DE10231214A1 - Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren und Kompressoren - Google Patents

Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren und Kompressoren Download PDF

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Abstract

Die Ventilhubsteuerung hat ein Hubventil, das durch einen Kolben betätigbar ist, der durch ein Steuerelement verschiebbar ist. DOLLAR A Damit bei der Ventilhubsteuerung der Hub des Hubventils auf einfache Weise zuverlässig eingestellt werden kann, ist das Hubventil unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeit durch den Kolben verschiebbar. Die Flüssigkeit ist durch Erzeugung eines Magnet- oder Elektrofeldes aus einem flüssigen in einen festen Zustand überführbar. DOLLAR A Die Hubventilsteuerung wird bei Verbrennungsmotoren und Kompressoren eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren und Kompressoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Es ist bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge bekannt, den Hub des Hubventiles in Abhängigkeit von der jeweils vom Motor geforderten Leistung einzustellen. Für diese Hubverstellung des Hubventiles sind mechanische Einstellelemente vorgesehen, die jedoch verschleiß- und störanfällig sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ventilhubsteuerung so auszubilden, daß der Hub des Hubventiles in einfacher Weise zuverlässig eingestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Ventilhubsteuerung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung sind zwei voneinander unabhängige Teile in Form des Kolbens und des Hubventiles vorgesehen. Vorzugsweise ist dem Hubventil ein ventilseitiger Kolben zugeordnet. Die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf das Hubventil wird über eine Flüssigkeit vorgenommen, die durch ein Magnet- oder Elektrofeld aus einem flüssigen in einen festen Zustand und umgekehrt überführt werden kann. Durch entsprechende Erzeu gung des Magnet- oder Elektrofeldes kann somit wenigstens ein Teil der Flüssigkeit in einen festen Zustand überführt werden, so daß die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf das Hubventil über die Flüssigkeit zuverlässig erfolgt. Eine solche Flüssigkeit ist eine magneto-rheologische oder elektro-rheologische Flüssigkeit. Diese Flüssigkeiten können innerhalb kürzester Zeit, die im Bereich von Millisekunden liegt, über das erzeugte Magnet- oder Elektrofeld aus dem flüssigen in den festen Zustand überführt werden. Die erfindungsgemäße Ventilhubsteuerung arbeitet mit hoher Zuverlässigkeit.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Ventilhubsteuerung, deren Ventil die Schließstellung einnimmt,
  • 2 die Ventilhubsteuerung gemäß 1, deren Ventil einen geringen Hub ausgeführt hat,
  • 3 die Ventilhubsteuerung gemäß 1, deren Ventil einen maximalen Hub ausgeführt hat,
  • 4 in einer Darstellung entsprechend 1 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung,
  • 5 in einer Darstellung entsprechend 1 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung,
  • 6 in einer Darstellung entsprechend 1 eine vierte Ausführungsform einer ertindungsgemäßen Ventilhubsteuerung,
  • 7 in einer Darstellung entsprechend 1 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung,
  • 8 in einer Darstellung entsprechend 1 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung,
  • 9 in einer Darstellung entsprechend 1 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilhubsteuerung.
  • Die Ventilhubsteuerung hat eine Nockenwelle 1, deren Nocken 2 mit einem Kolben 3 zusammenwirken. Er ist abgedichtet in einer Bohrung 4 in einem Gehäuse 5 verschiebbar. In der Bohrung 4 befindet sich ein zweiter Kolben 6, der nahe dem oberen Ende eines Ventilschaftes 7 vorgesehen ist. Er trägt am unteren Ende einen Ventilteller 8, mit dem eine Einlaßöffnung 9 (2) in den Brennraum eines Verbrennungsmotores 10 verschlossen werden kann. Der Ventilschaft 7 ist in einer als Ventilführung dienenden Buchse 11 verschiebbar geführt, die in Richtung auf das Gehäuse 5 über den Verbrennungsmotor 10 vorsteht. Auf dem überstehenden Ende der Ventilführung 11 sitzt eine Ventilschaftdichtung 12. An der vom Kolben 3 abgewandten Unterseite eines auf dem freien Ende des Ventilschaftes 7 vorgesehenen Ventilfedertellers 13 liegt das eine Ende einer den Ventilschaft 7 umgebenden Ventilfeder 14 an, die sich mit ihrem anderen Ende auf einem Federteller 15 abstützt, der auf dem Verbrennungsmotor 10 aufliegt und durch die Ventilführung 11 zentriert ist.
  • Zwischen den beiden Kolben 3, 6 befindet sich ein Aufnahmeraum 16 für eine magneto-rheologische Flüssigkeit 17. In den Aufnahmeraum 16 mündet radial eine im Gehäuse 5 vorgesehene Verbindungsbohrung 18, die den Aufnahmeraum 16 mit einem Speicherraum 19 eines vorgespannten Speichers 20 verbindet. Der Speicherraum 19 wird von einem Kolben 21 begrenzt, der durch wenigstens eine Druckfeder 22 belastet ist.
  • Mit geringem Abstand von der Verbindungsbohrung 18 ist im Gehäuse 5 wenigstens eine elektrische Spule 23 vorgesehen, die an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen ist.
  • 1 zeigt den Ventilteller 8 in seiner Schließstellung, in welcher er eine im Verbrennungsmotor 10 vorgesehene Zuführbohrung 24 für den Kraftstoff vom Verbrennungsraum trennt. Die beiden Kolben 3, 6 sind durch die im Aufnahmeraum 16 befindliche magnetorheologische Flüssigkeit 17 voneinander getrennt, die aufgrund des vorgespannten Speichers 20 unter Druck steht.
  • Die magneto-rheologische Flüssigkeit 17 kann durch Bestromen der Spule 23 aus dem flüssigen in einen festen Zustand überführt werden. Wird die Spule 23 bestromt, durchdringt das entstehende Magnetfeld die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche Flüssigkeit 17 und führt sie in den festen Zustand über. Dadurch wird die Verbindungsbohrung 18 geschlossen, so daß die im Aufnahmeraum 16 befindliche magneto-rheologische Flüssigkeit 17 nicht über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicherraum 19 entweichen kann. Wird somit bei bestromter Spule 23 der Kolben 3 durch den entsprechenden Nocken 2 der Nockenwelle 1 nach unten verschoben, wird über die im Aufnahmeraum 16 eingefangene Flüssigkeit 17 auch der Kolben 6 und damit der Ventilschaft 7 mitgenommen. Der Ventilteller 8 hebt von seinem Ventilsitz ab und gibt die Einlaßöffnung 9 frei, so daß der Kraftstoff aus der Zuführbohrung 24 in den Verbrennungsraum gelangen kann.
  • Die Reaktionszeit der magneto-rheologischen Flüssigkeit 17 liegt im Millisekundenbereich, so daß die Umwandlung vom flüssigen in den festen Zustand und umgekehrt exakt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle 1 gesteuert werden kann. Die Vorspannkraft des Speichers 20 ist so gewählt, daß die Kraft der Flüssigkeit 17, das heißt der Druck über die Ventilkolbenfläche, deutlich kleiner ist als die wirkende Kraft der Druckfeder 14, jedoch mindestens so groß, daß ein sicheres Anliegen des Kolbens 3 am Nocken 2 der Nockenwelle 1 jederzeit gewährleistet ist. Die Spule 23 wird in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle 1 so bestromt, daß der gewünschte Hub des Ventilschaftes 7 erreicht wird. Je später die Spule 23 bestromt wird, desto mehr Flüssigkeit 17 kann beim Verschieben des Kolbens 3 in Richtung auf den Kolben 6 über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicher 20 verdrängt werden. Dementsprechend wird der Abstand zwischen den beiden Kolben 3, 6 klein, so daß das Einspritzventil nur einen geringen Hub ausführt.
  • 2 zeigt den Fall, daß der Kolben 3 durch die Nocke 2 der Nokkenwelle 1 maximal verschoben worden ist. Die Spule 23 ist nicht bestromt worden, so daß die gesamte Flüssigkeit 17 aus dem Aufnahmeraum 16 über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicherraum 19 verdrängt worden ist. Der Kolben 3 trifft daher auf den Kolben und verschiebt ihn nach unten, so daß der Ventilteller 8 von der Einspritzöffnung 9 abhebt. Da die gesamte Flüssigkeit 17 in den Speicher 20 verdrängt worden ist, führt der Ventilteller 8 nur einen minimalen Hub aus (kann je nach Abstimmung = 0 sein). Der Kolben 3 ist so weit verschoben, daß er die Verbindungsbohrung 18 überdeckt und damit verschließt. Sobald der Nocken 2 weiter im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird über die Druckfeder 14 der Kolben 6 und damit auch der Kolben 3 zurückgeschoben. Sobald der Kolben 3 die Verbindungsbohrung 18 freigibt, strömt die Flüssigkeit 17 aus dem vorgespannten Speicher 20 in den Aufnahmeraum 16. Die Vorspannkraft des Speichers 20 ist kleiner als die Kraft der Druckfeder 14, so daß der Kolben 6 bis in die in 1 dargestellte Ausgangslage verschoben wird, in der er die Verbindungsbohrung 18 noch nicht überdeckt. Da der Ventilteller 8 nunmehr seine Schließstellung einnimmt, übt die Druckfeder 14 keinen weiteren Druck auf den Kolben 6 aus. Die Flüssigkeit 17 kann dadurch aus dem Speicher 20 in den Aufnahmeraum 16 zurückgedrängt werden. Der Kolben 3 wird dadurch zuverlässig in Anlage an den Nockenbereich der Nockenwelle 1 gedrückt.
  • 3 zeigt den Fall, daß der Ventilteller 8 und damit der Ventilschaft 7 einen maximalen Hub ausführen. Hierzu wird die Spule 23 dann bestromt, wenn der Nocken 2 der Nockenwelle 1 den Kolben 3 berührt. Dies hat zur Folge, daß die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche Flüssigkeit augenblicklich fest wird und die im Aufnahmeraum 16 zwischen den beiden Kolben 3, 6 befindliche Flüssigkeit 17 nicht über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicher 20 entweichen kann. Da die Flüssigkeit 17 inkompressibel ist, wird der Kolben 6 in gleichem Maße wie der Kolben 3 verschoben und somit der Ventilteller 8 in seine maximale Öffnungsstellung verschoben. Sobald der Nocken 2 die in 3 dargestellte Lage beim weiteren Drehen der Nockenwelle 1 verläßt, drückt die Feder 14 den Kolben 6 und damit über die Flüssigkeit 17 auch den Kolben 3 nach oben, so daß der Kolben 3 stets in Anlage am Nocken 2 bleibt. Sobald der Nocken 2 vom Kolben 3 freikommt, wird die Spule 23 nicht mehr bestromt, so daß die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche Flüssigkeit vom festen in den flüssigen Zustand übergeht.
  • Je nach dem Zeitpunkt, zu dem die Spule 23 bestromt wird, kann der Ventilteller 8 in jede Zwischenlage zwischen der minimalen Öffnungsstellung gemäß 2 und der maximalen Öffnungsstellung gemäß 3 gebracht werden. So kann die Spule 23 beispielsweise erst dann bestromt werden, wenn die Nocke 2 den Kolben 3 bereits teilweise verschoben hat. Solange die Spule 23 nicht bestromt ist, kann die Flüssigkeit 17 über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicher 20 verdrängt werden. Sobald die Spule 23 bestromt wird, wird die Verbindungsbohrung 18 in der beschriebenen Weise geschlossen, so daß dann auch der Kolben 6 durch den Kolben 3 verschoben wird.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Speicher 20 im Kolben 3 integriert ist. Er ist als Hohlkörper ausgebildet, in dem sich der Kolben 21 befindet, der unter der Kraft der Druckfeder 22 steht und den Speicherraum 19 begrenzt. Die Druckfeder 22 stützt sich an einem Boden 25 des Kolbens 3 ab. Der Kolbenboden 25, an dem der Nokken 2 der Nockenwelle 1 anliegt, hat wenigstens eine in die Atmosphäre mündende Entlastungsbohrung 26.
  • Der Kolben 3 weist an seiner gegenüberliegenden Stirnseite 27 die Verbindungsbohrung 18 auf, die den Aufnahmeraum 16 zwischen den beiden Kolben 3 und 6 mit dem Speicherraum 19 verbindet. Die Verbindungsbohrung 18 ist von der Spule 23 umgeben, die als Ringspule ausgebildet ist.
  • Der Kolben 3 liegt unter dem Druck der im Aufnahmeraum 16 befindlichen magneto-rheologischen Flüssigkeit 17 an der entsprechenden Nocke 2 der Nockenwelle 1 ständig an. Drückt die Nocke 2 beim Drehen der Nockenwelle 1 den Kolben 3 nach unten, wird die im Aufnahmeraum 16 befindliche Flüssigkeit 17 über die Verbindungsbohrung 18 in den Speicherraum 19 verdrängt. Der Kolben 21 wird hierbei gegen die Kraft der Druckfeder 22 verschoben. Wird die Spule 23 nicht bestromt, gelangt der Kolben 3 in Anlage an den Kolben 6 und nimmt ihn gegen die Kraft der Druckfeder 14 mit. Dadurch hebt der Ventilteller 8 ab und gibt die Einlaßöffnung 9 in den Verbrennungsraum frei. Auf diese Weise wird der minimale Hub des Ventiltellers 8 erzeugt.
  • Wird entsprechend der vorhergehenden Ausführungsform die Spule 23 während des Verschiebens des Kolbens 3 durch den Nocken 2 bestromt, wird die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche Flüssigkeit 17 fest und versperrt somit die Verbindungsbohrung. Dadurch kann die im Aufnahmeraum 16 befindliche Flüssigkeit beim Verschieben des Kolbens 3 nicht in den Speicher 20 verdrängt werden. Da durch wird in der beschriebenen Weise mit dem Kolben 3 auch der Kolben 6 verschoben, so daß der Ventilteller 8 einen entsprechend großen Hub ausführt.
  • Im Unterschied zur Ausführungsform nach den 1 bis 3 ist die Spule 23 nicht ortsfest im Ventil angeordnet, sondern bewegt sich mit dem Kolben 3 mit.
  • Bei der Ausführungsform nach 5 ist die Spule 23 ortsfest im Gehäuse 5 untergebracht. Die Verbindungsbohrung 18 in der Stirnseite 27 des Kolbens 3 ist benachbart zur Spule 23 angeordnet. Im übrigen ist die Ausführungsform nach 5 gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach 4. Die Spule 23 ist in Verschieberichtung des Kolbens 3 so lang, daß die Verbindungsbohrung 18 bei maximalem Hub des Kolbens 3 noch im Bereich der Spule 23 liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß bei Bestromung der Spule 23 die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche Flüssigkeit während des gesamten Hubes des Kolbens 3 in den festen Zustand überführt werden kann. Da die Spule 23 entsprechend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 ortsfest im Gehäuse 5 angeordnet ist, ist eine einfache elektrische Zuleitung zur Spule 23 möglich.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 6 verbindet die im Gehäuse 5 liegende Verbindungsbohrung 18 den Aufnahmeraum 16 zwischen den beiden Kolben 3 und 6 mit einem (nicht dargestellten) Tank, in dem sich die magneto-rheologische Flüssigkeit 17 befindet. Damit der Kolben 3 stets am Nocken 2 und der Kolben 6 stets am Ventilschaft 7 anliegt, stehen die beiden Kolben 3, 6 unter der Kraft wenigstens einer Druckfeder 28, welche den Kolben 3 gegen den Nocken 2 und den Kolben 6 gegen den Ventilschaft 7 drückt. Der Kolben 3 ist mit einer zentralen Vertiefung 29 versehen, in die die Druckfeder 28 eingreift. Der Kolben 6 ist mit einer flachen Vertiefung 30 versehen, in die die Druckfeder 28 mit ihrer letzten Windung eingreift.
  • Die Verbindungsbohrung 18 und die Spule 23 sind entsprechend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 im Gehäuse 5 vorgesehen. Im übrigen ist diese Ausführungsform gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3. Die Kraft der Druckfeder 28 ist gleich groß wie der Flüssigkeitsdruck, der auf die beiden Kolben 3 und 6 bei der Ausführungsform nach den 1 bis 3 wirkt.
  • Bei der Ausführungsform nach 7 ist der an der Nocke 2 der Nockenwelle 1 anliegende Kolben 3 als Tassenstößel ausgebildet. Er ist hohl ausgebildet und hat einen axialen Aufnahmeraum 31, in den ein axialer Ansatz 32 des Kolbens 6 eingreift. Der Aufnahmeraum 31 geht etwa in halber axialer Länge des Kolbens 3 in einem im Durchmesser größeren Aufnahmeraum 33 über, in dem der Kolben 6 verschiebbar geführt ist. Er hat nahe seinem Rand die axial verlaufende Verbindungsbohrung 18, zu der benachbart die Spule 23 im Kolben 3 angeordnet ist. Der Kolben 6 steht unter der Kraft der Druckfeder 28, mit dem der Kolben 3 gegen den Nocken 2 gedrückt wird. Der Kolben 6 hat die stirnseitige flache Vertiefung 30, in die die Druckfeder 28 mit einem Ende eingreift.
  • Der Kolben 6 ist vorteilhaft einstöckig mit dem Ventilschaft 7 ausgebildet, der abgedichtet aus dem Kolben 3 ragt. Der Kolben 6 und der Ventilschaft 7 können aber auch getrennte Teile sein.
  • Nahe dem Boden 25 des Kolbens 3 befindet sich die Entlastungsbohrung 26.
  • Im Aufnahmeraum 33 befindet sich die magneto-rheologische Flüssigkeit 17, die im Unterschied zu den vorigen Ausführungsformen nicht in einem Speicher oder einem Tank untergebracht ist, sondern im Aufnahmeraum 33 eingeschlossen ist.
  • 7 zeigt den Ventilteller 8 in der Schließstellung. In dieser Lage hat der Kolben 6 Abstand von der Stirnseite 27 des Kolbens 3. Dadurch wird zwischen dieser Stirnseite 27 und dem Kolben 6 ein Aufnahmeraum 34 für die Flüssigkeit 17 gebildet. Die beiden Aufnahmeräume 33 und 34 beiderseits des Kolbens 6 sind durch die Verbindungsbohrung 18 miteinander verbunden. Wird die Spule 23 nicht bestromt, wird beim Verschieben des Kolbens 3 durch die Nocke 2 die im Aufnahmeraum 33 befindliche Flüssigkeit über die Verbindungsbohrung 18 in den Aufnahmeraum 34 verdrängt. Der Kolben 6 bleibt hierbei stehen, bis der Kolben 3 am Kolben 6 oder an einem auf dem Ventilschaft 7 sitzenden Anschlag 35 zur Anlage kommt. Erst dann wird der Ventilschaft 7 mitgenommen, so daß der Ventilteller 8 abhebt und die Einlaßöffnung 9 in den Verbrennungsraum freigibt.
  • Wird beim Verschieben des Kolbens 3 die Spule 23 bestromt, wird die in der Verbindungsbohrung 18 befindliche magneto-rheologische Flüssigkeit 17 in den festen Zustand überführt, so daß die Verbindungsbohrung 18 verschlossen wird. Dies hat zur Folge, daß der Kolben 6 zusammen mit dem Kolben 3 verschoben wird. Dementsprechend führt der Ventilteller den gewünschten Hub aus. Die ortsfeste Spule 23 ist wiederum in Verschieberichtung des Kolbens 3 bzw. 6 so lang, daß die Verbindungsbohrung 18 stets im Wirkbereich der Spule 23 bzw. des von ihr ausgehenden Magnetfeldes liegt.
  • Die Spule 23 kann auch im (nicht dargestellten) Gehäuse untergebracht sein, in dem der Kolben 3 entsprechend den vorhergehenden Ausführungsformen verschiebbar gelagert ist.
  • Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, daß der Kolben 6 als Tassenstößel ausgebildet ist.
  • 8 zeigt eine Ventilhubsteuerung mit obenliegender Nockenwelle mit einem Kipphebel 36. Dafür können dieselben Ausführungsformen, wie bisher beschrieben, eingesetzt werden. Dargestellt ist die Ausführungsform nach den 1 bis 3. Der Unterschied zu dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Nocken 2 der Nockenwelle 1 nicht unmittelbar am Kolben 3 angreift, sondern über den Zwischenhebel 36. Er ist als einarmiger Hebel ausgebildet, der an einem Ende um eine senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens 3 liegende Achse 37 schwenkbar gelagert ist. Am anderen Ende ist der Zwischenhebel 36 mit einem Vorsprung 38 versehen, der mit einem kalottenförmigen Ende 39 auf dem Kolben 3 aufliegt. Der Zwischenhebel 36 ist mit einer Erhöhung 40 versehen, die mit der Nocke 2 der Nockenwelle 1 zusammenwirkt. Die Ventilhubsteuerung arbeitet gleich wie die Ausführungsform nach den 1 bis 3.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach 9 (untenliegende Nockenwelle mit Kipphebel 41) greift der Nocken 2 der Nockenwelle 1 über einen zweiarmigen Hebel 41 am Nocken 3 der Ventilhubsteuerung an, die im Beispiel gleich ausgebildet ist wie die Ausführungsform nach den 1 bis 3. Es sind selbstverständlich auch die anderen Ausführungen möglich. Der Hebel 41 ist in halber Länge um eine senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens 3 liegende Achse 42 schwenkbar gelagert und weist an beiden Enden in gleicher Richtung abgewinkelte Arme 43, 44 auf. Ihre freien Enden 45, 46 sind vorteilhaft jeweils kalottenförmig ausgebildet und wirken mit der Nocke 2 bzw. mit dem Kolben 3 zusammen. Die Ventilhubsteuerung arbeitet im übrigen gleich wie die Ausführungsform nach den 1 bis 3.
  • Auch bei den Ausführungsformen nach den 4 bis 7 können die Hebel 36 bzw. 41 zur Betätigung des Kolbens 3 vorgesehen sein.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind die Kolben 3 und 6 so relativ zueinander angeordnet, daß der Kolben 6 vom Kolben 3 auch dann mitgenommen wird, wenn die Spule 23 nicht bestromt wird. Dann wird auf jeden Fall der Kolben 6 und damit der Ventil schaft 7 verschoben, so daß der Ventilteller 8 einen Mindesthub ausführt. Dadurch ist eine Notfunktion gegeben, durch die sichergestellt ist, daß die Einlaßöffnung 9 auch dann geöffnet wird, wenn die Spule 23 beispielsweise wegen eines Stromausfalles nicht bestromt werden kann.
  • Es ist selbstverständlich aber auch möglich, die Zuordnung der Kolben 3 und 6 so zu wählen, daß der Ventilteller 8 die Einlaßöffnung 9 dann nicht freigibt, wenn die Spule 23 nicht bestromt wird. In diesem Falle wird die magneto-rheologische Flüssigkeit 17 aus dem Aufnahmeraum 16 lediglich in den Speicher 20 bzw. in den Tank verdrängt, ohne daß der Kolben 6 verschoben wird. Dadurch bleibt das Hubventil 7, 8 geschlossen. Der Nocken 2 ist in diesem Fall so ausgebildet, daß die beiden Kolben 3, 6 während des Nockenhubes nicht zur Anlage aneinander kommen.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird die magnetorheologische Flüssigkeit 17 in der Verbindungsbohrung 18 unter dem Einfluß des magnetischen Feldes in den festen Zustand überführt, wenn die Spule 23 während des Nockenhubes bestromt wird. Dadurch wird die Verbindungsbohrung 18 gesperrt, so daß die im Aufnahmeraum 16, 34 verbleibende Menge an Flüssigkeit 17 die Bewegung des Kolbens 3 auf den Kolben 6 und damit auf das Hubventil 7, 8 synchron überträgt. Die genau dosierte Menge der im Aufnahmeraum 16, 34 verbleibenden magneto-rheologischen Flüssigkeit 17 ergibt somit den Öffnungsweg des Hubventils.
  • Beim Weiterdrehen der Nockenwelle 1 wird der Nockenhub wieder verkleinert. Der Kolben 3 bewegt sich nach oben. Synchron hierzu wird auch der Kolben 6 durch die Kraft der Feder 14 aufwärts bewegt. Gleichzeitig wird die Spule 23 abgeschaltet, so daß das Magnetfeld an der Verbindungsbohrung 18 in ca. einer Millisekunde abgebaut wird. Die magneto-rheologische Flüssigkeit 17 in der Verbindungs bohrung 18 wird darum innerhalb kürzester Zeit wieder in den flüssigen Zustand überführt. Sobald der Ventilteller 8 die Einlaßöffnung geschlossen hat, fließt die Flüssigkeit 17 in den Aufnahmeraum 16, 34 nach. Solange das Hubventil 7, 8 noch offen ist, ist die Kraft der Ventilfeder 14 größer als die Kraftkomponente, die die magnetorheologische Flüssigkeit über die Kolbenfläche des Kolbens 6 ausübt. Dadurch kann die Flüssigkeit 17 erst dann nachfließen, wenn das Hubventil 7, 8 geschlossen ist. Aus dem Speicher 20 oder aus dem Tank wird die magneto-rheologische Flüssigkeit 17 unter Druck in den Aufnahmeraum 16, 34 gedrückt, so daß der Kolben 3 stets an der Kontur der Nockenwelle 1 anliegt. Durch diesen Aufbau und diese Funktionsweise wird somit auch ein optimaler Ventilspielausgleich erreicht.
  • Die beschriebene Ventilhubsteuerung eignet sich für alle Bauarten von Verbrennungsmotoren und auch von Kompressoren, da es sich unabhängig von der Lage der Nockenwelle 1 in direkt betätigte Systemen (1 bis 7) bzw. in Systemen mit Hebelbetätigung (8 und 9) einsetzen läßt.
  • Bei Mehrzylindermotoren können mehrere Ventilhubelemente an denselben Speicher angeschlossen sein. Selbstverständlich können aber auch die Ventilhubelemente jeweils mit einem eigenen Speicher versehen sein.
  • Die Speicher werden vorteilhaft auf den Betriebsdruck vorgespannt und mit einem Zusatzvolumen befällt. Dadurch ist sichergestellt, daß in jedem Betriebszustand eine ausreichende Menge an magnetorheologischer Flüssigkeit zur Verfügung steht. Die Dichtstellen an den Kolben 3, 6 können durch dort angebrachte Dauermagnete abgedichtet werden.
  • Anstelle der beschriebenen magneto-rheologischen Flüssigkeit 17 kann auch eine elektro-rheologische Flüssigkeit eingesetzt werden. In diesem Falle sind anstelle der Spule 23 Elektroden vorgesehen, die im Bedarfsfall ein elektrisches Feld erzeugen. Durch dieses elektrische Feld wird die elektro-rheologische Flüssigkeit in der Verbindungsbohrung 18 augenblicklich vom flüssigen in den festen Zustand überführt.

Claims (22)

  1. Ventilhubsteuerung für Verbrennungsmotoren und Kompressoren, mit wenigstens einem Hubventil, das durch einen Kolben betätigbar ist, der durch wenigstens ein Steuerelement verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubventil (7, 8) unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeit (17) durch den Kolben (3) verschiebbar ist, die durch Erzeugung eines Magnet- oder Elektrofeldes aus einem flüssigen in einen festen Zustand überführbar ist.
  2. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17) in einem Aufnahmeraum (16, 34) angeordnet ist, der wenigstens teilweise zwischen dem Hubventil (7, 8) und dem Kolben (3) vorgesehen ist.
  3. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17) aus dem Aufnahmeraum (16, 34) durch wenigstens eine Verbindung (18) verdrängbar ist.
  4. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verbindung (18) wenigstens eine bestrombare Spule (23) bzw. wenigstens eine Elektrode vorgesehen ist, deren magnetisches bzw. elektri sches Feld die Füssigkeit (17) aus dem flüssigen in den festen Zustand überführt.
  5. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (23) bzw. die Elektrode so angeordnet sind, daß das von ihnen bei Betätigung erzeugte Magnet- bzw. Elektrofeld die Flüssigkeit (17) in der Verbindung (18) durchdringt.
  6. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (18) in einem den Kolben (3) aufnehmenden Bauteil (5) untergebracht ist.
  7. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (23) bzw. die Elektrode im Einbauteil (5) angeordnet ist.
  8. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (23) bzw. die Elektrode im Kolben (3) angeordnet ist.
  9. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (23) bzw. die Elektrode im Hubventil (7, 8) angeordnet ist.
  10. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17) in einen vorgespannten Speicher (20) verdrängbar ist.
  11. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (20) im Einbauteil (5) angeordnet ist.
  12. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (20) im Kolben (3) angeordnet ist.
  13. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (17) in einen Tank verdrängbar ist.
  14. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kolben (3) und das Hubventil (7, 8) mindestens eine Druckfeder (22) eingesetzt ist.
  15. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hubventil (7, 8) ein ventilseitiger Kolben (6) zugeordnet ist, der zusammen mit dem anderen Kolben (3) den Aufnahmeraum (16, 34) für die Füssigkeit (17) begrenzt.
  16. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilseitige Kolben (6) im Einbauelement (5) begrenzt verschiebbar gelagert ist.
  17. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) im anderen Kolben (3) begrenzt verschiebbar ist.
  18. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) auf einem Ventilschaft (7) des Hubventils (7, 8) aufliegt.
  19. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubventil (7, 8) durch wenigstens eine Druckfeder (14) in Richtung auf seine Schließ stellung belastet ist.
  20. Ventilhubsteuerung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der ventilseitigen Druckfeder (14) bei geöffnetem Hubventil (7, 8) größer ist als die von der Flüssigkeit (17) auf den ventilseitigen Kolben- (6) ausgeübte Druckkraft.
  21. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (1, 2) eine Nockenwelle ist.
  22. Ventilhubsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (1, 2) über einen Hebel (36, 41) mit dem Kolben (3) zusammenwirkt.
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