kurvendarstellung hervorgeht, wird ein anormales pulsierendes Geräusch aufgrund der schlagartigen Veränderung des Öldrucks in der Nähe eines Kurbelwinkels von -45º erzeugt, und der tatsächliche Wert für das Hubausmaß des Ventils ist geringer als der Sollwert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit bereitzustellen, die mit einem Dämpfer versehen ist, der in der Lage ist, das Einlaß- oder Auslaßventil nicht nur beim Schließen des Ventils, sondern auch beim Öffnen des Ventils wirksam zu steuern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils liegen beide Dämpferelemente aneinander an, so daß die Ölkammer zwischen dem vorspringenden Abschnitt und dem ausgenommenen Abschnitt gebildet ist. Das in der Ölkammer eingeschlossene Arbeitsöl wirkt dadurch als Dämpfer und steuert das schlagartige Anheben des Ventils. Beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils wird das Arbeitsöl der Ölkammer mittels der Ventileinheit zugeführt, die im ersten Dämpferelement vorgesehen ist, so daß der Druck in der Ölkammer positiv wird, wodurch die Bewegung des Kolbens gleichmäßig ausgeführt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Antriebstakts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer hydraulischen Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit mit einem Dämpfer gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Antriebstakts der hydraulischen Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit mit Dämpfer gemäß dem Stand der Technik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer hydraulischen Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit 1 mit einem Dämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Arbeitszylinder 2 zum Öffnen/Schließen eines (nicht gezeigten) Einlaß- oder Auslaßventils ist in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors gebildet. Der Innenraum des Arbeitszylinders 2 besteht aus einem zylindrischen Raum, der in der Zylinderkopf gebildet ist. Eine zylindrische Buchse 3 ist um die Innenfläche des Arbeitszylinders 2 herum vorgesehen, und ein Kolben 4 ist innerhalb der Buchse 3 so vorgesehen, däß er vertikal gleitverschiebbar ist. Das obere Ende der Ventilstange für das Einlaß- oder Auslaßventil ist mit dem uniteren Ende des Kolbens 4 verbunden.
Mehrere Öllöcher 5 sind unter festgelegten Zwischenräumen beabstandet entlang dem Umfang des oberen Abschnitts der Buchse 3 gebildet. Eine ringförmige Zufuhrnut 6 ist in dem Zylinderkopf so gebildet, daß sie mehrere der Öllöcher 5 umgibt. Ein Zufuhrlaustragloch 7 steht in Verbindung mit der Zufuhrnut 6 und ein Arbeitsöl wird dem Zufuhr/Austfragloch 7 zugeführt.
Das unter hohem Druck stehende Arbeitsöl wird von einer (nicht gezeigten) Öldruckerzeugungspumpe in den Arbeitszylinder 2 synchron mit dem Antrieb des Verbrennungsmotors zugeführt, um den Kolben 4 abwärts zu schieben, um dadurch das Einlaß- oder Auslaßventil zu öffnen. Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils wird die Strömung des Arbeitsöls relativ zur Öffnung des Ventils umgekehrt, d.h. das Arbeitsöl wird von den Öllöchern 5 zu dem Zufuhrlaustragloch 7 ausgetragen, und das Einlaß- oder Auslaßventil wird in die obere festgelegte Stellung mittels eines Vorspannmittels, wie etwa einer (nicht gezeigten) Luftfeder rückgeführt.
Ein Dämpfer 10 zum Steuern der Geschwindigkeit des Einlaß- oder Auslaßventils ist in dem Arbeitszylinder 2 vorgesehen. Ein erstes Dämpferelement 11 ist im oberen Abschnitt des Arbeitszylinders 2 vorgesehen. Das erste Dämpferelement 11 weist einen scheibenartigen Flanschabschnitt 12 und einen zylindrischen vorspringenden Abschnitt 13 auf, der am zentralen Abschnitt des Flanschabschnitts 12 gebildet ist. Der Flanschabschnitt 12 wird feststehend zwischen der oberen Endfläche der Buchse 3 und der Oberseite des Raums des Arbeitszylinders 2 gehalten. Der vorspringende Abschnitt 13 ist im Arbeitszylinder 2 abwärts gerichtet.
Eine Ventileinheit 14 zum Steuern des Strömungsdurchlasses des Arbeitsöls ist im vorspringenden Abschnitt 13 gebildet. Ein Durchgangsloch 15, das an beiden oberen und unteren Endflächen offen ist, ist im vorspringenden Abschnitt 13 gebildet. Ein Befestigungselement 16 mit einem Loch 16a ist im unteren Ende des Durchgangslochs 15 angebracht. Ein Ventilkörper 17 ist am Befestigungselement 16 im Durchgangsloch 15 des vorspringenden Abschnitts 13 angebracht. Eine Sitzfläche 18 zum Schließen des Durchgangslochs 15, wenn der Ventilkörper 17 daran anliegt, ist im Durchgangsloch 15 gebildet. Eine Schraubenfeder 19 als Vorspannmittel ist zwischen der Oberseite des Ventilkörpers 17 und einem Stufenabschnitt 15a vorgesehen, der am oberen Ende des Durchgangslochs 15 vorgesehen ist. Die Schraubenfeder 19 schiebt den Ventilkörper 17 von der Sitzfläche 18 aus abwärts, so daß der Ventilkörper 17 auf der Oberseite der Befestigungseinrichtung 16 anliegt.
Ölverbindungslöcher 20 sind im Flanschabschnitt 12 gebildet. Beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils, wie durch den Pfeil in der Figur gezeigt, tritt das Arbeitsöl, das von den Ventillöchern 5 in den Arbeitszylinder 2 strömt, durch die Ölverbindungslöcher 20 hindurch und kehrt zur Oberseite des ersten Dämpferelements 11 zurück. Es strömt in die Durchgangslöcher 15 ein und schiebt den Ventilkörper 17 abwärts. Der Ventilkörper 17 wird dadurch von der Sitzfläche 18 getrennt. Das Arbeitsöl wird daraufhin aus einem Spalt 18a, der zwischen dem Ventilkörper 17 und der Sitzfläche 18 gebildet ist, der Ölkammer 23 mittels Öllöchern 17a des Ventilskörpers 17 zugeführt.
Ein zweites Dämpferelement 22, das einen ausgenommenen Abschnitt 21 entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 13 aufweist, ist auf der Oberseite des Kolbens 4 vorgesehen. Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils werden beide Dämpferelemente 11 und 12 derart aneinander angelegt, daß eine Ölkammer 23 zwischen dem vorspringenden Abschnitt 13 und dem ausgenommenen Abschnitt 21 gebildet ist. Das in der Ölkamner 23 eingeschlossene Arbeitsöl wirkt als Dämpfer, der das schlagartige Anheben des Ventils steuert, wodurch die Geschwindigkeit des Ventils gesteuert wird. Außerdem ist ein Ventil 9 zum Auslassen von Luft, die in dem Arbeitsöl enthalten ist, im oberen Abschnitt des Arbeitszylinders 2 vorgesehen.
Die Funktion der vorstehend angeführten Konstruktion wird nachfolgend erläutert. Beim Schließen des Ventils wird das zweite Dämpferelement 22 zusammen mit dem Kolben 4 abgesenkt, und der ausgenommene Abschnitt 21 des zweiten Dämpferelements 22 wird an den vorspringenden Abschnitt 13 des ersten Dämpferelements 11 angelegt. Der Druck in der Ölkammer 23 wird erhöht, und wenn er die Vorspannlast der Schraubenfeder 19 übersteigt, wird der Ventilkörper 13 angehoben und zur Anlage auf der Ventilfläche 18 gebracht. Das Durchgangsloch 15 ist dadurch verschlossen. Das Arbeitsöl ist in der Ölkammer 23 eingeschlossen, die durch den vorspringenden Abschnitt 13 und den ausgenommenen Abschnitt 21 gebildet ist und wirkt als Dämpfer und steuert das schlagartige Anheben des Einlaß- oder Auslaßventils. Beim Schließen des Ventils kann deshalb eine ausreichende Dämpfungswirkung erhalten werden, und das Einlaß- oder Auslaßventil wird sanft zur Anlage auf seinen Sitz gebracht, wodurch ein geringes Stoßgeräusch erzeugt wird.
Beim Öffnen des Ventils durchsetzt däs unter hohem Druck in den Arbeitszylinder 2 zugeführte Arbeitsöl die Ölverbindungslöcher 20 des Flanschabschnitts 12 des ersten Dämpferelements 11 und kehrt auf die Oberseite des ersten Dämpferelements 11 zurück. Es strömt in das Durchgangsloch 15 ein und schiebt den Ventilkörper 17 abwärts. Der Ventilkörper 17 wird dadurch von der Sitzfläche 18 getrennt. Das Arbeitsöl wird aus dem Spalt 18a, der zwischen dem Ventilkörper 17 und der Sitzfläche 18 gebildet ist, der Ölkammer 23 mittels der Öllöcher 17a des Ventilkörpers 17 so zugeführt, daß der Druck in der Ölkammer 23 positiv wird, wodurch der Kolben 4 gleichmäßig bewegt wird. Insbesondere kann der Öldruck an den gesamten Querschnitt des Arbeitszylinders 2 so angelegt werden, daß der Aufbau der Bewegung des Einlaß- oder Auslaßventils mit dem Sollwert übereinstimmt. Wenn infolge davon der Kolben 4 abgesenkt und beide Dämpferelemente 11 und 22 voneinander getrennt werden, wird keinerlei anormales pulsierendes Geräusch erzeugt.
Fig. 2 zeigt eine Kurvendarstellung des Arbeitstakts des Einlaß- oder Auslaßventils gemäß dieser Ausführungsform Wie aus dieser Kurvendarstellung hervorgeht, tritt in der Nähe eines Kurbelwinkels von -45º, unter welchem bislang ein anormales pulsierendes Geräusch erzeugt wurde, keinerlei anormales pulsierendes Geräusch auf. Aus der Wellenform bei einem Kurbelwinkel von 180º oder mehr geht hervor, daß das Stoßgeräusch nicht erzeugt wird, wenn das Ventil zur Anlage auf seinen Sitz gebracht wird. Außerdem ist der tatsächliche Wert des Hubausmaßes des Ventils im wesentlichen gleich dem Sollwert.
Die Abmessungen des vorspringenden Abschnitts und des ausgenommenen Abschnitts der ersten und zweiten Dämpferelemente werden bei dieser Ausführungsform auf Grundlage von Experimenten ermittelt. Die axiale Anlagelänge der beiden Elemente wird auf 5 mm eingestellt, und der Spält an der Umfangsfläche wird so eingestellt, daß er im Bereich von 0,08 bis 0,12 mm liegt. Mit diesen Abmessungen ist das Stoßgeräusch beim Schließen des Ventils klein und das Ventil wird sanft in Anlage auf seinen Sitz gebracht; wenn der Spalt 0,20 mm beträgt, wird jedoch eine geringe Dämpfungswirkung erzielt, was die Erzeugung eines Stoßgeräusches zur Folge hat. Die Abmessung des Spalts zwischen dem vorspring enden Abschnitt und dem ausgenommenen Abschnitt hat eine große Auswirkung auf die Steuerung der Geschwindigkeit des Ventils, wie vorstehend erläutert; deshalb ist es wichtig, den Spalt mit einem geeigneten Wert festzulegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer hydraulischen Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit mit einem Dämpfer, die eine Ölkammer aufweist, die durch einen ausgenommen Abschnitt und einen vorspringenden Abschnitt der Dämpferelemente gebildet ist, eine Ventileinheit bereitgestellt, die beim Schließen eines Einlaß- oder Auslaßventils geschlossen wird, und die Arbeitsöl in die Ölkammer beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils einleitet. Beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils wird deshalb das Ventil sanft durch die Dämpfungswirkung der Ölkammer, die Öl enthält, zur Anlage auf seinen Sitz gebracht; da das Arbeitsöl in die Ölkammer zugeführt wird, und der Druck in der Ölkammer positiv gemacht wird, stimmt die Bewegung des Kolbens 4 beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils mit dem theoretischen Wert überein, wodurch die Erzeugung eines pulsierenden Geräuschs verhindert wird.

Claims

1. Hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit, aufweisend einen Arbeitszylinder (2), dem Arbeitsöl zugeführt wird, einen Kolben (4) zum Antreiben eines Einlaß- oder Auslaßventils eines Verbrennungsmotors, indem dieser im Arbeitszylinder hin- und herbewegt wird, und einen Dämpfer (10), der in dem Arbeitszylinder zum Steuern der Geschwindigkeit des Einlaß- oder Auslaßventus vorgesehen ist, wobei der Dämpfer aufweist:

Ein erstes Dämpferelement (11, 31) mit einem vorspringenden Abschnitt (13, 32), der im oberen Abschnitt des Arbeitszylinders (2) vorgesehen ist, dem Arbeitsöl zugeführt wird,

ein zweites Dämpferelement (22), das einen ausgenommenen Abschnitt (21) aufweist, wobei das zweite Dämpferelement in dem Arbeitszylinder (2) zusammen mit dem Kolben (4) begleitet von der hin- und hergehenden Bewegung des Einlaß- oder Auslaßventils bewegt wird, wobei der ausgenommene Abschnit (21) an dem vorspringenden Abschnitt (13, 32) des ersten Dämpferelements (11, 31) beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils zum Bilden einer Ölkammer (23) mit dem ersten Dämpferelement anliegt, und

eine Ventileinheit (14, 33), die in dem ersten Dämpferelement (11, 31) vorgesehen ist, das beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils zum Einleiten des Arbeitsöls in die Ölkammer (23) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (14, 33) einen Ventilkörper (17, 36) und ein Vorspännmittel (19, 38) zum Vorspannen des Ventilkörpers in der Öffnungsrichtung aufweist.

2. Hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei das Arbeitsöl dem Arbeitszylinder (2) zugeführt und abwärts gerichtet ist, und ein Durchgangsloch (15, 34) vertikal den vorspringenden Abschnitt (13, 32) zum Einleiten des Arbeitsöls durchsetzt, und

die Ventileinheit (14, 33) in dem Durchgangsloch (15, 34) des ersten Dämpferelements (11, 31) vorgesehen ist, das durch das Arbeitsöl betätigt wird, das in den Arbeitszylinder (2) zugeführt wird, um das Durchgangsloch zu öffnen, und das Arbeitsöl in die Kammer (23) beim Öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils einzuleiten, und das Durchgangsloch beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils verschließt.

3. Hydraulische Einlaß/Auslaßventil-Antriebseinheit nach Anspruch 2, wobei das Arbeitsöl in den Arbeitszylinder (2) hinein und aus diesem mittels Öllöchern (5) strömt, die um die Umfangswand in der Nähe des oberen Abschnitts des Arbeitszylinders herum vorgesehen sind, das erste Dämpferelement (11, 31) einen Basisabschnitt (12) aufweist, der in dem Arbeitszylinder am oberen Abschnitt ausgehend von den Öllöchern (5) befestigt ist, und Ölverbindungslöcher (20), die am Basisabschnitt (12) zum Verbinden der Öllöcher (5) und des oberen Endes des Durchgangslochs (15, 34) vorgesehen sind, und der Ventilkörper (17, 36) dazu vorgesehen ist, in dem Durchgangsloch (15, 34) beweglich zu sein, und durch das Arbeitsöl in der Ölkammer (23) betätigt wird, um das Durchgangsloch beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils zu verschließen, und durch das Arbeitsöl betätigt wird, das in das Durchgangsloch mittels der Öllöcher (5) und der Ölverbindungslöcher (20) zum Öffnen des Durchgangslochs (15, 34) eintritt.