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WO2003027449A1 - Vorrichtung zur steuerung eines öffnungsquerschnitts in einem verbrennungszylinder einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung eines öffnungsquerschnitts in einem verbrennungszylinder einer brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2003027449A1
WO2003027449A1 PCT/DE2002/002291 DE0202291W WO03027449A1 WO 2003027449 A1 WO2003027449 A1 WO 2003027449A1 DE 0202291 W DE0202291 W DE 0202291W WO 03027449 A1 WO03027449 A1 WO 03027449A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
damping
piston
cylinder
volume displacement
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002291
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Diehl
Bernd Rosenau
Uwe Hammer
Volker Beuche
Peter Lang
Stefan Reimer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2003027449A1 publication Critical patent/WO2003027449A1/de

Links

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

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an opening cross section in a combustion cylinder of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a known device of this type (DE 198 26 047 AI) has as an actuator or actuator or valve actuator a double-acting, hydraulic working cylinder, in which an actuating piston is axially displaceably guided, which is fixedly connected to the valve stem of the gas exchange valve integrated in the combustion cylinder or its valve-closing body remote End forms itself.
  • the actuating piston delimits a first and a second pressure chamber in the working cylinder with its two end faces facing away from one another. While the first pressure chamber over which one
  • Piston displacement in the direction of valve closing is effected, is constantly pressurized with fluid under pressure, the second pressure chamber, via which a piston displacement in the direction of valve opening is effected, with the aid of control valves, preferably 2/2-way solenoid valves, specifically pressurized with pressurized fluid or - again relieved to approximately ambient pressure ,
  • the pressurized fluid is supplied by a regulated pressure supply.
  • a first control valve connects the second pressure chamber to the pressure supply and a second control valve connects the second pressure chamber to a relief line opening into a fluid reservoir.
  • the second pressure chamber In the closed state of the gas exchange valve, the second pressure chamber is separated from the pressure supply by the closed first control valve and is connected to the relief line by the opened second control valve, so that the actuating piston is transferred into its closed position by the fluid pressure prevailing in the first pressure chamber.
  • the control valves are switched over, thereby shutting off the second pressure chamber from the relief line and to the
  • the gas exchange valve opens because the piston area of the actuating piston in the second pressure chamber is larger than the effective area of the actuating piston in the first pressure chamber.
  • the size of the opening stroke depends on the formation of the electrical control signal applied to the first control valve and the opening speed depends on the fluid pressure controlled by the pressure supply.
  • the control valves switch again to close the gas exchange valve.
  • the second pressure chamber which is shut off in relation to the pressure supply, lies on the relief line and that in the first pressure chamber prevailing fluid pressure leads the control piston back into its valve closed position, so that the gas exchange valve is closed by the control piston.
  • the device according to the invention for controlling an opening cross section in a combustion cylinder
  • valve brake does not influence the stroke movement of the valve member and only comes into engagement with the valve member for the immediate remaining stroke before the valve body hits the valve seat and then brakes it very strongly.
  • Part of the kinetic energy of the valve member is consumed as impact energy at the moment of the intervention and then another part is throttled by pushing out a corresponding volume of fluid from the volume displacement chamber.
  • the stroke of the valve member, after which the damping member comes into direct or indirect engagement with the valve member or the remaining stroke of the valve member, during which the damping member is in engagement with the valve member can be set very easily from the outside without intervention in the actuator become.
  • the damping member has a damping piston which is axially displaceably guided in a damping cylinder and a volume displacement chamber which is delimited by the damping piston and is connected to a throttle opening.
  • the damping member engages in the stroke of the valve member, the valve stem or the actuator strikes the damping piston on its side facing away from the volume displacement chamber.
  • the damping piston is additionally counteracting the displacement of the damping piston in the direction of reducing the volume displacement chamber
  • the damping cylinder is designed as a double-acting working cylinder which additionally has a storage chamber separated from the volume displacement chamber by the damping piston. Like the volume displacement chamber, a fluid flow is fed to the storage chamber via a check valve. The storage chamber is connected to a memory.
  • Actuator even one and is independent of component tolerances and thermal expansion in the gas exchange valve or actuator.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a device for controlling an opening cross section in a combustion cylinder of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a valve brake in the device according to FIG. 1,
  • Fig. 3 is a circuit diagram of two valve brakes in a modified embodiment. Description of the embodiments
  • the device shown in the circuit diagram in FIG. 1 for controlling an opening cross section 11 in a combustion cylinder 10 of an internal combustion engine or an internal combustion engine in vehicles has a gas exchange valve 51 integrated in the combustion cylinder 10 with an axially displaceable valve member 12 which has a valve stem 13 and an end on Valve stem 13 includes formed valve closing body 14.
  • the valve closing body 14 acts with one
  • Valve seat 15 enclosing the opening cross section 11, on which the valve closing body 14 rests with a valve sealing surface 141 in the closed position of the gas exchange valve 10 and thus closes the opening cross section 11 in a gas-tight manner.
  • the device To actuate the stroke of the valve member 12, the device has a hydraulically operated valve actuator, hereinafter referred to as an actuator or actuator 16, which represents and has a double-acting working cylinder
  • Cylinder housing 17 and an actuating piston 18 which is axially displaceably guided in the cylinder housing 17 and which delimits a lower, first pressure chamber 19 and an upper, second pressure chamber 20 in the cylinder housing 17.
  • the first pressure chamber 19 is connected directly and the second pressure chamber 20 is connected via a first control valve 21 to the outlet 221 of an adjustable pressure supply device 22.
  • the second pressure chamber 20 is additionally connected via a second control valve 23 to a return line 25 opening into a fluid reservoir 24, in which a check valve 26 can also be arranged.
  • the Pressure supply device 22 comprises a preferably controllable high-pressure pump 27 which conveys fluid, preferably hydraulic oil, from the fluid reservoir 24, a check valve 28 and a pressure accumulator 29 for pulsation damping and energy storage.
  • the actuating piston 18 is rigidly connected to the valve stem 13 of the gas exchange valve 51 via a piston rod 30 led out of the cylinder housing 17. Alternatively, the adjusting piston 18 can also be formed directly on the valve stem 13.
  • the first control valve 21 is closed and the second control valve 23 is open.
  • the high pressure prevailing in the first pressure chamber 19 ensures that the actuating piston 18 is in the top dead center position and the valve closing body 14 with its valve closing surface 141 is thereby pressed gas-tight onto the valve seat 15 and the opening cross section 11 is thus closed gas-tight.
  • the control valves 21, 23 are switched over, the second pressure chamber 20 is shut off from the return line 25 and the high pressure at the outlet 221 of the pressure supply device 22 is applied to the second pressure chamber 20. Since the area of the actuating piston 18 delimiting the second pressure chamber 20 is larger than the area of the actuating piston 18 delimiting the first pressure chamber 19, the actuating piston 18 moves downward, and the
  • Valve closing body 14 of valve member 12 is lifted off valve seat 15, so that opening cross section 11 is released.
  • the control valves 21, 23 are returned to the switching position shown in FIG. 1. This is the second
  • the adjusting piston 18 moves upward in FIG. 1 and places the valve body 14 of the valve member 12 on the valve seat 15, sealing the opening cross section 11.
  • a valve brake 50 which has a hydraulic damping element 31 which is designed such that it is decoupled from the lifting movement of the valve element 12 and only comes into indirect engagement with the valve element 12 after a predetermined closing stroke.
  • the damping member 31 has a damping cylinder 32 and a damping piston 33 which is axially displaceably guided in the damping cylinder 32 and which delimits a volume displacement chamber 34 in the damping cylinder 32.
  • Volume displacement chamber 34 is a return spring 35 designed as a compression spring, which is supported on the one hand on the piston surface of the damping piston 33 delimiting the volume displacement chamber 34 and on the other hand on an end face 321 of the damping cylinder 32 opposite the damping piston 33 and the damping piston 33 with one of the displacement movements of the damping piston 33 Counteracting spring force acts in the direction of reducing the volume displacement chamber 34.
  • a return spring 35 designed as a compression spring
  • Volume displacement chamber 34 two fluid connections 341 and 342, of which the fluid connection 341 is connected to an inlet line 36 and the fluid connection 342 is connected to an outlet line 37.
  • a check valve 38 with a flow direction directed towards the fluid connection 341 is arranged in the inlet line 36 and a throttle valve 39 with a preferably adjustable throttle opening 391 is arranged in the outlet line 37.
  • a fluid flow is fed to the volume displacement chamber 34 via the inlet line 36 and flows off via the outlet line 37 to a collecting container 40.
  • inlet and outlet lines 36, 37 are preferably connected to the engine oil circuit of the internal combustion engine.
  • the damping piston 33 is rigidly connected to a piston rod 41 which is led out of the damping cylinder 32 and whose axis is aligned with the axis of the valve stem 13 and the actuating piston 18 of the actuator 16.
  • the damping piston 33 and the piston rod 41 can be made in one piece, so that the damping piston 35 is a stepped or - with the piston diameter corresponding rod diameter - stepless piston.
  • the actuating piston 18 carries a further piston rod 42, the outer diameter of which is significantly smaller than the outer diameter of the other piston rod 30 on the actuating piston 18.
  • Piston rod 42 is rigidly connected to the actuating piston 18, is guided out of the damping cylinder 32 through the second pressure chamber 20, and has an end collar 421 with an enlarged diameter at the end.
  • the piston rod 42 with an impact collar 421 is aligned so that its axis is aligned with the axis of the piston rod 41 at the Damping cylinder 32 is aligned.
  • the piston rods 41 and 42 of the damping piston 33 and the actuating piston 18 are arranged with respect to one another such that with the engagement of the damping member 31 in the stroke of the valve member 12, the piston rod 42 of the adjusting piston 18 with the impact collar 421 strikes the end face of the piston rod 41 of the damping piston 33 ,
  • valve brake 50 when the gas exchange valve 51 closes is as follows:
  • the actuating piston 18 in FIG. 1 is at or more or less close to its bottom dead center position.
  • the damping piston 33 assumes a bottom dead center position under the action of the return spring 35. In this position, the piston rods 41, 42 are spaced apart from one another and, depending on the opening stroke of the valve member 12, the impact collar 421 is at a greater or lesser distance from the front end of the piston rod 41.
  • the control piston 21, 22 is actuated accordingly by the fluid pressure by the control valves 21, 22 Moved upwards in the first pressure chamber 19, after a defined and externally adjustable closing stroke of the valve member 12, the impact collar 421 strikes the end face of the piston rod 41 and begins by compressing the return spring 35 and pushing out fluid volume from the volume displacement chamber 34, the damping piston 33 to move up in Fig. 1.
  • the kinetic energy of the valve member 12 and the actuating piston 18 is due to the impact of the actuating piston 18 on the Damping piston 33, by compressing the return spring 35 and by throttling the fluid flowing through the throttle valve 39 so far that the impact speed with which the valve closing body 14 finally sits on the valve seat 15 is reduced to a desired level.
  • valve brake 50 shown schematically in FIG. 2 and in the block diagram is modified to the extent that the damping cylinder 32 is designed as a double-acting working cylinder 32 ', which is in addition to the
  • Volume displacement chamber 34 has a storage chamber 43 separated from it by the damping piston 33.
  • the storage chamber 43 is connected via a check valve 44 with a flow direction pointing to the storage chamber 43 at the inlet of the check valve 38 upstream of the volume displacement chamber 34, so that fluid can also flow into the storage chamber 43.
  • the storage chamber 43 is connected to a storage 45 having a specific storage volume.
  • the damping piston 33 can still be coupled to the actuator 16 in the manner described above via the piston rod 41 which now extends through the storage chamber 43.
  • the damping piston 33 can no longer move.
  • the damping piston thus remains below its top dead center position by an amount dependent on the volume of the storage chamber 43 and the storage 45. This position defines that stroke of the valve member 12 at which the actuating piston 18 during the closing process
  • valve brake 50 Each of the two valve brakes shown schematically in FIG. 3 for one valve member 12 of two gas exchange valves correspond almost completely to the valve brake 50 described for FIG. 2.
  • a modification has been made to the extent that the throttle valve 39 with a controllable throttle opening 391 is used in common for both damping members 31 and for this purpose the discharge line 37 opening into the collecting container 40, in which the throttle valve 39 is arranged, is connected to both volume displacement chambers 34 in the two damping cylinders 32 ' is.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment described.
  • the intervention of the valve brake 50 in the lifting movement of the valve member 12 can be carried out not only indirectly via the actuator 16, but also directly via the valve stem 13.
  • the piston rod 41 of the damping piston 33 strikes the end face of the valve stem 13, which is guided, for example, through the actuator 16 and whose axis is aligned in the same way with the axis of the piston rod 41 on the damping piston 33.

Landscapes

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

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts (11) im Verbrennungszylinder (10) einer Brennkraftmaschine angegeben, die ein Gaswechselventil (51) mit einem verschieblichen Ventilglied (12), das einen Ventilschaft (13) und ein am Ventilschaft (13) ausgebildetes, mit einem den Öffnungsquerschnitt (11) umschließenden Ventilsitz (15) zusammenwirkendes Ventilglied (12) umfaßt, und einen am Ventilglied (12) zu dessen Hubantrieb angreifenden Aktor (16) aufweist. Zwecks Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers (14) auf dem Ventilsitz (15) beim Schließhub des Ventilglieds (12) ist eine Ventilbremse (50) vorgesehen, die ein hydraulisches Dämpfungsglied (31) aufweist, das so ausgebildet ist, daß es von der Hubbewegung des Ventilglieds (12) abgekoppelt ist und erst nach einem vorgegebenen Schließhub des Ventilglieds (12) mit diesem mittel- oder unmittelbar in Eingriff kommt.

Description

Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 AI) weist als Aktor oder Aktuator oder Ventilsteller einen doppeltwirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder auf, in dem ein Stellkolben axial verschieblich geführt ist, der mit dem Ventilschaft des im Verbrennungszylinder integrierten Gaswechselventils fest verbunden ist oder dessen ventilschließkörperfernes Ende selbst bildet. Der Stellkolben begrenzt im Arbeitszylinder mit seinen beiden voneinander abgekehrten Stirnseiten eine erste und zweite Druckkammer. Während die erste Druckkammer, über welche eine
Kolbenverschiebung in Richtung Ventilschließen bewirkt wird, ständig mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt ist, wird die zweite Druckkammer, über welche eine Kolbenverschiebung in Richtung Ventilöffnen bewirkt wird, mit Hilfe von Steuerventilen, vorzugsweise 2/2- Wegemagnetventilen, gezielt mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt oder- wieder auf annähernd Umgebungsdruck entlastet. Das unter Druck stehende Fluid wird von einer geregelten Druckversorgung geliefert. Von den Steuerventilen verbindet ein erstes Steuerventil die zweite Druckkammer mit der Druckversorgung und ein zweites Steuerventil die zweite Druckkammer mit einer in einem Fluidreservoir mündenden Entlastungsleitung. Im Schließzustand des Gaswechselventils ist die zweite Druckkammer durch das geschlossene erste Steuerventil von der Druckversorgung getrennt und durch das geöffnete zweite Steuerventil mit der Entlastungsleitung verbunden, so daß der Stellkolben durch den in der ersten Druckkammer herrschenden Fluiddruck in seine Schließstellung überführt ist. Zum Öffnen des Gaswechselventils werden die Steuerventile umgeschaltet, wodurch die zweite Druckkammer von der Entlastungsleitung abgesperrt und an die
Druckversorgung angeschlossen wird. Das Gaswechselventil öffnet, da die Kolbenfläche des Stellkolbens in der zweiten Druckkammer größer ist als die Wirkfläche des Stellkolbens in der ersten Druckkammer. Die Größe des Öffnungshubs hängt von der Ausbildung des an das erste Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Druckversorgung eingesteuerten Fluiddruck ab. Zum Schließen des Gaswechselventils schalten die Steuerventile wieder um. Dadurch liegt die gegenüber der Druckversorgung abgesperrte zweite Druckkammer an der Entlastungsleitung, und der in der ersten Druckkammer herrschende Fluiddruck führt den Stellkolben in dessen Ventilschließstellung zurück, so daß von dem Stellkolben das Gaswechselventil geschlossen wird.
Bei einer solchen Vorrichtung besteht die Forderung nach einem schnellen Schließen des Gaswechselventils und gleichzeitig nach einer geringen Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers auf dem Ventilsitz, die aus Geräusch- und Verschleißgründen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer
Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß die Ventilbremse die Hubbewegung des Ventilglieds nicht beeinflußt und nur für den unmittelbaren Resthub vor Auftreffen des Ventilkörpers auf den Ventilsitz in Eingriff mit dem Ventilglied gelangt und dieses dann sehr stark abbremst. Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie des Ventilglieds bereits im Moment des Eingriffs als Stoßenergie und dann ein weiterer Teil durch gedrosseltes Ausschieben eines entsprechenden Fluidvolumens aus der Volumenverdrängungskammer verzehrt. Dabei kann der Hubweg des Ventilglieds, nach dem das Dämpfungsglied in mittel- oder unmittelbaren Eingriff mit dem Ventilglied gelangt bzw. der verbleibende Resthub des Ventilglieds, während dessen das Dämpfungsglied mit dem Ventilglied im Eingriff ist, von außen ohne Eingriff in den Aktor sehr leicht eingestellt werden. Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Dämpfungsglied einen in einem Dämpfungszylinder axial verschieblich geführten Dämpfungskolben und eine von dem Dämpfungskolben begrenzte Volumenverdrängungskammer auf, die mit einer Drosselöffnung in Verbindung steht. Im Moment des Eingriffs des Dämpfungsglieds in den Hub des Ventilglieds schlägt der Ventilschaft oder der Aktor am Dämpfungskolben auf dessen von der Volumenverdrängungskammer abgekehrten Seite an. Der Dämpfungskolben ist zusätzlich von einer der Verschiebung des Dämpfungskolbens in Richtung Verkleinerung der Volumenverdrängungskammer entgegenwirkenden
Rückstellfeder beaufschlagt. Durch diese konstruktiven Maßnahmen wird die kinetische Energie des Ventilglieds und des das Ventilglied antreibenden Aktors neben der Umwandlung in Stoßenergie noch zum einen durch das Zusammendrücken der Rückstellfeder und zum anderen durch das gedrosselte
Durchfließen des Fluids durch die Drosselöffnung reduziert, so daß die Auftreffgeschwindigkeit des Ventilkörpers auf dem Ventilsitz um das gewünschte Maß verkleinert ist. Die Bremsenergie wird dabei teilweise in der Rückstellfeder gespeichert und kann anschließend zum Beschleunigen des Ventilglieds in Richtung Ventilöffnen verwendet werden. Hierdurch kann entweder der Durchmesser des Stellkolbens im Aktor oder der hydraulische Versorgungsdruck für den Aktor verringert werden, so daß die Energieeffizienz der Vorrichtung insgesamt verbessert wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Dämpfungszylinder als doppeltwirkender Arbeitszylinder ausgebildet, der zusätzlich eine durch den Dämpfungskolben von der Volumenverdrängungskammer getrennte Speicherkammer aufweist. Der Speicherkammer ist ebenso wie der Volumenverdrängungskammer ein Fluidstrom über ein Rückschlagventil zugeführt. Die Speicherkammer ist mit einem Speicher verbunden. Durch diese konstruktiven Maßnahmen stellt sich der Bremsbeginn, also der Zeitpunkt des Eingriffs des Dämpfungsglieds in den Hubweg von Ventilschaft oder
Aktor, selbst ein und ist unabhängig von Bauteiltoleranzen und Wärmeausdehnungen im Gaswechselventil oder Aktor.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Ventilbremse in der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Schaltbild zweier Ventilbremsen in modifizierter Ausführungsform. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 im Schaltbild dargestellte Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts 11 in einem Verbrennungszylinder 10 einer Brennkraftmaschine oder eines Verbrennungsmotors in Fahrzeugen weist ein in dem Verbrennungszylinder 10 integriertes Gaswechselventil 51 mit einem axial verschieblichen Ventilglied 12 auf, das einen Ventilschaft 13 und einen endseitig am Ventilschaft 13 ausgebildeten Ventilschließkörper 14 umfaßt. Der Ventilschließkörper 14 wirkt mit einem den
Öffnungsquerschnitt 11 umschließenden Ventilsitz 15 zusammen, auf den der Ventilschließkörper 14 in der Schließstellung des Gaswechselventils 10 mit einer Ventildichtfläche 141 aufliegt und so den Öffnungsquerschnitt 11 gasdicht verschließt.
Zur Hubbetätigung des Ventilglieds 12 weist die Vorrichtung einen hydraulisch betriebenen Ventilsteller, im folgenden Aktuator oder Aktor 16 genannt, auf, der einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder darstellt und ein
Zylindergehäuse 17 sowie einen im Zylindergehäuse 17 axial verschieblich geführten Stellkolben 18 umfaßt, der im Zylindergehäuse 17 eine untere, erste Druckkammer 19 und eine obere, zweite Druckkammer 20 begrenzt. Die erste Druckkammer 19 ist unmittelbar und die zweite Druckkammer 20 über ein erstes Steuerventil 21 an dem Ausgang 221 einer regelbaren Druckversorgungseinrichtung 22 angeschlossen. Die zweite Druckkammer 20 ist zusätzlich über ein zweites Steuerventil 23 an einer in einem Fluidreservoir 24 mündenden Rücklaufleitung 25 angeschlossen, in welcher noch ein Rückschlagventil 26 angeordnet sein kann. Die Druckversorgungseinrichtung 22 umfaßt eine vorzugsweise regelbare Hochdruckpumpe 27, die Fluid, verzugsweise Hydrauliköl, aus dem Fluidreservoir 24 fördert, ein Rückschlagventil 28 und einen Druckspeicher 29 zur Pulsationsdämpfung und Energiespeicherung. Der Stellkolben 18 ist über eine aus dem Zylindergehäuse 17 herausgeführte Kolbenstange 30 mit dem Ventilschaft 13 des Gaswechselventils 51 starr verbunden. Alternativ kann der Stellkolben 18 auch unmittelbar am Ventilschaft 13 ausgebildet sein.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das erste Steuerventil 21 geschlossen und das zweite Steuerventil 23 geöffnet. Der in der ersten Druckkammer 19 anstehende Hochdruck sorgt dafür, daß der Stellkolben 18 sich in der oberen Totpunktlage befindet und dadurch der Ventilschließkörper 14 mit seiner Ventilschließfläche 141 gasdicht auf den Ventilsitz 15 aufgepreßt wird und damit der Öffnungsquerschnitt 11 gasdicht geschlossen ist. Werden die Steuerventile 21, 23 umgeschaltet, so wird die zweite Druckkammer 20 von der Rücklaufleitung 25 abgesperrt und der Hochdruck am Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 an die zweite Druckkammer 20 gelegt. Da die die zweite Druckkammer 20 begrenzende Fläche des Stellkolbens 18 größer ist als die die erste Druckkammer 19 begrenzende Fläche des Stellkolbens 18 bewegt sich der Stellkolben 18 nach unten, und der
Ventilschließkörper 14 des Ventilglieds 12 wird von dem Ventilsitz 15 abgehoben, so daß der Öffnungsquerschnitt 11 freigegeben ist. Zum Schließen des Gaswechselventils 51 werden die Steuerventile 21, 23 in die in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung zurückgeführt. Dadurch liegt die zweite
Druckkammer 20 an der Rücklaufleitung 25 und ist drucklos. Der Stellkolben 18 bewegt sich in Fig. 1 nach oben und setzt den Ventilkörper 14 des Ventilglieds 12 unter Abdichten des Öffnungsquerschnitts 11 auf dem Ventilsitz 15 auf.
Bei Gaswechselventilen für Brennkraftmaschinen besteht insbesondere dann, wenn sie als Einlaßventile verwendet werden, die Forderung nach einem schnellen Schließen und zugleich nach einer geringen Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers auf dem Ventilsitz, die aus Geräusch- und Verschleißgründen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf. Um diese Grenzwerte einzuhalten, ist eine Ventilbremse 50 vorgesehen, die ein hydraulisches Dämpfungsglied 31 aufweist, das so ausgebildet ist, daß es von der Hubbewegung des Ventilglieds 12 abgekoppelt ist und erst nach einem vorgegebenen Schließhub des Ventilglieds 12 mit diesem mittelbar in Eingriff kommt. Das Dämpfungsglied 31 weist einen Dämpfungszylinder 32 und einen im Dämpfungszylinder 32 axial verschieblich geführten Dämpfungskolben 33 auf, der im Dämpfungszylinder 32 eine Volumenverdrängungskammer 34 begrenzt. In der
Volumenverdrängungskammer 34 liegt eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 35 ein, die sich einerseits an der die Volumenverdrängungskammer 34 begrenzenden Kolbenfläche des Dämpfungskolbens 33 und andererseits an einem dem Dämpfungskolben 33 gegenüberliegenden Stirnboden 321 des Dämpfungszylinders 32 abstützt und den Dämpfungskolben 33 mit einer der Verschiebebewegung des Dämpfungskolbens 33 in Richtung Verkleinerung der Volumenverdrängungskammer 34 entgegenwirkenden Federkraft beaufschlagt. Nahe dem Stirnboden 321 besitzt die
Volumenverdrängungskammer 34 zwei Fluidanschlüsse 341 und 342, von denen der Fluidanschluß 341 mit einer Zulaufleitung 36 und der Fluidanschluß 342 mit einer Ablaufleitung 37 verbunden ist. In der Zulaufleitung 36 ist ein Rückschlagventil 38 mit zum Fluidanschluß 341 hin gerichteter Durchlaßrichtung und in der Ablaufleitung 37 ein Drosselventil 39 mit vorzugsweise einstellbarer Drosselöffnung 391 angeordnet. Über die Zulaufleitung 36 wird der Volumenverdrängungskammer 34 ein Fluidstrom zugeführt, der über die Ablaufleitung 37 zu einem Sammelbehälter 40 abfließt. Bei Brennkraftmaschinen oder Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen sind Zu- und Ablaufleitung 36, 37 vorzugsweise an den Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen.
•Der Dämpfungskolben 33 ist starr mit einer Kolbenstange 41 verbunden, die aus dem Dämpfungszylinder 32 herausgeführt ist und deren Achse mit der Achse des Ventilschafts 13 und des Stellkolbens 18 des Aktors 16 fluchtet. Alternativ können Dämpfungskolben 33 und Kolbenstange 41 einstückig ausgeführt sein, so daß der Dämpfungskolben 35 einen gestuften oder - bei dem Kolbendurchmesser entsprechendem Stangendurchmesser - stufenlosen Kolben darstellt. Zum Zwecke der beschriebenen mittelbaren Ankopplung der Ventilbremse 31 trägt der Stellkolben 18 eine weitere Kolbenstange 42, deren Außendurchmesser signifikant kleiner ist der Außendurchmesser der anderen Kolbenstange 30 am Stellkolben 18. Diese
Kolbenstange 42 ist starr mit dem Stellkolben 18 verbunden, durch die zweite Druckkammer 20 hindurch aus dem Dämpfungszylinder 32 herausgeführt und trägt endseitig einen im Durchmesser vergrößerten Aufschlagbund 421. Die Kolbenstange 42 mit Aufschlagbund 421 ist so ausgerichtet, daß ihre Achse mit der Achse der Kolbenstange 41 am Dämpfungszylinder 32 fluchtet. Die Kolbenstangen 41 und 42 von Dämpfungskolben 33 und Stellkolben 18 sind so zueinander angeordnet, daß mit dem Eingriff des Dämpfungsglieds 31 in den Hubweg des Ventilglieds 12 die Kolbenstange 42 des Stellkolbens 18 mit dem Aufschlagbund 421 auf das stirnseitige Ende der Kolbenstange 41 des Dämpfungskolbens 33 aufschlägt .
Die Wirkungsweise der Ventilbremse 50 beim Schließen des Gaswechselventils 51 ist wie folgt:
Ist das Gaswechselventil 51 geöffnet, also der Ventilschließkörper 14 von dem Ventilsitz 15 abgehoben, so befindet sich der Stellkolben 18 in Fig. 1 in oder mehr oder weniger nahe seiner unteren Totpunktlage. Der Dämpfungskolben 33 nimmt unter der Wirkung der Rückstellfeder 35 eine untere Totpunktlage ein. In dieser Position sind die Kolbenstangen 41, 42 voneinander entfernt und der Aufschlagbund 421 hat einen je nach Öffnungshub des Ventilglieds 12 mehr oder weniger großen Abstand von dem Stirnende der Kolbenstange 41. Wird durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventile 21, 22 der Stellkolben 18 durch den Fluiddruck in der ersten Druckkammer 19 nach oben bewegt, so schlägt nach einem definierten und von außen einstellbaren Schließhub des Ventilglieds 12 der Aufschlagbund 421 auf die Stirnseite der Kolbenstange 41 auf und beginnt unter Zusammendrücken der Rückstellfeder 35 und Ausschieben von Fluidvolumen aus der Volumenverdrängungskammer 34 den Dämpfungskolben 33 in Fig. 1 nach oben zu verschieben. Die kinetische Energie des Ventilglieds 12 und des Stellkolbens 18 wird durch das stoßartige Auftreffen des Stellkolbens 18 auf den Dämpfungskolben 33, durch das Zusammendrücken der Rückstellfeder 35 und durch das gedrosselte Hindurchfließen des Fluids durch das Drosselventil 39 soweit reduziert, daß die Auftreffgeschwindigkeit, mit der der Ventilschließkörper 14 sich schließlich auf den Ventilsitz 15 aufsetzt, auf ein gewünschtes Maß reduziert ist.
Die in Fig. 2 schematisch und im Blockschaltbild dargestellte Ventilbremse 50 ist insoweit modifiziert, als der Dämpfungszylinder 32 als doppeltwirkender Arbeitszylinder 32' ausgebildet ist, der zusätzlich zu der
Volumenverdrängungskammer 34 eine durch den Dämpfungskolben 33 von dieser getrennte Speicherkammer 43 aufweist. Die Speicherkammer 43 ist über ein Rückschlagventil 44 mit zur Speicherkammer 43 weisender Durchflußrichtung an dem Eingang des der Volumenverdrängungskammer 34 vorgeschalteten Rückschlagventils 38 -angeschlossen, so daß Fluid auch in die Speicherkammer 43 einfließen kann. Weiterhin ist die Speicherkammer 43 mit einem ein bestimmtes Speichervolumen aufweisenden Speicher 45 verbunden. Der Dämpfungskolben 33 ist nach wie vor über die nunmehr die Speicherkammer 43 durchziehende Kolbenstange 41 in der vorstehend beschriebenen Weise an den Aktor 16 ankoppelbar.
Beim ersten Auftreffen des Stellkolbens 18 des Aktors 16 auf den Dämpfungskolben 33, nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde, befindet sich in der Speicherkammer 43 noch kein Fluid bzw. Motoröl, und auch der Speicher 45 enthält kein Fluid. Wird nunmehr erstmalig durch Aufschlagen des Stellkolbens 18 auf den Dämpfungskolben 33 letzterer unter Verkleinern der Volumenverdrängungskammer 34 nach oben bewegt, strömt Fluid über das Rückschlagventil 44 in die Speicherkammer 43 des Arbeitszylinders 32' ein, während das Abbremsen von Aktor 16 und Ventilglied 12 in der beschriebenen Weise erfolgt. Wird das Ventilglied 12 wieder in Richtung Öffnen des Gaswechselventils 51 bewegt, so wird das in der Speicherkammer 43 sich befindliche Fluid ausgeschoben. Infolge der Sperrwirkung des Rückschlagventils 44 kann dieses Fluid nur in den Speicher 45 abfließen. Ist der auf ein bestimmtes Speichervolumen eingestellte Speicher 45 gefüllt, kann sich der Dämpfungskolben 33 nicht mehr weiterbewegen. Der Dämpfungskolben bleibt somit um ein vom Volumen der Speicherkammer 43 und des Speichers 45 abhängiges Maß unterhalb seiner oberen Totpunktlage stehen. Durch diese Lage ist derjenige Hubweg des Ventilglieds 12 festgelegt, bei dem während des Schließvorgangs der Stellkolben 18 den
Dämpfungskolben 33 kontaktiert. Damit ist automatisch und unabhängig von Bauteiltoleranzen und Wärmeausdehnungen der Eingriffspunkt der Ventilbremse 50 während des Ventilhubs festgelegt .
Jede der beiden in Fig. 3 schematisch dargestellten Ventilbremsen für jeweils ein Ventilglied 12 zweier Gaswechselventile stimmen mit der zu Fig. 2 beschriebenen Ventilbremse 50 nahezu vollständig überein. Eine Modifikation ist insoweit vorgenommen, als das Drosselventil 39 mit regelbarer Drosselöffnung 391 für beide Dämpfungsglieder 31 gemeinsam verwendet wird und hierzu die im Sammelbehälter 40 mündende Ablaufleitung 37, in der das Drosselventil 39 angeordnet ist, mit beiden Volumenverdrängungskammern 34 in den beiden Dämpfungszylindern 32' verbunden ist. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Eingriff der Ventilbremse 50 in die Hubbewegung des Ventilglieds 12 nicht nur mittelbar über den Aktor 16, sondern auch direkt über den Ventilschaft 13 vorgenommen werden. In diesem Fall trifft die Kolbenstange 41 des Dämpfungskolbens 33 unmittelbar auf die Stirnseite des Ventilschafts 13 auf, der beispielsweise durch den Aktor 16 hindurchgeführt ist und dessen Achse in gleicher Weise mit der Achse der Kolbenstange 41 am Dämpfungskolben 33 fluchtet.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine mit einem im Verbrennungszylinder (10) integrierten Gaswechselventil (51), das ein verschiebliches Ventilglied (12) mit einem Ventilschaft (13) und einem am Ventilschaft (13) ausgebildeten, mit einem den
Öffnungsquerschnitt (11) umschließenden Ventilsitz (15) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (14) aufweist, und mit einem am. Ventilglied (12) zu dessen Hubantrieb angreifenden Aktor (16), gekennzeichnet durch eine beim Schließhub des Ventilglieds (12) wirksame Ventilbremse (50) zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers (14) auf dem Ventilsitz (15), die ein hydraulisches Dämpfungsglied (31) aufweist, das so ausgebildet ist, daß es von der Hubbewegung des Ventilglieds (12) abgekoppelt ist und erst nach einem vorgegebenen Schließhub des Ventilglieds (12) mit diesem mittel- oder unmittelbar in mechanischen Eingriff gelangt .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Eingriff des Dämpfungsglieds (31) über den Ventilschaft (13) des Ventilglieds (12) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Eingriff des Dämpfungsglieds (31) über den Aktor (16) erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (31) einen in einem Dämpfungszylinder (32) axial verschieblich geführten Dämpfungs olben (33) und eine von dem Dämpfungskolben (33) begrenzte Volumenverdrängungskammer (34) aufweist, die mit einer Drosselöffnung (391) in Verbindung steht, und daß mit Eingriff des
Dämpfungsglieds (31) der Ventilschaft (13) oder Aktor (16) am Dämpfungskolben (33) auf dessen von der Volumenverdrängungskammer (34) abgekehrten Seite anschlägt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (33) fest mit einer aus dem Dämpfungszylinder (32) herausgeführten Kolbenstange (33) verbunden ist, deren Achse mit der Achse des Ventilschafts (13) oder des Aktors (16) fluchtet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (33) von einer dessen Verschiebung in Richtung Volumenverkleinerung der Volumenverdrängungskammer (34) entgegenwirkenden Rückstellfeder (35) beaufschlagt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (35) als eine in der Volumenverdrängungskammer (34) einliegende Druckfeder ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenverdrängungskammer (34) ein Fluidstrom über ein Rückschlagventil (38) zugeführt ist und daß die Drosselöffnung (391) in einer an der Volumenverdrängungskammer (34) angeschlossen
Rücklaufleitung (37) für den Fluidstrom angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrom aus einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschinen abgezweigt und die Ablaufleitung (37) zu diesem zurückgeführt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungszylinder als doppeltwirkender Arbeitszylinder (32') ausgebildet ist, der zusätzlich eine durch den Dämpfungskolben (33) von der Volumenverdrängungskammer (34) getrennte Speicherkammer (43) aufweist, die einerseits über ein zweites Rückschlagventil (44) an dem Ventileingang des ersten Rückschlagventils (38) und andererseits an einem Speicher (45) mit vorgegebenem Speichervolumen angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenverdrängungskammern (34) von zwei jeweils einem Gaswechselventil (51) zugeordneten, hydraulischen Dämpfungsgliedern (21) mit einer gemeinsame Drosselöffnung (391') in Verbindung stehen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (391; 391*) als vorzugsweise einstellbares Drosselventil (39, 39') ausgebildet ist.
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