DE60213492T2

DE60213492T2 - Elektrohydraulische Ventilsteuerungseinrichtung in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60213492T2
Application number: DE60213492T
Authority: DE
Inventors: Marcello Cristiani; Nicola Morelli
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: US6568360B2; ITBO20010092A0; BR0200502A; EP1233152B1; EP1233152A1; ITBO20010092A1; ES2267875T3; US20020124818A1; BR0200502B1; DE60213492D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Gerät zum Betreiben der Ventile eines Verbrennungsmotors, wie aus WO-A-92/07174 bekannt.
Wie bekannt, werden derzeit Verbrennungsmotoren getestet, bei denen die Einlass- und Auslassventile, die selektiv eine Verbindung zwischen der Motorverbrennungskammer und den Einlass- bzw. Auslassrohrverzweigung herstellen, durch elektrohydraulische Geräte betrieben sind, die durch eine elektronische Steuereinheit angetrieben sind.
Dieser Ansatz ermöglicht sehr akkurate Variationen der Öffnungs- und Schließungsmomente der Ventile gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und anderen Motorbetriebsparametern und erhöht die Motoreffizienz erheblich.
Detaillierter gesagt werden derzeit Verbrennungsmotoren getestet, die mit einem elektrohydraulisch arbeitendem Gerät für jedes Motoreinlass- und/oder -auslassventil versehen sind; das Gerät umfasst eine lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung, die zum axialen Verschieben des Ventils von der geschlossenen Position in die maximal geöffnete Position ausgelegt ist, wodurch die Wirkung eines elastischen Elements überwältigt wird, das zum Halten des Ventils in der geschlossenen Position ausgelegt ist, und einen elektronisch gesteuerten, hydraulischen Verteiler, der derart zum Regulieren des Druckölstroms von und zu der hydraulischen Betätigungsvorrichtung ausgelegt ist, dass er die Verschiebung des Ventils zwischen der geschlossenen und der maximal geöffneten Position steuert.
Um den Druckölanforderungen zu genügen, sind die derzeit getesteten Verbrennungsmotoren ferner mit einem Hydraulikkreis versehen, der einen Ölauffangbehälter, in dessen Innerem das Öl, das zu den Betätigungsvorrichtungen befördert werden soll, auf Umgebungsdruck gespeichert ist, und eine Pumpeinheit umfasst, die zum Befördern des Drucköls zu den verschiedenen hydraulischen Verteilern ausgelegt ist, wobei sie es direkt aus dem Auffangbehälter entnimmt.
Jeder elektronisch gesteuerte, hydraulische Verteiler ist derart an den Hydraulikkreis angeschlossen, dass er jeweils eine direkte Verbindung zwischen der entsprechenden linearen hydraulischen Betätigungsvorrichtung und dem Pumpeinheitzuführungsauslass, wenn es notwendig ist, das Ventil von der geschlossenen Position in die maximal geöffnete Position zu verschieben bzw. dem Auffangbehälter herstellt, wenn es notwendig ist, das Ventil von der maximal geöffneten Position in die geschlossene Position zu verschieben. Im ersten Fall wird das Drucköl in die lineare Betätigungsvorrichtung befördert, während im zweiten Fall das Drucköl, das die lineare hydraulische Betätigungsvorrichtung füllt, direkt in den Auffangbehälter befördert wird.
Anders gesagt wird daher das gesamte Drucköl, das während der Verschiebung des Ventils von der geschlossenen Position in die maximal geöffnete Position befördert wird, während der Verschiebung des Ventils von der maximal geöffneten Position in die geschlossene Position direkt in den Auffangbehälter abgelassen, angetrieben durch das elastische Element, das zum Halten des Ventils in der geschlossenen Position ausgelegt ist.
Der hauptsächliche Nachteil des oben beschriebenen Ansatzes ist die erhebliche Menge erforderlichen Drucköls, die sich proportional zur Motordrehzahl erhöht, und die die Benutzung von Pumpeinheiten bedingt, welche so massig sind, dass sie mit dem Gebrauch in Automobilanwendungen unvereinbar sind.
Zur Lösung des obigen Problems hat der Anmelder einen Verbrennungsmotor entwickelt und patentiert, bei dem das elektrohydraulisch betriebene Gerät imstande ist, während der Verschiebung des Ventils von der maximal geöffneten Position in die geschlossene Position den Großteil des Drucköls, das innerhalb der hydraulischen Betätigungsvorrichtung vorhanden ist, in den Hochdruckteil des Hydraulikkreises rückzuführen, wodurch die elastische Energie ausgenutzt ist, die durch das elastische Element angestaut ist, welches dazu ausgelegt ist, das Ventil in der geschlossenen Position zu halten.
Anders gesagt sind die lineare hydraulische Betätigungsvorrichtung und der entsprechende elektronisch gesteuerte, hydraulische Verteiler derart gebaut und angetrieben, dass sie während der Verschiebung des Ventils von der maximal geöffneten Position in die geschlossene Position den Großteil des Drucköls, das innerhalb der hydraulischen Betätigungsvorrichtung vorhanden ist, in den Hochdruckteil des Hydraulikkreises zurückpumpen, wodurch die elastische Energie ausgenutzt ist, die durch das elastische Element angestaut ist, welches dazu ausgelegt ist, das Ventil in der geschlossenen Position zu halten.
Dadurch sind die Gesamtdruckölanforderungen drastisch reduziert, wodurch es ermöglicht ist, kleine Pumpeinheiten zu benutzen, die mit dem Automobilgebrauch vereinbar sind. Das Drucköl, das von jeder linearen hydraulischen Betätigungsvorrichtung in den Hochdruckteil des Hydraulikkreises zurückgepumpt wird, kann sofort wieder verwendet werden.
Leider erfordert der letztere, oben beschriebene Ansatz den Gebrauch besonders komplizierter elektrohydraulischer Geräte, die aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen mit dem Automobilsektor derzeit nicht vereinbar sind.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches Gerät zum Betreiben der Ventile eines Verbrennungsmotors zu erzeugen, das zuverlässiger und kostengünstiger zu erzeugen ist als die derzeit bekannten, sodass es effektiv im Automobilsektor eingesetzt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrohydraulisches Gerät zum Betreiben von zumindest einem Einlass- oder Auslassventil eines Verbrennungsmotors bereitgestellt; das elektrohydraulische Gerät umfasst eine lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung, die zum axialen Verschieben des Ventils von einer geschlossenen Position in eine maximal geöffnete Position ausgelegt ist, und einen elektronisch gesteuerten, hydraulischen Verteiler umfasst, der zum Regulieren des Druckflüssigkeitsstroms von und zu der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung zum Steuern der Verschiebung des oben genannten Ventils zwischen der geschlossenen und maximal geöffneten Position ausgelegt ist; wobei das elektrohydraulische Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass der elektronisch gesteuerte, hydraulische Verteiler einen Schieber umfasst, der durch Auswahl in eine erste Position, in der er eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung und einem Auslass der Druckflüssigkeit herstellt, eine zweite Position, in der er die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung derart isoliert, dass der Druckflüssigkeitsstrom von oder zu der Betätigungsvorrichtung verhindert ist, und eine dritte Position eingestellt sein kann, in der er eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung und einem Einlass der Druckflüssigkeit herstellt.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel darstellen.
Es zeigen:
1 schematisch und teilweise im Schnitt, wobei Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind, einen Verbrennungsmotor, der mit elektrohydraulischen Geräten zum Betrieb der Ventile ausgestattet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte Ansicht teilweise im Schnitt, wobei Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind, eines der elektrohydraulischen Geräte zum Antreiben der Ventile eines Verbrennungsmotors, das in 1 dargestellt ist; während
3, 4 und 5 im Schnitt das elektrohydraulische Gerät von 2 in drei verschiedenen Betriebspositionen zeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 bezeichnet Bezugszeichen 1 durchweg ein elektrohydraulisches Gerät, das zum auf Befehl Verschieben von zumindest einem Einlass- oder Auslassventil 2 eines Verbrennungsmotors ausgelegt ist.
Wie bekannt, umfasst derzeit jeglicher Verbrennungsmotor tatsächlich: einen Motorblock, einen oder mehrere Kolben, die axial und gleitbar in jeweiligen zylindrischen Hohlräumen eingepasst sind, die im Körper des Motor blocks hergestellt sind, und einen Kopf 3, der an der Oberseite des Motorblocks zum Verschließen der oben genannten zylindrischen Hohlräume angeordnet ist.
Zusammen mit dem Kopf 3 definiert jeder Kolben innerhalb des jeweiligen zylindrischen Hohlraums eine Verbrennungskammer 4 mit variablem Volumen, die über zumindest ein Einlassrohr bzw. zumindest ein Auslassrohr, die beide im Körper des Kopfs 3 hergestellt sind, an die Motoreinlassrohrverzweigung und -auslassrohrverzweigung (beide von bekannter Art und nicht dargestellt) angeschlossen ist; der Verbrennungsmotor umfasst ferner eine Reihe von Einlass- und Auslassventilen 2, die dazu ausgelegt sind, den Luft- oder Rauchgasstrom der über das entsprechende Einlassrohr und das entsprechende Auslassrohr von und zu jeder Verbrennungskammer 4 strömt, zu regulieren.
Detaillierter sind die Einlass- und Auslassventile 2 im Kopf 3 entsprechend dem Einlass jeden Einlassrohrs und jedem Auslassrohrs angeordnet und verschieben sich zwischen einer geschlossenen Position, in der sie den Durchgang der Gase durch das Einlass- oder Auslassrohr zu und von der Verbrennungskammer 4 verhindern, und einer maximal geöffneten Position, in der sie den Durchgang der Gase durch das Einlass- oder Auslassrohr zu und von der Verbrennungskammer 4 mit der maximal möglichen Durchflussgeschwindigkeit ermöglichen.
Für jedes Ventil 2 umfasst der Verbrennungsmotor außerdem ein jeweiliges elastisches Element 5, das dazu ausgelegt ist, das Ventil 2 in der geschlossenen Position zu halten.
Unter Bezugnahme auf 1 ist in dem dargestellten Beispiel jedes Einlass- oder Auslassventil 2 pilzförmig und am Kopf 3 des Motors eingepasst, wobei seine Hinterseite 2a axial durch den Körper des Kopfs 3 gleitet und sich seine Kopfseite 2b axial am Einlass- oder Auslassrohreinlass verschiebt, um sich dadurch zwischen einer geschlossenen Position, in der die Kopfseite 2b des Ventils den Durchgang der Gase durch das Einlass- oder Auslassrohr zu und von der Verbrennungskammer 4 verhindert, und einer maximal geöffneten Position zu bewegen, in der die Kopfseite 2b der Ventile 2 in die Verbrennungskammer 4 vorragt, um so den Durchgang der Gase durch das Einlass- oder Auslassrohr zu und von der Verbrennungskammer 4 mit der maximal möglichen Durchflussgeschwindigkeit zu ermöglichen.
Das elastische Element 5 umfasst eine druckvorbelastete Schraubenfeder 5, die an der Hinterseite 2a des Ventils 2 angepasst ist, sodass das erste Ende an den Kopf 3 des Motors anschlägt und das zweite Ende an einer Positionierringmutter 2 anschlägt, die mit der Hinterseite 2a des Ventils 2 selbst einstückig ist.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das elektrohydraulische Gerät 1 zum Betrieb der Ventile 2 mit einem Einlass, über den das Drucköl dem elektrohydraulischen Gerät 1 zugeführt wird, und einem Auslass versehen, über den das Drucköl aus dem elektrohydraulischen Gerät 1 ausfließt, und umfasst eine lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung 10, die zum axialen Verschieben des Ventils 2 unter Überwältigung der Wirkung des elastischen Elements 5 von der geschlossenen Position in die maximal geöffnete Position ausgelegt ist, und einen elektronisch gesteuerten, hydraulischen Verteiler 11, der zum Regulieren des Druckölstroms von und zu der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 ausgelegt ist, sodass er die Verschiebung des Ventils 2 zwischen der geschlossenen und der maximal geöffneten Position steuert.
Die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung 10 umfasst in dem dargestellten Beispiel einen einfachwirkenden Kolben, während der hydraulische Verteiler 11 folgendes umfasst: einen Schieber 12, der selektiv imstande ist, eine direkte Verbindung zwischen der hydraulischen Betätigungsvorrichtung und dem Drucköleinlass oder dem Druckölauslass herzustellen oder die hydraulische Betätigungsvorrichtung sowohl vom Einlass als auch vom Auslass zu isolieren; ein elastisches Element 13, das dazu ausgelegt ist, den Schieber 12 in einer ersten Betriebsposition zu halten, in der das Ventil selbst eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 und dem Druckölauslass herstellt; und eine elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung 14, die dazu ausgelegt ist, auf Befehl den Schieber 12 unter Überwältigung der Wirkung des elastischen Elements 13 aus der ersten Betriebsposition zu verschieben.
Detaillierter ist die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung 14 zum Verschieben des Schiebers 12 von einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition auf Befehl ausgelegt, wobei der Schieber 12 die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung 10 von dem Drucköleinlass und -auslass isoliert, wobei er eine dritte Betriebsposition durchläuft, in der das Ventil eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 und dem Drucköleinlass herstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 sind in dem dargestellten Beispiel die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung 10 und der hydraulische Verteiler 11 in einer einzigen Struktur integriert, und das elektrohydraulische Gerät 1 umfasst daher:

– ein äußeres Gehäuse 15, das dazu ausgelegt ist, unmittelbar über dem Einlass- oder Auslassventil 2, das von dem elektrohydraulischen Gerät 1 betrieben ist, an dem Kopf 3 befestigt zu sein;
– einen Kolben 16, der axial zum Gleiten innerhalb eines zylindrischen Hohlraums 17 eingepasst ist, der innerhalb des äußeren Gehäuses 15 verläuft, sodass er koaxial mit der Achse A der Hinterseite des Ventils ist;
– ein Gleitstück 18, das axial zum Gleiten innerhalb eines zylindrischen Hohlraums 19 eingepasst ist, der innerhalb des äußeren Gehäuses 15 verläuft, sodass es koaxial mit einer Achse B ist, die vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise parallel zur Achse A verläuft;
– eine Schraubenfeder 20, die koaxial mit der Achse B innerhalb des zylindrischen Hohlraums 19 verläuft, wobei die zwei Enden jeweils an einer der zwei Endflächen des Hohlraums und an dem axialen Ende des Gleitstücks 18 anschlagen, um letzteres fest an der anderen Endfläche des zylindrischen Hohlraums 19 angeordnet zu halten, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 19a bezeichnet; und schließlich
– einen zweiten Kolben 21, der axial zum Gleiten innerhalb eines zylindrischen Hohlraums 22 eingepasst ist, welcher innerhalb des äußeren Gehäuses 15 koaxial mit der Achse B verläuft, von der Endfläche des zylindrischen Hohlraums 19, an die das Gleitstück 18 durch die Schraubenfeder 20 gedrückt ist, oder von der Endfläche 19a.

Unter Bezugnahme auf 2 steht der zylindrische Hohlraum 17 direkt mit der Außenseite in Verbindung, sodass sie dem oberen Ende der Hinterseite 2a des Ventils 2 zugekehrt ist, und der Kolben 16 ist derart in den zylindrischen Hohlraum 17 eingepasst, dass er teilweise aus dem Hohlraum oder dem äußeren Gehäuse 15 vorragt, wodurch er sich anordnet und stets mit einem Ende am oberen Ende der Hinterseite 2a des Ventils 2 erhalten ist.
Der Kolben 16 ist ferner zum Verschieben innerhalb des fluiddichten zylindrischen Hohlraums 17 eingepasst, wodurch innerhalb des letzteren eine Kammer 17a mit variablem Volumen geschaffen ist, die durch Auswahl dazu ausgelegt ist, mit Drucköl gefüllt zu sein. Dieses Drucköl ist imstande, auf den Kolben 16 eine ausreichende Kraft auszuüben, um die Wirkung des elastischen Elements 5 zu überwältigen und den Kolben 6 axial aus einer eingezogenen Position, in der er von dem zylindrischen Hohlraum 17 um eine eingestellte Länge H' nach außen vorragt, in eine ausgefahrene Position zu verschieben, in der von dem zylindrischen Hohlraum 17 um eine eingestellte Länge H'' nach außen vorragt, die größer als H' ist.
Es ist zu beachten, dass der Kolben 16, oder die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung 10, da er stets am oberen Ende der Hinterseite 2a des Ventils angeordnet ist, wenn er sich in der eingezogenen Position befindet, das Ventil 2 in die geschlossene Position einstellt, während er in der ausgefahrenen Position das Ventil 2 in die maximal geöffnete Position einstellt. Der Unterschied zwischen der Länge H' und H'' entspricht dem Hub oder der Hubhöhe des Ventils 2.
Bezüglich des hydraulischen Verteilers 11 und insbesondere des Schiebers 12 ist der zylindrische Hohlraum 19 mit einer Reihe von Ablassöffnungen versehen, die über eine Reihe von Anschlussrohren, die im Körper des äußeren Gehäuses 15 hergestellt sind, jeweils mit dem Drucköleinlass 15a und mit dem Druckölauslass 15b, die beide im Körper des äußeren Gehäuses 15 hergestellt sind, und der Kammer 17a mit variablem Volumen innerhalb des zylindrischen Hohlraums 17 in Verbindung stehen. Das Gleitstück 18 ist axial zum Gleiten innerhalb des zylindrischen Hohlraums 19 eingepasst, um dadurch gemäß seiner Position innerhalb des Hohlraums eine oder mehrere der oben genannten Ablassöffnungen zu versperren, wodurch der Druckölstrom von und zu der Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 reguliert wird.
Unter Bezugnahme auf 2 ist insbesondere der zylindrische Hohlraum 19 seitlich durch eine zylindrische, röhrenförmige Buchse 23 definiert, die mit drei ringförmigen Ablassöffnungen versehen ist, welche axial die zylindrische Seitenwand der Buchse selbst verteilt sind.
Die erste Ablassöffnung, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 23a bezeichnet, ist in einem Abstand da angeordnet, der durch die Endfläche des zylindrischen Hohlraums 19, an die das Gleitstück 18 anschlägt, oder durch die Endfläche 19a festgelegt ist, und über ein erstes Anschlussrohr an die Kammer 17a mit variablem Volumen innerhalb des zylindrischen Hohlraums 17 angeschlossen. Die zweite Ablassöffnung, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 23b bezeichnet, ist in einem Abstand db angeordnet, der durch die Endfläche 19a festgelegt ist, und mittels eines zweiten Anschlussrohrs an den Drucköleinlass 15a angeschlossen. Die dritte Ablassöffnung schließlich, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 23c bezeichnet, ist in einem Abstand dc angeordnet, der durch die Endfläche 19a festgelegt ist, und über ein drittes Anschlussrohr wiederum an die Kammer mit variablem Volumen angeschlossen.
Es ist außerdem zu beachten, dass die drei Abstände da, db und dc parallel zur Achse B angesetzt sind und fortschreitend zunehmen.
Eine vierte Ablassöffnung, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 23d bezeichnet, ist direkt am Ende des zylindrischen Hohlraums 19 hergestellt, an dem ein Ende der Schraubenfeder 20 ruht. Die vierte Ablassöffnung steht über ein viertes Anschlussrohrdirekt direkt mit dem Druckölauslass 15b in Verbindung.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Gleitstück 18 einen bearbeiteten Kolben, der axial zum Verschieben innerhalb der zylindrischen, röhrenförmigen Buchse 23 zwischen einer ersten Betriebsposition (siehe 2), in der er an die Endfläche 19a des zylindrischen Hohlraums 19 anschlägt, und einer zweiten Betriebsposition (sieh 5), in der er in einem maximalen voreingestellten Abstand von der Endfläche 19a angeordnet ist, eingepasst ist.
Das Gleitstück 18 ist insbesondere zum Verschieben innerhalb der fluiddichten, zylindrischen, röhrenförmigen Buchse 23 eingepasst und zum Herstellen einer direkten Verbindung zwischen den Ablassöffnungen 23c und 23d und zum Verhindern, dass die Ablassöffnungen 23a und 23b in Verbindung miteinander oder mit der Ablassöffnung 23d stehen, wenn es in der ersten Betriebsposition ist, bearbeitet. Das Gleitstück 18 ist ferner zum Verhindern, dass die Ablassöffnungen 23a, 23b und 23c miteinander oder mit der Ablassöffnung 23d in Verbindung stehen, wenn es in der zweiten Betriebsposition ist, und derart bearbeitet, dass es während der Verschiebung von der ersten in die zweite Betriebsposition vorübergehend eine Verbindung zwischen den Ablassöffnungen 23a und 23b herstellt.
In dem dargestellten Beispiel weist der geformte Kolben 18 insbesondere eine axiale Länge L auf, die sich standardmäßig dem Abstand dc annähert, welcher die dritte Ablassöffnung 23c von der Endfläche 19a des zylindrischen Hohlraums 19 trennt, und ist mit einem ringförmigen Schlitz 18a in der Nähe des axialen Endes versehen, das der Endfläche 19a des zylindrischen Hohlraums 19 zugekehrt ist.
Dieser ringförmige Schlitz 18a weist, parallel zur Achse B gemessen, eine Breite G auf, die sich durch Übermaß dem Abstand zwischen den Ablassöffnungen 23a und 23b annähert (oder sich durch Übermaß dem Unterschied zwischen den Abständen db und da annähert), um während der axialen Verschiebung des geformten Kolbens 18 innerhalb des zylindrischen Hohlraums 19 vorübergehend eine direkte Verbindung zwischen der Ablassöffnung 23a und der Ablassöffnung 23b herzustellen.
Der ringförmige Schlitz 18a ist ferner derart auf dem bearbeiteten Kolbenkörper 18 angeordnet, dass er die Ablassöffnungen 23a und 23b voneinander isoliert hält, wenn der geformte Kolben 18 in der ersten Betriebsposition ist. Anders gesagt ist der ringförmige Schlitz 18a derart auf dem geformten Kolbenkörper 18 angeordnet, dass er der Ablassöffnung 23a, jedoch nicht der Ablassöffnung 23b zugekehrt ist, wenn der bearbeitete Kolben 18 an der Endfläche 19a des zylindrischen Hohlraums 19 anschlägt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ferner zu betonen, dass der ringförmige Schlitz 18a derart auf dem geformten Kolbenkörper 18 angeordnet ist, dass er am Ende des Kolbenhubs über die Ablassöffnung 23a hinausschießt, ohne jedoch gleichzeitig den Ablassöffnungen 23b und 23c zugekehrt zu sein, wodurch das Herstellen einer direkten Verbindung zwischen den zwei oben genannten Ablassöffnungen vermieden ist.
Angesichts des Vorstehenden steht die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10, wenn das Gleitstück 18 in der ersten Betriebsposition ist, in direkter Verbindung mit dem Druckölauslass 15b, und der Schieber 12 ist daher in der ersten Betriebsposition.
Wenn das Gleitstück 18 in der zweiten Betriebsposition ist, ist die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 vom Drucköleinlass 15a und -auslass 15b isoliert, und der Schieber 12 ist daher in der zweiten Betriebsposition.
Während der Verschiebung des Gleitstücks 18 von der ersten in die zweite Betriebsposition steht die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 vorübergehend mit dem Drucköleinlass 15a in Verbindung, und der Schieber 12 ist daher in der dritten Betriebsposition.
Schließlich ist hinsichtlich der elektrisch gesteuerten Betätigungsvorrichtung 14 unter Bezugnahme auf 2 der zylindrische Hohlraum 22 dem axialen Ende des Gleitstücks 18 zugekehrt, das der Endfläche 19a zugekehrt ist, und der Kolben 21 derart in dem zylindrischen Hohlraum 22 eingepasst, dass er teilweise vom Hohlraum nach außen vorragt, sodass er mit einem Ende an dem axialen Ende des Gleitstücks 18 angeordnet ist und dort erhalten ist.
Der Kolben 21 ist ferner zum Verschieben innerhalb des fluiddichten, zylindrischen Hohlraums 22 eingepasst, um innerhalb des letzteren eine Kammer 22a mit variablem Volumen zu schaffen, die durch Auswahl zum Füllen mit Drucköl ausgelegt ist. Dieses Drucköl ist imstande, auf den Kolben 21 eine ausreichende Kraft auszuüben, um die Wirkung der Schraubenfeder 20, oder des elastischen Elements 13, zu überwältigen und den Kolben 21 axial aus einer eingezogenen Position, in der er von dem zylindrischen Hohlraum 22 um eine eingestellte Länge K' nach außen vorragt, in eine ausgefahrene Position zu verschieben, in der von dem zylindrischen Hohlraum 22 um eine eingestellte Länge K'' nach außen vorragt, die größer als K' ist.
Außerdem ist in diesem Fall hervorzuheben, dass der Kolben 21, der sich stets am axialen Ende des Gleitstücks 18 befindet, das Gleitstück 18 in die erste Betriebsposition einstellt, wenn er in der eingezogenen Position ist, während er, wenn er in der ausgefahrenen Position ist, das Gleitstück 18 in die zweite Betriebsposition einstellt. Der Unterschied zwischen den Längen K' und K'' entspricht dem Hub, den das Gleitstück 18 innerhalb des zylindrischen Hohlraums 19 zurücklegen kann.
Bezüglich des Zulaufs und Auslaufs des Drucköls zu/aus der Kammer 22a mit variablem Volumen ist die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung 14 mit zwei Magnetventilen mit gesteuerter Öffnung und Schließung versehen, die innerhalb des äußeren Gehäuses 5 zum Regulieren des Druckölzulaufs und -auslaufs zu/aus der Kammer 22a mit variablem Volumen eingepasst sind.
In dem dargestellten Beispiel umfasst die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung 14 zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen der bekannten Art, die derart in dem äußeren Gehäuse 5 eingepasst sind, dass sie die Kammer 22a mit variablem Volumen erreichen. Die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung, im Folgenden mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet, weist eine Spritzdüse auf, die der Kammer 22a mit variablem Volumen zugekehrt ist, und ist dazu ausgelegt, den Druckölzulauf zu der Kammer 22a mit variablem Volumen zu regulieren, während die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht sichtbar, da sie von der ersten überdeckt ist) in die Gegenrichtung oder derart gekehrt ist, dass sie Spritzdüse von der Kammer 22a mit variablem Volumen weggekehrt ist, und dazu ausgelegt ist, den Druckölauslauf aus der Kammer 22a mit variablem Volumen zu regulieren.
Es ist zu beachten, dass das Drucköl, das der Kammer 22a mit variablem Volumen der elektrisch gesteuerten Betätigungsvorrichtung 14 zugeleitet ist, einen Druck aufweisen kann, der von dem Drucköl abweicht, das dem elektrohydraulischen Gerät 1 durch den Einlass 15a zugeleitet ist. Dadurch ist es möglich, die Hubhöhe des Ventils 2 direkt über den Druckwert des Öls, das durch den Einlass 15a in das elektrohydraulische Gerät 1 läuft, zu regulieren: wenn der Druck zunimmt, nimmt die Hubhöhe des Ventils 2 des Motors zu.
Unter Bezugnahme auf 2, 3, 4 und 5 wird nun der Betrieb des elektrohydraulischen Geräts 1 durch die Aktivierung des Einlass- oder Auslassventils 2 eines Verbrennungsmotors wird beschrieben, unter der Voraus setzung, dass das Ventil 2 in der geschlossenen Position ist, dass der Kolben 16 in der eingezogenen Position ist und dass der Kolben 21 und das Gleitstück 18 in der eingezogenen Position bzw. der ersten Betriebsposition sind.
Wenn der Befehl zum Öffnen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 25 gegeben wird, tritt das Drucköl in die Kammer 22a mit variablem Volumen der elektrisch gesteuerten Betätigungsvorrichtung 14 ein und drückt den Kolben 21 unter Überwältigung der elastischen Kraft, die durch die Schraubenfeder 20 ausgeübt ist, allmählich aus dem zylindrischen Hohlraum 22, sodass er das Gleitstück 18 aus der ersten Betriebsposition verschiebt.
Im anfänglichen Teil des Hubs des Gleitstücks 18 wird die Ablassöffnung 23c durch den Körper des Gleitstücks 18 fortschreitend geschlossen, während die Ablassöffnungen 23a und 23b voneinander isoliert gehalten werden, anders gesagt wird im anfänglichen Teil des Hubs des Gleitstücks 18 die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 in direkter Verbindung mit dem Druckölauslass 15b gehalten, und der Kolben 16 ist daher in der eingezogenen Position erhalten, wodurch das Ventil 2 in der geschlossen Position belassen ist.
Unter Bezugnahme auf 3 hat das Gleitstück 18 am Ende dieses ersten Teils des Hubs des Kolbens 21 die Ablassöffnung 23b vollständig geschlossen und ist im Begriff, eine Verbindung zwischen den Ablassöffnungen 23a und 23b herzustellen. In diesem Moment ist die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 vom Drucköleinlass 15a und -auslass 15b isoliert.
Unter Bezugnahme auf 4 stellt das Gleitstück 18 im mittleren Teil des Hubs des Kolbens 21 über den ringförmigen Schlitz 18a eine direkte Verbindung zwischen der Auslassöffnung 23a und der Auslassöffnung 23b, wodurch das Drucköl die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 erreichen und den Kolben 16 allmählich aus dem zylindrischen Hohlraum 17 drücken, um das Ventil 2 unter Überwältigung der elastischen Kraft des elastischen Elements 5 allmählich aus der geschlossenen Position in die maximal geöffnete Position zu verschieben.
Unter Bezugnahme auf 5 schließt im letzten Teil des Hubs des Kolbens 21, der den Kolben 21 in die ausgefahrene Position und das Gleitstück 18 in die zweite Betriebsposition einstellt, der Körper des Gleitstücks 18 allmählich die Auslassöffnung 23a, bis die Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 vollständig von dem Drucköleinlass 15a isoliert ist.
In diesem Zustand sind die Auslassöffnungen 23a, 23b und 23c alle durch den Körper des Gleitstücks 18 geschlossen, und das Drucköl kann nicht länger in die Kammer 17a mit variablem Volumen eintreten oder diese verlassen: infolgedessen ist der Kolben 26 blockiert in der ausgefahrenen Position und das Ventil 2 in der maximal geöffneten Position erhalten.
An diesem Punkt wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gesperrt oder geschlossen, um den Kolben 21 in der ausgefahrenen Position zu blockieren.
Das elektrohydraulische Gerät 1 kann das Ventil 2 unbegrenzt in der maximal geöffneten Position halten, bis die andere Kraftstoffeinspritzvorrichtung versorgt wird, wodurch ein Auslauf des Drucköls aus der Kammer 22a mit variablem Volumen der elektrisch gesteuerten Betätigungsvorrichtung 14 und eine folgende, allmähliche Rückkehr des Gleitstücks 18, durch die Schraubenfeder 20 gedrückt, in die erste Betriebsposition ermöglicht ist.
Bei der Verschiebung aus der zweiten in die erste Betriebsposition ermöglicht das Gleitstück 18 offensichtlich ein Rückpumpen des Großteils des Drucköls, das in der Kammer 17a mit variablem Volumen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung 10 enthalten ist, zum Drucköleinlass 15a.
Das elektrohydraulische Gerät 1 zur Aktivierung eines Einlass- oder Auslassventils 2 hat den erheblichen Vorteil, eine besonders einfache Struktur aufzuweisen, die langfristig einen hohen Zuverlässigkeitsgrad garantiert und dadurch den Gebrauch im Automobilsektor ermöglicht. Zudem ist das elektrohydraulische Gerät 1 verhältnismäßig preiswert in der Erzeugung.

Claims

Elektrohydraulisches Gerät (1) zum Betreiben eines Einlass- oder Auslassventils (2) eines Verbrennungsmotors, wobei das elektrohydraulische Gerät (1) eine lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung (10), die zum axialen Verschieben des Ventils (2) von einer geschlossenen Position in eine maximal geöffnete Position ausgelegt ist, und einen elektronisch gesteuerten, hydraulischen Verteiler (11) umfasst, der zum Regulieren des Druckflüssigkeitsstroms von und zu der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung (10) zum Steuern der Verschiebung des oben genannten Ventils (2) zwischen der geschlossenen und maximal geöffneten Position ausgelegt ist; wobei der elektronisch gesteuerte, hydraulische Verteiler (11) einen Schieber (12) umfasst, der durch Auswahl in drei Positionen eingestellt sein kann: eine erste Betriebsposition, in der er eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung (10) und einem Auslas (15b) der Druckflüssigkeit herstellt, eine zweite Betriebsposition, in der er die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung (10) derart isoliert, dass der Druckflüssigkeitsstrom von oder zu der Betätigungsvorrichtung verhindert ist, und eine dritte Betriebsposition, die eine direkte Verbindung zwischen der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung (10) und einem Einlass (15a) der Druckflüssigkeit herstellt; wobei der Schieber (12) ein äußeres Gehäuse (15) und ein Gleitstück (18) umfasst, das zum Gleiten innerhalb eines ersten zylindrischen Hohlraums (19) eingepasst ist, welcher innerhalb des äußeren Gehäuses (15) verläuft; wobei der erste zylindrische Hohlraum (19) mit einer Reihe von Ablassöffnungen (23a, 23b, 23c, 23d) versehen ist, die direkt mit dem Druckflüssigkeitseinlass (15a), dem Druckflüssigkeitsauslass (15b) und der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung (10) in Verbindung stehen; wobei das Gleitstück (18) axial auf eine Art und Weise zum Gleiten innerhalb des ersten zylindrischen Hohlraums (19) eingepasst ist, dass es gemäß seiner Position innerhalb des Hohlraums eine oder mehrere der Ablassöffnungen (23a, 23b, 23c, 23d) versperrt, um den Druckflüssigkeitsstrom von und zu der linearen, hydraulischen Betätigungsvorrichtung (10) zu regulieren; wobei der elektronisch gesteuerte, hydraulische Verteiler (11) außerdem ein elastisches Element (13), das zum Halten des Schiebers (12) in der ersten Betriebsposition, und eine elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung (14) umfasst, die zum auf Befehl Verschieben des Schiebers (12) von der ersten Betriebsposition in die zweite Betriebsposition ausgelegt ist, wobei er die Wirkung des elastischen Elements (13) überwältigt und durch die dritte Betriebsposition läuft; wobei das elektrohydraulische Gerät (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung (14) einen zweiten Kolben (21) umfasst, der axial zum Gleiten innerhalb eines zweiten zylindrischen Hohlraums (22) eingepasst ist, welcher innerhalb des äußeren Gehäuses (15) koaxial mit dem ersten zylindrischen Hohlraum (19) verläuft und einem axialen Ende des Gleitstücks (18) zugekehrt ist; wobei der zweite Kolben (21) teilweise nach außerhalb des zweiten zylindrischen Hohlraums (22) vorragt, sodass er mit einem Ende an dem axialen Ende des Gleitstücks (18) angeordnet und erhalten ist, und zum derartigen fluiddichten Verschieben innerhalb des zweiten zylindrischen Hohlraums (22) eingepasst ist, dass er darin eine Kammer (22a) mit variablem Volumen definiert, die selektiv zur Füllung mit Druckflüssigkeit ausgelegt ist.
Elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung (14) mit zwei Magnetventilen mit gesteuerter Öffnung und Schließung versehen ist, die innerhalb des äußeren Gehäuses (15) zum Regulieren Druckflüssigkeitszulaufs und -auslaufs zu/aus der Kammer (22a) mit variablem Volumen eingepasst sind.
Elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung (14) zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen umfasst, die derart in das äußere Gehäuse (15) eingepasst sind, dass sie die Kammer (22a) mit variablem Volumen erreichen; wobei die Spritzdüse der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (25) der Kammer (22a) mit variablem Volumen zugekehrt ist und zum Regulieren des Druckflüssigkeitszulaufs zu der Kammer (22a) mit variablem Volumen ausgelegt ist; wobei die Spritzdüse der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung von der Kammer (22a) mit variablem Volumen weg gekehrt ist und zum Regulieren des Druckflüssigkeitsauslaufs aus der Kammer (22a) mit variablem Volumen ausgelegt ist.
Elektrohydraulisches Gerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (13) eine Schraubenfeder (20) umfasst, die innerhalb des zylindrischen Hohlraums (19) mit den zwei Enden an der ersten Endfläche des ersten zylindrischen Hohlraums (19) bzw. dem axialen Ende des Gleitstücks (18) ruhend derart angeordnet ist, um letzteres fest an einer zweiten Endfläche (19a) des ersten zylindrischen Hohlraums (19) ruhend zu erhalten; wobei der zweite zylindrische Hohlraum (22) innerhalb des äußeren Gehäuses (15) von der zweiten Endfläche (19a) verläuft.
Elektrohydraulisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare, hydraulische Betätigungsvorrichtung (10) ein äußeres Gehäuse (15) und einen dritten Kolben (16) umfasst, der axial zum Gleiten innerhalb eines dritten zylindrischen Hohlraums (17) eingepasst ist, welcher in dem äußeren Gehäuse (15) koaxial mit dem Schaft (2a) des Ventils (2) verläuft und dem oberen Ende des Schafts (2a) zugekehrt ist; wobei der dritte Kolben (17) derart in dem dritten zylindrischen Hohlraum (17) eingepasst ist, dass er teilweise nach außerhalb des Hohlraums vorragt und sich dadurch selbst anordnet und stets an dem oberen Ende des Schafts (2a) des Ventils (2) verbleibt, und derart zum Verschieben innerhalb des dritten fluiddichten zylindrischen Hohlraums (17) eingepasst ist, dass er darin eine Kammer (17a) mit variablem Volumen definiert, die selektiv zur Füllung mit Druckflüssigkeit ausgelegt ist.