DE10113722A1 - Hydraulischer Stellantrieb zum Betätigen eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors - Google Patents
Hydraulischer Stellantrieb zum Betätigen eines Gaswechselventils eines VerbrennungsmotorsInfo
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Abstract
Als hydraulischer Stellantrieb zum Betätigen eines federbelastet schließenden Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors wird eine diskontinuierlich und damit variabel arbeitende Förderpumpe zusammen mit einem in Abhängigkeit von dieser gesteuerten bzw. geregelten Sperrventil eingesetzt. Die Förderpumpe arbeitet hochfrequent und kann zu diesem Zweck mit piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen Aktoren als Förderelementen ausgebildet sein.
Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem derart bekannten Stellantrieb fördert die Förder
pumpe während des gesamten Motorbetriebes kontinuierlich.
Damit ein periodisches Schließen und Öffnen der Gaswechsel
ventile möglich ist, muss für das Öffnen oder Schließen des
Ventiles der Hydraulikförderstrom von der Förderpumpe zu dem
Gaswechselventil hin unterbrochen werden. Für diese Unter
brechung ist ein entsprechend schaltbares Sperrventil inner
halb des Hydraulikkreislaufes stromauf des Gaswechselventi
les erforderlich, das heißt dort sind stromauf und stromab
jeweils ein Sperrventil notwendig. Erforderlich ist weiter
hin ein Hochdruckspeicher, in den die Förderpumpe bei strom
auf des Gaswechselventiles geschlossenem Sperrventil för
dert. Bei stromauf des Gaswechselventiles geöffnetem Sperr
ventil steht dieser Hochdruckspeicher über die Kreislauflei
tung, in die die Förderpumpe Hydraulikflüssigkeit fördert,
direkt mit dem Gaswechselventil in Verbindung.
Aus dem SAE-PAPER 960581 mit dem Titel "Camless Engine" der
Autoren Michael M. Schechter und Michael B. Levin aus einem
Vortrag bei dem International Congress & Exposition in De
troit, Michigan, am 26. bis 29. Februar 1996, ist ein gat
tungsähnlicher hydraulischer Stellantrieb bekannt, der nach
dem Prinzip eines hydraulischen Pendels arbeitet. Wie bei
dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist dort eine
während des Motorbetriebes kontinuierlich arbeitende Hydrau
likflüssigkeits-Förderpumpe eingesetzt.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen gat
tungsgemäßen Stellantrieb aufbaumäßig zu vereinfachen und
derart zu gestalten, dass variable, das heißt unterschiedli
che Hublängen beim Öffnen des Gaswechselventiles erreicht
werden können.
Eine grundsätzliche Lösung dieses Problems zeigt ein gat
tungsgemäßer Stellantrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 auf.
Eine piezoelektrisch-hydraulische Betätigungseinrichtung für
Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren, mit der u. a. un
terschiedliche Hublängen beim Öffnen eines Gaswechselventi
les grundsätzlich erreichbar sind, ist bereits aus
DE 198 39 732 A1 bekannt. Dort wirken Piezoelemente als Ver
drängeraktoren auf ein hydraulisches Übersetzungssystem, das
heißt eine gleichbleibende Menge an Hydraulikflüssigkeit
wird ventilbetätigend verschoben. In gleicher Weise arbeitet
bei einem Motorventilsystem ein Piezoaktor nach
JP 5-20 27 08 A2.
Gegenüber den beiden zuletzt genannten, als Hydraulikstel
lantriebe bekannten Piezoaktoren beruht die erfindungsgemäße
Ausführung auf dem Gedanken, kein konstantes Volumen einer
Hydraulikflüssigkeit zu verschieben, sondern Hydraulikflüs
sigkeit mit einer hochfrequent arbeitenden Pumpe zu fördern
und mit der geförderten Menge an Hydraulikflüssigkeit die
Gaswechselventile zu betätigen. Hierdurch ergibt sich bei
der erfindungsgemäßen Ausführung gegenüber jenen vorbekann
ten Antrieben bereits der Vorteil einer kleinbauenden, noc
kenwellenunabhängigen Einrichtung zur Betätigung der Gas
wechselventile eines Verbrennungsmotors. Die insoweit kleine
Bauweise ergibt sich daraus, dass die Anzahl an Piezoelemen
ten, mit denen jeweils nur eine geringe Ausdehnung erzielbar
ist, zur Erzeugung eines ausreichend großen Verdrängervolu
mens gering bleiben kann. Darüber hinaus müssen bei der er
findungsgemäßen Lösung keine Vorkehrungen für einen Aus
gleich von Leckageverlusten bei der Hydraulikflüssigkeit er
griffen werden, da nach der Erfindung kein hermetisch in
sich abgeschlossenes Hydrauliksystem vorliegt.
Gegenüber dem eingangs beschriebenen, gattungsbildenden
Stand der Technik besteht der Vorteil der Erfindung darin,
zum einen ohne einen Hochdruckspeicher und ein stromauf des
Gaswechselventiles gelegenes Schalt-Sperrventil auszukommen
und zum anderen darüber hinaus darin, eine variable Hubver
stellung des Gaswechselventiles erreichen zu können. Des
weiteren arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung energie
sparsam, da die Förderpumpe nicht kontinuierlich, sondern
lediglich diskontinuierlich zum Öffnen oder Schließen des
Ventiles arbeiten kann. Gewöhnlich arbeitet die Förderpumpe
zum Öffnen des Gaswechselventiles, dessen Schließbewegung
unter der Kraft einer Rückstellfeder erfolgt. Grundsätzlich
könnte das Gaswechselventil auch hydraulisch schließen und
unter der Kraft einer Rückstellfeder öffnen. Darüber hinaus
kann das Ventil erfindungsgemäß auch nach dem Prinzip eines
hydraulischen Pendels betätigt werden.
Wichtig für die Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre ist
es, dass eine hochfrequent arbeitende, exakt steuer- bzw.
regelbare Förderpumpe eingesetzt wird. Als Förderpumpen die
ser Art eignen sich insbesondere solche mit piezoelektri
schen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen Aktoren
als Förderelementen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stellan
triebes von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht insbesondere
auch die Betätigung der Gaswechselventile in einem Bremsbe
trieb eines Verbrennungsmotors.
Förderpumpen mit piezoelektrischen, magnetostriktiven
und/oder elektrochemischen Aktoren als Förderelementen und
gegebenenfalls gleichartig betätigten Pumpenventilen, die
für die vorliegende Erfindung zweckmäßig und vorteilhaft
eingesetzt werden können, eignen sich in gleicher Weise ins
besondere auch als Einspritzpumpen für Verbrennungsmotoren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, anhand der die bean
spruchten Ausführungsformen noch im einzelnen erläutert wer
den, sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen in jeweils schematischer Darstellung,
Fig. 1a eine Betätigungseinrichtung für ein Gaswechselven
til mit einer diskontinuierlich arbeitenden, hoch
frequenten Förderpumpe und einem 2/2-Schaltventil
als Sperrventil,
Fig. 1b ein Diagramm mit auf der Abszisse eingetragenen
Kurbelwellenwinkeln KW eines Verbrennungsmotors
und auf der Koordinate eingetragenem Öffnungshub H
des Gaswechselventiles zur Veranschaulichung un
terschiedlicher, mit der erfindungsgemäßen Ein
richtung erreichbarer Öffnungshublängen,
Fig. 2 eine Betätigungseinrichtung nach Fig. 1 mit einer
als Piezopumpe ausgebildeten Förderpumpe,
Fig. 3 eine Einrichtung nach Fig. 2 mit einem Regelventil
anstelle eines 2/2-Schaltventiles,
Fig. 4 eine Einrichtung nach Fig. 2 mit einem konstruktiv
dargestellten 2/2-Schaltventil und einem Wegsensor
an dem zu betätigenden Gaswechsel-Ventil in einer
ersten Ausführung des Wegsensors,
Fig. 5 eine Einrichtung nach Fig. 4 mit einer zweiten
Ausführung des Wegsensors,
Fig. 6 eine Einrichtung nach Fig. 2 mit einer Schaltein
richtung zur wechselseitigen Betätigung mehrerer
Gaswechselventile durch eine gemeinsame Piezopum
pe,
Fig. 7 eine Einrichtung nach Fig. 2 mit einem nockenwel
lenbetätigten 2/2-Wegeventil als Sperrventil,
Fig. 8 eine Einrichtung nach Fig. 2 mit einem zusätzlich
in das Verstell-Hydrauliksystem eingreifenden Ak
tor für einen Bremsbetrieb des die Gaswechselven
tile besitzenden Verbrennungsmotors.
Die in Fig. 1a schematisch dargestellte hydraulische Stel
lantriebs-Einrichtung setzt sich aus folgenden Elementen zu
sammen.
Eine hochfrequente, diskontinuierlich betreibbare Förderpum
pe 6 fördert Hydraulikflüssigkeit in einem Kreislauf. Dabei
wird Hyraulikflüssigkeit aus einem Vorrastbehälter 8 angesaugt
und über Leitungen 11 und 4 sowie ein als 2/2-Wege-
Schaltventil 7 ausgebildetes Sperrventil zurück in den Vor
ratsbehälter 8 gefördert. Auf dem Weg zwischen Förderpumpe 6
und dem 2/2-Schaltventil ist ein Gaswechselventil 1 an die
Kreislaufleitung angeschlossen, und zwar über eine Hydrau
likkammer 2 des Gaswechselventiles 1. Durch eine Volumenver
änderung der Hydraulikkammer 2 ergibt sich eine proportiona
le Hubverstellung des Gaswechselventiles 1. Der Hubweg ist
in der Fig. 1a mit Pfeilen H angegeben.
Diese Betätigungseinrichtung funktioniert wie folgt.
Das Gaswechselventil 1 wird durch eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Feder bei fehlender Hydraulik-Gegenkraft
in Schließstellung gehalten. Zum Öffnen des Gaswechselventi
les 1 fördert die Förderpumpe 2 Hydraulikflüssigkeit in die
Leitung 11 bei geschlossenem 2/2-Schaltventil. Die geförder
te Hydraulikflüssigkeit dringt somit in die Hydraulikkammer
2 des Gaswechselventiles 1 ein und bewirkt damit eine Öff
nung des Gaswechselventiles 1. Zum Schließen des Gaswechsel
ventiles 1 ist der Förderbetrieb der Pumpe unterbrochen und
das 2/2-Schaltventil auf Durchfluss geschaltet. Das Unter
brechen des Förderbetriebes erfolgt vorzugsweise durch ein
der Ventilschließzeit entsprechendes Abschalten der Förder
pumpe 6. Bei der Förderpumpe 6 muss es sich um eine hochfre
quente, verzögerungsfrei in kürzesten Zeitintervallen
schaltbare Pumpe handeln. Insbesondere geeignet hierfür sind
Förderpumpen 6 mit piezoelektrischen, magnetostriktiven
und/oder elektrochemischen Aktoren als Förderelementen. Bei
den nachfolgend beschriebenen Beispielen ist jeweils eine
Piezopumpe als Förderpumpe 6 eingesetzt.
Ein wesentlicher Vorteil der anhand der schematischen Dar
stellung in Fig. 1a beschriebenen Erfindung besteht darin,
dass zwischen der Hydraulikkammer 2 des Gaswechselventiles 1
und der Förderpumpe 6 weder ein Sperrventil noch ein Druck
speicher zwischen einem solchen Sperrventil und der Förder
pumpe erforderlich sind. Bei dem bekannten Stand der Technik
muss ein solches Sperrventil bei einer derartigen Einrich
tung stets vorhanden sein, wobei die Förderpumpe bei Ver
schlussstellung jenes Sperrventiles in den Hochdruckspeicher
fördert. Beim Öffnen jenes Sperrventiles wird Hydraulikflüs
sigkeit zum Erzielen eines schnellen Ansprechverhaltens im
wesentlichen aus diesem Hochdruckspeicher in die Hydraulik
kammer des Gaswechselventiles gefördert.
Mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung nach Fig.
1a lassen sich variable Hubverstellungen des Gaswechselven
tiles 1 durch unterschiedliche Fördermengenströme der För
derpumpe 6 erreichen. Dies ist durch unterschiedliche För
derzeiten und/oder Förderfrequenzen der Pumpe realisierbar.
Die derart erreichbare Variabilität bei den Hubwegen des
Gaswechselventiles 1 ist in dem Diagramm nach Fig. 1b an
schaulich angedeutet.
Eine nach dem schematischen Aufbau in Fig. 1a arbeitende Be
tätigungseinrichtung ist in Fig. 2 mit Bezug auf eine Piezo
pumpe als Förderpumpe 6 dargestellt.
Der Aufbau der Einrichtung nach Fig. 2 ist nachstehend wie
folgt beschrieben.
Der Schaft des Gaswechselventiles 1 eines Verbrennungsmotors
ist an seinem von der Motor-Brennkammer abgewandten Ende als
in die Hydraulikkammer 2 verschiebbar eingreifender Verdrän
gerkolben 3 ausgebildet. Die Hydraulikkammer 2 ist an die
Hydraulikleitung 4 angeschlossen, die einerseits über ein in
Richtung der Hydraulikkammer 2 durchströmbares Einwegeventil
5 mit einem Förderraum 9 der als Piezopumpe ausgebildeten
Förderpumpe 6 und andererseits über das als 2/2-Wege-
Schaltventil 7 ausgebildete Sperrventil mit dem Vorratsbe
hälter 8 für Hydraulikflüssigkeit verbunden ist. Zwischen
dem Schaltventil 7 und dem Vorratsbehälter 8 ist die Hydrau
likleitung 4 mit dem Förderraum 9 der Piezopumpe 6 über ein
in Richtung des Förderraumes 9 durchströmbares Einwegeventil
10 verbunden. Die das Einwegeventil 5 aufweisende und von
der Hydraulikleitung 4 ausgehende Verbindungsleitung 11
führt ebenfalls in den Förderraum 9 der Piezopumpe 6. Die
Piezopumpe 6 besteht aus einem Gehäuse 12, in der einige ge
schichtet aufeinanderliegende Piezoelemente 13 gelagert
sind. In Ausdehnungsrichtung wirken diese Piezoelemente 13
auf ein kolbenförmig ausgebildetes Verdrängerelement 14, das
den Förderraum 9 der Piezopumpe 6 beaufschlagt und zur Volu
menveränderung innerhalb des Förderraumes 9 von den Piezo
elementen 13 angetrieben verschiebbar ist. Der Förderraum 9
ist gegenüber dem Raum des Piezopumpen-Gehäuses 12 über das
Verdrängerelement 14 gedichtet. Zur Vermeidung von Zugspannungen
sind die zu einem Stapel geschichteten Piezoelemente
13 durch eine sich an dem Gehäuse 12 der Piezopumpe 6 ab
stützende Feder 15 vorgespannt. Weitere Vorspannungsmaßnah
men sind möglich.
Die Piezoelemente 13 sind zur Erzeugung einer Längenausdeh
nung elektrisch beaufschlagbar.
Die Hydraulikkammer 2 mit dem darin geführten Verdrängerkol
ben 3 des Schaftes des Gaswechselventiles 1 ist zweifach mit
der Hydraulikleitung 4 verbunden. Eine dieser Verbindungen,
nämlich eine Öffnung 16 dient bei der Ausführung nach Fig. 2
ausschließlich zum Befüllen der Hydraulikkammer 2, während
eine zweite Öffnung 17 hauptsächlich zum Entleeren der Hy
draulikkammer 2 dient und einen gegenüber der Öffnung 16
größeren Strömungswiderstand aufweist. Die Öffnung 17 ist
derart gestaltet, dass deren Strömungswiderstand durch den
diese Öffnung überfahrenden Verdrängerkolben 3 veränderbar
ist und zwar derart, dass der Strömungswiderstand bei sich
verkleinernder Hydraulikkammer 2 erhöht wird. Die Zuström-
Öffnung 16 ist als lediglich in Richtung des Inneren der Hy
draulikkammer 2 durchströmbares Einwegeventil ausgestaltet.
Diese Ventilfunktion wird durch eine vom Inneren der Hydrau
likkammer 2 auf die Öffnung 16 federbelastet gedrückte Kugel
18 erreicht.
Durch eine Feder 19 wird das Ventil 1 bei inaktiver Ventil-
Betätigungseinrichtung in Verschlußstellung gehalten.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung funktioniert wie
folgt.
Die Piezopumpe 6 wirkt unter elektrischer Beaufschlagung der
einzelnen Piezoelemente 13 als eine hochfrequente Pumpe, die
durch eine oszillierende Bewegung des Verdrängerelementes 14
Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 8 über das Ein
wegeventil 10 sowie die Förderkammer 9 und anschließend das
Einwegeventil 5 in die Hydraulikkammer 2 transportiert, um
dadurch das Ventil 1 zu öffnen. Voraussetzung für ein Öffnen
des Ventiles 1 ist ein geschlossenes 2/2-Wege-Schaltventil
7.
Zum Schließen eines geöffneten Gaswechselventiles 1 wird die
Piezopumpe 6 elektrisch inaktiv geschaltet bei gleichzeiti
gem Öffnen des 2/2-Wege-Schaltventiles 7. Die in der Hydrau
likkammer 2 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit kann
über die Öffnung 17 sowie das geöffnete 2/2-Wege-
Schaltventil 7 in den Hydraulik-Vorratsbehälter 8 abfließen,
wodurch das Gaswechselventil 1 unter der Kraft der Feder 19
schließt. Durch eine Erhöhung des Durchströmungswiderstandes
innerhalb der Öffnung 17 der Hydraulikkammer 2 wird die Ver
schiebegeschwindigkeit des Ventilschaftes beim Schließen des
Gaswechselventiles 1 verringert, wodurch ein Aufschlagen des
Ventiles des Gaswechselventiles 1 auf den Ventilsitz verhin
dert wird.
Das 2/2-Wege-Schaltventil 7 wird in Kombination mit der
elektrischen Beaufschlagung der Piezopumpe 6 derart gesteuert
bzw. geregelt, dass ein periodisches Öffnen und Schlie
ßen des Gaswechselventiles 1 voll variabel erfolgen kann.
Die Ausführung der Einrichtung nach Fig. 3 unterscheidet
sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch, dass anstelle eines
2/2-Wege-Schaltventiles 7 ein elektrisches Strom-Regelventil
20 eingesetzt ist. Dieses Volumenstrom-Regelventil 20 ermög
licht bei Einstellung eines elektrischen Stroms eine Verzö
gerung der Entleerungsgeschwindigkeit der Hydraulikkammer 2,
wenn sich das Gaswechselventil 1 seiner Schließstellung nä
hert. Dadurch kann bei der Hydraulikkammer 2 gegenüber der
Ausführung in Fig. 2 das Vorsehen einer zusätzlichen Entlee
rungsöffnung 17 entfallen, wodurch dann zwangsläufig die
Einwegefunktion der Hydraulikkammer-Zuführöffnung 16 aufge
hoben sein muss.
Bei einer Ausgestaltung der Einrichtung nach Fig. 2 ist in
Fig. 4 der Schaft des Ventiles 1 mit einem Wegsensor 21 ver
bunden. Desweiteren ist dort das 2/2-Wege-Schaltventil 7 in
einer konstruktiv konkreten Ausführungsform dargestellt.
Die konkrete konstruktive Ausgestaltung des 2/2-Wege-
Schaltventiles 7 besteht dort in einer elektromagnetisch be
tätigbaren Ventil-Schalteinrichtung.
Der Wegsensor 21 ist als induktiver Wegsensor ausgebildet.
Das 2/2-Wegeventil-Schaltventil 7 wird in Abhängigkeit der
Wegesignale des Wegsensors 21 betätigt.
Die Ausführung nach Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. 4 lediglich durch eine andere Art des Wegsensors,
der dort als Wirbelstromwegsensor 22 ausgebildet ist.
Bei der Einrichtung nach Fig. 6 betätigt eine Piezopumpe 6
über ein Mehrwege-Schaltventil 23 mehrere Gaswechselventile
1. Das Schaltventil 23 wird über Elektromagnetstellantriebe
24 derart betätigt, dass die beiden Gaswechselventile 1 je
weils öffnend oder schließend hydraulisch beaufschlagt wer
den. Dieses als Schieberventil ausgebildete Schaltventil 23
kann auch piezoelektrisch realisiert werden, falls die
Schaltdynamik es erfordert.
In dem Hydraulik-Vorratsbehälter 8 kann die Hydraulikflüs
sigkeit unter Druck gehalten sein, wozu in Fig. 6 eine auf
das Innere des Vorratsbehälters 8 einwirkende Hydraulikpumpe
25 gezeigt ist. Der Kompressionsdruck für den Vorratsbehäl
ter 8 kann selbstverständlich einer beliebigen Druckquelle,
die beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug aus anderen Grün
den bereits vorhanden ist, entnommen werden. Durch eine
Druckbeaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit in dem Vorrats
behälter 8 läßt sich der Temperatureinfluß auf das Saugver
halten der Piezopumpe 6 minimieren. Bei der Verwendung einer
Hydraulikpumpe 25 können Leckageverluste einfach ausgegli
chen werden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein als Sperrven
til dienendes 2/2-Wegeschaltventil 27 nockenwellenbetätigt
arbeitet. Ein solcher nockenwellenbetätigter Betrieb des
2/2-Wege-Schaltventiles 27 kann beim Betätigen eines als
Auslaßventil fungierenden Gaswechselventils 1 eines Verbren
nungsmotors zweckmäßig sein, das bei einem Bremsbetrieb des
Verbrennungsmotors in bekannter Weise häufiger betätigt wird
als bei Motorantriebsbetrieb.
Bei einem Bremsbetrieb des Motors, bei dem die Gaswechsel-
Auslaßventile 1 für eine zusätzliche Aufladung und Dekom
pression mehrfach im Vergleich zu dem Antriebsmotorbetrieb
betätigt werden, müssen die Auslaßventile 1 in einem unter
Druck stehenden Zustand geöffnet werden. Um den Förderraum 9
der Piezopumpe 6 nicht diesem erhöhten Druck aussetzen zu
müssen, kann - wie in Fig. 8 gezeigt - für die Steuerung der
betreffenden Auslaßventile 1 im Motorbremsbetrieb ein zu
sätzlicher, beispielsweise nockenwellenbetätigter Hydrauli
kaktuator 26 vorgesehen sein. Dieser Hydraulikaktuator 26
ist mit dem Hydraulikraum 2 in einem Bereich zwischen dem
2/2-Wege-Schaltventil 7; 27 bzw. dem alternativ eingesetzten
Regelventil 20 und der Zugangs-Öffnung 16 verbunden. Die
Piezopumpe 6 ist derart betätigbar, dass sie jeweils inaktiv
geschaltet ist, wenn der Hydraulikaktuator 26 zum Öffnen des
Ventiles 1 aktiv ist.
Ein erfindungsgemäß variabel arbeitender Stellantrieb weist
insbesondere folgende Vorteile auf.
- 1. a: es ist eine gute Systemdynamik durch die hochdynamisch arbeitende Piezopumpe und eine Druckbeaufschlagung des Hydraulikflüssigkeits-Vorratsbehälters gegeben. Ein Hochdruckspeicher ist nicht erforderlich. Das Saugverhalten der Piezopumpe unterliegt lediglich minimalen Temperatur einflüssen. Damit ist eine Anwendung des erfindungsgemä ßen Stellantriebes über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors möglich.
- 2. b: es ist eine volle Variabilität der Öffnung der Gaswech
selventile gegeben, wie:
- - kontinuierliche Phasenverschiebung der Ventilerhebung,
- - variable Hubeinstellung und Ventilöffnungsdauer,
- - variable Ventilöffnungszeit und Ventilschließzeit,
- - Zylinderabschaltung.
- - höheren Leistungen und Drehmomenten des Verbrennungs motors,
- - einem geringen Verbrauch,
- - Reduzierung der Emissionen.
- - c: es liegt eine Reduzierung der Anzahl der Bauteile vor, nämlich
- - eine Nockenwelle ist nicht erforderlich,
- - hydraulische Ventilspielausgleichselemente entfallen,
- - es kann auf eine Ventilbremse bei einer Ventilwegemes sung verzichtet werden.
- - d: bei der Montage der erfindungsgemäßen Bauelemente besteht eine große Flexibilität.
- - e: es liegt lediglich eine geringe hydraulische Geräuschent wicklung und ein geringer Energieverbrauch vor, da die Piezopumpe ausschließlich phasenweise zum Öffnen der Gas wechselventile arbeitet.
- - f: das stromab des Gaswechselventils innerhalb des Hydrau likflüssigkeitskreislaufes liegende Sperrventil unter liegt reduzierten Dynamikanforderungen aufgrund der va riabel, d. h. diskontinuierlich arbeitenden Piezopumpe, so dass dieses Sperrventil elektromagnetisch betätigbar sein kann.
- - g: in dem Hydraulikflüssigkeitskreislauf ist stromauf des Gaswechselventils kein zusätzliches Sperrventil erforder lich, das bei konventioneller hydraulischer Ventilsteue rung hoch dynamisch arbeiten muss.
- - h: es ist eine hohe Regelgenauigkeit bei Anwendung einer Wegmessung der Gaswechselventile möglich, da hierdurch Störgrößen wie Hysterese, Arbeitsfrequenz, Leckverluste und Temperatur kompensiert werden können.
- - l: eine hydraulische und/oder mechanische Hubübersetzung zwischen den unterschiedlichen Hüben eines piezoelektri schen Stellantriebes und den Gaswechselventilen ist nicht erforderlich, da die Piezopumpe ein dem Hubweg der Gas wechselventile entsprechendes Hydraulikvolumen durch ihre hohe Arbeitsfrequenz problemlos fördern kann.
Claims (9)
1. Hydraulischer Stellantrieb zum Betätigen der Gaswechsel
ventile eines Verbrennungsmotors, bei dem die Gaswechselven
tile durch von einer Förderpumpe in einen offenen, mit einem
Vorratsbehälter versehenen Kreislauf geförderte Hydraulik
flüssigkeit betätigt werden, indem die Kreislaufströmung zum
Öffnen oder Schließen mindestens eins Gaswechselventiles
stromab dieses Gaswechselventiles durch ein geschlossen ge
schaltetes Sperrventil unterbrochen ist und der Förderstrom
dadurch nach dem Verdrängerprinzip ein dem geförderten Flüs
sigkeitsvolumen proportionales Öffnen oder Schließen des
Ventiles bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Förderpumpe (6) diskontinuierlich mit ausschließ
lich direkter hydraulischer Verbindung zu dem zu betätigen
den Gaswechselventil (1) fördert, wobei eine hydraulische
Betätigung des Gaswechselventiles (1) ausschließlich bei
stromab des zu betätigenden Gaswechselventiles (1) unterbro
chener Kreislaufströmung erfolgen kann.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Förderpumpe (6) bei - durch ein auf Durchfluss ge
schaltetes Sperrventil (7) - nicht unterbrochener Kreislauf
strömung ausgeschaltet ist.
3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Förderpumpe (6) mit piezoelektrischen, magneto
striktiven und/oder elektrochemischen Aktoren (13) als För
derelementen ausgebildet ist.
4. Stellantrieb nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schaft des Gaswechselventils (1) in eine durch Hy
draulikflüssigkeit ausgefüllte, mit einer die Hydraulikflüs
sigkeit in den Vorratsbehälter (8) zurückführenden Leitung
(4) stromauf des Sperrventiles in Verbindung stehenden Ven
til-Hydraulikkammer (2) verschiebbar dicht eintaucht und
dort zum Öffnen und Schließen des Gaswechselventiles (1) un
ter von der Hydraulikflüssigkeit bewirkter Vergrößerung bzw.
Verkleinerung der Hydraulikkammer (2) verschoben wird und
dass von der Hydraulikflüssigkeit zur Verkleinerung der Hy
draulikkammer (2) im Vergleich zur Vergrößerung dieser Hy
draulikkammer (2) ein größerer Strömungswiderstand zu über
winden ist.
5. Stellantrieb nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sperrventil zur Ermöglichung unterschiedlicher
Strömungswiderstände beim Befüllen und Entleeren der Ventil-
Hydraulikkammer als ein Regelventil (20) ausgebildet ist.
6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Wegsensor (21, 22) zur Bestimmung des Verschiebewe
ges des Gaswechselventiles (1) vorgesehen ist und dass das
Sperrventil (7, 20) in Abhängigkeit der durch diesen Sensor
(21, 22) ermittelten Lagen des Schaftes des Gaswechselventi
les (1) geregelt wird.
7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei diesem Stellantrieb durch eine Förderpumpe (6) mit
Hilfe eines Mehrwege-Sperrventils (23) oder mehrerer einzel
ner Sperrventile (7) mehrere Gaswechselventile (1) betätig
bar sind.
8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Innere des Hydraulik-Vorratsbehälters (8) unter
Druck steht.
9. Stellantrieb zum Steuern der Gaswechselventile eines Ver
brennungsmotors nach einem der Ansprüche 3 bis 8 für einen
Antriebs- und Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors, wobei die
Auslaß-Gaswechselventile im Bremsbetrieb des Motors jeweils
während des Motoraufladungs- und gegebenenfalls Dekompressionsvorganges
Ansaugvorganges einen im Vergleich zu dem Mo
tor-Antriebsbetrieb zusätzlichen Öffnungs-/Schließzyklus ab
solvieren,
dadurch gekennzeichnet,
dass für das Steuern der zusätzlichen Öffnungs-
/Schließzyklen der Auslaß-Gaswechselventile (1) im Motor
bremsbetrieb ein jeweils getrennt von der Piezopumpe (6) ar
beitender Hydraulikaktuator (26) auf die Hydraulikflüssig
keit in den Hydraulikkammern (2) der Auslaß-
Gaswechselventile (1) einwirken kann, während innerhalb die
ser Einwirkzeit das mindestens eine Piezoelement (13) der
Piezopumpe (6) jeweils inaktiv geschaltet ist.
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