EP1364108B1

EP1364108B1 - Gaswechselventileinrichtung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1364108B1
Application number: EP02708247A
Authority: EP
Inventors: Hermann Gaessler; Udo Diehl; Karsten Mischker; Rainer Walter; Juergen Schiemann; Christian Grosse; Volker Beuche; Stefan Reimer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE10107698C1; US20040035378A1; JP2004518845A; WO2002066796A1; EP1364108A1; DE50206078D1; US6848400B2

Abstract

Bei einer Gaswechselventileinrichtung (10) einer Brennkraftmaschine (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist eine Hydraulikvorrichtung (15) vorgesehen. Diese umfasst einen Fluidkreislauf (38, 42, 46, 54), einem mit dem Fluidkreislauf (38, 42, 46, 54) verbundenen Druckspeicher (62, 72) mit einem durch eine Einrichtung (68, 84) vorgespannten Kolben (66, 76), sowie eine steuerbare Betätigungseinrichtung (16). Ferner ist ein Gaswechselventil (12) vorgesehen, dessen Ventilelement (26) von der Betätigungseinrichtung (16) beaufschlagt wird. Um einen einfacheren Aufbau der Gaswechselventileinrichtung (10) zu realisieren, wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher (72) so angeordnet ist, dass sein Kolben (76) in einem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) das Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) in einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung wenigstens mittelbar blockiert.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaswechselventileinrichtung für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Gaswechselventileinrichtung ist aus der DE 198 26 047 A1 bekannt. Eine solche Gaswechselventileinrichtung kommt dann zum Einsatz, wenn die Brennkraftmaschine keine Nockenwelle aufweist. Eine solche Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile unabhängig sind von der Position des Kolbens des jeweiligen Zylinders. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. hohe Drehzahl, und je nach Fahrer-Wunschmoment können Ventil-Öffnungs- und Schließzeiten realisiert werden, welche einen besonders emissions- und verbrauchsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen.
Die bekannte Hydraulikvorrichtung arbeitet mit einem Hydraulikkreislauf, welcher aus einem Hydraulikreservoir über eine Hochdruck-Hydraulikpumpe gespeist wird. Die Betätigungseinrichtung umfasst einen hydraulisch in beide Bewegungsrichtungen beaufschlagbaren Kolben, welcher mit dem Ventilschaft des Ventilelelements eines Gaswechselventils verbunden ist. Über 2/2-Schaltventile kann jeweils eine der beiden Kammern des Hydraulikzylinders mit höherem Druck beaufschlagt werden, was zu einer entsprechenden Bewegung des Kolbens und hierdurch des Ventilelements am Motorblock führt.
Der Hydraulikkreislauf ist mit einem hydraulischen Druckspeicher verbunden, welcher als federbeaufschlagter Kolbenspeicher ausgeführt ist und zur Dämpfung von Schwingungen im Hydrauliksystem dient. Ferner ist ein ähnlich aufgebauter Notdruckspeicher mit einer der beiden Kammern im Hydraulikzylinder verbunden, welcher bei einem Abfallen des Drucks in der Hydraulikleitung noch so ausreichend Druck und Fluidvolumen bereitstellt, dass das Ventil in seine geschlossene Ruhestellung bewegt werden kann. Beide Druckspeicher arbeiten mit unterschiedlichen Druckniveaus, welche durch unterschiedliche Steifigkeiten ihrer Rückstellfedern eingestellt werden.
Bei einer geringen Leckage im Hydraulikkreislauf bei längerem Abstellen der zu versorgenden Brennkraftmaschine kann es vorkommen, dass die beiden Druckspeicher vollständig entleert werden, was eine vollständige Druckentlastung des Hydraulikkreislaufs zur Folge hat. Um das Ventilelement des Gaswechselventils auch in einem solchen Fall in der Schließposition halten zu können, ist bei der bekannten Gaswechselventileinrichtung eine Notschließfeder vorgesehen, welche den Kolben der Betätigungseinrichtung und somit auch das Ventilelement in die Schließposition drückt, wenn kein Hydraulikdruck vorhanden ist.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine das Ventilelement nicht derart in den Brennraum hinragt, dass es beispielsweise mit anderen Ventilelementen oder gar mit dem sich im Brennraum bewegenden Kolben der Brennkraftmaschine kollidieren kann. Der Nachteil einer solchen Notschließfeder ist jedoch, dass sie nur für diesen einen speziellen Zweck vorgesehen ist und ansonsten ohne Funktion bleibt. Außerdem kann sich aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums die Integration der Notschließfeder in die Gaswechselventileinrichtung als problematisch erweisen. Schließlich erhöht die Notschließfeder den notwendigen hydraulischen Öffnungsdruck des ventilelements des Gaswechselventils, da ihre Schließkraft zusätzlich überwunden werden muss. Daher ist ein höherer Hydraulikdruck und somit ein höherer Energieaufwand erforderlich, um im normalen Betrieb das Gaswechselventil zu öffnen.
In der DE 199 35 871 Al wird ein elektromagnetisch betätigtes Gaswechselventil beschrieben, welches mittels eines hydraulisch betätigbaren Zylinders in der geschlossenen Stellung blockiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Gaswechselventileinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie preiswerter und einfacher hergestellt und mit möglichst geringem Energieaufwand betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Gaswechselventileinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht davon aus, dass der Druckspeicher in jedem Falle so ausgebildet ist, dass er bei einem Abfall des Hydraulikdrucks im Fluidkreislauf noch ein so ausreichendes Fluidvolumen zur Verfügung stellen kann, dass die Betätigungseinrichtung das Ventilelement des Gaswechselventils in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung zu bringen vermag. Zur Bereitstellung dieses Fluidvolumens bewegt sich der Kolben des Druckspeichers aufgrund seiner Vorspannung in Richtung auf seine drucklose Ruheposition: Diese erreicht er, wenn der Fluidkreislauf und somit auch der Druckspeicher im Wesentlichen drucklos sind.
Diese Bewegung des Ventilelements des Druckspeichers wird erfindungsgemäß zusätzlich für den Blockiervorgang des Ventilelements verwendet: Der Druckspeicher ist nämlich so angeordnet, dass sein Kolben dann, wenn er über den Fluidkreislauf druckbeaufschlagt und aus seiner Ruheposition herausgedrückt ist, das Ventilelement des Gaswechselventils freigibt. In einem solchen Betriebszustand, in dem der Fluidkreislauf und somit auch der Druckspeicher druckbeaufschlagt sind, kann sich das Ventilelement frei bewegen und in der Folge kann die auch die Brennkraftmaschine normal betrieben werden.
Fällt dagegen der Druck im Fluidkreislauf auf einen Wert unterhalb des normalen Betriebsdruckes ab, dann wird durch die Federbeaufschlagung des Kolbens das Hydraulikfluid aus dem Druckspeicher herausgedrückt und über die Betätigungseinrichtung das Ventilelement des Gaswechselventils geschlossen. Der Druckspeicher ist erfindungsgemäß allerdings so angeordnet, dass er dann, wenn der Kolben seine drucklose Ruheposition erreicht und vom Druckspeicher somit kein Fluidvolumen zur Schließlung oder zum Halten des Schließzustandes des Ventilelements bereitsgestellt werden kann, das Ventilelement des Gaswechselventils in dieser im Wesentlichen geschlossenen Stellung blockiert.
Bei der erfindungsgemäßen Gaswechselventileinrichtung ist somit keine Notschließfeder mehr erforderlich, da die Arretierung des Ventilelements des Gaswechselventils in einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung im Falle eines Druckverlustes vom Kolben des Druckspeichers übernommen wird. Die erfindungsgemäße Gaswechselventileinrichtung kann somit erheblich preiswerter und einfacher hergestellt werden. Darüber hinaus ist zur Bewegung des Ventilelements in eine geöffnete Stellung ein geringerer Hydraulikdruck erforderlich, da außer den Massenkräften des Ventilelements keine weiteren Kräfte überwunden werden müssen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass der Kolben des Druckspeichers in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers einen Ventilschaft des Ventilelements des Gaswechselventils wenigstens mittelbar beaufschlagt. Der Ventilschaft des Ventilelements weist im Allgemeinen eine gewisse Länge auf, sodass die Positionierung des Druckspeichers so, dass sein Kolben den Ventilschaft beaufschlagen kann, relativ problemlos möglich ist. Denkbar ist aber auch, dass der Kolben des Druckspeichers beispielsweise direkt auf die Betätigungseinrichtung wirkt, und dort beispielsweise den Kolben eines Hydraulikzylinders in einer bestimmten Position blockiert.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass eine mit dem Kolben des Druckspeichers wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche und eine mit dem Ventilelement des Gaswechselventils wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers im Reibschluss zusammenarbeiten. Im Allgemeinen sind für eine Blockierung des Ventilelements des Gaswechselventils nur sehr geringe Kräfte erforderlich. Je nach Einbaulage der Brennkraftmaschine bzw. des Gaswechselventils muss nur verhindert werden, dass das Ventilelement des Gaswechselventils aufgrund seines Gewichts sich aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position bewegen kann. Dies ist durch einen einfachen Reibschluss zuverlässig möglich. Ein solcher ist sehr preiswert und einfach realisierbar.
Dabei ist es möglich, dass die mit dem Kolben des Druckspeichers wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche und/oder die mit dem Ventilelement des Gaswechselventils wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche als Reibfläche(n) ausgebildet sind/ist. Hierdurch kann auf einfache Weise der Reibschluss und somit die mögliche Haltekraft verbessert werden.
Ferner kann die mit dem Kolben des Druckspeichers wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche mit der mit dem Ventilelement des Gaswechselventils wenigstens mittelbar verbundenen Kontaktfläche in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers im Formschluss zusammenarbeiten. Diese Ausbildung ist alternativ oder zusätzlich zu dem oben genannten Reibschluss möglich. Ein Formschluss ermöglicht eine noch sicherere Blockierung des Ventilelements in der gewünschten Position.
Bei einer derartigen besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gaswechseleinrichtung ist im Ventilschaft des Ventilelements des Gaswechselventils eine Ausnehmung vorhanden, in welche ein mit dem Kolben des Druckspeichers wenigstens mittelbar verbundener Eingreifabschnitt in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers eingreift. Ein solcher formschlüssiger Eingriff ist leicht und preiswert realisierbar. Dabei ist natürlich auch der umgekehrte Fall denkbar, dass nämlich eine Ausnehmung in einem mit dem Kolben verbundenen Teil sich auf eine am Ventilschaft des Ventilelements vorhandene Ausbuchtung bewegt. Außerdem sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Formschlussverbindung beispielsweise auch mit der Betätigungseinrichtung möglich ist, welche das Ventilelement beaufschlagt.
Dabei kann die Ausnehmung so angeordnet sein, dass das Gaswechselventil in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers in einer leicht geöffneten Stellung blockiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Start der Brennkraftmaschine erleichtert wird. Der Grund hierfür ist wiederum, dass der Starter der Brennkraftmaschine zunächst nur die. Trägheitsmomente der bewegten Teile überwinden und keine Sekundärarbeit leisten muss, da erst dann, wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, die für den Druckaufbau im Hydraulikkreislauf notwendige Kompressionsarbeit erbracht werden muss. Dabei ist natürlich darauf zu achten, dass die Position des Ventilelements, in der die Blockierung erfolgt, so gewählt ist, dass keine Kollisionsgefahr des Ventilelements mit dem sich im Brennraum der Brennkraftmaschine bewegenden Kolben und auch nicht mit den Ventilelementen anderer Gaswechselventile besteht.
Eine einfache Möglichkeit, die Bewegung des Kolbens zur Blockierung des Ventilelements zu verwenden, besteht darin, dass der Kolben des Druckspeichers mit einer Blockierstange verbunden ist, welche auf das Ventilelement des Gaswechselventils in dem in etwa drucklosen Zustand des Gaswechselventils arbeitet.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gaswechselventileinrichtung einer Brennkraftmaschine;
Figur 2: einen teilweisen Schnitt durch einen Bereich der Gaswechselventileinrichtung von Figur 1 mit einem Ventilelement und einem Druckspeicher;
Figur 3: einen teilweisen Schnitt durch ein Ventilelement und einen Druckspeicher eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Gaswechselventileinrichtung einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 trägt eine Gaswechselventileinrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Gaswechselventil, welches vorliegend als Einlassventil 12 einer Brennkraftmaschine 14 ausgebildet ist.
Das Einlassventil 12 wird von einem Hydraulikzylinder 16 betätigt. Dieser umfasst ein Gehäuse 18, in dem ein Kolben 20 mit einer Kolbenstange 22 gleitend geführt ist. Die Kolbenstange 22 ist durch das Gehäuse 18 hindurchgeführt und mit einem Ventilschaft 24 verbunden, der wiederum an ein tellerförmiges Ventilelement 26 angeformt ist. Ein Bereich der Oberfläche des Ventilschafts 24 ist als Reibfläche 25 ausgeführt (vgl. Fig. 2). In geschlossenem Zustand des Einlassventils 12 liegt das Ventilelement 26 dicht an einem Ventilsitz 28 im oberen Bereich eines Brennraums 30 der Brennkraftmaschine 14 an.
Die Gaswechselventileinrichtung 10 umfasst ferner einen Vorratsbehälter 34, aus dem Hydraulikfluid von einer Hochdruckpumpe 36 in eine Hochdruck-Hydraulikleitung 38 gefördert wird. Nach einem Rückschlagventil 40 verzweigt sich die Hochdruck-Hydraulikleitung 38 in einen Zweig 42, welcher direkt in einen in Figur 1 unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16 mündet (die Bezeichnungen "oben" und "unten" in dieser Beschreibung beziehen sich nur auf die Darstellungen in den Figuren; es versteht sich, dass die Teile der Gaswechselvorrichtung 10 in jeder beliebeigen Lage eingebaut werden können). Ein anderer Zweig 46 der Hochdruck-Hydraulikleitung 38 führt zu einem 2/2-Schaltventil 48, welches im stromlosen Zustand von einer Feder 50 in seine geschlossene Position gedrückt wird. Der Zweig 46 der Hochäruck-Hydraulikleitung 38 führt nach dem 2/2-Schaltventil 48 zu einem in Figur 1 oberen Arbeitsraum 52 des Hydraulikzylinders 16. Von dort führt eine Hochdruck-Hydraulikleitung 54 über ein weiteres 2/2-Schaltventil 56 und ein Rückschlagventil 58 zurück zum Vorratsbehälter 34. Das 2/2-Schaltventil 56 ist im stromlosen Zustand geöffnet.
An jener Stelle, an der sich die Hochdruck-Hydraulikleitung 38 in den Zweig 42 und den Zweig 46 verzweigt, mündet eine Stichleitung 60, welche mit einem Druckspeicher 62 verbunden ist. Der Druckspeicher 62 umfasst ein Gehäuse 64, in dem ein Kolben 66 verschieblich gehalten ist. Der Kolben 66 wird von einer Feder 68 in Richtung auf das Ende des Druckspeichers 62 beaufschlagt, welches mit der Stichleitung 60 verbunden ist. Die Steifigkeit und der Federweg der Feder 68 sind so gewählt, dass der Druckspeicher 62 als Schwingungsdämpfer für in den Hydraulikleitungen 38, 42, 46 und 54 auftretende Druckschwankungen arbeiten kann.
An das Gehäuse 18 des Hydraulikzylinders 16 ist ein Gehäuse 70 eines weiteren Druckspeichers 72 angeformt. Dessen Ausbildung ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich:
In dem Gehäuse 70 ist ein Hohlraum 74 ausgebildet, in dem ein Kolben 76 beweglich gehalten ist. Die äußere Mantelfläche des Kolbens 76 ist gegenüber der Innenwand des Hohlraums 74 über einen Dichtring 78 abgedichtet, der in einer Ringnut 80 in der äußeren Mantelfläche des Kolbens 76 liegt. Nach außen hin ist der Hohlraum 74 durch einen Deckel 82 verschlossen. Der Deckel 82 ist mit einer in der Figur nicht sichtbaren Ventilationsöffnung versehen. Zwischen Deckel 82 und Kolben 76 ist eine Spiralfeder 84 gespannt, welche den Kolben 76 in Figur 2 nach links beaufschlagt.
An den Kolben 76 ist eine Blockierstange 86 angeformt, die sich in dem in Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand des Druckspeichers 72 durch einen Durchlass 88 hindurch in einen Arbeitsraum 90 hineinerstreckt. Der Ventilschaft 24 des Ventilelements 26 des Einlassventils 12 erstreckt sich senkrecht zur Längsachse des Kolbens 76 und der Blockierstange 86 ebenfalls durch den Arbeitsraum 90 hindurch. Er ist gegenüber dem Arbeitsraum 90 durch Dichtringe 92 und 94 abgedichtet. Das dem Ventilschaft 24 zugewandte axiale Ende der Blockierstange 86 ist als Reibfläche 87. ausgebildet. Vom Arbeitsraum 90 führt eine Stichleitung 96 zum unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16.
Die Spiralfeder 84 des Druckspeichers 72 weist eine geringere Steifigkeit und einen größeren Federweg auf als die Feder 68 des Druckspeichers 62. Im Gegensatz zum Druckspeicher 62 arbeitet der Druckspeicher 72 daher nicht als Schwingungsdämfer, sondern als Notdruckspeicher, welcher, wie weiter unten im Detail ausgeführt ist, bei einem Druckabfall in den Hydraulikleitungen 38, 42, 46 und 54 ein Fluidvolumen bereitstellt, welches ausreicht, um das Ventilelement 26 des Einlassventils 12 in seine geschlossene Position zu bewegen.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Gaswechselventileinrichtung 10 arbeitet folgendermaßen:
Die Hochdruckpumpe 36 fördert Hydraulikfluid aus dem Vorratsbehälter 34 in die Hydraulikleitung 38 und von dort über die Zweigleitung 42 in den unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16. Wenn das Schaltventil 48 geöffent und das Schaltventil 56 geschlossen ist, wird auch der obere Arbeitsraum 52 des Hydraulikzylinders 60 durch Hydraulikfluid unter Druck gesetzt. Da die Angriffsfläche in axialer Richtung auf der Oberseite des Kolbens 20 des Hydraulikzylinders 16 größer ist als auf seiner Unterseite, wird in diesem Fall der Kolben 20 nach unten gedrückt und das Einlassventil 12 geöffnet.
Wird das Schaltventil 48 geschlossen und das Schaltventil 56 geöffnet, wird der obere Arbeitsraum 52 über die Zweigleitung 54 mit dem Umgebungsdruck verbunden, wodurch sich der Kolben 20 wieder nach oben bewegt und das Einlassventil 12 geschlossen wird. Auf diese Weise können sehr schnelle Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 12 erreicht werden, ohne dass eine mechanische Ansteuerung des Einlassventils 12 durch beispielsweise eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine 14 erforderlich ist.
Im Normalbetrieb, wenn die Hochdruckpumpe 36 Fluid in die Hydraulikleitung 38 fördert, wird der im unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16 herrschende Druck über die Stichleitung 96, den Arbeitsraum 90 und den Durchlass 88 bis in den Hohlraum 74 des Druckspeichers 72 übertragen. Die Steifigkeit der Spiralfeder 84 ist so gewählt, dass sie in diesem Fall aufgrund des im Hohlraum 74 herrschenden Druckes vom Kolben 76 zusammengedrückt werden kann, sodass der Kolben 76 sich nach rechts in die in Figur 2 gestrichelt dargestellte Position bewegt.
In dieser Position ist die Reibfläche 87 der Blockierstange 86 von der Reibfläche 25 am Ventilschaft 24 deutlich beabstandet. Somit können das Ventilelement 26 über den Ventilschaft 74 und die Kolbenstange 22 vom Kolben 20 des Hydraulikzylinders 16 frei bewegt werden. Da weder der Kolben 20 noch das Ventilelement 26 durch eine Feder in die eine oder andere Position gedrückt werden, ist für die Bewegung des Ventilelements 26 nur eine geringe hydraulische Kraft erforderlich.
Sinkt der Druck in den Hydraulikleitungen 38, 42, 46 und 54, weil beispielsweise die Brennkraftmaschine 14 ausgeschaltet wurde und daher die Hochdruckpumpe 36 nicht mehr fördert und weil eine Leckage im Hydraulikkreislauf vorliegt, dann sinkt in der Folge auch der Druck im Hohlraum 74 des Druckspeichers 72. Mit sinkendem Druck kann die Spiralfeder 84 den Kolben 76 des Druckspeichers 72 in Figur 2 nach links drücken. Das im Hohlraum 74 gespeicherte Hydraulikfluid wird daher durch den Durchlass 88, den Arbeitsraum 90 und die Stichleitung 96 in den unteren Arbeitsraum 44 gedrückt. Dort drückt das einströmende Hydraulikfluid wiederum den Kolben 20 des Hydraulikzylinders 16 nach oben.
Es sei daran erinnert, dass das Schaltventil 56 bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 14 stromlos geöffnet ist und daher der obere Arbeitsraum 52 des Hydraulikzylinders 16 drucklos ist. Hierdurch wird wiederum über die Kolbenstange 22 und den Ventilschaft 24 das Ventilelement 26 nach oben gegen den Ventilsitz 28 bewegt bzw. gedrückt, das Ventilelement 26 wird also letztlich durch die Arbeit des Kolbens 76 des Druckspeichers 72 in seine geschlossene Position gebracht.
Wenn der Druck im Hohlraum 74 bis auf Umgebungsdruck absinkt, der Druckspeicher 72 also drucklos ist, erreicht der Kolben 76 seine äußerste linke Position, welche dadurch definiert ist, dass die Reibfläche 87 auf dem vom Kolben 76 abgewandten Ende der Blockierstange 86 gegen die Reibfläche 25 auf dem Ventilschaft 24 des Ventilelements 26 drückt. Der Federweg der Spiralfeder 84 ist dabei so gewählt, dass auch in dieser Position des Kolbens 76 des Druckspeichers 72 die Spiralfeder 84 nicht vollständig entspannt ist, sie also noch eine Kraft auf den Kolben 76 ausübt.
Die Länge der Blockierstange 86 ist wiederum so gewählt, dass dann, wenn ihre Reibfläche 87 an der Reibfläche 25 des Ventilschafts 24 anliegt, der Kolben 76 noch nicht an der in Figur 2 linken Begrenzungswand des Hohlraums 74 in Anlage kommt. Die Reibfläche 87 der Blockierstange 86 wird also letztlich durch die Spiralfeder 84 gegen die Reibfläche 25 am Ventilschaft 24 gedrückt und hierdurch ein Reibschluss zwischen diesen beiden Elementen hergestellt.
Durch diesen Reibschluss wird verhindert, dass sich der Ventilschaft 24 in axialer Richtung bewegen kann. Dies wiederum bedeutet, dass das Ventilelement 26 in der geschlossenen Position blockiert ist. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Gaswechselventileinrichtung 10 ist also sichergestellt, dass im drucklosen Zustand des Systems das Ventilelement 26 in einer Position blockiert ist, in der das Einlassventil 12 geschlossen ist. Diese Blockierung wird bei der Gaswechselventileinrichtuna 10 ohne zusätzlich Bauteile, wie z.B. eine Notschließfeder, realisiert. Die Gaswechselventileinrichtung 10 ist daher einfach und preiswert herstellbar. Darüber hinaus ist der Kolben 20 des Hydraulikzylinders 16 vorspannungsfrei, was zur Folge hat, dass im normalen Betrieb der Gaswechselventileinrichtung 10 eine vergleichsweise geringe hydraulische Kraft erforderlich ist, um den Kolben 20 des Hydraulikzylinders 16 zu bewegen.
Nun wird auf Figur 3 Bezug genommen, in der ein Bereich eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Gaswechselventileinrichtung 10 dargestellt ist. Solche Teile, deren Funktion äquivalent ist zu den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Elementen, tragen die gleichen Bezugszeichen. Auf sie wird nicht nochmals im Detail eingegangen.
Im Unterschied zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei dem in Figur 3 dargestellten Ventilschaft 24 keine Reibfläche vorgesehen. Stattdessen ist in den Ventilschaft 24 eine umlaufende, v-förmige Ringnut 25 eingebracht. Analog hierzu ist auch an dem dem Ventilschaft 24 zugewandten Ende der Blockierstange 86 keine Reibfläche vorhanden, sondern dieses Ende weist eine Spitze 87 auf, deren Flanken die gleiche Schräge aufweisen wie die V-förmige Ringnut im Ventilschaft 24. Im drucklosen Zustand des Druckspeichers greift die Spitze 87 der Blockierstange 86 in die Ringnut 25 im Ventilschaft 24 ein und arretiert hierdurch das Ventilelement 26 in einer definierten Stellung.
Die axiale Position der Ringnut 25 im Ventilschaft 24 ist dabei so gewählt, dass dann, wenn die Spitze 87 der Blockierstange 86 in die Ringnut 25 im Ventilschaft 24 eingreift, das Einlassventil 12 nicht vollständig geschlossen, sondern leicht geöffnet ist. Dies bedeutet, dass das Ventilelement 26 vom Ventilsitz 28 abgehoben ist. Um zu vermeiden, dass das Ventilelement 26 mit dem sich im Brennraum 30 bewegenden Kolben (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 14 oder mit anderen Ventilelementen kollidiert, ist die Ringnut 25 im Ventilschaft 24 so positioniert, dass der Öffnungshub h des Ventilelements 26 ungefähr 0,5 bis 1,0 mm beträgt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Gaswechselventileinrichtung keinen seperaten Druckspeicher für die Schwingungsdämpfung. Statt dessen ist die Schwingungsdämpfungsfunktion in jenen Druckspeicher integriert, der das Ventilelement im drucklosen Zustand blockiert. Dies wird dadurch erreicht, dass die in diesem vorhandene Vorspanneinrichtung zweistufig arbeitet: In einem härteren Bereich der Vorspanneinrichtung stellt sie die Schwingungsdämpfungsfunktion bereit, in einem weicheren Bereich die Notdruck- und die Blockierfunktion. Möglich ist hierzu beispielsweise die Reihenschaltung zweier Federn mit unterschiedlicher Steifigkeit.

Claims

Gaswechselventileinrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hydraulikvorrichtung (15), die einen Fluidkreislauf (38, 42, 46, 54), mindestens einen mit dem Fluidkreislauf (38, 42, 46, 54) verbundenen Druckspeicher (62, 72) mit einem durch eine Einrichtung (68, 84) vorgespannten Kolben (66, 76), und eine steuerbare hydraulische Betätigungseinrichtung (16) umfasst, und mit einem Gaswechselventil (12), dessen Ventilelement (26) von der hydraulischen Betätigungseinrichtung (16) der Hydraulikvorrichtung betätigt wird, wobei der Druckspeicher (62, 72) so ausgebildet ist, dass er bei einem Abfall des Hydraulikdrucks im Fluidkreislauf (38, 42, 46, 54) noch ein so ausreichendes Fluidvolumen zur Verfügung stellen kann, dass die Betätigungseinrichtung (16) das Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung zu bringen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (62, 72) so angeordnet ist, dass sein Kolben (76) in einem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) das Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) in einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung wenigstens mittelbar blockiert.
Gaswechselventileinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (76) des Druckspeichers (72) in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) einen Ventilschaft (24) des Ventilelelements (26) des Gaswechselventils (12) wenigstens mittelbar beaufschlagt.
Gaswechselventileinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Kolben (76) des Druckspeichers (72) wenigstens mittelbar verbundende Kontaktfläche (87) und eine mit dem Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche (25) in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) im Reibschluss zusammenarbeiten.
Gaswechselventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kolben (76) des Druckspeichers (72) wenigstens mittelbar verbundende Kontaktfläche und/oder die mit dem Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche als Reibfläche(n) (25, 87) ausgebildet sind/ist.
Gaswechselventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kolben (76) des Druckspeichers (72) wenigstens mittelbar verbundende Kontaktfläche (87) und/oder die mit dem Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) wenigstens mittelbar verbundene Kontaktfläche (25) in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) im Formschluss zusammenarbeiten.
Gaswechselventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilschaft (24) des Ventilelements (26) des Gaswechselventils (12) eine Vertiefung (25) vorhanden und mit dem Kolben (76) wenigstens mittelbar ein Eingreifabschnitt (87) verbunden ist, welcher in die Vertiefung (25) in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) eingreift.
Gaswechselventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (25) so angeordnet ist, dass das Gaswechselventil (12) in dem in etwa drucklosen Zustand des Druckspeichers (72) in einer leicht geöffneten Stellung blockiert wird.
Gaswechselventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (76) des Druckspeichers (72) mit einer Blockierstange (86) verbunden ist, welche auf das Ventilelement (26) des Gaswechselventils (12) in dem in etwa drucklosen Zustand des Gaswechselventils (12) arbeitet.