EP0455760B1 - Hydraulische ventilsteuervorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Hydraulische ventilsteuervorrichtung für brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0455760B1
EP0455760B1 EP90915089A EP90915089A EP0455760B1 EP 0455760 B1 EP0455760 B1 EP 0455760B1 EP 90915089 A EP90915089 A EP 90915089A EP 90915089 A EP90915089 A EP 90915089A EP 0455760 B1 EP0455760 B1 EP 0455760B1
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EP
European Patent Office
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piston
valve
reservoir
cam
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90915089A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0455760A1 (de
Inventor
Helmut Rembold
Ernst Linder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0455760A1 publication Critical patent/EP0455760A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0455760B1 publication Critical patent/EP0455760B1/de
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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
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve
    • 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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • 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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic valve control device for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • a hydraulic valve control device for internal combustion engines Basically, such an electrohydraulically controlled engine valve must meet various requirements. On the one hand, there is little free space in the area of the cylinder head of an internal combustion engine, so that all components present there should have the smallest possible dimensions. On the other hand, it is also a relatively hot area, which must be taken into account in the construction and design, especially of the moving parts.
  • a control slide is controlled via the solenoid valve, which controls the connection between the pressure chamber and the storage chamber.
  • the solenoid valve is arranged close to the control slide, the design of which means that the solenoid of the solenoid valve is relatively far away from the engine valve. This leads to relatively long channels and a correspondingly large hydraulic volume between the storage space and the pressure space.
  • the hydraulic valve control device with the characterizing features of the main claim has the advantage that the space provided for the cam piston spring in the pressure chamber and in this respect harmful space is used as a storage piston space, so that the dimensions of the valve control unit do not have to be increased by the integration of the storage piston, and that the hydraulic channels between the individual control spaces within the valve control unit are minimized. An extra space in the area of the motor head for the accumulator is therefore no longer necessary.
  • the pressure channel between the pressure space and the storage space can be controlled in different ways, the decisive factor being that this control is carried out directly or indirectly hydraulically.
  • An embodiment of the invention consists in one Solenoid valve controlled by an electronic control unit processing engine parameters for controlling the pressure line.
  • an electronic control unit processing engine parameters for controlling the pressure line.
  • the required high frequencies can be achieved without problems in the control.
  • all conceivable parameters that are interesting for the timing of the engine valves can be processed via an electronic control unit.
  • the pressure line it is conceivable for the pressure line to be controlled by mechanical or hydromechanical means, the storage piston being arranged in the cam piston designed as a hollow piston as the core of the invention.
  • the accumulator piston as a movable valve member of the control valve, controls the connection between the pressure channel and the accumulator chamber, a control line for hydraulic oil under a certain control pressure being fed radially to the cam piston and opening into the accumulator chamber, which is optionally controlled by a solenoid valve and which is controlled by the Accumulator spring acting on the accumulator piston is greater than the control force acting on the accumulator piston but less than the actuating force of the accumulator piston, which is generated when the end face of the accumulator piston is acted upon by the working pressure from the pressure chamber when the valve tappet is driven by the drive cam is operated in the opening direction.
  • the storage piston lifts off its seat, so that, if the valve control unit is actuated by the drive cam, hydraulic oil flows into the storage space under working pressure and displaces the storage piston, so that the valve piston also delimiting the pressure chamber remains in its position or is shifted back into its starting position in which the engine valve is closed again.
  • the amount of hydraulic oil displaced on the one hand by the cam piston and on the other hand by the valve piston is displaced into the storage space via the pressure channel.
  • the hydraulic oil flows out of the storage space back into the pressure space until the storage piston rests on its valve seat again.
  • the control of the accumulator piston valve can be achieved either due to clear pressure conditions, but also due to a pressure surge in which the accumulator piston lifts only slightly from its seat due to sudden supply of the control pressure via the control line, in order to then be shifted further by the working pressure. If there is no working pressure at the moment because the drive cam is not in effect, the accumulator piston is immediately pushed back onto its seat due to the accumulator spring.
  • the cam piston for its radial guidance and axial displaceability is arranged in a bore in the motor housing head and is sleeve-shaped with an intermediate floor present in the central region, in which the pressure channel and / or the control line run, the one facing the drive cam and axially displaceable and radially sealingly arranged by a cap-closed sleeve section of the accumulator piston, which, together with the intermediate floor, delimits the accumulator space with its end face facing away from the accumulator spring, the accumulator spring acting on the one hand on the cap and the accumulator spring on the other, and in which the motor valve
  • the sleeve section is also radially sealing and the valve piston is arranged to limit the pressure space with the intermediate floor.
  • the control line preferably has a path to the storage space in the course of the intermediate floor non-return valve arranged.
  • a slide control would also be conceivable, backflow of hydraulic fluid into the control line is avoided by the check valve and, above all, it is prevented that hydraulic oil flowing into the storage space under working pressure flows out of there into the control line. Even if a slide control or a throttle were available instead of the check valve, quantities flowing into the control line would have to be replaced again in order to have the same initial filling situation at the start of the cam piston drive.
  • annular groove is present in the bore of the housing head which receives the cam piston and is connected to the control line, whereby according to a special embodiment this annular groove is connected to the storage space via a relief channel, the mouth of this relief channel being replaced a forward stroke of the cam piston is blocked during its pressure stroke, while in the starting position of the cam piston the mouth of the relief channel is opened.
  • this relief channel also serves as a filling channel in order to achieve the same starting situation before the start of a new pressure stroke in the valve control unit.
  • the storage spring space receiving the storage spring and closed by the cap is sealed airtight, so that the enclosed air volume serves as a cushioning cushion.
  • an annular groove in the inner bore of the cam piston is present in the area around the valve seat of the storage piston, which is delimited by the storage piston and which is connected to the pressure chamber by the pressure channel. Due to the resulting shortness of the pressure channel, pressure losses or control impairments at high speed, for example due to the throttling effect, are also low.
  • a liquid source for the hydraulic oil which generates a control pressure supplied via the control line via a pressure control valve, and a return line can be opened by the solenoid valve, as a result of which the control pressure is reduced.
  • the solenoid valve is closed, the control pressure can build up and lift the accumulator piston slightly off the seat, so that, if this valve control unit is actuated by the drive cam, the working pressure can be transferred from the pressure chamber to the accumulator chamber, hydraulic oil flowing from the pressurized chamber into the accumulator chamber .
  • the return line is opened by the solenoid valve, hydraulic oil can flow from the storage space back to the oil tank via the relief channel, for example.
  • a solenoid valve is present in the control line, which is opened if necessary and allows hydraulic oil to flow to the engine valve unit under control pressure.
  • This solenoid valve is preferably open when de-energized, while that in the return line is closed when de-energized.
  • a control line leads to each of the valve control units, a plurality of such control lines are each controlled by only one solenoid valve, wherein there is no overlap in time of the opening strokes when they are driven by the engine camshaft with drive cams.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the valve control device of an engine intake valve with a partial section through the associated engine exhaust valve and the hydraulic circuit diagram associated with the control of the intake valve
  • FIG. 2 shows a control diagram of the hydraulic engine valve control for a 4-cylinder engine.
  • a controllable hydraulic valve tappet 5 is arranged between a valve stem 2 carrying a valve plate 1 and a drive cam 4 rotating with a camshaft 3.
  • the valve stem is guided axially displaceably in a bearing bush 6 of the motor head 7.
  • the valve plate 1 is pressed onto a valve seat 9 by a closing spring 8, the closing spring 8 being supported on the one hand on a flange of the bearing bush 6 and on the other hand on a spring plate 11 which is fastened to the end of the valve stem 2.
  • an outlet valve 12 is arranged in the engine valve head 7, which is basically similar, in other words is also actuated by a drive cam, not shown here, but with the difference that the valve tappet arranged between them is not controllable.
  • the valve tappet 5 has a sleeve-shaped cam piston 13, which is mounted in an axially displaceable manner in a guide bore 14 of the motor head 7 and has an intermediate floor 15 in its central region. Through this intermediate floor 15, the cam piston 13 is divided into two sleeve sections. In the one sleeve section 16, a valve piston 17 works in a radially sealing and axially displaceable manner, which covers the closing spring 8 in sections over the spring plate 11 and, on the other hand, with its end face delimits a pressure chamber 18 which is also delimited by the intermediate floor 15.
  • the storage spring 22 is supported on the one hand on the bottom of the storage piston 21 and on the other hand on a cap 27 through which the sleeve section 19 of the cam piston 13 is closed airtight, for example by rolling in, and engages on the side of the drive cams 4 facing away from the storage spring 22.
  • a control ring groove 28 is provided in the guide bore 14 in the area of the intermediate floor 15, which is crossed by a control line 29 which opens into the storage space 25.
  • a check valve 31 opening towards the storage space 25 is present.
  • the intermediate floor 15 there is a pressure channel 32 connecting the annular groove 26 to the pressure chamber 18.
  • a relief channel 33 is present in the intermediate floor, which connects the annular groove 28 to the storage chamber 25 and which is separated from the annular groove 28 after a certain stroke of the cam piston 13 has been covered is, so that in the starting position shown, this connection between the storage space 25 and the control line 29 exists, however, is interrupted after the start of the pressure stroke of the cam piston 13.
  • the valve control device shown is supplied via the control line 29 by a hydraulic system shown here only as a circuit diagram, with a feed pump 34 which supplies the hydraulic oil from an oil container 35 sucks and feeds the control lines 29, each of which leads to the individual hydraulically controlled valve lifters 5, the number of which corresponds to the number of engine cylinders.
  • the control pressure in the control line 29 is controlled via a pressure control valve 36.
  • a return line 37 branches off from the control line 29, which leads back to the oil container 35 and in which a 2/2 solenoid valve 38 is arranged, which is closed when de-energized.
  • the control line 29 branches twice in succession, with a 2/2-way solenoid valve 39, 40 being arranged in each of the further lines after the first branch, which is opened when de-energized, and of which the valve tappets of the engine cylinders I and I through the one solenoid valve 39 IV, however, the valve tappets of the motor cylinders II and III are simultaneously controlled by the other solenoid valve 40, as is described in more detail below with reference to FIG. 2.
  • the engine valve control system described in FIG. 1 works as follows: As long as the accumulator piston 21 rests with its end ring edge 23 on the valve seat 24, ie as long as no connection between the pressure chamber 18 and the accumulator chamber 25 via the pressure channel 32 is possible, the hydraulic valve tappet acts as a rigid one Element so that the lifting movement of the cam piston 13 generated by the drive cam 4 is transmitted directly to the valve stem 2 and thus to the valve plate 1.
  • the valve piston 17 is actuated synchronously with the cam piston 13, in both stroke directions.
  • the two solenoid valves 39, 40 are energized, that is to say in the blocking position.
  • the entire hydraulic oil quantity delivered by the feed pump 34 flows back to the oil tank 35 via the pressure holding valve 36.
  • the hydraulic oil pressure also acts in the storage space 25 via the control line 29 and causes the storage piston 21 to be lifted slightly from the valve seat 24, so that hydraulic oil from the pressure space 18 into the storage space from the annular groove 26 25 can flow.
  • this overcomes the force of the storage spring 22 very quickly and displaces the storage piston 21. Because of this short circuit between Pressure chamber 18 and storage chamber 25, the valve piston 17 is not moved, but remains in the position shown, in which the inlet valve is blocked with valve plate 1.
  • FIG. 2 shows the stroke of the engine valves or solenoid valves h (ordinate) via the rotation angle in ° camshaft (abscissa).
  • the ordinate representation is actually seven diagrams, one above the other, with the top four diagrams with I to IV being assigned to the valve lifters of the corresponding engine cylinders, and seen from above in the firing order first I, then III, then IV and finally II, before the valve lifter of I is actuated again.
  • the bottom diagram then corresponds to the solenoid valve 38, that above the solenoid valve 40 and the diagram above the solenoid valve 39.
  • the solenoid valve 38 is always open with interruptions. These interruptions fall just in the opening periods of the solenoid valves 39 and 40.
  • the control pressure from the control line 29 can only act when the solenoid valve 38 is blocked and one of the solenoid valves 39 or 40 is open.
  • This control situation that is to say control pressure in the control line 29, can only have an effect if the valve tappet 5 which has just been actuated is actuated via the drive cam 4, so that the working pressure required for the control effect can be set in the pressure chamber 18.
  • the valve tappet 5 which has just been actuated is actuated via the drive cam 4
  • control line 29 leading to the motor valve I and IV is actuated simultaneously by the solenoid valve 39, there is no overlap with the valve lifters III and II, for which the solenoid valve 40 is blocked at that time.
  • the respective point in time from which the control is to start depends on the overlap of diagram 38 with one of diagrams 39 and 40, the points in time being adjustable via the electronic control unit as a function of engine parameters.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Hydraulische Motorventilsteuerung mit einem dem Druckraum (18) des Magnetstößels zugeordneten Flüssigkeitsspeicher mit einem Speicherkolben (21), Speicherraum (25) und Speicherfeder (22), wobei der Druckraum (18) zwischen einem durch den Antriebsnocken (4) betätigten Nockenkolben (13) und einem mit dem Motorventil zusammenwirkenden Ventilkolben (17) angeordnet ist, und wobei der Nockenkolben (13) als Hohlkolben ausgebildet ist, in dessen Hohlraum der Flüssigkeitsspeicher angeordnet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Grundsätzlich muß ein derartiges elektrohydraulisch gesteuertes Motorventil verschiedenen Forderungen genügen. Einerseits ist im Bereich des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine wenig freier Raum vorhanden, so daß alle dort vorhandenen Bauteile möglichst geringe Abmessungen aufweisen sollen. Andererseits handelt es sich hier auch um einen verhältnismäßig heißwerdenden Bereich, was bei der Konstruktion und Gestaltung vor allem der beweglichen Teile berücksichtigt werden muß. Entscheidend für die Qualität der Steuerung wiederum ist, daß das bei der Steuerung hin und her geschobene Ölvolumen möglichst klein ist, da sich die hin und her geschobene Ölmenge aufgrund der Querschnittssteuerung auf die Qualität der Präzision der Steuerung auswirkt oder auch die Kompressibilität des Steueröls, die natürlich besonders nachteilig bei größeren Ölmengen ist. Anders ist es bei Teilen, die eine Fehlerquelle darstellen können, wie beispielsweise die Magnetventile, deren Anzahl möglichst kleingehalten werden sollte, das heißt, es ist ein Bemühen, möglichst mehrere Motorventileinheiten über nur ein Magnetventil zu steuern.
  • Bei einer bekannten hydraulischen Ventilsteuervorrichtung der gattungsgemäßen Art (DE- OS 35 11 820) wird über das Magnetventil ein Steuerschieber gesteuert, der die Verbindung zwischen Druckraum und Speicherraum steuert. Das Magnetventil ist nahe dem Steuerschieber angeordnet, wobei konstruktionsbedingt der Magnet des Magnetventils verhältnismäßig weit vom Motorventil entfernt ist. Dies führt zu verhältnismäßig langen Kanälen und einem entsprechend großen Hydraulikvolumen zwischen Speicherraum und Druckraum.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße hydraulische Ventilsteuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist demgegenüber den Vorteil auf, daß der für die Nockenkolbenfeder im Druckraum vorgesehene und insofern schädliche Raum als Speicherkolbenraum verwendet wird, daß also die Abmessungen der Ventilsteuereinheit durch die Integration des Speicherkolbens nicht vergrößert werden müssen, und daß die Hydraulikkanäle zwischen den einzelnen Steuerräumen innerhalb der Ventilsteuereinheit minimiert sind. Ein Extraplatz im Bereich des Motorkopfes für den Speicher ist also nicht mehr erforderlich. Die Steuerung des Druckkanals zwischen Druckraum und Speicherraum kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, maßgebend ist, daß diese Steuerung mittelbar oder unmittelbar hydraulisch vorgenommen ist. Die Zuführung dieser Hydraulik muß radial erfolgen, da der Nockenkolben während des Betriebs axial verschoben wird und eine radiale Führung braucht, die hier für die Zuführung der Steuerhydraulik nutzbar ist, indem die Führung über ein entsprechendes Nutensystem in Mantelfläche und Bohrung überbrückbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht in den Einsparungen bei der Teileherstellung. Da es sich bei dem Nockenkolben und dem Speicherkolben um Drehteile handelt, die in entsprechenden Präzisionsbohrungen geführt sind, ist es somit ausreichend, nur noch eine diesbezügliche Präzisionsbohrung im Motorkopf vorzusehen, hingegen die andere Bohrung im Nockenkolben beispielsweise als Automatendrehteil herzustellen.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem über ein Motorkenngrößen verarbeitendes elektronisches Steuergerät angesteuertes Magnetventil zur Steuerung der Druckleitung. Mit einem derartigen Magnetventil können die erforderlich hohen Frequenzen bei der Steuerung ohne Probleme erzielt werden. Vor allem können über ein elektronisches Steuergerät alle denkbaren für die Zeitsteuerung der Motorventile interessanten Kenngrößen verarbeitet werden. Grundsätzlich ist jedoch denkbar, daß die Steuerung der Druckleitung über mechanische oder hydromechanische Mittel erfolgt, wobei als Kern der Erfindung der Speicherkolben im als Hohlkolben ausgebildeten Nockenkolben angeordnet ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steuert der Speicherkolben als bewegliches Ventilglied des Steuerventils die Verbindung zwischen dem Druckkanal und dem Speicherraum, wobei eine Steuerleitung für Hydrauliköl unter bestimmtem Steuerdruck radial dem Nockenkolben zugeführt in den Speicherraum mündet, welche gegebenenfalls magnetventilgesteuert ist und wobei die durch die Speicherfeder am Speicherkolben angreifende Federkraft größer ist als die durch den Steuerdruck am Speicherkolben angreifende Steuerkraft jedoch geringer ist als die Betätigungskraft des Speicherkolbens, die dann erzeugt wird, wenn die Stirnfläche des Speicherkolbens durch den Arbeitsdruck vom Druckraum her beaufschlagt wird, wenn der Ventilstößel durch den Antriebsnocken in Öffnungsrichtung betätigt wird. Sobald sich also aufgrund des Steuerdrucks über die Steuerleitung zugeführt im Speicherraum ein Steuerdruck aufgebaut hat, hebt der Speicherkolben von seinem Sitz ab, so daß, sofern gerade die Ventilsteuereinheit durch den Antriebsnocken betätigt wird, Hydrauliköl unter Arbeitsdruck in den Speicherraum strömt und den Speicherkolben verschiebt, so daß der ebenfalls den Druckraum begrenzende Ventilkolben in seiner Lage verharrt bzw. wieder in seine Ausgangslage verschoben wird, in der das Motorventil wieder geschlossen ist. Die einerseits durch den Nockenkolben und andererseits durch den Ventilkolben dabei verdrängte Hydraulikölmenge wird über den Druckkanal in den Speicherraum verdrängt. Sobald dann entsprechend der Saughubflanke des Antriebsnockens der Saughub des Nockenkolbens beginnt, strömt das Hydrauliköl aus dem Speicherraum zurück in den Druckraum, bis der Speicherkolben wieder auf seinem Ventilsitz aufliegt. Die Aufsteuerung des Speicherkolbenventils kann entweder aufgrund klarer Druckverhältnisse erzielt werden, aber auch aufgrund eines Druckstoßes, in dem durch plötzliches Zuleiten des Steuerdrucks über die Steuerleitung der Speicherkolben nur geringfügig von seinem Sitz abhebt, um danach durch den Arbeitsdruck weiterverschoben zu werden. Ist gerade kein Arbeitsdruck vorhanden, weil der Antriebsnocken gerade nicht wirksam ist, so wird der Speicherkolben aufgrund der Speicherfeder sofort wieder auf seinen Sitz geschoben.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Nockenkolben für seine radiale Führung und axiale Verschiebbarkeit in einer Bohrung des Motorgehäusekopfes angeordnet und hülsenförmig ausgebildet mit einem im mittleren Bereich vorhandenen Zwischenboden, in welchem der Druckkanal und/oder die Steuerleitung verlaufen, wobei in dem dem Antriebsnocken zugewandten und durch eine Kappe verschlossenen Hülsenabschnitt der Speicherkolben axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet ist, der mit seiner der Speicherfeder abgewandten Stirnseite gemeinsam mit dem Zwischenboden den Speicherraum begrenzt, wobei einerseits der Kappe der Antriebsnocken und andererseits desselben die Speicherfeder angreift und wobei in dem dem Motorventil zugewandten Hülsenabschnitt ebenfalls radial dichtend und mit dem Zwischenboden den Druckraum begrenzend der Ventilkolben angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Präzisionsteil vorhanden, das einerseits nach außen radial dichtet und andererseits in den Hohlräumen ebenfalls radial dichtet, nämlich einerseits zum Speicherkolben und andererseits zum Ventilkolben hin. Abgesehen davon, daß ein solches Bauteil relativ gut als Automatendrehteil und damit billig herstellbar ist, kann es auch einfach und schnell montiert bzw. ausgetauscht werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Steuerleitung vorzugsweise in deren Verlauf im Zwischenboden ein zum Speicherraum hin öffnendes Rückschlagventil angeordnet. Obwohl auch eine Schiebersteuerung denkbar wäre, wird durch das Rückschlagventil ein Rückströmen von Hydraulikflüssigkeit in die Steuerleitung vermieden und es wird vor allem verhindert, daß unter Arbeitsdruck in den Speicherraum strömendes Hydrauliköl von dort in die Steuerleitung abströmt. Selbst wenn statt dem Rückschlagventil eine Schiebersteuerung oder eine Drossel vorhanden wäre, müßten in die Steuerleitung abströmende Mengen wieder ersetzt werden, um jeweils bei Antriebsbeginn des Nockenkolbens die gleiche Ausgangsfüllsituation zu haben.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der den Nockenkolben aufnehmenden Bohrung des Gehäusekopfes eine Ringnut vorhanden, die mit der Steuerleitung verbunden ist, wobei nach einer speziellen Ausgestaltung diese Ringnut über einen Entlastungskanal mit dem Speicherraum verbunden ist, wobei die Mündung dieses Entlastungskanals nach Zurücklegen eines Vorhubes des Nockenkolbens bei seinem Druckhub gesperrt wird, während in der Ausgangslage des Nockenkolbens die Mündung des Entlastungskanals aufgesteuert ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß in der Ausgangslage des Nockenkolbens im Speicherraum vorhandene Restmengen, die ein Aufsetzen des Speieherkolbens auf seinen Sitz verhindern, über diesen Entlastungskanal und die Ringnut zurück in die Steuerleitung abfließen können. Dies setzt allerdings voraus, daß die Steuerleitung zu diesem Zeitpunkt druckentlastet ist oder einen Druck aufweist, der niedriger ist als der Steuerdruck. Außerdem dient dieser Entlastungskanal auch als Auffüllkanal, um die gleiche Ausgangssituation vor Beginn eines neuen Druckhubes bei der Ventilsteuereinheit zu erzielen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der die Speicherfeder aufnehmende und durch die Kappe verschlossene Speicherfederraum luftdicht verschlossen, so daß das eingeschlossene Luftvolumen als Dämpfungspolster dient.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich um den Ventilsitz des Speicherkolbens eine Ringnut in der Innenbohrung des Nockenkolbens vorhanden, die durch den Speicherkolben begrenzt ist und die durch den Druckkanal mit dem Druckraum verbunden ist. Aufgrund der dadurch gegebenen Kürze des Druckkanals sind auch Druckverluste bzw. Steuerbeeinträchtigungen bei hoher Drehzahl beispielsweise durch die Drosselwirkung gering.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Flüssigkeitsquelle für das Hydrauliköl (Motoröl) vorhanden, die über ein Drucksteuerventil einen über die Steuerleitung zugeführten Steuerdruck erzeugt, und wobei durch das Magnetventil eine Rücklaufleitung aufsteuerbar ist, wodurch der Steuerdruck abgebaut wird. Sobald also das Magnetventil geschlossen wird, kann sich der Steuerdruck aufbauen und den Speicherkolben leicht vom Sitz abheben, so daß, sofern diese Ventilsteuereinheit gerade durch den Antriebsnocken betätigt wird, sich der Arbeitsdruck aus dem Druckraum in den Speicherraum übertragen kann, wobei Hydrauliköl aus dem Druckraum in den Speicherraum strömt. In den Zwischenzeiten, in denen die Rücklaufleitung durch das Magnetventil aufgesteuert ist, kann beispielsweise über den Entlastungskanal Hydrauliköl aus dem Speicherraum zurück zum Ölbehälter strömen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Steuerleitung ein Magnetventil vorhanden, das bei Bedarf aufgesteuert wird und Hydrauliköl unter Steuerdruck zur Motorventileinheit strömen läßt. Dieses Magnetventil ist vorzugsweise stromlos geöffnet, während jenes in der Rücklaufleitung stromlos geschlossen ist.
  • Nach einer weiteren für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen vorgesehene Ausgestaltung der Erfindung, bei der zu jedem der Ventilsteuereinheiten eine Steuerleitung führt, sind mehrere solche Steuerleitungen jeweils von nur einem Magnetventil gesteuert, wobei bei deren durch die Motornockenwelle mit Antriebsnocken bewirkten Antrieb keine zeitliche Überschneidungen der Öffnungshübe stattfinden.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ventilsteuervorrichtung eines Motoreinlaßventils mit Teilschnitt durch das zugehörige Motorauslaßventil und den zur Steuerung des Einlaßventils gehörenden Hydraulikschaltplan und Fig. 2 ein Steuerdiagramm der hydraulischen Motorventilsteuerung für einen 4-Zylinder-Motor.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Bei der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellten hydraulischen Ventilsteuervorrichtung ist zwischen einem einen Ventilteller 1 tragenden Ventilschaft 2 und einem mit einer Nockenwelle 3 umlaufenden Antriebsnocken 4 ein steuerbarer hydraulischer Ventilstößel 5 angeordnet. Der Ventilschaft ist in einer Lagerbuchse 6 des Motorkopfes 7 axial verschiebbar geführt. Durch eine Schließfeder 8 wird der Ventilteller 1 auf einen Ventilsitz 9 gepreßt, wobei sich die Schließfeder 8 einerseits an einem Flansch der Lagerbuchse 6 und andererseits an einem Federteller 11 abstützt, der am Ende des Ventilschaftes 2 befestigt ist. Im Motorventilkopf 7 ist außer diesem beschriebenen Einlaßventil ein Auslaßventil 12 angeordnet, das im Prinzip ähnlich aufgebaut ist, also auch durch einen hier nicht dargestellten Antriebsnocken betätigt wird, allerdings mit dem Unterschied, daß der dazwischen angeordnete Ventilstößel nicht steuerbar ist.
  • Der Ventilstößel 5 weist einen hülsenförmigen Nockenkolben 13 auf, der in einer Führungsbohrung 14 des Motorkopfes 7 axial verschiebbar gelagert ist, und in seinem mittleren Bereich einen Zwischenboden 15 aufweist. Durch diesen Zwischenboden 15 wird der Nockenkolben 13 in zwei Hülsenabschnitte aufgeteilt. In dem einen Hülsenabschnitt 16 arbeitet radial dichtend und axial verschiebbar ein Ventilkolben 17, der über den Federteller 11 gestülpt abschnittsweise die Schließfeder 8 überdeckt und der andererseits mit seiner Stirnseite einen auch von dem Zwischenboden 15 begrenzten Druckraum 18 begrenzt.
  • In dem anderen Hülsenabschnitt 19, dessen innerer Durchmesser geringer ist als der des Hülsenabschnitts 16, ist radial dichtend und axial verschiebbar ein Speicherkolben 21 vorhanden, der durch eine Speicherfeder 22 belastet mit seiner kreisförmigen Stirnringkante 23 mit einem am Zwischenboden 15 angeordneten konischen Ventilsitz 24 zusammenwirkt. Zwischen der Stirnfläche des Speicherkolbens 21 und der dieser zugewandten Seite des Zwischenbodens 15 ist ein Speicherraum 25 vorhanden, der durch die Stirnringkante 23 bzw. den Ventilsitz 24 von einer Ringnut 26 getrennt ist, die in der Innenwand des Hülsenabschnitts 19 vorgesehen ist. Die Speicherfeder 22 stützt sich einerseits am Boden des Speicherkolbens 21 ab und andererseits an einer Kappe 27 durch die der Hülsenabschnitt 19 des Nockenkolbens 13 luftdicht beispielsweise durch Einrollen verschlossen ist und an dem auf der der Speicherfeder 22 abgewandten Seite der Antriebsnocken 4 angreift.
  • In der Führungsbohrung 14 ist im Bereich des Zwischenbodens 15 eine Steuerringnut 28 vorgesehen, die von einer Steuerleitung 29 gekreuzt ist, welche in den Speicherraum 25 mündet. In dem Abschnitt der Steuerleitung 29, der zwischen der Steuerringnut 28 und dem Speicherraum 25 liegt, ist ein zum Speicherraum 25 hin öffnendes Rückschlagventil 31 vorhanden. Außerdem verläuft im Zwischenboden 15 eine die Ringnut 26 mit dem Druckraum 18 verbindender Druckkanal 32. Ferner ist im Zwischenboden ein Entlastungskanal 33 vorhanden, der die Ringnut 28 mit dem Speicherraum 25 verbindet und der nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes des Nockenkolbens 13 von der Ringnut 28 getrennt wird, so daß in der dargestellten Ausgangsstellung diese Verbindung zwischen Speicherraum 25 und Steuerleitung 29 besteht, hingegen nach Beginn des Druckhubes des Nockenkolbens 13 unterbrochen ist.
  • Die dargestellte Ventilsteuervorrichtung wird über die Steuerleitung 29 von einem hier nur als Schaltplan dargestellten Hydrauliksystem versorgt mit einer Förderpumpe 34, die aus einem Ölbehälter 35 das Hydrauliköl ansaugt und den Steuerleitungen 29 zuführt, die jeweils zu den einzelnen hydraulisch gesteuerten Ventilstößeln 5 führt, deren Zahl der Motorzylinderzahl entspricht. Der Steuerdruck in der Steuerleitung 29 wird über ein Drucksteuerventil 36 gesteuert. Von der Steuerleitung 29 zweigt eine Rücklaufleitung 37 ab, die zurück zum Ölbehälter 35 führt und in der ein 2/2-Magnetventil 38 angeordnet ist, welches stromlos geschlossen ist. Die Steuerleitung 29 zweigt sich zweimal nacheinander auf, wobei nach der ersten Aufzweigung in den weiterführenden Leitungen jeweils ein 2/2-Magnetventil 39,40 angeordnet ist, das jeweils stromlos geöffnet ist und von denen durch das eine Magnetventil 39 die Ventilstößel der Motorzylinder I und IV hingegen durch das andere Magnetventil 40 die Ventilstößel der Motorzylinder II und III gleichzeitig gesteuert werden, wie es anhand Fig. 2 weiter unten näher beschrieben ist.
  • Die in Fig. 1 beschriebene Motorventilsteuerung arbeitet wie folgt: Solange der Speicherkolben 21 mit seiner Stirnringkante 23 auf dem Ventilsitz 24 aufliegt, d. h. solange keine Verbindung zwischen dem Druckraum 18 und dem Speicherraum 25 über den Druckkanal 32 möglich ist, wirkt der hydraulische Ventilstößel als starres Element, so daß die durch den Antriebsnocken 4 erzeugte Hubbewegung des Nockenkolbens 13 unmittelbar auf den Ventilschaft 2 und damit auf den Ventilteller 1 übertragen wird. Dadurch, daß das im Druckraum 18 eingeschlossene Hydraulikölvolumen quasi imkompressibel ist, wird der Ventilkolben 17 synchron mit dem Nockenkolben 13 betätigt, und zwar in beiden Hubrichtungen. Für diesen ungesteuerten Betrieb sind die beiden Magnetventile 39,40 erregt, also in Sperrstellung. Die gesamte von der Förderpumpe 34 geförderte Hydraulikölmenge strömt über das Druckhalteventil 36 zurück zum Ölbehälter 35.
  • Sobald mindestens eines der Magnetventile 39,40 die dargestellte Aufsteuerstellung einnimmt, wirkt über die Steuerleitung 29 der Hydrauliköldruck auch im Speicherraum 25 und bewirkt ein leichtes Abheben des Speicherkolbens 21 vom Ventilsitz 24, so daß aus der Ringnut 26 Hydrauliköl aus dem Druckraum 18 in den Speicherraum 25 strömen kann. Immer dann, wenn im Druckraum 18 aufgrund eines durch den Arbeitsnocken 4 bewirkten Druckhubes des Nockenkolbens 13, der vor allem durch die Kraft der Schließfeder bewirkte Arbeitsdruck herrscht, überwindet dieser sehr schnell die Kraft der Speicherfeder 22 und verschiebt den Speicherkolben 21. Aufgrund dieses Kurzschlusses zwischen Druckraum 18 und Speicherraum 25 wird der Ventilkolben 17 nicht verschoben, sondern bleibt in der dargestellten Lage, in der das Einlaßventil mit Ventilteller 1 gesperrt ist. Wenn diese Aufsteuerung der Steuerleitung 29 zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der Nockenkolben 13 bereits einen gewissen Hub zurückgelegt hat und entsprechend den Ventilkolben mit Einlaßventil verschoben hat, dann bewirkt dieses plötzliche Einstellen des Steuerdruckes in der Steuerleitung 29 ein entsprechendes Abheben des Speicherkolbens 21 von seinem Ventilsitz 24, wonach der Öffnungshub des Einlaßventils unterbrochen wird bzw. das Einlaßventil trotz Fortsetzung des Druckhubs des Nockenkolbens 13 wieder geschlossen wird. Das hierbei aus dem Druckraum 18 verdrängte Hydrauliköl strömt in den Speicherraum 25. Während des darauffolgenden Saughubes des Nockenkolbens 13 strömt dann das Hydrauliköl aus dem Speicherraum 25 nach und nach in den Druckraum 18, bis das Speicherventil aus Speicherkolben 21 und Ventilsitz 24 wieder geschlossen ist. Über den Entlastungskanal 33 können Übermengen zurück abgeführt werden, so daß in jedem Fall gewährleistet ist, daß der Speicherkolben 21 auf seinem Sitz aufliegt, bevor ein neuer Arbeitszyklus beginnt. Durch das Rückschlagventil 31 wird ein Rückströmen von Flüssigkeit unter Speicherdruck - gegebenenfalls Arbeitsdruck - in die Steuerleitung 29 unterbunden.
  • In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist über den Drehwinkel in °Nockenwelle (Abzisse) der Hub der Motorventile bzw. Magnetventile h (Ordinate) dargestellt. Bei der Ordinatendarstellung handelt es sich eigentlich um sieben übereinander dargestellte Diagramme, wobei die oberen vier Diagramme mit I bis IV den Ventilstößeln der entsprechenden Motorzylinder zugeordnet sind und zwar von oben gesehen in der Zündfolge zuerst I, dann III, dann IV und zuletzt II, bevor wieder der Ventilstößel von I betätigt wird. Das unterste Diagramm entspricht dann dem Magnetventil 38, das darüber dem Magnetventil 40 und das Diagramm darüber dem Magnetventil 39.
  • Wie dem Diagramm zu Magnetventil 38 entnehmbar ist, ist das Magnetventil 38 mit Unterbrechungen stets geöffnet. Diese Unterbrechungen fallen gerade in Öffnungszeitabschnitte der Magnetventile 39 und 40. Wirken kann der Steuerdruck aus der Steuerleitung 29 jedoch immer nur dann, wenn das Magnetventil 38 gesperrt ist und eines der Magnetventile 39 oder 40 geöffnet ist. Auswirken kann sich diese Steuersituation, also Steuerdruck in der Steuerleitung 29, ohnehin nur dann, wenn der gerade angesteuerte Ventilstößel 5 über den Antriebsnocken 4 betätigt wird, so daß sich im Druckraum 18 der für die Steuerwirkung erforderliche Arbeitsdruck einstellen kann. Abgesehen davon, daß ohnehin nur das Ventil gesteuert werden kann, das gerade über den Antriebsnocken 4 betätigt wird. Dadurch, daß beispielsweise durch das Magnetventil 39 die zum Motorventil I und IV führende Steuerleitung 29 gleichzeitig betätigt wird, gibt es keine Überschneidung mit den Ventilstößeln III und II, für die zu jenem Zeitpunkt das Magnetventil 40 gesperrt ist. Der jeweilige Zeitpunkt, ab dem die Steuerung einsetzen soll, also ab dem der Druckhub unterbrochen werden soll, hängt von der Überdeckung des Diagramms 38 mit einem der Diagramme 39 und 40 zusammen, wobei die Zeitpunkte über das elektronische Steuergerät in Abhängigkeit von Motorkenngrößen einstellbar sind.

Claims (12)

  1. Hydraulische Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen
    - mit einem durch den Antriebsnocken einer Motornockenwelle über einen Ventilstößel axial angetriebenen Motorventil
    - mit einem die wirksame Länge des Ventilstößels bestimmenden mit Hydrauliköl gefüllten Druckraum änderbaren Volumens, der einerseits durch einen vom Antriebsnocken betätigten Nockenkolben und andererseits durch einen auf den Ventilschaft wirkenden Ventilkolben begrenzt ist,
    - mit einem über einen Druckkanal mit dem Druckraum verbindbaren und einen federbelasteten stirnseitig einen Speicherraum begrenzenden Speicherkolben aufweisenden Flüssigkeitsspeicher und
    - mit Steuerung des Druckkanals in Abhängigkeit von Motorkenngrößen durch ein Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspeicher mit Speicherkolben (21), Speicherfeder (22) und Speicherraum (25), in dem als Hohlkolben ausgebildeten Nockenkolben (13) angeordnet ist
    - daß die Steuerung des Steuerventils (21 - 24) über hydraulische Mittel erfolgt, die radial zum Nockenkolben (13) zugeführt werden, und
    - daß der Speicherraum (25) zwischen dem Kolbenboden (15) des Nockenkolbens (13) und dem des Speicherkolbens (21) vorhanden ist.
  2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein über ein Motorkenngrößen verarbeitendes elektronisches Steuergerät angesteuertes Magnetventil (39, 40) zur Steuerung des Druckkanals (32).
  3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Speicherkolben (21) als bewegliches Ventilglied des Steuerventils die Verbindung zwischen dem Druckkanal (32) und dem Speicherraum (25) steuert,
    - daß eine Steuerleitung (29) für Hydrauliköl unter bestimmtem Steuerdruck radial dem Nockenkolben (13) zugeführt in den Speicherraum (25) mündet, welche gegebenenfalls magnetventilgesteuert ist und
    - daß die durch die Speicherfeder (22) am Speicherkolben (21) angreifende Federkraft kleiner ist als die durch den Steuerdruck am Speicherkolben (21) angreifende Steuerkraft geringer ist als die Betätigungskraft des Speicherkolbens (21), die dann erzeugt wird, wenn die Stirnfläche des Speicherkolbens (21) durch den Arbeitsdruck vom Druckraum (25) her beaufschlagt wird, solange der Ventilstößel (5) durch den Antriebsnocken (4) in Öffnungsrichtung betätigt wird.
  4. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Nockenkolben (13) radial geführt und axial verschiebbar in einer Führungsbohrung (14) des Gehäusekopfes (7) angeordnet und hülsenförmig ausgebildet ist, mit einem im mittleren Bereich vorhandenen Zwischenboden (15), in welchem der Druckkanal (32) und die Steuerleitung (29) verlaufen,
    - daß in dem dem Antriebsnocken (4) zugewandten und durch eine Kappe (27) verschlossenen Hülsenabschnitt (19) der Speicherkolben (21) axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet ist, welcher mit seiner der Speicherfeder (22) abgewandten Stirnseite gemeinsam mit dem Zwischenboden (15) den Speicherraum (25) begrenzt,
    - daß einerseits an der Kappe (27) der Antriebsnocken (4) und andererseits die Speicherfeder (22) angreift, und
    - daß in dem dem Motorventil (I, II) zugewandten Hülsenabschnitt (16) ebenfalls radial dichtend und axial verschiebbar mit dem Zwischenboden (15) den Druckraum (18) begrenzend der Ventilkolben (17) angeordnet ist.
  5. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (29) gegebenenfalls im Zwischenboden (15) ein zum Speicherraum (25) hin öffnendes Rückschlagventil (31) angeordnet ist.
  6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Nockenkolben (13) aufnehmenden Führungsbohrung (14) des Gehäusekopfes (7) eine Steuerringnut (28) vorhanden ist, die mit der Steuerleitung (29) verbunden ist.
  7. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringnut (28) über einen Entlastungskanal (33) mit dem Speicherraum (25) verbunden ist, und daß die Mündung des Entlastungskanals (33) durch die Begrenzung der Steuerringnut (28) gesteuert nach Zurücklegen eines Vorhubes des Nockenkolbens (13) bei dessen Druckhub gesperrt wird, hingegen in der Ausgangslage des Nockenkolbens aufgesteuert ist.
  8. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherfederraum luftdicht verschlossen ist.
  9. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich um den Ventilsitz (24) des Speicherkolbens (21) eine Ringnut (26) in der Innenbohrung des Nockenkolbens (13) vorhanden ist, die durch den Speicherkolben (21) begrenzt ist und die durch den Druckkanal (32) mit dem Druckraum (18) verbunden ist.
  10. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitsquelle (34) für Hydrauliköl vorhanden ist, die über ein Drucksteuerventil (36) einen über die Steuerleitung (29) zuführbaren Steuerdruck erzeugt und daß durch ein Magnetventil (38) eine Rücklaufleitung (37) aufsteuerbar ist, durch die der Steuerdruck abbaubar ist.
  11. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, der Steuerleitung (29) ein Magnetventil vorhanden ist, das bei Bedarf aufsteuerbar ist.
  12. Ventilsteuervorrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, zu jedem der Ventilsteuereinheiten (Ventilstößel 5) eine Steuerleitung (29) führt, und daß mehrere solche Steuerleitungen (29) jeweils nur von einem Magnetventil (39, 40) gesteuert werden.
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