Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht, aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 AI) weist als Aktor oder Aktuator oder Ventilsteller einen doppeltwirkendenf hydraulischen Arbeitszylinder auf, in dem ein Stellkolben axial verschieblich geführt ist, der mit dem Ventilschaft des im Verbrennungszylinder integrierten Gaswechselventils fest verbunden ist oder dessen ventilschließkörperfernes Ende selbst bildet. Der Stellkolben begrenzt im Arbeitszylinder mit seinen beiden voneinander abgekehrten Stirnseiten eine erste und zweite Druckkammer. Während die erste Druckkammer, über welche eine Kolbenverschiebung in Richtung Ventilschließen bewirkt wird.
ständig mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt ist, wird die zweite Druckkammer, über welche eine Kolbenverschiebung in Richtung Ventilöffnen bewirkt wird, mit Hilfe von Steuerventilen, vorzugsweise 2/2-
Wegemagnetventilen, gezielt mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt oder wieder auf annähernd Umgebungsdruck entlastet. Das unter Druck stehende Fluid wird von einer geregelten Druckversorgung geliefert. Von den Steuerventilen verbindet ein erstes Steuerventil die zweite Druckkammer mit der Druckversorgung und ein zweites Steuerventil die zweite Druckka mer mit einer in einem Fluidreservoir mündenden Entlastungsleitung. Im Schließzustand des Gaswechselventils ist die zweite Druckkammer durch das geschlossene erste Steuerventil von der Druckversorgung getrennt und durch das geöffnete zweite Steuerventil mit der Entlastungsleitung verbunden, so daß der Stellkolben durch den in der ersten Druckkammer herrschenden Fluiddruck in seine Schließstellung überführt ist. Zum öffnen des Gaswechselventils werden die Steuerventile umgeschaltet, wodurch die zweite Druckkammer von der Entlastungsleitung abgesperrt und an die Druckversorgung angeschlossen wird. Das Gaswechselventil öffnet, da die Kolbenfläche des Stellkolbens in der zweiten Druckkammer größer ist als die Wirkfläche des Stellkolbens in der ersten Druckkammer, wobei die Größe des Öffnungshubs von der Ausbildung des an das erste Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Druckversorgung eingesteuerten Fluiddruck abhängt. Zum Schließen des Gaswechselventils schalten die Steuerventile wieder um. Dadurch liegt die gegenüber der Druckversorgung abgesperrte zweite Druckkammer an der Entlastungsleitung, und der in der ersten Druckkammer
herrschende Fluiddruck führt den Stellkolben in dessen Ventilschließstellung zurück, so daß von dem Stellkolben das Gaswechselventil geschlossen wird.
Bei einer solchen Vorrichtung besteht die Forderung nach einem schnellen Schließen des Gaswechselventils und gleichzeitig nach einer geringen Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers auf dem Ventilsitz, die aus Geräuschund Verschleißgründen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß das Ventilglied beim Schließhub vor Erreichen seiner Schließstellung sehr stark abgebremst wird und dabei die Bremswirkung unabhängig von der Temperatur und der damit einhergehenden Viskosität des über den Drosselquerschnitt verdrängten Fluidvolumens ist. Der Drosselquerschnitt wird dabei mit zunehmender Temperatur und damit sinkender Viskosität verkleinert, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des verdrängten Fluidvolumens durch die Drossel und damit die Bremswirkung des Dämpfungsglieds annähernd konstant bleibt .
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Dämpfungsglied einen Dämpfungszylinder, einen im Dämpfungszylinder axial verschiebbaren, an die Hubbewegung des Ventilglieds fest angekoppelten Dämpfungskolben und eine vom Dämpfungskolben begrenzte, das Fluidverdrängungsvolumen aufnehmende Volumenverdrängungskammer auf, die mit der Drosselöffnung in Verbindung steht, wobei vorzugsweise das Dämpfungsglied in dem Aktor integriert ist, bei Ausführung des Aktors als doppeltwirkender Arbeitszylinder mit Stellkolben also der Dämpfungskolben vom Stellkolben selbst gebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinheit zum Steuern des Drosselquerschnitts einen in die Volumenverdrängungskammer hineinragenden Steuerkolben und einen den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung beeinflussenden Drosselkolben auf, der so mit dem Steuerkolben gekoppelt isr, daß mit zunehmendem Ausschieben des St uer olbens aus der Vo1umenverdrangungskämmer der Drosselquerschnitt sich vergrößert. Steuerkolben und Drosselkolben sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß bei Betriebstemperatur des Fluids der Drosselquerschnitt eine solche Größe aufweist, daß das beim Schließhub des Ventilglieds vom Dämpfungskolben aus der Volumenverdrängungskammer ausgeschobene Fluidvolumen mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit den Drosselquerschnitt durchströmt. Durcn diese Auslegung des Drosselquerschnitts werden die Regelvorgänge für den Drosselkolben im Normalbetrieb minimiert. Unter Drosselquerschnitt wird der momentan wirksame, also für den
Fluiddurchfluß freigegebene Teil der Drosselöffnung verstanden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Steuerkolben mit einer Federkraft einer Rückstellfeder beaufschlagt, die der Ausschieberichtung des Steuerkolbens aus der Volumenverdrängungskammer entgegengerichtet ist. Durch diese als Federspeicher wirkende Rückstellfeder kann ein Teil der Bremsenergie wieder zurückgewonnen und anschließend zum Beschleunigen des Ventilglieds in Richtung Ventilöffnen verwendet werden. Hierdurch kann entweder der Durchmesser des Stellkolbens in dem das Ventilglied antreibenden Aktor oder der hydraulische Versorgungsdruck für den Aktor verringert werden, so daß die Energieeffizienz der Vorrichtung insgesamt verbessert wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Drosselöffnung in einer Kammerwand der
Volumenverdrängungskammer angeordnet, und die Steuereinheit zum Steuern des Drosselquerschnitts der Drosselöffnung weist einen Drosselschieber auf, der durch ein der Fluidtemperatur des Verdrängungsvolumens ausgesetztes Gasvolumen längs der Drosselöffnung so verschiebbar ist, daß in einer durch Vergrößerung des Gasvolumens bewirkten Verschieberichtung der Drosselquerschnitt der Drosselöffnung sich verkleinert. Hierzu schneidet eine quer zur Volumenverclrängungskammer sich erstreckende Führungsbohrung die Volumenverdrängungskammer so, daß in der Kammerwand der Volumenverdrängungskammer die Drosselöffnung entsteht. Der einen Kreisquerschnitt aufweisende Drosselschieber liegt in der Führungsbohrung axial verschieblich ein und besitzt mindestens eine über die
'Drosselöffnung hinwegschiebbare, quer zur Schieberachse sich erstreckende Durchgangsöffnung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gasvolumen zum Betätigen des Drosselschiebers in einem mit der Volumenverdrängungskammer in wärmeleitender Verbindung stehenden Behälter eingeschlossen, der eine elastisch ausdehnbare oder verschiebbare Behälterwand, vorzugsweise eine Membran, aufweist, die fest mit dem Drosselschieber verbunden ist. Durch diese Maßnahmen kann die Steuervorrichtung fertigungstechnisch recht günstig realisiert werden, und durch eine zusätzliche Erwärmung des Gasvolumens kann das Ansprechverhalten der Steuervorrichtung unterstützt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinheit ein den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung variierendes, druckgesteuertes Drosselglied, ein den Steuerdruck am Drosselglied einstellendes, elektrisch gesteuertes, hydraulisches Druckventil sowie ein das Druckventil ansteuerndes, elektronisches Steuergerät auf, das Steuersignale für das Druckventil in Abhängigkeit von der Viskosität des Verdrängungsvolumens generiert. Durch den Einsatz einer druckgesteuerten Drossel pro Gaswechselventil kann bei mehreren Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine die Bremswirkung an allen Gaswechselventilen über die gemeinsame Einstellung des Drucks an den druckgesteuerten Drosseln auf einfache Weise gemeinsam eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein die Viskosität des Verdrängungsvolumens messender •
Viskositätssensor vorgesehen, dessen Meßsignale dem Steuergerät zugeführt sind. Im Steuergerät sind eine den funktioneilen Zusammenhang zwischen Drosselquerschnitt und hydraulischem Steuerdruck am Drosselglied angebende erste Kennlinie und eine den funktionellen Zusammenhang zwischen Viskosität und hydraulischem Steuerdruck angebende zweite Kennlinie abgespeichert. Auf Basis dieser abgespeicherten beiden Kennlinien generiert das Steuergerät die Steuersignale für das Druckventil.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann anstelle eines Viskositätssensors ein die Temperatur des Verdrängungsvolumens messender Temperatursensor verwendet werden, dessen Meßsignale wiederum dem Steuergerät zugeführt sind. Im Steuergerät ist eine dritte Kennlinie abgespeichert, die die funktioneile Abhängigkeit der Viskosität des verwendeten Fluids von der Temperatur angibt. Die Generierung der Steuersignale für das Druckventil erfolgt in diesem Fall auf Basis aller drei Kennlinien.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten. Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine ,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Ausschnitts II in Fig. 1,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel in einem oberen Schnitt gemäß Linie III0 - IIIo in Fig. 4 und einem unteren Schnitt gemäß Linie IIIu - IIIu in Fig. 4,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Fig. 3.
Fig. 5 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung zweier Öffnungsquerschnitte in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer steuerbaren Drossel in der Vorrichtung gemäß Fig. 5.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 im Schaltbild dargestellte Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts 11 in einem Verbrennungszylinder 10 einer Brennkraftmaschine oder eines Verbrennungsmotors in Fahrzeugen weist ein in dem Verbrennungszylinder 10 integriertes Gaswechselventil 51 mit einem axial verschieblichen Ventilglied 12 auf, das einen Ventilschaft 13 und einen endseitig am Ventilschaft 13 ausgebildeten Ventilschließkörper 14- umfaßt. Der Ventilschließkörper 14 wirkt mit einem den
Öffnungsquerschnitt 11 umschließenden Ventilsitz 15 zusammen, auf den der Ventilschließkörper 14 in der Schließstellung des Gaswechsεlventils 10 mit einer Ventildichtfläche 141 aufliegt und so den Öffnungsquerschnitt 11 gasdicht verschließt.
Zur Hubbetätigung des Ventilglieds 12 weist die Vorrichtung einen hydraulisch betriebenen Ventilsteller, im folgenden Aktuator oder Aktor 16 genannt, auf, der einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder darstellt und ein Zylindergehäuse 17 sowie einen im Zylindergehäuse 17 axial verschieblich geführten Stellkolben 18 umfaßt, der im Zylindergehäuse 17 eine untere, erste Druckkammer.19 und eine obere, zweite Druckkammer 20 begrenzt. Die erste Druckkammer 19 ist mit einem Fluidanschluß 191 unmittelbar und die zweite Druckkammer 20 mit einem Fluidanschluß 201 über ein erstes Steuerventil 21 an dem Ausgang 221 einer regelbaren Druckversorgungseinrichtung 22 angeschlossen. Die zweite Druckkammer 20 ist zusätzlich mit einem Fluidanschluß 202 über ein zweites Steuerventil 23 an einer -in einem Fluidreservoir 24 mündenden Rücklaufleitung 25 angeschlossen, in welcher noch ein Rückschlagventil 26 angeordnet sein kann. Die Steuerventile 21, 23 sind als 2/2-Wegemagnetventile mit Federrückstellung ausgebildet. Die
Druckversorgungseinrichtung 22 umfaßt eine vorzugsweise regelbare Hochdruckpumpe 27, die Fluid, vorzugsweise Hydrauliköl, aus dem Fluidreservoir 24 fördert, ein Rückschlagventil 28 und einen Druckspeicher 29 zur Pulsationsdämpfung und Energiespeicherung. Der Stellkolben 18 ist über eine aus dem Zylindergehäuse 17 herausgeführte Kolbenstange 30 mit dem Ventilschaft 13 des Gaswechselventils
51 starr verbunden. Alternativ kann der Stellkolben 18 auch unmittelbar am Ventilschaft 13 ausgebildet sein.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das erste Steuerventil 21 geschlossen und das zweite Steuerventil 23 geöffnet. Der in der ersten Druckkammer 19 anstehende Hochdruck sorgt dafür, daß der Stellkolben 18 sich in der oberen Totpunktlage befindet und dadurch der Ventilschließkörper 14 mit seiner Ventilschließfläche 141 gasdicht auf den Ventilsitz 15 aufgepreßt wird und damit der Öffnungsquerschnitt 11 gasdicht geschlossen ist. Werden die Steuerventile 21, 23 umgeschaltet, so wird die zweite Druckkammer 20 von der Rücklaufleitung 25 abgesperrt und der Hochdruck am Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 an die zweite Druckkammer 20 gelegt. Da die die zweite Druckkammer 20 begrenzende Fläche des Stellkolbens 18 größer ist als die die erste Druckkammer 19 begrenzende Fläche des Stellkolbens 18 bewegt sich der Stellkolben 18 in Fig. 1 nach unten, und der Ventilschließkörper 14 des Ventilglieds 12 wird von dem Ventilsitz 15 abgehoben, so daß der Öffnungsquerschnitt 11 freigegeben ist. Zum Schließen des Gaswechselventils 51 werden die Steuerventile 21, 23 in die in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung zurückgeführt. Dadurch liegt die zweite Druckkammer 20 an der Rücklaufleitung 25 und ist drucklos. Der Stellkolben 18 bewegt sich in Fig. 1 nach oben und setzt den Ventilkörper 14 des Ventilglieds 12 unter Abdichten des Öffnungsquerschnitts 11 auf dem Ventilsitz- 15 auf.
Bei Gaswechselventilen für Brennkraftmaschinen besteht insbesondere dann, wenn sie als Einlaßventile verwendet werden, die Forderung nach einem schnellen Schließen und
zugleich nach einer geringen Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers auf dem Ventilsitz, die aus Geräusch- und Verschleißgründen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf. Um diese Grenzwerte einzuhalten, ist eine Ventilbremse 50 vorgesehen. Die Ventilbremse 50 weist ein hydraulisches Dämpfungsglied 31 mit einem über einen Drosselquerschnitt einer Drosselöffnung 35 (Fig. 2 und 3) abströmenden fluiden Verdrängungsvolumen und eine Steuereinheit 49 zum Steuern des Drosselquerschnitts in Abhängigkeit von der Viskosität des Verdrängungsvolumens auf. Unter Drosselquerschnitt wird hier derjenige Teil der Drosselöffnung 35 verstanden, der für die Fluiddurchströmung jeweils freigegeben ist. Die Steuereinheit 49 ist dabei so ausgelegt, daß bei abnehmender Viskosität des Verdrängungsvolumens der Drosselquerschnitt der Drosselöffnung verkleinert wird.
In dem Ausführungsbeispiel der Ventilbremse 50 gemäß Fig. 1 und 2 sind Dämpfungsglied 31 und Steuereinheit 49 in dem Aktor 16 integriert. Das Dämpfungsglied 31 weist einen Dämpfungszylinder 32, der einstückig an das Zylindergehäuse 17 des Aktors 16 angesetzt ist, einen im Dämpfungszylinder 32 axial verschiebbaren, an die Hubbewegung des Ventilglieds 12 angekoppelten Dämpfungskolben 33, der einstückig mit dem Stellkolben 18 des Aktors 16 ausgeführt ist, sowie eine mit der zweiten Druckkammer 20 in Fluidaustauschverbindung stehende Volumenverdrängungskammer 34 auf. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, steht die Volumenverdrängungskammer 34 mit mindestens einer Drosselöffnung 35 in Verbindung. Der mit dem Stellkolben 18 des Aktors 16 vereinigte Dämpfungskolben 33 ist so ausgebildet, daß er nach einem vorgegebenen Schließhub
des Ventilglieds .12 den Fluidanschluß 202 der zweiten Druckkammer 20 zur Rücklaufleitung 25 zumindest vorübergehend verschließt. Das nach Weiterbewegung des Dämpfungskolben 33 in Richtung Peil 48 aus der Volumenverdrängungskammer 34 über den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 ausgeschobene Fluidvolumen ist über entsprechende Bohrungen im Dämpfungszylinder 32 dem mit der Rücklaufleitung 25 verbundenen Fluidanschluß 202 zugeführt, und zwar. in Strömungsrichtung gesehen hinter dessen Mündung in der zweiten Druckkammer 20. Die hierzu im Dämpfungszylinder -32 vorgesehenen Bohrungen sind in Fig. 2 mit 36 und 37 bezeichnet. Die Axialbohrung 37 ist oberhalb der Mündung der Radialbohrung 36 mit einem Verschlußstück 38 verschlossen.
Die Steuereinheit 49 weist einen im Dämpfungszylinder 32 axial verschieblich geführten und mittels einer Ringdichtung 41 gegenüber der Volumenverdrängungskarnmer 34 abgedichteten, in die Volumenverdrängungskammer 34 hineinragenden Steuerkolben 39 und einen den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 beeinflussenden Drosselbolzen 40 auf, der so mit dem Steuerkolben 39 gekoppelt ist, daß mit zunehmendem Ausschieben des Steuerkolbens 39 aus der Volumenverdrängungskammer 34 der Drosselquerschnitt sich vergrößert. Die in die Volumenverdrängungskammer 34 hineinragende Kolbenfläche 391 des Steuerkolbens 39 und die Ausbildung des Drosselbolzens 40 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei Betriebstemperatur des Fluids der vom Drosselbolzen 40 aufgesteuerte Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 eine solche Größe aufweist, daß das beim Schließhub des Ventilglieds 12 vom Dämpfungskolben 33 aus der Volumenverdrängungskammer 34 ausgeschobene Fluidvolumen mit
einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 durchströmt.
Die Drosselöffnung 35 wird von einer in der Volumenverdrängungskammer 34 mündenden Auslaßbohrung 42 gebildet, die von einer dazu quer verlaufenden Führungsbohrung 43 durchdrungen ist. In der Führungsbohrung 43 ist der Drosselkolben 40 axial verschieblich aufgenommen. Der Drosselkolben 40 weist eine den Drosselkolben 40 durchdringende Querbohrung 401 uf, die in den Kreuzungsbereich von Auslaßbohrung 42.und Führungsbohrung 43 einschiebbar ist. Der Durchmesser der Querbohrung 401 entspricht in etwa dem Durchmesser der Auslaßbohrung 42. Liegt die Querbohrung 401 außerhalb des Kreuzungsbereichs, ist die Drosselöffnung 35 durch den Drosselkolben 40 vollständig geschlossen, und mit zunehmenden Eintauchen der •Querbohrung 401 in die Auslaßbohrung 42 wird der Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 kontinuierlich vergrößert. Die Einstellung des Drosselkolbens 40 erfolgt durch den Steuerkolben 39 in Abhängigkeit von der auf den Steuerkolben 39 wirkenden Druckkraft. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 steht die
Volumenverdrängungs ammer 34 mit einer zweiten Drosselöffnung 35' in- Verbindung, die in gleicher Weise mit Hilfe einer Auslaßbohrung 42' ausgeführt ist, die ihrerseits von einer Führungsbohrung 43 r durchdrungen ist, in der ein weiterer Drosselkolben 40 ! mit einer Querbohrung 401 r axial verschieblich geführt ist. Die Querbohrung 401' ist gegenüber der Querbohrung 401 im Drosselbolzen 40 hubversetzt angeordnet, so daß sie erst bei einem größeren Hub des Drosselkolbens 40 ? einem Drosselquerschnitt der
Drosselöffnung 35' freigibt. Die beiden Drosselkolben 40, 40' und der Steuerkolben 39 sind parallel zueinander ausgerichtet und durch einen Querträger 44 starr miteinander verbunden. An dem Querträger 44 stützt sich eine Rückstellfeder 45 ab, die den Steuerkolben 39 mit einer Federkraft beaufschlagt, die der Ausschiebung des Steuerkolbens 39 aus der Volumenverdrängungskammer 34 entgegengerichtet ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Rückstellfeder 45 von mehreren, zu einem Paket zusammengefaßten Tellerfedern gebildet. Durch diese einen Federspeicher darstellende Rückstellfeder 45 kann ein Teil der von der Ventilbremse 50 aufgenommenen Bremsenergie zurückgewonnen und anschließend zum Beschleunigen des Ventilglieds 12 in Richtung Ventilöffnen verwendet werden.
Die Funktion der Ventilbremse 50 ist wie folgt;
Nach Verschließen des Fluidanschlusses 202 im Aktor 16 durch den mit dem Stellkolben 18 verbundenen Dämpfungskolben 33 beim Hub des Stellkolbens 18 in Richtung Schließen des Gaswechselventils 51 erhöht sich durch dessen Aufwärtsbewegung in Richtung Pfeil 48 der Druck in der Volumenverdrängungskammer 34, da an der Drosselöffnung 35 weniger Fluidvolumen abfließen kann als vom Dämpfungskolben 33 nachgeschoben wird. Steigt der Druck in der Volumenverdrängungskammer 34 weiter an, wird der Steuerkolben 39 durch den auf seine Kolbenfläche 391 wirkenden Druck in Fig. 2 nach oben verschoben und verschiebt die Drosselbolzen 40' und 41". Dadurch wird die Querbohrung 401 (und hubversetzt auch die Querbohrung 401') weiter in -die Auslaßbohrung 42 (bzw. 42') eingeschoben und der Querschnitt
der Drosselöffnung 35 wird vergrößert. Der Auslegungspunkt des Drosselquerschnitts ist die Betriebstemperatur, um die Regelvorgänge im Normalbetrieb zu minimieren. Ist die Betriebstemperatur noch nicht erreicht, steigt, wie vorstehend beschrieben, der Druck in der Volumenverdrängungskammer 34 an, so daß der Drosselquerschnitt vergrößert wird und das Fluid mit der größeren Viskosität über den vergrößerten Drosselquerschnitt mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit abfließen kann wie das auf Betriebstemperatur erwärmte Fluid mit entsprechend geringerer Viskosität. Dabei über den Steuerkolben 39 und die Drosselbolzen 40, 40' auftretende Leckagen werden über eine in den Dämpfungszylinder 32 eingebrachte Leckagebohrung 46 abgeführt.
Bei der in Fig. 3 in zwei verschiedenen Längsschnitten gemäß Schnittlinien III0 - IIIo bzw. IIIu - IIIu in Fig. 4 und in Fig. 4 im Querschnitt gemäß Schnittlinie IV - IV in Fig. 3 dargestellten Ventilbremse 50 sind wiederum Dämpfungsglied 31 und Steuereinheit 49 in dem Aktuator 16 integriert, wobei der Dämpfungszylinder 32 einstückig mit dem Zylindergehäuse 17 des Aktors 16 ausgeführt ist und die
Volumenverdrängungskammer 34 sich von der zweiten Druckkammer 20 des Aktors 16 unmittelbar fortsetzt. Der die Volumenverdrängungskammer 34 begrenzende Dämpfungskolben 33 ist wiederum einstückig mit dem Stellkolben 18 des Aktors 16 ausgeführt.
Die Steuereinheit 49 zur Steuerung des Drosselquerschnitts der Drosselöffnung 35 weist einen Drosselschieber 52 auf, der in einer in den Dämpfungszylinder 32 quer zur
Volumenverdrängungskammer 34 eingebrachten Führungsbohrung 53 axial verschieblich aufgenommen ist. Die Einbringung der Führungsbohrung 53 erfolgt so, daß die Führungsbohrung 53 die Volumenverdrängungskammer 34 schneidet und so in der Kammerwand 341 der Volumenverdrängungskammer 34 die Drosselöffnung 35 entsteht, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ein Oval mit einer in Verschieberichtung des Drosselschiebers 52 gesehenen Breite d ist. Der Drosselschieber 52. weist eine über die Drosselöffnung 35 hinwegschiebbare, quer zur Schieberachse sich erstreckende erste Durchgangsöffnung 54 und eine sich unmittelbar daran anschließende zweite Durchgangsöffnung 55 mit gegenüber der ersten Durchgangsöffnung 54 wesentlich kleinerem Öffnungsquerschnitt auf. Die erste Durchgängsbohrung 54 ist als Bohrung und die zweite Durchgangsöffnung 55 als Langloch ausgeführt. Der Drosselschieber 52 wird mittels eines Gasvolumens, das der Fluidtemperatur des fluiden Verdrängungsvolumens in der Volumenverdrängungskammer 34 ausgesetzt ist, betätigt. Hierzu ist an dem Dämpfungszylinder 32 eine gasgefüllte Membrandose 56 so befestigt, daß sie in wärmeleitender Verbindung mit dem Dämpfungszylinder 32 steht. Die Membrandose, 56 weist einen haubenförmigen, gasgefüllten Behälter 58 auf, der von einer Membran 59 abgedeckt ist. Die Membrandose 56 ist auf einem gut wärmeleitenden Grundkörper 57 befestigt, der an dem Dämpfungszylinder 32 festgelegt ist. Die Membran 59 wird randseitig zwischen Behälter 58 und Grundkörper 57 gasdicht eingespannt und ist mittig mit dem Drosselschieber 52 fest verbunden.
Erhöht sich die Temperatur des Fluids in der Volumenverdrängungskammer 34, so vergrößert sich auch die
Temperatur des Gasvolumens in der Membrandose 56. Das sich dadurch vergrößernde Gasvolumen bewirkt über die Membran 59 eine Verschiebung des Drosselschiebers 52-, was zu einer Reduzierung des Querschnitts der Drosselöffnung 35 führt, über die das vom Dämpfungskolben 33 ausgeschobene Verdrängungsvolumen abströmen kann. Durch die Verengung des Drosselquerschnitts fließt das Fluid bei gestiegener Temperatur und damit einhergehender, geringerer Viskosität mit annähernd gleicher Geschwindigkeit ab, wie bei einer niedrigeren Temperatur und damit einhergehender höherer Viskosität, so daß die Bremswirkung der Ventilbremse 50 auf das Ventilglied 12 unabhängig von der Temperatur bzw. der Viskosität des Fluids in der Volumenverdrängungskammer 34 ist. Im Innern der Membrandose 56 ist noch eine elektrische Heizwendel 60 angeordnet, deren Heizstrom mittels eines elektronischen Steuergeräts 61 einstellbar ist. Die über die Bauteileerwärmung erfolgende Erwärmung des Gasvolumens kann durch die elektrische Zusatzheizung unterstützt werden, um das Ansprechverhalten der Ventilbremse 50 zu verbessern.
Die in Fig. 5 im Schaltbild dargestellte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der zu Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung und ist in der Darstellung auf die Steuerung von zwei Öffnungsquerschnitten 11 in einem Verbrennungszylinder erweitert. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Anzahl der steuerbaren Öffnungsquerschnitte 11 und damit die Anzahl der diesen zugeordneten Gaswechselventile 51 kann jedoch beliebig gewählt v/erden. In der Vorrichtung ist insoweit eine Modifikation enthalten, als die Ventilbremse 50 eine andere Funktionsweise aufweist, jedoch in gleicher Weise eine von
der Viskosität bzw. der Temperatur des Verdrängungsvolumens unabhängige Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit der Gaswechselventile 51 bewirken.
Die Ventilbremse 50 weist jeweils ein einem Gaswechselventil 51 bzw. dessen Aktor 16 zugeordnetes, hydraulisches Dämpfungsglied 31 mit einem von einem Dämpfungskolben verdrängten, über einen Drosselquerschnitt einer Drosselöffnung 35 abströmendem fluiden Verdrängungsvolumen sowie eine allen Gaswechselventilen 51 bzw. dessen Aktoren 16 gemeinsame Steuereinheit 49 zum Steuern des Drosselquerschnitts in dem Dämpfungsgliedern 31 in Abhängigkeit von der Viskosität des Verdrängungsvolumens auf. Die hydraulischen Dämpfungsglieder 31 sind in jeweils einem der Aktoren 16 integriert, wobei die Stellkolben 18 zugleich die Dämpfungskolben der Dämpfungsglieder 31 bilden. Die Fluidanschlüsse 201 und 202 der zweiten Druckkammer 20 in jedem Aktor 16 sind so gelegt, daß der Stellkolben 18 nach einem vorgegebenen Schließhub des Ventilglieds 12 den mit der Rücklaufleitung 25 verbundenen Fluidanschluß 202 verschließt. Die zweite Druckkammer 20 weist noch einen dritten Fluidanschluß 203 auf, der ebenso wie der Fluidanschluß 201 von dem Stellkolben 18 nicht verschlossen werden kann. Der dritte Fluidanschluß 203 ist über eine druckgesteuerte Drossel 62 an den Ventileinlaß des zweiten Steuerventils 23 gelegt, der nach wie vor mit dem zweiten Fluidanschluß 202 der zweiten Druckkammer 20 verbunden bleibt.
Die druckgesteuerte Drossel 62 ist in Fig. 6 im Längsschnitt dargestellt. Sie weist' einen zylinderförmigen Drosselkörper 63 auf, der die Drosselöffnung 35 in Form einer diametralen
Durchgangsbohrung 64 enthält. Die Durchgangsbohrung 64 kreuzt eine sacklochartige Längsbohrung 65 im Drosselkörper 63, in der ein den Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 beeinflussendes Drosselglied in Form eines in der • Längsbohrung 65 axial verschiebbaren Steuerschiebers 66 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Steuerschieber 66 trägt eine mit der Drosselöffnung 35 zusammenwirkende, umlaufende Steuerkante 67 und begrenzt mit seiner einen Stirnseite eine Steuerdruckkammer 68, deren Steuerdruck von der Steuereinheit 49 einstellbar ist. Zwischen dem Grund der- Längsbohrung 65 und dem Steuerschieber 66 stützt sich eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 69 ab, die den Steuerschieber 66 bei druckloser Steuerdruckkammer 68 in eine Grundstellung überführt, in welcher der Steuerschieber 66 die Drosselöffnung 35 verschließt. Mit zunehmendem Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 68 wird der Steuerschieber 66 in Fig. 6 nach links gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 69 verschoben und dadurch ein zunehmender Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 freigegeben.
Neben den die Drosselöffnungen 35 beeinflussenden, druckgesteuerten Steuerschiebern 66 weist die Steuereinheit 49 noch ein den Steuerdruck in allen Steuerdruckkammern 68 gemeinsam einstellendes, elektrisch gesteuertes, hydraulisches Druckventil 70 und ein das Druckventil 70 ansteuerndes elektronisches Steuergerät 71 auf, das die Steuersignale für das Druckventil 70 in Abhängigkeit von der Viskosität des Verdrängungsvolumens generiert. Zur Steuerdruckerzeugung in den Steuerdruckkammern 68 sind einerseits die Steuerdruckkammern 68 und andererseits der Ventileinlaß des hier als Druckbegrenzungsventil ausgeführten
Druckventils- 70 über ein gemeinsames Rückschlagventil 72 an einer einen maximalen Steuerdruck liefernden Druckquelle 73 angeschlossen. Die Druckquelle 73 wird von einer Vorförderpumpe 74 für die Hochdruckpumpe 27 gebildet, die Fluid aus dem Fluidreservoir 24 ansaugt und zur Hochdruckpumpe 27 sowie über das Rückschlagventil 72 zu den Steuerdruckkammern 68 der druckgesteuerten Drosseln 62 und dem Druckbegrenzungsventil 70 fördert.
In dem Fluidversorgungskreis für die Aktoren 16 der Gaswechselventile 51 ist ein Viskositätssensor 75 angeordnet, der die Viskosität des strömenden Fluids erfaßt und dessen Meßsignale dem Steuergerät 71 zugeführt sind. Im Steuergerät 71 ist eine erste Kennlinie, die den funktioneilen Zusammenhang zwischen dem hydraulischen Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 68 und dem Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 angibt, und eine zweite Kennlinie abgespeichert, die den funktioneilen Zusammenhang zwischen Viskosität und hydraulischem Steuerdruck angibt. Auf Basis dieser Kennlinien und mit den vom Viskositätssensor 75 erhaltenen Meßgrößen generiert das Steuergerät 71 die elektrischen Steuersignale für das Druckbegrenzungsventil 70. Dabei sind die Amplituden der elektrischen Steuersignale so eingestellt, daß mit sinkender Viskosität der Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 68 abnimmt und dadurch der Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 zunehmend reduziert wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle des Viskositätssensors 75 ein Temperatursensor an gleicher Stelle¬ angeordnet werden, dessen Meßsignale wiederum dem Steuergerät
71 zugeführt sind. Neben den bereits genannten beiden Kennlinien ist im Steuergerät 71 noch eine dritte Kennlinie abgespeichert, die die funktionelle Abhängigkeit der Viskosität des verwendeten Fluids von der Temperatur angibt. Die Generierung der Steuersignale im Steuergerät 71 erfolgt nunmehr auch unter Berücksichtigung der dritten Kennlinie, wobei die Amplituden der elektrischen Steuersignale so eingestellt werden, daß mit steigender Temperatur der Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 68 durch zunehmendes Aufsteuern des Druckbegrenzungsventils 70 abnimmt und der Drosselquerschnitt der Drosselöffnung 35 sich verengt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So muß das Dämpfungsglied 32 der Ventilbremse 51 nicht in dem Aktor 16 integriert und der Dämpfungskolben 33 nicht mit dem Stellkolben 18 des Aktors 16 starr gekoppelt bzw. einstückig mit diesem verbunden sein. Der Dämpfungskolben 33 kann vielmehr auch unmittelbar mit dem Ventilschaft 13 des Ventilglieds 12 fest verbunden oder einstückig mit diesem ausgeführt werden. In diesem Fall ist der Dämpfungszylinder 32 mit einem eigenen Zufluß zur Zuführung eines Fluidvolumens versehen, der bei Wirksamwerden der Ventilbremse von dem Dämpfungskolben 33 abgesperrt wird. Selbstverständlich 'ist es möglich, auch mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mehrere Öffnungsquerschnitte in einem Verbrennungszylinder zu steuern, indem jedem Öffnungsquerschnitt ein Gaswechselventil zugeordnet ist, die in der beschriebenen Weise jeweils von einem Aktor betätigt werden.