DE60022530T2 - Vorrichtung zum steuern vom zumindest einem motorventil in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum steuern vom zumindest einem motorventil in einer brennkraftmaschine Download PDF

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

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Description

  • GEGENSTAND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern wenigstens eines Motorventils eines Verbrennungsmotors gemäß dem kennzeichnenden Teis von Patentanspruch 1.
  • Motorventil bedeutet hier ein Einlassventil oder ein Auslassventil für eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors.
  • Die Bewegungen solcher Motorventile werden herkömmlicherweise durch eine Nockenwelle mittels Nocken gesteuert, deren Profil diese Bewegungen steuert, wobei die Nockenwelle über einen Antrieb durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. Bei einer solchen herkömmlichen Steuerung sind viele Parameter, welche sich auf die Motorventile beziehen, relativ zueinander nicht veränderlich. Beispielsweise können die Öffnungs- und Schließzeiten der Motorventile nicht mit der Motorgeschwindigkeit variiert werden. Ein Motor kann daher nicht dazu gebracht werden, einen optimalen Betrieb über seinen ganzen Geschwindigkeitsbereich zu erreichen.
  • Eine Vielzahl mechanischer Systeme ist dafür entwickelt worden, eine flexiblere Steuerung der Motorventile zu erreichen. Solche Systeme sind im Betrieb zuverlässig und relativ unkompliziert, aber führen nicht zu einer vollständig variablen Steuerung der Ventilhübe und Öffnungs- und Schließzeiten von Motorventilen.
  • Es sind auch elektrische Systeme zur Steuerung der Motorventile entwickelt worden. In diesen Fällen werden Bewegungen des Motorventils durch Elektromagnete gesteuert. Solche Systeme können die Öffnungs- und Schließzeiten des Motorventils variabel bzw. veränderlich steuern, wobei jedoch ein teilweises Anheben der Motorventile schwierig zu erreichen ist. Es ist auch schwierig, mit Elektromagneten eine ausreichende Kraft auszuüben, um zu bewirken, dass das Ventil angehoben wird, wenn der Gasdruck in der Brennkammer hoch ist.
  • Schlussendlich sind hydraulische Steuersysteme für Motorventile bekannt. Hydraulische Systeme ermöglichen es, Öffnungs- und Schließzeiten und Hübe des Motorventils zu variieren. Die bekannten hydraulischen Systeme arbeiten auf einem im wesentlichen konstanten Hochdruck. Es werden eine Hydraulikpumpe und ein Druckbegrenzerventil verwendet, um diesen hohen Druck auf ein Hydraulikfluid auszu üben, welches in einem Akkumulator bzw. Speicher gespeichert ist. Wenn ein Motorventil in eine geöffnete oder geschlossene Stellung bewegt werden soll, wird ein Steuerventil geschaltet, so dass druckbeaufschlagte Hydraulikflüssigkeit in einem Kreis zu einem Hydraulikzylinder geführt wird, in welchem die Hydraulikflüssigkeit den Kolben bewegt. Das Problem bei solchen Systemen besteht darin, dass sie einen im wesentlichen konstanten hohen Druck benötigen, was an sich bereits bedeutet, dass solch ein System einen relativ hohen Energieverbrauch hat. Der hohe Druck und das Erfordernis, dass das System vollständig dicht ist, stellen hohe Anforderungen an die Dichtungen, welche einen Teil des Systems bilden.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Steuern eines Motorventils bereitzustellen, welche es ermöglicht, dass die Motorventilöffnungs- und Schließanordnung im Wesentlichen vollständig variabel ist, und welche zugleich einen niedrigen Energieverbrauch aufweist und keine teuren Dichtungen benötigt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die eingangs genannte Anordnung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pumpe dazu ausgestaltet ist, während eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors eine im wesentlichen konstante Strömung an Medium kontinuierlich in wenigstens einem Teil des Kreises zirkulieren zu lassen, und dadurch, dass das Steuerventil dazu ausgebildet ist, soweit erforderlich, die Strömung des mittels der Pumpe zirkulierenden Mediums zu dem Kraftglied zu steuern, so dass letzteres das Motorventil in einer gewünschten Richtung bewegt. Der Vorteil einer kontinuierlich zirkulierenden Strömung von Medium liegt darin, dass das Medium schon eine gewisse Geschwindigkeit in dem Kreis besitzt. Eine schnelle Bewegung des Motorventils in eine gewünschte Richtung wird dadurch erreicht, dass solch ein schon zirkulierendes Medium zu dem Kraftglied gelenkt wird. Der Druckabfall in dem Kreis kann durch Ausstatten des Hydraulikkreises mit großen Strömungsquerschnitten auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Die Pumpe benötigt daher vergleichsweise wenig Energie, um das Medium kontinuierlich in dem Kreis zirkulieren zu lassen. Da ein hoher Druck nur für kurze Zeiträume benötigt wird, wenn die Motorventile durch das Medium beschleunigt werden, kann die Anordnung vollständig oder im wesentlichen vollständig ohne Dichtungen aufgebaut werden. Zusätzlich können in dem Kreis eingesetzte Komponenten mit vergleichsweise großen Toleranzen hergestellt werden. Die möglichen Vorteile umfassen, dass die Anordnung vergleichsweise unempfindlich gegenüber thermischen Vibrationen und unempfindlich gegenüber jeglichen Verunreinigungen in dem Öl ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Steuerventil mindestens zwei mögliche Stellungen auf, wobei eine erste Stellung dazu führt, dass eine Strömung des Mediums so geführt wird, dass das Kraftglied das Motorventil in einer ersten Richtung bewegt, und eine zweite Stellung dazu führt, dass das Kraftglied das Motorventil in einer zweiten Richtung bewegt. Damit ein solches Steuerventil richtig funktioniert, muss es schnell zwischen den zwei Stellungen bewegbar sein. Die in dem Kreis eingesetzten Komponenten benötigen daher relativ große Strömungsquerschnitte, so dass eine große Menge an Medium das Kraftglied ohne erhebliche Einengungs- bzw. Konstruktionsverluste erreichen kann. Vorteilhafterweise umfasst das Kraftglied einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder mit einem Innenraum, der in eine erste und eine zweite Kammer durch einen Kolben unterteilt ist, welcher innerhalb der Kammer bewegbar ist und welcher mit dem Motorventil verbunden bzw. gekoppelt ist, wobei das Steuerventil dazu ausgelegt ist, in der ersten Stellung das zirkulierende Medium zu der ersten Kammer zu führen und in der zweiten Stellung das zirkulierende Medium zu der zweiten Kammer zu führen. Das zirkulierende Medium kann daher abwechselnd mittels des Steuerventils zu der ersten und der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders geführt werden, um den Kolben in eine gewünschte Richtung zu bewegen, und damit das mit dem Kolben gekoppelte Motorventil.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Steuerventil eine dritte mögliche Stellung auf, bei welcher vorgesehen ist, dass die Strömung des Mediums so gerichtet ist, dass sie das Kraftglied nicht erreicht. Ein Schalten des Steuerventils aus seiner ersten oder zweiten Stellung in die dritte Stellung verhindert, dass das Medium die erste und zweite Kammer erreicht. Eine Bewegung des Kolbens und des Motorventils wird dadurch angehalten. Vorzugsweise verhindert das Steuerventil in der dritten Position auch jegliche Strömung zu und von der ersten und zweiten Kammer. Der Kolben und das Motorventil werden daher zwingend in ihren vorhandenen Stellungen gehalten. Ein solches Schalten auf die dritte Stellung mag automatisch durchgeführt werden, wenn das Motorventil einen vollständig geöffneten oder geschlossenen Zustand angenommen hat. Alternativ mag ein solches Schalten auch dann geschehen, wenn ein sogenanntes teilweises Anheben gewünscht wird, d.h., wenn es nicht gewünscht wird, dass das Ventil voll öffnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Auslassleitung in dem Zylinder angeordnet, und es wird zugelassen, dass das in die jeweilige Kammer strömende Medium über diese Auslassleitung austritt, wenn der Kolben sich in eine bestimmte Stellung in der Kammer bewegt hat. Die Verwendung einer solchen Auslassleitung bedeutet, dass das Steuerventil nur zwei Stellungen zum Steuern des Motorventils benötigt, wodurch ermöglicht wird, das Steuerventil mit einem kurzen Hub zwischen den beiden Stellungen auszubilden. Dies kann ein Vorteil sein, da das Steuerventil in der Lage sein muss, schnell zu schalten, um innerhalb einer kurzen Zeitspanne große Strömungsquerschnitte freizugeben. Solch ein Auslass baut automatisch eine zirkulierende Strömung des Mediums auf, wenn der Kolben eine Endstellung erreicht. Vorteilhafterweise umfasst der Auslass ein Drosselventil. Solch ein Drosselventil stellt dem Medium einen bestimmten Druck in der Auslassleitung zur Verfügung. Der Druck des Mediums in der jeweiligen Kammer in dem Zylinder wird daher gleich diesem Druck. Dieser Druck des Mediums wirkt auf den Kolben, um das Motorventil in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung zu halten. Solch ein Drosselventil kann einstellbar sein, so dass der Druck in der Auslassleitung verändert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Zylinder Mittel, welche dazu vorgesehen sind, die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder zu dämpfen, wenn oder unmittelbar bevor dieser eine Endstellung erreicht, die einem vollständig offenen oder geschlossenen Motorventil entspricht. Da der Kolben eine hohe Geschwindigkeit benötigt, um das Motorventil schnell zu schalten, muss der Kolben an seinen Endstellungen gedämpft werden, um zu verhindern, dass er übergroßen Spannungen unterworfen wird. Diese Dämpfungsmittel können umfassen, dass mindestens ein Teil des Kolbens mit einer Querschnittsfläche bereitgestellt wird, welche zum Ende des Kolbens hin kleiner wird und dazu ausgebildet ist, in einer Ausnehmung aufgenommen zu werden. Die stetig abnehmende Querschnittsfläche des Kolbens, der in eine Ausnehmung eingeführt wird, bewirkt, dass das Medium, das in der Ausnehmung am Ende des Kolbens eingeschlossen wird, durch eine Öffnung mit einer sich stetig verkleinernden Querschnittsfläche hindurchläuft. Auf diese Art kann der Kolben mit einer Dämpfung ausgestattet werden, wenn er seine Endstellung erreicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuerventil dazu ausgebildet, durch elektrische Signale von einer Steuereinheit gesteuert zu werden. Das Steuerventil kann Solenoide umfassen, welche das Steuerventil in eine gewünschte Stellung gemäß den von der Steuereinheit empfangenen elektrischen Signalen schalten. Die die elektrischen Signale ausgebende Steuereinheit kann eine Computereinheit sein, welche Information über den jeweiligen Verbren nungsmotor verwendet, um die Bewegungen des Motorventils zu steuern, so dass ein so nahe wie möglich am Optimum befindlicher Betrieb des Motors auf der Basis verschiedener Betriebsparameter für den Motor erreicht wird. Beispiele dafür, wie der Motor gesteuert werden kann, umfassen Einrichtungen zum Abgasbremsen, für abwechselnden Betrieb als Zweitakt- oder Viertakt-Motor, zum Verwenden von sogenannter interner EGR (englisch: "exhaust gas recirculation"; wobei Abgase dazu vorgesehen sind, in dem Zylinder vor dem nächsten Ansaughub zurückgehalten zu werden) sowie für einen optimierten Betrieb in Bezug auf Wirtschaftlichkeit oder Leistungsanforderungen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Haltevorrichtung dafür ausgebildet, das Motorventil zwingend in einer gewünschten Position zu halten. In Fällen, in denen das zirkulierende Medium nicht genügend Kraft bereitstellt, um das Motorventil in einer geschlossenen Position zu halten, kann solch eine Haltevorrichtung zusätzliche Kräfte, wie benötigt, bereitstellen. Solch eine Haltevorrichtung kann einen Elektromagneten umfassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden durch Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1a – c eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Steuerventil in verschiedenen Stellungen zeigt.
  • 2 schematisch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 3a – d genauer zeigen, wie die Anordnung aus 2 umgesetzt bzw. implementiert werden kann.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die unten beschriebene Ausführungsform betrifft einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einen Mehrzylinder-Dieselmotor mit Kolben und Zylindern zur Verwendung als Antriebsmotor in einem Schwerlastfahrzeug, wie beispielsweise einem Laster oder einem Bus. Da alle Motorzylinder von gleichem Aufbau sind, wird der Aufbau nur anhand eines von ihnen beschrieben werden, was auch bedeutet, dass die Erfindung in einem Einzylinder-Motor verwendet werden kann.
  • Die 1a – c zeigen eine erste Ausführungsform eines Hydraulikkreises, der dazu ausgebildet ist, ein Motorventil zwischen mindestens einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung zu steuern. Der Hydraulikkreis(-lauf) umfasst eine Pumpe 1, welche dazu ausgebildet ist, ein im wesentlichen konstantes Volumen eines Mediums, vorzugsweise Öl, in dem Kreis zu pumpen. Der Kreis umfasst auch ein Steuerventil 2, welches, nach Bedarf in drei unterschiedliche Stellungen versetzt werden kann. Das Steuerventil 2 kann daher das Medium in drei unterschiedlichen Richtungen in dem Kreis führen, um die Bewegungen eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 3 zu steuern. Der Hydraulikzylinder 3 umfasst einen Innenraum, welcher in eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5 durch einen Kolben 6 unterteilt ist, welcher in der Kammer bewegbar ist. Der Kolben 6 ist über eine Kolbenstange 7 mit einem Motorventil verbunden bzw. gekoppelt, welches in den 1a – c nicht dargestellt ist. Das Motorventil ist mittels des Hydraulikzylinders 3 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbar. Solch ein Motorventil ist benachbart zu einer Brennkammer des Verbrennungsmotors angeordnet. Das Motorventil kann ein Einlassventil sein, welches ausgestaltet ist, um den Einlass von Luft und/oder eines Brennstoff-/Luft-Gemischs in die Brennkammer zu steuern. Alternativ kann das Motorventil ein Auslass- bzw. Abgasventil sein, das ausgestaltet ist, um den Auslass von Abgasen aus der Brennkammer zu steuern, welche sich während des Verbrennungsprozesses gebildet haben. Der Kreis kann auch einen Mediumspeicher 8 umfassen, in welchem das Medium gespeichert wird. Ferner sind in dem Kreis ein Druckbegrenzerventil 9 und ein Filter 10 angeordnet. Die alleinige Funktion des Druckbegrenzerventils 9 ist es, als ein Sicherheitsventil zu dienen, um zu verhindern, dass übergroßer Druck in dem Kreis als Ergebnis eines möglichen Fehlers auftritt. Daher hat das Druckbegrenzerventil 9 im normalen Betrieb keine unmittelbare Funktion.
  • 1a zeigt das Steuerventil 2 in einer ersten Stellung. Das Steuerventil 2 umfasst zwei Solenoide 11, die ausgestaltet sind, um das Steuerventil in eine gewünschte Stellung zu bewegen. Die Solenoide 11 empfangen Steuersignale von einer Steuereinheit, welche ausgestaltet ist, die Motorventile zu steuern, so dass der Verbrennungsmotor einen Betrieb erreicht, welcher so nahe wie möglich am Optimum liegt. In dieser Situation wird das Medium von der Pumpe 1 in dem Kreis(-lauf) durch das Steuerventil 2 zur ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich verbindet das Steuerventil 2 die zweite Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 mit dem Mediumspeicher 8. Das Medium kann daher aus der zweiten Kammer 5 ausströmen, und zwar über eine Rückflussleitung 12 zurück zum Mediumspeicher 8, während zugleich Medium in die erste Kammer 4 fließt. Das Einströmen des Mediums bewegt daher den Kolben 6 in einer ersten Richtung nach unten. Da die Kolbenstange 7 mit dem Motorventil gekoppelt ist, bewegt sich auch letzteres. Das Motorventil kann daher beispielsweise von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegt werden.
  • 1b zeigt das Steuerventil 2 in einer zweiten Stellung. In dieser zweiten Stellung wird die Strömung des Mediums von der Pumpe 1 über das Steuerventil 2 zur zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich ist die erste Kammer 4 mit der Rückflussleitung 12 verbunden, so dass das Medium in der ersten Kammer 3 zum Mediumspeicher 8 zurückgeführt wird. Die Strömung des Mediums bewegt daher den Kolben 6 in 2b nach oben. Dies bewirkt, dass die mit dem Kolben 6 verbundene Kolbenstange 7 das Motorventil in eine entgegengesetzte Richtung im Vergleich zu derjenigen aus 1a bewegt. Das Motorventil wird daher beispielsweise von einer vollständig geöffneten in eine geschlossene Stellung bewegt.
  • 1c zeigt das Steuerventil in einer dritten Stellung. Das Steuerventil 2 nimmt diese dritte Stellung vorzugsweise automatisch dann ein, wenn der Kolben 6 in dem Hydraulikzylinder 3 eine Endstellung erreicht hat, die einem vollständig geschlossenen oder geöffneten Motorventil entspricht. Das Steuerventil 2 kann auch diese dritte Stellung einnehmen, wenn ein sogenanntes teilweises Anheben anstelle eines vollständigen Öffnens eines Motorventils gewünscht wird. Wenn der Kolben 6 so eine Stellung erreicht hat, verhindert das Steuerventil 2 eine weitere Strömung des Mediums in die zwei Kammern 4, 5. Zur gleichen Zeit hält das Steuerventil 2 das Medium zurück, welches sich bereits in der ersten Kammer 4 und der zweiten Kammer 5 befindet. Sowohl der Kolben 6 als auch das Motorventil werden daher zwingend in ihren bestehenden Stellungen gehalten. In der dritten Stellung des Steuerventils wird das Medium von der Pumpe 1 über das Steuerventil 2 und die Rückflussleitung 12 zum Mediumspeicher 8 zurückgeführt. Selbst dann, wenn der Kolben 6 keine Bewegung durchführt, wird eine im wesentlichen konstante Strömung von Medium kontinuierlich durch die Pumpe 1 in dem Kreis gepumpt.
  • Wenn es gewünscht wird, dass das Motorventil aus der Position in 1c bewegt werden soll, wird ein elektrisches Steuersignal von der Steuereinheit den Solenoiden 11 zugeführt. Die Solenoide 11 schalten das Steuerventil 2 auf die erste oder die zweite Stellung, so wie es gewünscht wird. Das zirkulierende Medium, welches in dem Kreis schon eine Geschwindigkeit hat, wird daher schnell zu der jeweiligen Kammer 4, 5 geführt, so dass die gewünschte Bewegung des Motorventils mit einer hohen Geschwindigkeit erreicht werden kann. Es ist vorteilhaft, eine Pumpe 1 zu verwenden, welche eine feste Verdrängung hat und welche mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. Dem Motorventil kann daher eine Schaltgeschwindigkeit bereitgestellt werden, welche proportional zur Motorgeschwindigkeit ist. Da der Druck in dem Kreis nur für kurze Zeitperioden hoch ist, welche der Beschleunigungsbewegung des Kolbens 6 entsprechen, kann der Kreis relativ große Toleranzen umfassen, ohne eine überhöhte Leckage zu zeigen. Daher kann auf Dichtungen verzichtet werden. Die Möglichkeit, relativ große Toleranzen zu haben, verringert die Reinheitsanforderungen an das Medium. Dies macht es beispielsweise möglich, Motoröl als Medium zu verwenden und den Mediumspeicher 8 in Form eines vorhandenen Ölsumpfes auszubilden.
  • 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Anordnung. In diesem Fall führt eine Pumpe 1 eine Strömung von Medium zu einem Steuerventil 2, welches zwei mögliche Stellungen aufweist. Nach Durchlaufen des Steuerventils 2 kann das Medium alternativ zu einer ersten Kammer 4 oder einer zweiten Kammer 5 geführt werden. Zur gleichen Zeit wird die Kammer 4, 5, welche nicht mit dem Medium versorgt wird, mit einer Rückführleitung 12 verbunden, welches das Medium zurück zum Mediumspeicher 8 führt. Ein Bewegen des Steuerventils 2 in eine erste oder zweite Stellung führt zu einer Bewegung eines Kolbens 6, welcher die Kammern 4, 5 trennt. Der Kolben 6 ist mit einer Kolbenstange 7 ausgerüstet, welche mit einem in 2 nicht gezeigten Motorventil verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 3 umfasst auch eine Auslassleitung 13. Die Auslassleitung 13 ist so angeordnet, dass sie alternativ mit der ersten Kammer 4 oder der zweiten Kammer 5 verbunden ist, und zwar unmittelbar bevor der Kolben 6 in dem Zylinder 3 eine Endstellung erreicht, welche einem vollständig geschlossenen bzw. vollständig geöffneten Motorventil entspricht. Wenn die jeweilige Kammer 4, 5 mit der Auslassleitung 13 verbunden ist, fließt Medium aus dieser Kammer 4, 5 über die Auslassleitung 13 ab. Solch eine Auslassleitung 13 verringert den Druck des Mediums auf den Kolben 6 unmittelbar bevor letzterer seine Endstellung erreicht. Die Geschwindigkeit des Kolbens 6 wird daher reduziert. Die Auslassleitung 13 umfasst ein Drosselventil 14, das ausgestaltet ist, um einen gewünschten Druck des Mediums in der Auslassleitung 13 aufrechtzuerhalten. Dies bewirkt einen entsprechenden Druck in der jeweiligen Kammer 4, 5. Die Kraft, welche den Kolben 6 und das Motorventil in einer geschlossenen oder offenen Stellung hält, kann daher durch das Drosselventil eingestellt bzw. reguliert werden. Wenn der Kolben 6 eine Endstellung erreicht hat und zum Stehen kommt, lässt die Pumpe 1 daher das Medium in dem Kreis weiter zirkulieren. In dieser Situation läuft das Medium durch die erste Kammer 4 oder die zweite Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 und durch die Auslassleitung 13 zum Mediumspeicher 8 über den Filter 10 und das Drosselventil. Wenn eine Bewegung des Motorventils in einer entgegengesetzten Richtung gewünscht wird, sendet die Steuereinheit ein elektrisches Steuersignal an die Solenoide 11, welche das Steuerventil 2 schalten. Zirkulierendes Medium wird daher von der Pumpe 1 über das Steuerventil 2 zu der jeweiligen Kammer 4, 5 geführt. Diese Strömung von Medium bewirkt, dass der Kolben 6 und daher das Motorventil in eine gewünschte Richtung bewegt werden.
  • Die 3a – d zeigen genauer einen möglichen Aufbau der Anordnung aus 2. Eine Pumpe 1 lässt ein Medium von einem Mediumspeicher 8 zu einem Steuerventil 2 zirkulieren, welches in erste und zweite Stellungen bewegt werden kann. Das Steuerventil 2 umfasst einen Innenraum, der durch einen ersten Kolben 15, einen zweiten Kolben 16 und einen dritten Kolben 17 beschrieben wird. Diese drei Kolben 15, 16, 17 sind fest mit einer beweglichen Kolbenstange 18 verbunden. Dem Medium stehen zwei alternative Einlässe 2 und drei Auslässe aus dem Steuerventil 2 zur Verfügung. Ein erster Auslass umfasst eine erste Leitung 19, die mit einer ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3 verbunden ist. Ein zweiter Auslass umfasst eine zweite Leitung 20, die mit einer zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 verbunden ist. Ein dritter Auslass umfasst eine dritte Leitung 12, welche das Medium zurück zum Mediumspeicher 8 führt. Der Hydraulikzylinder 3 umfasst einen Kolben 6, welcher einen oberen Kolbenbereich 21 und einen unteren Kolbenbereich 22 umfasst. Die oberen und unteren Kolbenbereiche 21 bzw. 22 zeigen Querschnittsflächen, welche zu den Endoberflächen des Kolbens hin kleiner werden. Der hydraulische Zylinder 3 umfasst eine obere Aussparung 23 und eine untere Aussparung 24, welche jeweils ausgestaltet sind, um die oberen und unteren Kolbenbereiche 21 und 22 aufzunehmen. Der Kolben 6 beinhaltet eine Kolbenstange 7, deren unteres Ende mit einem Motorventil 25 verbunden ist. Der hydraulische Zylinder 3 beinhaltet eine Auslassleitung 13 mit einem Drosselventil 14.
  • 3a zeigt die die Strömung des Mediums führenden Leitungen in dem Kreis schattiert, mit einem vollständig geschlossenen Motorventil und einem Steuerventil 2 in einer zweiten Stellung. In diesem Fall wird das Medium von dem Mediumspeicher 8 mittels der Pumpe 1 über den unteren Einlass zu einer unteren Kammer 26 in dem Steuerventil 2 geführt. Der obere Kolben 15 verhindert, dass Medium in eine obere Kammer 27 des Steuerventils 2 geführt wird. Nachdem es durch die untere Kammer 26 gegangen ist, wird das Medium durch die zweite Leitung 20 zur zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 geführt. In dieser Situation befindet sich der Kolben 6 in seiner oberen Endstellung. Die zweite Kammer 5 ist daher mit der Auslassleitung 13 verbunden. Das in die Kammer 5 strömende Medium läuft durch die Auslassleitung 13 aus, und zwar über das Drosselventil 14 zurück zum Mediumspeicher 8. Der Druck des Mediums in der Auslassleitung 13 wird durch das Drosselventil 14 bestimmt. Der gleiche Druck herrscht in der zweiten Kammer 5 vor und bestimmt auch die Kraft, welche das Motorventil 25 in einer geschlossenen Position hält.
  • In 3b hat sich das Steuerventil 2 in eine erste Stellung bewegt. Das zirkulierende bzw. umlaufende Medium wird, wie durch die Schattierung dargestellt, von der Pumpe 1 zu der oberen Kammer 27 in dem Steuerventil 2 geführt. Der Kolben 17 verhindert, dass das Medium in die untere Kammer 26 geführt wird. Von der oberen Kammer 27 passiert das Medium die erste Leitung 19 zu der ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3. Das in die erste Kammer 4 strömende Medium drückt den Kolben 6 nach unten und bewegt daher auch das Ventil 25 aus einer geschlossenen in eine offene Stellung. Das Steuerventil 2 in dieser ersten Stellung erlaubt es dem Medium in der zweiten Kammer 5 des hydraulischen Zylinders 3, durch die zweite Leitung 20 über den unteren Raum 26 in dem Steuerventil 2 zu der Rücklaufleitung 12 und dem Mediumspeicher 8 zurückgeführt zu werden. Diese Strömung des Mediums ist durch den gepunkteten Bereich in 3b dargestellt.
  • In 3c hat das Motorventil 25 seine vollständig offene Stellung erreicht. Das Medium in der ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3 ist nun mit der Auslassleitung 13 verbunden worden. Das in die Kammer 3 strömende Medium wird durch die Auslassleitung 13 und das Drosselventil 14 zurück zum Mediumspeicher 8 geführt. Die Verbindung zur Auslassleitung 13 öffnet im Wesentlichen unmittelbar, bevor der Kolben 6 seine untere Endstellung erreichte. Das Medium, das durch die Auslassleitung 13 treten kann, hat den Mediumdruck auf den Kolben 6 verringert. Die Geschwindigkeit des Kolbens 6 wurde daher abgebremst, bevor er seine untere Endstellung erreicht hat. Der Kolben 6 zeigt einen unteren Kolbenbereich 22 mit einer Querschnittsfläche, welche zum Ende des Kolbens hin kleiner wird. Der untere Kolbenbereich 22 ist ausgestaltet, um in einer unteren Aussparung 24 in dem Zylinder 3 aufgenommen zu werden, bevor der Kolben seine Endstellung erreicht. Das in der Ausnehmung 24 befindliche Medium wird daher nach oben gedrückt und wird durch eine Lücke mit stetig kleiner werdendem Querschnitt hindurchgehen. Die Geschwindigkeit des Kolbens 6 wird also auf diese Art gedämpft, bevor der Kolben 6 seine Endstellung mit einem Motorventil in einer voll geöffneten Stellung erreicht.
  • In 3d ist das Steuerventil 2 zu seiner zweiten Stellung zurückgekehrt. Das Medium wird von der Pumpe 2 zum unteren Raum 26 des Steuerventils 2 zurückgeführt.
  • Danach wird das Medium durch die zweite Leitung 20 zum zweiten Raum 5 des Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich erlaubt das Steuerventil 2 es dem Medium in der ersten Kammer 3 (gepunktete Flächen), über die erste Leitung 19 und den oberen Raum 27 des Steuerventils 2 zur Rücklaufleitung 12 und dem Mediumspeicher 8 zu gelangen. In dieser Situation hat sich das Motorventil 25 in Richtung einer geschlossenen Stellung des Kolbens 6 bewegt. Wenn das Motorventil 25 eine vollständig geschlossene Stellung erreicht hat, kann der in 3a gezeigte Ablauf weiter durchgeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann frei innerhalb des Bereichs der Patentansprüche verändert werden.

Claims (10)

  1. Anordnung zum Steuern wenigstens eines Motorventils (25) eines Verbrennungsmotors, wobei die Anordnung einen Hydraulikkreis mit einer Pumpe (1), ein Steuerventil (2), das zum Steuern einer Strömung eines Mediums in dem Kreis ausgebildet ist, und ein Kraftglied (3) umfasst, das dazu ausgebildet ist, das Motorventil (25) zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) dazu ausgestaltet ist, während eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors eine im Wesentlichen konstante Strömung an Medium kontinuierlich in wenigstens einem Teil des Kreises zirkulieren zu lassen, und dass das Steuerventil (2) dazu ausgebildet ist, soweit erforderlich die Strömung des mittels der Pumpe zirkulierenden Mediums zu dem Kraftglied (3) zu steuern, so dass letzteres das Motorventil (25) in einer gewünschten Richtung bewegt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (2) wenigstens zwei mögliche Stellungen aufweist, nämlich eine erste Stellung, die eine Strömung des Mediums derart führt, dass das Kraftglied (3) das Motorventil (25) in einer ersten Richtung bewegt, und eine zweite Stellung, so dass das Kraftglied (3) das Motorventil (25) in einer zweiten Richtung bewegt.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftglied wenigstens einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (3) mit einem Innenraum umfasst, der in eine erste Kammer (4) und zweite Kammer (5) durch einen Kolben (6) unterteilt ist, der in dem Raum bewegbar ist und der mit dem Motorventil (25) gekoppelt ist, wobei das Steuerventil (2) dazu ausgelegt ist, in der ersten Stellung das zirkulierende Medium zu der ersten Kammer (4) zu führen und in der zweiten Stellung das zirkulierende Medium zu der zweiten Kammer (5) zu führen.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (2) eine dritte mögliche Stellung aufweist, bei welcher vorgesehen ist, dass die Strömung des Mediums derart gerichtet ist, dass sie das Kraftglied (3) nicht erreicht.
  5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auslassleitung (13) in dem Zylinder (3) angeordnet ist, so dass das Medium, das in die jeweilige Kammer (4, 5) fließt, durch die Auslassleitung (13) ausströmen kann, wenn der Kolben (6) sich in eine bestimmte Stellung in dem Raum bewegt hat.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassleitung (13) ein einstellbares Drosselventil (14) umfasst.
  7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) Mittel umfasst, die dazu ausgestaltet sind, die Bewegung des Kolbens (6) in dem Zylinder (3) zu dämpfen, wenn oder unmittelbar bevor dieser eine Endstellung erreicht, die einem vollständig geschlossenen oder offenen Motorventil (25) entspricht.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mit wenigstens einem Teil des Kolbens (6) in Wechselwirkung treten, der eine Querschnittsfläche (21, 22) darbietet, die zum Ende des Kolbens hin kleiner wird und die dazu ausgebildet ist, in einer Ausnehmung (23, 24) aufgenommen zu werden.
  9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (2) dazu ausgebildet ist, dass es von elektrischen Signalen von einer Steuereinheit steuerbar ist.
  10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung vorgesehen ist, um das Motorventil (25) zwingend in einer geschlossenen Stellung zu halten.
DE60022530T 1999-09-15 2000-09-14 Vorrichtung zum steuern vom zumindest einem motorventil in einer brennkraftmaschine Expired - Lifetime DE60022530T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9903279A SE520601C2 (sv) 1999-09-15 1999-09-15 Anordning för att styra åtminstone en motorventil hos en förbränningsmotor
SE9903279 1999-09-15
PCT/SE2000/001778 WO2001020138A1 (en) 1999-09-15 2000-09-14 Apparatus for controlling at least one engine valve in a combustion engine

Publications (2)

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