EP1260680A2 - Hydraulische Steuereinrichtung für gleiche Ventile eines Dieselmotors - Google Patents

Hydraulische Steuereinrichtung für gleiche Ventile eines Dieselmotors Download PDF

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EP1260680A2
EP1260680A2 EP02002524A EP02002524A EP1260680A2 EP 1260680 A2 EP1260680 A2 EP 1260680A2 EP 02002524 A EP02002524 A EP 02002524A EP 02002524 A EP02002524 A EP 02002524A EP 1260680 A2 EP1260680 A2 EP 1260680A2
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EP
European Patent Office
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control
pressure
piston
valves
control piston
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EP02002524A
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EP1260680A3 (de
EP1260680B1 (de
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Hans-Jürgen Schacht
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Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Original Assignee
Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2800/00Methods of operation using a variable valve timing mechanism

Definitions

  • Hydraulic control device for the same valves Diesel engine, each having a valve stem and the spring means for an application in Valve closing direction and hydraulically adjustable Controls for loading valve opening and / or Closing direction are assigned, and the Controls are held in a bridge with one cylinder head is connected and the controls each one operatively connected to the engine valves Hydraulic cylinder with a pressurizing Control spool, depending on Piston positions of the engine via controllable solenoid valves is adjustable in several stages.
  • a hydraulic control device for at least one lift valve an internal combustion engine known by one two counteracting spring means movable valve stem comprises, the valve stem in the area of its End position is hydraulically controllable.
  • the hydraulic Control device includes a hydraulically controllable Spring means, which is a hydraulically acting auxiliary control member assigned.
  • Control pistons are adjustable, which by means of electrical controllable valves with a corresponding control pressure be charged.
  • the control pistons are in common a bridge arranged on a cylinder head of the Motor is attached.
  • the controllability of the Control pistons can open and open the engine valves be closed as is the acceleration or Allow delays against the valve springs.
  • the object of the invention is a hydraulic control device for lift valves of an internal combustion engine and one Create recording for controls of the facility which, on the one hand, enables simple hydraulic control the intake and / or exhaust valves of an internal combustion engine in the opening and closing direction according to the piston position is guaranteed and on the other hand the controls are held in a simple manner on the cylinder head can.
  • the main advantages achieved with the invention consist of the fact that hydraulic controls Control device, the inlet and / or outlet valves Internal combustion engine accordingly in an opening and Closing movement can be controlled and the controls for this in a firmly connected to the cylinder head Bridge are arranged and thus the controls directly and directly on the valve stems of the valves can act.
  • the control for the Valves are held in at least one common bridge, which is firmly connected to a cylinder head of the engine and the controls each have an engine valve active hydraulic cylinder with a pressurizable Control piston includes. This becomes dependent of electrically controllable valves in several Levels continuously controlled, with the engine valves open or close depending on the spool.
  • the bridge is preferred for receiving the controls T-shaped and has a central stand a transverse head bridge, with the stand over at least one screw with the cylinder head of the Motor is firmly connected and cylindrical in the top bridge or corresponding mounts for the hydraulic cylinders or are provided for the controls.
  • the effect of the controls on the engine valves is such that those designed as stepped pistons or cylinder pistons Control piston of the controls the engine valves in a preliminary stage in the open and closed position hold when the piston is in TDC and in one another subsequent stage, the intake valves on the Spool a maximum opening or closing position can take.
  • the pressure chambers in the control piston of the Control elements for equivalent valves, such as intake valves or exhaust valves are via pressure supply lines connected with each other, opening and Closing the pressure lines by means of, for example, electrical controllable solenoid valves.
  • the control piston is successively connected via two pressure lines pressurized, the control piston of the hydraulic cylinder in the pressure chamber above the control piston has merging control channels, and in a first Control process of the pressure chamber via the pressure line and the subsequent control channels in the control piston with a control pressure be added and subsequently in a second Control process the pressure lines and the subsequent ones Control channels with a quasi-superimposed control pressure for further pressure chamber can be acted upon until an outflow bore released from the control piston in the hydraulic cylinder becomes.
  • the pressure chamber above the control piston is in the first control process of the pressure from the one pressure line pressurized, the further pressure line being depressurized is open and with both released by the control piston Mouth openings of the pressure lines is via the second Pressure line pressurizing the control piston up to to release the discharge opening.
  • the piston is expediently designed as a stepped piston.
  • the effective areas of the stepped piston are calculated the spring force.
  • the stepped piston preferably has one inner transverse control channel with a Ring channel is connected, the transverse control channel in an axial inner control channel in the Control piston opens and this an upper pressure chamber is prepared.
  • the pressure supply lines to the control piston are on top of each other with their junctions in the pressure chamber arranged and in relation to the preliminary stage of the control piston becomes the one pressurized pressure supply line open into the annulus, the further pressure supply line in a lower pressure chamber of the control piston opens.
  • the step piston according to the invention is a preliminary step hydraulically via a first and a subsequent second stage via the solenoid valves in the pressure supply lines controlled, the control piston being pressurized adjustable from the preliminary stage to a first stage is formed, in which both pressure lines in the ring channel open out and the control piston can be controlled in this way is that depending on the towards the TDC position of the engine piston, the second pressure line with a control pressure is acted upon by the solenoid valve and the control piston in the further second stage to achieve a maximum stroke is movable.
  • the annulus of the Step piston is arranged in this second stage in such a way that an outflow opening or bore is released is.
  • An opening of the control piston can be done by using bevelled edges be gently designed on the piston, as can on At the end of the opening process, an oblique edge on the piston End the opening process gently. Furthermore, the control piston have a circumferentially beveled head area.
  • Fig. 1 is a basic training and arrangement of control elements 1, 2 with control piston 8; 8a for engine valves 4, 5 of an internal combustion engine in a bridge 3, especially for two identical intake or exhaust engine valves 4, 5 with pressure supply lines 6, 7 shown.
  • These lines 6, 7 are, for example, with control channels 11, 12 and 11a, 12a connected in the bridge 16, that in control channels 11b, 11c, 11d, for example in the Control piston 8, open out.
  • the pressure lines 6, 7 are on the input side with electrically controllable solenoid valves 9, 10 connected for pressure control.
  • a control piston 1, 2 is each with a valve stem 4a, 5a of the valves 4, 5 operatively connected, the valves 1, 2 held in the closed position via valve springs 13, 14 are.
  • the Control piston 1, 2 held in the bridge 3 this is approximately T-shaped and has a central stand 15 as well as a transverse head web 16 comprises by the control pistons 1, 2 are held on both sides of the stand 15 are.
  • the stand 15 itself is fixed to the cylinder head 17 connected via at least one screw 18.
  • in the Top bridge 16 of bridge 3 is preferably the control channels 11, 12 and 11a, 12a, which are connected to the pressure lines 6, 7 are connected in the cylinder head 17.
  • the controls 1, 2 are in corresponding cylindrical receptacles 20 held in the top bridge 16 of the bridge 3.
  • the controls 1, 2 acc. Fig. 1 are in several consecutive Levels V, I and II through hydraulic Pressure control axially adjustable, with each control 1, 2 via its control piston 8; 8a an adjustment pressure exerts on the valve stem 4a, 5a of the valve 4, 5, which causes them to open or close can move according to the engine piston position, such as is shown in more detail with the aid of the diagram in FIG. 3.
  • a preliminary stage V. (Valves 4 and 5 are closed), a subsequent stage II (engine piston 21 is in TDC position) and then one Stage II (valves 4 and 5 are open) activated.
  • control element 1, 2 are approximately above the Control piston 8; 8a transverse control channels 11a, 12a assigned that with vertically running further control channels 11, 12 are connected, which in the pressure lines 6, 7 open out by the solenoid valves or Two / two-way valves 9, 10 can be controlled by pressure.
  • the Control channels 11a and 12a are with control channels 11b, c and d in the control piston 8; 8a connected.
  • An upper pressure chamber D in the hydraulic cylinder of the control elements 1, 2 is in a first control process from hydraulic pressure from the first pressure line 6 via the Control channels 11, 11a and then via channels 11b and 11c, the second pressure line 7 initially remains open.
  • the engine valves 4, 5 are opened, until the control piston 8; 8a the drain holes 25; 26 releases. This measure should be such that the Engine valves 4, 5 do not move the piston 21 in the TDC position can touch. If the engine piston 21 is far enough has moved away from the TDC position, so does the pressure line 7 pressurized with oil pressure, causing the valves 4, 5 now open further and after exposing the Drain holes 25; 26 the maximum stroke H is reached and in this position, the oil can now drain off.
  • the opening and the pressure lines 6, 7 are closed via the valves 9, 10.
  • the diameter of the control piston 8; 8a should be dimensioned so that the valves 4, 5 against the force of Valve springs 13, 14 can be opened.
  • control piston is preferably also designed as a stepped piston 8a be, as shown in Figs. 2, 4, and 6 in more detail is.
  • stepped piston 8a. 4 is in the upper pressure chamber D via the control channel 11a in the Bridge 16, which is connected to the pressure line 6, Given oil pressure, so that the control piston 8a from the preliminary stage V moves into the subsequent stage I and in this Stage I remains stable until the engine piston 21 again goes down and the solenoid valve 9 pressure on the line 7 and thus on the control channel 12a.
  • control piston 8a opens up to the maximum stroke H (diagram Fig. 3).
  • the stroke limitation serves on the one hand Spring force of the valve springs 13, 14 to which the oil pressure can be coordinated and on the other hand the drain hole 26, now released from the top edge of the spool 8a is so that the oil can escape freely.
  • the motor valve 4,5 closes in the reverse order, by first solenoid valve 9 opening pressure line 7 Passage switches and drains the oil and in stage II the further solenoid valve 10 also switches the pressure line 6 on passage.
  • the opening of the control piston 8; 8a can be done by means of a bevel edge 27 (Fig. 8) on the piston head 28 take place gently, whereby likewise at the end of the opening process, the inclined edge 27 on the piston head, end the opening process accordingly can.
  • the closing takes place in the same way at the beginning gently over the bevel 27 and the closing process of the Motor valve is braked again by the sloping edge.
  • control piston 8a used, as in Figs. 4, 5 and 6 and others. is shown. Via the upper control channel 11a of the control piston 8a in Fig. 4 is the control piston 8a from above in Opressure chamber D acts and moves up to Release of the lower control channel 12a of stage 1, which too is still open at this point and oil can escape freely. In this phase, the control piston 8a and the valve remain 4,5 until the control channel 12a of stage II is either closed will or even 01 in the cylinder of the Control piston 8a promotes. Because the spring force increases with the stroke should grow for a constant oil pressure Control piston 8a in stage II approximately twice the area have or the prevailing spring force in diameter be adjusted.
  • control piston 8 can also acc. Fig. 2 are formed.
  • the oil penetrates the hydraulic cylinder through the control channel 11 via an annular channel 11d into a transverse bore 11b and then in an axial bore 11c and opens the control piston 8 to level 1.
  • the control channel 11a is closed and the control channel 12a opens. This minimizes oil loss.
  • Oil pressure is supplied to the hydraulic cylinder via the control line 12a given. This oil flow is when the Maximum stroke H also completed, opens at the same time the drain hole 26, from which the remaining oil is then released can leak.
  • Stroke limiter acc. Fig. 11 provided the inserted from Screws 30.31 or approaches can exist.

Abstract

Die Steuereinrichtung weist hydraulische Steuerelemente auf, die in einer mit einem Zylinderkopf fest verbundenen Brücke gehalten sind, wobei die Steuerelemente selbst die Motorventile entsprechend der Kolbenbewegung über Magnetventile ansteuern. <IMAGE>

Description

Hydraulische Steuereinrichtung für gleiche Ventile eines Dieselmotors, die jeweils einen Ventilschaft aufweisen und dem Federmittel für eine Beaufschlagung in Ventilschließrichtung und hydraulisch regelbare Steuerelemente für eine Beaufschlagung in Ventilöffnungsund/oder Schließrichtung zugeordnet sind, und die Steuerelemente in einer Brücke gehalten sind, die mit einem zylinderkopf verbunden ist und die Steuerelemente jeweils einen mit den Motorventilen wirkverbundenen Hydraulikzylinder mit einem druckbeaufschlagenden Steuerkolben umfassen, der in Abhängigkeit von Kolbenstellungen des Motors über ansteuerbare Magnetventile in mehrere Stufen verstellbar ist.
In bekannter Weise werden Vier-Ventilzylinderköpfe mittels einer Ventilbrücke, die jeweils zwei Ein- und Auslaßventile verbindet, über einen Kipphebel betrieben, der mittels einer am Kipphebel gelagerten Stange mit einer Nockenwelle verbunden ist. Des weiteren ist aus der DE 197 16 042 Cl eine hydraulische Steuereinrichtung für wenigstens ein Hubventil einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen durch zwei gegeneinander wirkende Federmittel bewegbaren Ventilschaft umfaßt, wobei der Ventilschaft im Bereich seiner Endstellung hydraulisch ansteuerbar ist. Die hydraulische Steuereinrichtung beinhaltet ein hydraulisch regelbares Federmittel, dem ein hydraulisch wirkendes Hilfsteuerglied zugeordnet ist.
Aus der WO 93/01399 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinheit für Motorventile bekannt, die über Steuerkolben verstellbar sind, welche mittels elektrisch ansteuerbarer Ventile mit einem entsprechenden Steuerdruck beaufschlagt werden. Die Steuerkolben sind gemeinsam in einer Brücke angeordnet, die auf einem Zylinderkopf des Motors befestigt ist. Durch die Ansteuerbarkeit der Steuerkolben können die Motorventile geöffnet und geschlossen werden, wie es die Beschleunigung bzw. Verzögerungen gegen die Ventilfedern zulassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuereinrichtung für Hubventile einer Brennkraftmaschine und eine Aufnahme für Steuerelemente der Einrichtung zu schaffen, wodurch einerseits eine einfache hydraulische Ansteuerung der Einlaß- und/oder Auslaßventile einer Brennkraftmaschine in Öffnungs- und Schließrichtung entsprechend der Kolbenstellung gewährleistet ist und andererseits die Steuerelemente in einfacher Weise am Zylinderkopf gehalten werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß über hydraulische Steuerelemente der Steuereinrichtung die Einlaß- und/oder Auslaßventile einer Brennkraftmaschine entsprechend in eine Öffnungs- und Schließbewegung ansteuerbar sind und hierzu die Steuerelemente in einer fest mit dem Zylinderkopf verbundenen Brücke angeordnet werden und somit die Steuerelemente unmittelbar und direkt auf die Ventilschäfte der Ventile einwirken können. Hierzu sind die Steuerelement für die Ventile in mindestens einer gemeinsamen Brücke gehalten, die mit einem Zylinderkopf des Motors fest verbunden ist und die Steuerelemente einen jeweils mit einem Motorventil wirkverbundenen Hydraulikzylinder mit einem druckbeaufschlagbaren Steuerkolben umfaßt. Dieser wird in Abhängigkeit von elektrisch ansteuerbaren Ventilen in mehrere Stufen kontinuierlich angesteuert, wobei die Motorventile in Abhängigkeit vom Steuerkolben öffnen oder schließen.
Die Brücke ist zur Aufnahme der Steuerelemente vorzugsweise T-förmig ausgebildet und weist einen zentralen Ständer mit einem querverlaufenden Kopfsteg auf, wobei der Ständer über mindestens ein Schraubmittel mit dem Zylinderkopf des Motors fest verbunden wird und im Kopfsteg zylindrische oder entsprechende Aufnahmen für die Hydraulikzylinder bzw. für die Steuerelemente vorgesehen sind.
Die Wirkung der Steuerelemente auf die Motorventile ist derart, daß die als Stufenkolben oder Zylinderkolben ausgeführten Steuerkolben der Steuerelemente die Motorventile in einer Vorstufe in der Öffnungs- und Schließstellung halten, wenn der Kolben im OT befindlich ist und in einer weiteren nachfolgenden Stufe die Einlaßventile über die Steuerkolben eine maximale Öffnungs- oder Schließstellung einnehmen können. Die Druckräume im Steuerkolben der Steuerelemente für gleichwirkende Ventile, wie Einlaßventile oder Auslaßventile sind über Druckversorgungsleitungen miteinander verbunden, wobei ein Öffnen und Schließen der Druckleitungen mittels beispielsweise elektrisch ansteuerbarer Magnetventile erfolgt. Durch diese hydraulische Ansteuerung der Motorventile mittels der Steuerelemente wird ein Öffnen bzw. Schließen der Motorventile entsprechend der gewünschten Steuerung der Brennkraftmaschine erreicht.
Der Steuerkolben wird über zwei Druckleitungen nacheinander mit Druck beaufschlagt, wobei der Steuerkolben des Hydraulikzylinders in den Druckraum oberhalb des Steuerkolbens einmündende Steuerkanäle aufweist, und in einem ersten Steuervorgang der Druckraum über die Druckleitung und die anschließenden Steuerkanäle im Steuerkolben mit einem Steuerdruck baufschlagt werden und nachfolgend in einem zweiten Steuervorgang die Druckleitungen und die anschließenden Steuerkanäle mit einem quasi überlagernden Steuerdruck zum weiteren Druckraum beaufschlagbar sind, bis eine Abströmbohrung im Hydraulikzylinder vom Steuerkolben freigegeben wird. Der Druckraum oberhalb des Steuerkolbens wird im ersten Steuervorgang vom Druck aus der einen Druckleitung beaufschlagt, wobei die weitere Druckleitung druckfrei geöffnet ist und bei vom Steuerkolben freigegebenen beiden Mündungsöffnungen der Druckleitungen wird über die zweite Druckleitung eine Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens bis zur Freigabe der Abströmöffnung erfolgen.
Insbesondere wenn sich der Motorkolben vom oberen Totpunkt genügend weit fortbewegt hat, wird Öldruck auf die zweite Druckleitung gegeben, wobei sich die Motorventile weiter öffnen können und nach der Freigabe der Abflußöffnung im Hydraulikzylinder der Maximalhub des Motorventils erreicht ist, da nunmehr das Öl frei abfließen kann.
Da die Federkraft mit zunehmendem Ventilhub ansteigt, wird der Kolben zweckmäßigerweise als Stufenkolben ausgebildet. Die wirksamen Flächen des Stufenkolbens errechnen sich nach der Federkraft. Der Stufenkolben weist vorzugsweise einen inneren querverlaufenden Steuerkanal auf, der mit einem Ringkanal verbunden ist, wobei der querverlaufende Steuerkanal in einen axialen weiteren inneren Steuerkanal im Steuerkolben einmündet und dieser einem oberen Druckraum zugerichtet ist. Die Druckversorgungsleitungen zum Steuerkolben sind mit ihren Einmündungen in den Druckraum übereinander angeordnet und in Bezug auf die Vorstufe des Steuerkolbens wird die eine mit Druck beaufschlagte Druckversorgungsleitung in den Ringraum einmünden, wobei die weitere Druckversorgungsleitung in einen unteren Druckraum des Steuerkolbens einmündet.
Der Stufenkolben nach der Erfindung wird von einer Vorstufe über eine erste und eine nachfolgende zweite Stufe hydraulisch über die Magnetventile in den Druckversorgungsleitungen angesteuert, wobei der Steuerkolben druckbeaufschlagt von der Vorstufe in eine erste Stufe verstellbar ausgebildet ist, bei der beide Druckleitungen in den Ringkanal einmünden und der Steuerkolben derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit von der in Richtung OT-Stellung des Motorkolbens die zweite Druckleitung mit einem Steuerdruck vom Magnetventil beaufschlagt wird und der Steuerkolben in die weitere zweite Stufe zur Erzielung eines maximalen Stellhubes verfahrbar ist. Der Ringraum des Stufenkolbens ist in dieser zweiten Stufe derart angeordnet, daß eine Abströmöffnung bzw. -bohrung freigegeben ist.
Ein Öffnen des Steuerkolbens kann durch angepaßte Schrägkanten am Kolben sanft gestaltet werden, ebenso kann am Ende des Öffnungsvorganges eine Schrägkante am Kolben den Öffnungsvorgang sanft beenden. Des weiteren kann der Steuerkolben einen umfangsseitig abgeschrägten Kopfbereich aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Ansicht teilweise im Schnitt auf eine ortsfeste Brücke am Zylinderkopf mit aufgenommenen Steuerelementen der Einrichtung, die über Druckversorgungsleitungen mit Magnetventilen verbunden sind,
Fig. 2
eine Darstellung eines Steuerelements mit einem Stufenkolben in drei Stellungen,
Fig. 3
ein Ablaufdiagramm der Öffnungs- und Schließbewegungen der Motorventile mit Bezug auf die Kolbenstellung und der Stellungen der Steuerelemente,
Fig. 4, 5 und 6
Darstellungen eines Steuerelements in einer Vorstufe , einer Stufe 1 bei OT-Stellung des Motorkolbens und einer Stufe II bei voll geöffnetem Motoreinlaßventil,
Fig. 7
eine Darstellung des Gesamthubes und eines Vorhubes eines Motorventils anhand der Stellung des Steuerkolbens im Hydraulikzylinder,
Fig. 8
eine Einzelheit eines mit zwei Schrägflächen aufweisenden Steuerkolbens,
Fig. 9
eine Darstellung des gesamten Steuerzylinders mit beiden Schrägflächen,
Fig. 10
eine Darstellung des Steuerzylinders mit einem oberen und unteren Anschlag und
Fig. 11
eine Darstellung einer Brücke am Zylinderkopf gem. Fig. 1 zur Aufnahme der Hydraulikzylinder.
In Fig. 1 ist eine grundsätzliche Ausbildung und Anordnung von Steuerelementen 1, 2 mit Steuerkolben 8; 8a für Motorventile 4, 5 einer Brennkraftmaschine in einer Brücke 3, insbesondere für zwei gleichwirkende Ein- oder Auslaß-Motorventile 4, 5 mit Druckversorgungsleitungen 6, 7 dargestellt. Diese Leitungen 6, 7 sind beispielsweise mit Steuerkanäle 11, 12 und 11a, 12a in der Brücke 16 verbunden, die in Steuerkanäle 11b, 11c, 11d, beispielsweise in die Steuerkolben 8, einmünden. Die Druckleitungen 6, 7 sind eingangsseitig mit elektrisch ansteuerbaren Magnetventilen 9, 10 zur Drucksteuerung verbunden.
Ein Steuerkolben 1, 2 ist jeweils mit einem Ventilschaft 4a, 5a der Ventile 4, 5 wirkverbunden, wobei die Ventile 1, 2 über Ventilfedern 13, 14 in Schließstellung gehalten sind. Wie in den Fig. 1 und 11 näher dargestellt, sind die Steuerkolben 1, 2 in der Brücke 3 gehalten, wobei diese etwa T-förmig ausgeführt ist und einen zentralen Ständer 15 sowie einen querverlaufenden Kopfsteg 16 umfaßt, indem zu beiden Seiten des Ständers 15 die Steuerkolben 1, 2 gehalten sind. Der Ständer 15 selbst ist fest mit dem Zylinderkopf 17 über mindestens eine Schraube 18 verbunden. Im Kopfsteg 16 der Brücke 3 sind vorzugsweise die Steuerkanäle 11, 12 und 11a, 12a eingelassen, welche mit den Druckleitungen 6, 7 im Zylinderkopf 17 verbunden sind. Die Steuerelemente 1, 2 sind in entsprechenden zylindrischen Aufnahmen 20 im Kopfsteg 16 der Brücke 3 gehalten.
Die Steuerelemente 1, 2 gem. Fig. 1 sind in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen V,I und II durch hydraulische Druckansteuerung axial verstellbar, wobei jedes Steuerelement 1, 2 über seine Steuerkolben 8;8a einen Verstelldruck auf den Ventilschaft 4a, 5a des Ventils 4, 5 ausübt, wodurch diese sich in eine .Öffnungs- bzw. Schließstellung entsprechend der Motorkolbenstellung bewegen können, wie anhand des Diagramms Fig. 3 näher aufgezeigt ist. Durch Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 8;8a wird beispielsweise gem. Fig. 2 und der Fig.4, und 6 eine Vorstufe V (Ventile 4 und 5 sind geschlossen), eine nachfolgende Stufe II (Motorkolben 21 steht in OT-Stellung) und danach eine Stufe II (Ventile 4 und 5 sind geöffnet) angesteuert. Im Diagramm Fig. 3 ist mit gestrichelten Linien L die Verlaufskurve der Einlaßventile 1, vom Öffnen bis zum Schließen und in durchgehenden korrespondierenden Linien L1 die Verlaufskurve der Auslaßventile vom Schließen bis zum Öffnen dargestellt. Die zugeordnete Kurve L2 zeigt die Motorkolbenbewegung bei den einzelnen Stellungen des Steuerkolbens 8; 8a an, wobei in der OT-Stellung des Motorkolbens 21 die Stufe I dem Steuerkolben 1, 2 zugeordnet ist. Der Gesamtverstellhub ist mit H und der Vorhub mit HV angegeben.
Gemäß Fig. 1 sind dem Steuerelement 1, 2 etwa oberhalb des Steuerkolbens 8; 8a quergerichtete Steuerkanäle 11a, 12a zugeordnet, die mit vertikal verlaufenden weiteren Steuerkanälen 11, 12 verbunden sind, welche in die Druckleitungen 6, 7 einmünden, die von den Magnetventilen oder Zwei/Zweiwegeventilen 9, 10 druckansteuerbar sind. Die Steuerkanäle 11a und 12a sind mit Steuerkanälen 11b,c und d im Steuerkolben 8; 8a verbunden.
Ein oberer Druckraum D im Hydraulikzylinder der Steuerelemente 1, 2 wird in einem ersten Steuervorgang vom hydraulischen Druck aus der ersten Druckleitung 6 über die Steuerkanäle 11, 11a und anschließend über die Kanäle 11b und 11c beaufschlagt, wobei die zweite Druckleitung 7 zunächst offenbleibt. Die Motorventile 4, 5 werden geöffnet, solange bis der Steuerkolben 8; 8a die Abflußbohrungen 25; 26 freigibt. Dieses Maß soll so bemessen sein, daß die Motorventile 4, 5 den Kolben 21 in OT-Stellung nicht berühren können. Wenn der Motorkolben 21 sich weit genug von der OT-Stellung wegbewegt hat, wird auch die Druckleitung 7 mit Öldruck beaufschlagt, wodurch sich die Ventile 4, 5 jetzt weiter öffnen und nach Freiliegen der Abflußbohrungen 25; 26 der Maximalhub H erreicht ist und in dieser Stellung nunmehr das Öl abfließen kann. Das Öffnen und Schließen der Druckleitungen 6,7 erfolgt über die Ventile 9, 10. Die Durchmesser der Steuerkolben 8; 8a sollen so bemessen sein, daß die Ventile 4, 5 gegen die Kraft der Ventilfedern 13, 14 geöffnet werden können.
Da die Federkraft mit zunehmendem Ventilhub steigt, kann der Steuerkolben vorzugsweise auch als Stufenkolben 8a ausgebildet sein, wie in den Fig. 2, 4, und 6 näher gezeigt ist. Die Wirkungsweise ob ein Stufenkolben oder ein anders ausgebildeter Steuerkolben verwendet wird, ist dem Grunde nach gleich , soweit ein Ablauf entsprechend dem Diagramm gem. Fig. 3 erfolgt.
Auf den Stufenkolben 8a gem. der Fig. 4, 5 und 6 wird in den oberen Druckraum D über den Steuerkanal 11a in der Brücke 16, der mit der Druckleitung 6 verbunden ist, Öldruck gegeben, so daß der Steuerkolben 8a von der Vorstufe V in die nachfolgende Stufe I verfährt und in dieser Stufe I stabil verharrt, bis der Motorkolben 21 wieder abwärts fährt und das Magnetventil 9 Druck auf die Leitung 7 und somit auf den Steuerkanal 12a gibt.
Jetzt öffnet der Steuerkolben 8a bis zum Maximalhub H (Diagramm Fig. 3). Als Hubbegrenzung dient einerseits die Federkraft der Ventilfedern 13, 14 auf welche der Öldruck abgestimmt sein kann und andererseits die Abflußbohrung 26, die Jetzt von der Oberkante des Steuerkolbens 8a freigegeben wird, so daß das Öl frei austreten kann.
Das Motorventil 4,5 schließt in umgekehrter Reihenfolge, indem zunächst das Magnetventil 9 die Druckleitung 7 auf Durchgang schaltet und das Öl abläßt und in der Stufe II schaltet auch das weitere Magnetventil 10 die Druckleitung 6 auf Durchgang.
Das Öffnen des Steuerkolbens 8;8a kann durch eine Schrägkante 27 (Fig. 8) am Kolbenkopf 28 sanft erfolgen, wobei ebenfalls beim Ende des Öffnungsvorgangs die Schrägkante 27 am. Kolbenkopf den Öffnungsvorgang entsprechend beenden kann. Das Schließen erfolgt in gleicher Weise zu Beginn sanft über die Schrägkante 27 und der Schließvorgang des Motorventils wird wieder durch die Schrägkante abgebremst.
Damit die wachsenden Federkräfte dem steigenden Hub gerecht werden, wird in vorteilhafter Weise der Steuerkolben 8a verwendet, wie in den Fig. 4, 5 und 6 u.a. dargestellt ist. Über den oberen Steuerkanal 11a des Steuerkolbens 8a in Fig. 4 wird zunächst der Steuerkolben 8a von oben her im ODruckraum D beaufschlagt und bewegt sich maximal bis zur Freigabe des unteren Steuerkanals 12a der Stufe 1, der zu diesem Zeitpunkt noch offen ist und Öl frei austreten läßt. In dieser Phase verharrt der Steuerkolben 8a und das Ventil 4,5 bis der Steuerkanal 12a der Stufe II entweder verschlossen wird oder selbst auch 01 in den Zylinder des Steuerkolbens 8a fördert. Da mit wachsendem Hub die Federkraft wächst, sollte für einen gleichbleibenden Öldruck der Steuerkolben 8a in Stufe II in etwa die doppelte Fläche aufweisen oder die herrschende Federkraft im Durchmesser angepaßt werden.
Um Zusatzsteuerkanten für langsames Öffnen und sanftes Schließen zu erhalten und um den Öldurchsatz zu reduzieren, kann der Steuerkolben 8 auch gem. Fig. 2 ausgebildet werden. Das Öl dringt in den Hydraulikzylinder durch den Steuerkanal 11 über einen Ringkanal 11d in eine Querbohrung 11b und anschließend in eine axiale Bohrung 11c ein und öffnet den Steuerkolben 8 auf die Stufe 1. Bei Erreichen der Stufe 1 wird der Steuerkanal 11a geschlossen und der Steuerkanal 12a öffnet. Der Ölverlust ist hierdurch minimiert.
Über die Steuerleitung 12a wird Öldruck in den Hydraulikzylinder gegeben. Dieser Ölfluß wird bei Erreichen des Maximalhubes H ebenfalls abgeschlossen, gleichzeitig öffnet die Abflußbohrung 26, aus der dann das restliche Öl frei austreten kann.
Zur Begrenzung der Bewegung des Steuerkolbens 8; 8a sind Hubbegrenzer gem. Fig. 11 vorgesehen, die aus eingesetzten Schrauben 30,31 bzw. Ansätzen bestehen können.

Claims (10)

  1. Hydraulische Steuereinrichtung für gleiche Ventile eines Dieselmotors, die jeweils einen Ventilschaft aufweisen und dem Federmittel für eine Beaufschlagung in Ventilschließrichtung und hydraulisch regelbare Steuerelemente für eine Beaufschlagung in Ventilöffnungs- und/oder Schließrichtung zugeordnet sind, und die Steuerelemente in einer Brücke gehalten sind, die mit einem Zylinderkopf verbunden ist und die Steuerelemente jeweils einen mit den Motorventilen wirkverbundenen Hydraulikzylinder mit einem druckbeaufschlagenden Steuerkolben umfassen, der in Abhängigkeit von Kolbenstellungen des Motors über ansteuerbare Magnetventile in mehrere Stufen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben (8, 8a) für die gleichen Ventile (4, 5) Druckräume (D, D1) vorgesehen sind, welche über Steuerkanäle (11, 12, 11a, 12a) mit Druckversorgungsleitungen (6, 7) verbunden sind und ein Öffnen und Schließen dieser Leitungen (6, 7) mittels der Magnetventile (9, 10) erfolgt und daß die Steuerkolben (8, 8a) der Steuerelemente (1, 2) die Motorventile · (4, 5) in einer Vorstufe (V) in Schließstellung (S) und in einer nachfolgenden Stufe (I) bei OT-Stellung des Motorkolbens (21) mit einem Vorhub (VH) halten und in einer weiteren Stufe (II) die Motorventile (4, 5) über die Steuerkolben (8, 8a) in eine maximale Öffnungsstellung verstellbar sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle (11, 12, 11a, 12a) oberhalb des Druckraumes (D) des Steuerkolbens (8, 8a) einmünden und in einem ersten Steuervorgang der Druckraum (D) über die Druckleitung (6) und die Steuerkanäle (11, 11a; 11b, 11c) mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und nachfolgend in einem zweiten Steuervorgang die Druckleitung (7) und die Steuerkanäle (12, 12a; 11b, 11c) mit einem überlagernden Steuerdruck zum weiteren unteren Druckraum (Dl) beaufschlagbar sind, bis eine Abströmbohrung (25; 26) im Hydraulikzylinder vom Steuerkolben (8a; 8) freigebbar ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (D) im ersten Steuervorgang vom Druck an der Druckleitung (6) beaufschlagbar ist, wobei die weitere Druckleitung (7) druckfrei geöffnet ist und bei vom Steuerkolben (8a; 8) freigegebenen beiden Mündungsöffnungen der Druckleitungen (6, 7) über die zweite Druckleitung (7) eine Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens (8a;8) bis zur Freigabe der Abströmöffnungen (26:25) erfolgt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben als Stufenkolben (8) ausgebildet ist und einen mit dem querverlaufenden Steuerkanal (11b) verbundenen Ringkanal (11d) aufweist und der Steuerkanal (11b) mit dem weiteren axialen Steuerkanal (11c) verbunden ist, der einem Druckraum (D) zugerichtet ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgungsleitungen (6, 7) mit ihren Einmündungen in den Druckraum (D) übereinander angeordnet sind und - in Bezug auf die Vorstufe (V) - die eine mit Druck beaufschlagte Versorgungsleitung in den Ringraum (11d) einmündet, wobei die weitere Druckversorgungsleitung in den unteren Druckraum (Dl) des Steuerkolbens (8) einmündet.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (8) druckbeaufschlagt über die Druckleitung (6) von der Vorstufe (V) in die Stufe (I) verstellbar ausgebildet ist, bei der beide Druckleitungen (6,7) in den Ringkanal (11d) einmünden und der Steuerkolben (8) derart ansteuerbar ist, daß in Abhängigkeit von der in Richtung OT-Stellung des Motorkolbens (21) die Druckleitung (7) mit einem Steuerdruck vom Magnetventil (9) beaufschlagbar ist und der Steuerkolben (8) in der Stufe II zur Erzielung eines maximalen Stellhubes verfahrbar ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (11d) des Steuerkolbens (8) in der Stufe (II) eine Abströmöffnung (26) freigebend angeordnet ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (II) zuerst das Magnetventil (9) der Druckleitung (7) auf Durchgang schaltbar ist und nachfolgend das weitere Magnetventil (10) der Druckleitung (6) abschaltbar ist, wobei das 01 im Druckraum abfließt.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgestufter Kolben des Steuerkolbens (8; 8a) einen umfangsseitig abgeschrägten Kopfbereich (27) aufweist.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (3) T-förmig ausgebildet ist und einen zentralen Ständer (15) mit einem querverlaufenden Kopfsteg (16) umfaßt und der Ständer (15) über mindestens ein Schraubmittel (18) mit dem Zylinderkopf (17) verbunden ist und im Kopfsteg (16) in Aufnahmen (20) die Steuerelemente (1, 2) gehalten sind.
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