DE4333493A1 - Valve having variable electronic control for thermal power machines - Google Patents

Valve having variable electronic control for thermal power machines

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Abstract

The valve having variable electronic control opens into the induction/exhaust gas duct of the thermal power machine In order to seal the valve well, the combustion pressure in the cylinder of the thermal power machine is passed on to the valve, having being increased, via a hydraulic system. Options for variable electronic valve control; a.) The thermal power machine drives a cylinder which is filled with EVF and in which a perforated piston is located whose piston rods are connected to the hydraulic system of the valve. The valve opening/valve closing time can be controlled by connecting/disconnecting an electric voltage (leading to the EVF solidifying/liquidifying). b.) The valve is driven, for example, by means of an electric motor or by the thermal power machine via a coupling (clutch) which can be disengaged, is filled with EVF and has a brake which results in the EVF, as a force transmitter, accelerating or braking the output-drive shaft depending on the applied voltage. Said output-drive shaft is connected to the motion converter which converts the rotation into a linear upwards/downwards movement and drives the abovementioned valve. These methods are suitable for all piston thermal power machines.

Description

1) Grundlegendes1) Basics

Die, in den bekannten WKM eingesetzten Ventile bewegen sich beim Öffnen in den Verbren­ nungsraum hinein. Eine hohe Abdichtung während der Verbrennung wird dadurch erreicht, daß das Ventil durch den Druck im Verbrennungsraum zusätzlich zu der wirkenden Kraft der Ventilfeder in den Ventilsitz gepreßt wird.The valves used in the well-known ERMs move in the burns when they are opened room. A high seal during combustion is achieved that the valve by the pressure in the combustion chamber in addition to the acting force of the Valve spring is pressed into the valve seat.

Dem Vorteil dieser Anordnung stehen jedoch wesentliche Nachteile gegenüber:The advantages of this arrangement are offset by significant disadvantages:

  • 1) Das Ventil bewegt sich in den Verbrennungsraum hinein. Dadurch besteht die Gefahr, daß das Ventil im ungünstigsten Fall von dem Kolben der WKM beschädigt wird.1) The valve moves into the combustion chamber. This means that Danger of the valve being damaged by the ERM piston in the worst case becomes.
  • 2) Durch die Hineinbewegung in den Verbrennungsraum ist der Öffnungsweg des Ventiles begrenzt.2) By moving into the combustion chamber, the opening path of the Valves limited.
  • 3) Der Öffnungsquerschnitt der Ein- bzw. Ausströmöffnung wird durch den Ventil­ schaft gemindert.3) The opening cross-section of the inflow or outflow opening is through the valve shaft reduced.
  • 4) Das sich in den Brennraum hineinbewegende Ventil setzt dem strömenden Gas einen großen Strömungswiderstand entgegen.4) The valve moving into the combustion chamber exposes the flowing gas a large flow resistance.
  • 5) Der Kraftaufwand zur Überwindung der Ventilfederkraft beim Öffnen ist erheblich.
    Dadurch ist für die Verwirklichung einer variablen Ventilsteuerung für o.g. Ventil ein hoher konstruktiver Aufwand erforderlich.    5) The effort to overcome the valve spring force when opening is considerable.
    As a result, a high level of design effort is required to implement variable valve control for the above-mentioned valve.

Mit den, im folgenden beschriebenen Forderungen an ein neuartiges Ventil werden die, in den Punkten 1) bis 5) genannten Nachteile behoben:With the requirements for a novel valve described below, the, in the disadvantages mentioned in points 1) to 5) eliminated:

  • a) Das Ventil (Ein- bzw. Auslaßventil) öffnet in den Ansaug- bzw. Einlaßkanal hinein. Dadurch steht die gesamte Ventilöffnung für den Ein- bzw. Auslaß zur Verfügung.a) The valve (intake or exhaust valve) opens into the intake or intake duct inside. As a result, the entire valve opening is available for the inlet and outlet Available.
  • b) Die Gefahr der Beschädigung des Ventils durch den Kolben besteht bei dieser Anordnung nicht. Auch wird der Ventilweg nicht mehr durch den Kolben begrenzt.b) There is a risk of the valve being damaged by the piston Arrangement not. The valve path is no longer limited by the piston.
  • c) Der Strömungswiderstand, der dem Gas entgegengesetzt wird, minimiert sich.c) The flow resistance that is opposed to the gas is minimized.
  • d) Durch eine spezielle Ausformung der Zylinderkopfinnenseite entstehen zwei schräg angeordnete Flächen. Die Ventile werden dadurch im Zylinderkopf ebenfalls schräg eingebaut.
    Durch diese Maßnahme können die Ventile vergrößert werden und die Bearbeitung der ebenen Dichtflächen wird erleichtert.    d) A special shape of the inside of the cylinder head creates two obliquely arranged surfaces. The valves are also installed at an angle in the cylinder head.
    With this measure, the valves can be enlarged and the processing of the flat sealing surfaces is facilitated.

Ein neuartiges Ventil, das die Forderungen a) bis d) erfüllt, könnte die Vierventiltechnik ersetzen.A new type of valve that meets requirements a) to d) could be four-valve technology replace.

2) Beschreibung des Gesamtsystems2) Description of the overall system

Das neuartige Ventil wurden so konstruiert, daß es in den Ansaug- bzw. Abgaskanal hinein öffnet. Charakteristisch für dieses Ventil ist die Tatsache, daß es trotz dieser speziellen Öffnungsrichtung lediglich mit einer geringen Federkraft betrieben werden kann.The new valve was designed in such a way that it goes into the intake and exhaust gas channels opens. Characteristic of this valve is the fact that despite this special Opening direction can only be operated with a low spring force.

Die notwendige Leistung für den Antrieb der Ventile ist somit gering, was sich in einer Wirkungsgradverbesserung der WKM bemerkbar macht. The power required to drive the valves is therefore low, which is reflected in one Efficiency improvement of ERM noticeable.  

Um trotz geringer Federkraft eine sehr gute Abdichtung des neuartigen Ventils zu erreicht, wird der Gasdruck im Inneren des Zylinders der WKM genutzt. In einer Vorkammer wird der Verbrennungsdruck über ein hydraulisches System abgegriffen und verstärkt auf das Ventil weitergeleitet, daß dadurch mit hoher Kraft in den Ventilsitz gepreßt wird. Als gesteuerter Antrieb für das neuartige Ventil können verschiedene Systeme gewählt werden:In order to achieve a very good seal of the new valve despite the low spring force, the gas pressure inside the cylinder of the ERM is used. In an antechamber the combustion pressure is tapped via a hydraulic system and amplified to that Valve passed that is pressed with high force in the valve seat. Various systems can be selected as the controlled drive for the new valve become:

  • 1) Bei langsam laufenden Motoren mit seltenem Lastwechsel ist die Ventilantriebs­ welle mit dem Ventil über einen beweglichen Zylinder mit Kolben verbunden.
    Dieses Zwischensystem ist mit elektroviskoser Flüssigkeit gefüllt und übernimmt die Steuerung des Ventils (siehe Ausführungsbeispiel 2).    1) In slow-running engines with rare load changes, the valve drive shaft is connected to the valve via a movable cylinder with pistons.
    This intermediate system is filled with electroviscous liquid and takes over the control of the valve (see embodiment 2).
  • 2) Für schnell laufende WKM mit häufigen Lastwechsel bietet sich ein Getriebe nach Ausführungsbeispiel 3 an.
    Dieses Getriebe wandelt eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung um. Gleichzeitig dient es zur Untersetzung einer höheren Antriebsdrehzahl.
    Das Getriebe kann bei kleineren WKM von einem elektrischen Scheibenläufermotor angetrieben werden. Dieser besitzt ein gutes Regelverhalten bei geringer Schwung­ masse.
    Bei größeren WKM kann der Antrieb des Getriebes von einer Schaltkupplung mit Bremse (siehe Ausführungsbeispiel 4) übernommen werden. Diese Schaltkupplung mit Bremse wird von der WKM direkt über ein einstufiges bzw. ein stufenloses Getriebe angetrieben.
    Mit dieser Art der Ventilsteuerung kann der Beginn der Öffnung und die Öffnungs­ dauer des Ventils nach den Erfordernissen der WKM elektronisch gesteuert werden.    2) For fast running ERMs with frequent load changes, a gearbox according to embodiment 3 is suitable.
    This gear converts a rotary movement into a straight-line movement. At the same time, it serves to reduce a higher drive speed.
    In the case of smaller ERMs, the gearbox can be driven by an electric disc motor. This has good control behavior with low inertia.
    In the case of larger ERMs, the gearbox can be driven by a clutch with a brake (see example 4). This clutch with brake is driven by the WKM directly via a single-stage or a continuously variable transmission.
    With this type of valve control, the start of the opening and the opening time of the valve can be electronically controlled according to the requirements of the ERM.
3) Teilbeschreibungen3) Part descriptions 3.1) Beschreibung des Ventiles nach Ausführungsbeispiel 13.1) Description of the valve according to embodiment 1 3.1.1) Öffnen des Ventiles3.1.1) Opening the valve

Zu Beginn des Vorganges drückt die Kolbenstange 3 über den Federteller 4 auf die Feder 5. Dadurch wird der Hohlkolben 2 ebenfalls nach unten gedrückt und das Ventil 1 wird in den Ventilsitz gepreßt.At the beginning of the process, the piston rod 3 presses on the spring 5 via the spring plate 4 . As a result, the hollow piston 2 is also pressed down and the valve 1 is pressed into the valve seat.

Mit Beginn des Öffnungsvorganges bewegt sich die Kolbenstange 3 nach oben und ent­ spannt die Feder 5.At the beginning of the opening process, the piston rod 3 moves upwards and the spring 5 is tensioned.

Der Bereich 3b der Kolbenstange 3 ist rund, wodurch eine Abdichtung des Zylinders 7 gegenüber dem Kanal 6 in Abhängigkeit von der Stellung der Kolbenstange erreicht wird.The area 3 b of the piston rod 3 is round, as a result of which the cylinder 7 is sealed off from the channel 6 as a function of the position of the piston rod.

Wird die Kolbenstange 3 weiter angehoben, so kommt der Bereich 3a in den Kanal 6. Dadurch wird die Abdichtung aufgehoben und die im Zylinder 7 enthaltene Hydraulik­ flüssigkeit kann abgeleitet werden.If the piston rod 3 is further raised, so the range is 3 a in the channel. 6 This removes the seal and the hydraulic fluid contained in the cylinder 7 can be drained off.

Beim Öffnen entweicht die Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinder 7 in einen unter geringem Druck stehenden Vorratsbehälter. Die Kolbenstange 3 bewegt sich weiter nach oben. Da der Durchmesser des Federtellers 4 größer ist, als der Durchmesser der Öffnung des Hohlkolbens 2, zieht die Kolbenstange 3 den Hohlkolben 2 bei der weiteren Aufwärts­ bewegung mit nach oben.When opening, the hydraulic fluid escapes from the cylinder 7 into a reservoir under low pressure. The piston rod 3 continues to move upward. Since the diameter of the spring plate 4 is larger than the diameter of the opening of the hollow piston 2 , the piston rod 3 pulls the hollow piston 2 upward during the further upward movement.

Dadurch öffnet das Ventil 1 und gibt die gesamte Ventilöffnung frei.This opens valve 1 and opens the entire valve opening.

Bei vollständiger Öffnung des Ventils 1 steht die gesamte Fläche der Ventilöffnung für den Ein- und Auslaß des Gases zur Verfügung. Eine Reduzierung der Ventilöffnungsfläche wie sie bei konventionellen Ventilen durch den Durchmesser des Ventilschaftes in der Ventil­ öffnung hervorgerufen wird, entfällt hier vollständig.When the valve 1 is fully opened, the entire area of the valve opening is available for the inlet and outlet of the gas. A reduction in the valve opening area, as is caused in conventional valves by the diameter of the valve stem in the valve opening, is completely eliminated here.

Da das Ventil 1 komplett aus dem Strömungsweg herausgenommen wird, kann das Frisch­ gas bzw. Abgas ungehindert und strömungsgünstig ein- und ausströmen.Since the valve 1 is completely removed from the flow path, the fresh gas or exhaust gas can flow in and out unimpeded and in a streamlined manner.

Bei dem Einlaßventil ist wichtig, daß es die gleiche Fläche wie der Hohlkolben besitzt. Durch eine mögliche Vorverdichtung des Frischgases werden Kräfte auf das Ventil und den Hohlkolben übertragen. Bei gleichen Flächen sind damit die angreifenden Kräfte gleich groß jedoch entgegegesetzt gerichtet, wodurch sie sich gegenseitig aufheben. It is important that the inlet valve has the same area as the hollow piston. A possible pre-compression of the fresh gas causes forces on the valve and the Transfer the hollow piston. With the same surfaces, the attacking forces are the same however, opposed, whereby they cancel each other out.  

Das bedeutet, daß trotz der Ventilöffnung in den Ansaugkanal hinein, keine zusätzlichen Kräfte überwunden werden müssen.This means that despite the valve opening into the intake duct, no additional ones Forces must be overcome.

Durch die schräge Anordnung der Ventile im Zylinderkopf der WKM steht eine größere plane Fläche für die Ventile zur Verfügung als bei konventionellen WKM.The oblique arrangement of the valves in the cylinder head of the WKM means that there is a larger one Flat surface available for the valves than with conventional ERM.

Durch den günstigeren Strömungsverlauf und eine Vergrößerung der Ventile kann dadurch auf die Vierventiltechnik verzichtet werden.Due to the more favorable flow pattern and an enlargement of the valves, this can four-valve technology can be dispensed with.

3.1.2) Schließen des Ventiles3.1.2) Closing the valve

Die Kolbenstange 3 bewegt sich hierbei nach unten. Dadurch drückt der Federteller 4 auf die Feder 5 und schiebt den Hohlkolben 2 und damit auch das Ventil 1 nach unten. Gleichzeitig wird über den Kanal 6 die unter geringem Überdruck stehende Hydraulikflüssigkeit an­ gesaugt.The piston rod 3 moves downwards. As a result, the spring plate 4 presses on the spring 5 and pushes the hollow piston 2 and thus also the valve 1 downwards. At the same time, the hydraulic fluid under slight overpressure is sucked in via the channel 6 .

Dieser Ansaugvorgang ist beendet, sobald der Bereich 3b der Kolbenstange 3 in den Dichtungsbereich 8 des Zylinders 7 kommt. Zu diesem Zeitpunkt schließt das Ventil 1. Das Gemisch kann nun im Zylinder gezündet werden. Die Zündung erfolgt im Zündbereich 10, der als Vorkammer gestaltet ist.This suction process is ended as soon as the area 3 b of the piston rod 3 comes into the sealing area 8 of the cylinder 7 . At this point, valve 1 closes. The mixture can now be ignited in the cylinder. The ignition takes place in the ignition area 10 , which is designed as a prechamber.

Die dabei entstehende Druckwelle drückt den Kolben 11 und damit auch den Kolben 12 nach oben.The resulting pressure wave pushes the piston 11 and thus also the piston 12 upwards.

Der Kolben 11 besitzt einen größeren Durchmesser als der Kolben 12, was bewirkt, daß der Druck im Zylinder über die Kolben verstärkt auf die Hydraulikflüssigkeit im Zylinder 13 übertragen wird. Der hohe Druck in Zylinder 13 überträgt sich durch das Rohr 14 auf den Hohlkolben 2.The piston 11 has a larger diameter than the piston 12 , which causes the pressure in the cylinder through the pistons to be increasingly transmitted to the hydraulic fluid in the cylinder 13 . The high pressure in cylinder 13 is transmitted through tube 14 to hollow piston 2 .

Das Ventil 1 wird auf diese Weise mit einem Druck, der dem mehrfachen des Verbrennungs­ druckes im Brennraum der WKM entspricht, in den Ventilsitz gepreßt.The valve 1 is pressed into the valve seat with a pressure that corresponds to a multiple of the combustion pressure in the combustion chamber of the ERM.

Dadurch wird eine gute Abdichtung erreicht.This ensures a good seal.

Nach den in Ausführungsbeispiel 1 dargestellten Größenverhältnissen wirkt auf das Ventil 1 durch die Druckverstärkung der 11-fache Verbrennungsdruck.According to the size relationships shown in embodiment 1, valve pressure acts on valve 1 by 11 times the combustion pressure.

Das Rückschlagventil 15 verhindert den Rückfluß der Hydraulikflüssigkeit in den Vorrats­ behälter.The check valve 15 prevents the backflow of the hydraulic fluid into the reservoir.

Die Kolben 11 und 12 werden durch die Feder 16 und durch den geringen Überdruck im Bereich 13 nach unten gedrückt.The pistons 11 and 12 are pressed down by the spring 16 and by the slight overpressure in the area 13 .

Die Bohrung 17 verhindert einen Über- bzw. Unterdruck direkt über dem Kolben 11. The bore 17 prevents overpressure or underpressure directly above the piston 11 .

Die Hydraulikflüssigkeit erwärmt sich im Bereich 13 durch die Übertragung der Verbren­ nungswärme über den Zylinderkopf stark. Um diese Erwärmung vorzubeugen, wird die Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil 15 ausgetauscht. Der Austausch geschieht, sobald der Druck im Bereich 13 abgefallen ist.The hydraulic fluid heats up in the area 13 by the transfer of combustion heat through the cylinder head. In order to prevent this heating, the hydraulic fluid is exchanged via the check valve 15 . The exchange takes place as soon as the pressure in area 13 has dropped.

Da das Ventil 1 nur bei geringem Druck im Zylinder der WKM bewegt wird und keine großen Federkräfte zu überwinden sind, ist die erforderliche Antriebskraft für das Ventil verhältnismäßig gering. Das wiederum führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades der WKM.Since the valve 1 is only moved in the cylinder of the ERM at low pressure and there are no large spring forces to be overcome, the drive force required for the valve is relatively low. This in turn leads to an improvement in the efficiency of ERM.

Das Ventil 18 ist symmetrisch zu dem beschriebenen Ventil 1 ausgeführt.The valve 18 is designed symmetrically to the valve 1 described.

Die Leitung 14 dient auch bei dem Ventil 18 zur Übertragung des hohen Schließdruckes.The line 14 also serves in the valve 18 for transmitting the high closing pressure.

3.2) Möglichkeiten zum Antrieb der Ventile3.2) Possibilities for driving the valves 3.2.1) Ventilantrieb gemäß Ausführungsbeispiel 23.2.1) Valve drive according to embodiment 2

Dem einfachste Ventilantrieb für langsamlaufende WKM mit geringen Lastwechseln ent­ spricht das Ausführungsbeispiel 2.The simplest valve drive for slow-running ERMs with low load changes speaks the embodiment 2.

Der Zylinder 19 ist mit einer elektroviskosen Flüssigkeit (EVF) gefüllt. Dieser Zylinder 19 ist auf der Innenseite mit Ausnahme des Zylinderbodens 27 mit einer Isolierschicht 20 (z. B. Teflon) überzogen. Auf diese Schicht wird im oberen Bereich die Elektrode 21 aufgebracht. Die Kolbenstange 3 ist ebenfalls mit einer isolierenden Schicht 23 überzogen.The cylinder 19 is filled with an electroviscous liquid (EVF). This cylinder 19 is covered on the inside with the exception of the cylinder base 27 with an insulating layer 20 (e.g. Teflon). The electrode 21 is applied to this layer in the upper region. The piston rod 3 is also covered with an insulating layer 23 .

Der gelochte Kolben 24 besteht aus Isoliermaterial.The perforated piston 24 is made of insulating material.

Legt man an die Elektrode 21 den positiven Pol einer hohen Gleichspannung und an den Zylinderboden 27 den negativen Pol, so bildet sich ein hohes elektrisches Feld aus. EVF hat die Eigenschaft in einem hohen elektrischen Feld zu erstarren. Das Anlegen einer Spannung an die Elektroden hat damit zur Folge, daß die EVF zwischen der Elektrode 21 und dem Zylinderboden 27 erstarrt. If one places the positive pole of a high direct voltage on the electrode 21 and the negative pole on the cylinder bottom 27 , a high electric field is formed. EVF has the property of solidifying in a high electrical field. The application of a voltage to the electrodes has the consequence that the EVF solidifies between the electrode 21 and the cylinder base 27 .

Wird die Gleichspannung abgeschaltet, verflüssigt sich die EVF und kann ungehindert durch die Bohrungen des Kolbens 24 strömen.If the DC voltage is switched off, the EVF liquefies and can flow freely through the bores of the piston 24 .

Funktionsweisefunctionality

Der Zylinder 19 gleitet in der Führung 25 und wird von der Ventilantriebswelle mit dem Exzenter 26 über die Pleuelstange 22 auf- und abwärts bewegt.The cylinder 19 slides in the guide 25 and is moved up and down by the valve drive shaft with the eccentric 26 via the connecting rod 22 .

Die Kolbenstange 3 entspricht der Kolbenstange 3 aus Ausführungsbeispiel 1. Befindet sich der Zylinder 19 in seinem untersten Totpunkt, ist das angetriebene Ventil ge­ schlossen. Wird zwischen die Elektrode 21 und dem Zylinderboden 27 eine hohe Gleich­ spannung angelegt, so erstarrt die EVF in diesem Bereich augenblicklich.The piston rod 3 corresponds to the piston rod 3 from embodiment 1. If the cylinder 19 is in its bottom dead center, the driven valve is closed ge. If a high DC voltage is applied between the electrode 21 and the cylinder base 27 , the EVF solidifies immediately in this area.

Der Kolben 24 ist dadurch fest mit dem Zylinder 19 verbunden und wird von diesem nach oben bewegt.The piston 24 is thereby firmly connected to the cylinder 19 and is moved upwards by the latter.

Ist die gewünschte Füllung des Zylinders der WKM erreicht, wird die hohe Gleichspannung abgeschaltet. Dadurch verflüssigt sich die EVF.When the desired filling of the ERM cylinder is reached, the high DC voltage becomes switched off. This liquefies the EVF.

Der Kolben 24 kann sich nun im Zylinder 19 frei bewegen. Die Kolbenstange 3 wird von der Feder 28, die vorher gespannt wurde, unabhängig von der Stellung der Ventilantriebs­ welle mit Exzenter 26 nach unten gedrückt. Die EVF strömt dabei durch die Bohrungen des Kolbens 24.The piston 24 can now move freely in the cylinder 19 . The piston rod 3 is pressed by the spring 28 , which was previously tensioned, regardless of the position of the valve drive shaft with eccentric 26 . The EVF flows through the bores of the piston 24 .

Dadurch wird das, an Kolbenstange 3 angeschlossene Ventil geschlossen.This closes the valve connected to piston rod 3 .

Kurz bevor der Zylinder 19 in der Abwärtsbewegung den Punkt,an dem die Zündung im Verbrennungsraum der WKM erfolgt, erreicht hat, wird zwischen Elektrode 21 und Zylinderboden 27 eine Gleichspannung angelegt.Shortly before the cylinder 19 in the downward movement has reached the point at which the ignition takes place in the combustion chamber of the ERM, a direct voltage is applied between the electrode 21 and the cylinder base 27 .

Diese ist so bemessen, daß die EVF eine hohe Viskosität erreicht und damit das Schließen des Ventils über die Kolbenstange 3 unterstützt wird, da die Feder 28 verhältnismäßig schwach ausgelegt ist.This is dimensioned so that the EVF reaches a high viscosity and thus supports the closing of the valve via the piston rod 3 , since the spring 28 is designed to be relatively weak.

Auf diese Weise ist eine einfache Steuerung von Ventilen für WKM über elektrische Impulse möglich.In this way it is easy to control valves for ERM via electrical impulses possible.

3.2.2) Ventilantrieb gemäß Ausführungsbeispiel 33.2.2) Valve drive according to embodiment 3

Für die WKM, die mit häufig wechselnder Belastung bzw. Drehzahl arbeiten müssen, ist eine andersartige Ventilsteuerung notwendig.For the ERM, who have to work with frequently changing loads or speeds a different type of valve control is necessary.

Im Ausführungsbeispiel 3 ist ein Getriebe beschrieben, das von einem Elektromotor mit guter Regelbarkeit und geringer Trägheit wie z. B. einem Scheibenläufermotor oder der Ein­ richtung nach Ausführungsbeispiel 4 angetrieben wird. In embodiment 3, a transmission is described, which by an electric motor good controllability and low inertia such. B. a disc motor or the one Direction according to embodiment 4 is driven.  

Das Getriebe wandelt eine Drehbewegung in eine geradelinige Bewegung um. Gleichzeitig wird durch das Getriebe eine Untersetzung der Antriebsdrehzahl bewirkt.The gearbox converts a rotary movement into a straight-line movement. At the same time the gearbox reduces the drive speed.

Funktionsweisefunctionality

Das Getriebe wird von dem Sonnenrad 29, das von einem Scheibenläufermotor bzw. der Vorrichtung nach Ausführungsbeispiel 4 angetrieben wird, in Drehung versetzt.The gear is set in rotation by the sun gear 29 , which is driven by a disc rotor motor or the device according to exemplary embodiment 4.

Das Sonnenrad kämmt in den Planetenrädern 30. Diese kämmen wiederum in den Zahn­ kranz 31. Dadurch wird der Planetenträger 32 über die Achsen 33 gedreht.The sun gear meshes in the planet gears 30 . These in turn comb into the ring gear 31 . As a result, the planet carrier 32 is rotated via the axes 33 .

In dem Planetenträger 32 ist außerdem mit der Achse 34 das Planetenrad 35 gelagert, daß in den Zahnkranz 36 kämmt.In the planet carrier 32 is also supported with the axis 34, the planet gear 35 that meshes with the ring gear 36 .

Das Planetenrad 35 besitzt genau die halbe Zahnzahl des Zahnkranzes 36.The planet gear 35 has exactly half the number of teeth of the ring gear 36 .

An diesem Planetenrad, das zusätzlich in dem mitdrehenden Lagerschild 37 gelagert ist, befindet sich die Befestigung der Kurbel 38. Diese ist so angebracht, daß die Mittellinie der Kurbel 38 und die Mittellinie des Sonnenrades 29 bzw. des gesamten Getriebes in der Position, die sich nach einer 90° Drehung von dem in Ausführungsbeispiel 3 dargestellten Position ausgehend, ergibt, genau fluchtet.The fastening of the crank 38 is located on this planet gear, which is additionally mounted in the rotating end plate 37 . This is attached so that the center line of the crank 38 and the center line of the sun gear 29 or of the entire transmission in the position that results after a 90 ° rotation from the position shown in embodiment 3, exactly aligned.

Der Kurbelmittelpunkt vollführt somit eine geradelinige Auf- und Abwärtsbewegung. Durch diese Anordnung ergibt sich bei einer Rechtsdrehung des Lagerschildes 37 eine Links­ drehung des Planetenrades 35.The center of the crank thus performs a straight up and down movement. This arrangement results in a clockwise rotation of the bearing plate 37, a left rotation of the planet gear 35th

An der Kurbel 38 ist die Kolbenstange 3 des, in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Ventiles befestigt. Das Lagerschild 37, das mit dem Planetenträger 32 mechanisch fest verbunden ist, dient der zusätzlichen Lagerung des Planetenrades 35 und damit der Kurbel 38.The piston rod 3 of the valve described in exemplary embodiment 1 is fastened to the crank 38 . The end shield 37 , which is mechanically firmly connected to the planet carrier 32 , serves for the additional mounting of the planet gear 35 and thus the crank 38 .

In Ausführungsbeispiel 3 sind keine besonderen Lagerungen für den Planetenträger 32, das Planetenrad 35 und das Lagerschild 37 dargestellt.In embodiment 3, no special bearings for the planet carrier 32 , the planet gear 35 and the bearing plate 37 are shown.

Es ist aber ersichtlich, daß genügend Platz für den Einbau von Wälzlagern vorhanden ist. But it can be seen that there is enough space for the installation of rolling bearings.  

3.3) Steuerung des Getriebes (Ausführungsbeispiel 3) nach Ausführungsbeispiel 43.3) Control of the transmission (embodiment 3) according to embodiment 4

Als Antrieb für dieses Getriebe eignet sich die in Ausführungsbeispiel 4 dargestellte elektro­ viskose Schaltkupplung mit Bremse.The electro shown in embodiment 4 is suitable as the drive for this transmission viscous clutch with brake.

In den Lagern 40 und 41 des Stators 42 ist die Trommel 43 gelagert. Diese Trommel wird von der WKM über die Zahnriemenscheibe 44 angetrieben.The drum 43 is mounted in the bearings 40 and 41 of the stator 42 . This drum is driven by the ERM via the toothed belt pulley 44 .

In der Hohlachse 45 der Trommel 43 ist die Glocke 46 gelagert.The bell 46 is mounted in the hollow axis 45 of the drum 43 .

Mit dem Stator 42 ist die im Inneren der Glocke 46 feststehende Trommel 47 verbunden. Der Hohlraum zwischen der Trommel 43 und der Trommel 47 ist mit einer elektroviskosen Flüssigkeit (EVF) gefüllt.The drum 47, which is fixed inside the bell 46, is connected to the stator 42 . The cavity between the drum 43 and the drum 47 is filled with an electroviscous liquid (EVF).

Auf der Innenseite des Mantels der Trommel 43 und auf der Außenseite des Mantels der Trommel 47 sind elektrisch leitende Beläge 48 und 49 isoliert befestigt. Der Belag 48 kann über den Schleifring 50 und die Bürsten 51 an den positiven Pol einer Gleichspannungsquelle gelegt werden. Der Belag 49 wird über die Leitung 52 an den positiven Pol einer Gleich­ spannungsquelle angeschlossen.On the inside of the casing of the drum 43 and on the outside of the casing of the drum 47 , electrically conductive coverings 48 and 49 are fastened in an insulated manner. The covering 48 can be placed on the positive pole of a DC voltage source via the slip ring 50 and the brushes 51 . The covering 49 is connected via line 52 to the positive pole of a direct voltage source.

Die Welle 53 treibt beispielsweise das Sonnenrad 29 des unter dem Ausführungsbeispiel 3 beschriebenen Getriebes an.The shaft 53 drives, for example, the sun gear 29 of the transmission described in embodiment 3.

Funktionsweisefunctionality

Soll das angeschlossene Ventil eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung ausführen, so wird über die Bürste 51 und den Schleifring 50 eine hohe Gleichspannung auf den Belag 48 gegeben.If the connected valve is to perform an opening or closing movement, a high DC voltage is applied to the covering 48 via the brush 51 and the slip ring 50 .

Dadurch entsteht ein starkes elektrisches Feld zwischen dem Belag 48 und der Außenfläche des Mantels der Glocke 46, die an Masse liegt. Dadurch erstarrt die EVF.This creates a strong electric field between the covering 48 and the outer surface of the shell of the bell 46 , which is grounded. This freezes the EVF.

Unterstützt durch eine geeignete Profilierung des Belages 48 sowie der Außenfläche der Glocke 46 ist eine feste mechanische Verbindung zwischen der rotierenden Trommel 43 und der Glocke 46 entstanden und die Glocke 46 wird in Rotation versetzt.Supported by a suitable profiling of the covering 48 and the outer surface of the bell 46 , a firm mechanical connection is created between the rotating drum 43 and the bell 46 and the bell 46 is set in rotation.

Soll die Rotation gestoppt werden, so wird der positive Pol der Gleichspannungsquelle von der Bürste 51 auf die Leitung 52 umgeschaltet. Die EVF zwischen dem leitenden Belag 49 und der Innenseite der Glocke 46 erstarrt. Gleichzeitig verflüssigt sich die EVF in dem Bereich zwischen den Belag 48 und der Außenfläche der Glocke 46.If the rotation is to be stopped, the positive pole of the DC voltage source is switched from the brush 51 to the line 52 . The EVF solidifies between the conductive covering 49 and the inside of the bell 46 . At the same time, the EVF liquefies in the area between the covering 48 and the outer surface of the bell 46 .

Diese Verflüssigung und Erstarrung der EVF in den genannten Bereichen bewirkt, daß die Glocke 46 augenblicklich abgebremst wird.This liquefaction and solidification of the EVF in the areas mentioned causes the bell 46 to be braked immediately.

Der Belag 49 und der Innenmantel der Glocke 46 sind zur besseren Kraftübertragung eben­ falls profiliert. The covering 49 and the inner jacket of the bell 46 are also profiled for better power transmission.

Die Verfestigung und Verflüssigung ist ohne eine Veränderung der EVF beliebig oft wieder­ holbar.The solidification and liquefaction can be repeated any number of times without changing the EVF fetchable.

Durch die ständigen Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge kann sich die Schaltkupplung mit Bremse erwärmen. Um einer übermäßigen Erwärmung vorzubeugen, besteht die Möglichkeit über die Anschlüsse 54 und 55 die EVF während des Betriebes der Einrichtung umzupumpen und zu kühlen.The clutch and the brake can heat up due to the constant acceleration and braking. In order to prevent excessive heating, it is possible to pump and cool the EVF via the connections 54 and 55 during the operation of the device.

3.4) Möglichkeiten zum Antrieb der elektroviskosen Schaltkupplung3.4) Possibilities for driving the electro-viscous clutch 3.4.1) Antrieb mit variabler Drehzahl über ein stufenloses Getriebe3.4.1) Drive with variable speed via a continuously variable transmission

Die elektroviskose Schaltkupplung mit Bremse wird von der WKM über ein stufenloses Getriebe mit variabler Drehzahl angetrieben. Die variable Drehzahl kann während des Betriebes der WKM den Erfordernissen angepaßt werden.The electroviscous clutch with brake is stepless by the ERM Variable speed gearbox driven. The variable speed can be during the WKM operations can be adapted to requirements.

Diese Einrichtung würde bewirken, daß sich z. B. bei Verdoppelung der Drehzahl der elektroviskosen Kupplung die Öffnungszeit des angeschlossenen Ventiles halbieren würde.This facility would cause z. B. when the speed doubles electroviscous coupling would halve the opening time of the connected valve.

3.4.2) Antrieb mit einer von der WKM abhängenden Drehzahl3.4.2) Drive with a speed dependent on the ERM

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die EV-Schaltkupplung mit Bremse von der WKM mit einem festen Übersetzungsverhältnis antreiben zu lassen.Another option is the EV clutch with brake from the ERM to drive with a fixed gear ratio.

Jedoch muß der Antrieb der Schaltkupplung mit Bremse in diesem Fall mit einer Drehzahl, die der kürzesten Ventilöffnungszeit entspricht, erfolgen.However, in this case, the clutch with brake must be driven at a speed which corresponds to the shortest valve opening time.

Bei dieser Betriebsart müßte der Ventilantrieb je nach der gewünschten Öffnungszeit auch in der offenen Stellung des Ventiles abgebremst werden. Die kürzeste Ventilöffnungszeit ergibt sich, wenn in der geöffneten Stellung kein Abbremsen erfolgt.In this operating mode, the valve drive should also be in depending on the desired opening time the open position of the valve are braked. The shortest valve opening time results if there is no braking in the open position.

Claims (19)

1. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung für Wärmekraftmaschine dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ventil beim Öffnen in den Ansaug- bzw. Abgaskanal hineinbewegt.1. Valve with variable electronic control for a heat engine, characterized in that the valve moves into the intake or exhaust duct when it is opened. 2. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil über ein hydraulisches System mit einem Mehrfachen des Verbrennungs­ druckes in den Ventilsitz gepreßt wird.2. Valve with variable electronic control according to claim 1, characterized in that the valve has a hydraulic system with a multiple of the combustion pressure is pressed into the valve seat. 3. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck für das hydraulische System zum Abdichten des Ventiles in einer kleinen Kammer, die aus dem Kolben und einer Nische im Zylinderkopf gebildet wird, entnommen wird.
In der genannten Nische wird bei Dieselmotoren der Kraftstoff eingespritzt bzw. bei Ottomotoren der Kraftstoff gezündet und somit sicher gestellt, daß das Ventil mit hohem Druck abdichtet, bevor der Verbrennungsdruck von dem Verbrennungsraum auf das Ventil wirken kann.3. Valve with variable electronic control according to claim 1 and 2 characterized in that the pressure for the hydraulic system for sealing the valve in a small chamber which is formed from the piston and a niche in the cylinder head is removed.
In the niche mentioned, the fuel is injected in diesel engines or the fuel is ignited in gasoline engines, thus ensuring that the valve seals at high pressure before the combustion pressure can act on the valve from the combustion chamber. 4. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abdichten des hydraulischen Systems, bevor der Verbrennungsdruck auf dasselbe wirken kann, durch die speziell geformte Kolbenstange 3, die zur Ventil­ steuerung dient, abgedichtet wird und damit ein eigenes Ventil, das für sehr hohen Druck geeignet sein muß, eingespart wird.4. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 3 characterized thereby records that the sealing of the hydraulic system before the combustion pressure can act on the same, through the specially shaped piston rod 3, the valve control serves, is sealed and thus its own valve, which is for very high Pressure must be suitable, is saved. 5. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenstange 3 (Ausführungsbeispiel 1 und 2) und das Ventil mit variabler elektronischer Steuerung 1 nicht mechanisch starr verbunden sind. Die Verbindung erfolgt über Federteller 4, Hohlkolben 2 und Feder 5. 5. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 4, characterized in that the piston rod 3 (embodiment 1 and 2) and the valve with variable electronic control 1 are not mechanically rigidly connected. The connection is made via spring plate 4 , hollow piston 2 and spring 5 . 6. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Systems während dem Betrieb gewechselt werden kann, um eine Überhitzung derselben zu vermeiden.6. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 5 characterized thereby records that the hydraulic fluid of the hydraulic system during operation can be changed to avoid overheating them. 7. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil durch einen Druckausgleich, der sich dadurch ergibt, daß die Fläche des Ventiles 1 und die Fläche der unteren Seite des Hohlkolbens 2 aufeinander abgestimmt werden können, auch für den Einsatz bei hohem Vordruck in der Einlaß­ seite der WKM, z. B. durch Vorverdichter, geeignet ist.7. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 6, characterized in that the valve by a pressure equalization that results from the fact that the surface of the valve 1 and the surface of the lower side of the hollow piston 2 can be coordinated with each other, also for use at high admission pressure in the inlet side of the ERM, e.g. B. by pre-compressor is suitable. 8. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil weitgehend zwangsgeführt ist, also nicht ausschließlich durch Federkraft geschlossen wird.8. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 7 characterized thereby is characterized in that the valve is largely positively driven, so not exclusively by Spring force is closed. 9. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil im Zylinderkopf schräg angeordnet ist. Dadurch ergibt sich genügend Raum oberhalb des Zylinderkopfes für den Ventilantrieb und für das Ventil selbst steht eine größere ebene Fläche zur Verfügung.9. valve with variable electronic control according to claim 1 to 8 characterized thereby records that the valve is arranged obliquely in the cylinder head. This results in enough space above the cylinder head for the valve drive and for the valve even a larger flat surface is available. 10. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ebenen Ventilflächen im Zylinderkopf asymmetrisch angeordnet sein können und dadurch die Möglichkeit besteht, die Ein- bzw. Auslaßventile unter­ schiedlich groß auszuführen.10. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 9 characterized thereby records that the flat valve surfaces in the cylinder head are arranged asymmetrically can and thus there is the possibility of taking the intake and exhaust valves under of different sizes. 11. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen die Ventilantriebswelle 26 und dem Ventil ein beweglicher Zylinder mit einem lose beweglichen gelochten Kolben geschaltet ist, der mit einer elektroviskosen Flüssigkeit gefüllt ist.
Sobald die elektroviskose Flüssigkeit über im Zylinder angeordnete Elektroden einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, verfestigt sich diese in Abhängigkeit von der angelegten Gleichspannung und verbindet Kolben und Zylinder starr miteinander. Auf diese Weise kann das Ventil geöffnet werden.
Sobald das elektrische Feld abgeschaltet wird, verflüssigt sich die elektroviskose Flüssigkeit und das Ventil wird durch die Federkraft geschlossen.11. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10, characterized in that between the valve drive shaft 26 and the valve, a movable cylinder is connected with a loosely movable perforated piston which is filled with an electroviscous liquid.
As soon as the electroviscous liquid is exposed to an electric field via electrodes arranged in the cylinder, it solidifies depending on the applied DC voltage and rigidly connects the piston and cylinder to one another. In this way the valve can be opened.
As soon as the electrical field is switched off, the electroviscous liquid liquefies and the valve is closed by the spring force. 12. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilschließbewegung, die von der Feder ausgeht, durch An­ legen einer elektrischen Spannung, die zu einer höheren Viskosität der elektroviskosen Flüssigkeit führt, durch die Abwärtsbewegung der Pleuelstange 22 unterstützt wird.12. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 11, characterized in that the valve closing movement, which starts from the spring, by applying an electrical voltage, which leads to a higher viscosity of the electroviscous liquid, supported by the downward movement of the connecting rod 22 becomes. 13. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekenn­ zeichnet, daß für den Antrieb des Ventils ein Planetengetriebe, daß auch gleichzeitig als Untersetzungsgetriebe dienen kann, wenn z. B. ein hochtouriger Elektromotor als Antrieb verwendet wird, vorgesehen ist.
Auf dem vergrößten Rand des abtreibenden Planetenrades 35 ist eine Kurbel 38 so be­ festigt, daß die Mittellinie dieser Kurbel genau auf die Teilkreis- bzw. Wirklinie des Planetenrades 35 und im oberen und unteren Totpunkt zusätzlich den Teilkreis- bzw. die Wirklinie des Zahnkranzes 36 trifft.
Das Planetenrad 35 besitzt genau die Hälfte der Zähne des Zahnkranzes 36. Durch diese Anordnung ergibt sich durch das Zusammenwirken der Drehung des Planetenträgers 32 und des Planetenrades 35 eine geradelinige Auf- und Abwärts­ bewegung der Kurbel 38.13. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10, characterized in that for driving the valve, a planetary gear that can also serve as a reduction gear when z. B. a high-speed electric motor is used as a drive is provided.
On the enlarged edge of the aborting planet gear 35 , a crank 38 is fastened so that the center line of this crank precisely meets the pitch circle or line of action of the planet gear 35 and in top and bottom dead center additionally the pitch circle or line of action of the ring gear 36 .
The planet gear 35 has exactly half the teeth of the ring gear 36 . With this arrangement, the interaction of the rotation of the planet carrier 32 and the planet gear 35 results in a straight-line up and down movement of the crank 38 . 14. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 und 10 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe mit einem, mit dem Planetenträger 32 ver­ bundenen Lagerschild 37, versehen ist, daß für eine zusätzliche Lagerung der Kurbel 38 vorgesehen ist.14. Valve with variable electronic control according to claim 1 and 10 and 13, characterized in that the planetary gear is provided with a, with the planet carrier 32 ver connected end plate 37 , that 38 is provided for additional storage of the crank. 15. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10, 13 und 14 dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe gemäß Anspruch 13 und 14 von einer elektroviskosen Schaltkupplung mit Bremse angetrieben wird, die mit Hilfe elektrischer Felder das Öffnen und Schließen des Ventils bewirkt. 15. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10, 13 and 14 characterized in that the planetary gear according to claim 13 and 14 of an electroviscous clutch with brake that is driven with the help electrical fields causes the valve to open and close.   16. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 und 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung mit Bremse zum Beschleunigen als auch zum Abbremsen des anzutreibenden Getriebes geeignet ist, ohne daß der Antrieb beschleunigt oder abgebremst werden muß.16. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10 and 13 to 15 characterized in that the clutch with brake for acceleration as is also suitable for braking the gear to be driven without the drive must be accelerated or braked. 17. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 und 13 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung so eingerichtet ist, daß die elektro­ viskose Flüssigkeit, z. B. zur Kühlung im Betrieb getauscht werden kann.17. A valve with variable electronic control according to claim 1 to 10 and 13 to 16 characterized in that the clutch is set up so that the electro viscous liquid, e.g. B. can be exchanged for cooling in operation. 18. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 und 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung mit Bremse von der WKM mit einer Drehzahl, die der kürzesten Ventilöffnungszeit entspricht, angetrieben wird. Sollen die Öffnungszeiten verlängert werden, so wird in der geöffneten bzw. ge­ schlossenen Stellung der Ventiles die Ventilbewegung gestoppt.
Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, das Ventil mit Hilfe von elektrischen Feldern schnell und genau zu steuern.18. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10 and 13 to 17, characterized in that the clutch with brake by the ERM is driven at a speed which corresponds to the shortest valve opening time. If the opening times are to be extended, the valve movement is stopped in the open or closed position of the valves.
This enables the valve to be controlled quickly and precisely using electrical fields. 19. Ventil mit variabler elektronischer Steuerung nach Anspruch 1 bis 10 und 13 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung mit Bremse von der WKM über ein variables Getriebe angetrieben wird.
Hierdurch ergeben sich in Verbindung mit dem Anspruch 18 zusätzliche Steuerungs­ möglichkeiten.19. Valve with variable electronic control according to claim 1 to 10 and 13 to 18, characterized in that the clutch with brake is driven by the ERM via a variable transmission.
This results in additional control options in connection with claim 18.
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