EP0455760A1 - Hydraulische ventilsteuervorrichtung für brennkraftmaschinen. - Google Patents

Hydraulische ventilsteuervorrichtung für brennkraftmaschinen.

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EP0455760A1
EP0455760A1 EP19900915089 EP90915089A EP0455760A1 EP 0455760 A1 EP0455760 A1 EP 0455760A1 EP 19900915089 EP19900915089 EP 19900915089 EP 90915089 A EP90915089 A EP 90915089A EP 0455760 A1 EP0455760 A1 EP 0455760A1
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EP
European Patent Office
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valve
piston
control
storage
pressure
Prior art date
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Application number
EP19900915089
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English (en)
French (fr)
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EP0455760B1 (de
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Helmut Rembold
Ernst Linder
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0455760B1 publication Critical patent/EP0455760B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

Definitions

  • the invention is based on a hydraulic valve control device for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • a hydraulic valve control device for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • electro-hydraulically controlled engine valve must meet various requirements.
  • there is little free space in the area of the cylinder head of an internal combustion engine so that all components present there should have the smallest possible dimensions.
  • a control slide valve is controlled via the solenoid valve which controls the connection between the pressure chamber and the storage chamber.
  • the solenoid valve is arranged close to the control slide, the design of the magnet of the solenoid valve being relatively far away from the engine valve. This leads to relatively long channels and a correspondingly large hydraulic volume between the storage space and the pressure space.
  • the hydraulic valve control device with the characteristic features of the main Compared to this, claims have the advantage that the space provided for the cam piston spring in the pressure chamber and therefore harmful is used as the storage piston space, so that the dimensions of the valve control unit need not be increased by the integration of the storage piston, and that the hydraulic channels between the individual control rooms within the valve control unit are minimized. An extra space in the area of the motor head for the memory is therefore no longer necessary.
  • the pressure channel between the pressure space and the storage space can be controlled in different ways, the decisive factor being that this control is carried out directly or indirectly hydraulically.
  • One embodiment of the invention consists in one Solenoid valve for controlling the pressure line controlled by an electronic control unit processing engine parameters.
  • a solenoid valve for controlling the pressure line controlled by an electronic control unit processing engine parameters.
  • the high frequencies required for the control can be achieved without problems.
  • all conceivable parameters that are interesting for the timing of the engine valves can be processed via an electronic control unit.
  • the pressure line is controlled by mechanical or hydro-mechanical means, the storage piston being arranged in the cam piston designed as a hollow piston as the core of the invention.
  • the storage piston as a movable valve member of the control valve, controls the connection between the pressure channel and the storage space, a control line for hydraulic oil under a certain control pressure being fed radially to the cam piston and opening into the storage space, which optionally solenoid valve ⁇ is controlled and wherein the spring force acting on the storage piston by the storage spring is greater than the control force acting on the storage piston by the control pressure but is less than the actuating force of the storage piston, which is generated when the end face of the storage piston is produced by the working pressure is acted upon from the pressure chamber when the valve tappet is actuated in the opening direction by the drive cam.
  • the hydraulic oil flows out of the storage space back into the pressure space until the storage piston rests on its valve seat again.
  • the actuation of the accumulator piston valve can be achieved either due to clear pressure conditions, but also due to a pressure surge in which the accumulator piston lifts only slightly from its seat due to sudden supply of the control pressure via the control line, in order to then be shifted further by the working pressure. If there is no working pressure at the moment because the drive cam is not in effect, the accumulator piston is immediately pushed back onto its seat due to the accumulator spring.
  • the cam piston for its radial guidance and axial displaceability is arranged in a bore in the motor housing head and is sleeve-shaped with an intermediate floor present in the central region, in which the pressure channel and / or the control line run, wherein in the sleeve portion facing the drive cam and closed by a cap, the storage piston is arranged to be axially displaceable and radially sealed, the end face facing away from the storage spring, together with the intermediate floor, delimits the storage space, on the one hand the cap of the drive cams and other on the one hand it engages the storage spring and, in the sleeve section facing the motor valve, the valve piston is also arranged radially sealingly and with the intermediate floor delimiting the pressure space.
  • a precision part is present which on the one hand seals radially outwards and on the other hand also seals radially in the cavities, namely on the one hand to the accumulator piston and on the other hand to the valve piston.
  • a precision part is present which on the one hand seals radially outwards and on the other hand also seals radially in the cavities, namely on the one hand to the accumulator piston and on the other hand to the valve piston.
  • the control line preferably has a path to the storage space in the course of the intermediate floor non-return valve arranged.
  • a slide control would also be conceivable, backflow of hydraulic fluid into the control line is avoided by the check valve and, above all, it is prevented that hydraulic oil flowing into the storage space under working pressure flows out of there into the control line. Even if a slide control or a throttle were to be provided instead of the check valve, quantities flowing into the control line would have to be replaced again in order to have the same initial filling situation at the start of the cam piston drive.
  • annular groove is present in the bore of the housing head which receives the cam piston and is connected to the control line, whereby according to a special embodiment this annular groove is connected to the storage space via a relief channel, the mouth of this relief channel being closed ⁇ cover a forward stroke of the cam piston is blocked during its pressure stroke, while in the starting position of the cam piston the mouth of the relief channel is opened.
  • this relief channel also serves as a filling channel in order to achieve the same starting situation before the start of a new pressure stroke in the valve control unit.
  • the storage spring space receiving the storage spring and closed by the cap is airtight, so that the enclosed air volume serves as a cushioning cushion.
  • a liquid source for the hydraulic oil which generates a control pressure supplied via the control line via a pressure control valve, and a return line can be opened by the solenoid valve, as a result of which the control pressure is reduced becomes.
  • the control pressure can build up and the accumulator piston can be lifted slightly from the seat, so that if this valve control unit is actuated by the drive cam, the working pressure can be transferred from the pressure chamber to the accumulator chamber, with hydraulic oil flows from the pressure chamber into the storage space.
  • the return line is controlled by the solenoid valve, hydraulic oil can flow back from the storage space back to the oil tank via the relief channel, for example.
  • a solenoid valve is present in the control line, which is opened if necessary and allows hydraulic oil to flow to the engine valve unit under control pressure.
  • This solenoid valve is preferably open when de-energized, while that in the return line is closed when de-energized.
  • a control line leads to each of the valve control units, a plurality of such control lines are each controlled by only one solenoid valve, with no temporal timing when driven by the engine camshaft with drive cams Overlaps of the opening strokes take place.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the valve control device of an engine intake valve with partial section through the associated engine exhaust valve and the hydraulic circuit diagram belonging to the control of the intake valve
  • FIG. 2 shows a control diagram of the hydraulic engine valve control for a 4-cylinder engine .
  • a controllable hydraulic valve tappet 5 is arranged between a valve stem 2 carrying a valve disk 1 and a drive cam 4 rotating with a camshaft 3.
  • the valve stem is guided axially displaceably in a bearing bush 6 of the motor head 7.
  • the valve plate 1 is pressed onto a valve seat 9 by a closing spring 8, the closing spring 8 being supported on the one hand on a flange of the bearing bush 6 and on the other hand on a spring plate 11 which is fastened at the end of the valve stem 2.
  • an exhaust valve 12 is arranged in the engine valve head 7, which is constructed in a similar manner, in principle is also actuated by a drive cam, not shown here, but with the difference that the valve tappet arranged therebetween cannot be controlled.
  • the valve tappet 5 has a sleeve-shaped cam piston 13, which is axially displaceably mounted in a guide bore 14 of the motor head 7 and has an intermediate floor 15 in its central region. Through this intermediate floor 15, the cam piston 13 is divided into two sleeve sections. In the one sleeve section 16, a valve piston 17 works in a radially sealing and axially displaceable manner, which covers the closing spring 8 in sections and slides over the spring plate 11 and, on the other hand, with its end face delimits a pressure chamber 18 which is also delimited by the intermediate floor 15.
  • the storage spring 22 is supported on the one hand on the bottom of the storage piston 21 and on the other hand on a cap 27 through which the sleeve section 19 of the cam piston 13 is closed airtight, for example by rolling in, and engages on the side of the drive cams 4 facing away from the storage spring 22.
  • a control ring groove 28 is provided in the area of the intermediate floor 15, which is crossed by a control line 29, which opens into the storage space 25.
  • a check valve 31 opening towards the storage space 25 is present.
  • a pressure channel 32 connecting the annular groove 26 to the pressure chamber 18 runs in the intermediate floor 15.
  • a relief channel 33 is present in the intermediate floor, which connects the annular groove 28 to the storage chamber 25 and which, after covering a certain stroke of the cam piston 13 from the annular groove 28 is separated, so that in the starting position shown there is this connection between the storage space 25 and the control line 29, on the other hand being interrupted after the start of the pressure stroke of the cam piston 13.
  • the valve control device shown is supplied via the control line 29 by a hydraulic system, which is shown here only as a circuit diagram, with a feed pump 34, which pumps the hydraulic fluid from an oil container 35. Liquor oil sucks in and feeds the Steuer effete ⁇ 29, each of which leads to the individual hydraulically controlled valve lifters 5, the number of which corresponds to the number of engine cylinders.
  • the control pressure in the control line 29 is controlled via a pressure control valve 36.
  • a return line 37 branches off from the control line 29, which leads back to the oil container 35 and in which a 2/2 solenoid valve 38 is arranged, which is closed when de-energized.
  • the control line 29 branches twice in succession, with a 2/2-way solenoid valve 39, 40 being arranged in each of the further lines after the first branching, which is opened when de-energized and of which the valve tappets are connected through the one solenoid valve 39
  • Motor cylinders I and IV are simultaneously controlled by the other solenoid valve 40, the valve tappets of the motor cylinders II and III, as is described in more detail below with reference to FIG. 2.
  • the engine valve control system described in FIG. 1 works as follows: As long as the accumulator piston 21 lies with its end ring edge 23 on the valve seat 24, ie as long as no connection between the pressure chamber 18 and the accumulator chamber 25 via the pressure channel 32 is possible, it acts Hydraulic valve tappet as a rigid element, so that the lifting movement of the cam piston 13 generated by the drive cam 4 is transmitted directly to the valve stem 2 and thus to the valve disk 1. Because the hydraulic oil volume enclosed in the pressure chamber 18 is quasi incompressible, the valve piston 17 is actuated synchronously with the cam piston 13, in both stroke directions. For this uncontrolled operation, the two solenoid valves 39, 40 are energized, that is to say in the blocking position. The entire hydraulic oil quantity delivered by the feed pump 34 flows back to the oil container 35 via the pressure holding valve 36.
  • the hydraulic oil pressure also acts in the storage chamber 25 via the control line 29 and causes the accumulator piston 21 to be lifted slightly from the valve seat 24, so that hydraulic oil from the annular space 26 comes out of the pressure chamber 18 can flow into the storage space 25.
  • this overcomes the force of the storage spring 22 very quickly and moves the storage piston 21. Because of this short circuit between Pressure chamber 18 and storage chamber 25, the valve piston 17 is not moved, but remains in the position shown, in which the inlet valve is blocked with valve plate 1.
  • FIG. 2 shows the stroke of the engine valves or solenoid valves h (ordinate) via the rotation angle in "camshaft (abscissa).
  • the ordinate representation is actually seven diagrams shown one above the other, the The upper four diagrams with I to IV are assigned to the valve lifters of the corresponding engine cylinders and that, viewed from above, the firing sequence is first I, then III, then IV and finally II, before the valve lifter is actuated again by I.
  • the lowest diagram then corresponds to the solenoid valve - til 38, the solenoid valve 40 above and the diagram above the solenoid valve 39.
  • the solenoid valve 38 is always open with interruptions. These interruptions fall precisely in the opening times of the solenoid valves 39 and 40.
  • the control pressure from the control line 29 can only act when the solenoid valve 38 is blocked and one of the solenoid valves 39 or 40 is open.
  • This control situation that is to say control pressure in the control line 29, can only have an effect if the valve tappet 5 which has just been actuated is actuated via the drive cam 4, so that the working pressure required for the control action can be set in the pressure chamber 18 .
  • the valve tappet 5 which has just been actuated is actuated via the drive cam 4

Description

Hydraulische Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Ven- ti lsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Grundsätzlich muß ein derartiges elektrohydraulisch gesteuertes Motorventil verschiedenen Forderungen genügen. Einerseits ist im Bereich des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine wenig freier Raum vorhanden, so daß alle dort vorhan¬ denen Bauteile möglichst geringe Abmessungen aufwei¬ sen sollen. Andererseits handelt es sich hier auch um einen verhältnismäßig heißwerdenden Bereich, was bei der Konstruktion und Gestaltung vor allem der beweg¬ lichen Teile berücksichtigt werden muß. Entscheidend für die Qualität der Steuerung wiederum .ist, daß das bei der Steuerung hin und her geschobene Ölvolumen möglichst klein ist, da sich die hin und her gescho¬ bene Ölmenge aufgrund der Querschnittssteuerung auf die Qualität der Präzision der Steuerung auswirkt oder auch die Kompressibilität des Steueröls, die natürlich besonders nachteilig bei größeren Ölmengen ist. Anders ist es bei Teilen, die eine Fehlerquelle darstellen können, wie beispielsweise die Magnetven¬ tile, deren Anzahl möglichst kleingehalten werden sollte, das heißt, es ist ein Bemühen, möglichst meh¬ rere Motorventileinheiten über nur ein Magnetventil zu steuern.
Bei einer bekannten hydraulischen Ventilsteuervor¬ richtung der gattungsgemäßen Art (DE- OS 35 11 820) wird über das Magnetventil ein Steuerschieber gesteu¬ ert, der die Verbindung zwischen Druckraum und Spei¬ cherraum steuert. Das Magnetventil ist nahe dem Steu¬ erschieber angeordnet, wobei konstruktionsbedingt der Magnet des Magnetventils verhältnismäßig weit vom Motorventil entfernt ist. Dies führt zu verhältnis¬ mäßig langen Kanälen und einem entsprechend großen Hydraulikvolumen zwischen Speicherraum und Druckraum.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße hydraulische Ventilsteuervor¬ richtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt- anspruchs weist demgegenüber den Vorteil auf, daß der für die Nockenkolbenfeder im Druckraum vorgesehene und insofern schädliche Raum als Speicherkolbenraum verwendet wird, daß also die Abmessungen der Ventil¬ steuereinheit durch die Integration des Speicherkol¬ bens nicht vergrößert werden müssen, und daß die Hydraulikkanäle zwischen den einzelnen Steuerräumen innerhalb der Ventilsteuereinheit minimiert sind. Ein Extraplatz im Bereich des Motorkopfes für den Spei¬ cher ist also nicht mehr erforderlich. Die Steuerung des Druckkanals zwischen Druckraum und Speicherraum kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, maßgebend ist, daß diese Steuerung mittelbar oder unmittelbar hydraulisch vorgenommen ist. Die Zuführung dieser Hydraulik muß radial erfolgen, da der Nockenkolben während des Betriebs axial verschoben wird und eine radiale Führung braucht, die hier für die Zuführung der Steuerhydraulik nutzbar ist, indem die Führung über ein entsprechendes Nutensystem in Mantelfläche und Bohrung überbrückbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht in den Einsparungen bei der Teileherstellung. Da es sich bei dem Nockenkolben und dem Speicherkol¬ ben um Drehteile handelt, die in entsprechenden Prä¬ zisionsbohrungen geführt sind, ist es somit ausrei¬ chend, nur noch eine diesbezügliche Präzisionsbohrung im Motorkopf vorzusehen, hingegen die andere Bohrung im Nockenkolben beispielsweise als Automatendrehteil herzustellen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem über ein Motorkenngrößen verarbeitendes elektroni¬ sches Steuergerät angesteuertes Magnetventil zur Steuerung der Druckleitung. Mit einem derartigen Magnetventil können die erforderlich hohen Frequenzen bei der Steuerung ohne Probleme erzielt werden. Vor allem können über ein elektronisches Steuergerät alle denkbaren für die Zeitsteuerung der Motorventile interessanten Kenngrößen verarbeitet werden. Grund¬ sätzlich ist jedoch denkbar, daß die Steuerung der Druckleitung über mechanische oder hydro echanische Mittel erfolgt, wobei als Kern der Erfindung der Speicherkolben im als Hohlkolben ausgebildeten Nockenkolben angeordnet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steuert der Speicherkolben als bewegliches Ventilglied des Steuerventils die Verbindung zwischen dem Druckkanal und dem Speicherraum, wobei eine Steu¬ erleitung für Hydrauliköl unter bestimmtem Steuer¬ druck radial dem Nockenkolben zugeführt in den Spei¬ cherraum mündet, welche gegebenenfalls magnetventil¬ gesteuert ist und wobei die durch die Speicherfeder am Speicherkolben angreifende Federkraft größer ist als die durch den Steuerdruck am Speicherkolben an¬ greifende Steuerkraft jedoch geringer ist als die Betätigungskraft des Speicherkolbens, die dann er¬ zeugt wird, wenn die Stirnfläche des Speicherkolbens durch den Arbeitsdruck vom Druckraum her beaufschlagt wird, wenn der Ventilstößel durch den Antriebsnocken in Öffnungsrichtung betätigt wird. Sobald sich also aufgrund des Steuerdrucks über die Steuerleitung zu¬ geführt im Speicherraum ein Steuerdruck aufgebaut hat, hebt der Speicherkolben von seinem Sitz ab, so daß, sofern gerade die Ventilsteuereinheit durch den Antriebsnocken betätigt wird, Hydrauliköl unter Arbeitsdruck in den Speicherraum strömt und den Spei¬ cherkolben verschiebt, so daß der ebenfalls den Druckraum begrenzende Ventilkolben in seiner Lage verharrt bzw. wieder in seine Ausgangslage verscho¬ ben wird, in der das Motorventil wieder geschlossen ist. Die einerseits durch den Nockenkolben und ande¬ rerseits durch den Ventilkolben dabei verdrängte Hydraulikölmenge wird über den Druckkanal in den Speicherraum verdrängt. Sobald dann entsprechend der Saughubflanke des Antriebsnockens der Saughub des Nockenkolbens beginnt, strömt das Hydrauliköl aus dem Speicherraum zurück in den Druckraum, bis der Spei¬ cherkolben wieder auf seinem Ventilsitz aufliegt. Die Aufsteuerung des Speicherkolbenventils kann entweder aufgrund klarer Druckverhältnisse erzielt werden, aber auch aufgrund eines Druckstoßes, in dem durch plötzliches Zuleiten des Steuerdrucks über die Steuerleitung der Speicherkolben nur geringfügig von seinem Sitz abhebt, um danach durch den Arbeitsdruck weiterverschoben zu werden. Ist gerade kein Arbeits¬ druck vorhanden, weil der Antriebsnocken gerade nicht wirksam ist, so wird der Speicherkolben aufgrund der Speicherfeder sofort wieder auf seinen Sitz gescho¬ ben . Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Nockenkolben für seine radiale Führung und axiale Verschiebbarkeit in einer Bohrung des Motorge¬ häusekopfes angeordnet und hülsenförmig ausgebildet mit einem im mittleren Bereich vorhandenen Zwischen¬ boden, in welchem der Druckkanal und/oder die Steuεr- leitung verlaufen, wobei in dem dem Antriebsnocken zugewandten und durch eine Kappe verschlossenen Hül¬ senabschnitt der Speicherkolben axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet ist, der mit seiner der Speicherfeder abgewandten Stirnseite gemeinsam mit dem Zwischenboden den Speicherraum begrenzt, wo¬ bei einerseits der Kappe der Antriebsnocken und ande¬ rerseits desselben die Speicherfeder angreift und wo¬ bei in dem dem Motorventil zugewandten Hülsenab¬ schnitt ebenfalls radial dichtend und mit dem Zwischenboden den Druckraum begrenzend der Ventilkol¬ ben angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Präzi¬ sionsteil vorhanden, das einerseits nach außen radial dichtet und andererseits in den Hohlräumen ebenfalls radial dichtet, nämlich einerseits zum Speicherkolben und andererseits zum Ventilkolben hin. Abgesehen da¬ von, daß ein solches Bauteil relativ gut als Automa¬ tendrehteil und damit billig herstellbar ist, kann es auch einfach und schnell montiert bzw. ausgetauscht werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Steuerleitung vorzugsweise in deren Verlauf im Zwischenboden ein zum Speicherraum hin öffnendes Rückschlagventil angeordnet. Obwohl auch eine Schiebersteuerung denkbar wäre, wird durch das Rückschlagventil ein Rückströmen von Hydraulik¬ flüssigkeit in die Steuerleitung vermieden und es wird vor allem verhindert, daß unter Arbeitsdruck in den Speicherraum strömendes Hydrauliköl von dort in die Steuerleitung abströmt. Selbst wenn statt dem Rückschlagventil eine Schiebersteuerung oder eine Drossel vorhanden wäre, müßten in die Steuerleitung abströmende Mengen wieder ersetzt werden, um jeweils bei Antriebsbeginn des Nockenkolbens die gleiche Aus¬ gangsfüllsituation zu haben.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der den Nockenkolben aufnehmenden Bohrung des Gehäusekopfes eine Ringnut vorhanden, die mit der Steuerleitung verbunden ist, wobei nach einer speziellen Ausgestaltung diese Ringnut über einen Entlastungskanal mit dem Speicherraum verbunden ist, wobei die Mündung dieses Entlastungskanals nach Zu¬ rücklegen eines Vorhubes des Nockenkolbens bei seinem Druckhub gesperrt wird, während in der Ausgangslage des Nockenkolbens die Mündung des Entlastungskanals aufgesteuert ist. Hierdurch wird vorteilhafter¬ weise erreicht, daß in der Ausgangslage des Nocken¬ kolbens im Speicherraum vorhandene Restmengen, die ein Aufsetzen des Speicherkolbens auf seinen Sitz verhindern, über diesen Entlastungskanal und die Ringnut zurück in die Steuerleitung abfließen können. Dies setzt allerdings voraus, daß die Steuerleitung zu diesem Zeitpunkt druckentlastet ist oder einen Druck aufweist, der niedriger ist als der Steuer¬ druck. Außerdem dient dieser Entlastungskanal auch als Auffüllkanal , um die gleiche Ausgangssituation vor Beginn eines neuen Druckhubes bei der Ventil¬ steuereinheit zu erzielen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der die Speicherfeder aufnehmende und durch die Kappe verschlossene Speicherfederraum luft¬ dicht verschlossen, so daß das eingeschlossene Luft¬ volumen als Dämpfungspolster dient.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich um den Ventilsitz des Spei¬ cherkolbens eine Ringnut in der Innenbohrung des Nockenkolbens vorhanden, die durch den Speicherkolben begrenzt ist und die durch den Druckkanal mit dem Druckraum verbunden ist. Aufgrund der dadurch gegebe¬ nen Kürze des Druckkanals sind auch Druckverluste bzw. Steuerbeeinträchtigungen bei hoher Drehzahl bei¬ spielsweise durch die Drosselwirkung gering.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Flüssigkeitsquelle für das Hydrau¬ liköl (Motoröl) vorhanden, die über ein Drucksteuer¬ ventil einen über die Steuerleitung zugeführten Steu¬ erdruck erzeugt, und wobei durch das Magnetventil eine Rücklaufleitung aufsteuerbar ist, wodurch der Steuerdruck abgebaut wird. Sobald also das Magnetven- til geschlossen wird, kann sich der Steuerdruck auf¬ bauen und den Speicherkolben leicht vom Sitz abheben, so daß, sofern diese Ventilsteuereinheit gerade durch den Antriebsnocken betätigt wird, sich der Arbeits¬ druck aus dem Druckraum in den Speicherraum übertra¬ gen kann, wobei Hydrauliköl aus dem Druckraum in den Speicherraum strömt. In den Zwischenzeiten, in denen die Rücklauflei ung durch das Magnetventil aufgesteu¬ ert ist, kann beispielsweise über den Entlastungs¬ kanal Hydrauliköl aus dem Speicherraum zurück zum Öl¬ behälter strömen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Steuerleitung ein Magnetventil vorhanden, das bei Bedarf aufgesteuert wird und Hydrauliköl unter Steuerdruck zur Motorventileinheit strömen läßt. Dieses Magnetventil ist vorzugsweise stromlos geöffnet, während jenes in der Rücklauflei¬ tung stromlos geschlossen ist.
Nach einer weiteren für ehrzylindrige Brennkraft¬ maschinen vorgesehene Ausgestaltung der Erfindung, bei der zu jedem der Ventilsteuereinheiten eine Steuerleitung führt, sind mehrere solche Steuerlei¬ tungen jeweils von nur einem Magnetventil gesteuert, wobei bei deren durch die Motornockenwelle mit An¬ triebsnocken bewirkten Antrieb keine zeitliche Über¬ schneidungen der Öffnungshübe stattfinden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfin¬ dung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgen¬ den näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längs¬ schnitt durch die Ventilsteuervorrichtung eines Motoreinlaßventils mit Teilschnitt durch das zugehö¬ rige Motorauslaßventil und den zur Steuerung des Ein¬ laßventils gehörenden Hydraulikschaltplan und Fig. 2 ein Steuerdiagramm der hydraulischen Motorventil¬ steuerung für einen 4-Zylinder-Motor .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellten hydraulischen Ventilsteuervorrichtung ist zwischen einem einen Ventilteller 1 tragenden Ventilschaft 2 und einem mit einer Nockenwelle 3 umlaufenden An¬ triebsnocken 4 ein steuerbarer hydraulischer Ventil¬ stößel 5 angeordnet. Der Ventilschaft ist in einer Lagerbuchse 6 des Motorkopfes 7 axial verschiebbar geführt. Durch eine Schließfeder 8 wird der Ventil¬ teller 1 auf einen Ventilsitz 9 gepreßt, wobei sich die Schließfeder 8 einerseits an einem Flansch der Lagerbuchse 6 und andererseits an einem Federteller 11 abstützt, der am Ende des Ventilschaftes 2 be¬ festigt ist. Im Motorventilkopf 7 ist außer diesem beschriebenen Einlaßventil ein Auslaßventil 12 ange¬ ordnet, das im Prinzip ähnlich aufgebaut ist, also auch durch einen hier nicht dargestellten Antriebs¬ nocken betätigt wird, allerdings mit dem Unterschied, daß der dazwischen angeordnete Ventilstößel nicht steuerbar ist.
Der Ventilstößel 5 weist einen hülsenförmigen Nocken¬ kolben 13 auf, der in einer Führungsbohrung 14 des Motorkopfes 7 axial verschiebbar gelagert ist, und in seinem mittleren Bereich einen Zwischenboden 15 auf¬ weist. Durch diesen Zwischenboden 15 wird der Nocken¬ kolben 13 in zwei Hülsenabschnitte aufgeteilt. In dem einen Hülsenabschnitt 16 arbeitet radial dichtend und axial verschiebbar ein Ventilkolben 17, der über den Federteller 11 gestülpt abschnittsweise die Schlie߬ feder 8 überdeckt und der andererseits mit seiner Stirnseite einen auch von dem Zwischenboden 15 be¬ grenzten Druckraum 18 begrenzt.
In dem anderen Hülsenabschnitt 19, dessen innerer Durchmesser geringer ist als der des Hülsenabschnitts 16, ist radial dichtend und axial verschiebbar ein Speicherkolben 21 vorhanden, der durch eine Speicher¬ feder 22 belastet mit seiner kreisförmigen Stirnring¬ kante 23 mit einem am Zwischenboden 15 angeordneten konischen Ventilsitz 24 zusammenwirkt. Zwischen der Stirnfläche des Speicherkolbens 21 und der dieser zu¬ gewandten Seite des Zwischenbodens 15 ist ein Spei¬ cherraum 25 vorhanden, der durch die Stirnring¬ kante 23 bzw. den Ventilsitz 24 von einer Ringnut 26 getrennt ist, die in der Innenwand des Hülsenab- Schnitts 19 vorgesehen ist. Die Speicherfeder 22 stützt sich einerseits am Boden des Speicherkolbens 21 ab und andererseits an einer Kappe 27 durch die der Hülsenabschnitt 19 des Nockenkolbens 13 luftdicht beispielsweise durch Einrollen verschlossen ist und an dem auf der der Speicherfeder 22 abgewandten Seite der Antriebsnocken 4 angreift.
In der Führungsbohrung 14 ist im Bereich des Zwischenbodens 15 eine Steuerringnut 28 vorgesehen, die von einer Steuerleitung 29 gekreuzt ist, welche in den Speicherraum 25 mündet. In dem Abschnitt der S euerleitung 29, der zwischen der Steuerringnut 28 und dem Speicherraum 25 liegt, ist ein zum Speicher¬ raum 25 hin öffnendes Rückschlagventil 31 vorhanden. Außerdem verläuft im Zwischenboden 15 eine die Ring¬ nut 26 mit dem Druckraum 18 verbindender Druckkanal 32. Ferner ist im Zwischenboden ein Entlastungskanal 33 vorhanden, der die Ringnut 28 mit dem Speicherraum 25 verbindet und der nach Zurücklegung eines bestimm¬ ten Hubes des Nockenkolbens 13 von der Ringnut 28 ge¬ trennt wird, so daß in der dargestellten Ausgangs¬ stellung diese Verbindung zwischen Speicherraum 25 und Steuerleitung 29 besteht, hingegen nach Beginn des Druckhubes des Nockenkolbens 13 unterbrochen ist.
Die dargestellte Ventilsteuervorrichtung wird über die Steuerleitung 29 von einem hier nur als Schalt¬ plan dargestellten Hydrauliksystem versorgt mit einer Förderpumpe 34, die aus einem Ölbehälter 35 das Hydrau- liköl ansaugt und den Steuerleitungeπ 29 zuführt, die jeweils zu den einzelnen hydraulisch gesteuerten Ven- tilstößelπ 5 führt, deren Zahl der Motorzylinderzahl entspricht. Der Steuerdruck in der Steuerleitung 29 wird über ein Drucksteuerventil 36 gesteuert. Von der Steuerleitung 29 zweigt eine Rücklaufleitung 37 ab, die zurück zum Ölbehälter 35 führt und in der ein 2/2-Magnetventil 38 angeordnet ist, welches stromlos geschlossen ist. Die S euerleitung 29 zweigt sich zweimal nacheinander auf, wobei nach der ersten Auf- zweigung in den weiterführenden Leitungen jeweils ein 2/2-Magnetventil 39,40 angeordnet ist, das jeweils stromlos geöffnet ist und von denen durch das eine Magnetventil 39 die Ventilstößel der Motorzylinder I und IV hingegen durch das andere Magnetventil 40 die Ventilstößel der Motorzylinder II und III gleichzei¬ tig gesteuert werden, wie es anhand Fig. 2 weiter unten näher beschrieben ist.
Die in Fig. 1 beschriebene Motorventilsteuerung arbeitet wie folgt: Solange der Speicherkolben 21 mit seiner Stirnringkante 23 auf dem Ventilsitz 24 auf¬ liegt, d. h. solange keine Verbindung zwischen dem Druckraum 18 und dem Speicherraum 25 über den Druck¬ kanal 32 möglich ist, wirkt der hydraulische Ventil¬ stößel als starres Element, so daß die durch den An¬ triebsnocken 4 erzeugte Hubbewegung des Nockenkolbens 13 unmittelbar, auf den Ventilschaft 2 und damit auf den Ventilteller 1 übertragen wird. Dadurch, daß das im Druckraum 18 eingeschlossene Hydraulikölvolumen quasi imkompressibel ist, wird der Ventilkolben 17 synchron mit dem Nockenkolben 13 betätigt, und zwar in beiden Hubrichtungen. Für diesen ungesteuerten Betrieb sind die beiden Magnetventile 39,40 erregt, also in Sperrstellung. Die gesamte von der Förderpumpe 34 geförderte Hydraulikölmenge strömt über das Druck¬ halteventil 36 zurück zum Ölbehälter 35.
Sobald mindestens eines der Magnetventile 39,40 die dar¬ gestellte AufSteuerstellung einnimmt, wirkt über die Steuerleitung 29 der Hydrauliköldruck auch im Spei¬ cherraum 25 und bewirkt ein leichtes Abheben des Speicherkolbens 21 vom Ventilsitz 24, so daß aus der Ringnut 26 Hydrauliköl aus dem Druckraum 18 in den Speicherraum 25 strömen kann. Immer dann, wenn im Druckraum 18 aufgrund eines durch den Arbeitsnocken 4 bewirkten Druckhubes des Nockenkolbens 13, der vor allem durch die Kraft der Schließfeder bewirkte Arbeitsdruck herrscht, überwindet dieser sehr schnell die Kraft der Speicherfeder 22 und verschiebt den Speicherkolben 21. Aufgrund dieses Kurzschlusses zwischen Druckraum 18 und Speicherraum 25 wird der Ventilkolben 17 nicht verschoben, sondern bleibt in der dargestellten Lage, in der das Einlaßventil mit Ventilteller 1 gesperrt ist. Wenn diese Aufsteuerung der Steuerleitung 29 zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der Nockenkolben 13 bereits einen gewissen Hub zurückgelegt hat und entsprechend den Ventilkolben mit Einlaßventil verschoben hat, dann bewirkt dieses plötzliche Einstellen des S euerdruckes in der Steu- erleitung 29 ein entsprechendes Abheben des Speicher¬ kolbens 21 von seinem Ventilsitz 24, wonach der Öff¬ nungshub des Einlaßventils unterbrochen wird bzw. das Einlaßventil trotz Fortsetzung des Druckhubs des Nockeπkolbens 13 wieder geschlossen wird. Das hierbei aus dem Druckraum 18 verdrängte Hydrauliköl strömt in den Speicherraum 25. Während des darauffolgenden Saughubes des Nockenkolbens 13 strömt dann das Hydrauliköl aus dem Speicherraum 25 nach und nach in den Druckraum 18, bis das Speicherventil aus Spei¬ cherkolben 21 und Ventilsitz 24 wieder geschlossen ist. Über den Entlastungskanal 33 können Übermengen zurück abgeführt werden, so daß in jedem Fall gewähr¬ leistet ist, daß der Speicherkolben 21 auf seinem Sitz aufliegt, bevor ein neuer Arbeitszyklus beginnt. Durch das Rückschlagventil 31 wird ein Rückströmen von Flüssigkeit unter Speicherdruck - gegebenenfalls Arbeitsdruck - in die Steuerleitung 29 unterbunden.
In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist über den Drehwinkel in "Nockenwelle (Abzisse) der Hub der Motorventile bzw. Magnetventile h (Ordinate) darge¬ stellt. Bei der Ordinatendarstellung handelt es sich eigentlich um sieben übereinander dargestellte Dia¬ gramme, wobei die oberen vier Diagramme mit I bis IV den Ventilstößeln der entsprechenden Motorzylinder zugeordnet sind und zwar von oben gesehen in der Zündfolge zuerst I, dann III, dann IV und zuletzt II, bevor wieder der Ventilstößel von I betätigt wird. Das unterste Diagramm entspricht dann dem Magnetven- til 38, das darüber dem Magnetventil 40 und das Diagramm darüber dem Magnetventil 39.
Wie dem Diagramm zu Magnetventil 38 entnehmbar ist, ist das Magnetventil 38 mit Unterbrechungen stets geöffnet. Diese Unterbrechungen fallen gerade in Öffnungszeitabschnitte der Magnetventile 39 und 40. Wirken kann der Steuerdruck aus der Steuerleitung 29 jedoch immer nur dann, wenn das Magnetventil 38 ge¬ sperrt ist und eines der Magnetventile 39 oder 40 ge¬ öffnet ist. Auswirken kann sich diese Steuersitua¬ tion, also Steuerdruck in der Steuerleitung 29, ohne¬ hin nur dann, wenn der gerade angesteuerte Veπtil- stößel 5 über den Antriebsnocken 4 betätigt wird, so daß sich im Druckraum 18 der für die Steuerwirkuπg erforderliche Arbeitsdruck einstellen kann. Abgesehen davon, daß ohnehin nur das Ventil gesteuert werden kann, das gerade über den Antriebsnocken 4 betätigt wird. Dadurch, daß beispielsweise durch das Magnet¬ ventil 39 die zum Motorventil I und IV führende Steuerleitung 29 gleichzeitig betätigt wird, gibt es keine Überschneidung mit den Ventilstößeln III und II, für die zu jenem Zeitpunkt das Magnetventil 40 gesperrt ist. Der jeweilige Zeitpunkt, ab dem die Steuerung einsetzen soll, also ab dem der Druckhub unterbrochen werden soll, hängt von der Überdeckung des Diagramms 38 mit einem der Diagramme 39 und 40 zusammen, wobei die Zeitpunkte über das elektronische Steuergerät in Abhängigkeit von Motorkenngrößen ein¬ stellbar sind. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprü¬ chen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
Hydraulische Ventilsteuervorrichtung für Brenn¬ kraftmaschinen
- mit einem durch den Antriebsnocken einer Motornockenwelle über einen Ventilstößel axial angetriebenen Motorventil
- mit einem die wirksame Länge des Ventilstößels bestimmenden mit Hydrauliköl gefüllten Druck¬ raum änderbaren Volumens, der einerseits durch einen vom Antriebsnocken betätigten Nockenkol¬ ben und andererseits durch einen auf den Ven¬ tilschaft wirkenden Ventilkolben begrenzt ist, - mit einem über einen Druckkanal mit dem Druck¬ raum verbindbaren und einen federbelasteten stirnseitig einen Speicherraum begrenzenden Speicherkolben aufweisenden Flüssigkeitsspei¬ cher und
- mit Steuerung des Druckkanals in Abhängigkeit von Motorkenngrößen durch ein Steuerventil, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Flüssigkeitsspeicher mit Speicherkol¬ ben (21), Speicherfeder (22) und Speicherraum (25), in dem als Hohlkolben ausgebildeten Nockenkolben (13) angeordnet ist
- daß die Steuerung des Steuerventils (21 - 24) über hydraulische Mittel erfolgt, die radial zum Nockenkolben (13) zugeführt werden, und
- daß der Speicherraum (25) zwischen dem Kolben¬ boden (15) des Nockenkolbens (13) und dem des Speicherkolbens (21) vorhanden ist.
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch ^ g e¬ k e n n z e i c h n e t d u r c h ein über ein Motorkenngrößen verarbeitendes elektroni¬ sches Steuergerät angesteuertes Magnetventil (39, 40) zur Steuerung des Druckkanals (32).
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - daß der Speicherkolben (21) als bewegliches Ventilglied des Steuerventils die Verbindung zwischen dem Druckkanal (32) und dem Speicher¬ raum (25) steuert, - daß eine Steuerleitung (29) für Hydrauliköl unter bestimmtem Steuerdruck radial dem Nockenkolben (13) zugeführt in den Speicher¬ raum (25) mündet, welche gegebenenfalls magnetventilgesteuert ist und
- daß die durch die Speicherfeder (22) am Spei¬ cherkolben (21) angreifende Federkraft kleiner ist als die durch den Steuerdruck am Speicher¬ kolben (21) angreifende Steuerkraft geringer ist als die Betätigungskraft des Speicherkol¬ bens (21), die dann erzeugt wird, wenn die Stirnfläche des Speicherkolbens (21) durch den Arbeitsdruck vom Druckraum (25) her beauf¬ schlagt wird, solange der Ventilstößel (5) durch den Antriebsnocken (4) in Öffnungsrich¬ tung betätigt wird.
Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß der Nockenkolben (13) radial geführt und axial verschiebbar in einer Führungsbohrung (14) des Gehäusekopfes (7) angeordnet und hülsenförmig ausgebildet ist, mit einem im mittleren Bereich vorhandenen Zwischenboden (15), in welchem der Druckkanal (32) und die Steuerleitung (29) verlaufen,
- daß in dem dem Antriebsnocken (4) zugewandten und durch eine Kappe (27) verschlossenen Hülsenabschnitt (19) der Speicherkolben (21) axial verschiebbar und radial dichtend ange¬ ordnet ist, welcher mit seiner der Speicher¬ feder (22) abgewandten Stirnseite gemeinsam mit dem Zwischenboden (15) den Speicherraum (25) begrenzt,
- daß einerseits an der Kappe (27) der Antriebs¬ nocken (4) und andererseits die Speicherfeder (22) angreift, und
- daß in dem dem Motorventil (I, II) zugewandten Hülsenabschnitt (16) ebenfalls radial dichtend und axial verschiebbar mit dem Zwischenboden (15) den Druckraum (18) begrenzend der Ventil¬ kolben (17) angeordnet ist.
5. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t, daß in der Steuerleitung (29) gegebenenfalls im Zwischenboden (15) ein zum Speicherraum (25) hin öffnendes Rückschlagventil (31) angeordnet ist.
6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß in der den Nockenkolben (13) aufneh¬ menden Führungsbohrung (14) des Gehäusekopfes (7) eine Steuerringnut (28) vorhanden ist, die mit der Steuerleitung (29) verbunden ist.
Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 6, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerringnut (28) über einen Entlastungskanal (33) mit dem Speicherraum (25) verbunden ist, und daß die Mündung des Entlastungskanals (33) durch die Begrenzung der Steuerringnut (28) ge¬ steuert nach Zurücklegen eines Vorhubes des Nockenkolbens (13) bei dessen Druckhub gesperrt wird, hingegen in der Ausgangslage des Nocken¬ kolbens aufgesteuert ist.
Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß der Speicherfederraum luftdicht ver¬ schlossen ist.
Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h¬ n e t, daß im Bereich um den Ventilsitz (24) des Speicherkolbens (21) eine Ringnut (26) in der Innenbohrung des Nockεnkolbens (13) vorhanden ist, die durch den Speicherkolben (21) begrenzt ist und die durch den Druckkanal (32) mit dem Druckraum (18) verbunden ist.
10. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n¬ z e i c h n e t, daß eine Flüssigkeitsquelle (34) für Hydrauliköl vorhanden ist, die über ein Drucksteuerventil (36) einen über die Steuerlei¬ tung (29) zuführbaren Steuerdruck erzeugt und daß durch ein Magnetventil (38) eine Rücklauf- leitung (37) aufsteuerbar ist, durch die der Steuerdruck abbaubar ist.
11. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Steuerleitung (29) ein Magnetventil vorhan¬ den ist, das bei Bedarf aufsteuerbar ist.
12. Ventilsteuervorrichtung für eine ehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t, daß zu jedem der Ventilsteuereinheiten (Ventilstößel 5) eine Steuerleitung (29) führt, und daß mehrere solche Steuerleitungen (29) jeweils nur von einem Magnetventil (39, 40) gesteuert werden.
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