EP1087109A2 - Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors Download PDF

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EP1087109A2 EP00120615A EP00120615A EP1087109A2 EP 1087109 A2 EP1087109 A2 EP 1087109A2 EP 00120615 A EP00120615 A EP 00120615A EP 00120615 A EP00120615 A EP 00120615A EP 1087109 A2 EP1087109 A2 EP 1087109A2
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a valve drive for a valve Internal combustion engine, the valve being arranged in a cylinder space Main piston is connected to open the valve with in the cylinder chamber inflowing pressure fluid can be acted upon and wherein a closing spring is provided which acts on the valve in the closing direction.
  • the object of the invention is therefore to provide a valve drive that is simpler can be produced and is essentially independent of the state of wear of the valve.
  • a throttle is provided via which throttled out part of the pressure fluid during the closing movement of the valve flows out of the cylinder space.
  • the throttle reduces the speed of the valve approaching the valve seat in such a way that it gently "
  • a compression spring is arranged to the cylinder space between the main piston and the intermediate piston in each Cycle with a sufficient amount of pressurized fluid for damping preferably provided that between the main piston and the intermediate piston . Because of the spring against the main and the Presses intermediate piston, pressure fluid is released into the spring when the spring is released Vacuumed in between.
  • the intermediate piston faces the pressure oil line Side has a preferably cone-shaped stop.
  • attack forms on the side of the intermediate piston facing the pressure oil line Cavity that ensures that the pressure oil regardless of the location of the Throttle bore can flow in and out freely via the pressure oil line.
  • the size of the throttle bore has a major influence on the damping. Proven if the diameter of the throttle bore is less than 10%, is preferably about 5 to 7% of the diameter of the intermediate piston.
  • FIGS. 1 to 3 the one according to the invention Show valve drive in different positions during a cycle.
  • the valve train consists of a poppet valve V in a known manner Closing spring S and a hydraulic main piston HK. This causes Supply of the cylinder chamber Z with pressure oil through the cross section D an opening of the Valve. When the oil pressure is cut off, valve V closes and the oil is excluded displaced the cylinder space Z.
  • the advantage of the arrangement according to the invention is that the damping path ⁇ s regardless of the distance s between the main piston HK and the intermediate piston ZK is.
  • the distance s changes over time with increasing valve wear.
  • the damping path ⁇ s is only a function of time, the diameter d Throttle bore B, the spring force of the spring F and the oil viscosity.
  • the throttle bore B can be made very precisely.
  • the leakage between the main piston HK and the intermediate piston ZK on the one hand and the Cylinder housing G, on the other hand, can be completely avoided by conventional seals are, so that there are no tolerance-related deviations of the Give damping path between a number of valve drives of an engine can.
  • the system is still self-regulating in that it is cold oil and / or large Oil viscosity of the distance increase ⁇ s turns out to be lower than with warm oil and / or small oil viscosity.
  • the closing speed of the Valve V due to the higher wall friction of the oil in the lines and the Flow resistance through the throttle B larger, so that a smaller overall Damping path ⁇ s is sufficient or is desirable.

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Abstract

Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil mit einem in einem Zylinderraum angeordneten Hauptkolben verbunden ist, der zum Öffnen des Ventils mit in den Zylinderraum einströmendem Druckfluid beaufschlagbar ist, wobei eine Schließfeder vorgesehen ist, die das Ventil in Schließrichtung beaufschlagt, und wobei eine Drossel (B) vorgesehen ist, über die ein Teil des Druckfluids während der Schließbewegung des Ventils (V) gedrosselt aus dem Zylinderraum (Z) abfließt

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil mit einem in einem Zylinderraum angeordneten Hauptkolben verbunden ist, der zum Öffnen des Ventils mit in den Zylinderraum einströmendem Druckfluid beaufschlagbar ist und wobei eine Schließfeder vorgesehen ist, die das Ventil in Schließrichtung beaufschlagt.
Bei hydraulischen Ventilantrieben ist es günstig, die Schließbewegung des Ventils vor dem Aufsetzen des Ventiltellers derart zu bremsen, daß die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz nicht zu hoch wird. In diesem Fall würde übermäßiger Ventilverschleiß auftreten. Bei den bekannten Einrichtungen taucht kurz vor Erreichen der Schließstellung des Ventils ein Kolben in einen Zylinder mit definiertem, kleinem Durchmesserunterschied ein. Durch den engen Spalt zwischen Kolben und Zylinder fließt Öl mit großer Geschwindigkeit und Druckdifferenz aus dem Zylinder durch den engen Spalt, wodurch die Aufsetzbewegung des Ventils gedämpft wird. Dieses Prinzip wird im übrigen auch bei allen Arten von hydraulischen Stoßdämpfern als Endanschlagdämpfung eingesetzt.
Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß aus Gründen der Fertigungstoleranz ein relativ großer Prozentsatz des Ventilhubes für den Dämpfungsvorgang verwendet werden muß, um ausreichende Dämpfung zu bekommen. Weiterhin hängt die Stärke der Dämpfung und damit die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz in hohem Maß von der Durchmessertoleranz des Dämpferkolbens und -zylinders und damit vom Spaltquerschnitt ab. Weiterhin muß der Dämpferweg so groß ausgelegt werden, daß sowohl im Neuzustand als auch bei verschlissenem Ventil und Ventilsitz ausreichende Dämpfung erzielt wird. Der Unterschied im Dämpferweg zwischen neuem und verschlissenem Ventil/Ventilsitz kann jedoch bei Großmotoren durchaus bis zu 5 mm betragen. Durch die Notwendigkeit einer Überdimensionierung des Dämpferweges entstehen mit zunehmendem Ventilverschleiß zunehmende Energieverluste durch zu starke Dämpfung. Weiters wird die Ventilbewegung in Sitznähe zunehmend langsamer, sodaß es zu einer unerwünschten Veränderung des Ventilschließzeitpunktes kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Ventilantrieb zu schaffen, der einfacher herstellbar und vom Verschleißzustand des Ventils im wesentlichen unabhängig ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Drossel vorgesehen ist, über die ein Teil des Druckfluids während der Schließbewegung des Ventils gedrosselt aus dem Zylinderraum abfließt.
Durch die Drossel wird die Geschwindigkeit des sich dem Ventilsitz nähernden Ventils derart reduziert, daß es
Figure 00020001
sanft" aufsetzt.
Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn im Zylinderraum auf der vom Ventil abgewandten Seite des Hauptkolbens ein relativ zum Hauptkolben bewegbarer Zwischenkolben angeordnet ist, der mit einer Drosselbohrung versehen ist. Der Zwischenkolben unterteilt den Zylinderraum, sodaß ein Teil des Druckfluids durch die Drosselbohrung hindurch abfließen muß.
Um den Zylinderraum zwischen dem Hauptkolben und dem Zwischenkolben bei jedem Zyklus mit einer für die Dämpfung ausreichenden Menge an Druckfluid zu füllen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwischen dem Hauptkolben und dem Zwischenkolben eine Druckfeder angeordnet ist. Aufgrund der Feder, die gegen den Haupt- und den Zwischenkolben drückt, wird beim Entspannen der Feder Druckfluid in den Zwischenraum gesaugt.
Günstig ist es, wenn der Zwischenkolben auf der der Druckölleitung zugewandten Seite einen vorzugsweise zapfenförmigen Anschlag aufweist. Durch den Anschlag bildet sich auf der der Druckölleitung zugewandten Seite des Zwischenkolbens ein Hohlraum, der sicherstellt, daß das Drucköl unabhängig von der Lage der Drosselbohrung ungehindert über die Druckölleitung zu- und abfließen kann.
Wesentlichen Einfluß auf die Dämpfung hat die Größe der Drosselbohrung. Bewährt hat es sich, wenn der Durchmesser der Drosselbohrung weniger als 10 %, vorzugsweise etwa 5 bis 7 % des Durchmessers des Zwischenkolbens beträgt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 1 bis 3, die einen erfindungsgemäßen Ventilantrieb in unterschiedlichen Positionen während eines Zyklus zeigen.
Der Ventiltrieb besteht in bekannter Art und Weise aus einem Tellerventil V mit Schließfeder S und einem hydraulischen Hauptkolben HK. Dieser bewirkt bei Versorgung des Zylinderraumes Z mit Drucköl durch den Querschnitt D ein Öffnen des Ventils. Wenn der Öldruck abgesteuert wird, schließt das Ventil V und das Öl wird aus dem Zylinderraum Z verdrängt.
Funktionsbeschreibung der Aufschlagdämpfung:
  • Fig. 1: Beim Öffnen des Ventils wirkt der Öldruck auf den Zwischenkolben ZK. Zwischen dem Zwischenkolben ZK und dem Hauptkolben HK befindet sich ebenfalls Öl, das den Druck auf den Hauptkolben HK überträgt. Durch die Feder F und die Drosselbohrung B im Zwischenkolben ZK vergrößert sich der Abstand zwischen Zwischenkolben ZK und Hauptkolben HK während des Öffnungshubes des Ventils V um den Differenzweg Δs. Die Feder F drückt dabei den Zwischenkolben ZK und den Hauptkolben HK auseinander, wobei Öl durch die Drosselbohrung B in Richtung Federraum der Feder F fließt.
  • Fig. 2: Beim Schließen des Ventils V beträgt zu einem bestimmten Zeitpunkt der restliche Öffnungshub des Ventils Δs. Ab diesem Zeitpunkt liegt der Zwischenkolben ZK mit seinem zapfenförmigen Anschlag A am Zylindergehäuse G an. Damit das Ventil V vollständig schließen kann, muß nunmehr der Abstand zwischen Hauptkolben HK und Zwischenkolben ZK von s+Δs auf ursprünglich s verringert werden. Dies geschieht dadurch, daß die Feder F zusammengedrückt wird und das Öl aus dem Raum zwischen dem Hauptkolben HK und dem Zwischenkolben ZK durch die Drosselbohrung B entweicht. Die Beschaffenheit der Drosselbohrung B bestimmt daher die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils auf seinem Sitz VS. Die Feder F hat dabei nur einen geringen Einfluß, da sie im Vergleich zur Schließfeder S des Ventils V schwach ist.
  • Fig. 3: Zeigt den Endzustand und gleichzeitig den Ausgangszustand des Ventilhubes.
    • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß der Dämpfungsweg Δs unabhängig vom Abstand s zwischen dem Hauptkolben HK und dem Zwischenkolben ZK ist. Der Abstand s ändert sich im Lauf der Zeit mit zunehmendem Ventilverschleiß. Der Dämpfungsweg Δs ist jedoch nur eine Funktion der Zeit, des Durchmessers d der Drosselbohrung B, der Federkraft der Feder F und der Ölviskosität.
    Die Drosselbohrung B kann sehr genau hergestellt werden. Die Leckage zwischen dem Hauptkolben HK und dem Zwischenkolben ZK einerseits und dem Zylindergehäuse G andererseits kann durch übliche Dichtungen völlig vermieden werden, sodaß es insgesamt keine toleranzbedingten Abweichungen des Dämpfungsweges zwischen einer Anzahl von Ventilantrieben eines Motors geben kann.
    Das System ist weiterhin insofern selbstregulierend, als bei kaltem Öl und/oder großer Ölviskosität der Abstandszuwachs Δs geringer ausfällt als bei warmem Öl und/oder kleiner Ölviskosität. Im ersteren Fall ist jedoch auch die Schließgeschwindigkeit des Ventils V durch die höhere Wandreibung des Öls in den Leitungen sowie der Durchflußwiderstand durch die Drossel B größer, sodaß insgesamt ein kleinerer Dämpfungsweg Δs ausreicht bzw. erwünscht ist.
    Als Alternative zum beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es vorstellbar, die Drosselwirkung durch sehr schnell arbeitende Mehrwegventile zu erreichen.

    Claims (7)

    1. Ventilantrieb für ein Ventil eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil mit einem in einem Zylinderraum angeordneten Hauptkolben verbunden ist, der zum Öffnen des Ventils mit in den Zylinderraum einströmendem Druckfluid beaufschlagbar ist und wobei eine Schließfeder vorgesehen ist, die das Ventil in Schließrichtung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderraum (Z) auf der vom Ventil (V) abgewandten Seite des Hauptkolbens (HK) ein relativ zum Hauptkolben (HK) bewegbarer Zwischenkolben (ZK) angeordnet ist, der mit mindestens einer Drosselbohrung (B) versehen ist und daß zwischen dem Hauptkolben (HK) und dem Zwischenkolben (ZK) eine Druckfeder (F) angeordnet ist, die den Hauptkolben (HK) und den Zwischenkolben (ZK) während des Öffnungshubes des Ventils um einen Betrag (AS) auseinander drückt, wobei Druckfluid über die Drosselbohrung(en) (B) in den Raum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) strömt, und daß am Ende der Schließbewegung des Ventils Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) zusammengedrückt werden, wobei ein Teil des Druckfluids über die Drosselbohrung(en) gedrosselt aus dem Raum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) ausströmt.
    2. Ventilantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (ZK) auf der der Druckölleitung (L) zugewandten Seite einen vorzugsweise zapfenförmigen Anschlag (A) aufweist.
    3. Ventilantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d) der Drosselbohrung (B) weniger als 10 Prozent des Durchmessers des Zwischenkolbens (ZK) beträgt.
    4. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d) der Drosselbohrung (B) etwa 5 bis 7 Prozent des Durchmessers des Zwischenkolbens (ZK) beträgt.
    5. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkolben (HK) und der Zwischenkolben (ZK) den gleichen Durchmesser aufweisen und gemeinsam im selben Zylinder beweglich geführt sind.
    6. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkolben (HK) auf der vom Ventil abgewandten Seite nur von der Druckfeder (F) und dem Druckfluid im Zwischenraum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) druckbeaufschlagt ist
    7. Ventilantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Hauptkolben (HK) und Zwischenkolben (ZK) nur über die Drosselbohrung(en) im Zwischenkolben mit einer zum Öffnen und Schließen des Ventils periodisch Druckfluid zu- und abführenden Druckölleitung (6) in Fluid-Verbindung steht.
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