DE10392787T5

DE10392787T5 - Stellglied-Ansteuerungs-Einheit

Info

Publication number: DE10392787T5
Application number: DE10392787T
Authority: DE
Inventors: William Chicago De Ojeda
Original assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Current assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: DE10392787B8; JP2005530086A; US7004123B2; AU2003245459A1; US6786186B2; US20020162524A1; WO2003106819A1; JP4425787B2; GB2403773A; DE10392787B4; US20040237921A1; GB0425438D0; GB2403773B

Abstract

Ein Aktuator, zum Betätigen eines linear verschiebbaren Bauteils, damit sich dieses zwischen einer Ruheposition und einer verschobenen Position bewegt, mit:
– einem Trigger, der elektrisch betätigbar ist;
– einem Hydraulikblock (42) mit einer Nadel (108) und einem Kolben (106), wobei die Nadel (108) funktionell mit dem Trigger verbunden ist und der Kolben (106) funktionell mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle fluidführend verbunden ist, wobei die Verschiebung der Nadel (108) dadurch erfolgt, dass der Trigger abwechselnd Hochdruckfluid zum Kolben (106) leitet und das Fluid vom Kolben (106) belüftet;
– einem Drehelement (44), das funktionell mit dem Kolben (106) und dem Motorventil (12) verbunden ist, wobei das Drehelement (44) die auf das Drehelement (44) aufgebrachte Verschiebungsbewegung des Kolbens (106) auf das linear verschiebbare Bauteil verstärkt; und
– einem Spieleinsteller (46), der funktionell mit dem Drehelement (44) verbunden ist, um den Hydraulikblock (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen...

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung ist eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 10/044,867, eingereicht am 10. Januar 2002, die eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/457,908, eingereicht am 8. Dezember 1999, mittlerweile US-Patent Nr. 6,338,320 , ist, welches wiederum eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/152,497, mittlerweile US-Patent Nr. 6,044,815 , ist.
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigung eines linear verschiebbaren Bauteils, beispielsweise eines Motorventils, insbesondere die Betätigung eines nockenfreien Motorventils.
Hintergrund der Erfindung
Im Bereich der Motorindustrie besteht der Bedarf nach größerer Steuerung des Verbrennungsprozesses. Das Ziel einer solchen Steuerung ist es, einen angemessenen Leistungsausstoß bei effizienter Kraftstoffausnutzung bereitzustellen. Zusätzlich müssen ungewollte Emissionen minimiert werden, solche Emissionen beinhalten: gesundheitsschädliche Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses sowie Lärm. Eine Reduktion von Lärmemissionen ist besonders entscheidend für Motoren mit Selbstzündung.
Eine Möglichkeit, tun zumindest einen Teil der nötigen Steuerung zu erreichen, die dazu nötig ist, um die oben genannten Ziele zu erreichen, ist der Wechsel von nockenbetätigten Motorventilen hin zu einer nockenlosen Technologie. Die nockenlose Technologie erlaubt, zumindest theoretisch, die direkte Steuerung der Verweilzeit, des Ausmaßes der Ventilöffnung (teilweise oder vollständig), des Ansprechverhaltens der Ventilöffnung und -Schließung, sowie anderer motorventilbezogener Parameter. Eine derartige Steuerung ist besonders vorteilhaft beim Erreichen der vorgenannten Ziele.
Die Konstruktion einer brauchbaren nockenlosen Technologie hat sich nicht als einfache Aufgabe herausgestellt. Ein großes Anliegen bei der Realisierbarkeit einer nockenlosen Technologie ist die Möglichkeit, die Bewegung der Motorventile zu steuern. Aktuatoren, die mit dem Motorventil verbunden sind, und eine Substitution für die normalen Motorventilhübe benötigen, benötigten einen Sensor und ein anspruchsvolles Rückkopplungskontrollsystem um die Bewegung der Motorventile zu steuern. Dies resultiert aus der Tatsache, dass eine direkte Verbindung zum Ventil erfordert, dass eine derartige nockenlose Technologie das Ventilspiel berücksichtigt, das durch verschiedene Quellen entstehen kann. Mit solchen Systemen wurden bei FEV, Siemens, Ford, Sturman und anderen Versuche durchgeführt. Solche Systeme erfordern leistungsfähige bzw. umfangreiche Computerprozessoren und die schiere Größe und die Kosten der für solche Prozessoren nötigen Steuerkarten haben diese sowohl bezüglich des benötigten Platzes neben dem Motorventil als auch bezüglich der Kosten der Prozessoren an sich ausgeschlossen, und das Design der Verbrennungsmotoren beeinträchtigt. Der physische Platz, der in der Nähe von Motorventilen zur Verfügung steht, um auf die Motorventilbewegung einzuwirken, ist sehr begrenzt, weshalb die zur nockenlosen Technologie gehörigen Vorrichtungen sowohl ziemlich klein, als auch zuverlässig, schnell und exakt sein müssen, während gleichzeitig die Kosten für solche Komponenten begrenzt werden müssen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (mit trigger actuator) (UTA) der vorliegenden Erfindung erfüllt im wesentlichen die vorgenannten Bedürfnisse der Industrie. Die UTA beruht darauf, den Hub des Aktuators um einen Faktor zwischen 2 und 3 zu redu zieren, während die Motorventilhübe vergleichbar mit der Nockenbetätigung und einer nockelosen Betätigung nach dem Stand der Technik beibehalten werden. Für derartige Verhältnisse ist der reduzierte Hubbereich der UTA viel leichter zu steuern. Darüber hinaus kann die Steuerung durch ein einzigartiges Mittel zur Ventilspielkontrolle, das den UTA-Aktuator von Motorkomponenten entkoppelt, ohne einen Sensor oder einen Rückkopplungskreislauf bewirkt werden. Der Vorteil eines offenen Regelsystems besteht in einer signifikanten Verringerung der Kosten sowie einer erhöhten Zuverlässigkeit. Signifikanterweise werden große Toleranzen bei Teilen der Baugruppe der Motoranordnung (Länge, Schwankungen von Ventil zu Ventil, Fertigungstoleranzen am Kopf, an den oberen, unteren und Zündböden, Toleranz im Ventilsitz) von der Auslösungshandlung der UTA entkoppelt. Die internen Teile der UTA sind durch das im Spieleinsteller erlaubte Spiel von den Motorteilen entkoppelt. Der Spieleinsteller berücksichtigt ferner das aus thermischen Effekten resultierende Ventilspielwachstum.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied bzw. einen Aktuator zur Betätigung eines linear verschiebbaren Bauteils, wie beispielsweise ein Motorventil, und beinhaltet eine Stellglied-Ansteuerungs-Einheit, wobei die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit einen Trigger aufweist, der elektrisch ansteuerbar ist, einen Hydraulikblock, welcher eine wahlweise verschiebbare Komponente hat und funktionell mit dem Trigger verbunden ist, um Betätigungsbefehle von ihm zu empfangen, wobei die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit ein offenes Regelsystem ist. Ein Drehelement ist funktionell mit der verschiebbaren Komponente und dem Motorventil verbunden, wobei das Drehelement die durch verschiebbare Bewegung des Kolbens am Motorventil auf das Drehelement eingebrachte Bewegung verstärkt. Ein Spieleinsteller ist funktionell mit dem Drehelement verbunden, um den Hydraulikblock bzw. das Hydraulikblockventil vom Spiel einer Mehrzahl von Komponenten und Baugruppen einer Motorventilanordnung zu entkoppeln. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Betätigungs-Verfahren.
1 ist eine Aufrißansicht mit dem im Schnitt dargestellten UTA-Handlauf, der im Verhältnis zu anderen Motorkomponenten im Ventilkopfträger angeordnet ist;
1A ist eine Schnittdarstellung der UTA aus 1 in einer eingefahrenen (Motorventil geschlossen) Anordnung;
1B ist eine Schnittdarstellung der UTA aus 1 in einer ausgefahrenen (Motorventil offen) Anordnung;
2 ist eine perspektivische Schnittdarstellung der UTA im Verhältnis zu anderen Komponenten im Ventilkopf;
3 ist eine Aufrißschnittansicht des UTA-Blocks;
4 ist die Ansicht, wie sie in 3 dargestellt ist, einen betätigenden Fluidfluß umfassend;
5 ist eine Schnittansicht der UTA der vorliegenden Erfindung die Öffnungs- und Überlappungslängen darstellend;
6 ist eine Schnittdarstellung des Hydraulikblocks bzw. des Hydraulikblockventils der UTA in der offenen, hebenden Anordnung;
6A ist eine perspektivische Schnittdarstellung des Hydraulikblocks der UTA in der offenen, hebenden Anordnung;
7 ist eine Schnittdarstellung des Hydraulikblocks der UTA in der geschlossenen, ausblasenden bzw. belüftenden Anordnung;
7A ist eine perspektivische Schnittdarstellung des Hydraulikblocks der UTA in der geschlossenen, ausblasenden bzw. belüftenden Anordnung;
8 ist eine perspektivische Darstellung des UTA Drehelements und Spieleinstellers, positioniert für eine simultane Betätigung von zwei Motorventilen;
9 ist eine Schnittdarstellung des UTA Drehelements und Spieleinstellers entlang der Schnittlinie 9-9 von 8;
10 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des UTA Drehelements und des Spieleinstellers aus 9;
11 ist eine graphische Darstellung der UTA-Performance; und
12 ist eine graphische Darstellung des Kalibrierungsverfahrens der UTA.
Die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (UTA) der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich mit der Bezugsziffer 10 in den Zeichnungen bezeichnet. Bezugnehmend auf 1 ist die UTA 10 im Verhältnis zu anderen Motorkomponenten innerhalb des Ventilkopfträgers dargestellt. Solche Komponenten beinhalten linear verschiebbare Bauteile, wie beispielsweise Motorventile) 12 (vergleiche 8 für mehrere Motorventile 12), um durch die UTA 10 betätigt zu werden, und die Einspritzdüse 14, welche die selbe Verbrennungskammer wie das Motorventil 12 versorgt. Kopfbolzen 16 verbinden den Ventilkopfträger 18 mit dem Motorkopf (nicht dargestellt). Ein Gehäusedeckel 19 überspannt den Abstand zwischen den Seitenwänden der Ventilkopfabdeckung 18. Eine nockenlose Leitung 20, welche ein Betätigungsfluid mit relativ hohem Druck führt, ist an der UTA 10 anliegend angeordnet. Das Betätigungsfluid ist vorzugsweise ein Motorschmieröl mit einem Druck zwischen 450 bis 3000 psi.
Das Motorventil 12 ist ein konventionelles Ventil und beinhaltet entweder ein Einlaß- oder ein Auslaßventil. Die Darstellung von 1 (und 8) zeigt einen Vierventilkopf. Die UTA 10 kann mit Zweiventilköpfen und anderen Mehrfach-Ventil-pro-Zylinder-Einheiten, beispielsweise drei oder fünf Ventilen genutzt werden. In einer Vierventilanordnung sind die Ventile 12 typischerweise symmetrisch um die zentrisch angeordnete Einspritzdüse 14 angeordnet. Das Ventil 12 hat einen versetzten Betätigungsblock 22, der von der Längsachse des Ventilschaftes 24 versetzt ist. Der versetzte Betätigungsblock 22 ist hier, wie in 8 dargestellt, eine Brücke zwischen zwei Motorventilen 12, zur gleichzeitigen Betätigung von zwei Motorventilen 12. Zur Betätigung eines einzelnen Motorventils 12, wird die Betätigungskraft vorzugsweise koaxial auf den Ventilschaft 24 aufgebracht. Die Ventilfeder 25 ist konzentrisch zum Ventilschaft 24 angeordnet. Die Ventilfläche 27 (vergleiche 8 und 9) hängt vom Ventilschaft 24 ab, und bildet in geschlossener Position einen Abschnitt des oberen Randes der Verbrennungskammer. Die UTA 10 kann zusätzlich mit einem Motorventil verwendet werden, bei dem der Ventilsitz relativ zu einem festen Ventil beweglich ist.
Die Einspritzdüse 14 kann jede Art von aktuell genutzter Einspritzdüse sein. Derartige Einspritzdüsen beinhalten solche, die mit einer Hochdruck-Kraftstoffleitung versorgt werden, wie beispielsweise solche, die von Robert Bosch produziert werden, und hydraulisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung (HEUI). HEUI-Einspritzdüsen werden über eine Hochdruckbetätigungsfluidleitung versorgt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt die nockenlose Leitung 20 diese Funktion. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die nockenlose Leitung 20 so konfiguriert, dass sie ein Hochdruckbetätigungsfluid sowohl zur UTA 10, als auch zur Einspritzdüse 14 liefert, wobei die Einspritzdüse 14 eine Einspritzdüse vom HEUI-Typ ist.
Der Ventilkopfträger 18 ist im Allgemeinen U-förmig im Schnitt und erstreckt sich vorzugsweise über eine ganze Zylinderbank. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Ventilkopfträger 18 ein abhängiges Bohrloch 26. Ein Gehäusedeckel 19 umgibt die innerhalb des Ventilkopfträgers 18 angesiedelten Motorkomponenten, und stellt eine Dichtung für den Ventilkopfträger 18 bereit.
Die nockenlose Leitung 20 ist vorzugsweise eine gestreckte Leitung, die sich über eine ganze Zylinderbank erstreckt. Die Leitung 20 befindet sich typischerweise mit einer Hochdruckpumpe (nicht dargestellt), welche die Leitung 20 mit Betätigungsfluid versorgt, in einer Fluid-Verbindung. Vorzugsweise ist das Betätigungsfluid Motoröl mit einem erhöhten Druck von etwa 450 bis 3000 psi. Andere Betätigungsfluide, inklusive Kraftstoff, können benutzt werden. Die Leitung 20 hat einen gestreckten, im Wesentlichen zylindrischen Druckspeicher 28, um sowohl die UTA 10 als auch die HEUI-Typ Einspritzdüsen 14 mit Betätigungsfluid zu versorgen. Ein integraler UTA-Empfänger 30 ist als Abschnitt der Leitung 20 in der Ausführungsform der 1 und 2 gebildet. Wie in 2 vermerkt, beinhaltet die Leitung 20 einen zweiten integralen UTA-Empfänger 30, um die mit dem zweiten Satz von Motorventilen 12 (ein Satz besteht aus Einlaßventilen und der andere Satz aus Auslaßventilen), die mit einer gegenüberliegenden Brennkammer verbunden sind, verbundene UTA 10 zu beherbergen.
Die UTA 10 der vorliegenden Erfindung beinhaltet vier Hauptkomponenten; eine Zylinderspule (oder Auslöser) 40, eine Hydraulikpatrone bzw. einen Hydraulikblock 42, ein Drehelement 44 und einen Spieleinsteller 46. Es sei darauf verwiesen, dass zum besseren Verständnis der Funktion der Zylinderspule 40 und des Hydraulikblocks 42 die US-Patente 6,044,815 und 6,263,842 einbezogen werden. Diese Patente wurden dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt und werden hierin unter Bezugnahme aufgenommen.
Die erste Komponente der UTA 10 ist die Zylinderspule 40. Für die nachfolgende Diskussion wird auf die 3 bis 5 verwiesen. Die Zylinderspule 40 beinhaltet einen Anker 48, der innerhalb einer Ankerführung 50 verschiebbar angeordnet ist. Die Ankerführung 50 stellt eine zylindrische Oberfläche zu Verfügung, die mit mindestens einem Abschnitt des äußeren Randes des Ankers 48 übereinstimmt und den Anker 48 während der Verschiebung einschränkt. Dementsprechend weist die zylindrische Oberfläche der Ankerführung 50 eine Führungsbohrung 52 auf.
Eine nadeltragende Oberfläche 54 enthält einen Teil des Bodenrandes des Ankers 48. Die nadeltragende Oberfläche 54 sitzt in einer Einbuchtung 56, die im Rand der Bodenfläche des Ankers 48 definiert ist.
Der obere Rand 58 des Ankers 48 weist einen Ankerstop auf. Der obere Rand 58 wird durch eine Abstandsscheibe 60 gestoppt, wenn der Anker 48 in der eingefahrenen Stellung ist. Die Abstandsscheibe hat eine ausgewählte Ausdehnung B in die Tiefe, wie zu einem späteren Zeitpunkt detaillierter unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird.
Ein Hydraulikventil 62 ist in der Abstandsscheibe 60 definiert. Das Hydraulikventil 62 ist vorzugsweise mit einem Hydraulikventil 64 verbunden, das in der Gehäuseabdeckung 66 definiert ist. Der Rand 68 der Unterseite der Oberseite der Gehäuseabdeckung 66 beschränkt bzw. zwängt die Abstandsscheibe 60 zwischen der Gehäuseabdeckung und dem oberen Rand 58 der Armatur 48.
Die Gehäuseabdeckung 66 hat ferner eine Rückhaltekerbe 70, die nahe am unteren Rand der Gehäuseabdeckung 66 ausgebildet ist. Die Rückhaltekerbe 70 erstreckt sich über einen peripheren Rand des Blocks 42. Eine Bohrung 72 ist in einem Flansch 74 definiert, der auf der Seite der Gehäuseabdeckung 66 herausragt. Eine Schraube 76 kann durch die Bohrung 72 geführt werden, und in eine in der Leitung 20 definierte Gewindebohrung eingeschraubt werden. Auf diese Weise sichert die Gehäuseabdeckung 66 sowohl die Zylinderspule 40 als auch den Block 42 im in der Leitung 20 definierten integralen UTA-Empfänger 30 und hält die Abstandsscheibe 60 auf ihrem Platz.
Die Gehäuseabdeckung 66 sieht zusätzlich ein Rückhalteelement für die Spule 78 vor, die mit dem Anker 48 verbunden ist. Die Spule ist von einer im allgemeinen zylindrischen Form und sitzt außerhalb des Ankers 48. Die Ankerführung 50 ist vorzugsweise zwischen der Spule 78 und dem Anker 48 angeordnet. Geeignete elektrische Leitungen (nicht dargestellt) verbinden die Spule 78 mit einem externen Regler (nicht dargestellt) um Betätigungsbefehle an die UTA 10 zu leiten.
Die zweite Komponente der UTA 10 ist der Hydraulikblock bzw. die Hydraulikpatrone 42. Der Hydraulikblock 42 beinhaltet ein Blockgehäuse 80. Eine Antriebsbohrung 82 ist zentral am Blockgehäuse 80 definiert. Die Antriebsbohrung 82 erstreckt sich durch das ganze Blockgehäuse 80 und hat eine Anzahl variierender Durchmesser. Beginnend am oberen Rand des Blockgehäuses 80 definiert der erste solche Durchmesser einen Ankerempfänger 84. Wenn der Anker 48 in der betätigten, ausgefahrenen Stellung ist, verschiebt der Anker 48 abwärts von der eingefahrenen Stellung aus 1A in die ausgefahrene Stellung aus 1B und ist teilweise vom Ankerempfänger 84 umgeben.
Der Abschnitt der Antriebsbohrung 82 direkt unterhalb des Ankerempfängers 84 hat einen kleineren Durchmesser als der Ankerempfänger 84 und weist einen Federkäfig 86 auf. Eine Stufe, die am unteren Rand des Federkäfigs 86 ausgebildet ist, weist einen Federsitz 88 auf.
Ein Abschnitt der Antriebsbohrung 82, der einen Kolbennackenempfänger bzw. eine Kolbenstutzenaufnahme 90 aufweist, befindet sich unter dem Federkäfig 86 und hat einen Durchmesser der größer ist, als die Stufe, die den Federsitz 88 bildet. Ein hydraulisches Ventil 92 erstreckt sich radial von der Kolbenstutzenaufnahme 90 nach außen und verbindet die Kolbenstutzenaufnahme 90 flüssigkeitsführend mit den Umgebungsbedingungen außerhalb des Hydraulikblocks 42 (vergleiche besonders 4). Ein Kolbenanschlag 94 ist am oberen Rand der Kolbenstutzenaufnahme 90 ausgebildet. Vorzugsweise wird der Kolbenanschlag 94 von der Stufe gebildet, die auch den Federsitz 88 bildet, der Anschlag 94 ist der untere Rand und der Sitz 88 der obere Rand der Stufe.
Der größte Durchmesser der Antriebsbohrung 82 besteht aus dem untersten Abschnitt der Antriebsbohrung 82. Dieser Abschnitt definiert einen Leistungsteilempfänger 98. Ein hydraulischer Einlaß 100 erstreckt sich durch das Blockgehäuse 80 und verbindet den Leistungsteilempfänger 98 flüssigkeitsführend mit dem von der Leitung 20 bereitgestellten, unter Druck stehenden Betätigungsfluid. Siehe dazu besonders 4. Eine Rückhaltekerbe 102 ist am Leistungsteilempfänger 98 nahe des unteren Randes des Blockgehäuses 80 definiert. Ein Befestigungsring 104, vorzugsweise ein Sprengring, kann in der Rückhaltekerbe 102 bereitgestellt sein.
Ein Kolben 106 und eine Nadel 108 (manchmal als Spule bezeichnet) sind in der Antriebsbohrung 82 angeordnet und werden durch den Befestigungsring 104 an ihrem Platz gehalten.
Der Kolben 106 ist vorzugsweise eine einheitliche Einheit, die einen im allgemeinen zylindrischen äußeren Rand mit variierenden Durchmessern aufweist. Der Kolben 106 hat, in absteigender Reihenfolge wie dargestellt, einen Stutzen (bzw. eine Schulter oder ein Nacken) 110, ein Leistungsteil 114 und eine Antriebsstange 138. Eine verdeckte Nadelbohrung 111 ist zentral am Kolben 106 definiert und erstreckt sich abwärts bis ungefähr zur Verbindungsstelle des Leistungsteiles 114 und der Antriebsstange 138. Die Nadelbohrung 111, die verdeckt ist, ist am Boden 124 geschlossen. Die Nadelbohrung 111 ist an einer oberen Öffnung 126, die von einem oberen Rand 112 gebildet wird, offen.
Der Stutzen 110 des Kolbens 106 sitzt vorzugsweise verschiebbar in der Kolbenstutzenaufnahme 90 des Gehäuseblocks 80. Wenn der Kolben 106 in der eingefahrenen, belüftenden Stellung (siehe 7 und 7A) ist, wird der obere Rand 112 des Stutzens 110 durch den in der Antriebsbohrung 82 des Blockgehäuses 80 definierten Kolbenanschlag 94 gestoppt.
Das Leistungsteil 114 des Kolbens 106 hat eine ringförmige Kerbe 116 die zwischen einem Paar auseinanderliegender Anschlussflächen 117 definiert ist. Die ringförmige Kerbe 116 ist vorzugsweise mit dem hydraulischen Einlaß 100 verbunden, und ist demgemäß in Fluidverbindung mit dem Betätigungsfluid, das durch die Leitung 20 bereitgestellt wird. Ein Kranz 118 ist in der Nadelbohrung 111 definiert, im Wesentlichen verbunden mit der Ringkerbe 116. Ein Fluiddurchgang 122 verbindet die ringför mige Kerbe 116 fluidführend mit dem Kranz 118. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, stellt der obere Rand 120 des Kranzes 118 eine entscheidende Schnittstelle der Funktion des Kolbens 106 und der Nadel 108 dar.
Eine zweite entscheidende Schnittstelle des Kolbens 106 und der Nadel 108 ist die Dichtungsschulter 128. Die Dichtungsschulter 128 wird durch einen Stufenanstieg im Durchmesser der Nadelbohrung 111 gebildet. Die Ausweitung des Durchmessers der Nadelbohrung 111 bildet einen Kranz 129, der zumindest teilweise mit dem im Blockgehäuse 80 definierten hydraulischen Ventil 92 verbunden.
Ein Hochdruckfluiddurchgang 132 erstreckt sich zwischen der Nadelbohrung 111 und dem Kolbenkopf 134. Ein Ventildurchgang 136 erstreckt sich zwischen dem durch den ausgeweiteten Durchmesser der Nadelbohrung 111 geformten Kranz 129 aufwärts zur Stufe 128 und zum Ventil 92.
Die Antriebs-Kurbelstange 138 hängt vom Leistungsteil 114 ab, wie in den 1 bis 1B dargestellt. Das distale Ende 140 der Antriebsstange 138 liegt auf dem Drehelement 44 auf.
Die Nadel (Spule) 108 ist funktionell mit dem Anker 48 der Zylinderspule 40 verbunden und verschiebbar in der Nadelbohrung 111 des Kolbens 106 angeordnet. Die Nadel 108 hat einen Kopf 142, der auf einer nadeltragenden Oberfläche 54, die in der Aussparung 56 des Ankers 48 definiert ist, aufliegt. Der Rahmen an der Unterseite des Kopfes 142 weist einen Federsitz 144 auf. Eine Spulenrückholfeder 145 ist zwischen dem Federsitz 144 und dem am Boden des im Blockgehäuse 80 definierten Federkäfigs 86 geformten Federsitz 88 eingeschlossen. Die Rückholfeder 145 ist im allgemeinen immer in einem Zustand der Stauchung und übt eine Aufwärtsspannung auf die Nadel 108 aus.
Die Rückholfeder 145 ist konzentrisch mit einem Ankerschaft 146 angeordnet, der vom Kopf 142 herabhängt. Der Ankerschaft 146 hat eine Spulenkerbe 152, die zwischen einer oberen Anschlußfläche 148 und einer unteren Anschlußfläche 150 definiert ist. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist die lagenabhängige Wechselwirkung zwischen dem unteren Rand 149 der oberen Anschlußfläche 148 und der Dichtungsschulter 128 und dem oberen Rand 151 der unteren Anschlußfläche 150 mit dem oberen Rand 120 des Kranzes 118 entscheidend für die Funktion des Kolbens 106 und der Nadel 108.
Die dritte Komponente der UTA 1 ist das Drehelement 44 (siehe dazu 1 bis 2 und 8 bis 10). Das Drehelement 44 ist in einem Arm 154 enthalten. Im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Ventilhebel, der an einem im allgemeinen zentralen Drehpunkt verankert und drehbar gelagert ist, ist der Arm 154 zwischen drei Punkten befestigt, und während des Betriebes des Armes 154 entsteht zu verschiedenen Stufen des Betriebes eine verschiebende (rotierende) Bewegung an allen drei Befestigungspunkten. Der erste Befestigungspunkt ist der Außenring 156, an dem der Spieleinsteller 45 funktionell mit dem Arm 154 verbunden ist. Der zweite Befestigungspunkt ist der Stangenauflagepunkt 158 an dem das distale Ende 140 der Antriebsstange 138 auf dem Arm 154 aufliegt. Der dritte Befestigungspunkt ist der Ventillagerpunkt 160, an dem der Arm 154 funktionell mit dem versetzten Betätigungsblock 22 des (der) Motorventile) 12 verbunden ist.
Die vierte Komponente der UTA 10 ist der Spieleinsteller 46. Siehe hierzu insbesondere 8 bis 10. Der Spieleinsteller 46 sitzt in dem Bohrloch 26 des Ventilkopfträgers 18. Der Spieleinsteller 46 ist in Fluidverbindung mit einer Niederdruckbetätigungsfluidleitung 166. Die Leitung 166 hat einen internen Druckspeicher 168 um ein Betätigungsfluid unter Druck zu fördern. Das Betätigungsfluid ist vorzugsweise Motoröl mit motorschmierendem Druck, typischerweise bei einem Druck im Bereich von 50 psi.
Der Spieleinsteller 46 hat drei wichtige Unterkomponenten: ein Zylindergehäuse 170, einen Kolben 172, und eine Kontrollventil-Anordnung 174. Das Zylindergehäuse 170 ist allgemein von zylindrischer Form und hat einen Zylinder 176, der innerhalb des Gehäuses 170 von deiner Zylinderwand 177 definiert wird. Der Zylinder 176 ist verdeckt, mit einem geschlossenen Boden 178 und einer oberen Öffnung 180. Ein Kranz 182 ist an einem äußeren Rand des Zylindergehäuses 170 definiert. Der Kranz 182 steht in Fluidverbindung mit dem Druckspeicher 168. Ein Betätigungsfluideinlaß 184 verbindet den Kranz 182 fluidführend mit dem Zylinder 176.
Die zweite Unterkomponente des Spieleinstellers 46 ist der Kolben 172. Der Kolben 172 ist verschiebbar im Zylinder 176, der im Zylindergehäuse 170 definiert ist, angeordnet. Der Kolben 172 hat eine Kolbenwand 186, die einen inneren Fluidhohlraum 188 definiert. Der Fluidhohlraum 188 hat eine Bodenöffnung 190, die in ihrem Umfang durch den Bodenrand 192 der Kolbenwand 186 definiert wird.
Der Kolben hat ferner einen gewölbten oberen Rand 194, der so dimensioniert ist, dass er drehbar im Außenring 156 des Drehelements 44 sitzt. Ein Schmierzugang 196 ist in dem gewölbten oberen Rand 194 definiert, um einen nach außen gerichteten Fluß von Schmierfluid aufzunehmen, um dadurch die Schnittstelle zwischen dem gewölbten oberen Rand 194 und dem Außenring 156 zu schmieren.
Eine Einlaßöffnung 198 erstreckt sich durch die Kolbenwand 186. Die Einlaßöffnung 198 steht mit dem Betätigungsfluideinlaß 184 des Zylindergehäuses 170 in Verbindung. Obwohl sich der Kolben 172 in dem Zylinder 176 verschiebt, ist das Ausmaß einer solchen Verschiebung derart begrenzt, dass die Einlaßöffnung 198 immer in Verbindung mit der Betätigungsfluideinlaß 184 steht, und demgemäß steht der Fluidhohlraum 188 immer in Fluidverbindung mit dem Druckspeicher 168 der Niederdruckbetätigungsfluidleitung 166.
Die dritte Unterkomponente des Spieleinstellers 46 ist die Kontrollventil-Anordnung 174. Die Kontrollventil-Anordnung 174 beinhaltet einen Aktuator 200. Der Aktuator 200 ist verschiebbar im Zylinder 176 des Zylindergehäuses 170 angeordnet. Der Aktuator 200 hat eine Aktuatorwand 202, die einen inneren Fluidhohlraum 204 definiert. Die Aktuatorwand 202 hat einen äußeren Rand 205, der sehr nah am Zylinder 176 liegt, um einen Kranz 207 mit bekannten Ausmaßen zwischen dem äußeren Rand 205 und dem Zylinder 176 zu definieren.
Der Fluidhohlraum 204 hat eine obere Öffnung 206, die in ihrem Umfang vom oberen Rand 208 der Aktuatorwand 202 definiert wird. Eine Blende 210 ist vorzugsweise zentral im Bodenrand 211 der Aktuatorwand 202 definiert.
Ein abgeschrägter Kugelventilsitz 212 steht in Fluidverbindung mit der Blende 210 und erstreckt sich abwärts und auswärts von der Blende 210. Ein Kugelventil 214 ist verrückbar in der Nähe des Kugelventilsitzes 212 angeordnet. Das Kugelventil 214 wird durch einen Käfig 216 auf Position gehalten. Der Käfig 216 ist perforiert, um einen Durchfluß des Betätigungsfluids zu ermöglichen. Demgemäß kann, wenn das Kugelventil 214 in der offenen Stellung des Kugelventilsitzes 212 ist, das Betätigungsfluid durch die Blende um das Kugelventil 214 und durch den Käfig 216 fließen.
Eine Feder 218 ist in einem Federloch 220 gehalten. Der obere Rand der Feder 218 liegt auf der Unterseite des Aktuators 200 auf. Die Feder 218 ist immer in einem gespannten Zustand und übt demgemäß eine Aufwärtsspannung auf den Aktuator 200 aus. Der Aktuator 200 überträgt die Spannung an den Kolben 172, da der obere Rand 208 des Aktuators 200 auf dem unteren Rand 192 des Kolbens 172 aufliegt. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist das Federloch 220 mit Betätigungsfluid geflutet. Durch den Druck von Kolben 172 und Aktuator 200 wird eine bekannte Menge des Betätigungsfluids aus dem Federloch 220 durch den Kranz 207 ausgeblasen.
In der Anordnung ist die Nadel 108 relativ zum Kolben 106 angeordnet, wie in 5 beschrieben. In der eingefahrenen Stellung der 1A, 7 und 7A ist der untere Rand 149 der oberen Anschlußfläche 148 von der Deckenschulter 128 eine Entfernung A entfernt, wie in 5 beschrieben. Gleichermaßen ist der obere Rand 151 der Spulenkerbe 152 oberhalb (überlappend) des oberen Randes 120 des Kranzes 118 angeordnet, wobei er den Kranz 118 und den Zufluß des Hochdruckbetätigungsfluids abdichtet. Das Ausmaß der Überlappung wird durch den Abstand A' in 5 angezeigt. Die Abstände A und A' sind vorzugsweise gleich.
Wenn die Hydraulikpatrone bzw. der Hydraulikblock 42 und die Zylinderspule 40 zusammengebaut werden, wird die Abstandsscheibe 60 unter die Abdeckung 66, die auf dem oberen Rand 58 des Ankers 48 aufliegt, dazwischengeschoben, die Dicke der Abstandsscheibe 60 wird durch das Maß B in 5 gekennzeichnet und diese Dicke bestimmt das Ausmaß der Öffnung A und der Überlappung A' wie oben angemerkt. Bezeichnenderweise bleibt das Ausmaß der Öffnung A und der Überlappung A' (in der eingefahrenen Stellung) während des Betriebes der UTA 10 konstant. Das ist der Grund, warum die Zylinderspule 40 und der Hydraulikblock 42 vom Ventilspiel entkoppelt sind, das den verschiedenen Motorkomponenten innewohnt, wie unten beschrieben wird. Vorzugsweise ist der Abstand A, A' zwischen 0,4 und 1,2 mm und ist vorzugsweise etwa 0,7 mm. Der Bereich der Bewegung der Nadel 108 ist vorzugsweise zwischen 3,0 und 4,5 mm. Der Bereich der Bewegung des Kolbens 106 ist zwischen 2,5 und 3,5 mm. Besonders bevorzugt bewegt sich die Nadel 108 3,7 mm und der Kolben 106 bewegt sich 3,0 mm, der Unterschied ist die Entfernung A, A'. Das Verhältnis der Bewegung der Motorventile 12 zur Bewegung des Kolbens 106 ist zwischen 1,5 zu 1 und 3,5 zu 1. Ganz besonders bevorzugt ist das Verhältnis 2,2 zu 1, was einen Bewegungsbereich für das Motorventil 12 von 6,6 mm ergibt. Es sei darauf verwiesen, dass in der ausgefahrenen offenen Position, dargestellt in 6, das Maß A ein Überlappungsmaß wird, und das Maß A' ein Öffnungsmaß, wie es durch die Ausmaße B der Abstandsscheibe 60 festgesetzt ist.
Im Betrieb sind die großen Toleranzen von Teilen des Zusammenbaus des Motorventilaufbaus (Länge, Variabilität von Ventil zu Ventil, Fertigungstoleranzen am Kopf der oberen und unteren Zündböden, Toleranz der Ventilsitze, etc.) von der Ansteuerungshandlung der UTA 10 entkoppelt. Das bedeutet, dass die internen Komponenten der Zylinderspule 40 und des Hydraulikblocks 42 vom Spiel, das den Motorkomponenten innewohnt durch das vom Spieleinsteller 46 erlaubte Spiel entkoppelt sind.
Wenn das Motorventil 12 in einer Ruhe- oder geschlossenen Position ist, übt der Spieleinsteller 46 eine nach oben gerichtete Spannung auf das Drehelement 44 aus, wobei das Drehelement 44 angehoben wird, so dass der Kolben 106 und die Nadel 108 vollständig eingefahren sind, wie in 5, 7 und 7A dargestellt. Das Ausmaß der Anhebung im Spieleinsteller 46 variiert entsprechend zur relativen Position des Motorventils 12 und des Aktuators (Kolben 106 und Nadel 108) der UTA 10. Der Betrieb des Spieleinstellers 46 (nachfolgend detaillierter beschrieben), beruht darauf, dass eine kleine Menge Öl kontinuierlich während der Bewegung der Motorventile durch den Kranz 207 entweicht (9 und 10) und den Spieleinsteller 46 auffüllt, wenn das Motorventil 12 gesetzt (geschlossen) ist. Dieses Nachfüllen des Spieleinstellers 46 veranlaßt den Spieleinsteller 46 die Hebespannung am Drehelement 44 nachzubessern (kontinuierlich anzupassen), wobei das Spiel, das den Motorkomponenten innewohnt, ausgeglichen wird. Während der Öffnungs- und Schließbewegungen des Motorventils 12 wird Öl im Spieleinsteller 46 „hydraulisch gesperrt". Dies wird mittels des Kugelventils 214 beeinflußt, das den Ausfluß an Öl vom Spieleinsteller 46 überwacht, wenn vom Drehelement 44 auf den Spieleinsteller 46 ausgeübter Druck ein bestimmtes Level übersteigt. Das Nachfüllen des Motoröls am Spieleinsteller 46 erfolgt durch das Kontrollventil 174 am Spieleinsteller 46, während der Zeiten, zu denen das Motorventil 12 eingefahren (gesetzt) ist.
Wenn der Auslöser/Trigger (die Zylinderspule 40) die Spule (Nadel 108) in der UTA 10 betätigt, wird das Motorventil 12 von der geschlossenen (gesetzten) Stellung in die offenene Stellung versetzt. Die einzige Verzögerung bei der Betätigung des Motorventils 12 zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung der Zylinderspule 40 und der Bewegung des Motorventils 12, ist die Menge an Zeit, welche die Nadel 108 braucht, um die Entfernung A, A', gekennzeichnet in 5, zu überwinden.
Vor der Betätigung der Zylinderspule 40 sind Kolben 106 und Nadel 108 in ihrer eingefahrenen Position, wie in 5 dargestellt. Das einlaufende Hochdruckbetätigungsfluid ist an den Stellen abgedichtet, an denen die Überlappung durch das Ausmaß A' angezeigt ist. Die Spule 152 wird, wie dargestellt, durch den Abstand A geöffnet und das Betätigungsfluid kann von der Spule 152 aufwärts durch den Ventildurchgang 136 und aus dem hydraulischen Ventil 92 fließen. Siehe auch 4.
Bis zur Betätigung der Zylinderspule 40 wird der Anker 48 durch die Magnetkraft der Spule 78 nach unten gezogen und überwindet die Spannung der Spulenrückholfeder 145. Der Anker 48 trägt die Nadel 108 mit sich. Die Nadel 108 verschiebt sich abwärts, relativ zum Kolben 106. Eine derartige Bewegung schließt die Öffnung, angezeigt durch Abstand A, wobei die Entlüftung des Betätigungsfluids abgedichtet wird. Gleichzeitig wird die Überlappung, angezeigt durch Abstand A', beseitigt, wobei die Spule 152 zum Kranz 118 geöffnet wird, und verursacht wird, dass Hochdruckbetätigungsfluid in die Spule 152 fließt, wie in den 4 bis 6A dargestellt. Das Hochdruckbetätigungsfluid fließt radial über den Hochdruckfluiddurchgang 132 nach außen, um abwärts auf dem Kolbenkopf 134 aufzuliegen.
Die durch das Hochdruckbetätigungsfluid erzeugte Kraft, die auf den Kolbenkopf 134 einwirkt, bewegt den Kolben abwärts (in Verbindung mit der fortgesetzten Abwärtsbewegung der Spule 108). Diese Abwärtsverschiebung des Kolbens 106 übt einen nach unten gerichteten Druck auf das Drehelement 44 aus. Ein derartiger Druck bewirkt eine hydraulische Sperrung des Spieleinstellers 46. Durch die hydraulische Sperrung des Spieleinstellers 46, wird der Kontaktpunkt des oberen Randes 194 des Kolbens 172 des Spieleinstellers 46 im Außenring 156 ein Drehpunkt für das Zapfenelement 44. Eine weitere Abwärtsverschiebung des Kolbens 106 (es sei darauf verwiesen, dass die Nadel 108 die Abwärtsverschiebung in Verbindung mit dem Kolben 106 fortsetzt) verursacht, dass das Drehelement 44 um den Außenring 156 rotiert, wobei eine abwärts gerichtete Kraft auf den versetzten Betätigungsblock 22 des Motorventils 12 aufgebracht wird. Diese Kraft ist ausreichend, um die entgegenwirkende Spannung der Ventilfeder 25 zu überwinden, und resultiert in einer öffnenden Verschiebung des Motorventils 12. Der Abstand zwischen dem Stangenauflagepunkt 158 und dem Ventillagerpunkt 160 am Drehelement 44 resultiert aus einer Verstärkung der abwärts gerichteten Bewegung des Kolbens 106. Wie oben angeführt, ist das Verhältnis zwischen der Bewegung des Motorventils 12 und der Bewegung des Kolbens 106 ganz besonders bevorzugt 2,2 zu 1. Demgemäß beträgt, in der beschriebenen Ausführungsform, die Bewegung des Motorventils 12 zwischen der geschlossenen Stellung und der offenen Stellung etwa 6,6 mm.
Ein Einfahren oder Schließen des Ventils 12 findet statt, wenn der Betätigungsbefehl zur Zylinderspule 40 widerrufen wird. Das Magnetfeld kollabiert und die Rückholfeder 145 schiebt die Nadel 108 relativ zum Kolben 106 nach oben in die eingefahrene Ausblasstellung, dargestellt in den 4, 5, 7 und 7A. Der Druckspeicher 168 der Leitung 20 wird vom Hydraulikblock 42 durch eine Überlappung A' aus 5 abgedichtet. Hydraulikfluid im Hydraulikblock 42 entweicht durch Öffnung A und aus dem hydraulischen Ventil 92, wie in 4 dargestellt. Die Rückstellfeder 25 des Motorventils 12 setzt das Motorventil 12 zurück in eine geschlossene Stellung. Das Drehelement 44 ist drehbar über einer Schnittstelle des Außenrings 156 gelagert und eine aufwärts gerichtete Kraft wird auf die Antriebsstange 138 am Stangenauflagepunkt 158 ausgeübt. Der Kolben 106 und die Nadel 108 werden mit dem schließenden Motorventil 12 nach oben getragen bis das Motorventil 12 gesetzt ist. Ein Setzten des Motorventils 12 tritt kurz vor der vollständig eingefahrenen Stellung des Kolbens 106 und der Nadel 108 auf.
Details der Funktionsweise des Spieleinstellers 46 werden nun dargestellt. Hauptsächlich wird sich hierbei auf die 9 bis 10 rückbezogen. Wie oben beschrieben, übt die nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens 106 des Hydraulikblocks 42 eine signifikante, nach unten gerichtete Kraft auf das Drehelement 44 am Stangenauflagepunkt 158 aus. Eine derartige Kraft wird sowohl auf den Außenring 156 als auch auf den Ventillagerpunkt 160 übertragen. Die am Außenring 156 gefühlte Kraft übt einen nach unten gerichteten Druck auf den Kolben 172 des Spieleinstellers 46 aus. Dieser Druck verschiebt den Kolben 172 und den Aktuator 200 langsam nach unten, wobei das Betätigungsfluid im Federloch 220 zu einem Druck zusammengedrückt wird, der größer ist als der Druck des Betätigungsfluids im Druckspeicher 168 und im Fluidhohlraum 204. Das zusammengedrückte Betätigungsfluid im Federloch 220 übt einen nach oben gerichteten Druck auf das Kugelventil 214 aus, wobei das Kugelventil 214 in seine geschlossene (und gesetzte) Position am Kugelventilsitz 212 gezwungen wird. Diese Handlung sperrt (prüft) effektiv den Kolben 172 für die Dauer eines Öffnungshubes des Motorventils 12. Wenn der Kolben 172 einmal gesperrt ist, wird die Schnittstelle zwischen dem gewölbten oberen Rand 194 des Kolbens 172 und dem Außenring 156 ein fester Drehpunkt, um den das Drehelement 44 dreht, so dass die ganze Verschiebungsbewegung des Kolbens 172 verstärkt und auf das Motorventil 12 übertragen wird, wie oben beschrieben.
Das vorgenannte Ausströmen von Betätigungsfluid durch den Kranz 207 kommt dem Effekt einer Ausdehnung der Ventile 12 durch erhöhte Betriebstemperaturen des Motors entgegen, wenn der Motor, von einem kalten Startzustand auf eine normale Betriebstemperatur aufwärmt.
Das Schließen des Motorventils 12 ist primär eine Aufgabe der Ventilfeder 25. Die Ventilfeder 25 schließt das Motorventil 12 und übt gleichzeitig einen nach oben gerichteten Druck auf das Drehelement 44 aus. Dieser nach oben gerichtete Druck auf das Drehelement 44 bewirkt eine drehende Bewegung des Drehelements 44 des Außenrings 156. Eine derartige Drehbewegung dient dazu, sowohl den Kolben 106 als auch die Nadel 108 des Hydraulikblocks 42 teilweise einzuziehen, wobei Betätigungsfluid im Hydraulikblock 42 ausgeblasen wurde, wie oben beschrieben. Das Ventil 12 sitzt einige tausendstel Zoll vor dem Sitz des Kolbens 106 und der Nadel 108 in eingefahrener Stellung. Wenn das Ventil 12 sitzt, wird die Schnittstelle zwischen dem Stangenauflagepunkt 158 und dem Betätigungsblock 22 ein Drehpunkt. Das Drehelement 44 ist nun um den Stangenauflagepunkt 158 drehbar.
Die Feder 218 bewegt den Aktuator 200 und den Kolben 172 aufwärts. Eine derartige Verschiebung ist vorzugsweise nicht größer als ein Millimeter und ist dazu gedacht, die Toleranz der Anordnung, das temperaturbedingte Teilewachstum und Abnutzungen im Ventiltrieb (z.B. an den Motorventilsitzen) über die gesamte Lebenszeit des Motors auszugleichen. Diese Verschiebung verursacht eine Drehung des Drehelements 44 um den Stangenauflagepunkt 158 und dient dazu, sowohl den Kolben 106, als auch die Nadel 108 in die eingefahrene Stellung zu bringen. Wenn die Feder 218 den Aktuator 200 und den Kolben 172 anhebt, fällt der hydraulische Druck im Federloch 220 unter den Druck des Betätigungsfluids im Druckspeicher 168 und im Fluidhohlraum 204. Darauf reagierend setzt sich das Kugelventil 214 vom Kugelventilsitz 212 ab, was dazu führt, dass Betätigungsfluid in das Federloch 220 fließt, wobei das Federloch 220 nachgefüllt wird, um den Ausfluß des Betätigungsfluids durch den Kranz 207, der während der Öffnung des Motorventils 12 stattgefunden hat, auszugleichen.
Bezugnehmend auf 2, ist eine perspektivische Ansicht der UTA 10 und anderer Komponenten dargestellt. Diese Ansicht betont die Tatsache, dass die Anordnung in eine bestehende Motorkonfiguration hinein gepackt werden kann, ohne den Nachteil einer zunehmenden Höhe der Ventilkopfabdeckung 19. Ferner kann auf die Einspritzdüse 14 ohne Entfernung der Leitung 20 zugegriffen werden. Zusätzlich kann die nockenlose Leitung 20 auch dafür verwendet werden, um den Betätigungsfluiddruckspeicher für die Einspritzdüse 14 mit einzubeziehen, wobei die Einspritzdüse 14 eine Einspritzdüse vom HEUI-Typ ist.
11 beschreibt eine typische Kontrolle über die Zylinderspule 40. Für eine vorgegebenen Motorgeschwindigkeit liefert ein einfaches Kalibrierungsschema verschiedene Profile inklusive teilweiser Anhebung, Timing und Aggressivität der mit der Anhebung beinhalteten Bewegungen des Motorventils 12.
12 ist eine graphische Beschreibung des Kalibrierungschemas. Das Timing und der lineare Anstieg und Abfall der Spannung werden beschrieben. Diese Parameter können sowohl dazu verwendet werden, um ein Nockenprofil wie dargestellt zu imitieren, als auch, um das Profil unterschiedlich, entsprechend den Motoranforderungen zu modulieren, um die vorgenannten Ziele für den Motor zu erreichen.
Es ist offensichtlich für jene, die über entsprechendes Fachwissen besitzen, dass andere Ausführungsformen und Anwendungen des Gegenstand und des Verfahrens zusätzlich zu den obig beschriebenen mit unter den Anwendungsbereich und Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Dementsprechend beabsichtigt der Anmelder nur durch die anhängigen Ansprüche beschränkt zu werden.

10: Stellglied-Ansteuerungs-Einheit
12: Motorventil
14: Einspritzdüse
16: Kopfbolzen
18: Ventilkopfträger
19: Gehäuseabdeckung
20: nockenlose Leitung
22: Betätigungsblock
24: Ventilschaft
25: Ventilfeder
26: Bohrloch
27: Ventilfläche
28: Druckspeicher
30: integraler UTA-Empfänger
40: Zylinderspule
42: Hydraulikblock bzw. Hydraulikpatrone
44: Drehelement
46: Spieleinsteller
48: Anker
50: Ankerführung
52: Führungsbohrung
54: Nadel
56: Einbuchtung
58: oberer Rand
60: Abstandsscheibe
62: Hydraulikventil
64: Hydraulikventil
66: Abdeckung
68: unterer Rand
70: Rückhaltekerbe
72: Bohrung
74: Flansch
76: Schraube
78: Spule
80: Blockgehäuse
82: Antriebsbohrung
84: Ankerempfänger
86: Federkäfig
88: Federsitz
90: Kolbennackenempfänger bzw. Kolbenstutzenaufnahme
92: Hydraulikventil
94: Kolbenanschlag
98: Leistungsteilempfänger
100: hydraulischer Einlaß
102: Rückhaltekerbe
104: Befestigungsring
106: Kolben
108: Nadel
110: Nacken bzw. Stutzen oder Schulter
111: Nadelbohrung
112: oberer Rand
114: Leistungsteil
116: ringförmige Kerbe
117: Anschlussflächen
118: Kranz
120: oberer Rand
122: Fluiddurchgang
124: Boden
126: obere Öffnung
128: Dichtungsschulter
129: Kranz
132: Hochdruckfluiddurchgang
134: Kolbenkopf
136: Ventildurchgang
138: Antriebsstange
140: distales Ende
142: Kopf
144: Federsitz
145: Spulenrückholfeder
146: Ankerschaft
148: obere Anschlußfläche
149: unterer Rand
150: untere Anschlußfläche
151: oberer Rand
152: Spulenkerbe
154: Arm
156: Außenring
158: Stangenauflagepunkt
160: Ventillagerpunkt
166: Niederdruckbetätigungsfluidleitung
168: Druckspeicher
170: Zylindergehäuse
172: Kolben
174: Kontrollventil-Anordnung
176: Zylinder
177: Zylinderwand
178: Boden
180: obere Öffnung
182: Kranz
184: Betätigungsfluideinlaß
186: Kolbenwand
188: Fluidhohlraum
190: Bodenöffnung
192: Bodenrand
194: oberer Rand
196: Schmierzugang
198: Einlaßöffnung
200: Aktuator
202: Aktuatorwand
204: Fluidhohlraum
205: äußerer Rand
206: obere Öffnung
207: Kranz
208: oberer Rand
210: Blende
211: Bodenrand
212: Ventilsitz
214: Kugelventil
216: Käfig
218: Feder
220: Federloch

Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung schlägt erstmals einen Aktuator zur Betätigung eines linear verschiebbaren Bauteils, beispielsweise eines Motorventils (12) vor, wobei der Aktuator eine Stellglied-Ansteuerungs-Einheit beinhaltet. Diese Stellglied-Ansteuerungs-Einheit weist einen Trigger auf, der elektrisch ansteuerbar ist, einen Hydraulikblock (42) welcher eine wahlweise verschiebbare Komponente hat und funktionell mit dem Trigger verbunden ist, um Betätigungsbefehle von ihm zu empfangen. Die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit ist ein offenes Regelsystem. Ein Drehelement (44) ist funktionell mit der verschiebbaren Komponente und dem Motorventil (12) verbunden, das Drehelement (44) verstärkt die auf das Drehelement (44) durch verschiebbare Bewegung auf den Kolben (106) am Motorventil (12) eingebrachte Bewegung. Ein Spieleinsteller (46) ist funktionell mit dem Drehelement (44) verbunden, um den Hydraulikblock (42) vom Spiel einer Mehrzahl von Komponenten und Baugruppen einer Motorventilanordnung zu entkoppeln. Ferner wird ein Verfahren zur Betätigung angegeben.

Claims

Ein Aktuator, zum Betätigen eines linear verschiebbaren Bauteils, damit sich dieses zwischen einer Ruheposition und einer verschobenen Position bewegt, mit: – einem Trigger, der elektrisch betätigbar ist; – einem Hydraulikblock (42) mit einer Nadel (108) und einem Kolben (106), wobei die Nadel (108) funktionell mit dem Trigger verbunden ist und der Kolben (106) funktionell mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle fluidführend verbunden ist, wobei die Verschiebung der Nadel (108) dadurch erfolgt, dass der Trigger abwechselnd Hochdruckfluid zum Kolben (106) leitet und das Fluid vom Kolben (106) belüftet; – einem Drehelement (44), das funktionell mit dem Kolben (106) und dem Motorventil (12) verbunden ist, wobei das Drehelement (44) die auf das Drehelement (44) aufgebrachte Verschiebungsbewegung des Kolbens (106) auf das linear verschiebbare Bauteil verstärkt; und – einem Spieleinsteller (46), der funktionell mit dem Drehelement (44) verbunden ist, um den Hydraulikblock (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen einer linear verschiebbaren Anordnung innewohnt, zu entkoppeln.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (106) eine Spule (78) aufweist, wobei die Spule (78) abwechselnd in Fluidverbindung mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle steht, und durch eine verschiebende Bewegung der Nadel (106) relativ zum Kolben (108) belüftet wird.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein offenes Regelsystem ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an drei voneinander entfernten Punkten gehalten ist.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an einem ersten Punkt mit dem Spieleinsteller (46), an einem zweiten Punkt mit dem linear verschiebbaren Bauteil, und an einem dritten Punkt mit dem Kolben (106) verbunden ist, wobei der dritte Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt liegt.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Bewegung des Kolbens (106), die auf das Drehelement (44) übertragen wird, eine Funktion von mindestens der Entfernung zwischen zwei Punkten ist, wobei die zwei Punkte ein Kontaktpunkt des Kolbens (106) mit dem Drehelement (44) und ein Kontaktpunkt des linear verschiebbaren Bauteils mit dem Drehelement (44) sind.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) während der Öffnungsbewegung des Kolben (106) hydraulisch gesperrt wird.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) eine spielaufhebende Spannung auf das Drehelement (44) aufbringt, wenn das linear verschiebbare Bauteil in der bezeichneten Ruheposition ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das linear verschiebbare Bauteil übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) zwischen 1,5 : 1 und 3,5 : 1 liegt.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das linear verschiebbare Bauteil übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) im Wesentlichen 2,2 : 1 ist.
Ein Aktuator zur Betätigung eines Motorventils, mit: – einem Trigger, der elektrisch betätigbar ist; – einem Hydraulikblock (42), der funktionell mit dem Trigger verbunden ist und eine verschiebbare Komponente aufweist, die in Abhängigkeit von einem Triggersignal verschiebbar ist; – ein Drehelement (44), das funktionell mit dem Hydraulikblock (42) und dem Motorventil (12) verbunden ist, wobei das Drehelement (44) die auf das Drehelement (44) durch verschiebende Bewegung der verschiebbaren Komponente am Motorventil (12) aufgebrachte Bewegung verstärkt; und – einem Spieleinsteller (46), der funktionell mit dem Drehelement (44) verbunden ist, um den Hydraulikblock (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen einer Motorventilanordnung innewohnt, zu entkoppeln.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikblock (42) eine Spule (78) aufweist, wobei die Spule (78) abwechselnd in Fluidverbindung mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle steht, und durch eine verschiebende Bewegung der Nadel (108) relativ zum Kolben (106) belüftet wird.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein offenes Regelsystem ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an drei voneinander entfernten Punkten gehalten ist.
Aktuator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an einem ersten Punkt mit dem Spieleinsteller (46), an einem zweiten Punkt mit dem Motorventil (12), und an einem dritten Punkt mit dem Kolben (106) verbunden ist, wobei der dritte Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt liegt.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Bewegung des Kolbens (106), die auf das Drehelement (44) übertragen wird, eine Funktion von mindestens der Entfernung zwischen zwei Punkten ist, wobei die zwei Punkte ein Kontaktpunkt des Kolbens (106) mit dem Drehelement (44) und ein Kontaktpunkt des Motorventils (12) mit dem Drehelement (44) sind.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) während der Öffnungsbewegung des Kolben (106) hydraulisch gesperrt wird.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) eine spielaufhebende Spannung auf das Drehelement (44) aufbringt, wenn das Motorventil (12) in der bezeichneten Ruheposition ist.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) zwischen 1,5 : 1 und 3,5 : 1 liegt.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) im Wesentlichen 2,2 : 1 ist.
Ein Aktuator zur Betätigung eines Motorventils, mit: – einer Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (10), wobei die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (10) aufweist: – einen Trigger, der elektrisch betätigbar ist; – einen Hydraulikblock (42), der eine abwechselnd verschiebbare Komponente aufweist und funktionell mit dem Trigger verbunden ist, um Betätigungsbefehle von diesem zu empfangen; wobei – die Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (10) ein offenes Regelsystem ist; – ein Drehelement (44), das funktionell mit der verschiebbaren Komponente und dem Motorventil (12) verbunden ist, wobei das Drehelement (44) die auf das Drehelement (44) durch verschiebende Bewegung des Kolbens (106) am Motorventil (12) aufgebrachte Bewegung verstärkt; und – einen Spieleinsteller (46), der funktionell mit dem Drehelement (44) verbunden ist, um den Hydraulikblock (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen einer Motorventilanordnung innewohnt, zu entkoppeln.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikblock (42) eine Spule (78) aufweist, wobei die Spule (78) abwechselnd in Fluidverbindung mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle steht, und durch eine verschiebende Bewegung der Spule (78) belüftet wird.
Aktuator nach Anspruch 22, einen Kolben (106) aufweisend, der in Abhängigkeit von der Bewegung der Spule (18) betätigt werden kann.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an drei voneinander entfernten Punkten gehalten ist.
Aktuator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (44) an einem ersten Punkt mit dem Spieleinsteller (46), an einem zweiten Punkt mit dem Motorventil (12), und an einem dritten Punkt mit dem Kolben (106) verbunden ist, wobei der dritte Punkt zwischen dem ersten und zweiten Punkt liegt.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkende Bewegung des Kolbens (106), die auf das Drehelement (44) übertragen wird, eine Funktion von mindestens der Entfernung zwischen zwei Punkten ist, wobei die zwei Punkte ein Kontaktpunkt des Kolbens (106) mit dem Drehelement (44) und ein Kontaktpunkt des Motorventils (12) mit dem Drehelement (44) sind.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) während der Öffnungsbewegung des Kolbens (106) hydraulisch gesperrt wird.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Spieleinsteller (46) eine spielaufhebende Spannung auf das Drehelement (44) aufbringt, wenn das Motorventil (12) in der bezeichneten Ruheposition ist.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) zwischen 1,5 : 1 und 3,5 : 1 liegt.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) im Wesentlichen 2,2 : 1 ist.
Verfahren zur Betätigung eines Motorventils, mit folgenden Schritten: – elektrisches Betätigen einer Ansteuerungs-Einheit; – funktionelles Verbinden eines Hydraulikblock (42) mit dem Trigger, um Betätigungsbefehle von diesem zu empfangen, wobei der Hydraulikblock (42) eine abwechselnd verschiebbare Komponente; – abwechselndes Verschieben einer Hydraulikblockkomponente; – Betreiben der Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (10) in einem offenen Regelkreis-Modus; – funktionelles Verbinden eines Drehelements (44) mit einer verschiebbaren Komponente und dem Motorventil (12); – Verstärken der auf das Drehelement (44) durch die verschiebende Bewegung des Kolbens (106) am Motorventil (12) aufgebrachten Bewegung mittels des Drehelements (44); und – Entkoppeln des Hydraulikblocks (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen einer Motorventilanordnung innewohnt.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner mit dem Schritt, dass eine Hydraulikblockspule (42) abwechselnd mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle fluidführend verbunden ist, und Betätigungsfluid aus der Spule (78) durch verschiebende Bewegung der Spule (78) ausgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 32, die Betätigung des Kolbens (106) als Reaktion auf die verschiebende Bewegung der Spule (78) beinhaltend.
Verfahren nach Anspruch 31, weiter beinhaltend das Halten des Drehelements (44) an drei voneinander entfernten Punkten.
Verfahren nach Anspruch 34, ferner beinhaltend, dass das Drehelement (44) an einem ersten Punkt mit dem Spieleinsteller (46), an einem zweiten Punkt mit dem Motorventil (12), und an einem dritten Punkt mit dem Kolben (106) verbunden wird, wobei der dritte Punkt zwischen dem ersten und zweiten Punkt liegt.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner mit dem Schritt, dass die Bewegung des Kolbens (106), die auf das Drehelement (44) übertragen wird, verstärkt wird, als eine Funktion von mindestens der Entfernung zwischen zwei Punkten, wobei die zwei Punkte ein Kontaktpunkt des Kolbens (106) mit dem Drehelement (44) und ein Kontaktpunkt des Motorventils (12) mit dem Drehelement (44) sind.
Verfahren nach Anspruch 31, ein hydraulisches Sperren des Drehelements während der Öffnungsverschiebung des Kolbens (106) beinhaltend.
Verfahren nach Anspruch 31, mit dem Schritt, dass eine spielaufhebende Spannung mittels des Spieleinstellers (46) auf das Drehelement (44) aufgebracht wird, wenn das Motorventil (12) in einer geschlossenen Stellung ist.
Verfahren nach Anspruch 31, ein Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) zwischen 1,5 : 1 und 3,5 : 1 definierend.
Verfahren nach Anspruch 31, ein Verhältnis der auf das Motorventil (12) übermittelten Bewegung zur Bewegung des Kolbens (106) auf im Wesentlichen 2,2 : 1 definierend.
Verfahren zum Betätigen eines linear verschiebbaren Bauteils, um sich zwischen einer Ruheposition und einer verschobenen Position zu bewegen, mit folgenden Schritten: – elektrisches Betätigen einer Ansteuerungs-Einheit; – funktionelles Verbinden eines Hydraulikblocks (42) mit dem Trigger, um Betätigungsbefehle von diesem zu empfangen, wobei der Hydraulikblock (42) eine abwechselnd verschiebbare Komponente aufweist; – abwechselndes Verschieben einer Hydraulikblockkomponente; – Betreiben der Stellglied-Ansteuerungs-Einheit (10) in einem offenen Regelkreis-Modus; – funktionelles Verbinden eines Drehelements (44) mit der verschiebbaren Komponente und mit dem linear verschiebbaren Bauteil; – Verstärken der auf das Drehelement (44) durch die verschiebende Bewegung des Kolbens (106) am linear verschiebbaren Bauteil aufgebrachten Bewegung mittels des Drehelements (44); und – Entkoppeln des Hydraulikblocks (42) vom Spiel, das einer Mehrzahl von Komponenten und Anordnungen einer linear verschiebbaren Anordnung innewohnt.
Verfahren nach Anspruch 41 mit dem Schritt, dass eine Hydraulikblockspule (78) abwechselnd mit einer Hochdruckbetätigungsfluidquelle fluidführend verbunden ist, und Betätigungsfluid aus der Spule (78) durch verschiebende Bewegung der Spule (78) ausgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 42, die Betätigung des Kolbens (106) als Reaktion auf die verschiebende Bewegung der Spule (78) beinhaltend.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei das Drehelement (44) an drei voneinander entfernten Punkten gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 44, ferner mit dem Schritt, dass das Drehelement (44) an einem ersten Punkt mit dem Spieleinsteller (46), an einem zweiten Punkt mit dem linear verschiebbaren Bauteil, und an einem dritten Punkt mit dem Kolben (106) verbunden wird, wobei der dritte Punkt zwischen dem ersten und zweiten Punkt liegt.
Verfahren nach Anspruch 41, ferner mit dem Schritt, dass die Bewegung des Kolbens (106), die auf das Drehelement (44) übertragen wird, verstärkt wird, als eine Funktion von mindestens der Entfernung zwischen zwei Punkten, wobei die zwei Punkte ein Kontaktpunkt des Kolbens (106) mit dem Drehelement (44) und ein Kontaktpunkt des linear verschiebbaren Bauteils mit dem Drehelement (44) sind.
Verfahren nach Anspruch 41, ein hydraulisches Sperren des Drehelements (44) während der Öffnungsverschiebung des Kolbens (106) beinhaltend.
Verfahren nach Anspruch 41, mit dem Schritt, dass eine spielaufhebende Spannung mittels des Spieleinstellers (46) auf das Drehelement (44) aufgebracht wird, wenn das linear verschiebbare Bauteil in einer geschlossenen Stellung ist.