DE102017005069A1

DE102017005069A1 - Einrichtung zur Verstellung des Hubes eines Ventils von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102017005069A1
Application number: DE102017005069.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US20200347753A1; US10982571B2; WO2018215093A1

Abstract

Die Einrichtung dient zur Verstellung des Ventilhubes von Verbrennungsmotoren und hat ein Betätigungselement für den Ventilschaft. Das Betätigungselement wird durch die Nockenwelle betätigt und weist einen Aufnahmeraum für ein Druckmedium auf. Der Aufnahmeraum ist mit einem Speicherraum eines Verstellspeichers leitungsverbunden. Das Volumen des Speicherraumes kann mit einem Speicherkolben eingestellt werden. Er ist in Richtung auf den Speicherraum mit einer Kraft belastet, die größer ist als die vom Druckmedium ausgeübte Kraft und kleiner als die auf den Kolben wirkende Rückstellkraft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verstellung des Hubes eines Ventiles von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist bekannt, den Hub von Ein- und Auslassventilen eines Verbrennungsmotors von Kraftfahrzeugen zu ändern, um den Ventilhub oder die Ventilöffnungsdauer oder beide zusammen zu verstellen. Diese Ventilhubverstellung erfolgt in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen an den Verbrennungsmotor. So ist es beispielsweise bei hohen Drehzahlen des Motors zweckmäßig, das Einlassventil möglichst spät zu schließen, um eine gute Zylinderfüllung zu erhalten. Umgekehrt ist für ein hohes Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen ein möglichst frühzeitiges Schließen des Einlassventiles sinnvoll.
Zur Einstellung des Ventilhubes sind Nockenwellensteuerungen bekannt, bei denen die relative Winkellage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert werden kann. Solche Nockenwellenversteller sind jedoch konstruktiv aufwendig ausgebildet.
Zur Einstellung des Ventilhubes ist es weiter bekannt, in den Bereich zwischen einem Tassenstößel und einem Kolben des Ventiles ein Druckmedium einzubringen, so dass eine Relativverschiebung des Kolbens gegenüber dem Tassenstößel auftritt. Hierfür ist in der Wandung des Tassenstößels eine Durchtrittsöffnung vorgesehen, die beim Verschieben des Tassenstößels durch die Nockenwelle mit einer Druckmittelquelle leitungsverbunden wird. Das Druckmittel strömt in den Bereich zwischen den Tassenstößel und den Kolben, wodurch der Kolben relativ zum Tassenstößel verschoben wird. Wird der Tassenstößel wieder in Richtung auf seine Ausgangsstellung bewegt, verdrängt der Kolben das Druckmedium zum Druckmittelspeicher. Bei dieser Einrichtung ist eine stufenlose Verstellung des Ventilhubes nicht oder nur schwierig sicherzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung so auszubilden, dass der Ventilhub in konstruktiv einfacher Weise einfach eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist das Ventil mit dem Verstellspeicher verbunden. In ihm befindet sich ein Speicherraum, dessen Volumen je nach gewünschtem Ventilhub verändert werden kann. Der Speicherraum wird durch einen Speicherkolben begrenzt, der in Richtung auf den Speicherraum mittels einer Kraft belastet ist. Diese Kraft ist größer als die vom Druckmedium auf den Speicherkolben ausgeübte Kraft, die beispielsweise durch den Versorgungsdruck einer Ölschmierpumpe erzeugt wird. Wird das Betätigungselement durch die Nockenwelle verstellt, dann kann das Druckmedium teilweise in den Speicherraum des Verstellspeichers verdrängt werden. Da das Volumen des Speicherraumes verstellbar ist, kann festgelegt werden, wieviel des Druckmediums aus dem Aufnahmeraum des Ventiles in den Speicherraum verdrängt wird. Beträgt das Volumen des Speicherraumes des Verstellspeichers Null, dann kann kein Druckmedium aus dem Aufnahmeraum verdrängt werden, so dass das Ventil seinen maximalen Hub ausführt. Sobald jedoch der Speicherraum ein bestimmtes Volumen hat, kann ein entsprechender Anteil des Druckmediums aus dem Aufnahmeraum des Ventils in den Speicherraum verdrängt werden. Dies hat zur Folge, dass zunächst nur das Betätigungselement durch die Nockenwelle verstellt wird, während der Kolben, der den Ventilschaft trägt, zunächst stehenbleibt. Erst wenn der Speicherraum durch das verdrängte Druckmedium gefüllt ist, werden durch die Nockenwelle gleichzeitig das Betätigungselement und der Kolben verschoben. Dies führt zu einem geringeren Hubweg des Ventiles, verglichen mit einem Speicherraum, dessen Volumen Null ist. Das Volumen des Speicherraumes im Verstellspeicher lässt sich vorteilhaft stufenlos einstellen, so dass dementsprechend auch der Ventilhub stufenlos eingestellt werden kann. Da die auf den Kolben des Ventiles wirkende Rückstellkraft größer ist als die auf den Speicherkolben wirkende Kraft, ist sichergestellt, dass der Kolben des Ventiles erst dann durch die Nockenwelle verschoben wird, wenn der entsprechende Anteil an Druckmedium aus dem Aufnahmeraum des Ventiles in den Speicherraum des Verstellspeichers verdrängt worden ist.
Bei einer konstruktiv sehr einfachen Ausführung wird die auf den Speicherkolben wirkende Kraft durch wenigstens eine Rückstellfeder erzeugt. Sie belastet den Speicherkolben derart, dass er, sofern das Betätigungselement des Ventiles nicht betätigt wird, in eine Ausgangsstellung verschoben wird. Da diese auf den Speicherkolben wirkende Kraft größer ist als die vom Druckmedium ausgeübte Kraft, bleibt der Speicherkolben infolge der auf ihn wirkenden Kraft in seiner Ausgangsstellung. Erst wenn das Betätigungselement durch die Nockenwelle versteht wird, wird der Druck des Druckmediums so stark erhöht, dass der Speicherkolben gegen die auf ihn wirkende Kraft verschoben wird, sofern das Volumen des Speicherraumes auf größer Null eingestellt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die im Speicher gespeicherte Energie wieder an den Motor über die Nockenwelle zurückgegeben wird. Dadurch ist das System nahezu verlustfrei.
Eine kostengünstige und kompakte Ausbildung ergibt sich, wenn der Speicherkolben als Hohlkolben ausgebildet ist.
Eine einfache Einstellung des Volumens des Speicherraumes ergibt sich, wenn der Verstellweg des Speicherkolbens durch wenigstens ein Verstellelement einstellbar ist. Es kann relativ zum Speicherkolben so eingestellt werden, dass er aus der Ausgangsstellung nur einen bestimmten Weg durch das Druckmedium verstellt werden kann. Je nach Lage des Verstellelementes relativ zum Speicherkolben kann somit die Größe des Speicherraumes einfach eingestellt werden.
Das Verstellelement kann motorisch oder auch hydraulisch verstellbar sein. Bei einer motorischen Verstellung kann das Verstellelement beispielsweise auf einer Gewindespindel sitzen, die mittels eines motorischen Antriebes drehbar angetrieben wird. Je nach Drehrichtung der Gewindespindel wird dann das Verstellelement in der jeweiligen Richtung axial verstellt. Hierbei ist das Verstellelement gegen Drehen um seine Achse in bekannter Weise gesichert, so dass es beim Drehen der Gewindespindel nur eine Verschiebebewegung ausführt.
Bei einem hydraulischen Antrieb sitzt das Verstellelement beispielsweise auf einem Kolben, der mittels eines Druckmediums beaufschlagt wird, um ihn und damit das Verstellelement zu verschieben. Der Koben kann an der einen Seite mit Druckmedium und an der anderen Seite durch eine Feder belastet sein. Grundsätzlich ist auch ein beidseitig beaufschlagbarer Kolben möglich. Auch lineare Antriebe unterschiedlichster Art sind denkbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ragt das Verstellelement in den Speicherkolben. Dann bildet die Stirnseite des Verstellelementes eine Anschlagfläche für den Speicherkolben. Je nach Lage der Stirnseite des Verstellelementes wird festgelegt, wie weit der Speicherkolben aus seiner Ausgangslage durch das aus dem Aufnahmeraum des Ventiles verdrängte Druckmedium verstellt werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Verstellelement und dem Speicherkolben ein Dämpfungsraum vorgesehen ist, der mit dem Druckmedium zumindest teilweise gefüllt ist. Der Dämpfungsraum verhindert ein starkes Aufschlagen sowie ein Prellen des Speicherkolbens.
Vorteilhaft hierbei ist es, wenn im Dämpfungsraum zusätzlich noch eine Dämpfungsfeder vorgesehen ist.
Damit im Einsatz des Verstellspeichers Leckageverluste ausgeglichen werden können, ist der Speicherkolben mit wenigstens einer Zuleitung für Leckagemedium versehen. In dieser Zuleitung sitzt ein Rückschlagventil, das in Richtung auf den Dämpfungsraum öffnet. Dadurch ist es möglich, Druckmedium über die Zuleitung und das Rückschlagventil in den Dämpfungsraum einzubringen, um Leckageverluste auszugleichen. Der Öffnungsdruck dieses Rückschlagventiles ist kleiner als der Druck des Druckmediums.
Der Aufnahmeraum des Ventiles ist bei einer bevorzugten Ausführungsform über wenigstens eine Leitung an eine Pumpe angeschlossen, mit der das Druckmedium in den Aufnahmeraum eingebracht werden kann. In dieser Leitung sitzt ein gegen die Pumpe schließendes Ventil, so dass das Druckmedium nur von der Pumpe aus über die Leitung in Richtung auf den Aufnahmeraum strömen kann. Dieses Ventil ist vorteilhaft ein Rückschlagventil. Es ist so vorgesehen, dass es auch den Speicherraum des Verstellspeichers gegenüber der Pumpe sperrt.
Bei einer einfachen Ausführungsform kann jedes Einlass- und jedes Auslassventil mit einem Verstellspeicher verbunden sein. In einem solchen Falle ist es möglich, den Ventilhub jedes einzelnen Ventiles unabhängig voneinander einzustellen. Dann sind auch Ventilüberschneidungen möglich.
Vorteilhaft ist jedoch, an den Verstellspeicher mehrere Ventile anzuschließen. In diesem Falle können die an den Verstellspeicher angeschlossenen Ventile allerdings nur zeitlich nacheinander betätigt werden; Ventilüberschneidungen sind nicht möglich.
In einem solchen Falle ist es vorteilhaft, wenn in der Leitungsverbindung vom Verstellspeicher zu den an ihn angeschlossenen Ventilen jeweils ein Sperrventil sitzt. Mit den Sperrventilen kann zuverlässig die Leitungsverbindung zwischen dem zu betätigenden Ventil und dem Verstellspeicher hergestellt werden. Es wird nur dasjenige Sperrventil geöffnet, dessen Ventil betätigt werden soll. Die anderen Sperrventile bleiben geschlossen.
Sollen Ventilüberschneidungen möglich sein, ohne den baulichen Aufwand der Einrichtung zu groß werden zu lassen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Einrichtung wenigstens zwei Verstellspeicher aufweist, an die jeweils zwei oder mehr Ventile angeschlossen sind. Dann kann ein Ventil des einen Verstellspeichers und ein Ventil des anderen Verstellspeichers so betätigt werden, dass Ventilüberschneidungen auftreten.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Verstellung des Ventilhubes,
2 in vergrößerter Darstellung einen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung,
2a in einer Darstellung entsprechend 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
2b den Hubverlauf der Einrichtung gemäß 2a,
3 bis 5 verschiedene Stellungen eines Speicherkolbens der erfindungsgemäßen Einrichtung,
5a eine weitere Ausführungsform eines Verstellspeichers der erfindungsgemäßen Einrichtung,
6 und 6a weitere Ausführungsformen eines Verstellspeichers der erfindungsgemäßen Einrichtung,
7 bis 9 die Schaltpläne weiterer Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Einrichtungen,
10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
11 eine Variante eines Drosselventiles der Einrichtung gemäß 10,
12 und 15 jeweils weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Einrichtungen.

Die Einrichtungen gemäß den 1 bis 9 sind dazu vorgesehen, den Hub von Ventilen 1 bis 4 von Verbrennungsmotoren einzustellen. Diese Ventile sind Einlass- und Auslassventile in Verbrennungsräume der Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen. Die Ventile 1 bis 4 werden mittels Nockenwellen 5 in bekannter Weise betätigt. Für die Einlass- und die Auslassventile ist jeweils eine Nockenwelle vorgesehen. Im Folgenden wird allgemein von Ventilen gesprochen, ohne zwischen Ein- und Auslassventilen zu unterscheiden.
In 1 sind beispielhaft vier Ventile 1 bis 4 dargestellt, die mit der Nockenwelle 5 zusammenwirken. Sie hat Nocken 6, die mit einem Tassenstößel 7 der Ventile 1 bis 4 zusammenwirken. In 1 sind beispielhaft vier verschiedene Stellungen der Nockenwelle 5 dargestellt. Bei den Ventilen 1, 2 und 4 nimmt die Nocke 6 jeweils eine solche Stellung ein, dass der Tassenstößel 7 nicht verstellt wird. Beim Ventil 3 ist die Nockenwelle 5 so gedreht, dass der entsprechende Nocken 6 den Tassenstößel 7 in seine maximale Lage nach unten verschoben hat, so dass das Ventil 3 geöffnet ist.
Die Nockenwelle 5 weist in bekannter Weise über ihre Länge verteilt mehrere Nocken 6 auf, die unterschiedliche Winkelstellungen in Bezug auf die Nockenwelle 5 einnehmen. Beim Drehen der Nockenwelle 5 um ihre Achse werden mit den auf ihr befindlichen Nocken 6 die entsprechenden Ventile des Verbrennungsmotors betätigt.
2 zeigt beispielhaft eines der Ventile 1 bis 4. Es hat den Tassenstößel 7, der in einem Zylinderkopf 8 des Verbrennungsmotors gegen die Kraft wenigstens einer Feder 9 verschiebbar ist. Die Ventilfeder 9 ist im Ausführungsbeispiel eine Schraubendruckfeder, die einen Ventilschaft 10 mit Abstand umgibt. Er ist mit einem einen Ende in einem Kolben 11 befestigt, der verschiebbar im Tassenstößel 7 gelagert ist. Der Kolben 11 liegt dichtend an der Innenwand eines zylindrischen Mantels 12 des Tassenstößels 7 an. Innerhalb des Tassenstößels 7 ist wenigstens eine Tassenstößelfeder 13 untergebracht, die sich mit ihrem einen Ende an der Kolbenscheibe 11 und mit ihrem anderen Ende an einem Boden 14 des Tassenstößels 7 abstützt. Durch den Boden 14 wird der Tassenstößel 7 gegen die Nockenwelle 7 geschlossen. Vorteilhaft ist der Boden 14 einstückig mit dem Mantel 12 ausgebildet, der mit seinem der Nockenwelle 5 zugewandten Rand in den ebenen Boden 14 übergeht.
Der Tassenstößel 7 ist in einer Bohrung 15 des Zylinderkopfes 8 verschiebbar gelagert.
2 zeigt den Tassenstößel 7 in seiner Ausgangslage, in der ein Ventilteller 17 eine Ein/Auslassöffnung 16 eines Verbrennungsraumes schließt.
Wird die Nockenwelle 5 gedreht, gelangt die dem Tassenstößel 7 zugeordnete Nocke 6 in Kontakt mit dem Boden 14 des Tassenstößels 7 und verschiebt ihn gegen die Kraft der Tassenstößelfeder 13 in Richtung auf die Offenstellung. Der am freien Ende des Ventilschaftes 10 vorgesehene Ventilteller 17 gibt die Ein/Auslassöffnung 16 frei, so dass bei einem Einlassventil das Medium (Luft, Sauerstoff, Kraftstoff, Kraftstoffgemisch) in den Verbrennungsraum und bei einem Auslassventil die Abgase aus dem Verbrennungsraum gelangen können. Die Ventilfeder 9 sorgt dafür, dass der Tassenstößel 7 wieder in seine Ausgangslage zurückgeschoben wird, sobald der Nocken 6 keine Hubkraft auf den Tassenstößel 7 mehr ausübt.
Der Mantel 12 des Tassenstößels 7 ist mit einer Öffnung 18 versehen, durch welche der vom Mantel 12 umschlossene Aufnahmeraum 19 mit einem Zuführraum 20 verbunden ist. Er befindet sich in der Innenwand des Zylinderkopfes 8. Der Zuführraum 20 ist in Hubrichtung des Tassenstößels 7 so lang, dass in jeder Hubstellung des Tassenstößels 7 die Öffnung 18 mit dem Zuführraum 20 strömungsverbunden ist. Vorzugsweise ist der Zuführraum 20 als Ringkanal ausgebildet, so dass sich der Tassenstößel 7 drehen kann.
In den Zuführraum 20 mündet eine Bohrung 21 im Zylinderkopf 8. Über sie ist das Ventil mit einem Verstellspeicher 22 verbunden, mit dem der Hub des Ventiles eingestellt werden kann.
Der Verstellspeicher 22 hat ein Gehäuse 23, in dem ein als Hohlkolben ausgebildeter Speicherkolben 24 abgedichtet verschiebbar ist. Das Gehäuse 23 kann auch Teil des Motors oder des Fahrzeuges sein, beispielsweise der Zylinderkopf. Eine solche Ausbildung ermöglicht eine kostengünstige Variante.
Das Gehäuse 23 ist an einer Stirnseite durch eine Decke 25 geschlossen, in der sich eine Durchtrittsöffnung 26 befindet. Sie ist vorteilhaft zentrisch in der Decke 25 vorgesehen. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Gehäuse 23 durch eine Abdeckscheibe 27 geschlossen.
In der Abdeckscheibe 27 ist eine Gewindespindel 28 mit ihrem einen Ende drehbar gelagert. Sie ist so angeordnet, dass sie nicht über die Unterseite 29 der Abdeckscheibe 27 ragt. Die Gewindespindel 28 ist an ihrem freien Ende mit einem Anschluss 30 für einen Verstellmotor 31 versehen, der in 2 nur schematisch dargestellt ist. Der Verstellmotor 31 kann jeder geeignete Motor sein, wie ein Elektromotor oder ein Linearmotor. Mit ihm kann die Gewindespindel 28 um ihre Achse drehbar angetrieben werden.
Auf der Gewindespindel 28 sitzt ein hülsenförmiges Verstellelement 32, das über den größten Teil seiner Länge in den Speicherkolben 24 ragt und drehfest mit ihm verbunden ist. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine unrunde oder eckige Umrissform des Verstellelementes 32 erreicht werden.
Der Speicherkolben 24 ist in Richtung auf die Decke 25 des Gehäuses 23 geschlossen und in Richtung auf die Abdeckscheibe 27 offen. Zwischen dem Speicherkolben 24 und der Decke 25 des Gehäuses 23 ist ein Speicherraum 33 gebildet, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Relativlage des Speicherkolbens 24 gegenüber dem Gehäuse 23 ändert.
Im vorzugsweise zylindrischen Mantel 34 des Gehäuses 23 sind diametral einander gegenüberliegend zwei Durchbrechungen 35, 36 vorgesehen. Sie erstrecken sich in Verschieberichtung des Speicherkolbens 24, in dessen vorzugsweise zylindrischen Mantel 37 diametral einander gegenüberliegend ein Rückschlagventil 38, 39 vorgesehen ist. Beide Rückschlagventile 38, 39 liegen jeweils in Radialbohrungen 40, 41, die den Mantel 37 des Speicherkolbens 24 durchsetzen. Vorteilhaft befinden sich die Radialbohrungen 40, 41 in einem in der Wandstärke verdickten Bereich 42 des Mantels 37 des Speicherkolbens 24. Der verdickte Mantelbereich 42 erstreckt sich von dem der Gehäusedecke 25 zugewandtem Ende des Speicherkolbens 24 aus. Die Radialbohrungen 40, 41 sowie die in ihnen angeordneten Rückschlagventile 38, 39 liegen in Höhe der Durchbrechungen 35, 36, die in Verstellrichtung des Speicherkolbens 24 so lang sind, dass die Radialbohrungen 40, 41 mit den Rückschlagventilen 38, 39 in jeder Axiallage des Speicherkolbens 24 Leitungsverbindung zu den Durchbrechungen 35, 36 haben.
Wenn sich die beiden Rückschlagventile 38, 39, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, auf gleicher Höhe befinden, ist der Speicherkolben 24 gegen Drehen um seine Achse gesichert, so dass die Leitungsverbindung zu den Durchbrechungen 35, 36 jederzeit gewährleistet ist.
Die Rückschlagventile 38, 39 bzw. die Radialbohrungen 40, 41 können auch in unterschiedlicher Höhe vorgesehen sein. Dann kann der Speicherkolben 24 im Betrieb um seine Achse drehen, wenn die Durchbrechungen 35, 36 über einen Ringkanal im Speicher 22 miteinander verbunden sind.
Das Rückschlagventil 38 sperrt in Richtung auf die Durchbrechung 35, während das diametral gegenüberliegende Rückschlagventil 39 in Richtung auf die Durchbrechung 36 öffnet.
Die Rückschlagventile 38, 39 können entfallen, wenn sichergestellt ist, dass der Speicherraum 33 nicht leerläuft. Dies kann beispielhaft dadurch erreicht werden, dass der Verstellspeicher 22 vollständig im Druckmedium, vorzugsweise Öl, liegt.
Am Übergang vom dickeren Mantelbereich 42 in einen daran anschließenden, in der Wandstärke verringerten Bereich 43 des Mantels 37 des Speicherkolbens 24 wird eine ringförmige Schulterfläche 44 gebildet, an der das eine Ende einer Druckfeder 45 anliegt. Sie umgibt das Verstellelement 32 und liegt in einem Ringraum 46, der zwischen dem Mantelbereich 43 und dem Verstellelement 32 gebildet wird. Der Ringraum 46 ist in Richtung auf die Abdeckscheibe 27 offen. Damit das Verstellelement 32 innerhalb des Speicherkolbens 24 zuverlässig axial verschoben werden kann, umgibt die Druckfeder 45 das Verstellelement 32 mit Abstand. Außerdem hat die Druckfeder 45 Abstand von der Innenwand des Speicherkolbens 24.
Das Verstellelement 32 hat einen zylindrischen Abschnitt 47, der sich über den größten Teil der Länge des Verstellelementes 32 erstreckt. An dem von der Abdeckscheibe 27 abgewandten Ende schließt an den zylindrischen Abschnitt 47 ein Kegelabschnitt 48 an, der sich in Richtung auf einen zylindrischen Endabschnitt 49 stetig verjüngt. Er hat kleineren Außendurchmesser als der zylindrische Abschnitt 47.
An die Durchtrittsöffnung 26 in der Gehäusedecke 25 schließt eine Querleitung 50 an, die in eine Leitung 51 mündet, die mit der Bohrung 21 des Zylinderkopfes 8 leitungsverbunden ist. Die Leitung 51 ist an eine Pumpe 52 angeschlossen, mit der Motoröl unter Druck in die Leitung 51 gefördert werden kann. In Förderrichtung vor der Querleitung 50 sitzt in der Leitung 51 ein in Richtung auf die Bohrung 21 öffnendes Rückschlagventil 53.
Die Durchbrechung 35 im Gehäuse 23 ist über eine Verbindungsleitung 54 mit der Leitung 51 leitungsverbunden. In der Verbindungsleitung 54, die im Bereich zwischen der Pumpe 52 und dem Rückschlagventil 53 in die Leitung 51 mündet, befindet sich eine Blende 55, die vorteilhaft unmittelbar vor der Durchbrechung 35 angeordnet ist.
Mit dem Verstellspeicher 22 ist es möglich, den Hub des Ventiles zu verändern. Dies wird nachfolgend näher erläutert.
In einer Ausgangstellung liegt der Speicherkolben 24 mit seinem Boden 56 an der Gehäusedecke 25 an, so dass das Volumen des Speicherraumes 33 Null ist. Der Speicherkolben 24 wird hierbei durch die Druckfeder 45, die sich an der Abdeckscheibe 27 abstützt, in diese Anschlagstellung verschoben. Die Kraft F1 der Druckfeder 45 ist größer als die Kraft, die von dem unter Druck stehenden Druckmedium auf den Speicherkolben 24 ausgeübt wird.
Im Aufnahmeraum 19 des Ventiles befindet sich ebenfalls das von der Pumpe 52 geförderte Druckmedium. Es ist vorzugsweise Öl, dessen Druck beispielsweise etwa 2 bis 3 bar beträgt. Solange der Tassenstößel 7 nicht durch die Nockenwelle 5 betätigt wird, bleibt der Speicherkolben 24 in der beschriebenen Anschlaglage, da die auf ihn ausgeübte Federkraft F1 größer ist als die vom Druckmedium ausgeübte Kraft.
Wird der Tassenstößel durch den Nocken 6 nach unten verschoben, wird das im Aufnahmeraum 19 befindliche Druckmedium über die Bohrung 21 und die Leitung 51 zum Verstellspeicher 22 verdrängt, wenn der Speicherraum 33 ein entsprechendes Volumen hat.
Der Speicherraum 33 wird erst freigegeben, wenn das Druckmedium über den Tassenstößel 7 in den Speicherraum 33 gepumpt wird. Die Freigabe des Speicherraumes 33 wird über die Position des Verstellelementes 32 festgelegt.
Je größer der Speicherraum 33 ist, desto mehr Druckmedium kann aus dem Aufnahmeraum 19 zum Speicherraum 33 verdrängt werden.
Die Größe des Speicherraumes 33 hängt von der Stellung des Verstellelementes 32 ab. Es kann so weit verstellt werden, dass es mit der Stirnseite seines Endabschnittes 49 am Boden 56 des an der Gehäusedecke 25 anliegenden Speicherkolbens 24 anliegt (5). Dies hat zur Folge, dass der Speicherkolben 24 durch das Druckmedium nicht zurückgeschoben werden kann. Das im Aufnahmeraum 19 des Ventils befindliche Druckmedium kann darum nicht verdrängt werden. Der Tassenstößel 7 des jeweiligen Ventiles führt dann seinen normalen mechanisch vorgegebenen Maximalhub aus, wenn die entsprechende Nocke 6 der Nockenwelle 5 den Tassenstößel 7 verschiebt.
Soll der Hub des Ventiles verringert werden, wird das Verstellelement 32 zurückgestellt, so dass seine Stirnseite Abstand vom Boden 56 des in Ausgangsstellung befindlichen Speicherkolbens 24 hat. Wird der Tassenstößel durch die Nocke 6 zurückgeschoben, kann ein Teil des Druckmediums aus dem Aufnahmeraum 19 in Richtung auf den Speicherraum 33 verdrängt werden. Der Druck des Druckmediums wird durch Verschieben des Tassenstößels 7 so erhöht, dass er größer ist als die Kraft F1 der Druckfeder 45. Der Speicherkolben 24 wird so weit verschoben, bis er am Verstellelement 32 anliegt.
Solange das Druckmedium aus dem Aufnahmeraum 19 in den Speicherraum 33 verdrängt wird, verschiebt sich nur der Tassenstößel, nicht aber der Kolben 11. Erst wenn der Speicherraum 33 gefüllt ist, wird auch der Kolben 11 mit dem Ventilschaft 10 verschoben und dadurch die Ein/Auslassöffnung 16 geöffnet. Der Hub des Kolbens 11 ist somit verringert. Das Maß der Verringerung des Ventilhubes hängt vom Volumen des Speicherraumes 33 ab. Je größer es ist, desto mehr Druckmedium wird aus dem Aufnahmeraum 19 verdrängt, bevor der Kolben 11 verschoben wird.
Die auf den Kolben 11 durch die Ventilfeder 9 ausgeübte Kraft F2 ist größer als die Kraft F1 der Druckfeder 45 des Verstellspeichers 22. Somit ist gewährleistet, dass der Kolben 11 erst dann verschoben wird, wenn der Speicherraum 33 mit dem Druckmedium gefüllt ist.
Die Federn 9, 45 sorgen auch dafür, dass der Kolben 11 bzw. der Speicherkolben 24 in ihre jeweilige Ausgangslage zurückgeschoben werden. Der Tassenstößel 7 liegt in der Ausgangsstellung unter der Kraft der Ventilfeder 9 bzw. der Tassenstößelfeder 13 bzw. des im Aufnahmeraum 19 befindlichen Druckmediums am Grundkreis der Nockenwelle 5 an.
Damit der Speicherkolben 24 einwandfrei verschoben werden kann, ist in seinem Mantelabschnitt 43 wenigstens eine Entlastungsbohrung 57 vorgesehen, die den Ringraum 46 mit der Durchbrechung 36 verbindet. Dadurch kann die im Ringraum 46 befindliche Luft oder Druckmedium beim Verschieben des Speicherkolbens 24 über die Entlastungsbohrung 57 entfernt werden.
Mit dem Verstellelement 32 lässt sich das Volumen des Speicherraumes 33 stufenlos einstellen. Mit der Gewindespindel 28 ist eine rasche Verstellung des Verstellelementes 32 relativ zum Speicherkolben 24 möglich, so dass die Größe des Speicherraumes 33 je nach den Anforderungen verstellt werden kann. Die Verstellung kann nach einer Nockenwellenumdrehung erfolgen, so dass nur wenig Zeit für die Verstellung nötig ist. Wenn es dynamisch nicht gefordert ist, kann die Verstellung auch langsam über mehrere Ventilhübe ausgeführt werden.
Der Kolben 11 befindet sich in der Ausgangsstellung, das heißt bei geschlossener Ein/Auslassöffnung 16, in der in 2 dargestellten Lage, in welcher die vom Tassenstößelboden 14 abgewandte Unterseite 58 des Kolbens 11 bündig mit der freien Stirnseite des Mantels 12 des Tassenstößels 7 liegt. Vorzugsweise hat der Kolben 11 an der Unterseite 58 einen (nicht dargestellten) Anschlag, mit dem die Ausgangsstellung des Kolbens 11 eingestellt wird. Die Kraft der Feder 13 ist entsprechend kleiner als die Kraft der Feder 9, so dass der Kolben 11 zuverlässig in seine Ausgangsstellung gelangt.
Der Aufnahmeraum 19 ist mit dem von der Pumpe 52 geförderten Medium, vorzugsweise Motoröl, gefüllt. Der Druck des Mediums liegt beispielhaft bei etwa 2 bis 3 bar. Die Ventilfeder 9 ist so ausgelegt, dass sie den Tassenstößel 7 sowie den Kolben 11 in der Ausgangsstellung hält, solange der Nocken 6 der Nockenwelle 5 nicht auf den Tassenstößel 7 wirkt.
Durch die Stellung des Verstellelementes 32 wird in der beschriebenen Weise festgelegt, wie groß der Hub des Ventiles ist.
Soll der Ventilhub verringert werden, wird das Verstellelement 32 mittels der Gewindespindel 28 zurückgefahren. Da über die Querleitung 50 das Medium auf den Boden 56 des Speicherkolbens 24 wirkt, wird er gegen die Kraft der Feder 45 zurückgeschoben. Je nach Verschiebeweg des Speicherkolbens 24 ändert sich das Volumen des Speicherraumes 33, in das ein Teil des im Aufnahmeraum 19 befindlichen Druckmediums abströmt. Je größer der Speicherraum 33 ist, desto mehr Druckmedium kann aus dem Aufnahmeraum 19 über die Bohrung 21, die Leitung 51 und die Querleitung 50 in den Speicherraum 33 gelangen. Mit dem Verstellelement 32 lässt sich stufenlos und genau bestimmen, wie weit der Speicherkolben 24 zurückgefahren werden kann.
Um das Volumen des Speicherraumes 33 wird das Volumen an Medium im Aufnahmeraum 19 verringert. Dadurch wird durch den Nocken 6 zunächst nur der Tassenstößel 7 verschoben, während der Kolben 11 stehen bleibt. Erst nach einem vorgegebenen Drehwinkel der Nockenwelle 5 und einem vorgegebenen Hubweg des Tassenstößels 7 wird der Kolben 11 mitgenommen und dadurch über den Ventilschaft 10 der Ventilteller 17 von der Ein/Auslassöffnung 16 abgehoben. Der Hubweg des Ventiltellers 17 bzw. des Ventilschaftes 10 ist somit entsprechend geringer.
Je nach Größe des Speicherraumes 33 im Verstellspeicher 22 kann somit der Hub des Kolbens 11 bzw. des Ventilschaftes 10 entsprechend feinfühlig variiert werden.
Leckageverluste im Speicherraum 33 können dadurch ausgeglichen werden, dass die Pumpe 52 über das Rückschlagventil 53 und die Querleitung 50 Medium zuführt. Leckageverluste im Raum 61 zwischen dem Boden 56 des Speicherkolbens 24 und dem oberen Bereich des Verstellelementes 32 können ausgeglichen werden, indem Druckmedium von der Pumpe 52 über die Verbindungsleitung 54 und die Durchbrechung 35 zugeführt wird. In der Verbindungsleitung 54 sitzt eine Blende 55. Der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 38 in der Radialbohrung 40 beträgt beispielhaft 0,5 bar bzw. ist abhängig von den jeweiligen Systemanforderungen. Der Öffnungsdruck dieses Rückschlagventiles 38 ist kleiner als der Druck, unter dem das Medium steht.
Die Blende 55 begrenzt den Durchfluss durch das Rückschlagventil 38 in den Dämpfungsraum 61 und durch das Rückschlagventil 39. Da auch das Rückschlagventil 39 einen kleineren Öffnungsdruck hat als das Druckmedium, könnte der Ölschmierdruck (bei Öl als Druckmedium) kleiner werden oder der Volumenstrom für die Ölschmierung zu sehr verringert und für andere Komponenten im Motor reduziert werden. Wäre der Durchfluss durch das Rückschlagventil 38 zu groß, könnte der Ölschmierdruck des Motors einbrechen und die Schmierung von Kolben und Lagern des Motors nicht mehr ausreichend sein. Dadurch würde die Lebensdauer dieser Teile eingeschränkt.
Der Kolben 11 wird, wenn die Nocke 6 ihre 6-Uhr-Stellung überschritten hat, durch die Ventilfeder 9 wieder zurückgefahren, wobei über die Tassenstößelfeder 13 und das im Aufnahmeraum 19 befindliche Medium auch der Tassenstößel 7 zurückgeführt wird, wobei er stets an der Nocke 6 anliegt. Sobald der Ventilteller 17 die Ein/Auslassöffnung 16 schließt, wird nur noch der Tassenstößel 7 durch die Tassenstößelfeder 13 weiter bis in die in 2 dargestellte Ausgangslage zurückgeschoben. Gleichzeitig wird der Speicherkolben 24 in seine Ausgangslage zurückgeschoben. Die Druckfeder 45 ist schwächer eingestellt als die Ventilfeder 9, beispielsweise etwa 10 bis 20 Prozent geringer. Die Federkraft der Druckfeder 45 ist jedoch so ausgelegt, dass sie die Speicherenergie, bestimmt durch das im Speicherraum 33 befindliche, unter Druck stehende Medium aufnehmen kann.
Der zylindrische Endabschnitt 49 des Verstellelementes 32 hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des verdickten Bereiches 42 des Speicherkolbens 24. Dadurch wird im Bereich zwischen dem Endabschnitt 49 und dem verdickten Mantelabschnitt 42 ein Ringraum 60 gebildet. Er wird zur Endlagendämpfung herangezogen, wenn der Boden 56 des Speicherkolbens 24 am Endabschnitt 49 anschlägt. Das im Ringraum 60 befindliche Medium dämpft den Aufprall, so dass ein Prellen sowie mechanische Schläge und Druckspitzen vermieden werden.
Der Ringraum 60 erstreckt sich bis zum Übergang vom Kegelabschnitt 48 in den in 2 unteren zylindrischen Abschnitt 47 des Verstellelementes 32. Dadurch nimmt die radiale Breite des Ringraumes 60 im Bereich des Kegelabschnittes 48 in Richtung auf den zylindrischen Abschnitt 47 stetig ab.
In der Stellung gemäß 2 ist der Speicherkolben 24 in einer Zwischenstellung dargestellt. Die Radialbohrungen 40, 41 liegen in Höhe des Kegelabschnittes 48 des Verstellelementes 32. Dadurch kann über das Rückschlagventil 38 Medium in den Raum 61 zwischen dem Boden 56 des Speicherkolbens 24 und dem oberen Bereich des Verstellelementes 32 gelangen. Beim Verschieben des Speicherkolbens wird das im Raum 61 befindliche Medium zumindest teilweise über die Radialbohrung 41 und das Rückschlagventil 39 verdrängt.
Wenn der Endabschnitt 49 des Verstellelementes 32 kegelförmig bzw. konisch sich verjüngend ausgebildet ist, kann in Verbindung mit dem Innendurchmesser des Speicherkolbens 24 eine Dämpfung erreicht werden, um die Verstellgeschwindigkeit oder das Anschlagen an der Decke 25 zu verringern bzw. zu dämpfen.
Die beschriebene Verstellung des Verstellelementes 32 erfolgt mechanisch über die Gewindespindel 28, die mittels des Verstellmotors 31 angetrieben wird. Der Verstellmotor kann beispielsweise ein Schrittmotor sein, mit dem sich die Gewindespindel exakt und innerhalb kürzester Zeit drehen lässt. Die Steuerung oder Regelung des Verstellmotors 31 kann über einen Wegsensor im Verstellspeicher 22 erfolgen. Der Wegsensor erfasst die Lage des Verstellelementes 32 oder des Speicherkolbens 24. Zur Steuerung oder Regelung können auch z.B. Hallsensoren im Verstellmotor 31 eingesetzt werden.
2a zeigt eine Ausführungsform, die sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 2 dadurch unterscheidet, dass in der Leitung 51 zwischen dem Zylinderkopf 8 mit dem Tassenstößel 7 und dem Verstellspeicher 22 ein Schaltventil 99 sitzt. Dieses Schaltventil 99 befindet sich in 2a in der Offenstellung. Dann arbeitet die Einrichtung, wie anhand von 2 im Einzelnen beschrieben worden ist.
Die Nockenwelle 5 ist mit einem Zusatznocken 6a versehen, der wesentlich geringere Höhe als der Nocken 6 hat. Dreht sich die Nockenwelle in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 100, dann kommt die Zusatznocke 6a erst dann mit dem Tassenstößel 7 in Kontakt, wenn die Nocke 6 den Tassenstößel 7 gerade verlassen hat. Die Zusatznocke 6a führt zu einem geringen nachgeschalteten zweiten Hub des Tassenstößels 7 und damit des gesamten Motorenventils. Dieser zweite zusätzliche Hub ermöglicht eine interne Abgasrückführung.
Um diesen zusätzlichen Hub zu ermöglichen, wird das Schaltventil 99 geschlossen. Das im Aufnahmeraum 19 des Taschenstößels 7 befindliche Medium kann nicht verdrängt werden, so dass bei dem zusätzlichen kleineren Hub der Ventilteller 17 die Ein/Auslassöffnung 16 geringfügig öffnet, um eine Rückführung der Abgase aus dem jeweiligen Verbrennungsraum zu ermöglichen.
Mit Hilfe des Schaltventiles 99 ist es somit möglich, hydraulisch kontrolliert einen zweiten kleinen Öffnungshub des Motorenventils zur internen Abgasrückführung durchzuführen. Dadurch können andere Einrichtungen reduziert oder eingespart werden, wie beispielsweise ein zusätzliches Abgasrückführventil und die entsprechenden Kühler.
2b zeigt die zugehörigen Hubverlaufskurven. Die Kurve 101 kennzeichnet den Ventilhub des Auslassventiles und die Kurve 102 die Hubkurve des Einlassventiles.
Die Hubkurven 103, 104 kennzeichnen das zweite Öffnen des Auslassventiles, während das Einlassventil (Hubkurve 102) ebenfalls geöffnet ist.
Durch den zusätzlichen zweiten Hub wird der zusätzliche Vorteil erreicht, dass aufgrund der kurzen Abgasrückführung die Motoraufwärmung schneller erreicht werden kann und die Abgasemissionen durch kontrollierte Steuerung der Abgasrückführung reduziert werden.
Auf die beschriebene Weise kann die Ventilhubcharakteristik durch eine Ausbildung entsprechend 2a über den Verstellspeicher 22 und die Schaltventile 99 sowie die Zusatznocken 6a verändert werden. Mit den Zusatznocken 6a und den Schaltventilen 99 ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Verbrennung durch unterschiedliche Öffnungszeiten und Öffnungspositionen der Ventile.
3 zeigt einen Verstellspeicher 22, der grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie beim vorigen Ausführungsbeispiel. Er hat das Gehäuse 23 mit dem zylindrischen Mantel 34, an dessen Innenwand der Speicherkolben 24 abgedichtet geführt ist. In den Speicherkolben 24 ragt das Verstellelement 32, das auf der Gewindespindel 28 sitzt. Sie ist in der Abdeckscheibe 27 drehbar gelagert, die das Gehäuse 23 an einem Ende abschließt. Am anderen Ende ist das Gehäuse 23 durch die Decke 25 geschlossen.
Die Gewindespindel 28 wird mit dem Verstellmotor 31 drehbar angetrieben. In den Speicherraum 33 zwischen der Gehäusedecke 25 und dem Boden 56 des Speicherkolbens 24 mündet die Querleitung 50, in der ein Ventil 62 sitzt.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform ist im Raum 61 zwischen dem zylindrischen Endabschnitt 49 des Verstellelementes 32 und dem Boden 56 des Speicherkolbens 24 eine Druckfeder 63 untergebracht, die im Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und als Dämpfungsfeder dient. Die Druckfeder 63 kann auch den Hubverlauf des Motors beeinflussen, um weitere Vorteile für den Motor abzuleiten.
Die Ventilhubkurven können unterschiedliche Formen haben. So kann die Ventilhubkurve beispielsweise annähernd rechteckig ausgeführt sein. Bei einer solchen Gestaltung der Ventilhubkurven wird deutlich mehr Luft oder Kraftstoffluftgemisch in den Motor gelangen. Bei solchen Ventilhubkurvenverläufen können die Ventilhübe auch verkürzt werden bei gleichem Luftdurchsatz. Dann sind weniger bewegte Massen erforderlich, wodurch sich eine bessere Dynamik ergibt.
Der Raum 61 bildet wie bei der vorigen Ausführungsform einen Dämpfungsraum, durch den ein hartes Anschlagen des Bodens 56 des Speicherkolbens 24 an der Stirnseite des Verstellelementes 32 verhindert wird. Zur Dämpfung trägt auch der Ringraum 60 bei, der zwischen dem zylindrischen Endabschnitt 49 sowie dem Kegelabschnitt 48 des Verstellelementes 32 und dem verdickten Bereich 42 des Mantels 37 des Speicherkolbens 24 angeordnet ist. Die Mantelfläche des Kegelabschnittes 48 bildet wie bei der vorigen Ausführungsform eine Dämpfungsschräge.
Die Dämpfungsschräge 48 ist so ausgebildet, dass ihr Mantel in den Mantel des Endabschnittes 49 des Verstellelementes 32 übergeht. Über das Laufspiel zwischen dem Verstellelement 32 und dem Innendurchmesser des Bereiches kann die Dämpfungsschräge 48 weiter eingestellt werden. Somit kann auch der Hubverlauf des Speicherkolbens 24 sowie des Motorventils verändert und beeinflusst werden.
Die Durchbrechung 36 verbindet entsprechend der vorigen Ausführungsform den Verstellspeicher 22 mit dem (nicht dargestellten) Motoröltank.
Die Radialbohrung 41, in der sich das Rückschlagventil 39 befindet, mündet in jeder Stellung des Speicherkolbens 24 in die Durchbrechung 36.
Die radial gegenüberliegende Durchbrechung 35 im Mantel 34 des Gehäuses 23 stellt wie bei der vorigen Ausführungsform sicher, dass Leckagen einfach ausgeglichen werden können.
Der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 38 ist kleiner als der Motoröldruck. Somit kann Öl in den Dämpfungsraum nachströmen, welches durch einen Kolbenhub zuvor verdrängt wurde. Weiter verhindert es ein Zurückströmen von Druckwellen in die Druckleitung der Ölschmierpumpe während der aktiven Speicherdynamik. Je nach Schmierölsystem könnte dieses Ventil auch entfallen. Das Rückschlagventil 39 dient zur selbstständigen Entleersicherung des Dämpfungsraumes, speziell wenn die Speicher an einer hohen Position im Motor/Fahrzeug (System) angeordnet werden. Der Druck ist geringer eingestellt als das Rückschlagventil 38. Dadurch ist ein Durchströmen sichergestellt und das Entlüften des Dämpfungsraumes 61. Ein höherer Druck des Rückschlagventiles 39 verhindert einen permanenten Ölfluss und somit eine reduzierte Ölmenge für die Ölschmierpumpe. Das Entlüften des Dämpfungsraumes 61 erfolgt entweder bei der Erstbefüllung oder über mehrere gezielte Speicherhübe.
Werden die Speicher z.B. direkt in der Ölwanne unterhalb des Ölspiegels installiert oder permanent mit Öl umströmt, kann auf die Rückschlagventile verzichtet werden.
Die Lage, Durchmesser und Form der Radialbohrung 38 wird so gewählt, dass bei jedem Hub die Nachfüllung des Dämpfungsraumes 61 gewährleistet ist.
Die Durchbrechung 35 ist entsprechend der vorigen Ausführungsform in Hubrichtung des Speicherkolbens 24 so lang, dass die Radialbohrung 40 in jeder Hublage des Speicherkolbens 24 mit der Durchbrechung 35 leitungsverbunden ist.
Der Verstellspeicher 22 gemäß 3 arbeitet in gleicher Weise wie die vorige Ausführungsform, so dass auf die Ausführungen bezüglich der vorigen Ausführungsform verwiesen werden kann.
Das Ventil 62 sitzt in der Leitung 51, über die der Verstellspeicher 22 an die in 3 nicht dargestellte Pumpe 52 angeschlossen sind. Außerdem wird über das Ventil 62 die Verbindung zwischen den Ventilen 1 bis 4 und dem Verstellspeicher 22 hergestellt.
Das Ventil 62 ist während des Einsatzes der Verstelleinrichtung geöffnet. Im Notfall wird das Ventil 62 geschlossen. Es bildet ein Fail Safe Ventil.
4 zeigt die Situation, in der der Speicherkolben 24 mit seinem Boden 56 an der Stirnseite des zylindrischen Endabschnittes 49 des Verstellelementes 32 anliegt. Dabei hat der Boden 56 Abstand von der Gehäusedecke 25, wodurch zwischen ihr und dem Speicherkolben 24 der Speicherraum 33 gebildet wird, dessen Volumen bestimmt, wie groß der Hub des jeweiligen Ventiles ist.
In dieser Stellung sind die Radialbohrungen 40, 41 des Speicherkolbens 24 durch das Verstellelement 32 verschlossen. Das Druckmedium im Dämpfungsraum 61 wurde über den Spalt zwischen dem Bereich 42 des Speicherkolbens 24 und dem Verstellelement 32 verdrängt.
In der Stellung gemäß 5 ist das Verstellelement 32 so weit verschoben, dass es am Boden 56 des an der Gehäusedecke 25 anliegenden Speicherkolbens 24 anliegt. Das Medium wird über den Spalt als Leckage verdrängt, wobei der anstehende Druck diesen Vorgang unterstützt. Da in dieser Stellung der Speicherraum 33 ein Volumen Null hat, führt das jeweilige Ventil in der beschriebenen Weise seinen maximal möglichen Hub aus.
Wird das Verstellelement 32 wieder zurückgefahren, kann der Raum 60 dann wieder mit dem Medium befüllt werden, sobald die Bohrung 40 wieder freigegeben ist.
5a zeigt eine Variante der 5, bei der der Raum 60 von Beginn des Rückhubes des Verstellelementes 32 mit dem Medium über die Bohrung 40 befüllt wird. Die Bohrung 40 ist über wenigstens einen axialen Kanal 93 oder eine axiale Bohrung mit dem Raum 60 verbunden, wenn das Verstellelement 32 mit seinem Boden 56 an der Decke 25 des Gehäuses 23 anliegt. Dadurch entsteht eine kontinuierliche Belüftung des Raumes 60.
Im Übrigen ist der Verstellspeicher gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 5.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Verstellelement 32 gegen Drehen auf der Gewindespindel 28 in bekannter Weise gesichert, beispielsweise durch eine Passfeder, so dass es beim Drehen der Gewindespindel 28 zuverlässig axial verschoben wird.
In der zum Tassenstößel 7 führenden Leitung 51 sitzt ein Fail-Safe-Ventil 94 (5 und 5a). Im Normalbetrieb ist dieses Ventil 94 geöffnet, so dass das Medium in der beschriebenen Weise zum Verstellspeicher 22 gelangen kann. Bei einem Ausfall des mechanischen oder hydraulischen Antriebes für das Verstellelement 32 ist die Druckfeder 45 so ausgelegt, dass der Speicherkolben 24 in seine in 5 bzw. 5a dargestellte Endlage verschoben wird. Dann kann das Motorenventil 1 bis 4 in der beschriebenen Weise seinen durch die Nockenwelle 5 vorgegebenen Hub ausführen. Das Ventil 94 wird bei einer solchen Situation geschlossen, so dass der Verstellspeicher 22 vom System getrennt ist. In diesem Falle ist eine Hubgrößenverstellung der Motorventile nicht möglich.
6 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle des mechanischen Antriebes für das Verstellelement 32 ein hydraulischer Antrieb 64 vorgesehen ist. Er hat einen in einem Zylinderraum 65 verschiebbaren Kolben 66, auf dessen der Abdeckscheibe 27 des Gehäuses 23 zugewandter Seite das Verstellelement 32 mit seinem einen Ende befestigt ist. Im Bereich zwischen der Abdeckscheibe 27 und dem Kolben 66 ist das Verstellelement 32 von wenigstens einer Druckfeder 67 mit Abstand umgeben, die beispielsweise eine Schraubendruckfeder ist.
Der Kolben 66 wird auf seiner gegenüberliegenden Seite durch ein Druckmedium beaufschlagt, das von einer Pumpe 68 über eine Leitung 69 in den Zylinderraum 65 gelangt. In der Leitung 69 sitzt ein Proportionalventil 70, mit dem das Medium, vorzugsweise Öl, zugeführt werden kann.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Verstellspeichers 22 entspricht den vorigen Ausführungsformen. Der Unterschied besteht lediglich in der Ausbildung des Antriebes für das Verstellelement 32. Bei der Ausführungsform gemäß 6 wird es durch Beaufschlagung des Kolbens 66, der abgedichtet in einem an die Abdeckscheibe 27 anschließenden Gehäuse untergebracht ist, axial verschoben. Der axiale Verstellweg wird durch einen Wegsensor 72 überwacht, der durch einen Pfeil schematisch dargestellt ist. Vorteilhaft ist der Wegsensor 72 an eine (nicht dargestellte) Steuerung angeschlossen, welche die Wegesignale auswertet und die Pumpe 68 sowie das Ventil 70 so steuert, dass der Kolben 66 den erforderlichen Verstellweg ausführt. In der in 6 dargestellten Stellung sperrt das Proportionalventil 70 die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 65 und der Pumpe 68, so dass der Kolben 66 in seiner eingestellten Lage verbleibt.
Soll der Kolben 66 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt werden, wird das Proportionalventil 70 in die Stellung 3 geschaltet, so dass der Kolben 66 durch die Druckfeder 67 zurückgefahren wird, wobei das im Zylinderraum 65 befindliche Medium über die Leitung 69 zurück zum Tank 73 geführt wird. In der Ausgangstellung liegt der Kolben 66 am Boden 74 des Gehäuses 71 an.
Soll der Kolben 66 aus der Ausgangsstellung verschoben werden, wird das Proportionalventil 70 in die Stellung 1 verstellt, so dass das Medium von der Pumpe 68 in die Leitung 69 und von dort in den Zylinderraum 65 gelangt.
Bei einem eventuellen Ausfall des Steuerstroms zum Ventil 70 sorgt die Druckfeder 45 dafür, dass der Speicherkolben 24 in 6 nach links in seine Endstellung verschoben wird. Dadurch ist gewährleistet, dass das jeweilige Motorenventil 1 bis 4 (1) in der beschriebenen Weise seinen maximalen Hub ausführen kann. Die Druckfeder 45 ist entsprechend ausgebildet.
6a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verstellspeichers 22, der im Wesentlichen gleich ausgebildet ist wie die Ausführungsform gemäß 6. Der Unterschied besteht darin, dass der Kolben 66 beidseitig mit Druckmedium beaufschlagt wird. Die Druckfeder 67, die bei der Ausführungsform gemäß 6 vorgesehen ist, entfällt dadurch. Der Kolben 66 ist mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung 95 versehen. Über diese Durchtrittsöffnung 95 ist der Zylinderraum 65 mit dem gegenüberliegenden Zylinderraum 96 verbunden.
Der Kolben 66 bildet einen Druckdifferenzkolben. Die den Zylinderraum 65 begrenzende Kolbenfläche 97 ist größer als die gegenüberliegende Kolbenfläche 98.
Da der Kolben 66 von beiden Seiten aus mittels hydraulischem Druck eingespannt wird, lässt er sich sehr stabil fixieren.
Die Wirkungsweise des Verstellspeichers 22 entspricht im Übrigen der Wirkungsweise des Verstellspeichers gemäß 6.
1 zeigt, wie mit einem einzigen Verstellspeicher 22 mehrere Ventile 1 bis 4 betätigt werden können. Der Verstellspeicher 22, der im Ausführungsbeispiel eine Ausbildung entsprechend 3 hat, ist über die Leitung 51 an eine Sammelleitung 75 angeschlossen. An sie ist jeweils eine Querleitung 76 bis 79 angeschlossen, in denen jeweils ein Sperrventil 80 sitzt. Von den Querleitungen 76 bis 79 zweigt jeweils die Leitung 51 ab, die in der beschriebenen Weise an die jeweiligen Ventile 1 bis 4 angeschlossen ist.
Die Querleitungen 76 bis 79 sind an eine weitere Sammelleitung 81 angeschlossen, die ihrerseits an die Pumpe 52 angeschlossen ist, mit der Medium, vorzugsweise Motoröl, gefördert werden kann. Die Querleitungen 76 bis 79 sind gegen die Sammelleitung 81 jeweils durch ein Rückschlagventil 83 gesichert. Die Rückschlagventile 83 öffnen in Richtung auf die Querleitungen 76 bis 79, so dass Medium von der Pumpe 52 aus in die Querleitungen 76 bis 79 gefördert werden kann.
Die Sammelleitung 75 ist an die Pumpe 52 angeschlossen, mit der vorteilhaft Motoröl gefördert werden kann.
Mit dem Verstellspeicher 22 lässt sich der Hub der Ventile 1 bis 4 (1) stufenlos einstellen. Diese Einrichtung ist für Motorventile geeignet, bei denen die Ventilfunktion keine Überschneidungen aufweist. Dies bedeutet, dass die einzelnen Ventile 1 bis 4 zeitlich nacheinander betätigt werden. Um dies sicherzustellen, sind die Sperrventile 80 vorgesehen, die jeweils so geschaltet werden, dass nur eines der Ventile 1 bis 4 mit dem Verstellspeicher 22 leitungsverbunden ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das dem Ventil 3 zugeordnete Sperrventil 80 geöffnet, während die Sperrventile 80 der anderen Ventile 1, 2 und 4 geschlossen sind. Somit wird der Hub des Ventiles 3 in der beschriebenen Weise mit Hilfe des Verstellspeichers 22 eingestellt. 1 zeigt, dass der Tassenstößel 7 des Ventiles 3 durch den Nocken 6 der Nockenwelle 5 verstellt worden ist, so dass die Ein/Auslassöffnung 16 geöffnet ist. Die anderen Ein/Auslassöffnungen 16 sind durch die entsprechenden Ventilteller 17 geschlossen.
Sobald der Hubvorgang des Ventiles 3 beendet ist, wird über eine (nicht dargestellte) Steuerung das zugehörige Sperrventil 80 geschlossen und das Sperrventil 80 des Ventiles 2 geöffnet. Wenn die Nockenwelle 5 im Uhrzeigersinn dreht, wird nunmehr der Tassenstößel 7 des Ventiles 2 durch die Nocke 6 betätigt. Sobald der Nocken 6 vom Tassenstößel 7 des Ventiles 2 wieder freikommt, wird das zugehörige Sperrventil 80 geschlossen und nunmehr das Sperrventil 80 des Ventiles 1 geöffnet.
Auf die beschriebene Weise werden nacheinander die Sperrventile 80 der Ventile 1 bis 4 geöffnet und so mit dem Verstellspeicher 22 leitungsverbunden. Dabei kann für jedes Ventil 1 bis 4 der Hubweg unterschiedlich sein, je nach den Anforderungen an den Verbrennungsmotor.
Da die Ventile 1 bis 4 zeitlich nacheinander betätigt werden, reicht ein einziger Verstellspeicher 22 für die einzelnen Ventile 1 bis 4 aus. Ein Beispiel hierfür ist eine reine Motorbremse für Motoren.
Soll hingegen eine Ventilüberschneidung beim Betrieb des Verbrennungsmotors vorgesehen sein, dann kann eine Einrichtung entsprechend 7 eingesetzt werden. Mit ihr ist es möglich, die einzelnen Ventile 1 bis 4 so anzusteuern, dass der Hub des einen Ventiles eingeleitet wird, während der Hub eines anderen Ventiles kurz vor der Beendigung ist.
Die Ventilüberschneidungen werden bei der klassischen Motorensteuerung eingesetzt. Für diesen Fall hat die Einrichtung beispielhaft zwei Verstellspeicher 22, die vorteilhaft gleich ausgebildet sind. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 können die Verstellspeicher 22 eine Ausbildung haben, wie sie anhand der 1 bis 5 beschrieben worden ist. Die Ventile 1 bis 4 sind über die Leitungen 51, 51' an die Querleitungen 76 bis 79 angeschlossen. In ihnen sitzt jeweils das Sperrventil 80.
Im Bereich zwischen dem Sperrventil 80 des Ventiles 1 und der Pumpe 52 sind an die Querleitung 76 zwei Sammelleitungen 84, 85 angeschlossen. Von der Sammelleitung 84 zweigen die Querleitungen 76, 77 und 79 ab. Von der Sammelleitung 85 zweigen die Querleitungen 76 und 78 ab.
An die Sammelleitung 84 ist über die Leitung 51 der eine Verstellspeicher 22 und an die Sammelleitung 85 über die Leitung 51' der andere Verstellspeicher 22 angeschlossen.
Im Übrigen ist die Einrichtung gleich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 1.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 80 des Ventiles 3 geöffnet, so dass dieses Ventil 3 mit dem in 7 rechten Verstellspeicher 22 leitungsverbunden ist. Somit kann in der beschriebenen Weise der Hub des Ventiles 3 eingestellt werden. Die Sperrventile 80 der Ventile 1, 2 und 4 sind geschlossen.
Da zwei Verstellspeicher 22 vorgesehen sind, kann das Sperrventil 80 des Ventiles 2 bereits dann geöffnet werden, wenn der Tassenstößel 7 des Ventiles 3 sich auf seinem Rückhub befindet, aber noch nicht seine Endlage erreicht hat. Durch Öffnen des Sperrventiles 80 des Ventiles 2 wird dieses über die Sammelleitung 84 und die Leitung 51 mit dem linken Verstellspeicher 22 leitungsverbunden, so dass mit ihm der Hub des Ventiles 2 eingestellt werden kann.
Beide Verstellspeicher 22 arbeiten unabhängig voneinander, so dass zwei Ventile 1 bis 4 so angesteuert werden können, dass sie bei ihrer Hubbewegung Überschneidungen aufweisen. Das Maß der Überschneidungen richtet sich nach der Zündfolge der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors.
Die Sammelleitung 84 ist gegen die Pumpe 52, die beispielsweise eine Motorölschmierpumpe oder eine vergleichbare Pumpe sein kann, durch ein Rückschlagventil 86 gesperrt. Auch die Sammelleitung 85 ist durch ein Rückschlagventil 87 gegen die Pumpe 52 gesperrt.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung mit zwei Verstellspeichern 22, so dass mit dieser Einrichtung auch Ventilüberschneidungen möglich sind. Die beiden Verstellspeicher 22 sind gleich ausgebildet und können entsprechend den vorigen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. Die beiden Verstellspeicher 22 können mit den Ventilen 1 bis 4 verbunden werden.
Die Einrichtung hat die Sammelleitung 81, die an die Pumpe 52 angeschlossen ist und von der die Querleitungen 76 bis 79 abzweigen. In den Querleitungen 76 bis 79 sitzt jeweils das Rückschlagventil 83, das gegen die Sammelleitung 81 sperrt. Die Querleitungen 76 bis 79 sind über die abzweigenden Leitungen 51 mit den jeweiligen Ventilen 1 bis 4 in der beschriebenen Weise verbunden.
Die beiden Querleitungen 76, 78 sind an ein Proportionalventil 88 und die Querleitungen 77, 79 an ein Proportionalventil 89 angeschlossen. Mit den Proportionalventilen 88, 89 können die Ventilhubkurven des Motorventiles beeinflusst oder somit gezielt Verläufe dargestellt werden.
Die Verstelleinrichtung gemäß 9 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Der Unterschied besteht darin, dass die Sperrventile 80 nicht über eine Steuerung, sondern mechanisch betätigt werden. Hierzu kann die Nockenwelle 5 herangezogen werden, die mit Nocken 6' versehen ist, mit welchen die entsprechenden Sperrventile 80 betätigt werden. Die Betätigungsnocken 6'sind vorteilhaft gleich angeordnet wie die die Tassenstößel 7 der Ventile 1 bis 4 betätigenden Nocken 6. Beim Ausführungsbeispiel nach 9 befindet sich das Sperrventil 80 des Ventiles 3 in der Offenstellung. Die Nocke 6' hat dieses Sperrventil 80 in die Offenstellung verstellt. Der Nocken 6 der Nockenwelle 5 verschiebt den Tassenstößels 7. Der Hub des Ventiltellers 17 hängt von der Stellung des Speicherkolbens 24 des Verstellspeichers 22 ab, wie zuvor im Einzelnen beschrieben worden ist.
Bei dieser Ausführungsform können die Ventile 1 bis 4 nur zeitlich nacheineinander betätigt werden. Eine Ventilüberschneidung, wie sie bei den Ausführungsformen mit zwei Verstellspeichern 22 möglich ist, lässt sich mit der Einrichtung gemäß 9 nicht durchführen. Werden zwei Verstellspeicher 22 wie bei der Ausführungsform gemäß 7 verwendet, ist auch bei dieser Ausführungsform eine Überschneidung des Öffnens und Schließens der Motorventile machbar.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Verstellspeicher 22 für die Einlass- und die Auslassventile parallel benutzt werden. Sofern keine Ventilüberschneidungen vorgesehen sind, kann der Verstellspeicher 22 für vier Ventil 1 bis 4 eingesetzt werden, wenn es sich beispielsweise um einen Vierzylindermotor handelt. Abhängig von der Zylinderzahl kann ein Verstellspeicher 22 auch für mehr als vier Ventile verwendet werden.
Sofern Ventilüberschneidungen vorgesehen sind, können bei einem Vierzylinder-Motor, wie zuvor beispielhaft beschrieben worden ist, zwei Verstellspeicher 22 eingesetzt werden. Hat der Verbrennungsmotor mehr als vier Zylinder, beispielsweise sechs Zylinder, dann können drei Verstellspeicher eingesetzt werden. Bei Verwendung des Safe Fail Ventiles 62 ist sichergestellt, dass bei einem Ausfall des Verstellmotors 31 bzw. des hydraulischen Antriebes 64 der Verstellspeicher 22 vom Ventil getrennt wird. Das Ventil 1 bis 4 kann dann seinen durch die Nockenwelle vorgegebenen Hub ausführen.
Durch die beschriebene Endlagendämpfung mittels des im Raum 61 bzw. im Ringraum 60 des Verstellspeichers 22 befindlichen Mediums kann die Einsowie die Auslaufform der Ventilhubkurve verändert werden. Die Endlagendämpfung kann auch durch die Druckfeder 63 erreicht werden, die im Raum 61 untergebraucht ist. Ist die Dämpfung gering, wird die Ventilhubkurve annähern exakt abgebildet. Bei höherer Dämpfung ergibt sich demgegenüber ein harmonischer Übergang.
Zur Druckbegrenzung des Speichersystems kann beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil eingesetzt werden, das den Druck zur Sicherheit zum Tank abführt. Ein solches Druckbegrenzungsventil kann beispielsweise in der Leitung 75 (1) sitzen.
10 zeigt eine Ausführungsform, bei der mit Hilfe von Drosselventilen die Ventilhubkurve individuell beeinflusst werden kann. Der Verstellspeicher 22 ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß 2. Der Speicherkolben 24 liegt mit seinem Boden 56 am Verstellelement 32 an. Der Tassenstößel 7 ist durch den Nocken 6 der Nockenwelle 5 entsprechend der eingestellten Lage des Verstellelementes 32 maximal nach unten verschoben, so dass der Ventilteller 17 die Ein/Auslassöffnung 16 freigibt.
In der Querleitung 50 sitzen hintereinander zwei Drosselventile 105, 106. Ihnen nachgeschaltet ist das Proportionalventil 88.
Beide Drosselventile 105, 106 haben jeweils ein Rückschlagventil 107, 108 sowie eine Drosselblende 109, 110. Das Rückschlagventil 107 des Drosselventils 105 öffnet in Richtung auf den Verstellspeicher 22 und das Rückschlagventil 108 des Drosselventils 106 in Richtung auf das Motorenventil.
Das Drosselventil 105 ist so geschaltet, dass das Rückschlagventil 107 im Strömungsweg des Druckmediums zum Verstellspeicher 22 öffnet. Das andere Drosselventil 106 ist so geschaltet, dass seine Drosselblende 110 im Strömungsweg liegt. Damit erfolgt die Drosselung in Öffnungsrichtung des Motorventiles.
Das Proportionalventil 88 ist entsprechend der Ausführungsform gemäß 8 ausgebildet und geschaltet.
Aufgrund der Drosselventile 105, 106 lässt sich die Ventilhubkurve individuell beeinflussen. So kann die Höhe des Ventilhubes, die Öffnungsdauer der Ventile, der Öffnungs- oder Schließpunkt der Ventile als auch eine Kombination dieser Größen vorgenommen werden. Auch kann beispielsweise die Hubform variiert werden. Üblicherweise haben die Ventilhubkurven einen glockenähnlichen Verlauf, wie es beispielhaft aus 2b hervorgeht. Die Ventilhubform kann beispielhaft aber auch so variiert werden, dass sie nahezu Rechteckform oder auch Dreieckform hat. Hat die Ventilhubkurve beispielhaft etwa Rechteckform, dann ist eine Feinsteuerung schwierig, weil bereits bei kleinstem Hub sehr viel Gas oder Kraftstoff-Gas-Gemisch in den Motor strömt. In diesem Falle kann mit Hilfe der Drosselventile 105, 106 die Form der Ventilhubkurve wieder in Richtung einer Glockenform oder dergleichen verändert werden, bei der die Feinsteuerung wesentlich einfacher und feinfühliger ist als bei einer annähernden Rechteckform der Ventilhubkurve.
Beim Schließen des Motorventiles können die beiden Drosselventile 105, 106 umgeschaltet werden, so dass die Drosselung mittels der Drosselblende 109 in Schließrichtung des Motorventiles erfolgt.
11 zeigt eine einfachere Ausbildung eines Drosselventiles. Es weist kein Rückschlagventil, sondern lediglich die Drosselblende 109, 110 auf. Das Drosselventil 105, 106 drosselt somit in der einen Stellung den Durchfluss des Druckmediums, während es in der anderen Stellung den Durchfluss sperrt.
12 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Einlassventil 111 und das Auslassventil 112 in Reihe liegen. Beide Ventile sind an den gemeinsamen Verstellspeicher 22 angeschlossen. In den Speicherraum 33 des Verstellspeichers 22 mündet die Leitung 51', von der die Sammelleitung 85 abzweigt. Von ihr zweigen die Querleitungen 77, 78 ab. Die Querleitung 77 ist über die Leitung 51 mit dem Einlassventil 112 und die Querleitung 78 über die Leitung 51" mit dem Auslassventil 112 verbunden. Die Querleitungen 77, 78 sind gegen die Sammelleitung 81 durch das Rückschlagventil 83 gesichert.
In der Querleitung 77 sitzt vor dem Einlassventil 111 das Sperrventil 80. Ein solches Sperrventil 80 ist auch in der Querleitung 78 vor dem Auslassventil 112 angeordnet. Zwischen dem Sperrventil 80 und dem Auslassventil 112 zweigt von der Querleitung 78 eine Tankleitung 113 ab, die mit dem Tank 73 verbunden ist und in der ein Sperrventil 114 sitzt.
In der Darstellung gemäß 12 ist das dem Auslassventil 112 zugeordnete Sperrventil 80 geöffnet, während das Sperrventil 80 auf der Einlassventilseite geschlossen ist. Der Nocken 6 der Nockenwelle 5 befindet sich in der Sechsuhr-Stellung, in der der Tassenstößel 7 des Auslassventiles 112 in der beschriebenen Weise verschoben worden ist, so dass das Auslassventil 112 geöffnet ist.
Der dem Einlassventil 111 zugeordnete Nocken 6 der Nockenwelle 5 befindet sich in der Dreiuhr-Stellung, so dass der Tassenstößel 7 des Einlassventiles 111 noch nicht verschoben ist und dementsprechend das Einlassventil geschlossen ist. Das Sperrventil 114 in der Tankleitung 113 ist geschlossen, so dass das Druckmedium nicht zum Tank 73 abgeführt werden kann.
Um das Auslassventil 112 zu schließen, wird das Sperrventil 114 geöffnet, so dass das Druckmedium beim Zurückschieben des Tassenstößels 7 über die Tankleitung 113 zum Tank 73 zurückgeführt wird.
Für den Fall, dass das Einlassventil 111 bereits öffnen sollte, bevor das Auslassventil 112 geschlossen ist, kann das Sperrventil 80 für das Auslassventil 112 früher geschlossen werden. Dadurch wird eine hydraulische Querverbindung über die Sammelleitung 85 vom Auslassventil 112 zum Einlassventil 111 vermieden.
Bei der Ausführung gemäß 12 kann eine zweite Ventilöffnung des Auslassventiles 112 durch eine gezielte Überschneidung eingeleitet werden. Eine Nockenwelle mit einem Zusatznocken, wie bei der Ausführungsform gemäß 2a, ist hierfür nicht erforderlich. Durch die hydraulische Verbindung fließt das Druckmedium vom schließenden zum öffnenden Ventil. Dies ist durch unterschiedliche Federvorspannungen in einfacher Weise erreichbar. Durch die Kombination des Einlassventiles 111 mit dem Auslassventil 112 ergibt sich die Funktion des Doppelhubes für das Auslassventil 112, um eine interne Abgasrückführung vorzunehmen.
Die Pumpe 52 ermöglicht ein Nachfüllen von Leckageverlusten im Verstellspeicher 22. In der Sammelleitung 85 sitzt das gegen die Pumpe sperrende Rückschlagventil 86.
13 zeigt die beispielhafte Möglichkeit, den Verstellspeicher 22 nicht nur mit einem Tassenstößel zu kombinieren, sondern mit einer anderen Betätigungseinrichtung 115 für das Motorventil.
Die Betätigungseinrichtung 115 hat einen zweiarmigen Hebel 116, der um eine parallel zur Nockenwellenachse liegende gedachte Achse schwenkbar gelagert ist.
Am Hebel 116 ist eine Rolle 119 um eine parallel zur Achse der Nockenwelle 5 liegende gedachte Achse 117 drehbar gelagert. Die Rolle 119 liegt an der Nockenwelle 5 an.
Am freien Ende des einen Hebelarmes 121 befindet sich ein Spielausgleichselement 122, das mit einem Stößel 123 in eine Pfanne 124 am freien Ende des Hebelarmes 121 eingreift. Der Stößel 123 liegt mit seinem freien Ende an einer teilkugelförmigen Innenfläche der Pfanne 124 an. Das Spielausgleichselement 122 hat ein Gehäuse 125, in dem ein Kolben 126 verschiebbar gelagert ist. Er ist mit dem Stößel 123 versehen und durch wenigstens eine Druckfeder 128 in Richtung auf den Hebelarm 121 belastet. Die Druckfeder 128 stützt sich an einem Boden 129 des Gehäuses 125 ab.
Zwischen dem Kolben 126 und dem Gehäuseboden 129 befindet sich ein Aufnahmeraum 130, in den die Leitung 51 mündet, die das Spielausgleichselement 122 mit dem Verstellspeicher 22 verbindet.
In der Leitung 51 kann, wie dargestellt, das Schaltventil 99 sitzen. Mit ihm kann die Ventilhubkurve beeinflusst werden. Dieses Schaltventil 99 ist jedoch nur optional. Auch ohne das Schaltventil 99 arbeitet die Einrichtung gemäß 13 ordnungsgemäß.
In den Boden des Aufnahmeraumes 130 mündet eine Bohrung 131, die mit der Pumpe 52 verbunden ist und in der ein Rückschlagventil 135 sitzt.
Am freien Ende des anderen Hebelarmes 118 des Hebels 116 liegt das freie Ende des Ventilschaftes 10 an. Wird der Hebel 116 im Uhrzeigersinn in der Darstellung gemäß 13 geschwenkt, wird der Ventilschaft 10 gegen die Kraft der Druckfeder 9 verschoben, so dass der Ventilteller 17 die Ein-/Auslassöffnung 16 des Verbrennungsraumes öffnet. Geführt wird der Hebel 118 durch die eine Lagerung bildende Pfanne 124.
Anstelle einer solchen Pfanne kann zur Lagerung beispielsweise auch eine offene Lagerbuchse verwendet werden.
Der Verstellspeicher 22 ist im Ausführungsbeispiel entsprechend der Ausführungsform gemäß 2 ausgebildet.
Mit dem Verstellspeicher 22 kann der Hub des Ventiles in der beschriebenen Weise variiert werden. Das im Aufnahmeraum 130 befindliche Druckmedium wird beim Verschwenken des Hebels 116 zunächst über die Leitung 51 und das geöffnete Schaltventil 99 in den Speicherraum 33 des Verstellspeichers 22 so lange verdrängt, bis der Speicherkolben 24 am Verstellelement 32 zur Anlage kommt. Sobald der Speicherkolben 24 am Verstellelement 32 anliegt, ist ein weiteres Verschieben des Kolbens 126 durch den Hebel 116 nicht mehr möglich. Nunmehr stützt sich der Hebelarm 121 am blockierten Kolben 126 ab, während der Hebel 116 im Uhrzeigersinn geschwenkt wird, wodurch der Ventilschaft 10 verschoben wird und die Ein-/Auslassöffnung 16 öffnet. Sobald die Nocke 6 der Nockenwelle 5 von der Rolle 119 des Hebels 116 freikommt, wird der Ventilschaft 10 durch die Druckfeder 9 zurückgeschoben und damit die Ein-/Auslassöffnung 16 geschlossen. Gleichzeitig schiebt die Druckfeder 128 im Spielausgleichselement 122 den Kolben 126 in seine in 13 dargestellte Ausgangslage zurück. Das im Speicherraum 33 des Verstellspeichers 22 befindliche Druckmedium wird über das geöffnete Schaltventil 99 und die Leitung 51 zurück in den Aufnahmeraum 130 des Spielausgleichselementes 122 verdrängt. Dies erfolgt dadurch, dass in der beschriebenen Weise der Speicherkolben 24 durch die Druckfeder 45 in seine Ausgangslage zurückgeschoben wird.
Die Druckfeder 128 im Spielausgleichselement 122 ist so ausgelegt, dass zunächst eine Relativverschiebung zwischen dem Gehäuse 125 und dem Kolben 126 stattfindet, um das im Aufnahmeraum 130 befindliche Druckmedium in den Speicherraum 33 des Verstellspeichers 22 zu verdrängen.
Die verschiedenen Verstellspeicher 22 können in unterschiedlicher Art und Funktion mit den Motorventilen 1 bis 4 kombiniert werden. So kann für jedes Einlass- und jedes Auslassventil jeweils ein Verstellspeicher 22 vorgesehen sein, so dass jedes Motorventil 1 bis 4 individuell betätigt werden kann.
Bei zwei Einlass- bzw. Auslassventilen können beide Ventile bzw. ihre hydraulischen Tassenstößel auf einen Verstellspeicher 22 geschaltet werden.
Weiter ist es beispielhaft möglich, einen Verstellspeicher 22 für das Einlassventil eines Motorzylinders I mit einem Auslassventil eines Zylinders II zu kombinieren. Hierbei ist ein ausreichend zeitlicher Abstand gegeben, um das Einlassventil mit dem Auslassventil zu kombinieren, wenn beide Ventile vergleichbare Ventilhübe ausführen. Diese Schaltlogik wird dann für die weiteren Zylinder des Motors in gleicher Weise vorgenommen.
Eine weitere Schaltung kann darin bestehen, einen Verstellspeicher 22 für das Auslassventil mit dem Auslassventil des übernächsten Zylinders zu kombinieren. Auch dann besteht ausreichend Zeit, um den Verstellspeicher nacheinander für beide Auslassventile einzusetzen. Auf diese Weise können auch die weiteren Zylinder des Motors mit jeweils einem Verstellspeicher 22 verbunden werden, so etwa der zweite Zylinder mit dem vierten Zylinder.
Auf der Einlassseite können die Einlassventile ebenfalls in dieser Weise paarweise mit jeweils einem Verstellspeicher 22 verbunden werden. So kann beispielsweise das Einlassventil des Zylinders I mit dem Einlassventil des übernächsten Zylinders III, das Einlassventil des Zylinders II mit dem Einlassventil des Zylinders IV usw. kombiniert werden.
14 zeigt einen Verstellspeicher 22, der im Wesentlichen gleich ausgebildet ist wie die Ausführungsform gemäß 3. Darum werden im Folgenden nur die Unterschiede zu dieser Ausführungsform beschrieben.
Der Boden 56 des Speicherkolbens 24 ist vertieft angeordnet, so dass in der Stirnseite des Speicherkolbens 24 eine Vertiefung 136 gebildet wird. In sie ragt eine Druckfeder 137, die sich mit einem Ende am vertieften Boden 56 und mit dem anderen Ende an der Decke 25 des Gehäuses 23 abstützt.
An der von der Decke 25 abgewandten Seite des Bodens 56 befindet sich ein dünnes scheibenförmiges Gleit- oder Lagerelement 138, über das der Endabschnitt 49 des Verstellelementes 32 am Boden 56 anliegt.
In der Innenwand 139 des Gehäuses 29 befindet sich eine Bypassöffnung 140, die in die Durchbrechung 36 des Gehäuses 23 mündet und sich von der Durchbrechung 36 aus in Richtung auf den Deckel des Gehäuses 23 erstreckt. Im Normalbetrieb des Verstellspeichers 22 wird die Bypassöffnung 140 durch den Speicherkolben 24 geschlossen.
Der Speicherkolben 24 befindet sich in einer 0-Position, die in 14 durch „0“ gekennzeichnet ist. Die 0-Linie ist auf die Stirnseite des Speicherkolbens 24 bezogen. In dieser 0-Position ist die Kraft der Druckfeder 137 Null. Dadurch kann der Speicherraum 33 mit Öl gefüllt bleiben. Die Druckfeder 137 ist deutlich schwächer als die Druckfeder 45 und positioniert den Speicherkolben 24 in der dargestellten 0-Position.
Die Verstellung des Speicherkolbens 244 in Richtung auf den Deckel 25 kann hubvariabel oder auch nur digital von der Nullposition aus geregelt werden. Ein im System vorgesehener Drucksensor oder auch ein elektromagnetisches Signal aus dem Aktor kann die Regelgenauigkeit unterstützen.
Mit dieser Ausführungsform kann das Ventil aktiv gesteuert werden. Durch Betätigen des Verstellmotors 31 oder des Schaltventils 62 arbeitet der Verstellspeicher 22 als Pumpe, mit der das Ventil 1 bis 4 zusätzlich betätigt werden kann. Das Druckmedium im Speicherraum 33 wirkt als Verdrängerkolben, mit dem über das Ventil 62 die Ventile 1 bis 4 (1) zusätzlich in Öffnungsrichtung belastet werden können.
Werden die Ventile 1 bis 4 in Schließstellung verstellt, kann der Druck im Speicherraum 33 aktiv entlastet werden, indem das Verstellelement 32 zurückgefahren wird. Dadurch steht ein größeres Volumen im Speicherraum 33 zum Verdrängen des Druckmediums zur Verfügung. Die Schließgeschwindigkeit der Ventile 1 bis 4 kann auf diese Weise erhöht werden, so dass die Ventile 1 bis 4 beschleunigt in die Schließstellung verstellt werden.
Die zusätzliche Verstellung ist beispielsweise dann möglich, wenn der Nocken 6 der Nockenwelle 5 den entsprechenden Tassenstößel 7 gegen die Kraft der Tassenstößelfeder 13 verschiebt (Öffnen des Ventils) oder wenn der Nocken 6 mit dem Tassenstößel 7 nicht in Eingriff ist (Schließen des Ventils). Mit dem Verstellspeicher 22 ist es möglich, zum Beispiel das Auslassventil dann zu öffnen, wenn das Einlassventil auch geöffnet ist. Dadurch ist eine interne Motorabgasrückführung (AGR) möglich.
Bei dieser Ausführungsform können überlagerte Funktionen des Ein- und des Auslassventiles über die geometrische Form der Nocken 6 der Nockenwelle 5 hinweg eingeleitet werden.
Aus 15 geht die Funktion der Bypassöffnung 140 hervor. Um das Motorventil aktiv schneller zu schließen, kann der Speicherkolben 24 mittels des Verstellmotors 31 oder mittels eines Schaltventils beschleunigt in die Anschlagstellung 1 zurückgefahren werden, in welcher der Speicherkolben 24 mit dem vertieften Boden 56 am Verstellelement 32 in der beschriebenen Weise zur Anlage kommt. Falls diese Funktion des Verstellspeichers 32 öfter durchgeführt werden soll, könnte der Speicherraum 33 mit der Zeit überfüllt werden, da das Verstellelement 32 stets weiter zurückgefahren wird. Ab einer bestimmten Position des Verstellelementes 32 kann der Speicherkolben 24 so weit zurückfahren, dass die Bypassöffnung 140 freigegeben wird. Dann kann das im Speicherraum 33 befindliche Medium über die Durchbrechung 36 zum Tank zurückgeführt werden.
Bei einer Fehlfunktion oder einer zu großen Menge an Medium im Speicherraum 33 kann ein zu hoher Druck oder eine zu große Mediumsmenge über ein in der Speicherleitung befindliches Druckbegrenzungsventil abgebaut werden.

Claims

Einrichtung zur Verstellung des Hubes eines Ventils von Verbrennungsmotoren, das ein Betätigungselement für einen Ventilschaft aufweist, das mittels einer Nockenwelle betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (7; 115, 116) einen Aufnahmeraum (19,130) für ein Druckmedium aufweist, der mit mindestens einem Speicherraum (33) eines Verstellspeichers (22) leitungsverbunden ist, dass das Volumen des Speicherraumes (33) mittels eines Speicherkolbens (24) einstellbar ist, und dass der Speicherkolben (24) in Richtung auf den Speicherraum (23) mit einer Kraft (F1) belastet ist, die größer als die vom Druckmedium ausgeübte Kraft und kleiner ist als die auf den Kolben (11) wirkende Rückstellkraft (F2) ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (24) des Verstellspeichers (22) unter der Kraft wenigstens einer Rückstellfeder (45) steht.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (24) ein Hohlkolben ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg des Speicherkolbens (24) durch wenigstens ein Verstellelement (32) einstellbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (32) motorisch oder hydraulisch verstellbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (32) in den Speicherkolben (24) ragt und mit einer stirnseitigen Anschlagfläche für den Speicherkolben (24) versehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verstellelement (32) und dem Speicherkolben (24) ein Dämpfungsraum (61) vorgesehen ist, der mit dem Druckmedium zumindest teilweise gefüllt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (24) mit wenigstens einer Zuleitung (40) für Leckagemedium versehen ist, in der ein in den Dämpfungsraum (61) öffnendes Rückschlagventil (38) sitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (19) des Ventils (1 bis 4) über eine Leitung (51) an eine Pumpe (52) angeschlossen ist, und dass in der Leitung (51) ein gegen die Pumpe (52) schließendes Ventil (53) sitzt, das vorzugsweise ein Rückschlagventil ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verstellspeicher (22) mehrere Ventile (1 bis 4) angeschlossen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungsverbindung vom Verstellspeicher (22) zu den Ventilen (1 bis 4) jeweils ein Sperrventil (80) sitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens zwei Verstellspeicher (22) aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Fail-Save-Funktion der Speicherkolben (24) mechanisch oder hydraulisch in eine Ausgangslage zurückstellbar ist, in der das Volumen des Speicherraumes (33) so verringert ist, dass das Ventil (1 bis 4) seinen Maximalhub ausführt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (5) eine der Nocke (6) nachgeordnete Zusatznocke (6a) für einen zweiten kleineren Öffnungshub des Ventiles (1 bis 4) aufweist, und dass in einer Zuleitung (50, 51) vom Verstellspeicher (22) zum Ventil (1 bis 4) ein Schaltventil (99) sitzt, das bei Betätigung des Betätigungselementes (7; 115, 116) durch die Zusatznocke (6a) geschlossen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Speicherkolben (24) das Druckmedium gesteuert unter Druck gesetzt werden kann.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (32) während des Schließens des Ventils (1 bis 4) zur Vergrößerung des Speicherraumes (33) gesteuert zurückgefahren wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (50, 51) vom Verstellspeicher (22) zum Betätigungselement (7; 115, 116) wenigstens ein Drosselventil (105, 106) sitzt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassventil (111) und ein Auslassventil (112) an einen gemeinsamen Verstellspeicher (22) angeschlossen sind.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (111) und das Auslassventil (112) über eine gemeinsame Zuleitung (85) an den Verstellspeicher (22) angeschlossen sind, und dass von der gemeinsamen Zuleitung (85) jeweils eine Zweigleitung (77, 78), in der jeweils ein Schaltventil (80) sitzt, zum Einlassventil (111) und zum Auslassventil (112) abgeht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (7) ein Tassenstößel ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (116) ein zweiarmiger Hebel ist, der mit der Nockenwelle (5) zusammenwirkt.
Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Hebelarm (118) am Ventilschaft (10) und der andere Hebelarm (121) an einem Kolben (126) eines Spielausgleichselementes (122) angreift.
Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (126) einen Aufnahmeraum (130) begrenzt, der mit dem Speicherraum (33) des Verstellspeichers (22) leitungsverbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum (23) über wenigstens eine Bypassöffnung (140) mit dem Tank verbindbar ist, die durch den Speicherkolben (24) verschließbar ist.