DE19931129A1 - Ventilsteuerung bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Eine Ventilsteuerung eines 4-Takt-Verbrennungsmotors soll reibungsarm arbeitend ausgebildet werden. DOLLAR A Zu diesem Zweck zeichnet sie sich dadurch aus, daß DOLLAR A - ein Ventilstößel fest mit einem Steuerkolben eines hydraulischen Stellzylinders verbunden ist, DOLLAR A - der Steuerkolben in dem Stellzylinder zwei mit einem Ein- und einem Auslaß versehene Druckräume voneinander trennt, DOLLAR A - der Einlaß mit einer Druckquelle und der Auslaß mit einer Drucksenke mit Hilfe einer Steuereinrichtung derart verbindbar sind, daß der Ventilstößel das betreffende Ventil taktgesteuert öffnen und schließen kann. DOLLAR A Die Ventilsteuerung kann drehzahlabhängig erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor und beschäftigt sich mit dem Problem, eine Einrichtung zu schaffen, mit der diese Steuerung mög­ lichst reibungsarm erfolgen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ventilsteuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che. Dabei beziehen sich die Ansprüche 8 bis 11 auf eine mo­ tordrehzahlabhängige Veränderbarkeit der Motorventil- Steuerzeiten. Durch eine Variation der Steuerzeiten ist es möglich, den Füllungsgrad der Zylinder drehzahlabhängig zu gestalten. Dabei ist es insbesondere möglich, eine Über­ schneidung der Ventilzustände im unteren Drehzahlbereich des Motors klein zu gestalten. Mit zunehmender Drehzahl kann sich die Überschneidung vergrößern, um dadurch Frischgasver­ luste auf einen minimalen Wert regulieren zu können.

Ein nachstehend noch näher beschriebenes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

In dieser zeigen jeweils schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ventil mit zugeordneter Steuereinrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ventilsteue­ rung nach Fig. 1 für mehrere Ventile eines Verbren­ nungsmotors,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III durch die Steuer­ einrichtung in Fig. 1 in einer alternativen Ausfüh­ rung zur Variation der Steuerzeiten,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 3.

Vier mit A, B, C, D bezeichnete Ein- oder Auslaßventile ei­ nes Verbrennungsmotors werden hydraulisch gesteuert.

Zu diesem Zweck ist ein Ventilstößel 1 eines Ventiles mit einem Steuerkolben 2 eines Stellzylinders 3 verbunden. Der Steuerkolben 2 trennt in dem Stellzylinder 3 zwei Druckräume voneinander und zwar einen ersten Druckraum 4 von einem zweiten Druckraum 5. Jeder der beiden Druckräume 4, 5 be­ sitzt jeweils einen Einlaß 6 und einen Auslaß 7.

Die Ein- und Auslässe 6 und 7 sind jeweils mit einer Steuer­ einrichtung 8 verbunden, aus der die Einlässe 6 mit unter Druck stehendem Hydrauliköl beaufschlagt werden und in die aus den Auslässen 7 Hydrauliköl abfließen kann. Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung 8 einerseits mit einer Druckquelle und andererseits mit einer Drucksenke verbunden. Die Druckquelle kann eine Förderpumpe sein, während die Drucksenke der Kurbelraum eines Verbrennungsmotors sein kann.

Die Funktion der Steuereinrichtung 8 im Zusammenwirken mit dem Stellzylinder 3 wird nachfolgend mit Bezug auf lediglich einen Stellzylinder 3 für ein Ventilstößel 1 beschrieben.

In der Steuereinrichtung 8 sind vier Drehschieberventile 9 drehbar gelagert. Die Drehachsen verlaufen parallel zueinan­ der. Die Drehschieber dieser Ventile sind kreiszylindrische Rohrabschnitte mit Steueröffnungen 10. Jedem Drehschieber­ ventil 9 ist in dem diesem lagernden Gehäuse der Steuerein­ richtung 8 eine Einlaß- oder Auslaßöffnung 11 bzw. 12 zuge­ ordnet. Der zentrale Hohlraum jedes Drehschieberventiles 9, dem jeweils eine Auslaßöffnung 12 zugeordnet ist, ist einer Druckquelle zugeordnet. Entsprechend sind die Drehschieber­ ventile 9, denen eine Einlaßöffnung 11 zugeordnet ist, mit einer Drucksenke verbunden.

Die Drehschieber der Drehschieberventile 9 können gegensei­ tig miteinander verzahnt sein, wozu deren Drehachsen in den Ecken eines Quadrates liegen. Die ineinandergreifenden Zahn­ räder der Drehschieberventile 9 sind mit 14 bezeichnet.

Die Steueröffnungen 10 der einzelnen Drehschieber sind um­ fangsmäßig hinsichtlich ihrer Lage und Größe so ausgeführt, daß die Druckräume 4 und 5 des Stellzylinders 3 jeweils mit Drucköl versorgt oder von Drucköl befreit werden können. Für eine solche richtige Zuordnung sind die Drehrichtungen der vier Drehschieber der Drehschieberventile 9 entsprechend ausgelegt. Mögliche Drehrichtungen der vier Drehschieber der Drehschieberventile 9 sind in der Zeichnung durch Drehrich­ tungspfeile angegeben.

Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung funktioniert mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung wie folgt.

Die gegeneinander verzahnten Drehschieber der Drehschieber­ ventile 9 werden mit einer für die Ventilsteuerung gewünsch­ ten Taktfrequenz angetrieben, die beispielsweise der Kurbel­ wellendrehung des Verbrennungsmotors entnommen werden kann.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Zustand befindet sich der Ventilstößel 1 zusammen mit dem Steuerkolben 2 des Stellzylinders 3 in der oberen Totpunktlage, das heißt, das Ventil ist in diesem Zustand geschlossen.

Drehen die Drehschieber der Drehschieberventile 9 in dem in der Zeichnung eingetragenen Drehsinn, so wird das dem Ven­ tilstößel 1 zugeordnete Ventil geöffnet. Der Druckraum 4 des Stellzylinders 3 wird aus dem Drehschieberventil 9.1 über eine zu dem Einlaß 6.1 des Stellzylinders 3 führende Leitung mit Hydrauliköl aus einer Druckquelle versorgt. Bei diesem Zustand ist der Auslaß 7.2 des Stellzylinders 3 verschlos­ sen. Hierfür sorgt die entsprechende Stellung des Drehschie­ bers 9.2, dessen zugeordnete Einlaßöffnung 11 des Gehäuses der Steuereinrichtung 8 über eine Verbindungsleitung mit dem Auslaß 7.2 der Druckkammer 4 verbunden ist. In diesem Zu­ stand wird die Druckkammer 4 also unter Druck gesetzt und hat das Bestreben, sich zu vergrößern. Damit sie dies kann, muß aus der Druckkammer 5 Hydrauliköl ausströmen können. Dies ermöglicht die Stellung der Steuerschieber 9.3 und 9.4. Während der Steuerschieber 9.3, dessen in dem Gehäuse der Steuereinrichtung 8 zugeordnete Auslaßöffnung 12 über eine Verbindungsleitung mit dem Einlaß 6.3 der Druckkammer 5 des Stellzylinders 3 verbunden ist, einen Hydraulikölzufluß in die Kammer 5 unterbindet, sorgt die Stellung des Drehschie­ bers 9.4 dafür, daß Hydrauliköl aus dem Auslaß 7.4 über eine Verbindungsleitung durch die Einlaßöffnung 11 über das Inne­ re dieses Drehschiebers 9.4 in eine Drucksenke abfließen kann. Der Ventilstößel 1 kann somit in Richtung seiner unte­ ren Totpunktstellung wandern, in der das zugeordnete Ventil des Verbrennungsmotors geöffnet ist.

Anschließend wird durch die nächste Stellung der Drehschie­ ber 9 eine umgekehrte Druckbeaufschlagung der Druckkammern 4 und 5 eingeleitet, wodurch der Kolben 2 mit dem an diesem befindlichen Ventilstößel 1 zum Schließen des Ventiles in seine obere Totpunktlage bewegt wird. Diese Bewegungsabläufe wiederholen sich sodann periodisch mit der der Steuerein­ richtung 8 aufgegebenen Taktfrequenz.

Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 8 können eine Vielzahl von Stellzylindern 3 und damit Ventile gleichzeitig gesteuert werden. Zu diesem Zweck sind die Drehschieber der Drehschieberventile 9 lediglich als aneinandergereihte Ab­ schnitte entsprechender in der Steuereinrichtung 8 gelager­ ter Rohre auszubilden, wobei jedem Drehschieberventil 9 ent­ sprechende Ein- und Auslaßöffnungen 11 und 12 zuzuordnen sind. In der Zeichnung ist dies schematisch in der Fig. 2 angedeutet. Für die Drehschieber der Drehschieberventile 9 ist jeweils ein einziger Antrieb ausreichend, wenn die Dreh­ schieber der Drehschieberventile 9 über Zahnräder 14 inein­ andergreifen. Für den Antrieb reicht dann bereits ein in ei­ nes der Zahnräder 14 eingreifendes Antriebsritzel 15 einer Antriebseinrichtung aus. Der Antrieb der Antriebseinrichtung kann von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausgehen.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Steuereinrichtung 8, mit der eine Veränderbarkeit der Steuerzeiten für die Ventilbetäti­ gung möglich ist.

Um die Veränderbarkeit erreichen zu können, sind die Dreh­ schieberventile als Hohlkolben 16 ausgeführt. Diese Hohlkol­ ben 16 sind in der Art eines Kolbens einer hydraulischen Stellzylindereinrichtung innerhalb des Gehäuses der Steuer­ einrichtung 8 verschiebbar. Die zum Verstellen erforderliche Hydraulikflüssigkeit ist durch den Pfeil H angedeutet und gelangt durch die Öffnungen 17 in das Gehäuse der Steuerein­ richtung 8 zur Beaufschlagung der Hohlkolben 16. Die Hohl­ kolben 16 sind an ihrem anderen Ende durch Federn 18 beauf­ schlagt, die kraftmäßig der Hydraulikflüssigkeitsbeaufschla­ gung durch die Öffnungen 17 entgegengerichtet sind.

Die Steueröffnungen 10 in den Hohlkolben 16 besitzen in axialer Richtung umfangsmäßig unterschiedlich große Bogenma­ ße, was über entsprechend geformte Steuerkanten 19 bewirkt wird. Je nach axialer Stellung der Drehschieberventile, das heißt der Hohlkolben 16, besitzen die Steueröffnungen 10 ein umfangsmäßig größeres oder kleineres Bogenmaß, durch das sich unterschiedliche Steuerzeiten für die Betätigung des Motorventiles ergeben.

Das für die Betätigung des Motorventiles notwendige Hydrau­ liköl wird der Steuereinrichtung 8 mit Bezug auf die Achsen der Hohlkolben 16 radial zu- bzw. daraus radial abgeführt durch Öffnungen 20 bzw. 21. Dabei ist die Öffnung 20 mit der Druckquelle für die Hydraulikflüssigkeit und die Öffnung 21 mit der betreffenden Drucksenke verbunden. Mit dem jeweili­ gen Hohlraum der Hohlkolben 16 sind die Öffnungen 20 und 21 über einen in dem Gehäuse der Steuereinrichtung 8 vorgesehe­ nen Ringkanal 22 und jeweils in zugeordneten Umfangsberei­ chen des Hohlkolbens 16 angeordnete, radial verlaufende Öff­ nungen 23 verbunden.

Aus den Fig. 4 und 5 sind die je nach axialer Stellung der Hohlkolben 16 sich ergebenden Öffnungs-Bogenmaße der Steuer­ öffnungen 10 dargestellt. Die Bogenmaße sind dort durch die Winkel α gekennzeichnet. Dabei sind diese Winkel allerdings lediglich für den in der Fig. 3 linken Hohlkolben 16 angege­ ben. Einem Vergleich der Fig. 4 und 5 ist jedoch deutlich zu entnehmen, daß auch das Bogenmaß der Steueröffnung 10 des rechten Hohlkolbens in der Fig. 4 größer als dasjenige in der Fig. 5 ist.

Claims (11)

1. Ventilsteuerung bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor, bei der

• - ein Ventilstößel (1) fest mit einem Steuerkolben (2) eines hydraulischen Stellzylinders (3) verbunden ist,
• - der Steuerkolben (2) in dem Stellzylinder (3) zwei mit ei­ nem Ein- und einem Auslaß (6 bzw. 7) versehene Druckräume (4, 5) voneinander trennt,
• - der Einlaß (6) mit einer Druckquelle und der Auslaß (7) mit einer Drucksenke mit Hilfe einer Steuereinrichtung (8) derart verbindbar sind, daß der Ventilstößel (1) das be­ treffende Ventil taktgesteuert öffnen und schließen kann.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckräume (4, 5) des Stellzylinders (3) über ein erstes Drehschieberventil (9) mit der Druckquelle und über ein zweites Drehschieberventil (9) mit der Drucksenke verbindbar sind, wobei die Drehschieber (9) in der Steuer­ einrichtung (8) gelagert sind.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieberventile (9) Hohlzylinder mit umfangsmäßig begrenzten radialen Steueröffnungen (10) sind, wobei je­ der Steueröffnung (10) eine Ein- oder Auslaßöffnung (11, 12) in der die Drehschieberventile (9) lagernden Steuereinrich­ tung (8) zugeordnet ist.

4. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuereinrichtung (8) gelagerten Drehschie­ berventile (9) durch einen gleichen Antrieb gemeinsam an­ treibbar ausgebildet sind.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Drehschieberventile (9) in den Ecken eines Quadrates angeordnet sind und bei gegenseitiger Ver­ zahnung mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbar sind.

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich an dem die Verzahnung eines Drehschieberven­ tils (9) bildenden Zahnrad (14) ein Antriebsritzel (15) an­ greift.

7. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für mehrere Ventile, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieberventile (9) axial nebeneinander liegende Bereiche eines Hohlzylinders sind.

8. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7 mit zumindest den Merkmalen des Anspruchs 3, gekennzeichnet durch die Merkmale,

• - die Drehschieberventile (9) sind axial verschiebbar,
• - das umfangsmäßige Bogenmaß der Steueröffnungen (10) vari­ iert über die axiale Länge dieser Steueröffnungen,
• - je nach axialer Stellung der Drehschieberventile (9) ist eine bogenmäßig unterschiedlich große Steueröffnung (10) steuerwirksam.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebbarkeit der Drehschieberventile (9) durch eine Ausbildung der Drehschieberventile als hydrau­ lisch betätigte Stellzylinder-Hohlkolben (16) erzielt wird.

10. Ventilsteuerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieberventile (9) axial einenends mit hydrau­ lischer Steuerflüssigkeit und anderenends federbeaufschlagt sind, wobei die Kraftbeaufschlagung von beiden Seiten entge­ gengerichtet ist.

11. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle bzw. Drucksenke des die Ventilstößel (1) betätigenden Hydrauliköles mit dem jeweiligen Innenraum ei­ nes als Hohlkolben (16) ausgebildeten Drehschieberventiles über einander zugeordnete, radial verlaufende Öffnungen (23; 20, 21) innerhalb der Umfangswand eines jeweiligen, als Hohlkolben (16) einerseits und des Drehschieberventil- Gehäuses der Steuereinrichtung (8) andererseits verbunden ist, wobei zwischen den Öffnungen (20, 21) einerseits und den Öffnungen (23) andererseits ein mit diesen jeweils strö­ mungsmäßig in Verbindung stehender Ringkanal (22) verläuft.