Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 A1) 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, vorzugsweise 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.