DE9100751U1 - Mechanical-hydraulic valve control - Google Patents

Mechanical-hydraulic valve control

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Description

M 2133 G/I/wiM 2133 G/I/wi

MECHANISCH-HYDRAULISCHE VENTILSTEUERUNGMECHANICAL-HYDRAULIC VALVE CONTROL

Die Erfindung betrifft eine mechanisch-hydraulische Ventilsteuerung für Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a mechanical-hydraulic valve control for reciprocating piston internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Ventilsteuerung ist aus der DE-OS 29 26 327 bekannt. Mit dieser Ventilsteuerung soll eine Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten durch Anpassung an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine möglich sein.Such a valve control is known from DE-OS 29 26 327. This valve control should make it possible to change the valve control times by adapting them to different operating states of the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Ventilsteuerung zu schaffen, mit der mit einfachen Mitteln unterschiedlich große Zeitquerschnitte zur Verfügung gestellt werden können. (Unter "Zeitquerschnitt" versteht man das Produkt aus dem Öffnungsquerschnitt eines Ventils und der Zeit, die es geöffnet ist, wobei man für niedrige Drehzahlen große Zeitquerschnitte und für hohe Drehzahlen kleine Zeitquerschnitte erwirken will).The object of the present invention is to create a valve control system with which different sized time cross sections can be made available using simple means. (The term "time cross section" is understood to be the product of the opening cross section of a valve and the time it is open, whereby the aim is to achieve large time cross sections for low speeds and small time cross sections for high speeds).

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further developments of the invention are characterized in the subclaims. The invention is explained in more detail using the drawings. They show:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch die Ventilsteuerung ;Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through the valve control;

Fig. 2 ein Diagramm des Nocken-Ventiltriebs.Fig. 2 is a diagram of the cam valve train.

Die Ventilsteuerung weist als mechanische Steuerelemente einen Nocken 1 und das Ventil 24 auf, wobei zwischen diesen Elementen hydraulische Steuerelemente 25 angeordnet sind.The valve control has a cam 1 and the valve 24 as mechanical control elements, with hydraulic control elements 25 arranged between these elements.

Die hydraulischen Steuerelemente 25 sind zweckmäßigerweise im Zylinderkopf 26 untergebracht. Sie weisen - ausgehend vom Nocken 1 - einen in einer nockenseitig offenen Bohrung sitzenden Primär-Arbeitskolben 2 auf, der mit dem Nocken 1 in Kontakt steht und in der Bohrung ventilseitig einen zylindrischen Primär-Arbeitsraum 3 bildet. Im Boden 3a des Arbeitsraums 3 ist eine Verbindungsbohrung 3b eingebracht mit einem kleineren Durchmesser, im Vergleich zum Durchmesser des Primär-Arbeitsraums 3. Die Verbindungsbohrung 3b mündet in einen zylindrischen Sekundär-Arbeitsraum 7 in einer ventilseitig offenen Bohrung 7a, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Primär-Arbeitsraums 3, jedoch größer als der Durchmesser der Verbindungsbohrung 3b. Im ventilseitigen Endbereich des Sekundär-Arbeitsraums 7 ist oberhalb der Mündung der Bohrung 7a ein Ringkanal 9 mit U-förmigem Querschnitt eingebracht, der eine nockenseitige Abströmkante 23 bildet, wobei im ventilseitigen Bereich des Ringkanals 9 eine Abströmleitung 10 vorgesehen ist. In der Abströmleitung 10 ist ein Magnetventil 21 angeordnet.The hydraulic control elements 25 are expediently housed in the cylinder head 26. Starting from the cam 1, they have a primary working piston 2 which is seated in a bore open on the cam side and which is in contact with the cam 1 and forms a cylindrical primary working chamber 3 in the bore on the valve side. A connecting bore 3b with a smaller diameter is introduced into the base 3a of the working chamber 3, in comparison to the diameter of the primary working chamber 3. The connecting bore 3b opens into a cylindrical secondary working chamber 7 in a bore 7a open on the valve side, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the primary working chamber 3, but larger than the diameter of the connecting bore 3b. In the valve-side end area of the secondary working chamber 7, an annular channel 9 with a U-shaped cross-section is introduced above the mouth of the bore 7a, which forms a cam-side outflow edge 23, with an outflow line 10 being provided in the valve-side area of the annular channel 9. A solenoid valve 21 is arranged in the outflow line 10.

In der ventilseitig offenen Bohrung 7a sitzt ein Sekundär-Arbeitskolben 4, der nockenseitig einen, die Verbindungsbohrung 3b durchgreifenden Kolbenschaft 4a und einen in der Bohrung 7a sitzenden, ventilseitig aus der Bohrung herausragenden, mit einem seitlich überstehenden Ringflansch 4c endenden Anschlußkolbenteil 4b aufweist. Am Ringflansch 4c ist der Ventilschaft 24a befestigt, wobei eine Ventilfeder 19 auf dem Ventilschaft sitzt und sich einendig gegen den Ringflansch und anderendig im Ventilgehäuse bzw. im Zylinderkopf 26 abstützt (nicht dargestellt). Da der Kolbenschaft 4a einen kleineren Durchmesser hat als der Anschlußkolbenteil 4b, wird im Übergangsbereich eine RingflächeA secondary working piston 4 is located in the bore 7a, which is open on the valve side. The piston shaft 4a on the cam side extends through the connecting bore 3b and a connecting piston part 4b located in the bore 7a, protruding from the bore on the valve side and ending with a laterally protruding ring flange 4c. The valve shaft 24a is attached to the ring flange 4c, with a valve spring 19 sitting on the valve shaft and resting at one end against the ring flange and at the other end in the valve housing or cylinder head 26 (not shown). Since the piston shaft 4a has a smaller diameter than the connecting piston part 4b, an annular surface is formed in the transition area.

16 gebildet. In den Kolbenschaft 4a ist zentral eine nockenseitig beginnende Sackbohrung 5 eingebracht, die von einer senkrecht dazu angeordneten, im Arbeitsraum 7 mündenden Überströmbohrung 5a gekreuzt wird. Im Kreuzungsort sitzt vorzugsweise ein Kugelventil 6, dessen Kugel von einer sich am Boden der Sackbohrung 5 abstützenden Feder gegen den nockenseitigen Rand der Bohrung 5 gedrückt wird.16 is formed. A blind bore 5 is made centrally in the piston shaft 4a, beginning on the cam side, which is crossed by an overflow bore 5a arranged perpendicularly thereto and opening into the working chamber 7. A ball valve 6 is preferably located at the crossing point, the ball of which is pressed against the cam-side edge of the bore 5 by a spring supported on the bottom of the blind bore 5.

Zwischen dem Primär-Arbeitsraum 3 und dem Sekundär-Arbeitsraum 7 besteht eine Verbindung in Form eines den Zylinderkopf 26 durchsetzenden Kanals 13a, dessen nockenseitige Abströmleitung 12 etwa in halber Höhe der Primär-Arbeitskolbenbohrung und dessen ventilseitige Abströmleitung 11 unmittelbar unterhalb der Verbindungsbohrung 3b in den Sekundär-Arbeitsraum 7 einmünden und dessen Abführleitung 13b mit einem Magnetventil 13 ausgerüstet ist.Between the primary working chamber 3 and the secondary working chamber 7 there is a connection in the form of a channel 13a passing through the cylinder head 26, whose cam-side outflow line 12 opens into the secondary working chamber 7 approximately halfway up the primary working piston bore and whose valve-side outflow line 11 opens into the secondary working chamber 7 immediately below the connecting bore 3b and whose discharge line 13b is equipped with a solenoid valve 13.

Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung funktioniert wie folgt:The valve control according to the invention works as follows:

Der Nocken 1 bewegt den Primär-Arbeitskolben 2 nach unten. Über die Ölsäule im Primär-Arbeitsraum 3 wird der Sekundär-Arbeitskolben 4 gegen die Kraft der Ventilfeder 19 nach unten bewegt. Der sich im Primär-Arbeitsraum 3 einstellende Öldruck baut sich über die Leitung 5 auch im Sekundär-Arbeitsraum 7 auf und ergibt mit der Ringfläche 16 eine zusätzliche Ventilöffnungskraft. Die sich durch das Stufenkolbenprinzip ergebende höhere Geschwindigkeit in der Abwärtsbewegung des Sekundär-Arbeitskolbens 4 könnte auch - sofern nicht schon durch einen entsprechend scharfen Nocken begrenzt - durch einen schärferen Nocken erzielt werden. Dann werden die Kolben nicht als Stufenkolben ausgebildet.The cam 1 moves the primary working piston 2 downwards. The secondary working piston 4 is moved downwards against the force of the valve spring 19 via the oil column in the primary working chamber 3. The oil pressure that builds up in the primary working chamber 3 also builds up in the secondary working chamber 7 via the line 5 and, together with the annular surface 16, creates an additional valve opening force. The higher speed in the downward movement of the secondary working piston 4 resulting from the stepped piston principle could also be achieved by a sharper cam - if not already limited by a correspondingly sharp cam. In this case, the pistons are not designed as stepped pistons.

Bei der Abwärtsbewegung strömt vom Primär-Arbeitsraum 3 Öl durch den Kanal 5 und das Rückschlagventil 6 in den Sekundär-Arbeitsraum 7. Sobald die Kante 8 den Ringkanal 9 freigibt, strömt das Öl ungehindert aus dem Primär-Arbeitsraum 3 über den Kanal 5 und das Rückschlagventil 6 bei 10 ab. Der Sekundär-Arbeitskolben 4During the downward movement, oil flows from the primary working chamber 3 through the channel 5 and the check valve 6 into the secondary working chamber 7. As soon as the edge 8 releases the ring channel 9, the oil flows unhindered from the primary working chamber 3 via the channel 5 and the check valve 6 at 10. The secondary working piston 4

bewegt sich ab dieser Position nicht weiter nach unten. Beim Weiterdrehen des Nockens 1 bewegt sich der Primär-Arbeitskolben 2 nach oben. Der Sekundär-Arbeitskolben 4 kann sich nicht nach oben bewegen, da die Abströmleitungen 11 und 12 durch den Primär-Arbeitskolben 2 und das Magnetventil 13 abgesperrt sind. Das sich im Primär-Arbeitsraum 3 vergrößernde Volumen wird durch Öl über das Rückschlagventil 14 und die Leitung 15 aufgefüllt. Der weiter nach oben gehende Primär-Arbeitskolben 2 gibt die Leitung 12 frei. Öl strömt aus dem Sekundär-Arbeitsraum 7 über die Abströmleitungen 11 und 12 in den Primär-Arbeitsraum 3 und der Sekundär-Arbeitskolben 4 kann sich nach oben bewegen.does not move any further downwards from this position. When the cam 1 continues to rotate, the primary working piston 2 moves upwards. The secondary working piston 4 cannot move upwards because the outflow lines 11 and 12 are blocked by the primary working piston 2 and the solenoid valve 13. The increasing volume in the primary working chamber 3 is filled with oil via the check valve 14 and the line 15. The primary working piston 2, which continues to move upwards, releases the line 12. Oil flows from the secondary working chamber 7 via the outflow lines 11 and 12 into the primary working chamber 3 and the secondary working piston 4 can move upwards.

Sofern der Vorgang abgebrochen werden soll, bevor die Rückströmleitung 12 vom Primär-Arbeitskolben 2 freigegeben wird, wird das Magnetventil früher geöffnet.If the process is to be aborted before the return flow line 12 is released by the primary working piston 2, the solenoid valve is opened earlier.

Sofern sich der Sekundär-Arbeitskolben 4 - insbesondere bei höheren Drehzahlen - ohne Verzögerung simultan mit dem Primär-Arbeitskolben 2 wieder nach oben bewegen soll, bleibt das Magnetventil 13 geöffnet und die beiden Kolben 4 und 2 haben während des kompletten Zyklus' Kontakt mit ihren sich gegenüberliegenden Flächen 17 und 18. Sofern bei geöffnetem Magnetventil 21 die Abströmung des Öls aus dem Sekundär-Arbeitsraum 7 beginnt, also sobald die Kante 8 die obere Abströmkante 23 des Ringkanals 9 erreicht hat, ist der konventionelle Ventilhub erreicht. Bei geöffnetem Magnetventil 21 bewegt sich dann der Ventilschaft 24a nicht weiter nach unten. Sofern ein größerer Ventilhub eingestellt werden soll, wird das Magnetventil 21 erst dann geöffnet, wenn die Kante 8 z.B. die Position 22 erreicht hat.If the secondary working piston 4 - especially at higher speeds - is to move upwards again without delay simultaneously with the primary working piston 2, the solenoid valve 13 remains open and the two pistons 4 and 2 have contact with their opposing surfaces 17 and 18 during the entire cycle. If the oil begins to flow out of the secondary working chamber 7 when the solenoid valve 21 is open, i.e. as soon as the edge 8 has reached the upper outflow edge 23 of the ring channel 9, the conventional valve stroke is reached. When the solenoid valve 21 is open, the valve stem 24a then does not move any further downwards. If a larger valve stroke is to be set, the solenoid valve 21 is only opened when the edge 8 has reached position 22, for example.

In der Fig. 2 stellt die Kurve a die konventionelle Ventilerhebungskurve dar. Die Kurve b zeigt die Ventilerhebungskurve bei Abströmung des Öls ab der Kante 23. Schließlich verdeutlicht die Kurve c die Ventilerhebungskurve bei Abströmung ab der Kante 22. Der Ventilhub ist hierbei größer.In Fig. 2, curve a represents the conventional valve lift curve. Curve b shows the valve lift curve when the oil flows out from edge 23. Finally, curve c shows the valve lift curve when the oil flows out from edge 22. The valve lift is greater here.

Die schraffierte Fläche in Fig. 2 stellt demgemäß den Gewinn an Zeitquerschnitt dar.The hatched area in Fig. 2 therefore represents the gain in time cross-section.

Claims (5)

M 2133 G/I/wi ANSPRUCHEM 2133 G/I/wi CLAIMS 1. Mechanisch-hydraulische Ventilsteuerung für Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einem Nocken und einem federbelasteten Ventil als mechanische Steuerelemente, wobei zwischen diesen Elementen hydraulische Steuerelemente angeordnet sind, die einen vom Nocken beaufschlagten, in einer nockenseitig offenen Bohrung sitzenden Primär-Arbeitskolben sowie einen in einer ventilseitig offenen Bohrung sitzenden Sekundär-Arbeitskolben aufweist, wobei zwischen den Kolben ein mit Öl füllbarer Arbeitsraum vorgesehen und das Ventil fest am Sekundär-Arbeitskolben angeordnet ist und wobei eine mit einem Absperrventil ausgerüstete Ölzuführleitung in den Arbeitsraum mündet,
gekennzeichnet durch1. Mechanical-hydraulic valve control for reciprocating piston internal combustion engines with a cam and a spring-loaded valve as mechanical control elements, with hydraulic control elements arranged between these elements, which have a primary working piston acted upon by the cam and seated in a bore open on the cam side, and a secondary working piston seated in a bore open on the valve side, with a working chamber that can be filled with oil being provided between the pistons and the valve being fixedly arranged on the secondary working piston and with an oil supply line equipped with a shut-off valve opening into the working chamber,
marked by einen ventilseitig dem Arbeitsraum (3) nachgeordneten Sekundär-Arbeitsraum ( 7 ) für den Sekundär-Arbeitskolben ( 4 ), wobei zwischen dem Arbeitsraum (3) und dem Sekundär-Arbeitsraum (7) eine Verbindungsbohrung (3b) vorgesehen ist, die von einem Kolbenschaft (4a) des Sekundär-Arbeitskolbens (4) durchgriffen wird und wobei zwischen dem Arbeitsraum (3) und dem Sekundär-Arbeitsraum (7) Überströmleitungen (11,12) als Verbindungsleitung bestehen und diese Verbindungsleitung mit einer, mit einem Absperrventil (13) ausgerüstete Abströmleitung (13b) ausgerüstet ist.a secondary working chamber (7) for the secondary working piston (4) arranged downstream of the working chamber (3) on the valve side, whereby a connecting bore (3b) is provided between the working chamber (3) and the secondary working chamber (7), through which a piston shaft (4a) of the secondary working piston (4) passes, and whereby overflow lines (11, 12) exist as connecting lines between the working chamber (3) and the secondary working chamber (7), and this connecting line is equipped with an outflow line (13b) equipped with a shut-off valve (13). 2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,2. Valve control according to claim 1,
characterized, daß die Überströmleitung (12) im Verschiebebereich des Primär-Arbeitskolbens (2) in den Arbeitsraum (3) mündet und die Überströmleitung (11) unmittelbar unterhalb der Verbindungsbohrung (3b) in den Sekundär-Arbeitsraum (7) einmündet.that the overflow line (12) opens into the working chamber (3) in the displacement area of the primary working piston (2) and the overflow line (11) opens into the secondary working chamber (7) immediately below the connecting bore (3b). 3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet,3. Valve control according to claim 1 and/or 2,
characterized, daß die Verbindungsbohrung (3b) einen kleineren Durchmesser aufweist als der Arbeitsraum (3) und daß der Durchmesser des Arbeitsraums (3) etwas größer ist als der Durchmesser des Sekundär-Arbeitsraums (7), wobei die in diesen Räumen bzw. in der Verbindungsbohrung sitzenden Kolben bzw. Kolbenteile den Abmessungen dieser Räume angepaßt sind.that the connecting bore (3b) has a smaller diameter than the working chamber (3) and that the diameter of the working chamber (3) is slightly larger than the diameter of the secondary working chamber (7), whereby the pistons or piston parts located in these chambers or in the connecting bore are adapted to the dimensions of these chambers. 4. Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,4. Valve control according to one or more of claims 1 to 3, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß im ventilseitigen Endbereich des Sekundär-Arbeitsraums (7 ) oberhalb der Mündung der den Sekundär-Arbeitskolben ( 4) aufnehmenden Bohrung (7a) ein Ringkanal (9) eingebracht ist, der eine nockenseitige Abströmkante (23) für die zwischen dem Kolbenschaft (4a) und dem Anschlußkolbenteil (4b) des Sekundär-Arbeitskolbens (4) vorgesehene Ringfläche (16) bildet, wobei im ventilseitigen Bereich des Ringkanals (9) eine mit einem Absperrventil (21) ausgerüstete Abströmleitung (10) angeordnet ist.that in the valve-side end region of the secondary working chamber (7) above the mouth of the bore (7a) receiving the secondary working piston (4) an annular channel (9) is introduced, which forms a cam-side outflow edge (23) for the annular surface (16) provided between the piston shaft (4a) and the connecting piston part (4b) of the secondary working piston (4), wherein in the valve-side region of the annular channel (9) an outflow line (10) equipped with a shut-off valve (21) is arranged. 5. Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,5. Valve control according to one or more of claims 1 to 4, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß in den Kolbenschaft (4a) zentral eine nockenseitig beginnende Sackbohrung (5) eingebracht ist, die von einer senkrecht dazu angeordneten, in den Arbeitsraum (7)that a blind bore (5) is provided centrally in the piston shaft (4a) beginning on the cam side, which is connected by a perpendicularly arranged bore extending into the working chamber (7) mündenden Überströmbohrung (5a) gekreuzt wird, wobei am Kreuzungsort ein Kugelventil (6) sitzt, dessen Kugel von einer sich am Boden der Sackbohrung (5) abstützenden Feder gegen den nockenseitigen Rand der Bohrung (5) gedrückt wird.opening overflow bore (5a), with a ball valve (6) being located at the crossing point, the ball of which is pressed against the cam-side edge of the bore (5) by a spring supported on the bottom of the blind bore (5).
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