DE69027858T2

DE69027858T2 - Hydraulisches stellglied

Info

Publication number: DE69027858T2
Application number: DE69027858T
Authority: DE
Inventors: Nigel Eric Rose
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2010-08-29
Also published as: WO1991003630A1; DE69027858D1; US5287829A; EP0489796B1; ATE140515T1; ES2092510T3; EP0489796A4; EP0489796A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrostellglieder, die zum einen zur Steuerung verschiedener Mechanismen in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden können, beispielsweise für Auslaß- und Einlaßventile oder für Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, und zum anderen zur Leistungsabnahme von Hubkolben in Verbrennungsmotoren. Die Stellglieder der Erfindung können jedoch auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Servomechanismen oder zur prazisen Steuerung einer Bewegung.

Stand der Technik

Herkömmliche Verbrennungsmotoren sind mit einer Reihe verschiedener Betätigungsmechanismen zur Steuerung der Einlaßund Auslaßventile der Motorzylinder oder, bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung, zur Steuerung der Einspritzvorrichtungen ausgestattet. Bei diesen Mechanismen handelt es sich gewöhnlich um Nockenwellen, Kipphebel, Rückholfedern oder andere mechanische Stellelemente. Mechanismen dieser Art haben eine Reihe von Nachteilen und Einschränkungen; bei Ventilmotoren sind dies beispielsweise unzureichende Ventilkühlung, unzureichende Schmierung, eine mangelnde Fähigkeit, die Fluchtung der Ventile mit den Ventilsitzen aufrechtzuerhalten, eine schlechte Steuerbarkeit der Ventilbewegung und eine zu hohe Kraft zur Überwindung der Ventilschließfedern.
Die Nachteile bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sind mangelnde Flexibilität des Einspritzzeitpunkts, zu viele mechanische Komponenten im Antriebsmechanismus der Einspritzvorrichtung, eine zu große Leistungsverschwendung bei Betätigung der Einspritzvorrichtungen und ihrer Antriebsmechanismen und ein erschwerter Ein- bzw. Ausbau der Einspritzvorrichtungen und des zugehörigen Antriebsmechanismus in bzw. aus dem Motor bei Wartungsarbeiten.
Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren sind normalerweise die Hubkolben über Kolbenstangen mit einer Kurbelwelle verbunden; diese mechanische Verbindung hat jedoch Nachteile, die sich in einer eingeschränkten Übertragung der nutzbaren Energie vom Kolben auf die Kurbelwelle, hervorgerufen durch Veränderungen des Hebelarms an der Kurbelwelle von Null zu Beginn des Hubs über ein Maximum bei etwa der Hälfte des Hubs bis auf Null am Ende des Hubs äußern. Weitere Nachteile sind Reibungsverluste durch seitlichen Druck, die aufgrund der Druckwinkel der Kolbenstangen in Bezug zur Mittellinie der Zylinderbohrung beim Drehen der Kurbelwelle zu einem Verschleiß der Zylinder und Kolben führen. Außerdem kommt es durch die starre Verbindung der sich drehenden Kurbelwelle und den hin- und hergehenden Kolben durch die Kolbenstangen zu einer mangelnden Flexibilität in der Steuerung des Expansionsverhältnisses der Verbrennungsgase, was zu einem beträchtlichen Verlust bei der Wiedergewinnung nutzbarer Energie aus den Verbrennungsgasen führt.
In der schweizerischen Patentschrift Nr. 448765 wird ein Hydrostellglied mit einer Kolhenkonstruktion beschrieben, die für eine hin- und hergehende Bewegung in einer Kammer ausgelegt ist, wobei die Kolbenkonstruktion erste und zweite in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnete Kolben aufweist, welche die Kammer in ein erstes Segment zwischen dem ersten Kolben und der Kammer und ein zweites Segment zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben aufteilen. Die Kolbenkonstruktion umfaßt einen Durchgang, ein Einlaß für das Hydraulikmedium steht in Verbindung mit dem zweiten Kammersegment. Die Strömung des Hydraulikmediums durch den Durchgang und die Verbindung des ersten und des zweiten Kammersegments über das Hydraulikmedium zur Bewegung der Kolbenkonstruktion in eine erste Richtung wird über ein Ventil gesteuert. Eine Vorspannfeder wirkt der Bewegung der Kolbenkonstruktion in die erste Richtung entgegen. Mit dieser Stellglied-Anordnung kann das Hydraulikmedium jedoch nicht zu den entgegengesetzten Enden der Kol benkonstruktion strömen, um so eine Bewegung der Kolbenkonstruktion in entgegengesetzten Richtungen zu bewirken. Das Hydrostellglied dieser Patentschrift ist somit nur ein einfach wirkendes Stellglied.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Hydrostellglied bereitzustellen, das für die vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann, wo es auf eine präzise Steuerung der Bewegung ankommt. In einer Anwendung kann das Hydrostellglied der Erfindung beispielsweise zur Steuerung der Ein- und Auslaßventile von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden und ermöglicht hier eine bessere Steuerung der Ventilbewegung und eine variable Gestaltung der Zeitpunkte irn Ventilarbeitszyklus. Die vorliegende Erfindung hat außerdem das Ziel, eine Anordnung bereitzustellen, bei der in der zuletzt genannten Anwendung die Masse der hin- und hergehenden Teile des Ventilbetätigungsmechanismus geringer und die Verschleißrate des Ventils und seiner Führungen reduziert wird, bei gleichzeitig verbesserter Ventilkühlung und besserer Steuerung der Fluchtung zwischen den Ventilen und den Ventilsitzen. Die vorliegende Erfindung hat außerdem das Ziel, ein Stellglied bereitzustellen, das bei Einsatz in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine einfache Steuerung des Einspritzzeitpunkts ermöglicht, die Masse beim Antriebsmechanismus der Einspritzvorrichtung verringert, die zur Betätigung der Einspritzvorrichtung erforderliche Leistung reduziert und den Ein- bzw. Ausbau der Einspritzvorrichtungen und ihrer Antriebsmechanismen in bzw. aus dem Motor vereinfacht.
In der Anwendung zur Entnahme nutzbarer Energie von den Hubkolben in Verbrennungsmotoren stellt die vorliegende Erfindung ein Stellglied bereit, das eine bessere Rückgewinnung nutzbarer Energie ermöglicht, Reibungsverluste aufgrund seitlichen Drucks und somit die Zylinderverschleißraten reduziert und eine gewisse Flexibilität bei der Steuerung des Expansionsverhältnisses der Verbrennungsgase erlaubt.
In Anbetracht der oben genannten und anderer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung ein Hydrostellglied mit einer Kammer und eine sich in der genannten Kammer hin- und herbewegende Kolbenkonstruktion bereit, wobei die genannte Kolbenkonstruktion erste und zweite mit einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnete Kolben umfaßt, welche die genannte Kammer in ein erstes Kammersegment zwischen dem genannten ersten Kolben und der genannten Kammer und ein zweites Kammersegment zwischen dem genannten ersten und zweiten Kolben unterteilen, einen Durchgang in der genannten Kolbenkonstruktion, einen Einlaß für das Hydraulikmedium, der mit dem genannten zweiten Kammersegment in Verbindung steht, und ein Ventil zur Steuerung der Strömung des Hydraulikmediums durch den genannten Durchgang, wobei das genannte Ventil so betätigt werden kann, daß es über den genannten Durchgang das genannte erste und das genannte zweite Kammersegment miteinander in Verbindung bringt, um so eine Bewegung der genannten Kolbenkonstruktion in eine erste Richtung zu bewirken, und dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Kolbenkonstruktion die genannte Kammer in ein drittes Kammersegment zwischen dem genannten zweiten Kolben und der genannten Kammer unterteilt, sowie dadurch, daß das genannte Ventil weiter betätigt werden kann, um über den genannten Durchgang das genannte zweite und dritte Kammersegment in Verbindung zu bringen, so daß sich die genannte Kolbenkonstruktion in eine Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung bewegt.
Vorzugsweise umfaßt die Kolbenkonstruktion erste, zweite und dritte Öffnungen, die jeweils die Verbindung zu dem ersten, zweiten bzw. dritten Kammersegment herstellen, und das Ventil steuert die Verbindung zwischen den genannten Öffnungen und dem genannten Durchgang. Die Kolbenkonstruktion umfaßt zweckdienlich entgegengesetzt liegende Teile, die über die entgegengesetzten Enden der Kammer hinausragen, und Ablaßöffnungen in den genannten entgegengesetzt liegenden Teilen, die so ausgelegt sind, daß sie zu dem genannten Durchgang eine Verbindung herstellen, wobei das genannte Ventil so ausgelegt ist, daß es die Verbindung zwischen der genannten Ablaßöffnung und der genannten ersten und dritten Öffnung steuert und auf diese Weise das Entleeren des ersten und des dritten Kammersegments steuert.
Vorzugsweise verläuft der genannte Durchgang in Längsrichtung der genannten Kolbenkonstruktion und das genannte Ventil ist in dem genannten Durchgang verschiebbar. Das genannte Ventil umfaßt zweckdienlich eine Vielzahl von Stegen, wobei die genannten Stege so ausgelegt sind, daß sie die genannten Öffnungen öffnen und verschließen, um so die Verbindung zu dem genannten Durchgang herzustellen bzw. zu unterbinden. Vorzugsweise sind die genannten Stege durch Ringlangnute getrennt, die den Strömungsverlauf in dem genannten Durchgang festlegen.
Zur Ermöglichung der hin- und hergehenden Bewegung des genannten Ventils sind Mittel vorhanden, so daß die Bewegung des genannten Ventils in die genannte erste Richtung eine Verbindung herstellt zwischen der genannten ersten und zweiten Öffnung und dem genannten Durchgang sowie zwischen der genannten dritten Öffnung und der Ablaßöffnung durch den genannten Durchgang, um die genannte Bewegung der genannten Kolbenkonstruktion in die genannte erste Richtung herbeizuführen.
Vorzugsweise stellt eine Bewegung des genannten Ventils in die genannte entgegengesetzte Richtung eine Verbindung zwischen der genannten zweiten und dritten Öffnung sowie zwischen der genannten ersten Öffnung und der Ablaßöffnung durch den genannten Durchgang her, um eine Bewegung der genannten Kolbenkonstruktion in die genannte entgegengesetzte Richtung herbeizuführen.
Das Stellglied kann darüber hinaus weitere Kammersegmente umfassen, die mit der jeweiligen Ablaßöffnung eine Verbindung herstellen können, um verdrängtes Hydraulikmedium zu isolieren.
In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Stellglied ein Vorspannmittel, das einer Bewegung der genannten Kolbenkonstruktion in der genannten ersten Richtung entgegenwirkt. Das genannte Vorspannmittel wirkt zweckdienlich auf den genannten zweiten Kolben und umfaßt eine zwischen dem genannten zweiten Kolben und der Wand am anderen Ende der genannten Kammer angeordnete Feder.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem die Kombination aus einem Hydrostellglied, wie es weiter oben beschrieben wurde, und einem Ventil eines Verbrennungsmotors bereit, wobei die genannte Kolbenkonstruktion des genannten Stellglieds mit dem genannten Motorventil verbunden ist, und wobei die Betätigung des genannten Ventils so ausgelegt ist, daß eine Öffnungs- und Schließbewegung des genannten Motorventils bewirkt wird. Das genannte Motorventil umfaßt zweckdienlich einen Ventilschaft, wobei die genannte Kolbenkonstruktion mit dem genannten Schaft verbunden oder aus einem Stück mit diesem hergestellt ist, und der genannte Durchgang in dem genannten Schaft angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung sieht weiter die Kombination eines Hydrostellglieds, wie es oben beschrieben wurde, und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Ventilkolben vor, wobei die genannte Kolbenkonstruktion des genannten Hydrostellglieds mit dem genannten Ventilkolben verbunden und so ausgelegt ist, daß sie bei Betätigung des genannten Ventils den Ventilkolben hin- und herbewegt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Kolben vorgesehen, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, und ein Hydrostellglied, wie es oben beschrieben wurde, wobei die Kolbenkonstruktion des Stellglieds mit dem Motorkolben verbunden ist. Bei Betätigung des Ventils kommt es zu einer hin- und hergehenden Bewegung der Kolbenkonstruktion und somit des Motorkolbens in zumindest einem Ansaug- und einem Verdichtungstakt, während der Motorkolben die Kolbenkonstruktion des Stellglieds in einem Expansions- oder Arbeitstakt antreibt.
Vorzugsweise wird das Ventil durch Nocken betätigt, wobei eine Drehung des Nockens die hin- und hergehende Bewegung des Ventils und der Kolbenkonstruktion bewirkt. Es können Mittel zur Veränderung des Motorkolbenhubs oder des Kornpressionsverhältnisses des Motors durch Verschieben der Nocken vorgesehen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern. Es zeigt:
Fig. 1 einen bildhaften Längsschnitt eines Hydrostellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung, das zur Steuerung der Einlaß- oder Auslaßventile eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird;
Figs. 2 bis 6 verschiedene Stufen bei der Betätigung des Stellglieds;
Fig. 7 einen Schnitt, der eine Ausführungsform des Kolbens des Hydrostellglieds zeigt;
Figs. 8 und 9 einen Schnitt, der eine weitere Ausführungsform von Kolben zeigt, die in dem Hydrostellglied eingesetzt werden können;
Fig. 10 einen Längsschnitt eines Motorventils, das für den Einsatz des Stellglieds der vorliegenden Erfindung verändert wurde;
Figs. 11 und 12 einen Aufriß bevorzugter Ausführungsformen von Schiebern zur Steuerung des Stellglieds;
Figs. 13 bis 15 eine Schnittansicht anderer Ausführungsformen von Gehäusen für das Stellglied;
Figs. 16A und 16B Schnittansichten anderer Anordnungsmöglichkeiten zur Montage des Stellglieds im Kopf eines Motors;
Fig. 17 eine Ansicht, teilweise als aufgeschnittene Darstellung, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die von einem Stellglied gesteuert wird, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 18 einen Längsschnitt, der das Stellglied und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 17 zeigt;
Figs. 19 bis 23 Darstellungen des Stellgliedarbeitszyklus bei Einsatz in Kraftstoffeinspritzvorrichtungen;
Figs. 24 und 25 als aufgeschnittene Darstellung und als Teil-Schnittansicht jeweils eine andere Kombination eines Stellglieds mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
Fig. 26 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht, die eine Veränderung an der Kombination eines Stellglieds und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Figs. 19 und 20 zeigt;
Fig. 27 das Stellglied der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Kolben eines Verbrennungsrnotors;
Fig. 28 ein Zylinderpaar eines Verbrennungsmotors, bei dem die Kolben an den entgegengesetzten Enden ihrer Hübe dargestellt sind;
Fig. 29 das Zylinderpaar der Fig. 28, wobei hier der Mittelpunkt der Hubbewegung des Kolbens dargestellt ist.
Fig. 30 ein Zylinderpaar eines Verbrennungsmotors, welches Hydraulikmedium einer Hochdruckverteilerleitung zuführt;
Fig. 31 eine bevorzugte Sekundärventilanordnung zur Überwindung von Fehlzündungen in einem Zylinder und zum Einschalten von Leerlaufzylindern;
Fig. 32 im Aufriß Details einer anderen Anordnung einer Auslaßöffnung im Bereich A der Fig. 31;
Fig. 33 einen Schnitt entlang der Linien B-B der Fig. 32.
Fig. 34 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zur Steuerung des Kompressionsverhältnisses des Zylinders aus Fig. 28;
Fig. 35 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zur Steuerung des Motorkolbenhubs; und
Fig. 36 eine andere Anordnung zur Steuerung des Motorkompressionsverhältnisses.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, zunächst auf Fig. 1; hier ist ein Hydrostellglied 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches zur Steuerung eines Ventils 11 in einem Verbrennungsmotor ausgelegt ist, beispielsweise für ein Einlaß- oder Auslaßventil. Das Stellglied 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit generell zylindrischer Form, das am Kopf 13 des Motors montiert ist und eine zylindrische Kammer 14 umfaßt, die zwischen einer Wand 15 am Ende des Gehäuses 12 und einer Ring-Zwischenwand 16 definiert ist.
Innerhalb der Kammer 14 ist eine hin- und hergehende Kolbenkonstruktion 17 angeordnet, die ein Paar von in einer Entfernung voneinander angeordneten ringförmigen Kolben 18 und 19 umfaßt, welche die Kammer 14 in die drei Kammersegmente 20, 21 und 22 unterteilen. Das Ventil 11 umfaßt einen Ventilschaft 23, der mit der Kolbenkonstruktion 17 verbunden ist und sich mit dieser bewegt. Die Kolbenkonstruktion 17 kann aber auch aus einem Stück mit dem Ventilschaft hergestellt sein. In der Wand des Gehäuses 12 ist eine Einlaßöffnung 24 vorgesehen; über diese Öffnung wird dem Kammersegment 21 das Hydraulikmedium zugeführt.
Die Kolbenkonstruktion 17 umfaßt eine Reihe von Öffnungen 25, 26 und 27, die in der ringformigen Welle 28 der Kolbenkonstruktion angeordnet sind und jeweils eine Verbindung zu den Kammersegmenten 20, 21 und 22 und, über den Schaft 23, zu einer in Längsrichtung verlaufenden Innenbohrung 29 herstellen, die in der Welle 28 oder dem Schaft 23 des Ventils 11 gebildet wurde. In der Bohrung 29 führt ein Schieberelement 30 eine hin- und hergehende Bewegung aus; dieses Schieberelement umfaßt in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnete Stege 31, 32 und 33, die durch die Ringlangnuten 34 und 35 voneinander getrennt sind und Strömungswege für das Hydraulikmedium definieren. Die Auslaßöffnungen 36 sind am oberen Ende der Kolbenkonstruktion 17 angeordnet und stellen eine Verbindung zu der Bohrung 29 her, während am unteren Ende der Bohrung 29 eine Feder 37 vorgesehen ist, welche das Ventil 33 in eine obere Position zwingt. Weitere Auslaßöffnungen 38 sind außerdem in der Welle 28 am unteren Ende der Kolbenkonstruktion 17 vorgesehen; diese stellen über den Schaft 23 eine Verbindung zu der Bohrung 29 her. Die Öffnungen 38 verlaufen vorzugsweise in nicht radialer Richtung von der Bohrung 29 nach außen, so daß das daraus abgelassene Hydraulikmedium bewirkt, daß auf den Ventilschaft 23 eine außermittige Kraft einwirkt und das Ventil 11 somit eine Drehung erfährt, womit eine gleichmäßigere Abnutzung des Ventilsitzes erreicht wird.
Der untere Teil des Gehäuses 12 unterhalb der Wand 16 bildet eine Auslaßkammer 39, bei der eine Entleerung durch die Auslaßöffnungen 40 stattfindet. Weitere Auslaßöffnungen 41 stellen eine Verbindung zu der Bohrung 29 im Bereich der Feder 37 her, um einen Auslaß aus diesem Bereich der Bohrung 29 zu ermöglichen.
Wahlweise kann auch eine Rückholfeder 42 vorgesehen werden, die zwischen einem Flansch 43, der mit dem Ventilschaft 23 verbunden ist, und der Wand 15 am Ende des Gehäuses 12 angeordnet ist und das Ventil 11 normalerweise geschlossen hält. Die Betatigung des Schieberelements 30 kann von einem Solenoid 44 gesteuert werden, dessen Anker mit dem Schieberelement 30 verbunden oder aus einem Stück mit dem Schieberelement hergestellt ist, oder auch von einem herkömmlichen sich auf einer Nockenwelle drehenden Nocken, der direkt oder indirekt auf das Schieberelement 30 einwirkt.
Wie die Figs. 2 bis 6 zeigen, wird die Kolbenkonstruktion 17 im Betrieb bei geschlossenem Ventil 11 unter dem Einfluß des durch die Öffnung 24 zugeführten, in die Öffnung 26 durch die Ringlangnut 34 in das Kammersegment 22 und zwi schen den Kolben 19 und die Wand 16 einströmenden Hydraulikmediums nach oben bewegt. Hierdurch wird auch das Schieberelement 30 in einer hochgefahrenen Position gehalten. Das Hydraulikmedium im Kammersegment 20 wird durch die Öffnungen 25, die Ringlangnute 35 und die Öffnungen 36 abge lassen. Damit sich das Ventil 11 öffnet, wird das Schieberelement 30 von dem Solenoid 44 (oder dem Nocken), wie man in Fig. 3 erkennen kann, nach vorne geschoben, so daß der Steg 32 das Einströmen von Hydraulikmedium durch den Einlaß 24 in das Kammersegment 22 verhindert. Gleichzeitig wird die hydraulische Verbindung von der Öffnung 24 durch die Öffnungen 26, die Nut 35 und die Öffnung 25 zu dem oberen Segment 20 der Kammer 14 hergestellt, wobei der Steg 33 den Durchgang zu den Auslaßöffnungen 36 verschließt, während das untere Kammersegment 22 durch die Öffnungen 27, die Nut 34 und die Öffnung 38 zu der Auslaßkammer 39 und durch die Öffnung 40 entleert wird. Das Hydraulikmedium im Kammersegment 20, das sich zwischen dem Kolben 18 und der Wand 15 am Ende des Gehäuses befindet, bewirkt eine Abwärtsbewegung der Kolbenkonstruktion 17 und damit eine Öffnung des Ventils 11. Gleichzeitig wird das Schieberelement 30 von dem Solenoid 44 entsprechend nach unten bewegt, wie in Fig. 4 zu sehen ist. Man kann erkennen, daß während dieser Bewegung die Rückholfeder 37 für das Schieberelement 30 und die Rückholfeder 42 für das Ventil 11 (falls verwendet) zusammengedrückt wird.
Wenn sich das Ventil 11 seiner vollständig geöffneten Stellung nähert, wird das Schieberelernent 30, wie in Fig. 5 zu sehen ist, in seiner Bewegung gestoppt, so daß der Steg 32 die Verbindung zwischen der Öffnung 26 und dem Kammersegment 20 verschließt; gleichzeitig verschließt der Steg 31 die Verbindung zwischen dem Kammersegment 22 und der Auslaßkammer 39. Das Kammersegment 20 wird durch die Öffnungen 25, den Durchgang 35 und die Öffnungen 36 entleert, während von der Kammer 21 über die Öffnungen 26 und den Durchgang 34 eine Verbindung zu dem Kammersegment 22 hergestellt wird.
Das Hydraulikmedium gelangt nun über die Öffnungen 26, den Durchgang 34 und die Öffnungen 27 in das Kammersegment 22; gleichzeitig wird durch die Öffnungen 25, den Durchgang 35 und die Öffnungen 36 Hydraulikmedium aus der Kammer 20 abgelassen; dadurch fährt die Kolbenkonstruktion 17 nach oben und bewegt damit das Ventil 11 wieder in eine geschlossene Position. Gleichzeitig wird auch das Schieberelement 30 zurückgezogen, wie in Fig. 6 zu sehen ist, so daß sich das Ventil 11 und das Schieberelement 30 entsprechend nach oben bewegen, bis das Ventil 11 geschlossen ist und sich das Schieberelement 30 in die Position der Fig. 2 bewegt hat. Die Bewegung der Kolbenkonstruktion 12 ist also direkt an die hin- und hergehende Bewegung des Schieberelements 30 gebunden.
Die Einlaßöffnung 24 ist vorzugsweise mit einem Rückschlagventil ausgestattet, so daß von vornherein die Möglichkeit eines Ventuprellens bei zu hoher Motordrehzahl oder bei Betrieb eines Motors mit zu niedrigem Hydraulikdruck vermieden wird. In den meisten Fällen ist das der Einlaßöffnung 24 zugeführte Hydraulikmedium das in einem von einer herkömmlichen Ölpumpe beaufschlagten Motor vorhandene Schmieröl. Zur Erhöhung des Hydraulikvorlaufdrucks kann jedoch die normale Ölpumpe durch eine Pumpe mit höherer Förderleistung ersetzt werden; oder es kann eine Zusatzpumpe für die direkte Zuführung von Hydraulikmedium zur Einlaßöffnung 24 eingesetzt werden, wobei dieses Medium nicht immer Schmieröl sein muß. Zur Vereinfachung des Einbzw. Ausbaus besteht das Gehäuse 12 vorzugsweise aus mindestens zwei Teilen, die an Position 12' durch eine in der Technik bekannte Verbindung voneinander getrennt bzw. zusammengefügt werden können.
Fig. 7 erläutert als Schnittansicht die bevorzugte Ausführungsform der Kolbenkonstruktion 17, die eine von dem Ventilschaft 23 getrennte Komponente umfaßt. Die Kolbenkonstruktion 17 kann jedoch auch die in Fig. 8 gezeigte alternative Ausführungsform aufweisen, bei der die Kolben 18 bzw. 19 jeweils mit den kegelstumpfförmigen, einander gegenüberliegenden Flächen 45 ausgestattet sind, welche die Zufuhr des Hydraulikmediums zu der Öffnung 26 vereinfachen.
Fig. 9 zeigt als Schnittansicht einen Ventilschaft 23, bei dem die Kolbenkonstruktion 17, und damit die Kolben 18 und 19, aus einem Stück mit dem Ventilschaft hergestellt sind.
Fig. 10 zeigt das veränderte Motorventil 11, das entsprechend der vorliegenden Erfindung für eine Anwendung in Verbindung mit der Kolbenkonstruktion 17 der Fig. 7 geformt wurde, während das Schieberelement 30 zweckdienlich die in Fig. 11 gezeigte Querschnittsform aufweist. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 weist jedoch das Schieberelement 30 eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung 46 auf, die durch das Ende des Schiebers 30 verläuft oder mit einer radial verlaufenden Öffnung 47 in Verbindung steht, um den Teil der Bohrung 35 zu entleeren, in dem sich die Feder 37 befindet. In dieser Anordnung kann natürlich die Auslaß öffnung 41 weggelassen werden.
Das in Fig. 1 gezeigte Gehäuse 12 kann auch eine der in den Figuren 13 bis 15 gezeigten Konstruktionsformen aufweisen.
In Fig. 13 umfaßt das Gehäuse 12 einen oberen Teil 12a und einen unteren Teil 12b, welcher die Ringwand 16 definiert; der Teil 12a hat innen eine Schulter 48, gegen die der Teil 12b anstößt. Vorzugsweise werden die Teile 12a und 12b von einem hierfür geeigneten Montagemittel oder einer Klemmschelle, mit der das Gehäuse an dem Motorkopf 13 befestigt ist, zusammengedrückt und gehalten. In Fig. 14 ist das Gehäuse 12 einteilig; die Ringwand 16 hat hier jedoch die Form einer Zwischenlegscheibe und wird mit einem Sicherungsring 49 oder einem ähnlichen Verbinder gegen die Schulter 48 gehalten. In Fig. 15 besteht das Gehäuse 12 wieder aus zwei Teilen, 12a und 12b, wobei die Ringwand 16 in diesem Ausführungsbeispiel ein getrenntes Teil in Form einer Zwischenlegscheibe ist, die von dem Gehäuseteil 12b gegen die Schulter 48 gehalten wird.
In dem Ausführungsbeispiel der Figs. 16A und 16B ist das Stellglied 10 in dem Kopf 13 eines Motors angeordnet; Teile in den Figs 16 und 17, die Teilen des Stellglieds aus Fig. 1 entsprechen, wurden mit den gleichen Nummern gekennzeichnet. Das Gehäuse 12 kann in beiden Fällen in Längsrichtung geteilt sein, um den Ein- und Ausbau der Einheit 10 und ihre Plazierung in dem Kopf 13 zu vereinfachen. In Fig. 16A wird das Gehäuse 12 von unten in den Kopf 13 eingesetzt und paßt in eine abgestufte Bohrung 13' in dem Kopf 13, wo es von einem Sicherungsring 13" gehalten wird. In der Anordnung der Fig. 16B wird das Gehäuse 12 von der Oberseite des Kopfes 13 in die Bohrung 13' eingesetzt und auch in diesem Fall von einem Sicherungsring 13" gehalten. In beiden Fällen kann das Gehäuse 12 zur Vereinfachung des Einbaus geteilt sein, wie hier bei 12' und 12".
Der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils 11 kann einfach durch Verändern des Betätigungszeitpunkts des Solenoids 44 gesteuert werden, beispielsweise mit Hilfe eines Mikroprozessors. Durch die oben beschriebene Anordnung entfallen außerdem die mechanischen Ventilantriebsmechanismen und die Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkte sowie die Dauer des Ventilhubs können stufenlos geregelt werden. Mit dieser Anordnung hat man außerdem die Möglichkeit, einzelne Zylinder oder Zylindergruppen zu dekomprimieren, um so beim Starten des Motors geringere Anlaßkräfte zu erreichen. Eine einfachere Veränderung der Ventilzeiten erlaubt außerdem das Starten des Motors durch direktes Einspritzen von Luft in einen Zylinder und erleichtert die Motorbremskapazität. Insgesamt erhält man einen leichteren und einfacher aufgebauten Motor mit einer geringeren Anzahl von Verschleißteilen.
Bezugnehmend auf Figs. 17 und 18; hier ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 50 zu sehen, die von einem Hydrostellglied 51 angetrieben werden soll, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist; es handelt sich in diesem Fall um ein einfach wirkendes Stellglied. Das Stellglied 51 umfaßt eine zylindrische Kammer 52, die über eine Verbindung 53, bei der es sich entweder um eine Gewindeverbindung oder eine andere Art von Verbindung handelt, mit der Einspritzvorrichtung 50 verbunden ist, und die eine Kolbenkonstruktion 54 mit hin- und hergehenden Kolben aufnimmt. Die Kolbenkonstruktion 54 umfaßt zwei in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnete Kolben 55 und 56, die an einer Hohlwelle 57 befestigt oder in einem Stück mit dieser hergestellt sind; die Hohiwelle hat eine Bohrung 58 zur Aufnahme eines Schieberelements 59. Die Öffnungen 60 verbinden den Bereich zwischen den Kolben 55 und 56, der eine Zulaufkammer 61 umfaßt, mit der Bohrung 58, weiterhin verbinden die Öffnungen 62 den Bereich oberhalb des Kolbens 55, der eine Arbeitskammer 63 umfaßt, mit der Bohrung 58, wobei die Kammer 63 zwischen dem Kolben 55 und einer Ringwand 64 definiert ist, die quer zu der Kammer 52 verläuft. Eine Auslaßkammer 65 wurde über der Wand 64 gebildet; sie wird definiert von einem ringförmigen Distanzstück 66; weitere Öffnungen 67 in der Hohlwelle 57 verbinden die Kammer 65 mit der Bohrung 58. Zwischen dem Kolben 56 und der Einspritzvorrichtung 50 befindet sich eine Rückholfeder 68, welche die Kolbenkonstruktion 54 normalerweise in der angehobenen hier dargestellten Stellung vorspannt. Die Kolbenkonstruktion 54 ist bei 69 außerdem formschlüssig mit dem Ventilkolben 70 der Einspritzvorrichtung 50 verbunden.
Das Schieberelement 59 umfaßt ein Paar von in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordneten Stegen 71 und 72, die durch eine Ringlangnut 73 voneinander getrennt sind; eine Rückholfeder 74 im unteren Ende der Bohrung 58 spannt das Schieberelement 59 normalerweise nach oben in der in Fig. 18 gezeigten Position vor. Eine Bohrung 75, die sich zur Oberseite der Konstruktion hin öffnet, oder wahlweise auch eine mit der Bohrung 75 verbundene Ablaßöffnung 75' entleert das untere Ende der Bohrung 58 (in dem sich die Feder 74 befindet) in dem zuletzt genannten Fall in ein unteres Kammersegment 76, in dem sich die Rückholfeder 68 befindet, wobei diese Kammer selbst durch die Öffnungen 77 entleert wird. Die obere Auslaßkammer 65 wird außerdem durch eine Öffnung oder durch Öffnungen 78 entleert und die unteren Kanten jeder Öffnung 77 und 78 wirken als Wehre, so daß jeweils immer Betriebsmedium in den Kammern 65 und 76 für Schmierzwecke vorhanden ist. Das Schieberelement 59 ist mit einem zweifach wirkenden Solenoid 79 verbunden, der einen Anker 80 umfaßt, dessen Aufwärtsbewegung durch eine Kappe 81 begrenzt wird. Das Hydraulikmedium wird dem Kamrnersegment 61 durch eine Zuführöffnung 82 zugeführt, die an jede geeignete hydraulische Versorgungsquelle angeschlossen werden kann.
Im Betrieb halten die Rückholfedern 74 und 68 zunächst, wie in den Figs. 19 bis 23 zu sehen ist, das Schieberelement 59 und die Kolbenkonstruktion 54 in einer angehobenen Position und den Einspritzventilkolben 70 in der zurückgezogenen Position. Durch die Zuführöffnung 82 der Kammer 61 einströmendes Hydraulikmedium wird durch den Steg 71 daran gehindert, durch die Öffnungen 60 zu strömen, wobei gleichzeitig die Arbeitskammer 63 über die Öffnungen 62, die Nut 73 und die Öffnungen 67 entleert wird.
Bei Betätigung des Solenoids 79 wird zunächst der Schieber 59 nach vorne geschoben, wie in Fig. 20 zu sehen ist, so daß der Steg 72 die Öffnungen 67 verschließt, während der Steg 71 die Öffnungen 60 freigibt, so daß Hydraulikmedium von der Zulaufkammer 61 durch die Nut 73 und die Öffnungen 62 in die Arbeitskammer 63 strömen kann. Dieses zwischen dem Kolben 55 und der Wand 64 arbeitende Medium bewirkt, daß die Kolbenkonstruktion 54 gegen die Kraft der Feder 68 nach vorne geschoben wird, wie in Fig. 21 zu sehen ist; der Einspritzventilkolben 70 tritt daraufhin in Aktion und spritzt eine bestimmte Menge Kraftstoff in einen Motorzylinder.
Ein Umkehren des Solenoids 79 bewirkt ein Zurückziehen des Schiebers 59, wie in Fig. 22 zu sehen ist, so daß nun die Öffnungen 60 verschlossen sind und dadurch verhindert wird, daß weiteres Hydraulikmedium in die Arbeitskammer 63 einströmt, wobei gleichzeitig die Kammer 63 über die Öffnungen 62, die Nut 73 und die Öffnungen 67 entleert wird. Die zusammengedrückte Feder 68 bewirkt dadurch ein Zurückziehen der Kolbenkonstruktion 54, wie in Fig. 23 zu sehen ist.
Der Hub des Ventilkolbens 70 wird also bestimmt vom Umfang der Bewegung des Ankers 80 des Solenoids 79, so daß die von der Einspritzvorrichtung bei jedem Hub zugeführte Kraftstoffmenge selektiv verändert und die Einspritzrate durch Verändern des dem Solenoid zugeführten Stroms gesteuert werden kann. Alternativ kann der Ventilkolben 70 der Einspritzvorrichtung auch immer mit seinem vollen Hub betrieben werden und der Kraftstoff kann über eine Absteuerbohrung zugemessen werden, unter Steuerung eines über Solenoid betätigten Ventils, mit Zuleitung von der Hochdruck-Kraftstoffkammer der Einspritzvorrichtung.
Die Figs. 24 und 25 zeigen eine andere Form einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 83, die von einem Hydrostellglied gemäß der vorliegenden Erfindung angetrieben wird, wobei das Stellglied in diesem Fall die gleiche Form hat, wie in Fig. 1, ein doppelt wirkendes Stellglied ist und in dergleichen Weise arbeitet, wie es in den Figs. 2 bis 6 beschrieben wurde. In der Anordnung der Fig. 24 wird das Schieberelernent 84 von einem Solenoid 79 gesteuert, wie bereits beschrieben wurde; jedoch anders als dort und wie in Fig. 25 dargestellt, kann das Schieberelement 84 von einem drehbaren Nocken 85 hin- und herbewegt werden, der die entgegengesetzte hin- und hergehende Bewegung der Kolbenkonstruktion 86 des Stellglieds bewirkt. Um den Ein- und Ausbau des Stellglieds zu ermöglichen, ist das Kammergehäuse 87 bei 88 entsprechend geteilt, damit die Kolbenkonstruktion 86 aus dem Gehäuse 87 ausgebaut werden kann. Die Verbindung an der Teilungsstelle 88 kann über ein Gewinde oder eine andere geeignete abgedichtete Verbindung erfolgen.
In dem Ausführungsbeispiel der Figs. 24 und 25 vermischt sich das aus dem Stellglied bei 89 verdrängte Hydraulikmedium frei mit der Schmierflüssigkeit oder dem Schmieröl des Motors. Will man jedoch das Betriebsmedium des Stellglieds isolieren, kann das Stellglied in der in Fig. 26 gezeigten Weise verändert werden, um beispielsweise in Fällen eingesetzt werden zu können, in denen sich die Einspritzvorrichtung außerhalb des Motors befindet. In diesem Fall sind in dem Gehäuse 87 zwei weitere Kammern 90 und 91 vorgesehen, die als Entleerungskammern zur Aufnahme des verdrängten Betriebsmediums dienen. Diese Kammern 90 und 91 sind jeweils mit den Auslaßöffnungen 92 und 93 versehen, die über eine Verteilerleitung miteinander verbunden sein können und das zum Auslaß zurückkehrende Hydraulikmedium bei der Rückführung gegen eine Kreuzkontamination oder gegen Verlust schützen. Auch hier ist das Gehäuse 87 geteilt, in diesem Fall an den drei Stellen 88, 88a und 88b, um den Ein- und Ausbau des Stellglieds zu erleichtern.
Der Schieber 84 in den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen kann, wenn zur Steuerung seiner hin- und hergehenden Bewegung ein Nocken 85 eingesetzt wird, eine Endabdeckung oder ein Füllstück 94 umfassen; dieses kann unterschiedlich dick sein, um das Spiel/den Hub des Schieberelements 84 verändern zu können. Alternativ kann dies natürlich auch über Profilveränderungen des Nockens 85 erreicht werden.
Die Anwendung des Stellglieds der Erfindung zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen hat eine Reihe von Vorteilen, die eine Einzelsteuerung der Einspritzvorrichtungen während des Betriebs des Motors ermöglichen, woraus sich eine gleichmäßigere Leistungsentwicklung des Motors ergibt und außerdem durch die variablen Einspritzdrücke eine Anpassung an die unterschiedlichen Kraftstoffe und Umgebungsbedingungen möglich ist. Die einzelnen Einspritz vorrichtungen können isoliert werden, so daß mit reduzierter Leistung gefahren werden kann, mit Mikroprozessoren kann der Einspritzzeitpunkt darüber hinaus stufenlos geregelt werden.
Sowohl das Ventil als auch die oben beschriebenen Einspritzvorrichtungen können in einem Motor miteinander kombiniert werden und man erhält einen wesentlich einfacher gebauten Zwei- oder Viertaktmotor, weil viele Teile einfach wegfallen. Ein solcher Motor ist im direkten Umkehrbetrieb zur Anpassung an die verschiedensten Situationen leicht steuerbar.
Fig. 27 zeigt die Anwendung eines Stellglieds der Erfindung zur Abnahme von Energie von einem Hubkolben. Wie schematisch gezeigt wird, führt ein Kolben 95 in einem Zylinder 96 eines Verbrennungsmotors eine hin- und hergehende Bewegung aus; bei dem Verbrennungsmotor kann es sich um einen Vergasermotor oder um einen Dieselmotor handeln, er kann entweder als Viertakt- oder als Zweitaktmaschine arbeiten und hat zu diesem Zweck Mittel für die Zuführung des Kraftstoffs und zur Abführung der Abgasprodukte.
Ein Gehäuse 98 ist fluchtend mit dem Zylinder 96, jedoch von diesem durch eine Trennung 97 getrennt, montiert; das Gehäuse bildet eine zylindrische Arbeitskammer 99 und eine Auslaßkammer 100, die durch eine Wand 101 voneinander getrennt sind. Innerhalb des Gehäuses 98 ist eine Kolbenkonstruktion 102 montiert, die eine hohle rohrförmige Kolbenstange oder Buchse 103 umfaßt, auf der ein Kolbenpaar 104 und 105 montiert bzw. aus einem Stück mit dieser Kolbenstange geformt ist; die Kolben führen in der Kammer 99 eine hin- und hergehende Bewegung aus und unterteilen die Kammer 99 in ein Zulauf segment 106 zwischen den Kolben 104 und 105 und die Segmente 107 und 108 zwischen dem Kolben 104 und der Wand 101 am gegenüberliegenden Ende, sowie dem Kolben 105 und einer weiteren Wand 109 am Ende des Gehäuses 98. Die Buchse 103 hat eine Reihe von Öffnungen 110, 111, 112, 113 und 114, die eine Verbindung zu der Innenbohrung 115 der Buchse herstellen. Die Kammer 106 umfaßt eine Öffnung 116 für den Zulauf des Hydraulikmediums, während eine weitere Öffnung 117 eine Verbindung zu der Kammer 100 herstellt und aus dieser Hydraulikmedium abläßt.
In der Bohrung 115 befindet sich ein Schieberelement 118, das innerhalb der Bohrung 115 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt und in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnete Stege 119, 120 und 121 umfaßt, die durch die Ringlangnuten 122 und 123 voneinander getrennt sind. Innerhalb der Bohrung 115 ist eine Rückholfeder 124 angeordnet, die mit dem Schieber 118 verbunden ist, wobei letzterer bei 125 eine zentrale Bohrung aufweist und dadurch eine Ablaßöffnung definiert, die in einer Öffnung 126 endet, um aus dem Ende der Bohrung 115 Hydraulikmedium abzulassen, so daß eine Betätigung der Feder möglich ist.
Das Ende des Schiebers 118 kann mit einer Endabdeckung 127 versehen sein, die zur Einstellung des Spiels als Nockenstößel dient und mit einem drehbaren Nocken 128 auf einer Nockenwelle 129 verbunden ist. Die Kolbenkonstruktion 102 ist mit dem Kolben 95 verbunden und wird zusammen mit diesem bewegt.
Im Betrieb und unter der Annahme, daß sich der Kolben 95 in dem Zylinder 96 am unteren Ende seines Hubs befindet, wie in Fig. 28 zu sehen ist, und daß der Motor, in dem sich der Zylinder 96 befindet, ein Viertaktmotor ist, wird die Nockenwelle 129 gedreht, so daß der Nocken 128 das Schieberelement 118 innerhalb der Bohrung 115 bewegt und Hydrau likmedium durch die Öffnung 116 zugeführt werden kann; dieses Medium strömt über die Kammer 106, die Öffnung 112, die Nut 122 und die Öffnung 111 in die Kammer 108. Hierdurch wird die Kolbenkonstruktion 102 nach oben getrieben, da das Medium zwischen dem Kolben 105 und der Wand 109 wirkt. Gleichzeitig wird das in der Kammer 107 befindliche Hydraulikmedium durch die Öffnung 113, die Nut 123, die Öffnung 114 und die Kammer 100 zur Ablaßöffnung 117 abgelassen. Der Kolben 95 wird dadurch nach oben getrieben und komprimiert dabei die dem Zylinder 96 zugeführte Ladung.
Durch Zündung der Ladung in dem Zylinder 96 wird der Kolben 95 nach unten getrieben, die mit ihm verbundene Kolbenkonstruktion 102 geht aus der oberen Stellung nach unten, wie auf der rechten Seite der Fig. 28 dargestellt ist; gleichzeitig hat der Nocken 128 den Schieber 118 nach vorne geschoben, wodurch die Verbindung zwischen der Zulauföffnung 116 und der Kammer 108 verschlossen wird; hierdurch wird das in dieser Kammer befindliche Hydraulikmedium bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 95 durch die Öffnung 111, die Nut 122 und die Öffnung 110 herausgedrückt; dieses Medium kann dann für Nutzarbeit eingesetzt werden, beispielsweise zum Antreiben eines Hydraulikmotors, und anschließend in einen Vorratsbehälter zurückgeführt und für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Öffnung 116 und der Kammer 107 geöffnet, so daß das Hydraulikmedium in diese Kammer einströmen kann.
Bei einer erneuten Bewegung des Schieberelements 118 durch den Nocken 128, wie auf der linken Seite der Fig. 29 gezeigt wird, strömt wieder Hydraulikmedium in die Kammer 108 ein, so daß die Kolbenkonstruktion 102 nach oben verdrängt wird, der Kolben 95 hierdurch in dem Zylinder 96 nach oben geht, wodurch darin enthaltende Abgase durch ein Auslaßventil des Zylinders 96 in der herkömmlichen Weise abgelassen werden. Gleichzeitig öffnet der Schieber 118 die Verbindung zwischen der Kammer 107 und der Kammer 100, so daß das Hydraulikmedium aus der Kammer 107 und durch die Auslaßöffnung 117 gezwungen wird, und wieder für Nutzarbeit eingesetzt werden kann.
Eine weitere Bewegung des Nockens 128 bewirkt dann, daß die Bewegung des Schiebers 118 umgekehrt wird, so daß erneut Hydraulikmedium von der Kammer 106 in die Kammer 107 einströmt, während die Kammer 108 durch die Öffnung 110 entleert wird. Hierdurch wird die Kolbenkonstruktion 102 zurückgezogen, wie auf der rechten Seite der Fig. 29 zu sehen ist, nimmt hierbei den Kolben 95 mit, der dabei durch das Einlaßventil des Zylinders 96 eine frische Kraftstoffladung ansaugt.
Es kann eine Vielzahl von Zylindern 96 und zugehörigen Stellgliedern miteinander kombiniert werden, wie die Fig. 30 zeigt, wobei die Auslaßöffnungen 110 über Einwege-Ventile 130 mit einer Hochdruckringleitung 131 verbunden sind, die Hydraulikmedium zum Antreiben einer Pumpe oder einer anderen Last zuführt. Das Schieberelement 118 hat eine Bohrung 132, die bei 133 abgestuft ist; innerhalb der Bohrung 132 befindet sich außerdem ein Sekundärschieber 134, der gegen den Druck einer Rückholfeder 135 arbeitet, die zwischen dem einen Ende des Ventils 134 und der Stufe 133 zwischengeschaltet ist.
Das Schieberelement 134 führt normalerweise unter dem Einfluß des Nockens 128 zusammen mit dem Schieberelement 118 eine hin- und hergehende Bewegung aus. In dem Schieberelement 118 befindet sich eine Öffnung 137, die eine Verbindung zu der Bohrung 132 herstellt, wobei die Verbindung zwischen der Öffnung 137 und der Bohrung 132 durch das Schieberelement 134 gesteuert wird. Bei 138 weist auch das Schieberelement 134 eine zentrale Bohrung auf; diese Bohrung umfaßt einen Strömungsweg für das Hydraulikmedium und entleert normalerweise die Hauptfederkammer des Schieberelements 118; außerdem umfaßt die Bohrung einen Strömungsweg zum Entleeren von Hydraulikmedium aus der Kammer 108.
Das in Fig. 32 gezeigte Schieberelement 134 kann mit den Kanälen 139 ausgestattet sein, über die das Hydraulikmedium aus der Bohrung 138 abgelassen wird; diese Kanäle haben eine Verbindung zu den Kanälen 140, die sich im unteren Ende des Schiebers 118 befinden. Alternativ oder zusätzlich kann der Nocken 128 mit einer ringförmigen Nut 141 ausgebildet sein, die zum Ablassen des Hydraulikmediums eine Verbindung zu der Bohrung 138 hat.
Bei Fehlzündungen isoliert das dem Fehlzündungszylinder 96 zugeordnete Rückschlagventil 130 diesen Zylinder von der Hochdruckringleitung 131. In dem Kammersegment 108 wird jedoch der Hydraulikdruck aufrechterhalten, da dieser Druck zu gering ist, um den Druck in der Ringleitung 31 zu überwinden und das Ventil 130 zu öffnen; der Kolben 95 kann also nicht aus seiner obersten Position zurückkehren, nachdem er von der Kolbenkonstruktion 102 in diese Position gebracht wurde. Der Nocken 128 dreht sich jedoch weiter, so daß der Schieber 134 unter dem Druck der Feder 135 die Öffnung 137 freigibt und so daß Hydraulikmedium aus dieser Öffnung und weiter durch die Bohrung 138 und entweder durch die Nut 141 oder die Öffnungen 139 und 140 austreten kann. Hierdurch kann der Kolben 95 für den nächsten Aufwärtshub in eine weiter unten liegende Position zurückkehren.
In der oben beschriebenen Anordnung durchläuft der Kolben 95 einen normalen Viertaktzyklus; er kann jedoch auf sehr einfache Weise auch an einen Zweitaktzyklus angepaßt werden, wenn in dem Zylinder 96 die entsprechenden Auslaßöffnungen vorgesehen werden.
Das abgelassene Hydraulikmedium kann jedoch nicht nur zur Ausführung von Nutzarbeit eingesetzt werden, sondern auch für die Zufuhr von zusätzlicher Energie und zur Betätigung der Kolben, während man die Energie zur Ausführung von Nutzarbeit aus den Verbrennungsabgasen entnimmt, indem man diese Gase beispielsweise eine Turbine durchströmen läßt. Auf diese Weise arbeitet der Motor wie ein Freikolbenmotor, jedoch ohne die mit einem solchen Motor einhergehenden Nachteile.
In Fig. 34 wird eine Anordnung zur Veränderung des Kompressionsverhältnisses in einem Zylinder erläutert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Nockenwelle 129 die Nocken 128 zur Betatigung von Schieberelementen 118 über die verlängerten Schafte 118', wobei die Nocken 128 drehbar über die Lager 142 auf der Welle 129 montiert sind, jedoch zur Drehung mit der Welle 129 durch die Schaltkupplungsbaugruppen 143, beispielsweise eine Klauenkupplung, mitgenommen werden können, die mittels eines geeigneten Stellelements, beispielsweise einem hydraulischen Stößel oder einer anderen hydraulisch betätigten Vorrichtung, einbzw. ausgerückt werden kann. Wie man sieht stützt sich die Welle 129 in den Lagern 144 in einem Rahmen 145 ab, letzterer kann in vertikaler Richtung verstellt werden, beispielsweise durch einen Stößel 146. Ein Vorschieben des Stößels 146 bewirkt ein Anheben des Rahmens 145, so daß die Kolbenkonstruktion 102 und der Kolben 95 in dem Zylinder 96 angehoben werden, woraus sich ein Zylinder ergibt, der denselben Arbeitshub, jedoch ein höheres Kompressionsverhältnis hat, wenn sich der Kolben 95 hin- und herbewegt. Umgekehrt bewirkt ein Zurückziehen des Stößels 146 eine Absenkung des Kompressionsverhältnisses.
In der Anordnung der Fig. 35 ist die Nockenwelle 129 gegenüber den arbeitenden Schaften 118' für die Schieberelemente 118 versetzt und die Nocken 128 können wieder selektiv von den Kupplungen 143 mitgenommen werden. Die hin- und hergehende Bewegung der Schieber 118 erfolgt über die Kniehebel 146, wobei letztere bei 147 schwenkbar auf den Exzentern 148 montiert sind. Bei einer Drehung der Exzenter kommt es zu einer Verschiebung der Schwenkverbindungen 147 der Kniehebel, wodurch sich die Hebelverhältnisse und somit die auf die Ventilschafte 118' übertragene Bewegungsmenge bei Drehung der Nocken 128 verändern. Durch diese Anordnung können also selektiv der Hub und das Kompressionsverhältnis des Kolbens 95 in dem Zylinder 96 verändert werden.
In Fig. 36 stützt sich die Welle 129 drehbar über die Lager 149 und exzentrisch jeweils auf mit einem Abstand zueinander angeordneten Exzenterelementen 150 ab, wobei letztere drehbar im Motorrahmen befestigt sind. Auch hier werden zur Ermöglichung der selektiven Mitnahme der Nocken 128 mit der Welle 129 Schaltkupplungen 143 eingesetzt. Die Exzenterelemente 150 haben bei 151 ein Außengewinde, in das jeweils Spindeln mit Schraubengewinde, 152, eingreifen; letztere können über Zahnräder 153 mit einer einzelnen Nachstellwelle 154 verbunden werden. Eine Drehung der Welle 154 wird in eine Drehung der Spindeln 152 und somit eine Drehung der Elemente 150 übertragen, wodurch sich die Position der Welle 129 in Bezug zu den Ventilschaften 118' verändert. Dies wiederum dient zur Veränderung des Hubs des Kolbens 95 und des Kompressionsverhältnisses. In jeder der oben genannten Anordnungen können einzelne Zylinder im Falle einer Beschädigung durch einfaches Ausrücken der Schalkupplung 143 isoliert werden, während der Motor weiterläuft.
Die Nocken 128 können alternativ fest mit der Welle 129 verbunden sein oder auch aus einem Stück mit der Welle 129 gefertigt sein, so daß sie sich immer zusammen mit der Welle drehen, und können in Lagern auf der starr mit dem Motorrahmen verbundenen Welle geführt werden. Die Welle kann auch entsprechend der Beschreibung in den Figs. 34, 35 oder 36 montiert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt also ein Hydrostellglied bereit, das für viele Anwendungen geeignet ist, das jedoch besonders geeignet ist zur Steuerung verschiedener Funktionen in motorbetriebenen Fahrzeugen. Eine Bewegung des Schieberelements in entgegengesetzten Richtungen führt zu einer entsprechenden daran gebundenen Bewegung der Kolbenkonstruktion, so daß das Stellglied der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist für Anwendungen mit Servomechanismus.
Wie für einen Fachmann klar sein dürfte, können an der Erfindung viele Veränderungen vorgenommen werden, ohne insgesamt vom Umfang und Schutzbereich der Erfindung, wie er hier dargelegt wird, abzuweichen. Zum Beispiel können andere Ventilkonfigurationen verwendet werden, als hier in Form eines Schiebers dargestellt sind. Außerdem kann das Stellglied der Erfindung, das zwar hauptsächlich für einen Antrieb durch Hydraulikflüssigkeit geeignet ist, auch sehr leicht so gestaltet werden, daß es mit Gasen oder mit Luft betrieben werden kann.

Claims

1. Hydrostellglied (10), bestehend aus einer Kammer (14); einer Kolbenkonstruktion (17), die sich in der besagten Kammer (14) senkrecht hin- und herbewegt, wobei besagte Kolbenkonstruktion (17) aus in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordneten Kolben (19, 19) besteht, die die besagte Kammer (14) in ein erstes Kammersegment (20) zwischen dem besagten ersten Kolben (18) und besagter Kammer (14) sowie einem zweiten Kammersegment (21) zwischen besagtem ersten und zweiten Kolben (18, 19) aufteilt; einer Innenbohrung (29) in der besagten Kolbenkonstruktion (17); einer Einlaßöffnung (24) für das Hydraulikmedium, die mit dem besagten zweiten Kammersegment (14) in Verbindung steht; und einem Schieber (30) zur Steuerung des Ölstroms durch die besagte Bohrung (29), wobei der besagte Schieber (30) so gesteuert werden kann, daß er die beiden Kammersegmente (20, 21) über die Innenbohrung (29) miteinander verbindet und auf diese Weise die Bewegung der besagten Kolbenkonstruktion (17) in eine erste Richtung bewirkt; dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Kolbenkonstruktion (17) die besagte Kammer in ein drittes Kammersegment (22) zwischen dem besagten Kolben (19) und der besagten Kammer (14) unterteilt; und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Schieber (30) so gesteuert werden kann, daß er das besagte zweite und dritte Kammersegment (21, 22) über die Innenbohrung (29) miteinander verbindet und auf diese Weise die Bewegung der besagten Kolbenkonstruktion (17) in eine Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung bewirkt.

2. Hydrostellglied (19) nach Anspruch 1, wobei die besagte Kolbenkonstruktion (17) über eine erste, zweite und dritte Öffnung (25, 26, 27) verfügt, die jeweils die Verbindung zu dem besagten ersten, zweiten und dritten Kammersegment (20, 21, 22) herstellen, und wobei der besagte Schieber (30) die Verbindungen zwischen den besagten Öffnungen (25, 26, 27) und der besagten Innenbohrung (29) entsprechend steuert.

3. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 2, wobei die besagte Kolbenkonstruktion (17) aus entgegengesetzt liegenden Teilen besteht, die über die entgegengesetzten Enden der besagten Kammer (14) hinausragen; und weiterhin aus Ablaßöffnungen (36, 38) in den besagten entgegengesetzt liegenden Teilen und so ausgelegt, daß sie mit der Innenbohrung (29) kommunizieren können. Der besagte Schieber (30) ist so ausgelegt, daß er die Verbindung der besagten Ablaßöffnungen (36, 38) mit der besagten ersten und zweiten Öffnung (25, 27) herstellt oder unterbindet und auf diese Weise das Entleeren des ersten und dritten Kammersegments (20, 22) steuert.

4. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 3, wobei besagte Innenbohrung (29) eine Passage in Längsrichtung der besagten Kolbenkonstruktion (17) darstellt, und wobei der besagte Schieber (30) innerhalb dieser Bohrung verschiebbar ist.

5. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 4, wobei der besagte Schieber (30) eine Vielzahl von Stegen (31, 32, 33) aufweist, und wobei diese besagten Stege (31, 32, 33) so ausgelegt sind, daß sie die besagten Öffnungen (25, 26, 27) öffnen und schließen und auf diese Weise die Verbindung zur besagten Innenbohrung herstellen oder trennen.

6. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 5, wobei die besagten Stege (25, 26, 27) durch Ringlangnute (34, 35) getrennt sind, welche den Strömungsverlauf innerhalb der besagten Bohrung definieren.

7. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 3, wobei die Bewegung des besagten Schiebers (30) in der besagten ersten Richtung die Verbindung zwischen der besagten ersten und zweiten Öffnung (25, 26) über die besagte Innenbohrung (29) sowie die Verbindung zwischen der besagten dritten Öffnung (27) und der Ablaßöffnung (38) über die besagte Innenbohrung (29) herstellt und auf diese Weise die Bewegung der besagten Kolbenkonstruktion (17) in die besagte erste Richtung bewirkt wird.

8. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 7, wobei die Bewegung des besagten Schiebers (30) in die besagte entgegengesetzte Richtung die Verbindung zwischen der besagten zweiten und dritten Öffnung (26, 27) über die besagte Innenbohrung (29) sowie die Verbindung zwischen der ersten Öffnung (25) und der Auslaßöffnung (36) über die besagte Innenbohrung (29) herstellt und auf diese Weise die Bewegung der Kolbenkonstruktion (17) in die besagte entgegengesetzte Richtung bewirkt wird.

9. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 3 mit weiteren Kammersegmenten (39), die mit den besagten Auslaßöffnungen (36, 38) in Verbindung stehen und verdrängtes Betriebsmittel isolieren.

10. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 1, ebenfalls ausgestattet mit einer Vorspannvorrichtung (42), die der Bewegung der besagten Kolbenkonstruktion (17) in der besagten ersten Richtung entgegenwirkt.

11. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 10, wobei die besagte Vorspannvorrichtung (42) auf den besagten zweiten Kolben (19) eine Kraft ausübt.

12. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 11, wobei die besagte Vorspannvorrichtung (42) aus einer Spiralfeder besteht, die zwischen dem besagten zweiten Kolben (19) und der Wand am andern Ende der besagten Kammer (14) angebracht ist.

13. Hydrostellglied (10) nach Anspruch 1 in Kombination mit einem Ventil (11) eines Verbrennungsmotors, wobei die besagte Kolbenkonstruktion (17) mit dem besagten Motorventil (11) verbunden ist, und wobei die Betätigung des besagten Schiebers (30) in der Folge eine Öffnung bzw. Schließung des besagten Ventils (11) bewirkt.

14. Kombinierte Konstruktion laut Anspruch 13, wobei das besagte Motorventil (11) aus einem Ventilschaft (23) besteht und besagte Kolbenkonstruktion (17) mit dem Schaft (23) fest verbunden ist oder als integriertes Teil hergestellt wird, und wobei sich besagte Innenbohrung (29) innerhalb des Schafts (23) befindet.

15. Hydrostellglied (10) laut Anspruch 1 in Kombination mit einem Einspritzventil mit Ventilkolben (70), wobei die besagte Kolbenkonstruktion (17, 54) mit dem besagten Ventilkolben (70) verbunden ist und so ausgelegt ist, daß sich der besagte Ventilkolben (70) nach Betätigung des besagten Schiebers (30, 59) nach oben oder unten bewegt.

16. Verbrennungsmotor mit Kolben (95), der sich in einem Zylinder (96) hin- und herbewegt, sowie Hydrostellglied (10) nach Anspruch 1, wobei besagte Kolbenkonstruktion (102) des besagten Hydrostellglieds mit dem besagten Motorkolben (95) verbunden wird, und wobei die Betätigung des besagten Schiebers (118) bewirkt, daß das besagte Hydrostellglied (10) den besagten Motorkolben (95) zumindest beim Ansaug- und Verdichtungstakt antreibt.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei die besagte Kolbenkonstruktion (102) des besagten Hydrostellglieds durch den besagten Kolben (95) des besagten Motors während des Arbeitstaktes des besagten Kolbens (95) angetrieben wird.

18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei der besagte Schieber (30) durch Nocken (128) betätigt wird; und wobei die Drehung des besagten Nockens (128) die Hinund Herbewegung des besagten Schiebers (118) und der besagten Kolbenkonstruktion (102) bewirkt.

19. Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, wobei das besagte Hydrostellglied mit einer Ölabströmöffnung (110) ausgestattet ist; und wobei der besagte Schieber (118) die Verbindung zwischen dieser Abströmöffnung (110) und dem besagten ersten und dritten Kammersegment (107, 108) herstellt, wobei der besagten Abströmöffnung (110) Öl aus dem ersten und dritten Kammersegment (107, 108) bei Bewegung des besagten Schiebers (102) in entgegengesetzten Richtungen zugeführt wird.

20. Verbrennungsmotor nach Anspruch 19, wobei die Ölabströmöffnungen über Rückschlagventile (130) mit einer Hochdruck-Ölringleitung (131) verbunden sind und auf diese Weise ein Verbraucher mit Betriebsmedium versorgt wird.

21. Verbrennungsmotor nach Anspruch 20, wobei das besagte Hydrostellglied mit einem Sekundärventil (134) ausgestattet ist, wobei das besagte Sekundärventil (134) im Falle einer Fehlzündung im besagten Motorzylinder (96) in weit hochgefahrener Stellung des besagten Motorkolbens (96) Betriebsmedium aus dem besagten dritten Kammersegment (108), damit sich die besagte Kolbenkonstruktion (102) des besagten Hydrostellglieds sowie der besagte Kolben (95) des besagten Motors aus dieser besagten weit hochgefahrenen Stellung wieder nach unten bewegen können.

22. Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, wobei die besagten Nocken (128) auf einer drehbaren Welle (129) angeordnet sind, und wobei es Vorrichtungen gibt, mit deren Hilfe die besagten Nocken (128) gezielt und einzeln mit der besagten Welle (129) in Eingriff gebracht werden können, so daß sich die besagten Nocken (128) gemeinsam mit der besagten Welle (129) drehen.

23. Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, wobei die besagten Nocken (128) so montiert sind, daß sie eine Bewegung in Richtung des besagten Schiebers (118) sowie in entgegengesetzter Richtung ausführen können und auf diese Weise die Kompression in den einzelnen Zylindern des besagten Motors bei gleichzeitiger Beibehaltung des Hubs des besagten Motorkolbens (95) variiert werden kann.

24. Verbrennungsmotor nach Anspruch 18 mit Kniehebeln (146) zwischen den besagten Nocken (128) und den besagten Schiebern (118) sowie Vorrichtungen zur Veränderung der Position der besagten Kniehebel (146) relativ zu den besagten Schiebern (118) zur Veränderung des Hubs des besagten Motorkolbens (95) sowie der Kompression in den Zylindern des besagten Motors.