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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Ventiltriebe für Verbrennungskraftmaschinen, die wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders, aufweisen, sind bereits hinlänglich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Ein solcher Ventiltrieb umfasst wenigstens ein Gaswechselventil zum Steuern des Ladungswechsels des Brennraums. Der Ventiltrieb umfasst ferner wenigstens ein Federelement, mittels welchem das Gaswechselventil aus wenigstens einer Offenstellung in eine Schließstellung bewegbar ist. In der Offenstellung ist der Brennraum mit wenigstens einem Kanal der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. In der Schließstellung des Gaswechselventils ist der Brennraum von dem Kanal fluidisch getrennt.
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Handelt es sich bei dem Kanal beispielsweise um einen Einlasskanal der Verbrennungskraftmaschine, so ist das Gaswechselventil als sogenanntes Einlassventil ausgebildet. Über den Einlasskanal wird dem Brennraum Frischgas, beispielsweise Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, zugeführt. Dieses Frischgas kann in der Offenstellung des Gaswechselventils (Einlassventil) vom Einlasskanal in den Brennraum (Zylinder) einströmen.
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Ist der Kanal beispielsweise ein Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine, so ist das Gaswechselventil ein Auslassventil. In der Offenstellung des Gaswechselventils (Auslassventil) kann Abgas, das im Brennraum aus einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches resultiert, vom Brennraum in den Auslasskanal einströmen, so dass das Abgas über den Auslasskanal vom Brennraum abgeführt werden kann. Dieses Abführen von Abgas aus dem Brennraum und das Zuführen von Frischgas in den Brennraum wird als „Ladungswechsel” bezeichnet, der entsprechend durch Öffnen und Schließen des jeweiligen Gaswechselventils gesteuert, das heißt eingestellt wird.
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Üblicherweise wird das Federelement auch dazu verwendet, das Gaswechselventil in seiner Schließstellung zu halten und beispielsweise gegen einen korrespondierenden Ventilsitz zu pressen, so dass der Kanal sicher gegen den Brennraum abgedichtet ist. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ventiltriebe bekannt, welche unterschiedliche Prinzipien zum Bewegen des jeweiligen Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung nutzen.
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Beispielsweise ist das Federelement als mechanische Ventilfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder, ausgebildet. In der Offenstellung ist das Federelement gespannt, wobei das Federelement das Gaswechselventil durch zumindest teilweises Entspannen zurück in die Schließstellung drückt. Darüber hinaus ist aus dem allgemeinen Stand der Technik die Verwendung von pneumatischen Ventilfedern bekannt. Hierbei wird das Gaswechselventil pneumatisch aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt. Darüber hinaus sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Kombinationen aus mechanischen Ventilfedern und pneumatischen Ventilfedern bekannt.
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Konventionelle Rückstellsysteme mit mechanischen Ventilfedern werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften üblicherweise bezogen auf eine Maximaldrehzahl der Verbrennungskraftmaschine ausgelegt. Dabei ergeben sich im Allgemeinen zwei Nachteile. Die Ventilfederkraft ist auf Maximaldrehzahl ausgelegt, das heißt höher als für niedrige bis mittlere Drehzahlen notwendig wäre. Dies hat überhöhte Betätigungskräfte und erhöhte Reibung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen zur Folge. Des Weiteren neigen konventionelle Schraubenfedern im Ventiltrieb zu Schwingungen, wodurch eine weitere Krafterhöhung bei Maximaldrehzahl notwendig ist. Diese wird im Allgemeinen durch dynamische Korrekturfaktoren bei der Auslegung berücksichtigt. Diese notwendige Kraftreserve führt zu weiteren Reibungserhöhungen bei mittleren und niedrigen Drehzahlen.
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Demgegenüber haben pneumatische Ventilfedern den Vorteil, dass ein Druck in einem Kompressionsraum einer solchen pneumatischen Ventilfeder nicht schwingt, so dass sich die dynamischen Korrekturfaktoren, welche für die notwendige Kraftreserve bei der Federauslegung aufgeschlagen werden, reduzieren. Des Weiteren lassen sich Systeme mit pneumatischen Ventilfedern einfacher regeln beziehungsweise steuern, was eine Drehzahlanpassung der Kraft beziehungsweise des Drucks zum Bewegen des Gaswechselventils zulässt. Damit lassen sich Reibungskräfte bei niedrigen Drehzahlen extrem absenken.
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Für die Funktion einer pneumatischen Ventilfeder ist eine möglichst gute Abdichtung des Kompressionsraums erforderlich, welcher üblicherweise auch als Druckraum bezeichnet wird. Ein Druckkolben der pneumatischen Ventilfeder kann beispielsweise gegenüber einer Wandung des Druckraumes mit einer mit dem Druckkolben mitbewegten Dichtung abgedichtet sein, wobei alternativ eine ortsfeste Dichtung in der Wandung des Druckraums vorgesehen sein kann. Weiterhin sollte der Schaft des Gaswechselventils eine Dichtung zur Ventilführung und zum Druckkolben aufweisen.
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Herkömmliche pneumatische Ventilfedern weisen jedoch den Nachteil auf, dass es zu einem starken Eintrag von Schmiermittel, beispielsweise Öl, in den Druckraum kommen kann. Dies kann zu Schäden durch Überdruck führen. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten für Dichtungen, für eine aufwendige Regelung des Versorgungsdrucks, für die Schnelligkeit der Regelung bei Drehzahlerhöhungen sowie die erforderliche Fertigungspräzision insbesondere des Druckkolbens.
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Für die Funktion einer pneumatischen Ventilfeder ist somit eine möglichst gute Abdichtung des Druckraumes erforderlich, um einerseits einen Eintrag von Schmiermittel in den Druckraum zu vermeiden und andererseits eine unerwünschte Leckage von Druckgas aus dem Druckraum zu vermeiden oder gering zu halten. Dies führt jedoch zu einer erhöhten Reibung der mitbewegten Druckkolbendichtung. Eine Lösung hierfür wäre beispielsweise, eine reibungsreduzierte Dichtung über einen definierten Leckspalt auszugestalten, wobei ein Eintritt von Schmiermittel in den Druckraum durch austretendes Druckgas verhindert wird. Hierbei wäre jedoch eine Entlüftung in einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine erforderlich und das leckende Druckgas müsste durch eine Systemdruckerzeugung nachgefördert werden. Hierzu wäre zusätzliche Antriebsleistung erforderlich.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, ein umschaltbares, adaptives Anpassen des Druckniveaus in dem Druckraum über einen Belüftungskanal zu realisieren. Das heißt, dass eine Reduktion und Anpassung des Druckniveaus in dem Druckraum durch ein Entlüften des Druckgases in den Zylinderkopf erzeugt werden kann. Auch hierbei müsste jedoch leckendes Druckgas durch Systemdruckerzeugung nachgefördert werden, wozu zusätzliche Antriebsleistung erforderlich wäre.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile sowohl einer mechanischen Ventilfeder als auch einer pneumatischen Ventilfeder vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die zur mechanischen Ventilfedern und die zu pneumatischen Ventilfedern geschilderten Probleme vermieden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement wenigstens einen Faltenbalg zum Bewegen des Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung umfasst. Mit anderen Worten wird zum Bewegen des Gaswechselventils eine pneumatische Ventilfeder in Form einer Faltenbalgfeder verwendet. Befindet sich das Gaswechselventil beispielsweise in seiner Offenstellung, so ist der Faltenbalg gegenüber der Schließstellung des Gaswechselventils längenverkürzt. Die Bewegung des Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung geht mit einer Längenzunahme beziehungsweise Längenvergrößerung des Faltenbalgs einher. Hierzu wird beispielsweise wenigstens eine, zumindest teilweise durch den Faltenbalg begrenzte Arbeitskammer mit einem Medium, insbesondere mit einem gasförmigen Medium, beaufschlagt, so dass das Gaswechselventil in die Schließstellung bewegt wird.
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Mit anderen Worten wird das Medium in die Arbeitskammer eingeleitet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Arbeitskammer in der Offenstellung des Gaswechselventils im Vergleich zur Schließstellung aufgrund der Längenverkürzung des Faltenbalgs ein geringeres Volumen aufweist. Mit anderen Worten wird das Volumen der Arbeitskammer durch Bewegen des Gaswechselventils aus der Schließstellung in die Offenstellung verkleinert. Durch diese Volumenverkleinerung wird das beispielsweise gasförmige Medium in der Arbeitskammer komprimiert. Durch den Faltenbalg ist somit eine Gasfeder beziehungsweise eine Luftfeder dargestellt, welche in der Offenstellung des Gaswechselventils das Gaswechselventil zumindest mittelbar mit einer Federkraft beaufschlagt. Durch diese Federkraft, welche durch die Längenverkürzung des Federbalgs und/oder durch das Komprimieren des gasförmigen Mediums in der Arbeitskammer resultiert, kann das Gaswechselventil aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt werden.
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Eine durch den Faltenbalg bereitgestellte Faltenbalgfeder zum Bewegen des Gaswechselventils ist wartungsfrei oder besonders wartungsarm. Zudem kann ein Eintrag von Schmiermittel, insbesondere Öl, in die Arbeitskammer auf einfache Weise vermieden werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Kraft zum Bewegen des Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung zumindest überwiegend oder ausschließlich durch das komprimierte Medium und/oder durch Zuführen von Medium in die Arbeitskammer bewirkt wird, so dass der Faltenbalg selbst keinen oder nur einen sehr geringen Beitrag zur Kennlinie der von dem Federelement bereitgestellten Gesamtfederkraft zum Bewegen des Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung leistet.
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Durch eine solche pneumatische Faltenbalgfeder kann ein geschlossenes System geschaffen werden, bei welchem die Faltenbalgfeder, welche beispielsweise als Faltenbalgtellerfeder ausgebildet ist, eine sichere und definierte Rückstellkraft erzeugt, die unabhängig von einer Druckversorgung des Ventiltriebs beziehungsweise der Faltenbalgfeder ist. Dadurch kann ohne Zusatzenergie eine definierte Vorspannkraft erzeugt werden, so dass eine Notlauffähigkeit der Verbrennungskraftmaschine bei einem Ausfall der Druckversorgung sichergestellt werden kann.
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Eine Antriebsleistung zum Betreiben des erfindungsgemäßen Ventiltriebs kann besonders gering gehalten werden. Ebenso kann die Reibung des Ventiltriebs gering gehalten werden. In der Folge ist ein besonders hoher Wirkungsgrad des Ventiltriebs realisierbar. Beispielsweise kann eine herkömmlicherweise vorgesehene Ventilschaftdichtung ebenso entfallen wie konventionelle Schraubenfedern zur Darstellung einer Notlauffähigkeit. Darüber hinaus ist es mittels des erfindungsgemäßen Ventiltriebs möglich, die oszillierende Masse besonders gering zu halten. Außerdem kann eine zumindest nahezu seitenkraftfreie Führung des Gaswechselventils realisiert werden.
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Durch die Verwendung von kurzkettigen Gasmolekülen als Medium für die Arbeitskammer kann die innere Reibung des insbesondere geschlossenen Systems besonders gering gehalten werden.
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Wird beispielsweise das Gaswechselventil aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt, und wird dadurch eine Volumenverkleinerung der Arbeitskammer aufgrund der Längenverkürzung des Faltenbalgs bewirkt, so kann anstelle oder zusätzlich zu einer Komprimierung des in der Arbeitskammer aufgenommenen Mediums vorgesehen sein, dass zumindest einen Teil des in der Arbeitskammer aufgenommenen Mediums aus der Arbeitskammer abgeführt beziehungsweise infolge der Volumenverkleinerung herausgepresst wird. Dieses aus der Arbeitskammer infolge der Volumenverkleinerung herausgepresste Medium kann beispielsweise für andere Zwecke als Druckmedium beziehungsweise Druckgas verwendet werden.
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Beispielsweise ist es möglich, das aus der Druckkammer herausströmende beziehungsweise herausgepresste, insbesondere gasförmige, Medium einer anderen, weiteren Druckkammer eines anderen, weiteren Faltenbalgs zuzuführen, um dadurch eine Längenvergrößerung beziehungsweise Längenzunahme des anderen Faltenbalgs zu bewirken. Mit anderen Worten kann das aus der einen Arbeitskammer herausgepresste Medium in die andere Arbeitskammer eingeleitet werden, um dadurch den anderen Faltenbalg in seiner Länge zu vergrößern und somit beispielsweise ein anderes, dem anderen Faltenbalg zugeordnetes weiteres Gaswechselventil aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. Hierdurch ist ein zumindest im Wesentlichen geschlossenes System nach Art eines „Closed Loop” geschaffen, wobei die einzelnen Arbeitskammern fluidisch miteinander kommunizieren, so dass diesen Arbeitskammern gegenseitig das Medium zugeführt werden kann. Hierbei wird sozusagen das Medium von dem zu öffnenden Gaswechselventil dem zu schließenden Gaswechselventil zugeführt.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das aus der einen Arbeitskammer herausgepresste Medium einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen, und dadurch diesen Brennraum mit Druckluft zu versorgen. Dadurch kann der Brennraum insbesondere in unteren Drehzahlbereichen der Verbrennungskraftmaschine aufgeladen werden, um beispielsweise ein besonders gutes und schnelles Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine auch bei geringen Drehzahlen zu ermöglichen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das aus der einen Arbeitskammer herausgepresste Medium in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine zu führen und über den Ansaugtrakt einen Brennraum mit dem herausgepressten, überschüssigen Medium zu versorgen oder den Brennraum direkt mit dem herausgepressten Medium zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich kann dadurch eine Spülung des Brennraums unterstützt werden und/oder das Gaswechselventil insbesondere in Form eines Auslassventils gekühlt werden.
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Ferner ist es alternativ oder zusätzlich möglich, das aus der einen Arbeitskammer herausgepresste Medium für ein Druckluftsystem des Kraftwagens zu verwenden. Das herausgepresste Medium könnte beispielsweise in einem Druckgastank gespeichert und bedarfsgerecht Verbrauchern, welche die Versorgung mit Druckgas beziehungsweise Druckluft erfordern, zugeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb ist darüber hinaus ein drehzahlabhängiges Anpassen des Druckniveaus in der Arbeitskammer auf einfache Weise möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine erste Ausführungsform eines Ventiltriebs für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Gaswechselventil und mit wenigstens einem Faltenbalg zum Bewegen des Gaswechselventils aus einer Offenstellung in eine Schließstellung des Gaswechselventils;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Ventiltriebs; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des Ventiltriebs.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient beispielsweise zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Zylindergehäuse mit wenigstens einem Brennraum in Form eines Zylinders. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen Ansaugtrakt, welcher von Luft durchströmbar ist. Über den Ansaugtrakt wird die Luft dem Zylinder zugeführt. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst darüber hinaus einen Abgastrakt, welcher von Abgas aus dem Zylinder durchströmbar ist und zum Abführen des Abgases vom Zylinder verwendet wird.
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Der Ventiltrieb 10 umfasst wenigstens ein Gaswechselventil 12, welches als Auslassventil oder als Einlassventil verwendet werden kann. Mit dem Zylindergehäuse ist ein aus 1 ausschnittsweise erkennbarer Zylinderkopf 14 der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das Gaswechselventil 12 ist dabei an dem Zylinderkopf 14 relativ zu diesem translatorisch bewegbar gelagert. Hierzu weist der Zylinderkopf 14 eine Ventilführung 16 auf. Das Gaswechselventil 12 ist zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zum Zylinderkopf 14 bewegbar. In der Offenstellung ist der dem Gaswechselventil 12 zugeordnete Zylinder mit wenigstens einem Kanal der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. In der Schließstellung ist der Zylinder von dem Kanal getrennt.
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Der Kanal verläuft dabei in dem Zylinderkopf 14. Ist der Kanal beispielsweise als Einlasskanal ausgebildet, so ist das Gaswechselventil 12 als Einlassventil ausgebildet. Über das Einlassventil wird die den Ansaugtrakt durchströmende Luft in den Zylinder eingeleitet. Ist der Kanal beispielsweise als Auslassventil ausgebildet, so ist das Gaswechselventil 12 als Auslassventil ausgebildet. Über den Auslasskanal wird das Abgas aus dem Zylinder abgeführt. Das Zuführen von Luft beziehungsweise Frischgas in den Zylinder und das Abführen von Abgas aus dem Zylinder wird auch als „Ladungswechsel” bezeichnet. Somit dient das Gaswechselventil 12 zum Steuern, das heißt Einstellen des Ladungswechsels des dem Gaswechselventil 12 zugeordneten Zylinders.
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Zum Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Schließstellung in die Offenstellung ist beispielsweise wenigstens eine Nockenwelle vorgesehen, welche am Zylinderkopf 14 um eine Drehachse relativ zum Zylinderkopf 14 gelagert ist. Mittels der Nockenwelle wird das Gaswechselventil 12 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und in der Offenstellung gehalten.
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Aus 1 ist erkennbar, dass das Gaswechselventil 12 als Tellerventil ausgebildet ist und einen Ventilschaft 18 sowie einen mit dem Ventilschaft 18 einstückig ausgebildeten Ventilteller 20 umfasst. Zum Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Offenstellung in die Schließstellung ist ein Federelement in Form einer im Ganzen mit 22 bezeichneten Ventilfeder vorgesehen. Die Ventilfeder 22 ist dabei als pneumatische Ventilfeder ausgebildet.
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1 zeigt dabei den Ventiltrieb 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 erkennbar ist, umfasst die pneumatische Ventilfeder 22 gemäß der ersten Ausführungsform wenigstens einen Faltenbalg 24 zum Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Offenstellung in die Schließstellung. Der Faltenbalg 24 umgibt den Ventilschaft 18 bezogen auf das in Längserstreckungsrichtung teilweise und bezogen auf dessen Umfangsrichtung vollständig, so dass zumindest ein Längenbereich des Ventilschafts 18 in dem Faltenbalg 24 aufgenommen ist. Durch den Faltenbalg 24 ist eine Arbeitskammer 26 der Ventilfeder 22 zumindest teilweise begrenzt. In der Arbeitskammer 26 ist ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, aufgenommen.
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Der Faltenbalg 24 ist gegen den Ventilschaft 18 mittels wenigstens zweier Dichtungselemente 28, 30 abgedichtet. Bei dem Dichtungselement 28 handelt es sich um eine sogenannte Ventilschaftdichtung, wobei es sich bei dem Dichtungselement 30 um einen Ventilkeil handelt. Der Faltenbalg 24 ist luftdicht, so dass ein unerwünschtes Entweichen des gasförmigen Mediums aus der Arbeitskammer 26 sowie ein unerwünschter Eintrag von Schmiermittel, beispielsweise Öl, in die Arbeitskammer 26 vermieden werden können. Über den Ventilkeil ist der Faltenbalg 24 mit dem Ventilschaft 18 gekoppelt, so dass der Faltenbalg 24 zumindest teilweise mit dem Gaswechselventil 12 mitbewegbar ist. Ferner ist der Faltenbalg 24 zumindest mittelbar am Zylinderkopf 14 abgestützt.
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Wird somit das Gaswechselventil 12 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt, so wird dadurch eine Längenverkürzung des Faltenbalgs 24 im Vergleich zur Schließstellung bewirkt. Mit dieser Längenverkürzung geht eine Verkleinerung des Volumens der Arbeitskammer 26 einher, so dass das gasförmige, in der Arbeitskammer 26 aufgenommene Medium komprimiert und/oder zumindest teilweise über wenigstens einen in 1 nicht erkennbaren Kanal aus der Arbeitskammer 26 abgeführt, das heißt aus dieser herausgedrückt beziehungsweise herausgepresst wird.
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Um das Gaswechselventil 12 im Anschluss daran wieder aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen, wird beispielsweise gasförmiges Medium über den Kanal und/oder über einen anderen Kanal in die Arbeitskammer 26 eingeleitet. Dadurch wird eine Längenzunahme beziehungsweise Längenvergrößerung des Faltenbalgs 24 in Bewegungsrichtung des Gaswechselventils 12 bewirkt. Da der Faltenbalg 24 mit dem Gaswechselventil 12 gekoppelt ist, wird dadurch das Gaswechselventil 12 aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt. Mit der Längenvergrößerung des Faltenbalgs 24 geht eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 26 einher.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass das Gaswechselventil 12 dadurch aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird, dass sich das durch die Längenverkürzung komprimierte, gasförmige Medium nach dem Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Schließstellung in die Offenstellung wieder entspannen beziehungsweise expandieren kann. Hierbei kann gegebenenfalls auf ein Einleiten von Medium in die Arbeitskammer 26 verzichtet werden.
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Wie aus 1 erkennbar ist, kann der Faltenbalg 24 als Innenrohr zur zusätzlichen Ventilschaftführung verwendet werden. Hierdurch kann eine besonders hohe Knicksteifigkeit des Ventilschafts 18 realisiert werden. In der Folge kann der Außenumfang beziehungsweise der Durchmesser des Ventilschafts 18 gering gehalten werden. In der Folge kann das Gaswechselventil 12 mit einem nur sehr geringen Gewicht ausgeführt werden, so dass die oszillierenden Massen und die Ventilschaftreibung besonders gering gehalten werden können.
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Ist die Ventilfeder 22 beispielsweise als offenes System ausgebildet, so kann ein Notlaufbetrieb in die Ventilfeder 22 integriert werden. Ferner ist bei dem Ventiltrieb 10 eine adaptive, kennfeldgeregelte Drehzahlanpassung des Druckniveaus in der Arbeitskammer 26 auf einfache Weise darstellbar. Mit anderen Worten fungiert die Arbeitskammer 26 beispielsweise als Druckraum, in welchem bedarfsgerecht vorgebbare Drücke, das heißt unterschiedliche Druckwerte eingestellt werden können.
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Der Ventiltrieb 10 umfasst beispielsweise wenigstens ein weiteres Gaswechselventil, dessen Funktion zumindest im Wesentlichen dem Gaswechselventil 12 entspricht. Das zweite Gaswechselventil ist beispielsweise dem gleichen Zylinder wie das Gaswechselventil 12 oder aber einem anderen, weiteren Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet. Dabei kann auch das zweite Gaswechselventil ein Auslassventil oder ein Einlassventil sein und zum Steuern beziehungsweise Einstellen des Ladungswechsels des Zylinders oder des weiteren Zylinders verwendet werden. Der Ventiltrieb 10 umfasst dabei einen zweiten Faltenbalg, dessen Funktion zumindest im Wesentlichen der Funktion des Faltenbalgs 24 entspricht. Somit wird auch durch den zweiten Faltenbalg eine zweite Arbeitskammer zumindest teilweise begrenzt. Auch der zweite Faltenbalg ist in seiner Länge in Bewegungsrichtung des zweiten Gaswechselventils veränderbar, das heißt vergrößerbar oder verkleinerbar, um dadurch die Bewegung des zweiten Gaswechselventils zwischen dessen Offenstellung und dessen Schließstellung zu ermöglichen. Zur Darstellung eines geschlossenen Systems kann vorgesehen sein, dass die Arbeitskammer 26 mit der zweiten Arbeitskammer fluidisch verbunden oder fluidisch verbindbar ist.
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Wird beispielsweise das Gaswechselventil 12 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt, so dass gasförmiges Medium aus der Arbeitskammer 26 herausgepresst wird, so kann das aus der Arbeitskammer 26 herausgepresste Medium zumindest zum Teil in die zweite Arbeitskammer eingeführt werden, um dadurch eine Längenvergrößerung des zweiten Faltenbalgs und in der Folge eine Bewegung des zweiten Gaswechselventils aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewirken. Wird dazu umgekehrt beispielsweise das zweite Gaswechselventil aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt und befindet sich das Gaswechselventil 12 in seiner Offenstellung, so kann gasförmiges Medium, das aus der zweiten Arbeitskammer infolge der Volumenverkleinerung der zweiten Arbeitskammer herausgepresst wurde, zumindest teilweise in die Arbeitskammer 26 eingeleitet werden, um dadurch eine Längenvergrößerung des Faltenbalgs 24 beziehungsweise eine Volumenvergrößerung der Arbeitskammer 26 zu bewirken und in der Folge das Gaswechselventil 12 aus seiner Offenstellung in seine Schließstellung zu bewegen.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventiltriebs 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Faltenbalg 24 vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die Ventilfeder 22 einen zweiten Faltenbalg 32, der den ersten Faltenbalg 24 der Ventilfeder 22 zumindest teilweise umgibt. Während die Arbeitskammer 26 bei der ersten Ausführungsform durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche des Faltenbalgs 24 zumindest teilweise begrenzt wird, wird die Arbeitskammer 26 bei der zweiten Ausführungsform durch eine außenumfangsseitige Mantelfläche des Faltenbalgs 24 teilweise begrenzt. Darüber hinaus wird die Arbeitskammer 26 durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche des äußeren, zweiten Faltenbalgs 32 begrenzt. Mit anderen Worten ist die Arbeitskammer 26 zwischen den Faltenbälgen 24, 30 eingeschlossen. Im Übrigen entspricht die Funktion der Ventilfeder 22 bei der zweiten Ausführungsform der Funktion der Ventilfeder 22 bei der ersten Ausführungsform.
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3 zeigt den Ventiltrieb 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform sind wie bei der zweiten Ausführungsform die Faltenbälge 24, 30 vorgesehen. Darüber hinaus ist bei der dritten Ausführungsform ein dritter Faltenbalg 34 vorgesehen, der den zweiten Faltenbalg 32 außenumfangsseitig umgibt. Dadurch wird durch eine außenumfangsseitige Mantelfläche des zweiten Faltenbalgs 32 und eine innenumfangsseitige Mantelfläche des dritten Faltenbalgs 34 wenigstens eine zweite Arbeitskammer 36 begrenzt. Das zuvor und im Folgenden zur Arbeitskammer 26 Geschilderte kann dabei ohne weiteres auch auf die zweite Arbeitskammer 36 übertragen werden.
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Bei der dritten Ausführungsform sind somit zwei Luftfedern vorgesehen. Eine erste dieser Luftfedern wird durch die Arbeitskammer 26 und die die Arbeitskammer 26 begrenzenden Faltenbälge 24, 32 bereitgestellt. Diese erste Luftfeder ist auch bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform vorgesehen. Die zweite Luftfeder wird durch die zweite Arbeitskammer 36 und die Faltenbälge 32, 34 bereitgestellt. Durch die Schaffung von zwei Luftfedern mit den zwei fluidisch voneinander getrennten Arbeitskammern 26, 36 kann eine besonders bedarfsgerechte Einstellung von Rückstellkräften zum Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Offenstellung in die Schließstellung realisiert werden. Beispielsweise ist es möglich, die erste Luftfeder zum Rückstellen des Gaswechselventils 12 in einem ersten Kennfeldbereich, beispielsweise bei Teillast, zu verwenden. Hierdurch können die Rückstellkräfte zum Bewegen des Gaswechselventils 12 bei Teillast gering gehalten werden. In einem weiteren, anderen Kennfeldbereich, beispielsweise bei Volllast, kann jedoch die zweite Luftfeder gegebenenfalls zusammen mit der ersten Luftfeder verwendet werden, um besonders hohe Rückstellkräfte auf das Gaswechselventil 12 auszuüben und um somit das Gaswechselventil 12 mit diesen hohen Rückstellkräften bei Volllast aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen.
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Die erste und/oder die zweite Luftfeder kann beispielsweise mit einem Druck aus einem Motorraum der Verbrennungskraftmaschine gespeist werden. Hierdurch kann der Staudruck im Motorraum besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus kann die Antriebsleistung von Zusatzsystemen zur Druckgaserzeugung zum Beaufschlagen der ersten und/oder der zweiten Luftfeder gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltrieb
- 12
- Gaswechselventil
- 14
- Zylinderkopf
- 16
- Ventilführung
- 18
- Ventilschaft
- 20
- Ventilteller
- 22
- Ventilfeder
- 24
- Faltenbalg
- 26
- Arbeitskammer
- 28
- Dichtungselement
- 30
- Dichtungselement
- 32
- zweiter Faltenbalg
- 34
- dritter Faltenbalg
- 36
- zweite Arbeitskammer
