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EP2060754A2 - Hydraulikeinheit für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb - Google Patents

Hydraulikeinheit für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb Download PDF

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Publication number
EP2060754A2
EP2060754A2 EP08167285A EP08167285A EP2060754A2 EP 2060754 A2 EP2060754 A2 EP 2060754A2 EP 08167285 A EP08167285 A EP 08167285A EP 08167285 A EP08167285 A EP 08167285A EP 2060754 A2 EP2060754 A2 EP 2060754A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
housing
pressure chamber
medium
pressure space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP08167285A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2060754B1 (de
EP2060754A3 (de
Inventor
Martin Rauch
Markus Proschko
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
Publication of EP2060754A2 publication Critical patent/EP2060754A2/de
Publication of EP2060754A3 publication Critical patent/EP2060754A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2060754B1 publication Critical patent/EP2060754B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • 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
    • 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
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/02—Formulas

Definitions

  • Such a hydraulic unit is considered from the considered generic DE 10 2006 008 676 A1 previously known.
  • all essential, required for the hydraulically variable transmission of cam lobes on the gas exchange valves components are combined in a common hydraulic housing.
  • This is composed of a lower housing part, in which the components mentioned are included and in which the pressure chambers extend, and a housing upper part closing the housing upper part together.
  • the lower housing part is formed very compact design, and the upper housing part is also a substantially flat plate, so that in total each of the intermediate pressure chambers is limited to a correspondingly small volume.
  • a small-volume medium-pressure space can be problematic during the starting process of the internal combustion engine, especially if it is a starting operation at low outside temperatures and after a long stoppage of the internal combustion engine. This is due to the fact that the hydraulic fluid supply to the internal combustion engine does not yet deliver sufficient hydraulic fluid flow into the medium-pressure space during the starting process and only the hydraulic fluid volume remaining in the medium-pressure space and shrunk at low temperatures is insufficiently large for a complete refilling of a then-expanding high-pressure space. This problem applies to a greater extent in a short time repetitive starting operations, since in this case the hydraulic fluid consumption from the medium-pressure space can be greater than the nachge deviste from the hydraulic fluid supply to the internal combustion engine volume. Such multi-start operations are typical, for example, for taxi cabs at taxi stands.
  • the present invention is therefore the object of a hydraulic unit of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned are eliminated by simple means. Accordingly, even with a compact hydraulic housing with a corresponding volume-limited medium-pressure space always safe and complete refilling of the expanding during the starting process of the engine high-pressure chamber to be ensured with hydraulic fluid.
  • the low-pressure chamber communicates only via at least one throttle opening with the medium-pressure space and wherein the throttle opening passes through a running between the low-pressure space and the central pressure space partition.
  • the throttle opening extends at a geodetically deep point of the partition. This ensures even with possibly only slightly filled low pressure space, for example due to very low ambient temperatures and correspondingly strong shrinking hydraulic fluid, a bubble-free suction of hydraulic fluid from the low-pressure chamber in the medium-pressure space.
  • the upper housing part to be provided with at least one opening into the cylinder head vent opening for the low pressure chamber.
  • the safety of a complete refilling operation of the high-pressure chamber can be increased in particular with regard to multiple starts within a short time by a volume ratio of the pressure chambers with (V L + V M ) / V H ⁇ 2, if V L is the volume of the low-pressure space, V M the volume of Medium pressure space and V H is the volume of the high-pressure chamber.
  • the hydraulic fluid reservoir available for refilling the high-pressure chamber should be at least twice as large as the high-pressure chamber, which of course is also important for such valve trains in which two slave units are connected to a single transmitter unit for the simultaneous actuation of two gas exchange valves ,
  • the partition should be formed as a housing intermediate part of the assembled in sandwich construction of the housing parts hydraulic housing.
  • it may also be provided an integrally formed on the upper housing part partition, in which case such a housing upper part may be prepared for example by hydroforming.
  • the housing upper part should be coated with a sealing material made of elastomer material, at least in the area of contact with the housing intermediate part.
  • the sealing means which prevent an emptying of the low-pressure space can be either an elastomer seal which is printed or sprayed locally on the sealing surface of the housing upper part or an elastomer coating applied over the entire surface of the housing upper part.
  • a separate seal between the upper housing part and the intermediate housing part for example in the form of a paper seal possible.
  • the upper housing part can be made either in a thermoforming process of aluminum or steel material or in an injection molding of plastic.
  • the known operation of the hydraulic valve train 1 can be summarized in that the high-pressure chamber 11 between the transmitter unit 6 and the slave unit 8 acts as a hydraulic linkage, which - neglecting leaks - proportional to the stroke of the cam 3 displaced by the pump plunger 7 hydraulic volume as a function of the opening time and the opening duration of the hydraulic valve 10 in a first, the slave piston 9 acting sub-volume and in a second, in the medium pressure chamber 12 including pressure accumulator 13 effluent partial volume is split.
  • the timing, but also the lifting height of the gas exchange valve 4 can be set fully variable.
  • the hydraulic unit 5 as a further essential part of a common hydraulic housing 19, so that the hydraulic unit 5 can be mounted as a preassembled and optionally already filled with hydraulic fluid assembly in the cylinder head 2 of the internal combustion engine.
  • the executed for a 4-cylinder inline hydraulic unit 5 is in general view FIG. 2 out.
  • the composite in sandwich construction hydraulic housing 19 consists of a lower housing part 20, formed as intermediate housing part 21 partition wall 18 and a housing upper part 22. While the housing parts 20, 21, 22 are screwed together at various Verschraubungsddlingen 23 hydraulically sealing, the lower housing part 20 separate Verschraubungsus 24 to Attaching the entire hydraulic unit 5 in the cylinder head 2 of the internal combustion engine.
  • the four transmitter units 6 each comprise a support element 25 accommodated in the housing lower part 20, a rocker arm 26 pivotally mounted thereon and having a rotatably mounted roller 27 for a low-friction cam tapping From the intermediate housing part 21 outgoing bracket 28 serve as captive for the drag lever 26 mounted in the cylinder head 2 hydraulic unit 5.
  • This is also designed so that each of the transmitter units 6 with two slave units 8 interacts.
  • only one cam 3 and one transmitter unit 6 are required for each pair of identical gas exchange valves 4, ie intake valves or exhaust valves of a cylinder of the internal combustion engine, wherein the hydraulic volume displaced by the pump tappet 7 simultaneously acts on both slave units 8.
  • the respective one encoder unit 6 and the two slave units 8 associated hydraulic valves 10 can be seen with electrical connectors 29, wherein the normally open hydraulic valves 10 in a known per se and not shown here in valve receptacles are fixed in the housing base 20.
  • FIG. 3 shows cross section through the hydraulic unit 5 before.
  • the pressure accumulator 13 connected to the medium-pressure chamber 12 is also shown with the compensating piston 14, which is acted on by spring force.
  • the throttle opening 17 connecting the low-pressure chamber 16 with the medium-pressure chamber 12 is arranged such that it extends at a geodetically low point of the housing intermediate part 21 of the hydraulic unit 5 inclined to gravity g in and / or with the internal combustion engine. As explained above, this ensures that only bubble-free hydraulic fluid from the low-pressure chamber 16 is sucked into the medium-pressure space 12.
  • each of the medium-pressure spaces 12 can also communicate with the associated low-pressure space 16 via two or more throttle openings 17. Conversely, it would also be conceivable to associate each of two medium-pressure chambers 12 with two or more low-pressure chambers 16 separated from one another.
  • Gas bubbles which pass through the throttle opening 17 from the medium-pressure chamber 12 into the low-pressure chamber 16 during operation of the internal combustion engine, can be deposited into the interior of the cylinder head 2 via a vent opening 30 extending in the upper housing part 22 and opening into the cylinder head 2.
  • the upper housing part 22 is coated with a sealing material made of elastomer material, not shown here.
  • this coating is not limited only to the contact region to the intermediate housing part 21, but is located on the entire surface of the upper housing part 22 produced here in a deep-drawing of sheet steel.
  • the volume designated by V L of the low-pressure chamber 16 on the one hand taking into account the space available in the cylinder head 2 and on the other hand, to be sized as large as possible with an always sufficient hydraulic fluid reservoir.
  • V M the volume ratio
  • V H the volume ratio (V L + V M ) to V H has a value of at least 2
  • the pressure accumulator 13 the partition 18 and the check valve 15 limited volume of the medium-pressure space 12 and with V H the volume of the high-pressure chamber 11 delimited by the transmitter unit 6, by the slave unit or units 8 and by the hydraulic valve 10 is designated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Hydraulikeinheit (5) für einen Zylinderkopf (2) einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb (1). In der Hydraulikeinheit sind ein Hochdruckraum (11), ein Mitteldruckraum (12) und zusätzlich ein als Hydraulikmittelreservoir dienender Niederdruckraum (16) ausgebildet. Der Niederdruckraum kommuniziert lediglich über eine Drosselöffnung (17) mit dem Mitteldruckraum, wobei die Drosselöffnung eine zwischen dem Niederdruckraum und dem Mitteldruckraum verlaufende Trennwand (18) durchsetzt.

Description

    Bezeichnung der Erfindung Hydraulikeinheit für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb Beschreibung Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinheit für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb, der
    • ■ zumindest eine antriebseitige Gebereinheit,
    • ■ zumindest eine ein Gaswechselventil betätigende, abtriebseitige Nehmereinheit,
    • ■ zumindest ein ansteuerbares Hydraulikventil,
    • ■ zumindest einen Mitteldruckraum,
    • ■ zumindest einen Hochdruckraum, der im Übertragungssinn zwischen der zugehörigen Gebereinheit und der zugehörigen Nehmereinheit angeordnet und über das zugehörige Hydraulikventil mit dem zugehörigen Mitteldruckraum verbindbar ist, und
    • ■ ein Hydraulikgehäuse mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil
      umfasst, wobei wenigstens die Gebereinheit, die Nehmereinheit, der Hochdruckraum, das Hydraulikventil und der Mitteldruckraum im Verbund mit dem Hydraulikgehäuse zu der an den Zylinderkopf montierbaren Hydraulikeinheit gehören.
    Hintergrund der Erfindung
  • Eine derartige Hydraulikeinheit ist aus der als gattungsbildend betrachteten DE 10 2006 008 676 A1 vorbekannt. Bei der dort vorgeschlagenen Hydraulikeinheit sind alle wesentlichen, für die hydraulisch variable Übertragung von Nockenerhebungen auf die Gaswechselventile erforderlichen Bauteile in einem gemeinsamen Hydraulikgehäuse zusammengefasst. Dieses setzt sich aus einem Gehäuseunterteil, in dem die eingangs genannten Komponenten aufgenommen sind und in dem die Druckräume verlaufen, und einem das Gehäuseunterteil verschließenden Gehäuseoberteil zusammen. Das Gehäuseunterteil ist sehr kompakt bauend ausgebildet, und bei dem Gehäuseoberteil handelt es sich zudem um eine im wesentlichen flache Platte, so dass insgesamt jeder der Mitteldruckräume auf ein entsprechend kleines Volumen begrenzt ist.
  • Ein kleinvolumiger Mitteldruckraum kann jedoch beim Startvorgang der Brennkraftmaschine problematisch sein, insbesondere wenn es sich um einen Startvorgang bei tiefen Außentemperaturen und nach längerem Stillstand der Brennkraftmaschine handelt. Dies liegt darin begründet, dass die Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs noch keinen ausreichenden Hydraulikmittelstrom in den Mitteldruckraum fördert und lediglich das im Mitteldruckraum verbliebene und zudem bei tiefen Temperaturen geschrumpfte Hydraulikmittelvolumen unzureichend groß für ein vollständiges Wiederbefüllen eines dann expandierenden Hochdruckraums ist. Diese Problematik gilt in verstärktem Maße für sich in kurzer Zeitfolge wiederholende Startvorgänge, da in diesem Fall der Hydraulikmittelverbrauch aus dem Mitteldruckraum größer als das von der Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine nachgeförderte Volumen sein kann. Solche Mehrfachstartvorgänge sind beispielsweise für Taxifahrzeuge an Taxiständen typisch.
  • Ausgehend von der eingangs zitierten Druckschrift ließe sich diese Problematik auch durch Erweiterung des Mitteldruckraums in Richtung des dann mit entsprechenden Kavitäten auszustattenden Gehäuseoberteils nur begrenzt entschärfen, da auch in diesem Fall die Bildung von Gasblasen im Mitteldruckraum und deren Ansaugen in den expandierenden Hochdruckraum nicht sicher ausgeschlossen werden würde.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinheit der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach soll auch bei einem kompakt bauenden Hydraulikgehäuse mit entsprechend volumenbegrenztem Mitteldruckraum ein stets sicheres und vollständiges Nachfüllen des beim Startvorgang der Brennkraftmaschine expandierenden Hochdruckraums mit Hydraulikmittel gewährleistet sein.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach ist es vorgesehen, dass im Gehäuseoberteil ein als Hydraulikmittelreservoir dienender Niederdruckraum ausgebildet ist, wobei der Niederdruckraum lediglich über zumindest eine Drosselöffnung mit dem Mitteldruckraum kommuniziert und wobei die Drosselöffnung eine zwischen dem Niederdruckraum und dem Mitteldruckraum verlaufende Trennwand durchsetzt.
  • Durch den im Gehäuseoberteil verlaufenden Niederdruckraum wird zum einen das während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine erforderliche Hydraulikmittelreservoir für den Hochdruckraum erweitert und zum anderen das Risiko des eingangs geschilderten Ansaugens von Gasblasen weitestgehend beseitigt. Letzteres ergibt sich durch die Trennwand, die den Niederdruckraum vom Mitteldruckraum separiert, so dass während der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und dabei abkühlendem und folglich schrumpfendem Hydraulikmittel die Bildung von Gasblasen im Mitteldruckraum durch Nachsaugen von Hydraulikmittel aus dem Niederdruckraum verhindert wird.
  • Weiterhin ist es im Falle eines zur Schwerkraft geneigten Einbaus der Hydraulikeinheit in der Brennkraftmaschine und/oder der Hydraulikeinheit mit der Brennkraftmaschine vorgesehen, dass die Drosselöffnung an einer geodätisch tiefen Stelle der Trennwand verläuft. Dies gewährleistet auch bei gegebenenfalls nur gering gefülltem Niederdruckraum, beispielsweise infolge sehr niedrigen Außentemperaturen und entsprechend stark schrumpfendem Hydraulikmittel, ein blasenfreies Nachsaugen von Hydraulikmittel aus dem Niederdruckraum in den Mitteldruckraum.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung soll das Gehäuseoberteil mit zumindest einer in den Zylinderkopf mündenden Entlüftungsöffnung für den Niederdruckraum versehen sein. Somit können Gasblasen, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine aus dem Mitteldruckraum über die Drosselöffnung in den Niederdruckraum abgeschieden werden, permanent aus der Hydraulikeinheit in das Innere des Zylinderkopfs entweichen.
  • Die Sicherheit eines vollständigen Nachfüllvorgangs des Hochdruckraums kann insbesondere im Hinblick auf Mehrfachstartvorgänge innerhalb kurzer Zeitfolge durch ein Volumenverhältnis der Druckräume mit (VL+VM)/VH ≥ 2 erhöht werden, wenn VL das Volumen des Niederdruckraums, VM das Volumen des Mitteldruckraums und VH das Volumen des Hochdruckraums ist. Mit anderen Worten soll das zum Nachfüllen des Hochdruckraums zur Verfügung stehende Hydraulikmittelreservoir mindestens doppelt so groß sein wie der Hochdruckraum, wobei dies selbstverständlich auch für solche Ventiltriebe von Bedeutung ist, bei denen zwei Nehmereinheiten zur gleichzeitigen Betätigung von zwei Gaswechselventilen mit einer einzelnen Gebereinheit in Verbindung stehen.
  • In einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung soll die Trennwand als Gehäusezwischenteil des in Sandwichbauweise aus den Gehäuseteilen zusammengesetzten Hydraulikgehäuses ausgebildet sein. Alternativ kann jedoch auch eine einteilig am Gehäuseoberteil ausgebildete Trennwand vorgesehen sein, wobei dann ein solches Gehäuseoberteil beispielsweise durch Innenhochdruckumformen hergestellt sein kann.
  • Im Falle der vorgenannten Sandwichbauweise des Hydraulikgehäuses soll das Gehäuseoberteil zumindest im Kontaktbereich zum Gehäusezwischenteil mit einem Dichtmittel aus Elastomerwerkstoff beschichtet sein. Bei dem ein Leerlaufen des Niederdruckraums verhindernden Dichtmittel kann es sich entweder um eine lokal auf die Dichtfläche des Gehäuseoberteils aufgedruckte oder aufgespritzte Elastomerdichtung oder um eine vollflächig auf dem Gehäuseoberteil aufgebrachte Elastomerbeschichtung handeln. Alternativ ist selbstverständlich auch eine separate Dichtung zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäusezwischenteil, beispielsweise in Form einer Papierdichtung möglich.
  • In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann das Gehäuseoberteil entweder in einem Tiefziehverfahren aus Aluminium- oder Stahlwerkstoff oder in einem Spritzgießverfahren aus Kunststoff hergestellt sein.
  • Sofern es möglich und zweckmäßig ist, sollen schließlich die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung auch beliebig miteinander kombinierbar sein.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Soweit nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines hydraulisch variablen Ventiltriebs;
    Figur 2
    eine erfindungsgemäße Hydraulikeinheit in perspektivischer Darstellung und
    Figur 3
    einen Querschnitt durch die Hydraulikeinheit aus Figur 2.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 sind der prinzipielle Aufbau eines hydraulisch variablen Ventiltriebs 1 und zur Erfindung gehörende Merkmale schematisch offenbart. Dargestellt ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Ausschnitt eines Zylinderkopfs 2 einer Brennkraftmaschine mit einem Nocken 3 einer Nockenwelle und einem in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventil 4. Die Variabilität des Ventiltriebs 1 wird mittels einer zwischen dem Nocken 3 und dem Gaswechselventil 4 angeordneten Hydraulikeinheit 5 erzeugt, die folgende Komponenten umfasst:
    • eine antriebseitige Gebereinheit 6, hier in Form eines vom Nocken 3 angetriebenen Pumpenstößels 7;
    • eine abtriebseitige Nehmereinheit 8, hier in Form eines das Gaswechselventil 4 unmittelbar betätigenden Nehmerkolbens 9;
    • ein ansteuerbares Hydraulikventil 10, hier in Form eines elektromagnetischen 2-2-Wege-Schaltventils;
    • einen zwischen der Gebereinheit 6 und der Nehmereinheit 8 verlaufenden Hochdruckraum 11, aus dem bei geöffnetem Hydraulikventil 10 Hydraulikmittel in einen Mitteldruckraum 12 abströmen kann;
    • ein an den Mitteldruckraum 12 angeschlossener Druckspeicher 13 mit einem federkraftbeaufschlagten Ausgleichskolben 14;
    • ein in Richtung des Mitteldruckraums 12 öffnendes Rückschlagventil 15, über das die Hydraulikeinheit 5 an den Hydraulikmittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist und
    • erfindungsgemäß einen als Hydraulikmittelreservoir dienenden Niederdruckraum 16, der lediglich über eine Drosselöffnung 17 in einer zwischen dem Niederdruckraum 16 und dem Mitteldruckraum 12 verlaufenden Trennwand 18 an den Mitteldruckraum 12 angeschlossen ist.
  • Die an sich bekannte Funktionsweise des hydraulischen Ventiltriebs 1 lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass der Hochdruckraum 11 zwischen der Gebereinheit 6 und der Nehmereinheit 8 als hydraulisches Gestänge wirkt, wobei das - bei Vernachlässigung von Leckagen - proportional zum Hub des Nockens 3 vom Pumpenstößel 7 verdrängte Hydraulikvolumen in Abhängigkeit des Öffnungszeitpunkts und der Öffnungsdauer des Hydraulikventils 10 in ein erstes, den Nehmerkolben 9 beaufschlagendes Teilvolumen und in ein zweites, in den Mitteldruckraum 12 einschließlich Druckspeicher 13 abströmendes Teilvolumen aufgesplittet wird. Hierdurch lassen sich nicht nur die Steuerzeiten, sondern auch die Hubhöhe des Gaswechselventils 4 vollvariabel einstellen.
  • Wie es an den nachfolgend beschriebenen Figuren 2 und 3 deutlich wird, weist die Hydraulikeinheit 5 als weiteren wesentlichen Bestandteil ein gemeinsames Hydraulikgehäuse 19 auf, so dass die Hydraulikeinheit 5 als vormontierte und gegebenenfalls bereits mit Hydraulikmittel befüllte Baueinheit in den Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine montiert werden kann. Die für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine ausgeführte Hydraulikeinheit 5 geht in Gesamtansicht aus Figur 2 hervor. Das in Sandwichbauweise zusammengesetzte Hydraulikgehäuse 19 besteht aus einem Gehäuseunterteil 20, der als Gehäusezwischenteil 21 ausgebildeten Trennwand 18 und einem Gehäuseoberteil 22. Während die Gehäuseteile 20, 21, 22 an diversen Verschraubungspunkten 23 hydraulisch dichtend miteinander verschraubt sind, weist das Gehäuseunterteil 20 separate Verschraubungspunkte 24 zum Befestigen der gesamten Hydraulikeinheit 5 im Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine auf.
  • Die vier Gebereinheiten 6 umfassen jeweils ein im Gehäuseunterteil 20 aufgenommenes Abstützelement 25, einen darauf schwenkbeweglich gelagerten Schlepphebel 26 mit drehbar gelagerter Rolle 27 für einen reibungsarmen Nockenabgriff und den hier vom Schlepphebel 26 betätigten und in Rückhubrichtung federkraftbeaufschlagten Pumpenstößel 7. Vom Gehäusezwischenteil 21 abgehende Bügel 28 dienen als Verliersicherung für die Schlepphebel 26 bei nicht im Zylinderkopf 2 montierter Hydraulikeinheit 5. Diese ist weiterhin so ausgebildet, dass jede der Gebereinheiten 6 mit zwei Nehmereinheiten 8 zusammenwirkt. Mit anderen Worten wird für jedes Paar gleichwirkender Gaswechselventile 4, d.h. Einlassventile oder Auslassventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine, nur ein Nocken 3 und eine Gebereinheit 6 benötigt, wobei das vom Pumpenstößel 7 verdrängte Hydraulikvolumen beide Nehmereinheiten 8 gleichzeitig beaufschlagt. Auf der den Gebereinheiten 6 gegenüber liegenden Seite der Hydraulikeinheit 5 sind die jeweils einer Gebereinheit 6 und den beiden Nehmereinheiten 8 zugeordneten Hydraulikventile 10 mit elektrischen Anschlusssteckern 29 zu erkennen, wobei die stromlos geöffneten Hydraulikventile 10 auf an sich bekannte und hier nicht näher dargestellte Weise in Ventilaufnahmen im Gehäuseunterteil 20 befestigt sind.
  • Die bereits in Figur 2 anhand der Auswölbungen im Gehäuseoberteil 22 erkennbaren Niederdruckräume 16 gehen deutlich aus einem in Figur 3 dargestellten Querschnitt durch die Hydraulikeinheit 5 vor. In diesem Querschnitt ist auch der an den Mitteldruckraum 12 angeschlossene Druckspeicher 13 mit dem federkraftbeaufschlagten Ausgleichskolben 14 dargestellt. Die den Niederdruckraum 16 mit dem Mitteldruckraum 12 verbindende Drosselöffnung 17 ist so angeordnet, dass sie an einer geodätisch tiefen Stelle des Gehäusezwischenteils 21 der zur Schwerkraft g in der und/oder mit der Brennkraftmaschine geneigt eingebauten Hydraulikeinheit 5 verläuft. Wie eingangs erläutert, wird hierdurch sichergestellt, dass lediglich blasenfreies Hydraulikmittel aus dem Niederdruckraum 16 in den Mitteldruckraum 12 nachgesaugt wird. Obwohl in Figur 3 nur eine Drosselöffnung 17 gezeigt ist, kann jeder der Mitteldruckräume 12 auch über zwei oder mehr Drosselöffnungen 17 mit dem zugehörigen Niederdruckraum 16 kommunizieren. Umgekehrt wäre es auch denkbar, jedem Mitteldruckraum 12 zwei oder mehr voneinander separierte Niederdruckräume 16 zuzuordnen.
  • Gasblasen, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine über die Drosselöffnung 17 aus dem Mitteldruckraum 12 in den Niederdruckraum 16 gelangen, können über eine im Gehäuseoberteil 22 verlaufende und in den Zylinderkopf 2 mündende Entlüftungsöffnung 30 in das Innere des Zylinderkopfs 2 abgeschieden werden.
  • Um einen Hydraulikmittelverlust aus dem Niederdruckraum 16 insbesondere während der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist das Gehäuseoberteil 22 mit einem hier nicht näher dargestellten Dichtmittel aus Elastomerwerkstoff beschichtet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Beschichtung nicht nur auf den Kontaktbereich zum Gehäusezwischenteil 21 beschränkt, sondern befindet sich auf der gesamten Oberfläche des hier in einem Tiefziehverfahren aus Stahlblech hergestellten Gehäuseoberteils 22.
  • Wie es schließlich anhand einer Zusammenschau mit Figur 1 erläutert sei, ist das mit VL bezeichnete Volumen des Niederdruckraums 16 einerseits unter Berücksichtigung des Bauraumangebots im Zylinderkopf 2 und andererseits im Hinblick auf ein stets ausreichendes Hydraulikmittelreservoir möglichst groß zu bemessen. Das bedeutet, dass das Volumenverhältnis (VL+VM) zu VH einen Wert von mindestens 2 aufweist, wenn mit VM das vom Hydraulikventil 10, vom Druckspeicher 13, von der Trennwand 18 und vom Rückschlagventil 15 begrenzte Volumen des Mitteldruckraums 12 und mit VH das von der Gebereinheit 6, von der bzw. den Nehmereinheiten 8 und vom Hydraulikventil 10 begrenzte Volumen des Hochdruckraums 11 bezeichnet sind.
    • Liste der Bezugszahlen
    • 1
    Ventiltrieb
    2
    Zylinderkopf
    3
    Nocken
    4
    Gaswechselventil
    5
    Hydraulikeinheit
    6
    Gebereinheit
    7
    Pumpenstößel
    8
    Nehmereinheit
    9
    Nehmerkolben
    10
    Hydraulikventil
    11
    Hochdruckraum
    12
    Mitteldruckraum
    13
    Druckspeicher
    14
    Ausgleichskolben
    15
    Rückschlagventil
    16
    Niederdruckraum
    17
    Drosselöffnung
    18
    Trennwand
    19
    Hydraulikgehäuse
    20
    Gehäuseunterteil
    21
    Gehäusezwischenteil
    22
    Gehäuseoberteil
    23
    Verschraubungspunkt
    24
    Verschraubungspunkt
    25
    Abstützelement
    26
    Schlepphebel
    27
    Rolle
    28
    Bügel
    29
    Anschlussstecker des Hydraulikventils
    30
    Entlüftungsöffnung

Claims (8)

  1. Hydraulikeinheit (5) für einen Zylinderkopf (2) einer Brennkraftmaschine mit hydraulisch variablem Ventiltrieb (1), der
    ■ zumindest eine antriebseitige Gebereinheit (6),
    ■ zumindest eine ein Gaswechselventil (4) betätigende, abtriebseitige Nehmereinheit (8),
    ■ zumindest ein ansteuerbares Hydraulikventil (10),
    ■ zumindest einen Mitteldruckraum (12),
    ■ zumindest einen Hochdruckraum (11), der im Übertragungssinn zwischen der zugehörigen Gebereinheit (6) und der zugehörigen Nehmereinheit (8) angeordnet und über das zugehörige Hydraulikventil (10) mit dem zugehörigen Mitteldruckraum (12) verbindbar ist, und
    ■ ein Hydraulikgehäuse (19) mit einem Gehäuseunterteil (20) und einem Gehäuseoberteil (22)
    umfasst, wobei wenigstens die Gebereinheit (6), die Nehmereinheit (8), der Hochdruckraum (11), das Hydraulikventil (10) und der Mitteldruckraum (12) im Verbund mit dem Hydraulikgehäuse (19) zu der an den Zylinderkopf (2) montierbaren Hydraulikeinheit (5) gehören, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuseoberteil (22) ein als Hydraulikmittelreservoir dienender Niederdruckraum (16) ausgebildet ist, wobei der Niederdruckraum (16) lediglich über zumindest eine Drosselöffnung (17) mit dem Mitteldruckraum (12) kommuniziert, welche Drosselöffnung (17) eine zwischen dem Niederdruckraum (16) und dem Mitteldruckraum (12) verlaufende Trennwand (18) durchsetzt.
  2. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zur Schwerkraft geneigten Einbaufall der Hydraulikeinheit (5) in der und/oder mit der Brennkraftmaschine die Drosselöffnung (17) an einer geodätisch tiefen Stelle der Trennwand (18) verläuft.
  3. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (22) mit zumindest einer in den Zylinderkopf (2) mündenden Entlüftungsöffnung (30) für den Niederdruckraum (16) versehen ist.
  4. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (16) ein Volumen VL, der Mitteldruckraum (12) ein Volumen VM und der Hochdruckraum (11) ein Volumen VH mit einem Volumenverhältnis (VL+VM)/VH≥ 2 aufweisen.
  5. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) als Gehäusezwischenteil (21) des in Sandwichbauweise aus den Gehäuseteilen (20, 21, 22) zusammengesetzten Hydraulikgehäuses (19) ausgebildet ist.
  6. Hydraulikeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (22) zumindest im Kontaktbereich zum Gehäusezwischenteil (21) mit einem Dichtmittel aus Elastomerwerkstoff beschichtet ist.
  7. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (22) in einem Tiefziehverfahren aus Aluminium- oder Stahlwerkstoff hergestellt ist.
  8. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (22) in einem Spritzgießverfahren aus Kunststoff hergestellt ist.
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