DE102012022295A1 - Vollvariabler piezohydraulischer Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vollvariabler piezohydraulischer Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen Download PDF

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Abstract

Piezohydraulischer Aktuator zur Steuerung eines Stellgliedes, insbesondere eines Gaswechselventils von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktuator (1) wenigstens einen Piezostack (6) aufweist, mit dem wenigstens über einen Hebel (2) direkt und kraftschlüssig auf mindestens einen Stellkolben (20) nach dem Hebelprinzip eine stellwegvergrößernde Kraft ausgeübt wird, wobei durch das Prinzip der hydraulischen Transformation das im Druckraum (13) befindliche Druckmedium eine Kraft auf den Kolben (15) ausübt, so dass dieser über den Ventilschaft (17) den Ventilteller (18) gegen eine Gegenkraft zum Öffnen eines Ein/Auslassventils verschiebt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen vollvariablen piezohydraulischen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
  • Ventilsteuerungen der zuvor genannten Art sind in unterschiedlichen Technologien in zahlreichen Ausführungsformen im Stand der Technik beschrieben aber bisher noch nicht in der Serie zum Einsatz gekommen, da es noch zahlreiche Probleme wie Temperaturdrift des Aktuators, Leckage Verluste des Drucköls, Kavitationsprobleme und es letztendlich auch die Erreichung ausreichend großer Ventilhübe bis in den Bereich von ca. 10 mm für einen Einsatz in der Serie noch zu optimieren gilt.
  • Hierzu wird erfindungsgemäß eine funktionale Einheit aus hydraulischer Transformation mittels zweier Kolben und einer Hebelübersetzung mit einer zu erreichenden Stellwegvergrößerung mit einem Faktor von ca. ü = 10 zum Einsatz gebracht, wobei sich diese Kombination wegen der großen translatorischen Stellkräfte von Piezostacks bis in den Kilonewtonbereich besonders anbietet.
  • In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
  • 1 einen vereinfachten Längsschnitt des piezoelektrischen Aktuators (1).
  • Erfindungsgemäß wird zur Erreichung eines ausreichenden Ventilhubs bis in den Bereich von 10 mm zum einen die hydraulische Transformation der Druckfläche des Kolbens (20) im Verhältnis zur Druckfläche des Kolben (15) in Bezug auf den Druckraum (13) genutzt und zum anderen das Übersetzungsverhältnis der Hebelarme des Hebels (2) mit dem kürzerer Hebelarm (26) und dem längerer Hebelarm (24), wodurch das Übersetzungsverhältnis des Hebels (2) bestimmt wird. Durch diese Anordnung kann auch mit nur relativ kleinen Hüben des Piezostacks (6) im Druckraum (13) genügend Drucköl verdrängt werden um den jeweiligen aktuellen motorischen Anforderungen in Bezug auf die geforderten Ventilhübe gerecht zu werden. Hierzu stützt sich der Piezostack (6) auf dem Widerlager (8) ab und überträgt seine jeweilige Längung auf die Kontaktfläche (5), wobei die erforderliche Vorspannung des Piezostacks (6) in einer ersten Ausführungsform mittels der Vorspannungsstellschraube (3) eingestellt wird und durch die Kontermutter (4) unlösbar fixiert ist. Durch den Hebel (2) wird über das Gelenk (25) die Bewegung des Hebels (2) über die Kontaktfläche (21) auf den Stellkolben (20) übertragen der sich gegen die Druckfeder (10) abstützt, wobei sich diese wiederum gegen das Widerlager (11) abstützt. Die Druckfeder (10) kann auch über einen Stellmechanismus von der Seite des Widerlagers (11) her spannungsmäßig optimiert werden. Um evtl. unerwünschte Einwirkungen auf das Drucköl im Druckraum (13) zu verhindern kann in einer weiteren Ausführungsform die Druckfeder (10) auch außerhalb des Druckraumes (13) auf die Kontaktfläche (21) einwirken. Leckageverluste des Drucköls und Temperaturdrift werden durch den druckregulierten Druckölzulauf (12) und den Druckölablauf (9) des Druckraumes (13) ausgeglichen. Um Kavitationserscheinungen im Druckraum (13) zu verhindern wird hier der Druck auf entsprechendem Niveau gehalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    piezoelektrischer Aktuator
    2
    Hebel
    3
    Vorspannungsstellschraube
    4
    Kontermutter
    5
    Kontaktfläche
    6
    Piezostack
    7
    Aufnahmeschacht
    8
    Widerlager
    9
    Druckölablauf
    10
    Druckfeder
    11
    Widerlager
    12
    Druckölzulauf
    13
    Druckraum
    14
    Laufzylinder
    15
    Kolben
    16
    Widerlager
    17
    Ventilschaft
    18
    Ventilteller
    19
    Ventilfeder
    20
    Stellkolben
    21
    Kontaktfläche
    22
    Zylinder
    23
    Steg
    24
    längerer Hebelarm
    25
    Gelenk
    26
    kürzerer Hebelarm

Claims (6)

  1. Piezohydraulischer Aktuator zur Steuerung eines Stellgliedes, insbesondere eines Gaswechselventils von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktuator (1) wenigstens einen Piezostack (6) aufweist, mit dem wenigstens über einen Hebel (2) direkt und kraftschlüssig auf mindestens einen Stellkolben (20) nach dem Hebelprinzip eine stellwegvergrößernde Kraft ausgeübt wird, wobei durch das Prinzip der hydraulischen Transformation das im Druckraum (13) befindliche Druckmedium eine Kraft auf den Kolben (15) ausübt, so dass dieser über den Ventilschaft (17) den Ventilteller (18) gegen eine Gegenkraft zum Öffnen eines Ein/Auslassventils verschiebt.
  2. Piezohydraulischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Ausführungsform der kürzere Hebelarm (26) über die Kontaktfläche (5) mit der Vorspannungsstellschraube (3) und der Kontermutter (4) kraftschlüssig mit dem Piezostack (6) verbunden ist.
  3. Piezohydraulischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Ausführungsform die Kontaktfläche (21) kraftschlüssig mit dem Stellkolben (20) verbunden ist.
  4. Piezohydraulischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (23) das Gelenk (25) aufweist in dem der Hebel (2) dreht und dass der Steg (23) kraft- oder formschlüssig mit dem Aufnahmeschacht (7) verbundenen ist.
  5. Piezohydraulischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfeder (10) im Druckraum (13) am Stellkolben (20) und am Widerlager (11) abstützt, wobei die Druckfeder (10) auch außerhalb des Druckraumes (13) platziert sein kann.
  6. Piezohydraulischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (13) den Druckölzulauf (12) und den Druckölablauf (9) aufweist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105156166A (zh) * 2015-08-17 2015-12-16 天津大学 压电晶体电控液压快速vvt及vvl装置及其控制方法
CN107288699A (zh) * 2016-04-11 2017-10-24 浙江师范大学 一种压电驱动的无凸轮轴气门驱动机构

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105156166A (zh) * 2015-08-17 2015-12-16 天津大学 压电晶体电控液压快速vvt及vvl装置及其控制方法
CN107288699A (zh) * 2016-04-11 2017-10-24 浙江师范大学 一种压电驱动的无凸轮轴气门驱动机构
CN107288699B (zh) * 2016-04-11 2023-08-29 浙江师范大学 一种压电驱动的无凸轮轴气门驱动机构

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