DE102006018587A1 - Ventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents
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Abstract
Ventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit zumindest einem Piezoaktuator (4), der intermittierende mittels einer Übertragungsvorrichtung mit dem Ventil oder einem mit dem Ventil verbundenen Bauteil, vorzugsweise mit dem Ventilschaft (17), verbindbar ist, wobei die Übertragungsvorrichtung in einem Gehäuse (1) oder einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Druckfeder (8), die zwischen der Übertragungsvorrichtung und dem Gehäuse (1) oder Zylinderkopf angeordnet ist, wobei die Übertragungsvorrichtung als steuerbare Klemmvorrichtung (Klemmhülse 9, Druckraum 10) ausgebildet ist, die hydraulisch betätigbar ist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Ventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit zumindest einem Piezoaktuator, der intermittierend mittels einer Übertragungsvorrichtung mit dem Ventil oder einem mit dem Ventil verbundenen Bauteil, vorzugsweise mit dem Ventilschaft, verbindbar ist, wobei die Übertragungsvorrichtung in einem Gehäuse oder einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Druckfeder, die zwischen der Übertragungsvorrichtung und dem Gehäuse oder Zylinderkopf angeordnet ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine derartige gattungsbildende Ventilbetätigungsvorrichtung ist aus der
DE 10 2004 012 389 A1 bekannt. Bei dieser Ventilbetätigungsvorrichtung steht die Übertragungsvorrichtung mit einem Zwischenstück in Wirkverbindung, wobei das Zwischenstück mittels eines Bolzens in den Piezoaktuator reicht. Die Übertragungsvorrichtung weist ebenfalls Piezoaktuatoren auf, die den Ventilschaft intermittierend klemmen und dadurch die Längsbewegung des Piezoaktuators auf den Ventilschaft übertragen und damit intermittierend schrittweise das Ventil, insbesondere Gaswechselventil einer Hubkolbenbrennkraftmaschine öffnen. Weiterhin sind gehäusefest Piezoaktuatoren vorgesehen, die den Ventilschaft bei der Rückbewegung der Übertragungsvorrichtung festhalten und einklemmen. - Es hat sich herausgestellt, dass es sehr schwierig ist, in der Übertragungsvorrichtung Piezoaktuatoren einzubauen und diese zum Klemmen des Ventilschaftes während der Verschiebebewegung des Ventils durch den Piezoaktuator bzw. durch Druckfeder zu benutzen. Weiterhin erhöht sich durch das Zwischenstück und die Piezoaktuatoren die schnell zu beschleunigende Masse, was ebenfalls nicht erwünscht ist. Darüber hinaus ist es schwierig sich bewegende Piezoaktuatoren elektrisch anzusteuern.
- Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsbildende Ventilbetätigungsvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass die Übertragungsvorrichtung unter den verschiedensten Bedingungen im harten Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine sicher eine Übertragung der Kräfte des Piezoaktuators und der Druckfeder auf das Ventil ermöglicht, wobei eine langlebige, betriebssichere und kostengünstige Vorrichtung angestrebt wird.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Übertragungsvorrichtung als steuerbare Klemmvorrichtung ausgebildet ist, die hydraulisch betätigbar ist. Diese hydraulische Klemmvorrichtung hat den Vorteil, dass sie die Klemmung zielsicherer vornehmen kann als die Piezoaktuatoren, und dass Klemmrillen, wie beim Stand der Technik, entfallen können.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Klemmvorrichtung einen Hülsenkörper aufweist, mit dem dichtend eine Klemmhülse verbunden ist, die mit dem Hülsenkörper einen Druckraum bildet und den Ventilschaft oder einen Bolzen des mit dem Ventil verbundenen Bauteils umschließt und dass an den Druckraum eine Druckquelle anschließbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein Klemmbereich geschaffen, der eine beliebige Erstreckung haben kann, wobei die Klemmhülse den Ventilschaft oder den Bolzen fest umschließt. Die Klemmhülse ist bezüglich ihrer Wandstärke und ihrer Werkstoffwahl so ausgebildet, dass sie Verschleiß minimierend den Ventilschaft oder den Bolzen langlebig kontaktieren kann und dass sie andererseits so elastisch ist, dass sie nach Druckabbau im Druckraum den Ventilschaft bzw. den Bolzen schnell wieder freigibt.
- Der Hülsenkörper schließt dabei auf der einen axialen Seite kraftschlüssig an den Piezoaktuator an und auf der gegenüberliegenden Seite mittels eines Flanschstücks an die Druckfeder. Dadurch ist der Hülsenkörper so geführt, dass er dauernd am Piezoaktuator anliegt und andererseits der Bewegung des Piezoaktuators und der Druckfeder folgen kann.
- Der Hülsenkörper ist dabei vorzugsweise mit leichtem Radialspiel im Gehäuse oder Zylinderkopf geführt, so dass eine gute Beweglichkeit gegeben ist und eine Doppelpassung im Gehäuse und im Zylinderkopf einerseits und über die Klemmhülse am Ventilschaft nicht zu befürchten ist.
- Der Hülsenkörper ist auf beiden Axialseiten mittels je eines Dichtelements abgedichtet.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Druckquelle als Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet ist, wobei der Kolben mittels einer, vorzugsweise als Druckfeder ausgebildeten, Feder in Richtung einer Vergrößerung des Hubraumes vorgespannt ist.
- Dabei ist der Kolben der Kolben-/Zylindereinheit kraftschlüssig mit einem Piezoaktuatorelement verbunden, so dass der Kolben durch die Feder dauernd gegenüber dem Piezoaktuatorelement vorgespannt ist.
- Zwischen der Druckquelle und dem Druckraum ist eine Steuerleitung angeschlossen, wobei die mit Flüssigkeit gefüllten Räume vakuumbefüllt sind, damit keine Luft- bzw. Gaseinschlüsse vorliegen, die eine schnelle Reaktion des Druckraumes durch die Druckquelle verhindern könnten.
- An die Steuerleitung kann auch eine Befüll-, insbesondere Leckageleitung, angeschlossen sein, die ebenfalls eine sichere Befüllung der mit Flüssigkeit gefüllten Räume sicherstellt und Leckverluste ausgleicht. Auch der Kolben der Kolben-/Zylindereinheit ist gegenüber dem Zylindergehäuse mittels eines Dichtringes abgedichtet, wobei dieser Dichtring und das Dichtelement auf der dem Piezoaktuator abgewandten Seite des Hülsenkörpers zwischen einem Flansch am Kolben und am Hülsenkörper sowie einer Abstufung am Zylindergehäuse der Kolben-/Zylindereinheit und dem Gehäuse oder Zylinderkopf eingesetzt sind. Dieses Dichtelement und der Dichtring sind von besonderer Bedeutung, da sie einerseits eine sichere Abdichtung gewährleisten sollen, andererseits aber eine solche Elastizität aufweisen müssen, dass sie die Hubbewegungen des Piezoaktuators und des Piezoaktuatorelements sicher elastisch aufnehmen können, wobei auch hier lange Standzeiten wünschenswert sind.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
- Es zeigen:
-
1 : einen Schnitt durch eine Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit Schnitt durch eine zugeordnete Druckquelle. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist mit1 ein Gehäuse bezeichnet, in dem die Ventilbetätigungsvorrichtung untergebracht ist. Je nach Anzahl der Zylinder der Hubkolbenbrennkraftmaschine gibt es eine Vielzahl von Betätigungsvorrichtung, die entsprechend der Anordnung der Gaswechselventile untergebracht sind. In dem Gehäuse1 ist ein mit2 bezeichneter Hülsenkörper eingebaut, der in einer Aussparung des Gehäuses1 eingesetzt ist. An den Hülsenkörper2 schließt sich ein Druckkolben3 an, der mit einem Piezoaktuator4 in Verbindung steht. Zwischen dem Druckkolben3 und dem Hülsenkörper2 ist ein mit5 bezeichnetes Dichtelement angeordnet, das in einer Aussparung des Druckkolbens eingesetzt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Hülsenkörper einen Flansch6 auf, an dem ein weiteres Dichtelement5 anliegt, das sich weiterhin am Gehäuse1 in radialer Richtung und axial an einer Abstufung im Gehäuse1 abstützt. Der Hülsenkörper2 weist eine auf der dem Druckkolben3 abgewandten Seite eine Verlängerung auf, an der ein Flanschstück7 befestigt ist, an das sich eine Druckfeder8 anschließt, die sich weiterhin auf einem Absatz des Gehäuse1 abstützt. - In einer zentralen Öffnung des Hülsenkörpers
2 ist eine Klemmhülse9 angeordnet, die an ihren Enden dichtend mit dem Hülsenkörper2 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Klemmhülse9 und das Flanschstück7 ein einstückiges Bauteil. Die Klemmhülse9 bildet mit dem Hülsenkörper2 einen Druckraum10 , an den eine Steuerleitung11 angeschlossen ist, die radial durch den Hülsenkörper2 und das Gehäuse1 zu einem Hubraum12 führt, in dem eine Feder13 angeordnet ist. Der Hubraum12 wird weiterhin durch einen Kolben14 einer Kolben-/Zylindereinheit begrenzt, der mit dem Piezoaktuatorelement15 in Wirkverbindung steht. Der Kolben14 weist ebenfalls einen Flansch6 auf, an dem sich ein Dichtring16 anschließt, der sich radial am Gehäuse1 und axial an einer Stufenfläche des Gehäuses1 abstützt. - In der Klemmhülse
9 ist ein Ventilschaft17 angeordnet, der mit leichtem Spiel gegenüber der Klemmhülse9 geführt ist. - Die Wirkungsweise der Ventilbetätigungsvorrichtung ist wie folgt: Befindet sich das Ventil und damit der Ventilschaft
17 in einer geschlossenen Stellung, so wird zum Öffnen des Ventils zunächst durch Betätigung des Piezoaktuatorelements15 und eine darauf folgende Bewegung des Kolbens14 ein Druck in dem Druckraum10 erzeugt. Die Klemmhülse9 klemmt daraufhin den Ventilschaft17 , so dass die durch eine Betätigung des Piezoaktuators hervorgerufene Bewegung des Hülsenkörpers den Ventilschaft in Richtung des Pfeils in1 bewegt. - Am Ende der Hubbewegung des Piezoaktuators
4 erfolgt die Festlegung des Ventilschaftes17 durch eine nicht dargestellte Einrichtung, die elektrisch, hydraulisch oder auch mechanisch ausgebildet sein kann. Es kann sich dabei auch um eine Rasteinrichtung mit Rastkerben handeln, wobei der Abstand der Rastkerben der Hubbewegung des Piezoaktuators4 zugeordnet sein sollte. Es kann sich dabei aber auch um eine Einrichtung handeln, die hydraulisch, ähnlich der Klemmvorrichtung, ausgeführt ist oder auch um eine Einrichtung mit Piezoaktuatoren, ähnlich oder entsprechend dem Stand der Technik. - Danach erfolgt durch Deaktivierung des Piezoaktuatorelements
15 ein Druckabbau im Druckraum10 , so dass die Klemmhülse9 sich vom Ventilschaft17 löst. Nach Deaktivierung des Piezoaktuators4 verschiebt die Druckfeder8 den Hülsenkörper2 in eine Richtung entgegen dem Pfeil in1 , so dass durch erneute Betätigung des Piezoaktuatorelements mit Klemmen des Ventilschaftes17 in der Klemmhülse und mit Betätigung des Piezoaktuators4 eine neue Hubbewegung des Gaswechselventils erfolgen kann. - Eine Schließbewegung des Gaswechselventils erfolgt ebenfalls durch Ein- und Ausschalten des Piezoaktuators
4 in Verbindung mit der Rückbewegung des Hülsenkörpers2 durch die Druckfeder, wobei allerdings in Abweichung zu der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils das Piezoaktuatorelement15 dann betätigt wird und der Druckaufbau im Druckraum10 dann erfolgt, wenn der Hülsenkörper2 von der Druckfeder entgegen dem Pfeil in1 bewegt wird. -
- 1
- Gehäuse
- 2
- Hülsenkörper
- 3
- Druckkolben
- 4
- Piezoaktuator
- 5
- Dichtelemente
- 6
- Flansche
- 7
- Flanschstück
- 8
- Druckfeder
- 9
- Klemmhülse
- 10
- Druckraum
- 11
- Steuerleitung
- 12
- Hubraum
- 13
- Feder
- 14
- Kolben
- 15
- Piezoaktuatorelement
- 16
- Dichtring
- 17
- Ventilschaft
Claims (12)
- Ventilbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit zumindest einem Piezoaktuator (
4 ), der intermittierend mittels einer Übertragungsvorrichtung mit dem Ventil oder einem mit dem Ventil verbundenen Bauteil, vorzugsweise mit dem Ventilschaft (17 ), verbindbar ist, wobei die Übertragungsvorrichtung in einem Gehäuse (1 ) oder einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Druckfeder (8 ), die zwischen der Übertragungsvorrichtung und dem Gehäuse (1 ) oder Zylinderkopf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung als steuerbare Klemmvorrichtung (Klemmhülse9 , Druckraum10 ) ausgebildet ist, die hydraulisch betätigbar ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung einen Hülsenkörper (
2 ) aufweist, mit dem dichtend eine Klemmhülse (9 ) verbunden ist, die mit dem Hülsenkörper (2 ) einen Druckraum (10 ) bildet und den Ventilschaft (17 ) oder einen Bolzen des mit dem Ventil verbundenen Bauteils umschließt, und dass an den Druckraum (10 ) eine Druckquelle anschließbar ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (
2 ) auf der einen axialen Seite kraftschlüssig mit dem Piezoaktuator (4 ) und auf der gegenüberliegenden Seite mittels eines Flanschstückes (7 ) mit der Druckfeder (8 ) in Wirkverbindung steht. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (
2 ) mit radialem Spiel im Gehäuse (1 ) oder Zylinderkopf geführt ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (
2 ) auf der einen axialen Seite und der gegenüberliegenden Seite gegenüber dem Gehäuse (1 ) oder Zylinderkopf mittels je eines Dichtelements (5 ) abgedichtet ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (
2 ) zumindest im Umfang der Hubbewegung des Piezoaktuators (4 ) im Gehäuse1 oder Zylinderkopf axial verschiebbar geführt ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle als Kolben-/Zylindereinheit ausgebildet ist, wobei der Kolben (
14 ) mittels einer vorzugsweise als Druckfeder ausgebildeten Feder (13 ) in Richtung einer Vergrößerung des Hubraums (12 ) vorgespannt ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
14 ) der Kolben-/Zylindereinheit kraftschlüssig mit einem Piezoaktuatorelement (15 ) verbunden ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckquelle und dem Druckraum (
10 ) eine Steuerleitung (11 ) angeschlossen ist und dass die mit Flüssigkeit gefüllten Räume vakuumbefüllt sind. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Steuerleitung (
11 ) eine Befüll-, insbesondere Leckageleitung, angeschlossen ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
14 ) der Kolben-/Zylindereinheit gegenüber dem Zylindergehäuse mittels eines Dichtringes (16 ) abgedichtet ist. - Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (
14 ) der Kolben-/Zylindereinheit und der Hülsenkörper (2 ) auf seiner dem Piezoaktuator gegenüberliegenden Seite je einen Flansch (6 ) aufweisen sowie das zugeordnete Zylindergehäuse und das zugeordnete Gehäuse (1 ) oder der Zylinderkopf je eine Abstufung derart haben, dass der Dichtring (16 ) zwischen dem Kolben (14 ), dem Flansch (6 ), dem Zylindergehäuse und der Abstufung und dass das Dichtelement (5 ) zwischen dem Hülsenkörper (2 ), dem Flansch (6 ), dem Gehäuse (1 ) oder Zylinderkopf und der Abstufung angeordnet sind, und dass die Kompresssibilität des Dichtringes (16 ) und des Dichtelements (5 ) so groß gewählt ist, dass sie die Hubbewegungen des Piezoaktuators (4 ) und des Piezoaktuatorelements (15 ) elastisch aufnehmen.
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