Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen eines Auslassventils einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen eines Auslassventils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 38 09 954 bekannt. Sie soll dazu dienen, Längenänderungen des Auslassventilschaftes aufgrund von Temperaturänderungen zu kompensieren, weil sich sonst die Position des Servokolbens relativ zum Servozylinder verschiebt, was eine Aenderung des Schliesspunktes des Auslassventils zur Folge hätte. Die bekannte Vorrichtung wird in Verbindung mit einer sogenannten "hydraulischen Stossstange" verwendet, die aus der in der Druckmittelleitung zwischen dem Servozylinder und einem nockengesteuerten Hubgeberkolben befindlichen Hydraulikflüssigkeit besteht. Bei der bekannten Vorrichtung sind deshalb die Druckmittelleitung und die Entlastungsleitung an demselben Ort am Servozylinder angeschlossen, d.h. beim Schliessen des Auslassventils entweicht Druckmittel in die Druckmittelleitung. Ausserdem ist im Servokolben ein gegen den Druckraum öffnendes Rückschlagventil vorgesehen und in dem von der Führungsbüchse umgebenen Abschnitt des Servokolbens ist eine axiale Nut angebracht, die zusammen mit der Stirnkante der Führungsbüchse eine bei der Schliessbewegung des Auslassventils kleiner werdende Drosselstelle bildet. Bei geschlossenem Auslassventil ist auch die Drosselstelle geschlossen. Mit der Drosselstelle soll während der Schliessbewegung des Auslassventils eine Bremskraft auf die Ventilbewegung ausgeübt werden. Um eine Längenänderung des Auslassventilschaftes zu kompensieren, wird die Führungsbüchse relativ zum Servokolben verschoben, wobei der druckmittelgefüllte Raum aus der Entlüftungsleitung nachgefüllt wird (Schaftverkürzung). Wie bei einer Schaftverlängerung eine Verschiebung der Führungsbüchse in geschlossenem Zustand des Auslassventils vorgenommen werden soll, ist in der PS nicht erläutert. Sie erfolgt offenbar nicht automatisch während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe Zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend abzuändern und zu verbessern, dass sie in Verbindung mit einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung gemäss der EP-OS 441 100 verwendbar ist und dass sich Aenderungen der Schaftlänge des Auslassventils vollkommen automatisch kompensieren lassen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Hierdurch wird erreicht, dass sich automatisch immer die Führungsbüchse bei Längenänderungen des Ventilschaftes in der gleichen Richtung und im gleichen Ausmass wie der Servokolben verschiebt, da auch bei einer Verschiebung der Führungsbüchse gegen den druckmittelgefüllten Raum Druckmittel aus diesem Raum in den Druckraum verdrängt wird, so dass die relative Zuordnung zwischen Servokolben und Führungsbüchse erhalten bleibt. Es werden also Schaftlängenänderungen des Auslassventils in beiden Richtungen automatisch kompensiert, so dass die Oeffnungs- und Schliessgeometrie der Servovorrichtung des Auslassventils unabhängig von Wärmedehnungen in jedem Fall gleich bleibt. Ausserdem wird mit der neuen Vorrichtung noch der Vorteil erzielt, dass in der letzten Phase der Schliessbewegung des Auslassventils eine Dämpfung dieser Bewegung eintritt, weil nach dem Ueberfahren des mit der Entlastungsleitung kommunizierenden Durchbruchs durch den Servokolben die Entlastungsleitung mit dem Druckraum in Verbindung bleibt.

[0005] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil eines Arbeitszylinders mit einem Auslassventil sowie ein Schaltschema der Steuereinrichtung gemäss EP-OS 441 110 und

Fig.2

einen Axialschnitt durch einen Servozylinder mit Servokolben gemäss der Erfindung.

[0006] Gemäss Fig.1 ist im Maschinengehäuse einer 2-Takt-Dieselbrennkraftmaschine ein Arbeitszylinder 1 und anschliessend an dessen oberen Ende in einem getrennten Gehäuse 10 ein Auspuffkanal 4 ausgebildet. Im Gehäuse 10 ist am Eingang des Auspuffkanals 4 ein Auslassventil 2 angeordnet, das in der gezeichneten geschlossenen Stellung den Brennraum 3 im Arbeitszylinder 1 vom Auspuffkanal 4 trennt. Im Arbeitszylinder 1 ist ein Arbeitskolben 5 auf- und abbeweglich geführt. Die im Arbeitszylinder zu komprimierende Luft wird über nicht dargestellte, im unteren Bereich des Arbeitszylinders 1 angeordnete Schlitze in den Zylinderraum eingelassen und beim anschliessenden Aufwärtshub des Arbeitskolbens 5 im Brennraum 3 verdichtet. Der Brennstoff wird mit Hilfe mindestens einer nicht dargestellten, in den Brennraum 3 ragenden Einspritzdüse zugeführt.

[0007] An dem dem Brennraum 3 abgewendeten Ende des Auslassventils 2 ist ein Kolben 6 angeodnet, der in einem Zylinder 7 des Gehäuses 10 geführt ist. An dem in Fig.1 unterhalb des Kolbens 6 befindlichen Zylinderraum 7' ist über ein Rückschlagventil 8 eine Druckluftleitung 9 angeschlossen. Die auf diese Weise im Zylinderraum 7' eingeschlossene Luft bildet eine Luftfeder, die auf das Auslassventil 2 in schliessendem Sinne wirkt.

[0008] Auf die in Fig.1 obere Seite des Kolbens 6 wirkt über eine Stange 11' ein von einem hydraulischen Druckmittel betätigter Servokolben 11, der in einem Servozylinder 13 geführt ist, an dem eine hydraulische steuereinrichtung 12 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 12 weist ein als 2/2-Wegeventil ausgebildetes, durch einen Elektromagneten 14 betätigtes Vorsteuerventil 15 und ein 4/2-Wegeventil 16 auf. Das hydraulische Druckmittel, z.B. Oel, wird der Steuereinrichtung 12 über eine Leitung 17 von einer als Akkumulator ausgebildeten Druckmittelquelle 18 zugeführt. Der Akkumulator 18 erhält das Druckmittel aus einem Reservoir 20 mittels einer Pumpe 19, die von der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder elektrisch angetrieben ist. Im Akkmulator 18 befindet sich das Druckmittel unter einem Druck von beispielsweise 200 bar. Die vom Akkumulator 18 zur Steuereinrichtung 12 führende Leitung 17 gabelt sich vor dem 4/2-Wegeventil 16 in zwei Leitungszweige 17' und 17''. Der Leitungszweig 17' führt zum 4/2-Wegeventil 16 und setzt sich als Leitung 27 bis zu einer Anschlussstelle 21 am Servozylinder 13 fort. Der Leitungszweig 17'' enthält eine Drosselstelle 22 und führt einerseits zum Vorsteuerventil 15 und andererseits auf eine Stirnseite des 4/2-Wegeventils 16. Am Servozylinder 13 befindet sich eine weitere Anschlussstelle 23 für eine Entlastungsleitung 24, die zum 4/2-Wegeventil 16 führt und sich als Ablaufleitung 24' fortsetzt, die über ein Rückschlagventil 25 in das Reservoir 20 mündet. An die Ablaufleitung 24' ist ausserdem eine Entlüftungsleitung 26 angeschlossen, die vom Servozylinder 13 oberhalb des Kolbens 11 abzweigt und eine Drosselstelle 57 aufweist. Stromoberhalb des Rückschlagventils 25 mündet in die Ablaufleitung 24' eine Entlastungsleitung 28, die vom Vorsteuerventil 15 ausgeht.

[0009] Der Servokolben 11 weist an seinem der Stange 11' abgewendeten Ende eine Sackbohrung 40 auf, die an ihrem in Fig.1 unteren Ende im Bereich der Anschlussstelle 21 über Querbohrungen 56 mit einem Ringraum 58 in Verbindung steht. Im Bereich der Anschlussstelle 23 besteht zwischen dem Servokolben 11 und dem Servozylinder 13 ein Ringraum 59.

[0010] In der in Fig.1 gezeichneten Stellung ist der Strom am Elektromagneten 14 des Vorsteuerventils 15 eingeschaltet, und das über den Leitungszweig 17'' zugeführte Druckmittel wirkt auf die Stirnfläche des 4/2-Wegeventils 16; die Druckmittelzufuhr über den Leitungszweig 17' und die Leitung 27 zum Servozylinder 13 ist dadurch abgesperrt. Hingegen hat das 4/2-Wegeventil 16 den Durchgang von der Entlastungsleitung 24 zur Ablaufleitung 24' hergestellt, so dass der Servokolben 11 im Servozylinder 13 vom Druck des Druckmittels entlastet wird und das Auslassventil 2 von der Luftfeder unter dem Kolben 6 in schliessendem Sinne beeinflusst wird. Dabei wird Druckmittel aus dem Druckraum des Servozylinders über die Anschlussstelle 23 in die Entlastungsleitung 24 verdrängt. Wegen des Rückschlagventils 25 bleibt in dem stromoberhalb von diesem befindlichen Leitungsabschnitt 24' sowie in den Leitungen 24 und 26 ein Restdruck von ungefähr 10 bar erhalten. Wird der Strom am Elektromagneten 14 ausgeschaltet, so wird im Vorsteuerventil 15 eine Verbindung zwischen dem Leitungszweig 17'' und der Entlastungsleitung 28 hergestellt, so dass die Stirnfläche des 4/2-Wegeventils 16 vom Druck entlastet wird. Das 4/2-Wegeventil 16 unterbricht damit die vorherige Verbindung der Leitungen 24 und 24' und verbindet nunmehr den Leitungszweig 17' mit der Leitung 27, so dass unter Druck stehendes Druckmittel über die Anschlussstelle 21, den Raum 58 und die Querbohrungen 56 in die Sackbohrung 40 gelangt, wodurch der Servokolben 11 abwärtsbewegt wird und das Auslassventil 2 öffnet.

[0011] Wie Fig.2 zeigt, ist erfindungsgemäss zwischen dem Servozylinder 13 und dem Servokolben 11 eine Führungsbüchse 60 angeordnet, die im Bereich der Anschlussstellen 21 und 23 jeweils einen Durchbruch in Form einer äusseren Ringnut 61 bzw. 62 und mehreren von dieser ausgehenden, über den Umfang der Führungsbüchse verteilten radialen Bohrungen 61' bzw. 62' aufweist. Die Führungsbüchse 60 ist im Servozylinder 13 axial beweglich geführt und weist an ihrem in Fig.2 oberen Ende eine Querwand 60' in Form eines lösbar mit der Führungsbüchse verbundenen Deckels auf. In der Führungsbüchse 60 ist der Servokolben 11 gleitend gelagert, der in der in Fig.2 gezeichneten Stellung mit seiner oberen Stirnfläche an einem Ansatz 63 des Deckels 60' anliegt. Von dem so gebildeten Druckraum 65 zwischen dem Servokolben 11 und der Führungsbüchse 60, 60' zweigen zwei den Ansatz 63 durchdringende radiale Kanäle 71 ab, die über eine zwischen den äusseren Stirnkanten des Ansatzes 63 und des Servokolbens 11 ausgebildete Ringnut in einen die Führungsbüchse 60 durchdringenden winkelförmigen Kanal 66 münden, der seinerseits in eine der oberen Bohrungen 62' mündet. Dadurch ist eine ständige Verbindung zwischen dem Druckraum 65 und der an der Stelle 23 angeschlossenen Entlastungsleitung 24 hergestellt ist. Im Servokolben 11 befindet sich etwas oberhalb der in Fig.2 linken Bohrung 56 ein radialer Kanal 72, der in eine äussere Ringnut 73 mündet, die während eines Oeffnungsvorganges des Auslassventils bei der Abwärtsbewegung des Servokolbens relativ zur Führungsbüchse 60 vor die Bohrung 61' zu liegen kommt.

[0012] Die in Fig.2 obere Stirnwand 13' des Servozylinders 13 weist eine Anschlussstelle 67 für die Entlüftungsleitung 26 auf. Zwischen der Stirnwand 13' und dem Deckel 60' befindet sich ein druckmittelgefüllter Raum 68, der einerseits über ein gegen diesen Raum schliessendes Rückschlagventil 69 mit dem Druckraum 65 und andererseits über ein gegen die Anschlussstelle 67 schliessendes Rückschlagventil 70 mit der Entlastungsleitung 26 kommuniziert.

[0013] Die Vorrichtung gemäss Fig.2 funktioniert wie folgt. Wenn sich der Schaft des Auslassventils infolge Temperaturerhöhung verlängert, so wird über die Stange 11' der Servokolben 11 in Fig.2 nach oben verschoben. Da die obere Stirnfläche des Servokolbens 11 am Ansatz 63 anliegt, wird mit der Verschiebung des Servokolbens zugleich auch die Führungsbüchse 60 nach oben verschoben. Durch diese Verschiebung wird Druckmittel aus dem Raum 68 über das sich öffnende Rückschlagventil 69 in den Druckraum 65 verdrängt. Das so verdrängte Druckmittelvolumen entweicht über die Kanäle 71, 66, die Ringnut 62 und die Anschlussstelle 23 in die Entlastungsleitung 24. Auf diese Weise bleibt trotz der Längenänderung des Auslassventilschaftes die relative Lage des Servokolbens 11 zur Führungsbüchse 60 erhalten, und es kann keine Veränderung des Schliessverhaltens des Auslassventils eintreten. Auch bei einer Verkürzung des Schaftes des Auslassventils tritt diese Wirkung ein, indem die Stange 11' der Schaftverkürzung folgt. Da der Durchmesser der Querwand 60' der Führungsbüchse 60 grösser ist als der Durchmesser des Servokolbens 11 sowie infolge des früher erwähnten Restdruckes entsteht im Raum 68 eine hydraulische Kraft, die die Führungsbüchse in Fig.2 abwärtsbewegt und den Anschlag 63 wieder gegen den Servokolben drückt. Durch Oeffnen des Rückschlagventils 70 strömt Druckmittel aus der Entlüftungsleitung 26 in den Raum 68 nach. Auch in diesem Fall bleiben also die relative Lage des Servokolbens 11 zur Führungsbüchse 60 und damit auch das Schliessverhalten des Auslassventils erhalten.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen eines Auslassventils (2) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem in einem Servozylinder (13) geführten Servokolben (11), der mit dem dem Verschlussteil abgewendeten Ende des Auslassventils in Wirkungsverbindung steht, der im Arbeitstakt der Maschine von einem hydraulischen Druckmittel im Ventilöffnungssinn beaufschlagt ist, das von einer Druckmittelquelle (18) über eine Druckmittelleitung (27) einem Druckraum (65) im Servozylinder (13) zugeführt wird, an dem eine Entlastungsleitung (24) sowie eine Entlüftungsleitung (26) angeschlossen sind, wobei zwischen dem Servozylinder (13) und dem Servokolben (11) eine diesen umgebende, axial bewegliche Führungsbüchse (60) angeordnet ist, die an ihrem dem Verschlussteil abgewendeten Ende durch eine Querwand (60') dicht verschlossen ist, und wobei zwischen der Querwand (60') und der Stirnwand (13') des Servozylinders ein druckmittelgefüllter Raum (68) besteht, der über ein gegen die Entlüftungsleitung (26) schliessendes Rückschlagventil (70) mit der Entlüftungsleitung kommuniziert,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelleitung (27) und die Entlastungsleitung (24) getrennt voneinander am Servozylinder (13) angeschlossen sind, dass die Führungsbüchse (60) mindestens je einen mit dem Anschluss (21) der Druckmittelleitung (27) und dem Anschluss (23) der Entlastungsleitung (24) am Servozylinder kommunizierenden Durchbruch (61' bzw. 62') aufweist, dass der druckmittelgefüllte Raum (68) über ein gegen diesen Raum (68) schliessendes Rückschlagventil (69) mit dem Druckraum (65) kommuniziert und dass der Druckraum (65) stets mit dem Anschluss (23) für die Entlastungsleitung (24) am Servozylinder in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand (60') als von der Führungsbüchse (60) lösbarer Deckel ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Servokolben (11) ein Kanal (72) vorgesehen ist, der gegen Ende der Oeffnungsbewegung des Auslassventils (2) den Druckraum (65) mit dem mit dem Anschluss (21) der Druckmittelleitung (27) kommunizierenden Durchbruch (61') an der Führungsbüchse (60) verbindet.

Claims

1. Device for hydraulic control of an exhaust valve (2) of an internal-combustion piston engine, comprising a servo-piston (11), which is guided in a servo-cylinder (13), is operatively connected with the end of the exhaust valve remote from the closure portion, admits during the expansion stroke of the engine a hydraulic pressure medium in the sense of valve opening, the medium being supplied from a source (18) of the pressure medium through a pressure medium line (27) to a pressure chamber (65) in the servo-cylinder (13), the latter communicating with a relief line (24) and a breather line (26), an axially movable guide bush (60) being arranged between the servo-cylinder (13) and the servo-piston (11), the latter being encased by the bush, the bush being at its end remote from the closure portion tightly closed by a transverse wall (60'), between the transverse wall (60') and the end wall (13') of the servo-cylinder being provided a chamber (68) which is filled with the pressure medium and which communicates with the breather line via a non-return valve (70) closing against the breather line (26),
characterised in that the pressure medium line (27) and the relief line (24) are connected with the servo-cylinder (13) independently of each other, that the guide bush (60) comprises at least one opening (61') and one opening (62') communicating, respectively, with the connection (21) of the pressure medium line (27) and the connection (23) of the relief line (24) on the servo-cylinder, that the chamber (68) filled with the pressure medium communicates with the pressure chamber (65) via a non-return valve (69) closing against this chamber (68), and that the pressure chamber (65) is always connected with the connection (23) for the relief line (24) on the servo-cylinder.

2. Device according to claim 1, characterised in that the transverse wall (60') is made as a cover removable from the guide bush (60').

3. Device according to claim 1 or 2, characterised in that a channel (72) is provided in the servo-piston (11), the channel connecting towards the end of the opening movement of the exhaust valve (2) the pressure chamber (65) with the opening (61') in the guide bush (60), the said opening communicating with the connection (21) of the pressure medium line (27).

Revendications

1. Dispositif d'actionnement hydraulique d'une soupape d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne à piston alternatif, comportant un servopiston (11), guidé dans un servocylindre (13), qui est en liaison active avec l'extrémité de la soupape d'échappement, tournée vers la partie fermeture, qui est alimenté, à la cadence de travail du moteur, avec un fluide hydraulique sous pression dans le sens d'ouverture de la soupape, lequel fluide est envoyé à partir d'une source de fluide sous pression (18), par une conduite de fluide sous pression (27), à une chambre de pression (65) dans le servocylindre (13), à laquelle sont raccordées une conduite de décharge (24) ainsi qu'une conduite de purge d'air (26), une douille de guidage (60) axialement mobile, entourant le servopiston, étant placée entre le servocylindre (13) et le servopiston (11), laquelle douille est hermétiquement fermée à son extrémité, tournée à l'opposé de la partie de fermeture, par une cloison transversale (60'), et un compartiment (68), qui communique avec la conduite de purge d'air, par un clapet de non-retour (70), fermant vers la conduite de purge d'air (26), étant prévu entre la cloison transversale (60') et la paroi frontale (13') du servocylindre, caractérisé en ce que la conduite de fluide sous pression (27) et la conduite de décharge (24) sont raccordées au servocylindre (13), séparées l'une de l'autre, de manière que la douille de guidage (60) présente au moins un ajour (61' ou 62') communiquant avec le raccord (21) de la conduite de fluide sous pression (27) et le raccord (23) de la conduite de décharge (24) sur le servocylindre, en ce que le compartiment (68) rempli de fluide sous pression communique, par un clapet de non-retour (69), fermant vers ce compartiment (68), avec la chambre de pression (65) et en ce que la chambre de pression (65) est toujours reliée au raccord (23) pour la conduite de décharge (24) sur le servocylindre.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison transversale (60') est conçue à la manière d'un couvercle pouvant être détaché de la douille de guidage (60).

3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le servopiston (11) est prévu un canal (72) qui relie, vers la fin du déplacement d'ouverture de la soupape d'échappement (2), la chambre de pression (65) avec l'ajour (61') pratiqué sur la douille de guidage (60), communiquant avec le raccord (21) de la conduite de fluide sous pression (27).

Zeichnung