WO1994016201A1 - Verfahren und vorrichtung zur ventilsteuerung bei verbrennungsmotoren - Google Patents

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WO1994016201A1
WO1994016201A1 PCT/EP1994/000022 EP9400022W WO9416201A1 WO 1994016201 A1 WO1994016201 A1 WO 1994016201A1 EP 9400022 W EP9400022 W EP 9400022W WO 9416201 A1 WO9416201 A1 WO 9416201A1
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cylinder
valve
pressure
cylinders
valves
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PCT/EP1994/000022
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt SCHWÖD
Original Assignee
Schwoed Kurt
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling valves of an internal combustion engine with a plurality of cylinders.
  • camshaft control of valves has disadvantages inherent in the design.
  • the wear phenomena which occur due to the mechanical interaction of the camshaft and valve tappets and which have a limiting effect on the service life of an internal combustion engine are to be mentioned here.
  • the frictional contact between the camshaft and valve shocks and the resulting warming cause lubrication problems.
  • another disadvantage of a camshaft control is its high constructional weight.
  • the present invention has for its object to provide a method and an apparatus which enables valve control in internal combustion engines without the use of a camshaft.
  • the method according to the invention uses the overpressure which arises during the compression cycle in one of several cylinders of an internal combustion engine in order to act on the valves of at least one other cylinder.
  • the invention is therefore based on the idea of not enabling valve control by mechanically coupling a camshaft with valve lifters, but rather by pressure coupling the individual cylinder interiors to the valves of at least one of these cylinders in order to do without the use of mechanical transmission elements to enable a method for valve control which operates essentially without any signs of wear.
  • a device for loading valves with compressed air is known.
  • the areas surrounding the valve tappets are designed as pneumatic piston / cylinder units which are to replace mechanical valve springs supplied by a compressed air compressor.
  • the piston / cylinder units are provided with a non-return valve and a pressure relief valve in order to set a pre-pressure which is minimally required for the safe closing of the valve and to set a maximum valve pressure, so that valve damage is the result
  • the valves are not acted upon by the pneumatic gas pressure taken directly from the cylinder, but a pressure medium converter is connected between the pressure take-off point on the cylinder and the valves to be controlled.
  • This pressure medium converter can be created from a piston / cylinder unit with a piston which can be acted upon from both sides and which makes it possible to convert the gas pressure present on the input side of the pressure medium converter into a hydraulic pressure on the output side of the pressure medium converter.
  • undesired compression phenomena can occur on an overall pneumatic pressure path, which only result in a fraction of the valves to be controlled of the original cylinder pressure is available.
  • the pressure path can be essentially formed from an incompressible liquid, so that pressure losses are largely eliminated.
  • Oil in particular hydraulic oil, is particularly suitable for this.
  • the method according to the invention enables both a controlled opening and a controlled closing of the individual valves without using spring elements for a resetting closing movement of the valves - as has been the case up to now - which represent further wear parts, particularly in the case of mechanical training.
  • the device according to the invention has the features of claim 5.
  • each cylinder interior is connected via pressure lines to valve actuating cylinders which act on those valves which are to be controlled in accordance with the firing order of the internal combustion engine and the operating cycle of the individual cylinders.
  • the device according to the invention enables a particularly compact, low-wear and therefore essentially maintenance-free valve control.
  • a piston / cylinder unit that can be pressurized on both sides can be provided as close as possible to each cylinder interior, which enables the pressure medium to change from gas to an incompressible liquid, in particular hydraulic oil.
  • This pressure medium converter acts as a control cylinder, which acts on the valve actuating cylinders to control the valves with a hydraulic pressure.
  • valve actuating cylinders which act on both sides. baren, double-acting piston, which is movable both in the closing direction of the valve and in the opening direction. This ensures that the use of, in particular, mechanically operating spring elements for resetting the valve in its closed position can be dispensed with.
  • the further development according to the invention prevents the valve head from being torn off due to the high valve restoring forces, as is the case with conventionally designed valve control devices.
  • the valve actuating cylinders provided with the double-acting piston can have an inlet-side pressure chamber connected to the control cylinder and an outlet-side pressure chamber connected to the valve to be controlled.
  • the pressure chambers on the outlet side are communicatively connected to each other.
  • the opposite movements of an associated pair of input and output valves can be used to mutually support the closing or opening movement of the respective associated valve. If, for example, the output valve of a cylinder is pressurized by the control cylinder and opens, the pressure of the control cylinder is passed on through the pressure chamber of the valve actuating cylinder on the output side via a hydraulic connection line to the pressure chamber of the valve actuating cylinder of the associated input valve on the output side, whereby the input valve is moved in the closing direction.
  • the pistons of the valve actuating cylinders can be designed to extend valve stems of the valves. It proves to be particularly advantageous if the piston rods of the valve actuating cylinder pistons are formed from the valve stems. On the one hand, this makes it possible to dispense with a separate component for forming the piston rod, and on the other hand, thus also use conventional valves formed as a unit consisting of a valve stem designed as a valve tappet and a valve head in the valve control device according to the invention, which works without a camshaft.
  • adjustable pressure holding / delay devices which, for example, open an opening movement of one of the Only allow a valve actuating cylinder acted upon by a control cylinder after the compression stroke of the cylinder assigned to the relevant control cylinder has already been completed and this cylinder is already in a subsequent working stroke.
  • a pressure maintaining / decelerating device can be formed, for example, from a hydraulic relay or also a magnetic device or the like acting directly on the piston of the valve actuating cylinder.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a four-cylinder internal combustion engine provided with a device according to the invention, the valve control originating from cylinder I being shown in detail;
  • FIG. 2 shows a control cylinder used for pressurizing valve actuating cylinders in a sectional view
  • FIG. 3 shows the valve control according to FIG. Position of the valve control starting from cylinder III;
  • FIG. 4 shows the valve control according to FIG. 1 with the valve control emanating from cylinder IV;
  • FIG. 5 shows the valve control according to FIG. 1 with the valve control emanating from cylinder II;
  • valve 6 shows the valve movements achieved with the valve control in a tabular overview.
  • valve control device 10 which essentially consists of control cylinders 11, 12, 13, 14 assigned to the individual cylinders I to IV and valve actuating cylinders 15, 16 respectively assigned to the valves. 17, 18, 19, 20, 21, 22 is formed.
  • a cylinder head 23 is shown in Fig. 1 and the following Figures 3 to 5, which is provided with valve seats 24 indicated therein, which for controlled gas exchange with the inlet valves E ⁇ to E IV and the exhaust valves h_ work together to A IV .
  • the valve position shown in FIG. 1 corresponds approximately to a current operating state of the four-cylinder internal combustion engine, in which combustion in cylinder I, discharge of the burned gases in cylinder II, commencement of compression in cylinder III and suction in cylinder IV of combustion gases takes place.
  • the cylinders I to IV shown here are operated, for example, with an ignition sequence I - III - IV - II.
  • each cylinder III is shown with a valve position corresponding to the beginning of the compression phase, however, in the following explanation of the valve control device, a different operating state of the engine with respect to the valve position in the individual cylinders I to is shown in part IV assumed.
  • valve 1 shows a phase of the valve control in which, during the compression phase of the cylinder I, the control cylinder 11 associated therewith interacts with the valves of the cylinders II, III and IV.
  • the control cylinder 11 connected to the cylinder interior of the cylinder I via a pressure connection 25 is connected to the valve actuating cylinders 21, 18 and 19 and 20 via pressure lines 26, 27, 28.
  • valve actuating cylinders 18, 19, 20, 21, like the other valve actuating cylinders 15, 16, 17 and 22, each have two cylinder chambers 30, 31 separated by an actuating piston 29, one cylinder chamber 31 of a valve actuating cylinder assigned to an inlet valve having one cylinder ⁇ mer 31 of a valve actuating cylinder of the associated exhaust valve is connected by a connecting line 32.
  • the actuating pistons 29 are provided with a radial sealing ring 52.
  • piston rod seals 54 are provided, which seal against piston rods 47 on which the actuating pistons 29 are arranged, which form an extension of valve stems 51 via a screw connection 48.
  • Fig. 2 shows a control cylinder in section to explain the operation of the control cylinders 11, 12, 13, 14.
  • the control cylinder 11 represented here for the control cylinder has a cylinder body 33 with axially arranged caps 34, 35.
  • the upper closure cover 34 has three threaded bores 36, 37, 38 for connecting the pressure lines 26, 27, 28.
  • the lower cover 35 is provided with a threaded bore 39 for connection to the pressure connection 25 leading to the interior of the cylinder.
  • a double-acting piston 40 which has guide collars 42, 43 formed axially on both sides of its piston crown 41. In the area of the piston crown 41, the piston 40 is provided with a radial sealing ring 44.
  • FIGS. 1 and 2 For the following explanation of the operation of the valve control device 10, reference is made to FIGS. 1 and 2.
  • the compression piston 25 acts on the underside of the piston 40 with the compression pressure of the cylinder I.
  • the control cylinder 11 If the control cylinder 11 now applies the pneumatic compression pressure of the cylinder I to the underside of the piston 40, the control cylinder 11 first converts the pneumatic pressure into a hydraulic pressure which is transmitted via the pressure lines 26, 27 , 28 is transmitted to the valve actuating cylinders 21, 18 and 19, 20. This happens in detail as follows: Via the pressure line 28, which is connected to the connecting line 32 between the cylinder chambers 31 of the valve actuating cylinders 19, 20, the actuating pistons 29 of both valve actuating cylinders 19, 20 acted on simultaneously, so that the inlet valve EIII and the outlet valve AIII of the cylinder III are brought into the closed position.
  • valve actuating cylinder 18 acting on the outlet valve All of the cylinder II is acted upon via the pressure line 27.
  • the hydraulic pressure is transmitted through the cylinder chamber 30 of the valve actuating cylinder 18 to the actuating piston 29, which is connected to the valve rod 47 and thus transmits the pressure for opening the exhaust valve All to its valve stem 51.
  • the hydraulic pressure present is transmitted via the cylinder chamber 31 of the valve actuating cylinder 18 to the adjacent cylinder chamber 31 of the adjacent valve actuating cylinder 17, so that, due to pressurization of the actuating piston 29 of the valve actuating cylinder 17, it counteracts the pressurization of the piston 29 of the valve actuating cylinder 18 the inlet valve E r ⁇ of the cylinder II is brought into the closed position.
  • the pressurization of the valve actuating cylinder 21 from the inlet valve E rv of the cylinder IV causes not only an opening movement of the inlet valve E x v via the connecting line 32, but also a closing movement of the outlet valve A r -, from the cylinder IV.
  • FIG. 3 the pressure connection between the cylinder III currently in the compression stroke and the valve actuating cylinders 16, 17 and 21 and 22 is shown.
  • This control circuit - similar to the valve movement described in FIG. 1 as a result of the pressurization by cylinder I - causes a valve movement, which is shown in a table in FIG. 6.
  • the closed circle symbols stand for a closing movement and the open circle symbols for an opening movement of the respective valves.
  • valve control device 10 in the valve control of a four-cylinder, four-stroke internal combustion engine, reference is made to FIGS. 4 and 5, in which the pressurization of the valve actuating cylinders 15, 20 and 17 and 18 when pressure is applied by the cylinder IV and the pressurization of the valve actuating cylinders 19, 22 and 15 and 16 are shown when pressurized by the cylinder II.
  • the valve control movements achieved in this way are also taken into account in the tabular overview of the valve movements shown in FIG. 6.
  • valve controls of four-cylinder engines are not restricted to valve controls of four-cylinder engines, but can be used for internal combustion engines with any number of cylinders by corresponding coupling of control cylinders assigned to the individual cylinders with valve actuators assigned to individual valves.
  • valve rods 47 are used to transmit the hydraulic pressures from the pistons 29 to the valves, which are connected to the actual inlet or Exhaust valves are connected via a screw connection 48.
  • a threaded end 49 of the valve rod 47 is screwed into a threaded bore 50 of a valve stem 51.
  • the valve stem in one piece continuously so that it can serve as a piston rod for the pistons 29 of the valve actuating cylinders 15 to 22.
  • the valve actuating cylinders 15 to 22 can also come from here. lie, valves designed as tappet valves can be used without significant changes together with the valve control device, the valve tappets then serving as piston rods for the pistons 29 of the valve actuating cylinders.
  • a non-system pressure source pneumatic or hydraulic
  • the pressure would have to be controlled isochronously.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Ventilen eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinderinnenraum über eine Druckverbindung (25) mit auf die Ventile eines weiteren Zylinders oder mehrerer weiterer Zylinder wirkenden Kolben-/Zylinder-Einheiten (Ventilstellzylinder 15 bis 22) verbunden ist, derart, daß jeder Zylinderinnenraum mit den Ventilstellzylindern derjenigen Ventile verbunden ist, die entsprechend der Zündfolge des Verbrennungsmotors und dem Arbeitstakt des weiteren Zylinders bzw. der weiteren Zylinder anzusteuern sind.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VENTILSTEUERUNG BEI VERBRENNUNGSMOTOREN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung von Ventilen eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern.
Trotz des heute allgemein hohen erreichten technischen Standards im
Verbrennungsmotorenbau werden auch heute noch zur Ventilsteuerung von im Viertakt- Verfahren betriebenen Motoren Nockenwellen eingesetzt, die synchronisiert mit der Kurbelwellendrehzahl mechanisch auf Ventilstößel einwirken, um ein Öffnen der Ventile zu erreichen. Die Rückstellung der Ventile in ihre Schließ Stellung erfolgt dabei zumeist über mechanische Federelemente. Dieses bis in die Anfangsgeschichte der Verbrennungsmotoren, insbesondere der Automobile, zurück¬ reichende Konstruktionsprinzip ist in zunehmendem Maße optimiert worden, um den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren, der in ent- scheidendem Maße von der Ventilsteuerung beeinflußt wird, zu erhöhen.
Obwohl in dieser Hinsicht nunmehr hervorragende Ergebnisse erreicht worden sind, weist die Nockenwellensteuerung von Ventilen anderer¬ seits konstruktionsimmanente Nachteile auf. Insbesondere sind hier die durch das mechanische Zusammenwirken von Nockenwelle und Ventil¬ stößeln auftretenden Verschleißerscheinungen zu nennen, die sich be¬ grenzend auf die Lebensdauer eines Verbrennungsmotors auswirken. Weiterhin entstehen durch den reibschlüssigen Kontakt zwischen Nockenwelle und Ventilstößen und der sich daraus ergebenen Er- wärmung schmierungstechnische Probleme. Nicht zuletzt erweist sich als weiterer Nachteil einer Nockenwellensteuerung deren konstruktions¬ bedingt hohes Gewicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die eine Ventilsteuerung bei Verbrennungsmotoren ohne die Verwendung einer Nockenwelle ermöglicht.
ERSATZBLATT Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den während des Kompression s- taktes in einem von mehreren Zylindern eines Verbrennungsmotors entstehenden Überdruck, um damit die Ventile mindestens eines anderen Zylinders zu beaufschlagen.
Der Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, nicht durch eine mechanische Kopplung einer Nockenwelle mit Ventilstößeln eine Ventil¬ steuerung zu ermöglichen, sondern durch eine Druckkopplung der ein¬ zelnen Zylinderinnenräume mit den Ventilen mindestens eines dieser Zylinder, um ohne die Verwendung von mechanischen Übertragungs- elementen ein im wesentlichen ohne Verschleißerscheinungen arbeitendes Verfahren zur Ventilsteuerung zu ermöglichen.
Aus der französischen Patentanmeldung FR 2 529 616 ist eine Vor¬ richtung zur Beaufschlagung von Ventilen mit Druckluft bekannt. Hierzu sind die Ventilstößel umgebende Bereiche als pneumatische Kolben- /Zylinder-Einheiten ausgebildet, die von einem Druckluftkompressor versorgt mechanische Ventilfedern ersetzen sollen. Die Kolben/Zylinder- Einheiten sind mit einem Rückschlagventil und einem Überdruckventil versehen, um einen zum sicheren Schließen des Ventils minimal erfor¬ derlichen Vordruck sowie einen maximalen Ventildruck einzustellen, so daß Ventilschäden als Folge
ERSATZBLATT zu hoher Ventilrückstellkräfte vermieden werden. Die bekannte Vorrichtung dient somit allein zur Substi¬ tution mechanischer Ventilfedern durch pneumatische Ventilfedern und ermöglicht wegen der von der Motor- kompression unabhängigen Druckversorgung mittels eines separaten Kompressors keine kompressionsabhängige Ven¬ tilsteuerung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Ventile nicht mit dem unmittelbar am Zylin¬ der abgenommenen pneumatischen Gasdruck beaufschlagt, sondern es wird ein Druckmediumwandler zwischen die Druckabnahmestelle am Zylinder und die zu steuernden Ventile geschaltet. Dieser Druckmediumwandler kann aus einer Kolben-/ Zylindereinheit mit einem beidseitig beaufschlagbaren Kolben geschaffen sein, der es er¬ möglicht, den auf der Eingangsseite des Druckmedium¬ wandlers anstehenden Gasdruck in einen hydraulischen Druck auf der Ausgangsseite des Druckmediumwandlers umzuwandeln. Insbesondere wegen der relativ großen Entfernung zwischen der Druckabnahmestelle am Zylinder und den einzelnen, zu steuernden Ventilen der anderen Zylinder kann es auf einer insgesamt pneumatischen Druckstrecke zu unerwünschten Kompressionserscheinun- gen kommen, die dazu führen, daß an den betreffenden zu steuernden Ventilen nur noch ein Bruchteil des ursprünglichen Zylinderinnendrucks zur Verfügung steht. Wird jedoch, wie durch die besondere Ausfüh¬ rungsform der Erfindung vorgeschlagen, ein Druckmedi- umwandler zwischen die Druckabnahmestelle und die Ventile geschaltet, so kann die Druckstrecke im we¬ sentlichen aus einer inkompressiblen Flüssigkeit ge¬ bildet werden, so daß Druckverluste weitestgehend ausgeschaltet sind. Hierzu eignet sich in besonderem Maße Öl, insbesondere Hydrauliköl.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die betreffenden Ventile sowohl in Schließrichtung als auch in Öffnungsrichtung vom Fluiddruck beaufschlagt werden. Hierdurch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sowohl ein gesteuertes Öffnen als auch ein gesteuertes Schließen der einzelnen Ventile, ohne für eine rückstellende Schließbewegung der Ventile - wie es bislang der Fall ist - Federelemente zu verwenden, die insbesondere bei mechanischer Ausbildung weitere Verschleißteile darstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf.
Hierbei ist jeder Zylinderinnenraum über Druckleitun¬ gen mit Ventilstellzylindern verbunden, die auf dieje¬ nigen Ventile wirken, welche entsprechend der Zündfol- ge des Verbrennungsmotors und dem Arbeitstakt der einzelnen Zylinder anzusteuern sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht neben dem Verzicht auf eine konventionelle Nockenwellensteuerung der Ventile eine besonders kompakte, verschleißarme und daher im wesentlichen wartungsfreie Ventilsteue¬ rung.
Um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhöhen, kann möglichst dicht an jedem Zylinderin¬ nenraum eine beidseitig mit Druck beaufschlagbare Kolben-/Zylindereinheit vorgesehen werden, die einen Wechsel des Druckmediums von Gas hin zu einer inkom- pressiblen Flüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, ermöglicht. Dieser Druckmediumwandler fungiert dabei quasi als Steuerzylinder, der die Ventilstellzylinder zur Steuerung der Ventile mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Die durch die Vorsehung des Druck¬ mediumwandlers erzielbaren Vorteile sind bereits vor- stehend ausführlich dargelegt worden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung ist diese mit Ventilstell¬ zylindern versehen, die einen beidseitig beaufschlag- baren, doppeltwirkenden Kolben aufweisen, der sowohl in Schließrichtung des Ventils als auch in dessen Öffnungsrichtung bewegbar ist. Hierdurch wird er¬ reicht, daß auf den Einsatz von insbesondere mecha- nisch arbeitenden Federelementen zur Rückstellung des Ventils in dessen Schließstellung verzichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung wird vermieden, daß es - wie es bei konventionell ausgebil¬ deten Ventilsteuereinrichtungen der Fall ist - auf- grund der hohen Ventilrückstellkräfte zu einem Abrei¬ ßen des Ventilkopfes kommen kann. Die mit dem doppelt¬ wirkenden Kolben versehenen Ventilstellzylinder können einen eingangsseitigen, mit dem Steuerzylinder und einen ausgangsseitigen, mit dem zu steuernden Ventil verbundenen Druckraum aufweisen. Dabei sind bei jedem Zylinder die ausgangsseitigen Druckräume miteinander kommunizierend verbunden. Infolge der kommunizierenden Verbindung der ausgangsseitigen Druckräume kann man die jeweils gegenεinnigen Bewegungen einer zusammen- gehörigen Eingangs-JAusgangsventil-Paarung zur gegen¬ seitigen Unterstützung der Schließ- oder Öffnungsbewe¬ gung des jeweils zugehörigen Ventils nutzen. Wird beispielsweise das Ausgangsventil eines Zylinders durch den Steuerzylinder mit Druck beaufschlagt und öffnet sich, so wird der Druck des Steuerzylinders durch die ausgangsseitige Druckkammer des Ventilstell- zylinders über eine hydraulische Verbindungsleitung auf die ausgangsseitige Druckkammer des Ventilstell- zylinders des zugehörigen Eingangsventils weitergege- ben, wodurch das Eingangs entil in Schließrichtung bewegt wird.
Die Kolben der Ventilstellzylinder können in Verlänge¬ rung von Ventilschäften der Ventile ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Kolbenstangen der Ventilstellzylinder-Kolben aus den Ventilschäften gebildet sind. Zum einen kann hierdurch auf ein gesondertes Bauteil zur Bildung der Kolben¬ stange verzichtet werden, zum anderen lassen sich somit auch bei der erfindungsgemäßen, ohne Nockenwelle arbeitenden Ventilsteuereinrichtung konventionelle, als Einheit aus einem als Ventilstößel ausgebildeten Ventilschaft und einem Ventilkopf gebildete Ventile verwenden.
Um die Ventilsteuerzeiten von Eingangs- und Ausgangs¬ ventilen unabhängig von den Kompressionstakten und -zeiten der einzelnen Zylinder beeinflussen zu können, besteht die Möglichkeit, als Teil der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung einstellbare Druckhalte-/Verzögerungs- einrichtungen vorzusehen, die beispielsweise eine Öffnungsbewegung eines von einem Steuerzylinder beauf¬ schlagten Ventilstellzylinders erst dann zulassen, nachdem der Kompressionstakt des dem betreffenden Steuerzylinder zugeordneten Zylinders schon abge¬ schlossen ist und sich dieser Zylinder bereits in einem nachfolgenden Arbeitstakt befindet. Eine solche Druckhalte-/Verzögerungseinrichtung kann etwa aus einem hydraulischen Relais oder auch einer unmittelbar auf den Kolben des Ventilstellzylinders wirkenden Magneteinrichtung oder dergleichen gebildet sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungs- gemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehe¬ nen Vierzylinder-Verbrennungsmotors, wobei im einzelnen die vom Zylinder I ausgehende Ventilsteuerung dargestellt ist;
Fig. 2 einen zur Druckbeaufschlagung von Ventil- stellzylindernverwendeten Steuerzylin¬ der in Schnittdarstellung;
Fig. 3 die Ventilsteuerung gemäß Fig. 1 mit Dar- Stellung der vom Zylinder III ausgehen¬ den Ventilsteuerung;
Fig. 4 die Ventilsteuerung gemäß Fig. 1 mit Dar- Stellung der vom Zylinder IV ausgehen¬ den Ventilsteuerung;
Fig. 5 die Ventilsteuerung gemäß Fig. 1 mit Dar¬ stellung der vom Zylinder II ausgehen- den Ventilsteuerung;
Fig. 6 die mit der Ventilsteuerung erzielten Ventilbewegungen in einer tabellari¬ schen Übersicht.
Fig. 1 zeigt am Beispiel eines Vierzylinder-Viertakt- Verbrennungsmotors eine Ventilsteuervorrichtung 10, die im wesentlichen aus jeweils den einzelnen Zylin¬ dern I bis IV zugeordneten Steuerzylindern 11, 12, 13, 14 und jeweils den Ventilen zugeordneten Ventil- stellzylindern 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 gebildet ist.
Von dem eigentlichen Vierzylinder-Verbrennungsmotor ist in Fig. 1 sowie den folgenden Figuren 3 bis 5 nur ein Teil eines Zylinderkopfes 23 dargestellt, der mit darin angedeuteten Ventilsitzen 24 versehen ist, die zum gesteuerten Gaswechsel mit den Einlaßventilen Eτ bis EIV und den Auslaßventilen h_ bis AIV zusammenwir- ken.
Die in Fig. 1 dargestellte Ventilstellung entspricht in etwa einem momentanen Betriebszustand des Vierzy- linderVerbrennungs otors, in dem im Zylinder I eine Verbrennung, im Zylinder II ein Ausstoß der verbrann¬ ten Gase, im Zylinder III eine beginnende Kompression und im Zylinder IV ein Ansaugen von Verbrennungsgasen stattfindet. Die hier dargestellten Zylinder I bis IV werden beispielsweise mit einer Zündfolge I - III - IV - II betrieben.
Zwar ist in den Fif. 1, 3, 4, 5 jeweils der Zylinder III mit einer der beginnenden Kompressionsphase ent¬ sprechenden Ventilstellung dargestellt, jedoch wird bei der nachfolgenden Erläuterung der Ventilsteuervor¬ richtung teilweise von einem abweichenden Betriebs¬ zustand des Motors hinsichtlich der Ventilstellung bei den einzelnen Zylindern I bis IV ausgegangen.
In Fig. 1 ist eine Phase der Ventilsteuerung darge¬ stellt, in der während der Kompressionsphase des Zy¬ linders I der diesem zugeordnete Steuerzylinder 11 mit den Ventilen der Zylinder II, III und IV zusammen¬ wirkt. Hierzu ist der mit dem Zylinderinnenraum des Zylinders I über eine Druckverbindung 25 verbundene Steuerzylinder 11 über Druckleitungen 26, 27, 28 an die Ventilstellzylinder 21, 18 sowie 19 und 20 ange- schlössen. Die Ventilstellzylinder 18, 19, 20, 21 weisen wie auch die übrigen Ventilstellzylinder 15, 16, 17 und 22 jeweils zwei durch einen Stellkolben 29 getrennte Zylinderkammern 30, 31 auf, wobei jeweils eine Zylinderkammer 31 eines einem Einlaßventil zu- geordneten Ventilstellzylinders mit einer Zylinderkam¬ mer 31 eines Ventilstellzylinders des zugehörigen Auslaßventils durch eine Verbindungsleitung 32 ver¬ bunden ist. Die Stellkolben 29 sind mit einem Radial¬ dichtring 52 versehen. In axialen Gehäuseöffnungen 53 der Ventilstellzylinder 15 bis 22 sind Kolbenstangen¬ dichtungen 54 vorgesehen, die gegenüber Kolbenstangen 47 abdichten, auf denen die Stellkolben 29 angeordnet sind, welche über eine Schraubverbindung 48 eine Ver¬ längerung von Ventilschäften 51 bilden.
Fig. 2 zeigt zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuerzylinder 11, 12, 13, 14 einen Steuerzylinder im Schnitt. Der hier vertretend für die Steuerzylinder dargestellte Steuerzylinder 11 weist einen Zylinder- körper 33 mit axialen angeordneten Verschlußdeckeln 34, 35 auf. Der obere Verschlußdeckel 34 weist drei Gewindebohrungen 36, 37, 38 zum Anschluß der Druck¬ leitungen 26, 27, 28 auf. Der untere Verschlußdeckel 35 ist mit einer Gewindebohrung 39 zum Anschluß an die zum Zylinderinnenraum führende Druckverbindung 25 versehen. Im Zylinderkörper 33 ist ein doppeltwirken¬ der Kolben 40 angeordnet, der axial zu beiden Seiten seines Kolbenbodens 41 ausgebildete Führungskragen 42, 43 aufweist. Im Bereich des Kolbenbodens 41 ist der Kolben 40 mit einem Radialdichtring 44 versehen. Na¬ türlich befinden sich auch im Kontaktbereich zwischen den Verschlußdeckeln 34, 35 und dem Zylinderkörper 33 axial wirkende, hier nicht näher dargestellte Dichtun- gen.
Zur nachfolgenden Erläuterung der Arbeitsweise der Ventilsteuervorrichtung 10 wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Während des Verdichtungstaktes des Zylinders I wird die Unterseite des Kolbens 40 über die Druckverbindung 25 mit dem Verdichtungsdruck des Zylinders I beaufschlagt. Eine der Oberseite des Kol¬ bens 40 zugewandte Zylinderkammer 45 sowie die Druck¬ leitungen 26, 27, 28 und die Zylinderkammern 30, 31 der Ventilstellzylinder, wie auch die Verbindungslei- tungen 32, sind mit einer Hydraulikflüssigkeit ge¬ füllt.
Wird nun die Unterseite des Kolbens 40 vom Steuerzy- linder 11 mit dem pneumatischen Kompressionsdruck des Zylinders I beaufschlagt, so erfolgt zunächst im Steu¬ erzylinder 11 eine Umwandlung des pneumatischen Druk- kes in einen hydraulischen Druck, der über die Druck¬ leitungen 26, 27, 28 auf die Ventilstellzylinder 21, 18 sowie 19, 20 übertragen wird. Dies geschieht im einzelnen wie folgt: Über die Druckleitung 28, die an die Verbindungsleitung 32 zwischen den Zylinderkammern 31 der Ventilstellzylinder 19, 20 angeschlossen ist, werden die Stellkolben 29 beider Ventilstellzylinder 19, 20 gleichzeitig beaufschlagt, so daß das Einla߬ ventil EIII und das Auslaßventil AIII des Zylinders III in Schließstellung verbracht werden.
Über die Druckleitung 27 wird der auf das Auslaßventil All des Zylinders II wirkende Ventilstellzylinder 18 beaufschlagt. Hierbei wird der hydraulische Druck durch die Zylinderkammer 30 des Ventilstellzylinders 18 auf den Stellkolben 29 übertragen, der mit der Ventilstange 47 verbunden ist und so den Druck zur Öffnung des Auslaßventils All auf dessen Ventilschaft 51 überträgt.
Wegen der Verbindungsleitung 32 wird der anliegende hydraulische Druck über die Zylinderkammer 31 des Ventilstellzylinders 18 auf die benachbarte Zylinder¬ kammer 31 des benachbarten Ventilstellzylinders 17 übertragen, so daß infolge einer Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 29 des Ventilstellzylinders 17 ent- gegenwirkend zur Druckbeaufschlagung des Kolbens 29 des Ventilstellzylinders 18 das Einlaßventil Erι des Zylinders II in Schließstellung verbracht wird.
In ähnlicher Weise bewirkt auch die Druckbeaufschla- gung des Ventilstellzylinders 21 vom Einlaßventil Erv des Zylinders IV neben einer Öffnungsbewegung des Einlaßventils Exv über die Verbindungsleitung 32 auch eine Schließbewegung des Auslaßventils Ar-, vom Zylinder IV.
In Fig. 3 ist die Druckverbindung zwischen dem gerade im Kompressionstakt befindlichen Zylinder III und den Ventilstellzylindern 16, 17 sowie 21 und 22 darge¬ stellt. Diese Steuerschaltung bewirkt - ähnlich der in Fig. 1 beschriebenen Ventilbewegung in Folge der Druckbeaufschlagung durch den Zylinder I - eine Ven¬ tilbewegung, die in Fig. 6 tabellarisch dargestellt ist. Hierbei stehen die geschlossenen Kreissymbole für eine Schließbewegung und die offenen Kreissymbole für eine Öffnungsbewegung der jeweiligen Ventile.
Zur Vervollständigung der Darstellung der Ventilsteu- ervorrichtung 10 bei der Ventilsteuerung eines Vier¬ zylinder-Viertakt-Verbrennungsmotors wird auf die Fig. 4 und 5 verwiesen, in denen jeweils die Druckbeauf¬ schlagung der Ventilstellzylinder 15, 20 sowie 17 und 18 bei einer Druckbeaufschlagung durch den Zylinder IV bzw. die Druckbeaufschlagung der Ventilstellzylinder 19, 22 sowie 15 und 16 bei einer Druckbeaufschlagung durch den Zylinder II dargestellt sind. Die hierdurch erzielten VentilSteuerbewegungen sind ebenfalls in der in Fig. 6 dargestellten tabellarischen Übersicht über die Ventilbewegungen berücksichtigt.
Natürlich ist die vorstehend erläuterte erfindungs¬ gemäße Vorrichtung sowie das mit dieser durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Ventilsteuerungen von Vierzylindermotoren beschränkt sondern kann durch entsprechende Kopplung von den einzelnen Zylindern zu¬ geordneten Steuerzylindern mit einzelnen Ventilen zugeordneten Ventilstellzylindern für Verbrennungs¬ motoren mit beliebiger Zylinderzahl verwendet werden.
Bei den beispielhaften Darstellungen der erfindungs¬ gemäßen Ventilsteuervorrichtung in den Fig. 1 , 3, 4 und 5 werden zur Übertragung der hydraulischen Drücke von den Kolben 29 der Ventilstellzylinder 15 bis 22 auf die Ventile Ventilstangen 47 verwendet, die mit den eigentlichen Einlaß- bzw. Auslaßventilen über eine Schraubverbindung 48 verbunden sind. Hierzu ist ein Gewindeende 49 der Ventilstange 47 in eine Gewindeboh¬ rung 50 eines Ventilschaftes 51 eingeschraubt. Natür- lieh ist es auch möglich, den Ventilschaft einstückig durchgehend gleich so auszubilden, daß dieser als Kolbenstange für die Kolben 29 der Ventilstellzylinder 15 bis 22 dienen kann. Auch können bei entsprechender Ausbildung der Ventilstellzylinder 15 bis 22 herköm - liehe, als Stößelventile ausgebildete Ventile ohne wesentliche Änderungen zusammen mit der Ventilsteuer- Vorrichtung verwendet werden, wobei dann die Ventil¬ stößel als Kolbenstangen für die Kolben 29 der Ventil- stellzylinder dienen.
Statt dem Verdichtungsdruck, der von den Zylindern abgeleitet wird, kann auch eine systemfremde Druck¬ quelle (pneumatisch oder hydraulisch) eingesetzt werden. In diesem Fall müßte der Druck taktsynchron gesteuert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Steuerung von Ventilen eines Verbrennungs- motors mit mehreren Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile mindestens eines Zylinders mit dem Verdichtungsdruck eines anderen Zylinders beaufschlagt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsdruck eines Zylinders über einen Druckmediumwandler, vorzugsweise eine beidseitig mit unterschiedlichen Druckmedien beaufschlagbare Kol- ben-/Zylindereinheit (11), auf die Ventile mindestens eines anderen Zylinders übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsdruck über den Druckmediumwand¬ ler(11) auf ein flüssiges Druckmedium, vorzugsweise Öl, übertragen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile sowohl in Schließrichtung als auch in Öffnungsrichtung vom Fluiddruck beaufschlagt werden.
5. Vorrichtung zur Steuerung von Ventilen eines Verbrennungs¬ motors mit mehreren Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinderinnenraum über eine Druckverbindung (25) mit auf die Ventile eines weiteren Zylinders oder mehrerer weiterer Zylinder wirkenden Kolben-/Zylin- der-Einheiten (Ventilstellzylinder 15 bis 22) verbun¬ den ist, derart, daß jeder Zylinderinnenraum mit den Ventilstellzylindern derjenigen Ventile ver¬ bunden ist, die entsprechend der Zündfolge des Ver¬ brennungsmotors und dem Arbeitstakt des weiteren Zy¬ linders bzw. der weiteren Zylinder anzusteuern sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise unmittelbar an jeden Zylinderinnen¬ raum angeschlossen eine beidseitig beaufschlagbare Kolben-JZylinder-Einheit (Steuerzylinder 11 bis 14) vorgesehen ist, deren Eingangsseite mit dem Zylinde¬ rinnenraum und deren Ausgangsseite mit den anzusteu¬ ernden Ventilen verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstellzylinder (15 bis 22) einen beidsei¬ tig beaufschlagbaren, doppeltwirkenden Kolben (29) aufweisen, der sowohl in Schließrichtung als auch in öffnungsrichtungdes jeweiligen Ventils bewegbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstellzylinder (15 bis 22) jeweils einen eingangsseitigen, mit einem Steuerzylinder (11 bis 14) und einen ausgangsseitigen, mit einem Ventil verbunde¬ nen Druckraum (Zylinderkammern 30, 31) aufweisen, wobei die ausgangsseitigen Druckräume der Ventilstell- zylinder einer Einlaßventil-JAuslaßventil-Paarung eines Zylinders miteinander kommunizierend verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (29) der Ventilstellzylinder (15 bis 22) auf in Verlängerung von Ventilschäften (51) ausge¬ bildeten Kolbenstangen (47) ausgebildet sind.
10.Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (29) der Ventilstellzylinder (15 bis
22) auf den Ventilschäften (51) angeordnet sind.
11.Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an den Ventilstellzylindern (15 bis 22) eine einstellbare Druckhalte-/Verzögerungseinrich- tung vorgesehen ist.
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