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(11) | EP 1 143 115 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Schliessfeder-Vorrichtung für den Ventiltrieb eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine |
| (57) Für eine Schließfeder-Vorrichtung für den Ventiltrieb eines Gaswechselventils (2)
einer Brennkraftmaschine, bei der eine mechanische Feder (3) ab einer bestimmten Maschinendrehzahl
mit einer parallel geschalteten Gasfeder die Schließbewegung des Gaswechselventils
bewirkt, wird zur selbstpumpenden Ausgestaltung bei einfachem Aufbau vorgeschlagen,
dass ein Gasfeder-Kolben als ein Tassenstößel (6) gestaltet ist mit einem in einem
von einer Gasfeder-Kammer (4) gesonderten Raum gleitbeweglich dicht geführten Kolbenhemd
als Pumpenkolben einer selbstpumpenden Gasfeder, der aus dem mit einem Medium gesteuert
versorgbaren Pumpenraum über einen gesteuert zuschaltbaren Überströmkanal (10) das
komprimierte Medium bei im wesentlichen maximalen Öffnungshub des Gaswechselventils
zugeführt ist. |
[0001] Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine Schließfeder-Vorrichtung für den Ventiltrieb eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei der eine mechanische Feder und ab einem vorbestimmten Maschinendrehzahlbereich eine gesteuert zuschaltbare Gasfeder in Parallelschaltung die Schließbewegung des Gaswechselventils bewirken, wobei die Gasfeder einen eine Kammer hubbeweglich verschließenden Kolben umfasst.
[0002] Eine derartige Schließfeder-Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 38 08 542 C2 bekannt, wobei zur drehzahlbedingten Veränderung der Federkennlinie der Gasfeder dieser ein Medium aus einem Druckspeicher zugeführt ist.
[0003] Diese bekannte Veränderung der Federkennlinie der Gasfeder in Richtung einer steiferen Feder ist durch den Druckspeicher und eventuell den mit ihm verbundenen Druckerzeuger bauaufwendig.
[0004] Weiter ist aus der EP 0 824 180 A1 eine pneumatische Schließfeder für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein hubgesteuerter Kolben der Schließfeder mit Einrichtungen ausgerüstet ist, die eine selbstpumpende Schließfeder ergeben. Diese bekannte, mit einem Tassenstößel zusammenwirkende Schließfeder ist insbesondere durch den gesonderten Kolben der Schließfeder bauaufwendig.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schließfeder-Vorrichtung in selbstpumpender Ausgestaltung bei einfachem Aufbau aufzuzeigen.
[0006] Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass der Gasfeder-Kolben als ein Stößel gestaltet ist mit einem in einem von der Gasfeder-Kammer gesonderten Raum gleitbeweglich dicht geführten Kolbenhemd als Pumpenkolben einer selbstpumpenden Gasfeder, der aus dem mit einem Medium gesteuert versorgbaren Pumpenraum über einen gesteuert zuschaltbaren Überströmkanal das komprimierte Medium bei im wesentlichen maximalen Öffnungshub des Gaswechselventils zugeführt ist.
[0007] Mit der erfindungsgemäßen Verwendung eines Kolbenhemdes eines Stößels als Pumpenkolben ist eine im Aufbau vorteilhaft einfache, selbstpumpende Gasfeder erzielt.
[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gasfeder-Kolben ein zylindrischer Tassenstößel, der in einem in einer Wandung der Brennkraftmaschine fixiert angeordneten, topfförmigen Einsatz mit einer im Boden vom Schaft des Gaswechselventils dicht durchsetzten Durchbrechung eine die mechanische Feder aufnehmende Gasfeder-Kammer sowie einen ringförmigen Pumpenraum hubbeweglich verschließt, wobei ein oder mehrere mit dem Pumpenraum verbundene Überströmkanäle als von der Wandung bedeckte Nuten am Außenumfang des Einsatzes ausgebildet sind, die in eine Ringnut in der mit der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes korrespondierenden Gleitfläche des Einsatzes münden.
[0009] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Tassenstößel in der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes eine bei maximalem Öffnungshub des Gaswechselventils der einsatzseitigen Ringnut zugeordnete Verteilernut auf, die mit in die Gasfeder-Kammer gerichteten Überströmöffnungen im Kolbenhemd in Verbindung steht.
[0010] Mit dem vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Bauprinzip wird der Druck in der Gasfeder-Kammer sukzessive erhöht bis zum Druckausgleich in der Gasfeder-Kammer mit dem maximalen Verdichtungsenddruck im Pumpenraum. Zur Aufrechterhaltung des einer versteiften Federkennlinie entsprechenden Druckes in der Gasfeder-Kammer bleibt die erfindungsgemäße Pumpeinrichtung zugeschaltet bis zum Absenken der Drehzahl der Brennkraftmaschine in einen Maschinendrehzahlbereich, in dem die Rückstellkraft der mechanischen Feder zur Rückstellung des jeweiligen Gaswechselventils ausreichend ist.
[0011] Zusätzliche Ausgestaltungsmerkmale sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben. Hervorzuheben ist hierbei das Ausgestaltungsmerkmal nach Anspruch 7, wobei ein der Luftzufuhr zum Pumpenraum dienendes 2/2-Wegeventil und ein der Entlüftung der Gasfeder-Kammer dienendes 2/2-Wegeventil gemeinsam maschinendrehzahlabhängig taktgesteuert zwischen ihren Schließ- und Öffnungspositionen verlagerbar angetrieben sind.
[0012] Mit dieser Ausgestaltung ist es bei einer erfindungsgemäßen Schließfedervorrichtung in vorteilhafter Weise möglich, zwischen der Federkennlinie der belüfteten Gasfeder und der maximalen Federkennlinie der selbstpumpenden Gasfeder beliebige Federkennlinien, insbesondere für Drehzahlübergangsbereiche, zu erzeugen.
[0013] Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Schließfeder-Vorrichtung für den Ventiltrieb eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,
- Figur 2
- ein Diagramm mit Federkennlinien.
[0014] Eine Schließfeder-Vorrichtung 1 für den Ventiltrieb eines Gaswechselventils 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine umfasst eine mechanische Feder 3, die ab einem vorbestimmten Maschinendrehzahlbereich mittels einer gesteuert zuschaltbaren Gasfeder 4 in Parallelschaltung die Schließbewegung des Gaswechselventils 2 bewirkt, wobei die Gasfeder 4 einen eine Kammer 5 hubbeweglich verschließenden Kolben 6 umfasst.
[0015] Zur Erzielung einer Schließfeder-Vorrichtung 1 in selbstpumpender Ausgestaltung bei einfachem Aufbau wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gasfeder-Kolben 6 als ein Stößel 7 gestaltet ist mit einem in einem von der Gasfeder-Kammer 5 gesonderten Raum 8 gleitbeweglich dicht geführten Kolbenhemd 9 als Pumpenkolben einer selbstpumpenden Gasfeder 4, der aus dem mit einem Medium gesteuert versorgbaren Pumpenraum 8 über einen gesteuert zuschaltbaren Überströmkanal 10 das komprimierte Medium bei im wesentlichen maximalem Öffnungshub des Gaswechselventils 2 zugeführt ist.
[0016] Für eine vereinfachte Ausgestaltung der Gasfeder 4 ist der Gasfeder-Kolben 6 ein zylinderischer Tassenstößel 7, der in einem in einer Wandung 11 der nicht gezeigten Brennkraftmaschine fixiert angeordneten topfförmigen Einsatz 12 mit einer im Boden 13 vom Schaft 14 des Gaswechselventils 2 dicht durchsetzten Durchbrechung 15 eine die mechanische Feder 3 aufnehmende Gasfeder-Kammer 5 sowie einen ringförmigen Pumpenraum 8 hubbeweglich verschließt, wobei ein oder mehrere mit dem Pumpenraum 8 verbundene Überströmkanäle 10 als von der Wandung 11 bedeckte Nuten am Außenumfang des Einsatzes 12 ausgebildet sind. Diese Überströmkanäle 10 münden in einer Ringnut 16 in der mit der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes 9 korrespondierenden Gleitfläche 17 des Einsatzes 12.
[0017] Zur Weiterleitung der komprimierten Luft in die Gasfeder-Kammer 5 weist der Tassenstößel 7 in der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes 9 eine bei maximalem Öffnungshub des Gaswechselventils 2 der einsatzseitigen Ringnut 16 zugeordnete Verteilernut 18 auf, die mit in die Gasfeder-Kammer 5 gerichteten Überströmöffnungen 19 im Kolbenhemd 9 in Verbindung steht.
[0018] Wie aus Figur 1 weiter ersichtlich, stehen die Überströmkanäle 10 mit einer Verteilerleitung 20 zu Gasfeder-Kammern 5 von Gasfedern 4 weiterer Gaswechselventile 2 in Verbindung, wobei die Verteilerleitung 20 über eine Stichleitung 21 und einem elektronisch gesteuerten 2/2-Wegeventil 22 zur Druckregulierung in den Gasfedern 4 mit einer Gas-Atmosphäre in Verbindung steht.
[0019] Weiter zeigt Figur 1, dass der Pumpenraum 8 mit einer gesonderten Verteilerleitung 23 zu Pumpenräumen 8 von Gasfedern 4 weiterer Gaswechselventile 2 verbunden ist, wobei die Verteilerleitung 23 einerseits mit dem jeweiligen Pumpenraum 8 über eine vom jeweiligen Kolbenhemd/Pumpenkolben 9 absteuerbare Zuströmleitung 24 in Verbindung steht und andererseits über einen mittels eines weiteren elektronisch gesteuerten 2/2-Wegeventiles 25 steuerbaren Zuströmkanal 26 mit einer Gas-Atmosphäre verbunden ist.
[0021] Bei nicht aktivierter Gas- bzw. Luftfeder 4 ist der Zuströmkanal 26 zum Pumpenraum 8 über das 2/2-Wegeventil 25 verschlossen, wogegen die Gas- bzw. Luft-Feder 4 einschließlich des Pumpenraumes 8 über die Stichleitung 21 und die Überströmkanäle 10 bei offen gesteuertem 2/2-Wegeventil 22 belüftet sind. Bei dieser nicht gezeigten Stellung der beiden Wegeventile 22 und 25 ist die Gas- bzw. Luft-Feder 4 praktisch wirkungslos.
[0022] Werden dagegen die beiden Wegeventile 22 und 25 in die in Figur 1 gezeigten Positionen geschaltet mit geöffnetem Zuströmkanal 26 und verschlossener Stichleitung 21, so ist eine selbstpumpende Gas- bzw. Luft-Feder 4 erzielt.
[0023] Zu Beginn des selbstpumpenden Vorganges weist die Gas- bzw. Luft-Feder 4 einen Kennlinienverlauf gemäß der Kurve "A" auf. Am Ende des selbstpumpenden Vorganges bei herrschendem Druckausgleich zwischen der Gasfeder-Kammer 5 und dem Pumpenraum 8 ist für die Gas- bzw. Luft-Feder 4 eine Federkennlinie gemäß dem Kurvenverlauf "B" in Figur 2 erzielt.
[0024] Die in Figur 2 zwischen den Kurven "A" und "B" durch punktierte Linien angedeuteten Kurvenverläufe werden beim selbstpumpenden Vorgang während des Überganges von der Kurve "A" zur Kurve "B" durchlaufen.
[0025] In Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht diese aber auch in vorteilhafter Weise eine beliebige Zwischenkurve und damit einen entsprechenden Druck in der Gas- bzw. Luft-Feder 4 zu erzeugen, und zwar dadurch, dass das der Luftzufuhr zum Pumpenraum 8 dienende 2/2-Wegeventil 25 und das der Entlüftung der Gasfeder-Kammer 5 dienende 2/2-Wegeventil 22 gemeinsam maschinendrehzahlabhängig taktgesteuert zwischen ihren Schließ- und Öffnungspositionen verlagerbar angetrieben sind, wodurch der jeweilige gewünschte Druckwert in der Gasfeder-Kammer 5 durch wechselweises Schließen und Öffnen des Zuströmkanals 26 und der Stichleitung 21 erzielt ist.
[0026] Zur konstruktiv vereinfachten Ausgestaltung der Schließfeder-Vorrichtung 1 ist der topfförmige Einsatz 12 zweiteilig ausgebildet aus einer mit der Wandung 11 kraft- und formschlüssig verbundenen rohrartigen Hülse 27 und einem in dieser fest angeordneten Pfropfen 28, der mittels eines gegenüber dem inneren Hülsendurchmesser im Außendurchmesser reduzierten Kragens 29 der Ausbildung des Pumpenraumes 8 dient.
- bei der eine mechanische Feder (3) und ab einem vorbestimmten Maschinendrehzahlbereich eine gesteuert zuschaltbare Gasfeder (4) in Parallelschaltung die Schließbewegung des Gaswechselventils (2) bewirken, wobei
- die Gasfeder (4) einen eine Kammer (5) hubbeweglich verschließenden Kolben (6) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,- dass der Gasfeder-Kolben (6) als ein Stößel (7) gestaltet ist mit einem in einem von der Gasfeder-Kammer (5) gesonderten Raum (8) gleitbeweglich dicht geführten Kolbenhemd (9) als Pumpenkolben einer selbstpumpenden Gasfeder (4), der
- aus dem mit einem Medium gesteuert versorgbaren Pumpenraum (8) über einen gesteuert zuschaltbaren Überströmkanal (10) das komprimierte Medium bei im wesentlichen maximalem Öffnungshub des Gaswechselventils (2) zugeführt ist.
- dass der Gasfeder-Kolben (6) ein zylindrischer Tassenstößel (7) ist, der
- in einem in einer Wandung (11) der Brennkraftmaschine fixiert angeordneten, topfförmigen Einsatz (12) mit einer im Boden (13) vom Schaft (14) des Gaswechselventils (2) dicht durchsetzten Durchbrechung (15) eine die mechanische Feder (3) aufnehmende Gasfeder-Kammer (5) sowie einen ringförmigen Pumpenraum (8) hubbeweglich verschließt, wobei
- ein oder mehrere mit dem Pumpenraum (8) verbundene Überströmkanäle (10) als von der Wandung (11) bedeckte Nuten am Außenumfang des Einsatzes (12) ausgebildet sind, die
- in eine Ringnut (16) in der mit der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes/Pumpenkolbens (9) korrespondierenden Gleitfläche (17) des Einsatzes (12) münden.
- dass der Tassenstößel (7) in der äußeren Mantelfläche des Kolbenhemdes (9) eine bei maximalem Öffnungshub des Gaswechselventils (2) der einsatzseitigen Ringnut (16) zugeordnete Verteilernut (18) aufweist, die
- mit in die Gasfeder-Kammer (5) gerichteten Überströmöffnungen (19) im Kolbenhemd/Pumpenkolben (9) in Verbindung steht.
- dass die Überströmkanäle (10) mit einer Verteilerleitung (20) zu Gasfeder-Kammern (5) von Gasfedern (4) weiterer Gaswechselventile (2) in Verbindung stehen, wobei
- die Verteilerleitung (20) über eine Stichleitung (21) und einem elektronisch gesteuerten 2/2-Wegeventil (22) zur Druckregelung in den Gasfedern (4) mit einer Gas-Atmosphäre in Verbindung steht.
- dass der Pumpenraum (8) mit einer gesonderten Verteilerleitung (23) zu Pumpenräumen (8) von Gasfedern (4) weiterer Gaswechselventile (2) verbunden ist, wobei
- die Verteilerleitung (23) einerseits mit dem jeweiligen Pumpenraum (8) über eine vom jeweiligen Kolbenhemd/Pumpenkolben (9) absteuerbare Zuströmleitung (24) in Verbindung steht, und andererseits
- über einen mittels eines weiteren elektronisch gesteuerten 2/2-Wegeventils (25) steuerbaren Zuströmkanal (26) mit einer Gas-Atmosphäre verbunden ist.
- dass der topfförmige Einsatz (12) zweiteilig ausgebildet ist aus einer mit der Wandung (11) kraft- und formschlüssig verbundenen rohrartigen Hülse (27) und einem in dieser fest angeordneten Pfropfen (28), der
- mittels eines gegenüber dem inneren Hülsendurchmesser im Außendruchmesser reduzierten Kragens (29) der Ausbildung des Pumpenraumes (8) zwischen der Hülse (27) und dem Kragen (29) dient.