EP1367231B1 - Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen - Google Patents

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EP1367231B1
EP1367231B1 EP03009499A EP03009499A EP1367231B1 EP 1367231 B1 EP1367231 B1 EP 1367231B1 EP 03009499 A EP03009499 A EP 03009499A EP 03009499 A EP03009499 A EP 03009499A EP 1367231 B1 EP1367231 B1 EP 1367231B1
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EP
European Patent Office
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control
valve
valve lift
hydraulic medium
hollow piston
Prior art date
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EP03009499A
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EP1367231A1 (de
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Dieter Maisch
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Hilite Germany GmbH
Original Assignee
Hydraulik Ring GmbH
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Publication date
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0005—Deactivating valves
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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L1/143—Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
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    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/2405—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the cylinder head and rocker arm
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    • F01L13/0031—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of tappet or pushrod length
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    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F01L13/0047—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction the movement of the valves resulting from the sum of the simultaneous actions of at least two cams, the cams being independently variable in phase in respect of each other

Definitions

  • the invention relates to a valve lift control for internal combustion engines of Motor vehicles according to the preamble of claim 1.
  • valve lift controls are valves of an internal combustion engine of Cars only so far open that for the respective power requirement of the engine, the corresponding amount of fuel in the combustion chamber is injected.
  • the control shaft acts on an actuating element in the form of a Levers acting on the valve stem. This mechanical control is susceptible to interference and does not allow precise adjustment of the valve lift.
  • EP-A-0 814 240 there is the Control device of two intermeshing reciprocating pistons, which together to limit a cavity to be connected to a hydraulic medium source.
  • the one hollow piston is axially immovable in the motor housing, however rotatably mounted about its axis.
  • staggered openings which can be closed by the inner hollow piston. He is with one arm of a two-armed rocker arm connected to the other Arm the shaft of an intake valve attacks.
  • the rocker arm is centered provided with a roller on which a cam of a camshaft is supported.
  • FR-A-2 724 975 It is also known (FR-A-2 724 975) for stroke control of an intake valve to steer a control unit at one end of a two-armed rocker arm.
  • the control unit can be vertical by a cam of a control shaft be moved to the pivot axis of the tilt bracket.
  • In a raised Position can be a standing under the pressure of a hydraulic medium Piston arranged in the control unit locking bolt partially against spring force in a housing-fixed locking opening move.
  • the control unit is thereby locked in an upper position in the housing, so that the camshaft on the tilt bracket of the intake valve over a larger Stroke can be adjusted.
  • the invention is based on the object, the generic Ventilhub tenuung form so that the valve in a structurally simple Can be set accurately and reliably.
  • the control device hydraulically operated.
  • the control device can easily with the necessary Hydraulic medium to be supplied.
  • the hub the valve can be adjusted easily and accurately.
  • FIG. 1 shows a cylinder head 1 of an internal combustion engine, in which, depending on the type of engine a different Number of combustion chambers and associated valves 2 is provided is.
  • a valve plate 3 has, closed with the one inlet opening 4 in the combustion chamber can be.
  • the valve plate 3 is seated at the end of a valve stem 5, against the force of at least one compression spring 6 in a Open position can be moved.
  • the valve stem 5 indicates his the valve plate 3 opposite end of a spring plate 7, on which one end of the compression spring 6 is supported. you the other end is supported on the cylinder head side.
  • valve plate 3 This will be the Valve plate 3 by the compression spring 6 in his in Fig. 1 shown Closed position pulled.
  • the projecting beyond the spring plate 7 end 8 the valve stem 5 is formed dome-shaped and lies in one pan-like receptacle 9 at the free end of an arm 10 of a He is being transposed to his two-armed rocker arm Swivel axis in a fork 12 position secured, the cylinder head 1 is provided.
  • the other arm 13 of the rocker arm 11 is located on a Adjusting cylinder 14, which in a bore 15 in the cylinder head. 1 is slidably mounted.
  • the actuating cylinder 14 takes a hollow piston 16, which bears against a cam 17 of a control shaft 18.
  • the hollow piston 16 receives at least one compression spring 19, which is with one end to a bottom 20 of the hollow piston 16 and with her other end on a bottom 21 of the adjusting cylinder 14 is supported.
  • the hollow piston 16 is always loaded by the compression spring 19 so that he with his bottom 20 on a cam 22 of the cam 17 of the Control shaft 18 is present.
  • the hollow piston 16 is sealed in the actuating cylinder 14 slidably guided. Since the hollow piston 16, the compression spring 19 receives, results in a very compact design.
  • the part 16 also be solid. Then, because of the compression spring 19, the between the end face of the part 16 and the bottom 21 of the adjusting cylinder 14 is given a greater length of the control device.
  • the actuating cylinder 14 is over part of its length by an annulus Surrounded 23, which is provided in the cylinder head 1 and in the a bore 24 opens.
  • the annular space 23 is replaced by a in Diameter extended portion of the bore 15 formed.
  • the actuating cylinder 14 has a small distance from its bottom 21 arranged in its cylinder wall 25 distributed over the circumference Passageways 26, preferably bores, over which the annulus 23 is connected to the interior 27 of the adjusting cylinder 14.
  • the two ends of the lever arms 10, 13 are in the direction of the Valve stem 5 and the actuating cylinder 14 angled.
  • On the other Side of the rocker arm 11 is provided with an increase 28, which is extends over most of the length of the rocker arm 11 and at a camshaft 29 abuts. With her, the rocker arm 11 in pivoted yet to be described manner to open the valve 2.
  • the rocker arm 11 is not fixed, but lies with the ends his arms 10, 13 on the valve stem 5 and the adjusting cylinder 14 at.
  • Fig. 1 shows the initial position of the valve lift control, in a Cam 30 of the camshaft 29 is not engaged with the rocker arm 11 is.
  • the control shaft 18 is rotated to a position in which a touch area 31 between the cam 22 and the bottom 20 of the Hollow piston 16 the largest distance to the axis 32 of the control shaft 18 has.
  • the valve 2 is closed.
  • the hollow piston 16 is spaced from the bottom 21 of the actuating cylinder 14, whose Holes 26, the annular space 23 with the interior 27 of the actuating cylinder 14 and with the interior 33 of the hollow piston 16 connect.
  • Fig. 4 shows the maximum valve lift. He is reached when the Camshaft 29 is rotated so far that the cam 30 in the direction of the rocker arm 11 protrudes furthest. In this position (FIG. 4) the rocker arm 11 is pivoted furthest counterclockwise, so that the valve stem 5 is moved furthest. The valve 2 has thus executed the largest stroke. The valve plate 3 is farthest from his valve seat.
  • the force of the compression spring 19 in the actuating cylinder 14 is significantly smaller than the force of the compression spring 6, with which the valve 2 is loaded.
  • the Force of the compression spring 19 is in any case so large that a safe Applying the adjusting cylinder 14 and the hollow piston 16 am Rocker arm 11 and the control cam 22 of the control shaft 18 ensures is.
  • the running clearance between the hollow piston 16 and the actuating cylinder 14th is so low that a sealing function is present.
  • the hydraulic medium therefore does not escape to the outside, so that leakage losses avoided or only negligibly small.
  • a lever 11 with the corresponding valve lift control provided on the control shaft
  • 18 can have several or just one tax path 22 lie.
  • valve lift can be changed. Of the Valve lift can be adjusted so that in the respective combustion chamber only as much fuel is injected as for the current one Power of the internal combustion engine is needed.
  • FIGS. 5 and 6 show the case that the hollow piston 16 from the axis 32 of the control shaft 18 the has the smallest distance.
  • the control shaft 18 is for this purpose from the position As shown in FIGS. 1 to 4 has been rotated clockwise until the Control shaft 5 has reached the position shown in FIGS. 5 and 6.
  • the Hollow piston 16 is located with its bottom 20 under the force of the compression spring 19 on the control cam 22 of the cam 17 of the control shaft 18 at.
  • the hollow piston 16 is pushed out so far from the adjusting cylinder 14, that the end face 35 of the hollow piston 16 in the area below the holes 26 in the cylinder wall 25 of the adjusting cylinder 14th lies.
  • the inner spaces 27, 33 of the adjusting cylinder 14 and the hollow piston 16 are thus connected to the annular space 23 and the bore 24.
  • the actuating cylinder 14 and the hollow piston 16 act in the described manner as a fixed bearing for the rocker arm 11. Due the large displacement of the actuating cylinder 14 is the rocker arm 11 in the clockwise direction very far. As a consequence, that by turning the camshaft 29, the valve 2 is not opened becomes. As shown in FIG. 6, the cam 30 of the camshaft 29 takes its maximum stroke position, without the rocker arm 11 is pivoted so is that the valve 2 is opened. By means of the control shaft 18 can Thus, a zero stroke of the valve 2 can be achieved.
  • Fig. 7 shows that the position of the camshaft 29 and control shaft 18th can be reversed.
  • the hollow piston 16 is located on the increase 28 of the rocker arm 11 under the force of the compression spring 19. With the bent end of his arm 13 of the rocker arm 11 is located on the camshaft 29 at.
  • the actuating cylinder 14 is located on the control cam 22 of the cam 17 of the Control shaft 18 on. It is rotated so that the actuating cylinder 14 the smallest distance from the axis 32 of the control shaft 18 has.
  • the End face 35 of the hollow piston 16 is spaced from the holes 26 in the cylinder wall 25 of the adjusting cylinder 14.
  • the holes 26, which closely adjacent to the previous embodiment are provided to the bottom of the adjusting cylinder 14, thus not closed by the hollow piston 16.
  • the hydraulic medium can from the bore 24 into the annular space 23 and from there via the holes 26 in the interiors 27 and 33 of the adjusting cylinder 14th and the hollow piston 16 arrive.
  • This position of the hollow piston 16 is corresponding to the previous Embodiment already achieved when the cam 30 of the Camshaft 29 is not yet in its maximum Verstellage, in which the cam 30, based on the position shown in FIG. 7, is located on the diametrically opposite side of the camshaft 29.
  • the rocker arm 11 during further rotation of the camshaft 29 tilted counterclockwise, causing the valve stem 5 displaced against the force of the compression spring 6 and thus the valve 2 is opened.
  • valve 2 closes again, by the valve stem 5 via the spring plate 7 of the compression spring 6 is pushed back.
  • the rocker arm 11 is in this case in a clockwise direction tilted.
  • the Cam 30 of the camshaft 29 again in such a position that the Compression spring 19 the hollow piston 16 pushes back while the rocker arm 11 leads back to the starting position according to FIG. 7.
  • the holes 26 releases in the actuating cylinder 14, the Hydraulic medium sucked from the bore 24.
  • the control shaft 18 turned. Depending on the rotational position of the control shaft 18 and its cam 17, the stroke of the valve 2 is variably changed. This will achieve that the fuel only in such an amount in the combustion chamber of the internal combustion engine is sprayed, as for the respective Power of the internal combustion engine is necessary.
  • the hydraulic medium used for the operation of the control device 14, 16 is necessary, can also be in a preloaded memory are located. Are the hollow piston 16, the holes 26 in the actuating cylinder 14 free, the hydraulic medium from the preloaded memory. sucked. Conversely, the hydraulic medium can shrink when zooming of the interior 27, 33 of the control device 14, 16 in the memory be displaced.
  • the circuit of the hydraulic medium with the preloaded memory can be self-contained. But it is also possible, the preloaded memory via a check valve with the engine oil circuit to connect and feed about him. This will in particular achieved a leakage compensation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Mit Ventilhubsteuerungen werden Ventile eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen nur so weit geöffnet, daß für den jeweiligen Leistungsbedarf des Motors die entsprechende Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Die Steuerwelle wirkt auf ein Stellelement in Form eines Hebels, der auf den Ventilschaft wirkt. Dieses mechanische Steuerelement ist störanfällig und erlaubt keine genaue Einstellung des Ventilhubes.
Beim gattungsbildenden Stand der Technik (EP-A-0 814 240) besteht die Steuereinrichtung aus zwei ineinandergreifenden Hubkolben, die zusammen einen mit einer Hydraulikmediumquelle zu verbindenden Hohlraum begrenzen. Der eine Hohlkolben ist im Motorgehäuse axial unverschieblich, jedoch um seine Achse drehbar gelagert. In der Wandung des Hohlkolbens befinden sich in Umfangs- und in Längsrichtung gegeneinander versetzte Öffnungen, die durch den inneren Hohlkolben verschlossen werden können. Er ist mit dem einen Arm eines zweiarmigen Kipphebels verbunden, an dessen anderem Arm der Schaft eines Einlaßventiles angreift. Der Kipphebel ist mittig mit einer Rolle versehen, an der sich eine Nocke einer Nockenwelle abstützt. Durch Drehen der Nockenwelle wird über den Kipphebel der innere Hohlkolben gegen die Kraft einer im Hohlraum befindlichen Druckfeder verschoben. Das in diesem Hohlraum befindliche Hydraulikmedium wird über einen Kanal, der mit einer der Öffnungen im äußeren Hohlkolben verbunden ist, verdrängt. Sobald diese Öffnung durch den inneren Hohlkolben abgeschlossen ist, kann das Hydraulikmedium aus dem Hohlraum der Steuereinrichtung nicht mehr verdrängt werden. Die Steuereinrichtung bildet dann eine Abstützung für den Kipphebel, der beim weiteren Drehen der Nockenwelle durch deren Nocken so geschwenkt wird, daß das Ventil geöffnet wird. Die Eintauchtiefe des inneren Hohlkolbens in den äußeren Hohlkolben kann dadurch verändert werden, daß der äußere Hohlkolben mittels zweier Zahnstangentriebe um seine Achse gedreht wird. Da die Öffnungen im Mantel des äußeren Hohlkolbens in Längs- und in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegen, kommt beim Drehen des äußeren Hohlkolbens eine axial höher oder tiefer liegende Öffnung mit dem Kanal in Verbindung. Dementsprechend muß der innere Hohlkolben weiter oder weniger weit zum äußeren Hohlkolben verschoben werden, um die Öffnungen zu verschließen. Somit kann der Hub des Ventils verändert werden. Die Zangenstangengetriebe mit den Zahnstangen und den am Umfang des äußeren Hohlkolbens befindlichen Zähnen erfordern eine aufwendige und genaue Herstellung und Montage. Für die in ihrer Längsrichtung verschieblichen Zahnstangen ist außerdem ein entsprechend langer Einbauraum erforderlich.
Es ist bekannt (JP-A-59-201911), ein Saugventil mittels eines Nockens einer Steuerwelle in eine Arbeits- und eine Ruhestellung zu bringen. Der Nocken der Steuerwelle liegt an einem Kolben an, der mit einem Konusteil zusammenwirkt, um einen Kippbügel zu blockieren oder freizugeben.
Es ist ferner bekannt (FR-A-2 724 975), zur Hubsteuerung eines Einlaßventiles eine Steuereinheit an einem Ende eines zweiarmigen Kipphebels anzulenken. Die Steuereinheit kann durch einen Nocken einer Steuerwelle senkrecht zur Schwenkachse des Kippbügels verschoben werden. In einer angehobenen Stellung kann ein unter dem Druck eines Hydraulikmediums stehender Kolben einen in der Steuereinheit angeordneten Verriegelungsbolzen gegen Federkraft teilweise in eine gehäusefeste Sperröffnung verschieben. Die Steuereinheit ist dadurch in einer oberen Lage im Gehäuse arretiert, so daß die Nockenwelle über den Kippbügel des Einlaßventils über einen größeren Hubweg verstellt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ventilhubsteuerung so auszubilden, daß der Ventilhub in konstruktiv einfacher Weise genau und zuverlässig eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Ventilhubsteuerung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung wird die Steuereinrichtung hydraulisch betätigt. Da das Hydraulikmedium in einem Kraftfahrzeug ohnehin vorhanden ist, kann die Steuereinrichtung einfach mit dem notwendigen Hydraulikmedium versorgt werden. Mit der Steuereinrichtung kann der Hub des Ventiles einfach und genau eingestellt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis Fig. 6
verschiedene Stellungen einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung bei oben liegender Nockenwelle,
Fig. 7
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung bei unten liegender Nockenwelle.
Mit der im folgenden beschriebenen Ventilhubsteuerung kann der Hub von Ventilen in Verbrennungsmotoren vorzugsweise variabel verändert werden. Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 1 eines Verbrennungsmotors, in dem je nach Art des Motors eine unterschiedliche Zahl von Verbrennungsräumen und zugehörigen Ventilen 2 vorgesehen ist. In Fig. 1 ist eines dieser Ventile 2 dargestellt, das einen Ventilteller 3 hat, mit dem eine Einlaßöffnung 4 in den Brennraum geschlossen werden kann. Der Ventilteller 3 sitzt am Ende eines Ventilschaftes 5, der gegen die Kraft wenigstens einer Druckfeder 6 in eine Offenstellung verschoben werden kann. Der Ventilschaft 5 weist an seinem dem Ventilteller 3 gegenüberliegenden Ende einen Federteller 7 auf, an dem sich das eine Ende der Druckfeder 6 abstützt. Ihr anderes Ende ist zylinderkopfseitig abgestützt. Dadurch wird der Ventilteller 3 durch die Druckfeder 6 in seine in Fig. 1 dargestellte Schließstellung gezogen. Das über den Federteller 7 ragende Ende 8 des Ventilschaftes 5 ist kalottenförmig ausgebildet und liegt in einer pfannenartigen Aufnahme 9 am freien Ende eines Armes 10 eines zweiarmigen Kipphebels 11. Er wird quer zu seiner gedachten Schwenkachse in einer Gabel 12 lagegesichert, die am Zylinderkopf 1 vorgesehen ist. Der andere Arm 13 des Kipphebels 11 liegt auf einem Stellzylinder 14 auf, der in einer Bohrung 15 im Zylinderkopf 1 verschiebbar gelagert ist. Der Stellzylinder 14 nimmt einen Hohlkolben 16 auf, der an einem Nocken 17 einer Steuerwelle 18 anliegt. Der Hohlkolben 16 nimmt wenigstens eine Druckfeder 19 auf, die sich mit einem Ende an einem Boden 20 des Hohlkolbens 16 und mit ihrem anderen Ende an einem Boden 21 des Stellzylinders 14 abstützt. Der Hohlkolben 16 ist durch die Druckfeder 19 stets so belastet, daß er mit seinem Boden 20 an einer Steuerkurve 22 des Nockens 17 der Steuerwelle 18 anliegt. Der Hohlkolben 16 ist abgedichtet im Stellzylinder 14 verschiebbar geführt. Da der Hohlkolben 16 die Druckfeder 19 aufnimmt, ergibt sich eine sehr kompakte Bauform.
Wenn genügend Einbauraum zur Verfügung steht, kann das Teil 16 auch massiv ausgebildet sein. Dann ist wegen der Druckfeder 19, die zwischen der Stirnseite des Teiles 16 und dem Boden 21 des Stellzylinders 14 liegt, eine größere Baulänge der Steuereinrichtung gegeben.
Der Stellzylinder 14 ist über einen Teil seiner Länge von einem Ringraum 23 umgeben, der im Zylinderkopf 1 vorgesehen ist und in den eine Bohrung 24 mündet. Der Ringraum 23 wird durch einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt der Bohrung 15 gebildet.
Der Stellzylinder 14 weist mit geringem Abstand von seinem Boden 21 in seiner Zylinderwand 25 über den Umfang verteilt angeordnete Durchlässe 26, vorzugsweise Bohrungen, auf, über die der Ringraum 23 mit dem Innenraum 27 des Stellzylinders 14 verbunden ist.
Die beiden Enden der Hebelarme 10, 13 sind in Richtung auf den Ventilschaft 5 bzw. den Stellzylinder 14 abgewinkelt. Auf der anderen Seite ist der Kipphebel 11 mit einer Erhöhung 28 versehen, die sich über den größten Teil der Länge des Kipphebels 11 erstreckt und an dem eine Nockenwelle 29 anliegt. Mit ihr wird der Kipphebel 11 in noch zu beschreibender Weise geschwenkt, um das Ventil 2 zu öffnen.
Der Kipphebel 11 ist nicht fest gelagert, sondern liegt mit den Enden seiner Arme 10, 13 am Ventilschaft 5 bzw. am Stellzylinder 14 an.
Fig. 1 zeigt die Ausgangsstellung der Ventilhubsteuerung, in der ein Nocken 30 der Nockenwelle 29 nicht in Eingriff mit dem Kipphebel 11 ist. Die Steuerwelle 18 ist in eine Stellung gedreht, in welcher ein Berührbereich 31 zwischen der Steuerkurve 22 und dem Boden 20 des Hohlkolbens 16 den größten Abstand zur Achse 32 der Steuerwelle 18 hat. In dieser Stellung ist das Ventil 2 geschlossen. Der Hohlkolben 16 hat Abstand vom Boden 21 des Stellzylinders 14, dessen Bohrungen 26 den Ringraum 23 mit dem Innenraum 27 des Stellzylinders 14 sowie mit dem Innenraum 33 des Hohlkolbens 16 verbinden. Wird die Nockenwelle 29 in Pfeilrichtung 34 (Fig. 2) gedreht, gelangt der Nocken 30 im Bereich des Armes 13 auf den Kipphebel 11. Er wird darum im Uhrzeigersinn geschwenkt, wodurch der Stellzylinder 14 gegen die Kraft der Druckfeder 19 verschoben wird. Da die Steuerwelle 18 nicht gedreht wird, stützt sich der Hohlkolben 16 an der Steuerkurve 22 des Nockens 17 der Steuerwelle 18 ab. Der Stellzylinder 14 wird so weit auf dem Hohlkolben 16 verschoben, daß die Bohrungen 26 in der Zylinderwand 25 des Stellzylinders 14 durch den Hohlkolben 16 geschlossen werden. Dadurch wird die Verbindung zwischen den Innenräumen 27, 33 des Stellzylinders 14 und des Hohlkolbens 16 gegenüber dem Ringraum 23 geschlossen. Das in den beiden Innenräumen 27, 33 befindliche Hydraulikmedium wird dadurch eingeschlossen, so daß der Stellzylinder 14 nicht mehr gegenüber dem Hohlkolben 16 verschoben werden kann. Solange die Bohrungen 26 des Stellzylinders 14 noch nicht verschlossen sind, wird beim Verschieben des Stellzylinders 14 das Hydraulikmedium aus den Innenräumen 27, 33 über die Bohrungen 26 und den Ringraum 23 zurück in die Bohrung 24 und damit in den Hydraulikmediumkreislauf verdrängt. Sobald die Bohrungen 26 durch den Hohlkolben 16 verschlossen sind, wirken der Stellzylinder 14 und der Hohlkolben 16 als Festlager für den Kipphebel 11. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich der Nocken 30 zu diesem Zeitpunkt im Bereich des Armes 13 des Kipphebels 11. Das Ventil 2 nimmt zu diesem Zeitpunkt noch seine Schließstellung ein, da der Kipphebel 11 bei der beschriebenen Kippbewegung lediglich auf dem kalottenförmigen Ende 8 des Ventilschaftes 5 schwenkt.
Wird die Nockenwelle 29 aus der Stellung gemäß Fig. 2 weiter in Drehrichtung 34 gedreht (Fig. 3), schwenkt nunmehr der Kipphebel 11 entgegen dem Uhrzeigersinn, da der Arm 13 des Kipphebels 11 auf dem Stellzylinder 14, der als Festlager dient, abgestützt wird. Der Ventilschaft 5 wird somit gegen die Kraft der Druckfeder 6 verschoben, wodurch der Ventilteller 3 vom Ventilsitz abhebt und die Einlaßöffnung 4 in den Verbrennungsraum öffnet.
Fig. 4 zeigt den maximalen Ventilhub. Er ist dann erreicht, wenn die Nockenwelle 29 so weit gedreht ist, daß die Nocke 30 in Richtung auf den Kipphebel 11 am weitesten vorsteht. In dieser Stellung (Fig. 4) ist der Kipphebel 11 entgegen dem Uhrzeigersinn am weitesten geschwenkt, so daß der Ventilschaft 5 am weitesten verschoben ist. Das Ventil 2 hat somit den größten Hub ausgeführt. Der Ventilteller 3 ist am weitesten von seinem Ventilsitz entfernt.
Wenn die Nockenwelle 29 weiter in Richtung 34 gedreht wird, wird der Kipphebel 11 vom Ventilschaft 5 im Uhrzeigersinn zurückgeschwenkt. Über den Federteller 7 wird der Ventilschaft 5 durch die Druckfeder 6 zurückgeschoben, wodurch der Kipphebel 11 in entsprechendem Maße geschwenkt wird. Die Nockenwelle 29 und der Kipphebel 11 gelangen schließlich wieder in die Stellung gemäß Fig. 1, in der das Ventil 2 die Einlaßöffnung 4 in den Verbrennungsraum schließt. Sobald das Ventil 2 geschlossen ist, wird der Stellzylinder 14 entlastet, so daß er unter der Kraft der Druckfeder 19 gegenüber dem Hohlkolben 16 zurückgeschoben wird. Sobald der Hohlkolben 16 die Bohrungen 26 in der Zylinderwand 25 des Stellzylinders 14 freigibt, kann das Hydraulikmedium über die Bohrung 24 und den Ringraum 23 in die Innenräume 27, 33 des Stellzylinders 14 und des Hohlkolbens 16 zurückströmen. Da sich der Federraum zwischen dem Stellzylinder 14 und dem Hohlkolben 16 hierbei vergrößert, wird das Hydraulikmedium aus der Bohrung 24 angesaugt.
Aufgrund des beschriebenen Aufbaus wird gleichzeitig auch ein Ventilspielausgleich erreicht, so daß die Ventile zuverlässig geöffnet und geschlossen werden.
Die Kraft der Druckfeder 19 im Stellzylinder 14 ist deutlich kleiner als die Kraft der Druckfeder 6, mit der das Ventil 2 belastet wird. Die Kraft der Druckfeder 19 ist aber auf jeden Fall so groß, daß ein sicheres Anlegen des Stellzylinders 14 und des Hohlkolbens 16 am Kipphebel 11 bzw. an der Steuerkurve 22 der Steuerwelle 18 gewährleistet ist.
Das Laufspiel zwischen dem Hohlkolben 16 und dem Stellzylinder 14 ist so gering, daß eine Dichtfunktion vorliegt. Das Hydraulikmedium gelangt darum nicht nach außen, so daß Leckageverluste vermieden oder nur vernachlässigbar klein sind.
Für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors ist ein Hebel 11 mit der entsprechenden Ventilhubsteuerung vorgesehen. Auf der Steuerwelle 18 können je nach Steuerstrategie mehrere oder auch nur eine Steuerbahn 22 liegen.
Mit der Steuerwelle 18 kann der Ventilhub verändert werden. Der Ventilhub kann so eingestellt werden, daß in den jeweiligen Brennraum nur so viel Kraftstoff eingespritzt wird, wie für die augenblickliche Leistung des Verbrennungsmotors benötigt wird.
Durch Verdrehen der Steuerwelle 18 kann der Abstand des Hohlkolbens 16 von der Achse 32 der Steuerwelle 18 verändert werden, je nach Drehlage der Steuerwelle. In den Fig. 1 bis 4 ist die Steuerwelle 18 so gedreht, daß der Hohlkolben 16 den größten Abstand von der Achse 32 der Steuerwelle 18 hat. Die Fig. 5 und 6 zeigen den Fall, daß der Hohlkolben 16 von der Achse 32 der Steuerwelle 18 den kleinsten Abstand hat. Die Steuerwelle 18 ist hierzu aus der Stellung gemäß den Fig. 1 bis 4 im Uhrzeigersinn gedreht worden, bis die Steuerwelle 5 die Lage gemäß den Fig. 5 und 6 erreicht hat. Der Hohlkolben 16 liegt mit seinem Boden 20 unter der Kraft der Druckfeder 19 an der Steuerkurve 22 des Nockens 17 der Steuerwelle 18 an. Der Hohlkolben 16 ist so weit aus dem Stellzylinder 14 herausgeschoben, daß die Stirnseite 35 des Hohlkolbens 16 im Bereich unterhalb der Bohrungen 26 in der Zylinderwand 25 des Stellzylinders 14 liegt. Die Innenräume 27, 33 des Stellzylinders 14 und des Hohlkolbens 16 sind somit mit dem Ringraum 23 und der Bohrung 24 verbunden.
Wird die Nockenwelle 29 in Richtung 34 gedreht, dann wird der Kipphebel 11 in der anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Weise im Uhrzeigersinn so gekippt, daß der Stellzylinder 14 gegenüber dem Hohlkolben 16 gegen die Kraft der Druckfeder 19 verschoben wird. Der Hohlkolben 16 stützt sich auf der Steuerkurve 22 der Steuerwelle 18 ab. Da die Steuerwelle 18 so gedreht ist, daß der Abstand zwischen dem Hohlkolben 16 und der Achse 32 der Steuerwelle 18 minimal ist, wird der Stellzylinder 14 im Vergleich zur Lage der Steuerwelle gemäß den Fig. 1 bis 4 wesentlich weiter verschoben, bis die Bohrungen 26 des Stellzylinders 14 durch den Hohlkolben 16 geschlossen sind. Dann wirken der Stellzylinder 14 und der Hohlkolben 16 in der beschriebenen Weise als Festlager für den Kipphebel 11. Aufgrund des großen Verschiebeweges des Stellzylinders 14 wird der Kipphebel 11 im Uhrzeigersinn sehr weit geschwenkt. Dies hat zur Folge, daß durch Drehen der Nockenwelle 29 das Ventil 2 gar nicht geöffnet wird. Wie Fig. 6 zeigt, nimmt der Nocken 30 der Nockenwelle 29 seine maximale Hublage ein, ohne daß der Kipphebel 11 so geschwenkt wird, daß das Ventil 2 geöffnet wird. Mittels der Steuerwelle 18 kann somit auch ein Nullhub des Ventils 2 erreicht werden.
Je nach Drehlage der Steuerwelle 18 kann der Hub des Ventiles 2 zwischen dem Maximalhub (Fig. 1 bis 4) und dem Nullhub (Fig. 5 und 6) eingestellt werden. Wenn die Steuerwelle 18 Zwischenstellungen zwischen der Maximalstellung (Fig. 1 bis 4) und der Minimalstellung (Fig. 5 und 6) einnimmt, kann der Hub des Ventils 2 zwischen dem Maximalhub gemäß den Fig. 1 bis 4 und dem Nullhub gemäß den Fig. 5 und 6 stufenlos eingestellt werden. Dadurch kann in sehr einfacher Weise genau die Menge an Kraftstoff eingestellt werden, die für den jeweiligen Leistungsbedarf des Verbrennungsmotors in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.
Fig. 7 zeigt, daß die Lage von Nockenwelle 29 und Steuerwelle 18 vertauscht werden kann. An der Funktionsweise der Ventilhubsteuerung ändert sich dadurch nichts. Der Hohlkolben 16 liegt auf der Erhöhung 28 des Kipphebels 11 unter der Kraft der Druckfeder 19 auf. Mit dem abgebogenen Ende seines Armes 13 liegt der Kipphebel 11 an der Nockenwelle 29 an.
Der Stellzylinder 14 liegt an der Steuerkurve 22 des Nockens 17 der Steuerwelle 18 an. Sie ist so gedreht, daß der Stellzylinder 14 den kleinsten Abstand von der Achse 32 der Steuerwelle 18 hat. Die Stirnseite 35 des Hohlkolbens 16 liegt mit Abstand von den Bohrungen 26 in der Zylinderwand 25 des Stellzylinders 14. Die Bohrungen 26, die entsprechend der vorhergehenden Ausführungsform nahe benachbart zum Boden des Stellzylinders 14 vorgesehen sind, sind somit durch den Hohlkolben 16 nicht geschlossen. Das Hydraulikmedium kann aus der Bohrung 24 in den Ringraum 23 und von dort über die Bohrungen 26 in die Innenräume 27 und 33 des Stellzylinders 14 und des Hohlkolbens 16 gelangen.
Wenn die Nockenwelle 29 dreht, wird der Kipphebel 11 durch ihren Nocken 30 zunächst entgegen dem Uhrzeigersinn gekippt, wobei sich der Kipphebel 11 mit seinem Arm 10 auf der Stirnseite des Ventilschaftes 5 abstützt. Da die Kraft der Druckfeder 6 größer ist als die Kraft der Druckfeder 19, wird beim Kippen des Kipphebels 11 durch den Nocken 30 der Ventilschaft 5 noch nicht verschoben, so daß das Ventil 2 während des Kippvorganges nicht geöffnet wird. Der Hohlkolben 16 wird gegen die Kraft der Druckfeder 19 verschoben, während sich der Stellzylinder 14 an der Steuerkurve 22 der Steuerwelle 18 abstützt. Beim Verschieben des Hohlkolbens 16 wird der Innenraum 27, 33 verkleinert. Das darin befindliche Hydraulikmedium wird über die Bohrungen 26 des Stellzylinders 14 und den Ringraum 23 in die Bohrung 24 zurück in den Motorhydraulikraum verdrängt. Sobald der Hohlkolben 16 die Bohrungen 26 verschließt, bilden der Stellzylinder 14 und der Hohlkolben 16 ein Festlager für den Kipphebel 11.
Diese Stellung des Hohlkolbens 16 wird entsprechend der vorigen Ausführungsform schon dann erreicht, wenn sich der Nocken 30 der Nockenwelle 29 noch nicht in seiner maximalen Verstellage befindet, in der sich der Nocken 30, bezogen auf die Stellung gemäß Fig. 7, auf der diametral gegenüberliegenden Seite der Nockenwelle 29 befindet. Dadurch wird der Kipphebel 11 beim Weiterdrehen der Nokkenwelle 29 entgegen dem Uhrzeigersinn gekippt, wodurch der Ventilschaft 5 gegen die Kraft der Druckfeder 6 verschoben und damit das Ventil 2 geöffnet wird.
Beim weiteren Drehen der Nockenwelle 29 schließt das Ventil 2 wieder, indem der Ventilschaft 5 über den Federteller 7 von der Druckfeder 6 zurückgeschoben wird. Der Kipphebel 11 wird hierbei im Uhrzeigersinn gekippt. Sobald das Ventil 2 geschlossen ist, gelangt der Nocken 30 der Nockenwelle 29 wieder in eine solche Lage, daß die Druckfeder 19 den Hohlkolben 16 zurückschiebt und dabei den Kipphebel 11 in die Ausgangslage gemäß Fig. 7 zurückführt. Sobald der Hohlkolben 16 die Bohrungen 26 im Stellzylinder 14 freigibt, wird das Hydraulikmedium aus der Bohrung 24 angesaugt.
Um den Hub des Ventiles 2 zu verändern, wird die Steuerwelle 18 gedreht. Je nach Drehstellung der Steuerwelle 18 bzw. ihres Nockens 17 wird der Hub des Ventiles 2 variabel verändert. Dadurch wird erreicht, daß der Kraftstoff nur in einer solchen Menge in den Brennraum des Verbrennungsmotors gespritzt wird, wie für die jeweilige Leistung des Verbrennungsmotors notwendig ist.
Das Hydraulikmedium, das für den Betrieb der Steuereinrichtung 14, 16 notwendig ist, kann sich auch in einem vorgespannten Speicher befinden. Gibt der Hohlkolben 16 die Bohrungen 26 im Stellzylinder 14 frei, wird das Hydraulikmedium aus dem vorgespannten Speicher . angesaugt. Umgekehrt kann das Hydraulikmedium beim Verkleinern des Innenraumes 27, 33 der Steuereinrichtung 14, 16 in den Speicher verdrängt werden.
Der Kreislauf des Hydraulikmediums mit dem vorgespannten Speicher kann in sich geschlossen sein. Es ist aber auch möglich, den vorgespannten Speicher über ein Rückschlagventil mit dem Motorölkreislauf zu verbinden und über ihn zu speisen. Dadurch wird insbesondere ein Leckageausgleich erreicht.

Claims (11)

  1. Ventilsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer zur Einstellung des Hubes von Ventilen (2) vorgesehenen Steuereinrichtung (14, 16), mit der wenigstens eine Nockenwelle (29) und mindestens ein Steuerteil (18) zusammenwirken, wobei die Steuereinrichtung (14, 16) durch Hydraulikmedium betätigbar ist und zwei relativ zueinander gegen die Kraft wenigstens eines Federelementes (19) verschiebbare und bewegbare Steuerelemente (14 und 16) aufweist, deren eines Steuerelement (14) hülsenförmig ausgebildet ist, das das andere Steuerelement (16) aufnimmt, das als Hohlkolben ausgebildet ist, und die beiden Steuerelemente (14 und 16) einen gemeinsamen, mit einer Hydraulikmedium-Quelle verbindbaren Hohlraum (27, 33) begrenzen, in dem sich Hydraulikmedium befindet, wobei das eine Steuerelement (14) wenigstens eine Verbindung (26) aufweist, über die das Hydraulikmedium in und aus dem Hohlraum (27, 33) gelangen kann und die durch das andere Steuerelement (16) verschließbar ist, wobei das eine Steuerelement (14) an einem auf einem Ventilschaft (5) des Ventils (2) wirkenden, vorzugsweise zweiarmigen Kipphebel (11) abgestützt ist und das andere Steuerelement (16) mit dem Steuerteil (18) zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (18) eine Steuerwelle mit einem Nocken (17) ist, an deren Steuerkurve (22) das andere Steuerelement (16) unter der Kraft des Federelementes (19) mit seinem Boden (20) stetig anliegt.
  2. Ventilhubsteuerung, insbesondere nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (11) schwimmend gelagert ist.
  3. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das eine Steuerelement (14) an einem Hebelarm (13) und der Ventilschaft (5) am anderen Hebelarm (10) des Kipphebels (11) angreift.
  4. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (5) mit einem kalottenförmigen Ende (8) in eine gelenkpfannenartige Aufnahme (9) des Kipphebels (11) eingreift.
  5. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (29) am Kipphebel (11) etwa in dessen halber Länge angreift.
  6. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (29) am einen Hebelarm (13) des Kipphebels (11) und das andere Steuerelement (16) etwa in dessen halber Länge angreift.
  7. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (14, 16) bei verschlossener Verbindung (26) des einen Steuerelementes (14) ein Festlager für den Kipphebel (11) bildet.
  8. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerelemente (14, 16) durch die Nockenwelle (29) relativ zueinander verstellbar sind.
  9. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Feder (19) der beiden Steuerelemente (14, 16) kleiner ist als die Kraft einer das Ventil (2) in die Schließstellung belastenden Feder (6).
  10. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium dem Motorölkreislauf entnehmbar ist.
  11. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium einem Speicher entnehmbar ist, der vorteilhaft in einem eigenen Hydraulikmedium-Kreislauf liegt und vorzugsweise über ein Rückschlagventil an den Motorölkreislauf angeschlossen ist und vom Motorölkreislauf gespeist wird.
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