Ventilsteuervorrichtung mit Magnetventil für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Hydraulische Ventilsteuervorrichtung für Brennkraft­maschinen mit Magnetventil (31) zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines Ein- oder Auslaßventils, bei dem die von den Motorventilfedern aus der Hubüber­tragungskammer gedrückte Flüssigkeit in einem im Magnetventil (31) integrierten Speicherraum (36) gespeichert wird, der sich durch Zurückdrängen des Ventilglieds (38) als Speicherkolben in Öffnungsrichtung ausbildet. Eine in Schließrichtung des Magnetventils auf das Ventilglied wirkende Feder (47) drückt die Flüssigkeit bei sich wieder ausdehnender Hubübertragungskammer in diese zurück. Das Magnetventil ist durch einen möglichst kurzen Flüssigkeitskanal mit der Hubüber­tragungskammer verbunden.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuervorrich­tung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines von einem Ventilsteuernocken einer Nockenwelle über einen axial verschiebbaren Ventilstößel betätigten Motorventils einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Bei einer bekannten Ventilsteuervorrichtung dieser Art (P 35 32 549.6) steuert ein elektromagnetisches Steuerventil den Zu- und Abfluß des Druckmittels zwischen der Hubübertragungskammer und dem Rücklauf­speicher. Das Steuerventil ist in der Druckmittel­leitung angeordnet, die die Hubübertragungskammer mit dem Rücklaufspeicher verbindet. Durch Öffnen des Magnetventils wird die Druckmittelleitung frei­gegeben und das Druckmittel strömt unter der Wirkung des auf die Hubübertragungskammer einerseits drückenden Ventilsteuernockens und andererseits drückenden Ventil­stößels aus der Hubübertragungskammer in den Rücklauf­speicher, wodurch sich die axiale Ausdehnung der Hubübertragungskammer verkleinert. Trotz weiterer Hubbewegung des Ventilsteuernockens in Richtung Ventil­öffnung kann sich damit der Ventilstößel unter der Wirkung der Ventilschließfeder in Richtung auf den Ventilsteuernocken zubewegen und dadurch das Ventil schließen. Je nach Festlegung des Schließzeitpunktes kann somit die in den Zylinder angesaugte Kraftstoff­gemischmenge an den unterschiedlichen Bedarf bei verschiedenen Betriebszuständen angepaßt werden. Sobald die Druckwirkung des Ventilsteuernockens nach­lässt, strömt das Druckmittel aus dem Rücklaufspeicher über eine an dem Magnetventil vorbeiführende Bypass­leitung in die Hubübertragungskammer zurück, um die Ausgangssituation für die nächste Ventiloffenphase wiederherzustellen. Dabei ist es wichtig, daß dies auch bei hohen Motor- und damit Nockenwellendrehzahlen möglichst verzögerungsfrei geschieht, da die Ventil­öffnungszeiten die Kraftstoffgemischzumessung bestimmen und diese Menge dem jeweiligen Bedarf genau angepasst sein sollte, um eine möglichst vollständige Verbrennung mit geringer Schadstoffentwicklung zu erreichen. Die Verzögerung ist umso geringer je kürzer der Weg zwischen Speicher und Hubübertragungskammer ist. Bei der genannten bekannten Ventilsteuervorrichtung befindet sich der Rücklaufspeicher in relativ großer Entfernung von der Hubübertragungskammer im Anschluß an das Magnetsteuerventil am Ende der Druckmittel­leitung im Zylinderkopf. Außer den relativ weiten Wegen, die das Druckmittel zwischen der Hubübertra­gungskammer und dem Speicher zurücklegen muß, ist auch der Platzbedarf des Rücklaufspeichers und der Fertigungsaufwand am Zylinderkopf des Motors von Nachteil.

Vorteile der Erfindung

[0003] Das erfindungsgemäße Magnetsteuerventil mit den kenn­zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegen­über den Vorteil, daß der von der Steuerflüssigkeit zwischen Hubübertragungskammer und Rücklaufspeicher zurückzulegende Weg deutlich kürzer ist und dadurch die Wiedereinstellung des Ausgangszustandes schneller erfolgt. Gleichzeitig wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Magnetsteuerventils der Fertigungs­aufwand für den Zylinderkopf und der Platzbedarf der gesamten Ventilsteuervorrichtung dadurch ver­ringert, daß der Rücklaufspeicher in das Magnetventil integriert ist und als eigenes Bauteil wegfällt.

[0004] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß durch eine Drosselbohrung im Ventil­glied ein Druckausgleich zwischen dem Speicherraum und dem Magnetankerraum bewirkt wird, was zu demselben Druck beidseits des Ventilglieds und dadurch zu einer Verringerung der der Schließbewegung entgegenwirkenden Kraft führt. Der Druckausgleich über die Drosselbohrung zwischen Speicherraum und Magnetankerraum verringert die zum Schließen des Magnetventils notwendige Kraft; dies wirkt sich günstig auf die Auslegung des Elektro­magneten aus.

[0005] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß das Ventilglied als Hohl­zylinder ausgebildet ist, mit einem im Ventilglied radial dicht geführten und axial verschiebbaren Spei­cherkolben, der durch die aus der Hubübertragungskammer in den Speicherraum strömende Flüssigkeit beaufschlagt ist, wodurch sich ein besonders einfacher und ebenso günstiger konstruktiver Aufbau des Steuerventils ergibt. Der Magnetanker und das Ventilglied benötigen einen weit geringeren Bewegungsspielraum. Der Magnet­anker ist dadurch leichter zu führen. Die Außenmaße des Steuerventils können verringert werden.

Zeichnung

[0006] Die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ventilsteuervorrichtung mit erfindungs­gemäßem, ungeschnittenem Magnetsteuerventil, in verein­fachter Darstellung, Fig. 2 das Magnetventil im Längs­schnitt, Fig. 3 eine Variante des Magnetsteuerventils in gleicher Darstellung und Fig. 4 eine weitere Vari­ante des Magnetventils, in gleicher Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0007] Die in Fig. 1 dargestellte Ventilsteuervorrichtung für ein Ein- oder Auslaßventil 10 einer Brennkraft­maschine, ist zwischen einem ein Ventilglied 11 tragen­ den Ventilstößel 12 und einem mit einer Nockenwelle 13 umlaufenden Ventilsteuernocken 14 angeordnet. Der Ventilstößel 12 ist in einem Ventilgehäuse 15 axial verschiebbar geführt und liegt mit dem Ventilglied 11 unter der Wirkung zweier Ventilschließfedern 16, 17 auf einem Ventilsitz 18 im Ventilgehäuse 15 auf, der eine Ventilein- bzw. Auslaßöffnung 19 umgibt.

[0008] Die Ventilsteuervorrichtung weist ein auf das Ventilge­häuse 15 aufgesetztes Gehäuse 20 auf, in welchem eine Gehäusekammer 21 so eingebracht ist, daß sie mit einer die koaxialen Ventilschließfedern 16, 17 umschließenden Federkammer 22 im Ventilgehäuse 15 im wesentlichen fluchtet. In die Gehäusekammer 21 ist von unten her ein Gehäuseblock 23 eingeschoben, der eine zentrale, axial durchgehende Gehäusebohrung 24 aufweist. In der Gehäusebohrung 24 ist ein mit dem Ventilstößel 12 verbundener Ventilkolben 25 und ein darüber angeordneter Kolbenteil 26 eines Nockenkol­bens 27 axial verschiebbar. Der Nockenkolben 27 wird von einer am Gehäuseblock 23 sich abstützenden Rück­stellfeder 28 an den Ventilsteuernocken 14 angepreßt. Der Kolbenteil 26 ist entweder mit dem tassenförmigen Nockenkolben 27 fest verbunden oder wird wie hier über die gleiche Rückstellfeder 28 formschlüssig an dem Nockenkolben 27 gehalten.

[0009] Der Ventilkolben 25 und der Kolbenteil 26 begrenzen eine mit einem Druckmittel, hier Öl, gefüllte Hubüber­tragungskammer 29, deren zwischen Nockenkolben 27 und Ventilkolben 25 wirksame axiale Länge durch Rela­tivbewegung der Kolben zueinander verändert werden kann. Die Hubübertragungskammer 29 steht über eine Leitung 30 einerseits mit einem Magnetsteuerven­til 31 und andererseits mit einem Vorratsbehälter 32 in Verbindung, wobei zwischen Leitung 30 und Vorrats­behälter 32 ein Rückschlagventil 33 und eine Förder­pumpe 34 eingeschaltet sind. Über die Leitung 30 kann das in der Hubübertragungskammer 29 vorhandene Ölvolumen in einen Federspeicher des Magnetsteuerven­tils 31 und wieder zurück geschoben werden. Leckver­luste im Ölvolumen werden über die Förderpumpe 34 und das Rückschlagventil 33 aus dem Vorratsbehälter 32 ersetzt. Das Magnetventil 31 steuert das Ölvolumen und damit die axiale Ausdehnung der Hubübertragungs­kammer 29.

[0010] Das in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellte Magnet­steuerventil 31 ist mit seinem Ventileinlaß 35 mit dem mit der Hubübertragungskammer 29 verbundenen Abschnitt der Leitung 30 verbunden. Der Ventileinlaß 35 ist mit einem Speicherraum 36 über eine Durchfluß­öffnung 37 verbunden, deren Durchgang von einem Ventil­ glied 38 gesteuert wird. Das Ventilglied 38 ist mit einem Anker 39 eines Elektromagneten 40 verbunden und in einer Axialbohrung 41 im Steuerventilgehäuse 42 verschiebbar geführt. Der Speicherraum 36 für das Druckmittel wird durch das Ventilglied 38 und das Ventilgehäuse 42 begrenzt. Auf der Seite der Durchfluß­öffnung 37 ist zwischen dem Ventilglied 38 und dem Ventilgehäuse 42 eine erste Feder 43 vorhanden, die sich einerseits am Ventilgehäuse 42 abstützt und andererseits an einer Anschlagscheibe 44, die über einen gehäusefesten Anschlagbolzen 45 fixiert ist. Bei nicht erregtem Elektromagneten 40 wird das Ventil­glied 38 durch die erste Feder 43 gegen eine zweite Anschlagscheibe 46 gedrückt, die wiederum durch eine zweite Feder 47 an einem gehäusefesten Anschlagbol­zen 48 fixiert ist. Durch die erste Feder 43 wird das Ventilglied 38 bei nicht erregtem Elektromagne­ten 40 in Ventiloffenstellung gehalten. Der Magnet­ankerraum 49 ist über eine Bohrung 50 im Steuerventil­gehäuse 42 mit dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse verbunden. Der Speicherraum 36 ist über eine Drossel­bohrung 51 und ein zum Kurbelgehäuse hin öffnendes Druckhalteventil 52 ebenfalls mit dem Kurbelgehäuse verbunden.

[0011] Die beschriebene Ventilsteuervorrichtung mit dem Magnetsteuerventil mit integriertem Speicher arbeitet wie folgt:

[0012] Nach Erregen des Elektromagneten 40 wird zuerst das Ventilglied 38 auf den Ventilsitz 53 gepresst, wodurch die Durchflußöffnung 37 verschlossen wird. Die Hubüber­tragungskammer 29 ist dadurch abgesperrt und die Hubbewegung des Nockenkolbens 27 wird in vollem Umfang auf den Ventilkolben 25 und damit das Einlaßven­til 10 übertragen, die damit den gleichen Hubweg zurücklegen wie der Nockenkolben 27. Kraftstoffgemisch strömt in den nicht dargestellten Zylinder des Ver­brennungsmotors ein. Der Schließvorgang des Einlaß­ventils 10 wird entsprechend der gewünschten Kraft­stoffgemischfüllmenge durch Abschalten des Magneten eingeleitet. Mit Abschalten des Erregerstroms öffnet das Magnetsteuerventil 31, da das Ventilglied 38 durch die Rückstellfeder 43 gegen die Anschlagschei­be 46 in ihre Offenstellung gedrückt wird. Unter der Wirkung der beiden Ventilschließfedern 16, 17 des Einlaßventils 10 kann sich nun der Ventilkol­ben 25 unter Ausschieben von Öl aus der Hubübertra­gungskammer 29 über die Durchflußöffnung 37 im Magnet­steuerventil 31 in den Speicherraum 36 nach oben bewegen. Das Ventilglied 11 des Motorventils gelangt auf den Ventilsitz, und das Einlaßventil 10 ist ge­schlossen. Die aus der Hubübertragungskammer 29 ge­drückte Ölmenge fließt in den Speicherraum 36 und bewegt das Ventilglied 38 unter Überdrücken der Fe­der 47 nach oben. Dadurch vergrößert sich gleich­zeitig der Strömungsquerschnitt der Durchflußöff­nung 37, wodurch ein schnelles Abfließen des Öls aus der Hubübertragungskammer 29 und damit schnelles Schließen des Einlaßventils 10 begünstigt wird. Die Kraft der Federn 16 und 17 ist größer als die der Feder 47, deren Kraft wiederum größer ist als die der Feder 43.

[0013] Beginnt nach entsprechender Drehung des Ventilsteuer­nockens 14 der Nockenkolben 27 sich wieder nach oben in Richtung auf seine in Fig. 1 dargestellte Lage zu bewegen, so strömt das Öl unter der Wirkung der Feder 47 aus dem Speicherraum 36 über die geöffnete Durchflußöffnung 37 in die sich wieder ausdehnende Hubübertragungskammer 29 zurück. Für den Druckaus­gleich im Magnetankerraum 49 während der Bewegung des Ventilglieds 38 ist vorteilhafterweise eine Verbin­dung vom Magnetankerraum 49 über eine Bohrung im Magnetventilgehäuse 50 zum Kurbelgehäuse vorgesehen. Der Speicherraum 36 ist über eine Drosselbohrung 51 und ein Druckhalteventil 52 ebenfalls mit dem Kurbel­ gehäuse verbunden, um sicherzustellen, daß der stati­sche Druck im Speicherraum 36 nicht zu groß wird und sicheres Schließen des Magnetventils gewährleistet ist. Im dynamischen Betrieb ist primär die Drossel 51 wirksam, so daß die Speicherverluste gering bleiben.

[0014] Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante des Magnet­steuerventils 31 ist anstelle der Drosselbohrung 51 eine Drosselbohrung 51a vorgesehen, die den Speicher­raum 36 mit dem Magnetankerraum 49 verbindet und dadurch den Ausgleich des statischen Drucks beid­seits des Ventilglieds 38 bewirkt. Zum schnellen Be- und Entlüften ist der Magnetankerraum 49 zum einen über ein zum Kurbelgehäuse hin öffnendes Druck­halteventil 54, zum anderen über ein zum Magnetanker­raum hin öffnendes Rückschlagventil 55 mit dem Kurbel­gehäuse verbunden. Der Druckausgleich zwischen Spei­cherraum 36 und Magnetankerraum 49 verringert die beim Schließen des Magnetsteuerventils wirkende Gegen­kraft.

[0015] In Fig. 4 ist eine weitere Variante des Magnetsteuer­ventils 31 dargestellt, bei der nicht das Ventil­glied 38 selbst als Speicherkolben dient, sondern ein separater Speicherkolben 56 formschlüssig im Innern des Ventilglieds 38′ axial verschiebbar einge­ paßt ist. Das Ventilglied 38′ wird bei nicht erregter Magnetspule 40 durch eine Rückstellfeder 57, die am Ventilglied 38′ angreift und diese gegen das Steuer­ventilgehäuse 42 drückt, in Offenstellung gehalten. Der Speicherkolben 56 wird durch eine zweite Feder 58, die sich an der oberen Seite des Ventilglieds 38′ innen abstützt, gegen einen Anschlag 59 am unteren Ende des Ventilglieds 38′ gedrückt. Das Ventilglied 38′ weist an seiner zur Durchflußöffnung 37 hin gelegenen Stirnseite eine Ausnehmung 60 auf, durch die der Öldruck des von der Hubübertragungskammer 29 ein­strömenden Öls auf den Speicherkolben 56 wirken kann. Dieser weicht unter Überdrücken der Feder 58 nach oben aus. Nach entsprechender Drehung des Ventilsteuer­nockens 14 drückt die Feder 58 den Speicherkolben 56 wieder nach unten und presst damit das Öl durch die Durchflußöffnung 37 und die Leitung 30 zurück in die Hubübertragungskammer 29. Auch bei dieser Variante können die vorgeschriebenen Maßnahmen zum Druckaus­gleich zwischen Speicherraum 36 und Magnetankerraum 49 bzw. Federraum 61 vorgenommen werden. Das Ventil­glied 38′ und das Steuerventilgehäuse 42 weisen vor­teilhafterweise an ihrem jeweiligen oberen Ende Ausneh­mungen 62 bzw. 63 auf, die eine Verbindung zwischen Federraum 61 und dem Kurbelgehäuse herstellen. Dadurch wird die der Speicherkolbenbewegung entgegenwirkende Kraft verringert und der Steuerungsvorgang beschleu­nigt. Eine weitere Variante ergibt sich, wenn sich die Feder 58 nicht am Ventilglied 38′, sondern am Steuerventilgehäuse 42 abstützt. Dazu müssen ledig­lich die Federkräfte so bemessen sein, daß bei nicht erregtem Elektromagneten das Ventilglied 38′ in Offen­stellung gehalten und der Speicherkolben 56 gleich­zeitig gegen den Anschlag 59 gedrückt wird.

[0016] Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Ansprüche

1. Ventilsteuervorrichtung zum Steuern der Schließ- und Öffnungszeit eines von einem Ventilsteuernocken einer Nockenwelle über einen axial verschiebbaren Ventilstößel betätigten Ventils einer Brennkraft­maschine, mit einer zwischen dem Ventilsteuernocken und dem Ventilstößel angeordneten, flüssigkeits­gefüllten Hubübertragungskammer, die zur Änderung ihrer zwischen Ventilsteuernocken und Ventilstößel wirksamen Axialausdehnung einen durch ein Magnet­ventil steuerbaren Kanal zum Ablassen und Zuführen von Flüssigkeit aufweist, der anderen Ends in einen Flüssigkeitsspeicher mündet, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Flüssigkeitsspeicher (36) in das Magnetventil (31) integriert ist und sich durch Zurückweichen des Ventilglieds (38) als Speicherkolben in Öffnungsrichtung über die eine Durchflußöffnung (37) freigebende Stellung hinaus ausbildet.

2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (31) mit einer kurzen Bohrung als Flüssigkeitsleitung (30) unmittelbar an die Hubübertragungskammer (29) angeschlossen ist.

3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem mit einem Anker (39) eines Elektromagneten (40) verbundenen Ventilglied (38) eine erste in Öffnungsrichtung wirkende Feder (43) angreift, die bei nicht erregtem Elektromagneten (40) das Ventilglied (38) in einer die Durchflußöffnung (37) freigebenden Stellung gegen einen Anschlag (46) drückt.

4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (46) nachgiebig ausgebildet und von einer zweiten, in Schließ­richtung wirkenden und sich am Steuerventilgehäuse (42) abstützenden Feder (47) belastet ist, deren Kraftwirkung größer ist als die der ersten Feder, so daß das Ventilglied (38) bei Überdrücken der zweiten Feder (47) als Speicherkolben in Öffnungs­richtung ausweicht und dadurch der Speicherraum (36) gebildet wird.

5. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorhergehen­den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Druckausgleich bei den Bewegungen des Ventilglieds (38) der Magnetankerraum (49) über eine Bohrung (50) in der Wand des Steuerventilgehäuses (42) mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, und daß der Speicherraum (36) über eine Drosselbohrung (51) im Steuerventilgehäuse (42) und ein zum Kurbelge­häuse hin öffnendes Druckhalteventil (52) ebenfalls mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, um zu verhin­dern, daß der Druck im Speicherraum (36) einen Maximalwert überschreitet.

6. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Dros­selbohrung (51a) im Ventilglied (38) ein Druck­ausgleich zwischen Speicherraum (36) und Magnet­ankerraum (49) erzielt wird, und daß der Magnet­ankerraum (49) über ein zum Kurbelgehäuse hin öffnendes Druckhalteventil (54) und über einen zum Magnetankerraum (49) hin öffnendes Rückschlag­ventil (55) über entsprechende Leitungen mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. (Fig. 3)

7. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (38′) als Hohlzylinder ausgebildet ist, mit einem im Ventilglied (38′) radial dicht geführten und axial verschiebbaren Speicherkolben (56), der durch die aus der Hubübertragungskammer (29) in den Speicherraum (36) strömende Flüssigkeit beauf­schlagt ist. (Fig. 4).

8. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Steuerventil­gehäuses (42) den Anschlag (46′) bildet.

9. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (56) durch eine sich im Ventilglied (38′) abstützen­de Feder (58) belastet ist, die den Speicherkolben (56) gegen einen am Ventilglied (38′) angebrachten Anschlag (59) drückt.

10. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (38′) auf der Seite des Magnetankers (39) eine Ausnehmung (62) aufweist, durch die der Kolbenfeder­raum (61) über eine Ausnehmung (63) im Magnetventil­gehäuse (42) mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist.

11. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher­raum (36) über eine Drosselbohrung (51) und ein zum Kurbelgehäuse hin öffnendes Druckhalteventil (52) mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist.

12. Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel­bohrung im Speicherkolben (56) vorgesehen ist, die einen Druckausgleich zwischen Speicherraum (36) und Kolbenfederraum (61) bewirkt, und daß der Kolbenfederraum (61) über ein zum Kurbelgehäuse hin öffnendes Druckhalteventil und ein zum Kolben­federraum (61) hin öffnendes Rückschlagventil über entspechende Leitungen mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist.

Zeichnung