DE10154339A1

DE10154339A1 - Aktuator für ein Gaswechsel-Hubventil

Info

Publication number: DE10154339A1
Application number: DE10154339A
Authority: DE
Inventors: Axel Rueb
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein Gaswechsel-Hubventil (20) einer Brennkraftmaschine mit einem Steuerraum (12), welcher eine erste und eine zweite Kammer (16, 18) aufweist, und mit wenigstens einem mit dem Gaswechsel-Hubventil (20) verbundenen und in dem Steuerraum (12) angeordneten Steuerkolben (14), wobei die erste Kammer (16) zum Betätigen des Steuerkolbens (14) in eine erste Richtung mit einem Hydrauliksystem verbunden ist. Hierbei ist die zweite Kammer (18) zum Betätigen des Steuerkolbens (14) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit einem pneumatischen Drucksystem derart verbunden, daß die zweite Kammer (18) eine pneumatische Feder bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein Gaswechsel-Hubventil einer Brennkraftmaschine mit einem Steuerraum, welcher eine erste und eine zweite Kammer aufweist, und mit wenigstens einem mit dem Gaswechsel-Hubventil verbundenen und in dem Steuerraum angeordneten Steuerkolben, wobei die erste Kammer zum Betätigen des Steuerkolbens in eine erste Richtung mit einem Hydrauliksystem verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen sind für einen entsprechenden Ladungswechsel in den Arbeitszylindern diesen jeweils zugeordnete Ladungswechselventile vorgesehen, die entsprechend dem Zyklus der Brennkraftmaschine zum Öffnen bzw. Schließen betätigt werden müssen. Hierzu ist aus der DE 198 29 857 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem pneumatischen und/oder hydraulischen Aktuator für ein Gaswechsel-Hubventil bekannt. Der Aktuator umfaßt eine Steuerkammer mit einem darin beweglichen Kolben, welcher den Steuerraum in zwei Volumen teilt, die wahlweise über Magnetventile mit einem Druckmedium in Form von Luft oder Öl befüllt bzw. entleert werden, so daß sich eine entsprechende Ventilbewegung ergibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator der obengenannten Art bzgl. Anpaßbarkeit an verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine und Leistungsbedarf zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Aktuator der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die zweite Kammer zum Betätigen des Steuerkolbens in eine der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit einem pneumatischen Drucksystem derart verbunden ist, daß die zweite Kammer eine pneumatische Feder bildet.

Dies hat den Vorteil, daß durch die Kombination von pneumatischer Ventilfeder mit hydraulischer Ventilsteuerung eine erforderliche Antriebsleistung der Ventilsteuerung im Vergleich mit einer reinen hydraulischen oder pneumatischen Ventilsteuerung überraschend stark reduziert ist. Gleichzeitig ergibt sich bei einer hydraulischen Ventilsteuerung der Vorteil, daß die Ventilfeder in Ihren physikalischen Eigenschaft an jeweilige Betriebszustände der Brennkraftmaschine optimal anpaßbar ist. Querkräfte, wie sie bei mechanischen Ventilfedern auftreten, sind eliminiert und die bewegten Massen sind reduziert, was sich ebenfalls positiv auf den Energiebedarf der Ventilsteuerung auswirkt.

Zweckmäßigerweise weist der Aktuator ein den Steuerraum ausbildendes Gehäuse auf, welches als separates Bauteil oder einstückig mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein einziger Steuerkolben vorgesehen, der die Steuerkammer in die erste und zweite Kammer teilt.

In einer alternativen Ausführungsform sind die erste und zweite Kammer voneinander getrennt ausgebildet und ist jeder Kammer jeweils ein eigener Steuerkolben zugeordnet, wobei die beiden Steuerkolben in einem gemeinsamen oder getrennten Gehäuse angeordnet und an gleicher oder voneinander beanstandeten Stellen mit dem Gaswechsel-Hubventil verbunden sind.

Der wenigstens eine Kolben ist beispielsweise derart angeordnet, daß jeweilige Kolbenflächen koaxial oder axial versetzt zum Gaswechsel-Hubventil angeordnet sind.

Zum Öffnen des Gaswechsel-Hubventils mittels hydraulischer Betätigung des Steuerkolbens und zum Schließen des Gaswechsel-Hubventils mittels der pneumatischen Ventilfeder ist die erste Kammer an einer dem Gaswechsel-Hubventil abgewandten Seite des Kolbens und die zweite Kammer an einer dem Gaswechsel- Hubventil zugewandten Seite des Kolbens ausgebildet.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators für eine ansonsten nicht dargestellte Brennkraftmaschine.

Der Aktuator umfaßt ein Gehäuse 10, welches eine Steuerkammer 12 ausbildet. In der Steuerkammer 12 ist ein Steuerkolben 14 angeordnet, der die Steuerkammer 12 in eine erste Kammer 16 und eine zweite Kammer 18 trennt. Der Steuerkolben 14 ist fest mit einem Gaswechsel-Hubventil 20 verbunden, so daß eine Betätigung des Steuerkolbens 14 direkt eine Hubbewegung des Gaswechsel-Hubventils 20 bewirkt.

Die erste Kammer 16 ist über eine erste Leitung 22 mit einem nicht dargestellten Hydrauliksystem zur hydraulischen Betätigung des Steuerkolbens 14 verbunden. Die zweite Kammer 18 ist über eine zweite Leitung 24 mit einem nicht dargestellten pneumatischen System verbunden. Dieses pneumatische System erzeugt in der zweiten Kammer 18 eine pneumatische Ventilfeder, gegen deren Federkraft die hydraulische Betätigung in der ersten Kammer 16 das Gaswechsel-Hubventil 20 öffnet. Zum Schließen des Gaswechsel-Hubventils 20 läßt der hydraulische Druck in der ersten Kammer 16 nach und die Federkraft der pneumatischen Feder in der zweiten Kammer 18 schließt das Gaswechsel-Hubventil 20. Die pneumatische Ventilfeder in der zweiten Kammer 18 ist in ihren Federeigenschaft veränderbar, so daß Anpassungen an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine möglich sind. Beispielsweise dient dies zur Reduktion des Energiebedarfs der Ventilsteuerung bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine.

Die pneumatische Ventilfeder nutzt die Kompression und Expansion eines geschlossenen Luftvolumens. Beim Zusammendrücken ergeben sich dadurch, im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubenfedern, keine Querkräfte. Die durch Querkräfte hervorgerufene Reibung des Systems entfällt, so daß der Leistungsbedarf der Ventilsteuerung abnimmt. Die oszillierende Masse des Ventilsteuersystems sinkt. Da der hydraulische Druck in der ersten Kammer die bewegte Masse beschleunigen muß, kann hierdurch die Antriebsleistung der Ventilsteuerung gesenkt werden. Der Druck im Inneren der pneumatischen Ventilfeder in der zweiten Kammer 18 kann variiert werden.

Die Kombination von hydraulischer Ventilsteuerung mit pneumatischer Ventilfeder erlaubt eine regelbare Federkraft, bedingt nur axiale Kraftwirkung ohne Querkräfte, reduziert die oszillierende Masse des Ventiltriebs, so daß sich auch eine verbesserte Akustik ergibt, und verbessert insgesamt eine Ventiltriebsdynamik, da die pneumatische Ventilfeder nahezu masselos ist und somit deren dynamischer Einfluß vernachläßigbar ist.

Die Erfindung ist voranstehend lediglich beispielhaft anhand eines Aktuators mit einem einzigen Steuerkolben 14 erläutert. In Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch auch möglich, daß zwei getrennte System für das Öffnen und Schließen des Gaswechsel- Hubventils 20 vorgesehen sind. Hierbei ist beispielsweise ein erster Steuerkolben vorgesehen, der zum Öffnen des Gaswechsel-Hubventils auf seiner Oberseite mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, und ein zweiter getrennter Steuerkolben vorgesehen, der auf seiner Unterseite mit pneumatischem Druck beaufschlagt wird. Beide Kolben sind in einem gemeinsamen oder getrennte Gehäuse befestigt und an gleichen oder unterschiedlichen Stellen mit dem Gaswechsel-Hubventil verbunden. Auch müssen die Kolbenflächen nicht notwendigerweise koaxial zum Gaswechsel-Hubventil angeordnet, sondern können auch axial zu diesem versetzt sein.

Claims

1. Aktuator für ein Gaswechsel-Hubventil (20) einer Brennkraftmaschine mit einem Steuerraum (12), welcher eine erste und eine zweite Kammer (16, 18) aufweist, und mit wenigstens einem mit dem Gaswechsel-Hubventil (20) verbundenen und in dem Steuerraum (12) angeordneten Steuerkolben (14), wobei die erste Kammer (16) zum Betätigen des Steuerkolbens (14) in eine erste Richtung mit einem Hydrauliksystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (18) zum Betätigen des Steuerkolbens (14) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit einem pneumatischen Drucksystem derart verbunden ist, daß die zweite Kammer (18) eine pneumatische Feder bildet.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein den Steuerraum ausbildendes Gehäuse aufweist, welches als separates Bauteil oder einstückig mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Steuerkolben vorgesehen ist, der die Steuerkammer in die erste und zweite Kammer teilt.

4. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Kammer voneinander getrennt ausgebildet sind und jeder Kammer jeweils ein eigener Steuerkolben zugeordnet ist.

5. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkolben in einem gemeinsamen oder getrennten Gehäuse angeordnet sind.

6. Aktuator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkolben an gleicher oder voneinander beanstandeten Stellen mit dem Gaswechsel-Hubventil verbunden sind.

7. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kolben derart angeordnet ist, daß jeweilige Kolbenflächen koaxial oder axial versetzt zum Gaswechsel-Hubventil angeordnet sind.

8. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer an einer dem Gaswechsel-Hubventil abgewandten Seite des Kolbens und die zweite Kammer an einer dem Gaswechsel- Hubventil zugewandten Seite des Kolbens ausgebildet ist.