DE3807699A1

DE3807699A1 - Regelbare hydraulische ventilsteuerung

Info

Publication number: DE3807699A1
Application number: DE3807699A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Henning
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-03-09
Publication date: 1989-09-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare hydraulische Ventilsteuerung gemäß dem Überbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Ventilsteuerung ist durch die DE-OS 29 26 327 bekannt geworden. Um eine hydraulische Dämpfung beim Schließen des Ventils zu erreichen, ist der Ventil schaft mit einem Kolben verbunden, der an seiner vom Ventil abgewandten Stirnfläche einen im Durchmesser reduzierten zylindrischen Ansatz aufweist, welcher beim Schließen des Ventils in einem zylindrischen Gehäuse eintaucht und dadurch eine Dämpferkammer schafft, aus welcher die Hydraulikflüssigkeit nur allmählich über einen schmalen Ringspalt austreten kann, wodurch die erwünschte Dämpfungswirkung erreicht wird. Da der Dämpfer kolben mit dem Ventil verbunden ist, kann kein Ausgleich von Längentoleranzen, Wärmedehnungen und Verschleiß des Ventils erfolgen, so daß entweder das Schließen des Ventils oder die Dämpfung der Schließbewegung des Ventils nicht in vollem Maße gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydrau lische Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 so zu verbessern, daß einerseits ein absolut dichtes Schließen des Ventils durch die Ventilfeder und andererseits eine stets gleichbleibende hydraulische Dämpfung der Schließbewegung unabhängig von irgend welchen Wärmedehnungen, Längentoleranzen oder der gleichen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wirkt der Drehschieber bzw. sein einseitiger Ansatz als Dämpferkolben, und da dieser Dämpferkolben mit dem Ventil über ein hydraulisches Gestänge verbunden ist, welches periodisch mit dem Druck speicher in Verbindung gebracht wird, so daß sowohl Volumenverluste als auch Volumenzunahmen (durch Er wärmung des Öls) ausgeglichen werden, ist einerseits eine stets gleichbleibende Dämpfung der Schließbewegung und andererseits ein dichtes Schließen des Ventils unter der Wirkung der Ventilfeder gewährleistet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydrau lischen Ventilsteuerung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Dreh schiebers,

Fig. 3 ein Ventilerhebungsdiagramm und

Fig. 4, 5 und 6 Abwicklungen des Drehschiebers in ver relativ zur Nockenwelle zur Veränderung der Öffnungsdauer des Ventils.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Gaswechselventil einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine bezeichnet, das durch eine Ventilfeder 2 auf seinen Ventilsitz 3 gedrückt wird und mit einem Betätigungskolben 4 verbunden ist, der in einem Betätigungszylinder 5 verschiebbar ange ordnet ist. Der Betätigungszylinder 5 ist durch eine Leitung 6 mit einem Geberzylinder 7 verbunden, in welchem ein Geberkolben 8 angeordnet ist, der durch eine Feder 9 in ständiger Anlage an einen Nocken 10 einer Nockenwelle 11 gehalten wird, die in üblicher Weise von der Kurbel welle der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ange trieben wird.

In die Verbindungsleitung 6 ist ein Steuerzylinder 12 eingeschaltet, der einen Drehschieber 13 aufnimmt, welcher nach Art eines Freikolbens axial in beiden Rich tungen frei verschiebbar in dem Steuerzylinder 12 ange ordnet und axial verschieblich, jedoch drehfest mit einem Zahnrad 14 verbunden ist, das in einer Aussparung 15 im Steuerzylindergehäuse 16 axial fixiert ist und mit einem Zahnrad 17 in Eingriff steht, welches mit der Drehzahl der Nockenwelle 11 angetrieben wird. Die drehfeste Ver bindung zwischen dem Drehschieber 13 und dem Zahnrad 14 erfolgt mittels eines Stiftes 18, der in eine Längsnut 19 am Umfang des Drehschiebers 13 eingreift und an dem sich eine Feder 20 abstützt, die bestrebt ist, den Dreh schieber 13 in seine in der Zeichnung linke Endstellung zu bringen.

Der Drehschieber 13 teilt den Steuerzylinder in einen ersten, mit dem Geberzylinder 7 in Verbindung stehenden Zylinderraum 21 und einen zweiten, mit dem Betätigungs zylinder 5 in Verbindung stehenden Zylinderraum 22 auf. Die den ersten Zylinderraum 21 begrenzende Stirnwand 23 des Steuerzylinders 12 weist eine konische Vertiefung 24 auf und die gegenüberliegende Stirnfläche 25 des Drehschiebers 13 ist mit einem entsprechenden kegel stumpfförmigen Ansatz 26 versehen, der in der in Fig. 1 dargestellten linken Endstellung in die Vertiefung 24 eintaucht und dadurch die Bewegung des Drehschiebers 13 in seine linke Endstellung dämpft, wodurch in später noch zu beschreibender Weise auch die Schließbewegung des Ventils 1 gedämpft wird. Von der Umfangswand 27 des Steuerzylinders 12 geht ein Kanal 28 aus, der mit einem Druckspeicher 29 verbunden ist, welcher durch eine Pumpe 30 mit Hydraulikflüssigkeit unter einem vorbestimmten Druck von beispielsweise 2 bar versorgt wird. Die Mündung des Kanals 28 wird von Steuerkanten 31 a und 31 b des Drehschiebers 13 beherrscht, die eine erste Steuernut 31 begrenzen. Im Gehäuse 16 des Steuerzylin ders 12 ist ein weiterer Kanal 32 vorgesehen, dessen eines Ende 33 im Bereich des zweiten Zylinderraumes 22 liegt und dessen anderes Ende 34 von den Steuerkanten 35 a und 35 b des Drehschiebers 13 beherrscht wird, die eine zweite Steuernut 35 begrenzen, welche mit der ersten Steuernut 31 in Verbindung steht, um in später zu beschreibender Weise den zweiten Zylinderraum 22 periodisch mit dem Druckspeicher 29 in Verbindung zu bringen.

Zur Veränderung der Öffnungsdauer des Ventils 1 ist die Phasenlage des Drehschiebers 13 zum Nocken 10 veränder bar. Dies wird dadurch erreicht, daß die Zahnräder 14 und 17 eine Schrägverzahnung aufweisen und das Zahn rad 17 verschiebbar auf seiner Welle 17 a angeordnet ist. Aufgrund der Schrägverzahnung ergibt sich bei einer Ver schiebung des Zahnrades 17 eine Verdrehung des Dreh schiebers 13 relativ zum Zahnrad 17 bzw. dessen Welle 17 a und damit eine entsprechende Verdrehung zum Nocken 10.

Die Wirkungsweise der dargestellten Ventilsteuerung ist folgende:

Bei Drehung der Nockenwelle 11 verschiebt der Nocken 10 den Geberkolben 8, wodurch die im Geberzylinder 7 ent haltene Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt wird und durch die Leitung 6 dem ersten Zylinderraum 21 des Steuerzylinders 12 zugeführt wird, wo sie auf die linke Stirnfläche 25 des Drehschiebers 13 wirkt und diesen nach rechts verschiebt. Dadurch wird die in dem zweiten Zylinderraum 22 befindliche Hydraulikflüssigkeit durch die Leitung 6 in den Betätigungszylinder 5 verdrängt, was zur Folge hat, daß der Betätigungskolben 4 ver schoben und das Ventil 1 gegen die Wirkung der Feder 2 geöffnet wird. Sobald die Steuerkante 31 a des Dreh schiebers 13 die Mündung des Kanals 28 freigegeben hat, wird der erste Zylinderraum 21 durch die Steuernut 31 mit dem Druckspeicher 29 verbunden und die Ventilfeder 2 kann nun den Betätigungskolben 4 zurückdrücken, wo bei die dadurch verdrängte Hydraulikflüssigkeit den Dreh schieber 13 in seine linke Endstellung bewegt. Kurz vor Erreichen dieser Endstellung taucht der Ansatz 26 in die Vertiefung 24 ein und verdrängt die darin befindliche Flüssigkeit, so daß ein gedämpftes Aufsetzen des Ventils 1 auf seinen Ventilsitz 3 erreicht wird. Dieser Vor gang findet statt, bevor die Steuerkante 35 a des Dreh schiebers 13 die Mündung 34 des Kanals 32 freigegeben hat. Wenn diese Freigabe erfolgt, ist der zweite Zylin derraum 22 über den Kanal 32, die zweite Steuernut 35, die erste Steuernut 31 und den Kanal 28 mit dem Druck speicher 29 in Verbindung, so daß gewährleistet ist, daß das Hydrauliksystem stets gefüllt ist und eventuelle Leckverluste ersetzt werden. Umgekehrt wird durch diese Verbindung auch eine Volumenvergrößerung kompensiert, die durch Erwärmung eintreten kann und bei einem Fehlen der genannten Verbindung zur Folge haben könnte, daß das Ventil 1 durch seine Feder 2 nicht ganz auf seinen Sitz 3 gedrückt werden kann.

Wie vorher erwähnt, kann durch ein Verdrehen des Dreh schiebers 13 relativ zum Nocken 10 die Öffnungszeit des Ventils 1 verändert werden. In Fig. 3 ist in ausgezogenen Linien A die volle Ventilerhebungskurve des Ventils 1 dargesteilt, die erreicht wird, wenn die Mündung des Kanals 28 erst dann von der Steuerkante 31 a aufgesteuert wird, wenn der Geberkolben 8 seinen vollen Aufwärts- und Abwärtshub durchgeführt hat. Die entsprechende Lage des Drehschiebers 13 ist in Fig. 4 in Abwicklung darge stellt. Dabei ist die Lage der Steuerkanten 31 a und 35 a zu dem Zeitpunkt dargestellt, zu dem der Nocken 10 seinen Hub beginnt. Nach Drehung der Nockenwelle um den Winkel α ist der Aufwärts- und Abwärtshub des Geberkolbens 8 beendet und es beginnt nun die Aufsteuerung der Mündung des Kanals 28 durch die Steuerkante 31 a. Nach weiterer Drehung des Drehschiebers 13 (entsprechend einer Ver schiebung in Richtung des Pfeiles Z) gibt die Steuer kante 35 a die Mündung 34 des Kanals 32 frei und es können Volumenverluste durch Leckagen oder Volumenzunahmen durch Erwärmung in der vorher beschriebenen Weise ausgeglichen werden.

In Fig. 5 ist eine Stellung des Drehschiebers 13 relativ zum Nocken 10 dargestellt, bei der die Mündung des Kanals 28 bereits nach einem Drehwinkel β der Nockenwelle von Beginn des Hubes des Nockens 10 an freigegeben wird. Da raus ergibt sich die in Fig. 3 gestrichelt eingezeich nete Ventilerhebungskurve B mit der Öffnungsdauer α ₁ für das Ventil 1.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Stellung des Dreh schiebers 13 ist die Mündung des Kanals 28 bereits bei Beginn der Hubbewegung des Nockens 10 freigegeben, so daß überhaupt keine Verschiebung des Drehschiebers 13 erfolgt und somit das Ventil 1 überhaupt nicht ge öffnet wird.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß durch Verdrehen des Drehschiebers 13 relativ zum Nocken 10 jede Öffnungs zeit des Ventils 1 zwischen voller Öffnungszeit und Öffnungszeit Null eingestellt werden kann.

Claims

1. Regelbare hydraulische Ventilsteuerung für eine Hub kolben-Brennkraftmaschine, bei der jedem im Schließ sinn federbelasteten Ventil ein Betätigungskolben zugeordnet ist, der in einem Betätigungszylinder verschiebbar ist, welcher durch eine Leitung mit einem Geberzylinder verbunden ist, in dem ein durch einen Nocken einer Nockenwelle entgegen einer Feder kraft verschiebbarer Geberkolben angeordnet ist, wo bei die Verbindungsleitung durch einen mit Nocken wellendrehzahl umlaufenden Drehschieber, dessen Phasenlage zum Nocken veränderbar ist, mit einem Druckspeicher verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (13) als zwischen zwei End stellungen bewegbarer Freikolben in einem Steuer zylinder (12) angeordnet ist, der in die Verbindungs leitung (6) eingeschaltet ist und mit den Stirn flächen des Drehschiebers einen ersten, mit dem Geberzylinder (7) verbundenen Zylinderraum (21) und einen zweiten, mit dem Betätigungszylinder (5) ver bundenen Zylinderraum (22) begrenzt, daß der Dreh schieber (13) in einer axialen Endstellung mit der den ersten Zylinderraum (21) begrenzenden Stirnwand (23) des Steuerzylinders (12) eine Dämpfungskammer (24) begrenzt, und daß von der Umfangswand (27) des Steuer zylinders (12) ein mit dem Druckspeicher (25) verbun dener Kanal (28) ausgeht, der zur Beendigung der Öff nungsbewegung des Ventils (1) durch eine erste Steuer nut (31) im Drehschieber (13) mit dem ersten Zylinder raum (21) und nach Beendigung des Hubes des Geber kolbens (8) durch eine zweite Steuernut (35) im Dreh schieber mit dem zweiten Zylinderraum (22) ver bunden ist.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Drehschieber (13) drehfest, jedoch axial verschiebbar mit einem schrägverzahnten ersten Zahnrad (14) verbunden ist, das drehbar, jedoch axial unverschieblich im Steuerzylindergehäuse (16) ge lagert ist und mit einem zweiten schrägverzahnten Zahnrad (17) in Eingriff steht, welcher verschieb bar auf einer mit Nockenwellendrehzahl umlaufenden Welle (17 a) angeordnet ist.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die den ersten Zylinderraum (21) be grenzende Stirnwand (27) des Steuerzylinders (12) und die dieser gegenüberliegende Stirnfläche (25) des Drehschiebers (13) einerseits eine Vertiefung (24) und andererseits einen in die Vertiefung mit Spiel passenden Ansatz (26) aufweisen.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefung (24) konisch und der Ansatz (26) kegelstumpfförmig ist.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die vom Geberzylinder (7) herkommende Leitung (6) in die die erste Zylinderkammer (21) begrenzende Stirnwand (23) des Steuerzylinders (12) mündet und daß sich die erste Steuernut (31) bis zu der gegenüberliegenden Stirnfläche (25) des Dreh schiebers erstreckt und mit der zweiten Steuernut (35) in Verbindung steht.