DE4443169A1

DE4443169A1 - Ventil mit variabler, elektronischer Steuerung für Wärmekraftmaschinen

Info

Publication number: DE4443169A1
Application number: DE4443169A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Dens
Original assignee: DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR
Current assignee: DENS JUERGEN DIPL ING DIPL WIR
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1996-06-13

Description

1. Grundlegendes

Die Ventile von Wärmekraftmaschinen werden, soweit es sich um schnellaufende WKM handelt, mittels einer Nockenwelle bewegt. Dieses Prinzip hat zur Folge, daß die Steuer zeiten durch die Konfiguration der Nockenwelle vorgegeben sind und beim Betrieb der WKM nicht geändert werden können.

Für langsam laufende WKM werden mit Erfolg hydraulisch betätigte Ventile eingesetzt, bei denen eine elektronische Steuerung die Steuerzeiten in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen (z. B. Belastung) geändert werden können. Durch diese Art der Ventil steuerung lassen sich Verbesserungen des Wirkungsgrades der WKM erzielen. Jedoch ist dieses Prinzip nicht für schnellaufende WKM geeignet.

Ziel der vorliegenden Neuerung ist es, die Vorteile von variablen, steuerbaren Ventilen mit Hilfe der vorgestellten Ventilsteuerungen auch für schnellaufende WKM nutzbar zu machen.

2. Beschreibung der Ventilsteuerungen 2a. Beschreibung der Ventilsteuerung nach Ausführungsbeispiel 1

Die Ventilsteuerung nach Ausführungsbeispiel 1 ist zum Verzögern des Schließzeitpunktes geeignet.

Durch den Einlaufkanal 1 wird elektroviskose Flüssigkeit (EVF) in den Hohlraum 2 des Zylinders 9 gepumpt. Liegt an der Ringelektrode 7 keine Spannung an, so kann die EVF ungehindert den Raum 2 durchströmen und fließt anschließend in den Ablaufkanal 3. Von dort gelangt die EVF in einen Kühler, der dazu dient, die Überhitzung der EVF zu ver meiden. Die gekühlte EVF wird danach wieder in den Einlaufkanal 1 gepumpt.

Funktionsweise der Ventilsteuerung

Der Tassenstößel 4 wird von der Nockenwelle 5 nach unten bewegt und dadurch öffnet das Ventil 6. Gleichzeitig vergrößert sich durch die Abwärtsbewegung des Tassenstößels 4 der Hohlraum 2, wodurch EVF in diesen nachfließt.

Ist die größte Öffnung des Ventils 6 erreicht, wird auf die Ringelektrode 7, die isoliert in den Zylinder 9 eingebaut ist, eine positive Gleichspannung gegeben. Dadurch bildet sich zwischen der positiven Ringelektrode 7 und der negativen Masse des Ventilgehäuses ein elektrisches Feld aus, in dem die EVF sofort verhärtet. Durch die verhärtete EVF in Hohl raum 2 wird das Ventil 6 unabhängig von der der Nockenwelle 5 offen gehalten.

Ist der gewünschte Schließzeitpunkt erreicht, erfolgt die Abschaltung der an der Ring elektrode 7 anliegenden Gleichspannung. Die EVF verflüssigt sich augenblicklich und das Ventil 6 wird von der Ventilfeder 8 geschlossen.

2b. Beschreibung der Ventilsteuerung nach Ausführungsbeispiel 2

Mit der Ventilsteuerung nach Ausführungsbeispiel 2 besteht die Möglichkeit den Öffnungs- und Schließzeitpunkt sowie den Ventilöffnungsweg elektronisch zu steuern.

Im spannungslosen Zustand der Ringelektrode 22 und der Elektrode 17 wird EVF über den Einlaufkanal 11 durch den Hohlraum 12 des Zylinders 25 und den Hohlraum des Zylinders 18 in den Auslaufkanal 13 gepumpt. Von dort fließt die EVF über den Kühler, der eine Überhitzung der EVF verhindert, zurück in den Einlaufkanal 11.

Funktionsweise der Ventilsteuerung

Die Nockenwelle 15 drückt den Tassenstößel nach unten. Zum Zeitpunkt, an dem das Ventil geöffnet werden soll, wird eine hohe positive Gleichspannung auf die Elektrode 17 ge schaltet. Die Übertragung der Spannung erfolgt mit Hilfe einer flexiblen Zuleitung 21 (z. B. Bronzefeder). Zwischen der Elektrode und der Masse des Zylinders 18 baut sich ein elektrisches Feld auf, in dem sich die EVF schlagartig verhärtet. Dadurch wird der Kolben 19 mit dem Zylinder 18 fest verbunden. Bewegt sich der Kolben 19 nach unten, nimmt dieser nach dem Anlegen der Spannung an die Elektrode 17 den Zylinder 18 mit. Das Ventil öffnet sich dadurch gegen den Druck der Feder 20.

Ist der gewünschte Öffnungsweg erreicht, wird die hohe Gleichspannung von Elektrode 17 auf die Ringelektrode 22 umgeschaltet. Die Elektrode 17 wird dadurch spannungslos, das elektrische Feld bricht zusammen und die EVF wird flüssig. Die feste Verbindung zwischen Zylinder 18 und Kolben 19 besteht nicht mehr. Dagegen liegt nun an der Ringelektrode 22 die hohe Gleichspannung an. Ein elektrisches Feld baut sich in dem Hohlraum 12 des Zylinders 25 auf und die EVF verhärtet sich über dem Bund 23 des Zylinders 18. Die Bewegung des Kolbens 12 hat nun keinen Einfluß mehr auf den Zylinder 18 und damit auf das Ventil 16. Der Zylinder 18 wird durch die Verhärtung der EVF an der Aufwärts bewegung, bedingt durch die Ventilfeder 20, gehindert und das Ventil 16 wird offen gehalten.

Wird die Gleichspannung an der Ringelektrode 22 abgeschaltet, verflüssigt sich die EVF in dem Hohlraum 12. Die Feder 20 ist dann in der Lage das Ventil 16 unabhängig von der Stellung der Nockenwelle zu schließen. Die Druckausgleichsleitung 24 verhindert einen Druckanstieg im Zylinder 18, wenn dieser sich beim Schließen des Ventils nach oben bewegt. Die Feder 26 hat die Aufgabe, den Kolben 19 nach der Betätigung des Ventils 16 wieder in die Ausgangsstellung im Zylinder 18 zu bringen.

Eine elektronische Steuerung wertet verschiedene Informationen (z. B. Betriebstemperatur, Temperatur der angesaugten Luft, Art des Kraftstoffes, augenblickliche Drehzahl, gewünschte Drehzahl, Güte der Verbrennung und andere Parameter) der WKM aus und berechnet daraus den bestmöglichen Ventilöffnungsweg, Öffnungs- und Schließzeitpunkt.

Auf diese Weise besteht die Möglichkeit den Öffnungszeitpunkt, den Schließzeitpunkt und den Öffnungsweg des Ventils mit Hilfe einer elektronischen Steuerung voll variabel zu steuern.

Claims

1. Ventil nach Ausführungsbeispiel 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektro viskose Flüssigkeit, die in den Zylindern (9, 18 und 25) enthalten ist, mit Hilfe von ge eigneten Elektroden in ihrer Viskosität verändert wird und dadurch zusätzlich zur Nockenwelle (5 und 15) die Steuerzeiten des Ventiles (6 und 16) beeinflußt werden können.
Die Zylinder (9, 18 und 25) sind zwischen Nockenwelle (5 und 15) und dem Ventil (6 und 16) angeordnet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die EVF in den Zylinders (9, 18 und 25) durch die Kanäle (1, 3, 11 und 13) in einem Kreislauf ausgetauscht werden kann, wenn an den Elektroden (7, 17 und 22) keine Spannung anliegt und die Viskosität der EVF niedrig ist. Auf diese Weise wird die Überhitzung der EVF verhindert. Der Kreis lauf der EVF wird von einer Pumpe über einen geeigneten Kühler aufrecht erhalten.

3. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6) durch die Nockenwelle (5) geöffnet wird und mit Hilfe der EVF, die sich in dem Hohlraum (2) des Zylinders (9) befindet und deren Viskosität sich durch das Anlegen einer hohen Gleich spannung an die Elektrode (7) steuern läßt, unabhängig von der Nockenwelle (5) offen gehalten werden kann. Sobald die Elektrode (7) spannungsfrei wird, schließt das Ventil (6) mit Hilfe der Feder (8).

4. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel (14) einen Kolben (19) antreibt, der sich frei in dem mit EVF gefüllten Zylinder (18) bewegen kann, wenn an der Elektroden (17) keine Spannung anliegt. Wird die Elektrode (17) an hohe Gleichspannung gelegt, verändert die EVF ihre Viskosität und der Kolben (19) wird dadurch fest mit dem Zylinder (18) verbunden, wodurch der Öffnungszeitpunkt und der Ventilöffnungsweg gesteuert werden können. Die Nockenwelle (15) kann dann über den Zylinder (18) und den Kolben (19) ihre Bewegung auf das Ventil (16) übertragen.

5. Ventil nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (16) unabhängig von der Stellung der Nockenwelle (15) offengehalten werden kann, wenn die Elektrode (22) an eine hohe Gleichspannung gelegt wird und gleichzeitig die Spannung, die an der Elektrode (17) anliegt, abgeschaltet wird. Dadurch erstarrt die EVF im Hohlraum (12) des Zylinders (25) und verhindert das Schließen des Ventils.

6. Ventil nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließzeitpunkt des Ventils (16) durch das Abschalten der hohen Gleichspannung an Elektrode (22) ge steuert werden kann. Durch das Abschalten der Spannung verflüssigt sich die EVF im Hohlraum (12) und die Feder (20) kann das Ventil schließen.