DE10113722A1 - Hydraulischer Stellantrieb zum Betätigen eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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.
  Dies führt wiederum zu:
  • - 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.