EP1354128A1 - Pressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which preferably one gas exchange valve of an internal combustion engine is actuated - Google Patents
Pressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which preferably one gas exchange valve of an internal combustion engine is actuatedInfo
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- EP1354128A1 EP1354128A1 EP02701186A EP02701186A EP1354128A1 EP 1354128 A1 EP1354128 A1 EP 1354128A1 EP 02701186 A EP02701186 A EP 02701186A EP 02701186 A EP02701186 A EP 02701186A EP 1354128 A1 EP1354128 A1 EP 1354128A1
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- piston
- pressure
- springs
- spring
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
- F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
- F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
- F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
- F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit
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Definitions
- Pressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which a gas exchange valve of an internal combustion engine is preferably actuated
- the present invention relates to a pressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which a gas exchange valve of an internal combustion engine is preferably actuated, with a housing and a piston which is biased during operation by a device.
- a hydraulic device with such a pressure accumulator is known from DE 198 26 047 AI.
- Such a hydraulic device is e.g. used to actuate the intake and exhaust valves of an internal combustion engine when it has no camshaft.
- Such an internal combustion engine has the advantage that the control times of the intake and exhaust valves are independent of the position of the piston of the respective cylinder.
- valve opening and closing times can be realized, which enable the internal combustion engine to be operated with particularly low emissions and consumption.
- the known hydraulic device works with a hydraulic circuit, which consists of a hydraulic reservoir is fed by a high pressure hydraulic pump.
- An actuating device comprises a piston which can be acted upon hydraulically in both directions of movement and which is connected to the valve stem of a gas exchange valve, for example an inlet valve.
- One of the two chambers of the hydraulic cylinder can be pressurized with 2/2 directional control valves, which leads to a corresponding movement of the piston and thereby to an opening or closing process of the gas exchange valve on the engine block.
- the hydraulic circuit is connected to a hydraulic pressure accumulator, which is designed as a spring-loaded piston accumulator and serves to dampen vibrations in the hydraulic system. Furthermore, a similarly constructed emergency pressure accumulator is connected to one of the two chambers in the hydraulic cylinder, which, when the pressure in the hydraulic line drops, still provides sufficient pressure and fluid volume that the gas exchange valve can be moved into its closed rest position. Both pressure accumulators work with different pressure levels, which are set by different stiffnesses of the corresponding return springs. From DE 198 26 047 AI it is also known to use only a single pressure accumulator, which works as a working pressure accumulator and at the same time as an emergency pressure accumulator.
- the present invention therefore has the task of developing a pressure accumulator of the type mentioned at the outset in such a way that it has a pressure damping function on the one hand and an emergency pressure function on the other hand, and yet it is as small as possible.
- a prestressing device with a non-linear characteristic is therefore used in the pressure accumulator.
- the emergency pressure function is present in the range of movement of the piston of the pressure accumulator in which the pretensioning device has a relatively soft characteristic.
- the pressure accumulator can thus release a sufficiently large fluid volume into the hydraulic circuit even with a small pressure drop, as is necessary for the safe operation of, for example, a gas exchange valve in the event of a pressure loss.
- Vibration damping function is present in the range of movement of the piston in which the force-displacement characteristic is comparatively steep. In this range of movement of the piston, even larger pressure fluctuations only lead to a small piston movement. Correspondingly, only a small movement path of the pretensioning device can also be provided in this movement range of the piston, which in turn benefits from a short overall length of the pressure accumulator.
- the pressure accumulator according to the invention can therefore be used on the one hand to store a fluid volume for emergency operation and on the other hand in normal operation to dampen vibrations and at the same time is very small. It can therefore be easily and easily integrated into the available space. In addition, due to the low stored fluid volume and the high rigidity of the pretensioning device, optimal vibration damping can be achieved in normal operation without impairing the system dynamics.
- the device which prestresses the piston of the pressure accumulator has at least two devices arranged in series with force-displacement characteristics of different gradients which prestress the piston during operation.
- the desired properties of such a pressure accumulator are particularly easy to achieve, since the different functions are also physically separate.
- the devices for pretensioning the piston comprise at least two springs arranged in series, the rigidity of one spring being different from that of the other spring.
- An accumulator with such a two-stage spring assembly can be easily built and very inexpensive be 'and is also robust.
- the pressure accumulator has an elongated part with two end sections and a support section arranged between the end sections, which has a larger outer dimension than the end sections and on which two adjacent springs are supported, the one spring being in operation between the one side of the support section and the piston and the other spring between the other side of the support section and the housing is tensioned.
- Such an elongated part enables reliable guidance of the piston on the one hand and the corresponding springs on the other.
- Such stops are particularly simple to implement in connection with the elongated part described above:
- the length of the elongated part can be adjusted such that one axial end of the elongated part strikes a stop with the housing of the pressure accumulator and the other axial end of the elongated part Partly forms a stop with the piston.
- all types of springs are suitable for the pressure accumulator according to the invention.
- Examples are coil springs, air springs and also magnetic springs.
- the use of disc springs results in a further reduction in the length of the pressure accumulator due to the better relationship between the spring work and the installation space.
- the damping effect of the accumulator is increased due to the strong friction damping in a plate package.
- the invention also relates to a hydraulic device for actuating a gas exchange valve
- Internal combustion engine in particular of a motor vehicle, with a fluid reservoir, a fluid pump, a fluid line, a pressure accumulator connected to the fluid line a housing and a piston biased during operation by a device, and with an actuating device which is connected to the fluid line via a valve device and actuates the gas exchange valve.
- the pressure accumulator be designed in the manner described above.
- Figure 1 is a schematic diagram of a
- Hydraulic device for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine
- Figure 2 shows a section through a first
- FIG. 3 shows a pressure-displacement diagram to explain the function of the pressure accumulator from FIG. 2;
- Figure 4 shows a schematic section through a second embodiment of a pressure accumulator
- Figure 5 shows a schematic section through a third embodiment of a pressure accumulator
- Figure 6 shows a schematic section through a fourth embodiment of a pressure accumulator
- FIG. 7 is a schematic section through a fifth embodiment of a pressure accumulator.
- a hydraulic device bears the reference number 10 overall. It serves to actuate a gas exchange valve, which in the present case is designed as an inlet valve of an internal combustion engine 14.
- the inlet valve 12 is actuated by a hydraulic cylinder 16.
- a hydraulic cylinder 16 This comprises a housing 18 in which a piston 20 with a piston rod 22 is slidably guided.
- the piston rod 22 is passed through the housing 18 and connected to a valve stem 24, which in turn is molded onto a plate-shaped valve element 26.
- the valve element 26 lies tightly against a valve seat 28 in the upper region of a combustion chamber 30 of the internal combustion engine 14. If no hydraulic pressure is available, the piston 20 is pressed upwards by a spring 32 and the inlet valve 12 is thereby closed.
- the hydraulic device 10 further comprises a reservoir 34, from which hydraulic fluid is conveyed by a high-pressure pump 36 into a high-pressure hydraulic line 38.
- the high-pressure hydraulic line 38 branches into a branch 42, which opens directly into a lower working space 44 of the hydraulic cylinder 16.
- Another branch 46 of the high-pressure hydraulic line 38 leads to a 2/2-way switching valve 48 which is pressed into its closed position by a spring 50 in the de-energized state.
- the branch 46 of the high-pressure hydraulic line 38 leads after the 2/2 switching valve 48 to an upper working chamber 52 of the hydraulic cylinder 16. From there, a high-pressure hydraulic line 54 leads via a further 2/2 switching valve 56 and a check valve 58 back to Reservoir 34.
- the 2/2-way valve 56 is opened by a spring 57 in the de-energized state.
- a branch line 60 opens, which is connected to a pressure accumulator 62. Its structure is shown in detail in Figure 2.
- the pressure accumulator 62 comprises a housing 64, which overall has an approximately cylindrical shape and in which a cylindrical cavity 66 is formed. On the right-hand side in FIG. 2, the cavity 66 is closed by a cover 68, whereas on the left-hand side in FIG. 2 it is connected to the spur line 60 via a connecting channel 70.
- the cover 68 has a ventilation opening lying outside the cutting plane and therefore not visible.
- a piston 72 is slidably held in the cavity 66.
- the radial outer surface of the piston 72 is sealed off from the inner wall of the cavity 66 by a sealing ring 74 which is inserted into an annular groove 76 in the outer outer surface of the piston 72.
- a piston rod 78 is formed on the piston 72. This extends from the piston 72 in the direction of the cover 68.
- the piston 72 and the piston rod 78 are coaxial with the cavity 66 of the housing 64 of the pressure accumulator 62.
- the elongated, tubular part 80 Coaxial with the piston 72 and the piston rod 78 there is an elongated, tubular part 80 in the cavity 66 of the pressure accumulator 62.
- the elongated, tubular part 80 is slid onto the piston rod 78 in a sliding connection.
- the elongate, tubular part 80 comprises a cylindrical end section 82 lying on its left side in FIG. 2 and a cylindrical end section 84 lying on its right side in FIG. 2.
- the support portion 86 thus has the shape of an annular collar.
- a package 87 Arranged between the support section 86 and the piston 72, coaxially to the piston 72, to the piston rod 78 and to the elongate, tubular part 80, is a package 87 comprising a total of 12 plate springs 88 (for reasons of clarity, not all plate springs 88 have reference numbers).
- the package 87 is divided into four individual assemblies (without reference numerals) each consisting of three parallel plate springs 88.
- a package 89 Arranged between the support section 86 and the cover 68 of the housing 64 is a package 89 composed of three parallel plate springs 90.
- the plate springs 88 and 90 are relaxed. In this state, there is a free space between the left axial end of the elongated tubular part 80 in FIG. 2 and the piston 72. There is also a free space between the axial end of the elongated tubular part 80 on the right in FIG. 1 and the bottom of a recess 92 in the cover 68 of the housing 64.
- the plate springs 88 are generally softer than the plate springs 90.
- the spring travel of the package formed from the plate springs 88 is overall greater than the spring travel of the composite formed from the plate springs 90.
- the hydraulic device 10 shown in FIG. 1 with the pressure accumulator 62 shown in FIG. 2 operates as follows:
- the high-pressure pump 36 pumps hydraulic fluid from the reservoir 34 into the hydraulic line 38 and from there via the branch line 42 into the lower working space 44 of the hydraulic cylinder 16.
- the switching valve 48 opens and the switching valve 56 is closed, the upper working chamber 52 of the hydraulic cylinder 60 is also pressurized by hydraulic fluid.
- the engagement surface in the axial direction on the upper side of the piston 20 of the hydraulic cylinder 16 is larger than on its underside, the piston 20 is pressed down and the inlet valve 12 is opened.
- the piston 72 of the pressure accumulator 62 is in the rest position shown in FIG. In the diagram in FIG. 3, in which the path s of the piston 72 of the pressure accumulator 62 is plotted against the hydraulic pressure p, this corresponds to a position which is identified by the reference symbol 94.
- the plate springs 88 have a lower rigidity than the plate springs 90, the elongate, tubular part 80 initially remains stationary during this pressure increase, whereas the piston 72 moves in the direction of the cover 68 of the housing 64 and thereby compresses the plate springs 88.
- the distance between the left axial end in FIG. 2 of the elongated tubular part 80 and the piston 72 is selected such that the piston 72 then comes into contact with the elongated tubular part 80 when the minimum operating pressure PBMIN is reached.
- the corresponding path covered by piston 72 is SPBMIN in FIG. 3.
- the geometry within the pressure accumulator 62 in particular the length of the left end section 82 of the elongated, tubular part 80, is selected such that when the piston 72 comes into contact with the elongated, tubular part 80, the plate springs 88 do not yet block went.
- the elongated tubular part 80 is moved by the piston 72 in the direction of the bottom of the recess 92 in the cover 68 of the housing 64.
- the plate springs 90 are deformed. Since the plate springs 90 are considerably stiffer than the plate springs 88, there is a significantly higher slope in the curve shown in FIG. 3 in this area.
- the distance between the right axial end in FIG. 2 of the elongated tubular part 80 and the bottom of the recess 92 in the cover 68 is selected such that when the hydraulic pressure reaches the maximum operating pressure PBMAX, the elongated tubular part 80 abuts reaches the bottom of the recess 92 in the cover 68.
- the length of the right end section 84 of the elongated tubular part 80 is in turn chosen such that when the elongated tubular part 80 contacts the cover 68, the springs 90 of the composite 89 are not yet completely deformed. In this case, the piston 62 has covered the maximum possible distance SPBMAX.
- the hydraulic pressure in the hydraulic lines 38, 42, 46 and 60 is in the range between the minimum operating pressure PBMIN and the maximum operating pressure PBMAX.
- the pressure accumulator 62 works as a vibration damper for pressure vibrations occurring in the hydraulic fluid of the hydraulic device 10. Due to the great stiffness of the disc springs 90, even larger amplitudes of the pressure vibrations result in only a small movement of the piston 72. Therefore, the length of the package 89 of the disc springs 90 can be small, which in turn reduces the overall length of the pressure accumulator 62.
- the high stiffness of the disc springs 90 also enables a reduction in the fluid volume stored in the pressure accumulator 62. This enables the desired vibration damping in the operating pressure range without impairing the system dynamics of the hydraulic device 10.
- the damping effect of the pressure accumulator 62 is also improved, since a strong friction damping occurs between the individual plate springs 90.
- the pressure accumulator 62 shown in FIG. 2 is very small. In order to be able to provide vibration damping in the same operating pressure range in the case of a conventional pressure accumulator, this would have to have a significantly longer spring travel and thus a significantly greater overall length. This is shown in dashed lines in FIG. 3.
- the spring travel required in a conventional pressure accumulator for the same operating pressure range and the same emergency pressure properties is identified in FIG. 3 by SPBMAX '.
- the gain in overall length in the pressure accumulator 62 compared to a conventional pressure accumulator is the difference between SPBMAX 'and SPBMAX.
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Abstract
The invention relates to a pressure accumulator that serves to pressurize a hydraulic device. A gas exchange valve of an internal combustion engine, for example, can be actuated by means of said hydraulic device. The pressure accumulator (62) comprises a housing (64, 68) and a piston (72) that, when operating, is pretensioned by a device (88, 90). The aim of the invention is to be able to construct a pressure accumulator (62) that is as small as possible. To this end, the device (88, 90), which pretensions the piston (72) of the pressure accumulator (62), has, in a motion area of the piston (72), a force-travel characteristic curve with a slope that differs from the slope in another motion area of the piston (72).
Description
Druckspeicher zur Druckbeaufschla uncr einer Hydraulikvorrichtunq, mit der vorzugsweise ein Gaswechselventil einer Brennkraf maschine betätigt wirdPressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which a gas exchange valve of an internal combustion engine is preferably actuated
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckspeicher zur Druckbeaufschlagung einer Hydraulikvorrichtung, mit der vorzugsweise ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine betätigt wird, mit einem Gehäuse und einem im Betrieb durch eine Einrichtung vorgespannten Kolben.The present invention relates to a pressure accumulator for pressurizing a hydraulic device, with which a gas exchange valve of an internal combustion engine is preferably actuated, with a housing and a piston which is biased during operation by a device.
Eine Hydraulikvorrichtung mit einem derartigen Druckspeicher ist aus der DE 198 26 047 AI bekannt. Eine solche Hydraulikvorrichtung wird z.B. zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile einer Brennkraftmaschine verwendet, wenn diese keine Nockenwelle aufweist. Eine derartige Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile unabhängig sind von der Position des Kolbens des jeweiligen Zylinders. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. hohe Drehzahl, und je nach Fahrer-Wunschmoment können Ventil - Offnungs- und Schließzeiten realisiert werden, welche einen besonders emissions- und verbrauchsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen.A hydraulic device with such a pressure accumulator is known from DE 198 26 047 AI. Such a hydraulic device is e.g. used to actuate the intake and exhaust valves of an internal combustion engine when it has no camshaft. Such an internal combustion engine has the advantage that the control times of the intake and exhaust valves are independent of the position of the piston of the respective cylinder. Depending on the operating state of the internal combustion engine, e.g. High speed, and depending on the driver's desired torque, valve opening and closing times can be realized, which enable the internal combustion engine to be operated with particularly low emissions and consumption.
Die bekannte Hydraulikvorrichtung arbeitet mit einem Hydraulikkreislauf, welcher aus einem Hydraulikreservoir
über eine Hochdruck-Hydraulikpumpe gespeist wird. Eine Betätigungseinrichtung umfasst einen hydraulisch in beide Bewegungsrichtungen beaufschlagbaren Kolben, welcher mit dem Ventilschaft eines Gaswechselventils, beispielsweise eines Einlassventils, verbunden ist. Über 2/2 -Wegeventile kann jeweils eine der beiden Kammern des Hydraulikzylinders mit höherem Druck beaufschlagt werden, was zu einer entsprechenden Bewegung des Kolbens und hierdurch zu einem Offnungs- oder Schließvorgang des Gaswechselventils am Motorblock führt .The known hydraulic device works with a hydraulic circuit, which consists of a hydraulic reservoir is fed by a high pressure hydraulic pump. An actuating device comprises a piston which can be acted upon hydraulically in both directions of movement and which is connected to the valve stem of a gas exchange valve, for example an inlet valve. One of the two chambers of the hydraulic cylinder can be pressurized with 2/2 directional control valves, which leads to a corresponding movement of the piston and thereby to an opening or closing process of the gas exchange valve on the engine block.
Der Hydraulikkreislauf ist mit einem hydraulischen Druckspeicher verbunden, welcher als federbeau schlagter Kolbenspeicher ausgeführt ist und zur Dämpfung von Schwingungen im Hydrauliksystem dient. Ferner ist ein gleich aufgebauter Notdruckspeicher mit einer der beiden Kammern im Hydraulikzylinder verbunden, welcher bei einem Abfallen des Drucks in der Hydraulikleitung noch so ausreichend Druck und Fluidvolumen bereitstellt, dass das Gaswechselventil in seine geschlossene Ruhestellung bewegt werden kann. Beide Druckspeicher arbeiten mit unterschiedlichen Druckniveaus, welche durch unterschiedliche Steifigkeiten der entsprechenden Rückstellfedern eingestellt werden. Aus der DE 198 26 047 AI ist auch bekannt, nur einen einzigen Druckspeicher einzusetzen, welcher als Arbeitsdruckspeicher und gleichzeitig als Notdruckspeicher arbeitet.The hydraulic circuit is connected to a hydraulic pressure accumulator, which is designed as a spring-loaded piston accumulator and serves to dampen vibrations in the hydraulic system. Furthermore, a similarly constructed emergency pressure accumulator is connected to one of the two chambers in the hydraulic cylinder, which, when the pressure in the hydraulic line drops, still provides sufficient pressure and fluid volume that the gas exchange valve can be moved into its closed rest position. Both pressure accumulators work with different pressure levels, which are set by different stiffnesses of the corresponding return springs. From DE 198 26 047 AI it is also known to use only a single pressure accumulator, which works as a working pressure accumulator and at the same time as an emergency pressure accumulator.
Ist nur ein einziger Druckspeicher vorgesehen, muss dessen Auslegung so erfolgen, dass bei minimalem Betriebsdruck im Hydrauliksystem ausreichend Hydraulikmedium gespeichert ist, um im Notfall zuverlässig eine Bewegung des Gaswechselventils in die geschlossene Ruheposition zu ermöglichen. Dies erfordert eine relativ weiche Feder und einen großen Federweg. Um gleichzeitig sicherstellen zu können, dass über den gesamten Betriebsdruckbereich eine
ausreichende Dämpfungs irkung vorhanden ist, muss ein solcher mit einer weichen Feder ausgestatteter Druckspeicher in Abhängigkeit von minimalem und maximalem Betriebsdruck sehr lang bauen. Ein derartig großer Druckspeicher ist jedoch in dem bei einer Brennkraftmaschine zur Verfügung stehenden Bauraum nur schwer unterbringbar. Darüber hinaus muss wegen der großen Baulänge in einem solchen Druckspeicher im Betriebsdruckbereich ein relativ großes Fluidvolumen gespeichert werden, welches als Totvolumen über die gewünschte Dämpfungswirkung hinaus die Dynamik des Hydrauliksystems negativ beeinflusst.If only a single pressure accumulator is provided, it must be designed in such a way that sufficient hydraulic medium is stored in the hydraulic system at minimum operating pressure in order to reliably enable the gas exchange valve to move to the closed rest position in an emergency. This requires a relatively soft spring and a large spring travel. In order to be able to ensure at the same time that a there is sufficient damping effect, such a pressure accumulator equipped with a soft spring must build very long depending on the minimum and maximum operating pressure. Such a large pressure accumulator is, however, difficult to accommodate in the space available in an internal combustion engine. In addition, because of the large overall length in such a pressure accumulator, a relatively large fluid volume must be stored in the operating pressure range, which, as a dead volume, has a negative influence on the dynamics of the hydraulic system in addition to the desired damping effect.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, einen Druckspeicher der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass er einerseits eine Druckdämpfungsfunktion und andererseits eine Notdruckfunktion vorhanden sind und er dennoch möglichst klein baut .The present invention therefore has the task of developing a pressure accumulator of the type mentioned at the outset in such a way that it has a pressure damping function on the one hand and an emergency pressure function on the other hand, and yet it is as small as possible.
Diese Aufgabe wird bei einem Druckspeicher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Einrichtung, welche den Kolben des Druckspeichers vorspannt, in einem Bewegungsbereich des Kolbens eine Kraft -Weg-Kennlinie mit einer Steigung aufweist, welche sich von der Steigung in einem anderen Bewegungsbereich des Kolbens unterscheidet.This object is achieved in a pressure accumulator of the type mentioned at the outset in that the device which prestresses the piston of the pressure accumulator has a force-path characteristic curve with an incline in a range of motion of the piston which differs from the incline in another range of motion of the Kolbens differs.
Erfindungsgemäß wird bei dem Druckspeicher also eine Vorspanneinrichtung mit nichtlinearer Charakteristik verwendet. Dabei versteht sich, dass zunächst, wenn der Kolben aus seiner drucklosen Ruheposition heraus beaufschlagt wird, eine eher weiche Charakteristik der Vorspanneinrichtung gewünscht ist, eine Druckänderung also einen relativ großen Bewegungsweg des Kolbens mit sich bringt. In einem Bewegungsbereich des Kolbens, der von der Ruheposition des Kolbens entfernt liegt, ist dagegen eine eher. steife Charakteristik der Vorspanneinrichtung des
Kolbens gewünscht, eine Druckänderung soll also nur eine vergleichsweise geringe Bewegung des Kolbens verursachen.According to the invention, a prestressing device with a non-linear characteristic is therefore used in the pressure accumulator. It goes without saying that when the piston is acted upon from its non-pressurized rest position, a rather soft characteristic of the pretensioning device is desired, that is to say a change in pressure entails a relatively large movement path of the piston. In contrast, in a range of motion of the piston which is distant from the rest position of the piston, there is one. stiff characteristic of the pretensioner of the Piston desired, a change in pressure should only cause a relatively small movement of the piston.
Auf diese Weise können beide gewünschten Funktionen, nämlich die Notdruckfunktion also auch die Schwingungsdämpfungsfunktion, bei einem einzigen Druckspeicher realisiert werden: Die Notdruckfunktion ist in dem Bewegungsbereich des Kolbens des Druckspeichers vorhanden, in dem die Vorspanneinrichtung eine relativ weiche Charakteristik aufweist. In diesem Bewegungsbereich des Kolbens kann der Druckspeicher also bereits bei einem geringen Druckabfall ein ausreichend großes Fluidvolumen in den Hydraulikkreislauf abgeben, wie es zum sicheren beispielsweise eines Gaswechselventils im Falle eines Druckverlustes erforderlich ist. DieIn this way, both desired functions, namely the emergency pressure function and thus the vibration damping function, can be implemented in a single pressure accumulator: the emergency pressure function is present in the range of movement of the piston of the pressure accumulator in which the pretensioning device has a relatively soft characteristic. In this range of movement of the piston, the pressure accumulator can thus release a sufficiently large fluid volume into the hydraulic circuit even with a small pressure drop, as is necessary for the safe operation of, for example, a gas exchange valve in the event of a pressure loss. The
Schwingungsdämpfungsfunktion ist in dem Bewegungsbereich des Kolbens vorhanden, in dem die Kraft-Weg-Kennlinie vergleichsweise steil ist. In diesem Bewegungsbereich des Kolbens führen auch größere Druckschwankungen nur zu einer geringen Kolbenbewegung. Entsprechend kann in diesem Bewegungsbereich des Kolbens auch nur ein geringer Bewegungsweg der Vorspanneinrichtung vorgesehen sein, was wiederum einer kurzen Baulänge des Druckspeichers zugute kommt .Vibration damping function is present in the range of movement of the piston in which the force-displacement characteristic is comparatively steep. In this range of movement of the piston, even larger pressure fluctuations only lead to a small piston movement. Correspondingly, only a small movement path of the pretensioning device can also be provided in this movement range of the piston, which in turn benefits from a short overall length of the pressure accumulator.
Der erfindungsgemäße Druckspeicher kann also einerseits zur Speicherung eines Fluidvolumens für den Notbetrieb und andererseits im Normalbetrieb zur Schwingungsdämpfung verwendet werden und baut gleichzeitig sehr klein. Er kann daher einfach und problemlos in den zur Verfügung stehenden Bauraum integriert werden. Außerdem kann aufgrund des geringen gespeicherten Fluidvolumens und der großen Steifigkeit des Vorspanneinrichtung im normalen Betrieb eine optimale Schwingungsdämpfung ohne Beeinträchtigung des Systemdynamik realisiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.The pressure accumulator according to the invention can therefore be used on the one hand to store a fluid volume for emergency operation and on the other hand in normal operation to dampen vibrations and at the same time is very small. It can therefore be easily and easily integrated into the available space. In addition, due to the low stored fluid volume and the high rigidity of the pretensioning device, optimal vibration damping can be achieved in normal operation without impairing the system dynamics. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass die Einrichtung, welche den Kolben des Druckspeichers vorspannt, mindestens zwei in Reihe angeordnete Einrichtungen mit Kraft-Weg-Kennlinien unterschiedlicher Steigung aufweist, welche den Kolben im Betrieb vorspannen. Die gewünschten Eigenschaften eines solchen Druckspeichers sind besonders leicht zu realisieren, da bei ihm die unterschiedlichen Funktionen auch körperlich getrennt ausgeführt sind.In a first further development it is mentioned that the device which prestresses the piston of the pressure accumulator has at least two devices arranged in series with force-displacement characteristics of different gradients which prestress the piston during operation. The desired properties of such a pressure accumulator are particularly easy to achieve, since the different functions are also physically separate.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Einrichtungen zur Vorspannung des Kolbens mindestens zwei in Reihe angeordnete Federn umfassen, wobei sich die Steifigkeit der einen Feder von der der anderen Feder unterscheidet . Ein Druckspeicher mit einer derartigen zweistufigen Federanordnung kann einfach und sehr preiswert gebaut' werden und ist darüber hinaus robust .It is particularly preferred that the devices for pretensioning the piston comprise at least two springs arranged in series, the rigidity of one spring being different from that of the other spring. An accumulator with such a two-stage spring assembly can be easily built and very inexpensive be 'and is also robust.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckspeichers weist dieser ein längliches Teil mit zwei Endabschnitten und einem zwischen den Endabschnitten angeordneten Stützabschnitt auf, der eine größere Außenabmessung hat als die Endabschnitte und an dem sich zwei benachbarte Federn abstützen, wobei die eine Feder im Betrieb zwischen der einen Seite des Stützabschnitts und dem Kolben und die andere Feder zwischen der anderen Seite des Stützabschnitts und dem Gehäuse gespannt ist. Ein solches längliches Teil ermöglicht die sichere Führung des Kolbens einerseits und der entsprechenden Federn andererseits .In a particularly preferred embodiment of the pressure accumulator according to the invention, it has an elongated part with two end sections and a support section arranged between the end sections, which has a larger outer dimension than the end sections and on which two adjacent springs are supported, the one spring being in operation between the one side of the support section and the piston and the other spring between the other side of the support section and the housing is tensioned. Such an elongated part enables reliable guidance of the piston on the one hand and the corresponding springs on the other.
Vorgesehen ist auch, dass mindestens zwei Anschläge vorgesehen sind, welche verhindern, dass die Federn im
Betrieb auf Block gespannt werden. Das Spannen von Federn auf Block' hat im Wesentlichen zwei Nachteile: Zum einen zeigen die meisten Federn in jenem Bewegungsbereich, der kurz vor einer Spannung auf Block liegt, ein deutlich nicht lineares und vor allem .oft nicht reproduzierbares Kennlinienverhalten. Dies ist auch im vorliegenden Fall unerwünscht. Darüber hinaus kann es dann, wenn die Federn auf Block gespannt werden, zu Abnutzungserscheinungen an den sich berührenden Oberflächen der Federn kommen, welche die Lebensdauer der Federn beeinträchtigen können. Dies wird durch die erfindungsgemäßen Anschläge verhindert .It is also provided that at least two stops are provided, which prevent the springs in the Operation to be clamped on block. The tensioning of springs on block ' has two main disadvantages: On the one hand, most springs show a clearly non-linear and, above all, often not reproducible characteristic behavior in the range of motion that lies just before a tension on block. This is also undesirable in the present case. In addition, when the springs are tensioned on the block, there can be signs of wear on the contacting surfaces of the springs, which can impair the life of the springs. This is prevented by the stops according to the invention.
Besonders einfach sind solche Anschläge im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen länglichen Teil realisierbar: In diesem Fall kann die Länge des länglichen Teils so abgestimmt werden, dass das eine axiale Ende des länglichen Teils einen Anschlag mit dem Gehäuse des Druckspeichers und das andere axiale Ende des länglichen Teils einen Anschlag mit dem Kolben bildet.Such stops are particularly simple to implement in connection with the elongated part described above: In this case, the length of the elongated part can be adjusted such that one axial end of the elongated part strikes a stop with the housing of the pressure accumulator and the other axial end of the elongated part Partly forms a stop with the piston.
Grundsätzlich eignen sich alle Arten von Federn für den erfindungsgemäßen Druckspeicher. Beispiele sind Spiralfedern, Luftfedern und auch Magnetfedern. Besonders bevorzugt wird jedoch, dass mindestens eine der Federn eine Tellerfeder ist. Der Einsatz von Tellerfedern bewirkt aufgrund des besseren Verhältnisses zwischen der Federarbeit und dem Bauraum eine weitere Absenkung der Druckspeicher-Baulänge. Außerdem wird die Dämpfungswirkung des Speichers aufgrund der starken Reibungsdämpfung in einem Teller ederpaket gesteigert.Basically, all types of springs are suitable for the pressure accumulator according to the invention. Examples are coil springs, air springs and also magnetic springs. However, it is particularly preferred that at least one of the springs is a plate spring. The use of disc springs results in a further reduction in the length of the pressure accumulator due to the better relationship between the spring work and the installation space. In addition, the damping effect of the accumulator is increased due to the strong friction damping in a plate package.
Die Erfindung betrifft auch eine Hydraulikvorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einerThe invention also relates to a hydraulic device for actuating a gas exchange valve
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Fluidreservoir , einer Fluidpumpe, einer Fluidleitung, einem mit der Fluidleitung verbundenen Druckspeicher mit
einem Gehäuse und einem im Betrieb durch eine Einrichtung vorgespannten Kolben, und mit einer Betätigungseinrichtung, welche über eine Ventileinrichtung mit der Fluidleitung verbunden ist und das Gaswechselventil betätigt.Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a fluid reservoir, a fluid pump, a fluid line, a pressure accumulator connected to the fluid line a housing and a piston biased during operation by a device, and with an actuating device which is connected to the fluid line via a valve device and actuates the gas exchange valve.
Um die Abmessungen der Hydraulikvorrichtung insgesamt zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher in den oben beschriebenen Art ausgebildet ist.In order to reduce the overall dimensions of the hydraulic device, it is proposed that the pressure accumulator be designed in the manner described above.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einerFigure 1 is a schematic diagram of a
Hydraulikvorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselveritils einer Brennkraftmaschine;Hydraulic device for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine;
Figur 2 einen Schnitt durch ein erstesFigure 2 shows a section through a first
Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers der Hydraulikvorrichtung von Figur 1;Embodiment of a pressure accumulator of the hydraulic device of Figure 1;
Figur 3 ein Druck-Weg-Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Druckspeichers von Figur 2 ;FIG. 3 shows a pressure-displacement diagram to explain the function of the pressure accumulator from FIG. 2;
Figur 4 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers;Figure 4 shows a schematic section through a second embodiment of a pressure accumulator;
Figur 5 einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers;Figure 5 shows a schematic section through a third embodiment of a pressure accumulator;
Figur 6 einen schematischen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers; undFigure 6 shows a schematic section through a fourth embodiment of a pressure accumulator; and
Figur 7 einen schematischen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers.
In Figur 1 trägt eine Hydraulikvorrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient zur Betätigung eines Gaswechselventils, welches vorliegend als Einlassventil einer Brennkraftmaschine 14 ausgebildet ist.Figure 7 is a schematic section through a fifth embodiment of a pressure accumulator. In FIG. 1, a hydraulic device bears the reference number 10 overall. It serves to actuate a gas exchange valve, which in the present case is designed as an inlet valve of an internal combustion engine 14.
Das Einlassventil 12 wird von einem Hydraulikzylinder 16 betätigt. Dieser umfasst ein Gehäuse 18, in dem ein Kolben 20 mit einer Kolbenstange 22 gleitend geführt ist. Die Kolbenstange 22 ist durch das Gehäuse 18 hindurchgeführt und mit einem Ventilschaft 24 verbunden, der wiederum an ein tellerförmiges Ventilelement 26 angeformt ist. In geschlossenem Zustand des Einlassventils 12 liegt das Ventilelement 26 dicht an einem Ventilsitz 28 im oberen Bereich eines Brennraums 30 der Brennkraftmaschine 14 an. Wenn kein Hydraulikdruck zur Verfügung steht, wird der Kolben 20 durch eine Feder 32 nach oben gedrückt und hierdurch das Einlassventil 12 geschlossen.The inlet valve 12 is actuated by a hydraulic cylinder 16. This comprises a housing 18 in which a piston 20 with a piston rod 22 is slidably guided. The piston rod 22 is passed through the housing 18 and connected to a valve stem 24, which in turn is molded onto a plate-shaped valve element 26. In the closed state of the inlet valve 12, the valve element 26 lies tightly against a valve seat 28 in the upper region of a combustion chamber 30 of the internal combustion engine 14. If no hydraulic pressure is available, the piston 20 is pressed upwards by a spring 32 and the inlet valve 12 is thereby closed.
Die Hydraulikvorrichtung 10 umfast ferner einen Vorratsbehälter 34, aus dem Hydraulikfluid von einer Hochdruckpumpe 36 in eine Hochdruck-Hydraulikleitung 38 gefördert wird. Nach einem Rückschlagventil 40 verzweigt sich die Hochdruck-Hydraulikleitung 38 in einen Zweig 42, welcher direkt in einen unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16 mündet. Ein anderer Zweig 46 der Hochdruck-Hydraulikleitung 38 führt zu einem 2/2- Schaltventil 48, welches im stromlosen Zustand von einer Feder 50 in seine geschlossene Position gedrückt wird. Der Zweig 46 der Hochdruck-Hydraulikleitung 38 führt nach dem 2/2-Schaltventil 48 zu einem oberen Arbeitsraum ' 52 des Hydraulizylinders 16. Von dort führt eine Hochdruck- Hydraulikleitung 54 über ein weiteres 2/2-Schaltventil 56 und ein Rückschlagventil 58 zurück zum Vorratsbehälter 34. Das 2/2-Schaltventil 56 ist im stromlosen Zustand durch eine Feder 57 geöffnet.
An jener Stelle, an der sich die Hochdruck-Hydraulikleitung 38 in den Zweig 42 und den Zweig 46 verzweigt, mündet eine Stichleitung 60, welche mit einem Druckspeicher 62 verbunden ist. Dessen Aufbau ist im Detail in Figur 2 dargestellt .The hydraulic device 10 further comprises a reservoir 34, from which hydraulic fluid is conveyed by a high-pressure pump 36 into a high-pressure hydraulic line 38. After a check valve 40, the high-pressure hydraulic line 38 branches into a branch 42, which opens directly into a lower working space 44 of the hydraulic cylinder 16. Another branch 46 of the high-pressure hydraulic line 38 leads to a 2/2-way switching valve 48 which is pressed into its closed position by a spring 50 in the de-energized state. The branch 46 of the high-pressure hydraulic line 38 leads after the 2/2 switching valve 48 to an upper working chamber 52 of the hydraulic cylinder 16. From there, a high-pressure hydraulic line 54 leads via a further 2/2 switching valve 56 and a check valve 58 back to Reservoir 34. The 2/2-way valve 56 is opened by a spring 57 in the de-energized state. At the point where the high-pressure hydraulic line 38 branches into the branch 42 and the branch 46, a branch line 60 opens, which is connected to a pressure accumulator 62. Its structure is shown in detail in Figure 2.
Der Druckspeicher 62 umfasst ein Gehäuse 64, welches insgesamt in etwa zylindrische Gestalt hat und in dem ein zylindrischer Hohlraum 66 ausgebildet ist. Auf der in Figur 2 rechten Seite wird der Hohlraum 66 durch einen Deckel 68 verschlossen, wohingegen er auf der in Figur 2 linken Seite über einen Verbindungskanal 70 mit der Stichleitung 60 verbunden ist. Der Deckel 68 weist eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel außerhalb der Schnittebene liegende und daher nicht sichtbare Ventilationsöffnung auf.The pressure accumulator 62 comprises a housing 64, which overall has an approximately cylindrical shape and in which a cylindrical cavity 66 is formed. On the right-hand side in FIG. 2, the cavity 66 is closed by a cover 68, whereas on the left-hand side in FIG. 2 it is connected to the spur line 60 via a connecting channel 70. In the present exemplary embodiment, the cover 68 has a ventilation opening lying outside the cutting plane and therefore not visible.
Im Hohlraum 66 ist ein Kolben 72 verschieblich gehalten. Die radiale Mantelfläche des Kolbens 72 ist gegenüber der Innenwand des Hohlraums 66 durch einen Dichtring 74 abgedichtet, der in eine Ringnut 76 in der äußeren Mantelfläche des Kolbens 72 eingelegt ist. An den Kolben 72 ist eine Kolbenstange 78 angeformt. Diese erstreckt sich vom Kolben 72 in Richtung auf den Deckel 68. Kolben 72 und Kolbenstange 78 sind koaxial zum Hohlraum 66 des Gehäuses 64 des Druckspeichers 62.A piston 72 is slidably held in the cavity 66. The radial outer surface of the piston 72 is sealed off from the inner wall of the cavity 66 by a sealing ring 74 which is inserted into an annular groove 76 in the outer outer surface of the piston 72. A piston rod 78 is formed on the piston 72. This extends from the piston 72 in the direction of the cover 68. The piston 72 and the piston rod 78 are coaxial with the cavity 66 of the housing 64 of the pressure accumulator 62.
Koaxial zum Kolben 72 und zur Kolbenstange 78 befindet sich im Hohlraum 66 des Druckspeichers 62 ein längliches, rohrförmiges Teil 80. Das längliche, rohrförmige Teil 80 ist auf die Kolbenstange 78 in gleitender Verbindung aufgeschoben. Das längliche, rohrförmige Teil 80 umfasst einen in Figur 2 auf seiner linken Seite liegenden zylindrischen Endabschnitt 82 und einen in Figur 2 auf seiner rechten Seite liegenden zylindrischen Endabschnitt 84. Zwischen den beiden Endabschnitten 82 und 84 befindet sich ein Stützabschnitt 86, dessen Außendurchmesser größer
ist als der Außendurchmesser des linken Endabschnitts 82 und des rechten Endabschnitts 84. Der Stützabschnitt 86 hat also die Form eines Ringbundes.Coaxial with the piston 72 and the piston rod 78 there is an elongated, tubular part 80 in the cavity 66 of the pressure accumulator 62. The elongated, tubular part 80 is slid onto the piston rod 78 in a sliding connection. The elongate, tubular part 80 comprises a cylindrical end section 82 lying on its left side in FIG. 2 and a cylindrical end section 84 lying on its right side in FIG. 2. Between the two end sections 82 and 84 there is a support section 86, the outside diameter of which is larger is as the outer diameter of the left end portion 82 and the right end portion 84. The support portion 86 thus has the shape of an annular collar.
Zwischen dem Stützabschnitt 86 und dem Kolben 72 ist, .koaxial zum Kolben 72, zur Kolbenstange 78 und zum länglichen, rohrförmigen Teil 80, ein Paket 87 aus insgesamt 12 Tellerfedern 88 angeordnet (aus Gründen der Übersichtlichkeit tragen nicht alle Tellerfedern 88 Bezugszeichen) . Das Paket 87 ist dabei in vier einzelne Verbünde (ohne Bezugszeichen) aus jeweils drei parallelen Tellerfedern 88 aufgeteilt. Zwischen dem Stützabschnitt 86 und dem Deckel 68 des Gehäuses 64 ist ein Paket 89 aus drei parallelen Tellerfedern 90 angordnet.Arranged between the support section 86 and the piston 72, coaxially to the piston 72, to the piston rod 78 and to the elongate, tubular part 80, is a package 87 comprising a total of 12 plate springs 88 (for reasons of clarity, not all plate springs 88 have reference numbers). The package 87 is divided into four individual assemblies (without reference numerals) each consisting of three parallel plate springs 88. Arranged between the support section 86 and the cover 68 of the housing 64 is a package 89 composed of three parallel plate springs 90.
In dem in Figur 2 dargestellten drucklosen Ruhezustand des Druckspeichers 62 sind die Tellerfedern 88 und 90 entspannt. In diesem Zustand ist zwischen dem in Figur 2 linken axialen Ende des länglichen, rohrförmigen Teils 80 und dem Kolben 72 ein Freiraum vorhanden. Ebenso ist zwischen dem in Figur rechten axialen Ende des länglichen, rohrförmigen Teils 80 und dem Boden einer Ausnehmung 92 im Deckel 68 des Gehäuses 64 ein Freiraum vorhanden. Die Tellerfedern 88 sind insgesamt weicher als die Tellerfedern 90. Der Federweg des aus den Tellerfedern 88 gebildeten Paketes ist insgesamt größer als der Federweg des aus den Tellerfedern 90 gebildeten Verbundes.In the pressure-free idle state of the pressure accumulator 62 shown in FIG. 2, the plate springs 88 and 90 are relaxed. In this state, there is a free space between the left axial end of the elongated tubular part 80 in FIG. 2 and the piston 72. There is also a free space between the axial end of the elongated tubular part 80 on the right in FIG. 1 and the bottom of a recess 92 in the cover 68 of the housing 64. The plate springs 88 are generally softer than the plate springs 90. The spring travel of the package formed from the plate springs 88 is overall greater than the spring travel of the composite formed from the plate springs 90.
Die in Figur 1 dargestellte Hydraulikvorrichtung 10 mit dem in Figur 2 dargestellten Druckspeicher 62 arbeitet folgendermaßen :The hydraulic device 10 shown in FIG. 1 with the pressure accumulator 62 shown in FIG. 2 operates as follows:
Die Hochdruckpumpe 36 fördert Hydraulikfluid aus dem Vorratsbehälter 34 in die Hydraulikleitung 38 und von dort über die Zweigleitung 42 in den unteren Arbeitsraum 44 des Hydraulikzylinders 16. Wenn das Schaltventil 48 geöffnet
und das Schaltventil 56 geschlossen ist, wird auch der obere Arbeitsraum 52 des Hydraulikzylinders 60 durch Hydraulikfluid unter Druck gesetzt. Da die Angriffsfläche in axialer Richtung auf der Oberseite des Kolbens 20 des Hydraulikzylinders 16 größer ist als auf seiner Unterseite, wird in diesem Fall der Kolben 20 nach unten gedrückt und das Einlassventil 12 geöffnet.The high-pressure pump 36 pumps hydraulic fluid from the reservoir 34 into the hydraulic line 38 and from there via the branch line 42 into the lower working space 44 of the hydraulic cylinder 16. When the switching valve 48 opens and the switching valve 56 is closed, the upper working chamber 52 of the hydraulic cylinder 60 is also pressurized by hydraulic fluid. In this case, since the engagement surface in the axial direction on the upper side of the piston 20 of the hydraulic cylinder 16 is larger than on its underside, the piston 20 is pressed down and the inlet valve 12 is opened.
Wird das Schaltventil 48 geschlossen und das Schaltventil 56 geöffnet, wird der obere Arbeitsraum 52 über die Zweigleitung 54 mit dem Umgebungsdruck verbunden, wodurch sich der Kolben 20 wieder nach oben bewegt und das Einlassventil 12 geschlossen wird. Auf diese Weise können sehr schnelle Offnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 12 erreicht werden, ohne dass eine mechanische Ansteuerung des Einlassventils 12 beispielsweise durch eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine 14 erforderlich ist.If the switching valve 48 is closed and the switching valve 56 is opened, the upper working chamber 52 is connected to the ambient pressure via the branch line 54, as a result of which the piston 20 moves up again and the inlet valve 12 is closed. In this way, very fast opening and closing times of the intake valve 12 can be achieved without the intake valve 12 having to be mechanically actuated, for example by a camshaft of the internal combustion engine 14.
Wenn die Hochdruckpumpe 36 nicht fördert, die Hydraulikleitung 38 und die Stichleitung 60 also drucklos sind, befindet sich der Kolben 72 des Druckspeichers 62 in der in Figur 2 dargestellten Ruheposition. In dem Diagramm von Figur 3, in dem der Weg s des Kolbens 72 des Druckspeichers 62 über dem Hydraulikdruck p aufgetragen ist, entspricht dies einer Position, welche mit dem Bezugszeichen 94 gekennzeichnet ist.If the high-pressure pump 36 does not deliver, ie the hydraulic line 38 and the branch line 60 are depressurized, the piston 72 of the pressure accumulator 62 is in the rest position shown in FIG. In the diagram in FIG. 3, in which the path s of the piston 72 of the pressure accumulator 62 is plotted against the hydraulic pressure p, this corresponds to a position which is identified by the reference symbol 94.
Wird die Hochdruckpumpe 36 eingeschaltet, steigt der Druck in der Hydraulikleitung 38 und der Stichleitung 60 . Da die Tellerfedern 88 eine geringere Steifigkeit aufweisen als die Tellerfedern 90, bleibt das längliche, rohrförmige Teil 80 während dieses Druckanstiegs zunächst stationär, wohingegen der Kolben 72 sich in Richtung auf den Deckel 68 des Gehäuses 64 bewegt und dabei die Tellerfedern 88 zusammendrückt .
Der Abstand zwischen dem in Figur 2 linken axialen Ende des länglichen, rohrförmigen Teils 80 und dem Kolben 72 ist dabei so gewählt, dass der Kolben 72 dann an dem länglichen, rohrförmigen Teil 80 in Anlage kommt, wenn der minimale Betriebsdruck PBMIN erreicht ist. Der entsprechende vom Kolben 72 zurückgelegte Weg ist in Figur 3 SPBMIN. Die Geometrie innerhalb des Druckspeichers 62, insbesondere die Länge des linken Endabschnitts 82 des länglichen, rohrförmigen Teils 80, ist dabei so gewählt, dass dann, wenn der Kolben 72 am länglichen, rohrförmigen Teil 80 in Anlage kommt, die Tellerfedern 88 noch nicht auf Block gegangen sind.If the high-pressure pump 36 is switched on, the pressure in the hydraulic line 38 and the branch line 60 rises. Since the plate springs 88 have a lower rigidity than the plate springs 90, the elongate, tubular part 80 initially remains stationary during this pressure increase, whereas the piston 72 moves in the direction of the cover 68 of the housing 64 and thereby compresses the plate springs 88. The distance between the left axial end in FIG. 2 of the elongated tubular part 80 and the piston 72 is selected such that the piston 72 then comes into contact with the elongated tubular part 80 when the minimum operating pressure PBMIN is reached. The corresponding path covered by piston 72 is SPBMIN in FIG. 3. The geometry within the pressure accumulator 62, in particular the length of the left end section 82 of the elongated, tubular part 80, is selected such that when the piston 72 comes into contact with the elongated, tubular part 80, the plate springs 88 do not yet block went.
Wird der Druck weiter erhöht, wird das längliche, rohrförmige Teil 80 vom Kolben 72 in Richtung auf den Boden der Ausnehmung 92 im Deckel 68 des Gehäuses 64 bewegt. Hierdurch werden die Tellerfedern 90 verformt. Da die Tellerfedern 90 erheblich steifer sind als die Tellerfedern 88, ergibt sich in diesem Bereich eine deutlich höhere Steigung der in Figur 3 dargestellten Kurve . Der Abstand zwischen dem in Figur 2 rechten axialen Ende des länglichen, rohrförmigen Teils 80 und dem Boden der Ausnehmung 92 im Deckel 68 ist so gewählt, dass dann, wenn der Hydraulikdruck den maximalen Betriebsdruck PBMAX erreicht, das längliche, rohrförmige Teil 80 in Anlage an den Boden der Ausnehmung 92 im Deckel 68 gelangt. Die Länge des rechten Endabschnitts 84 des länglichen, rohrförmigen Teils 80 wiederum ist so gewählt, dass dann, wenn das längliche, rohrförmige Teil 80 den Deckel 68 berührt, die Federn 90 des Verbunds 89 noch nicht vollständig verformt sind. Der Kolben 62 hat in diesem Fall den maximal möglichen Weg SPBMAX zurückgelegt.If the pressure is increased further, the elongated tubular part 80 is moved by the piston 72 in the direction of the bottom of the recess 92 in the cover 68 of the housing 64. As a result, the plate springs 90 are deformed. Since the plate springs 90 are considerably stiffer than the plate springs 88, there is a significantly higher slope in the curve shown in FIG. 3 in this area. The distance between the right axial end in FIG. 2 of the elongated tubular part 80 and the bottom of the recess 92 in the cover 68 is selected such that when the hydraulic pressure reaches the maximum operating pressure PBMAX, the elongated tubular part 80 abuts reaches the bottom of the recess 92 in the cover 68. The length of the right end section 84 of the elongated tubular part 80 is in turn chosen such that when the elongated tubular part 80 contacts the cover 68, the springs 90 of the composite 89 are not yet completely deformed. In this case, the piston 62 has covered the maximum possible distance SPBMAX.
Im normalen Betriebszustand der Hydraulikvorrichtung 10 liegt der Hydraulikdruck in den Hydraulikleitungen 38, 42, 46 und 60 im Bereich zwischen dem minimalen Betriebsdruck
PBMIN und dem maximalen Betriebsdruck PBMAX. In diesem Fall arbeitet der Druckspeicher 62 als Schwingungsdämpfer für in dem Hydraulikfluid der Hydraulikvorrichtung 10 auftretende Druckschwingungen. Aufgrund der großen Steifigkeit der Tellerfedern 90 haben auch größere Amplituden der Druckschwingungen nur eine kleine Bewegung des Kolbens 72 zur Folge. Daher kann die Länge des Pakets 89 der Tellerfedern 90 gering ausfallen, wodurch sich wiederum die Gesamt-Baulänge des Druckspeichers 62 reduziert.In the normal operating state of the hydraulic device 10, the hydraulic pressure in the hydraulic lines 38, 42, 46 and 60 is in the range between the minimum operating pressure PBMIN and the maximum operating pressure PBMAX. In this case, the pressure accumulator 62 works as a vibration damper for pressure vibrations occurring in the hydraulic fluid of the hydraulic device 10. Due to the great stiffness of the disc springs 90, even larger amplitudes of the pressure vibrations result in only a small movement of the piston 72. Therefore, the length of the package 89 of the disc springs 90 can be small, which in turn reduces the overall length of the pressure accumulator 62.
Die hohe Steifigkeit der Tellerfedern 90 ermöglicht ferner eine Verringerung des im Druckspeicher 62 gespeicherten Fluidvolumens. Dies ermöglicht die gewünschte Schwingungsdämpfung im Betriebsdruckbereich, ohne dass die Systemdynamik der Hydraulikvorrichtung 10 beeinträchtigt wird. Durch den Einsatz der Tellerfedern 90 wird darüber hinaus die Dämpfungswirkung des Druckspeichers 62 verbessert, da zwischen den einzelnen Tellerfedern 90 eine starke Reibungsdämpfung auftritt.The high stiffness of the disc springs 90 also enables a reduction in the fluid volume stored in the pressure accumulator 62. This enables the desired vibration damping in the operating pressure range without impairing the system dynamics of the hydraulic device 10. By using the plate springs 90, the damping effect of the pressure accumulator 62 is also improved, since a strong friction damping occurs between the individual plate springs 90.
Gegenüber einem herkömmlichen Druckspeicher baut der in Figur 2 dargestellte Druckspeicher 62 sehr klein. Um bei einem herkömmlichen Druckspeicher eine Schwingungsdämpfung im gleichen Betriebsdruckbereich bereitstellen zu können, müsste dieser einen deutlich längeren Federweg und somit eine deutlich größere Baulänge aufweisen. Dies ist in Figur 3 gestrichelt dargestellt. Der bei einem herkömmlichen Druckspeicher für den gleichen Betriebsdruckbereich und die gleichen Notdruckeigenschaften erforderliche Federweg ist in Figur 3 mit SPBMAX' gekennzeichnet. Der Gewinn an Baulänge bei dem Druckspeicher 62 gegenüber einem herkömmlichen Druckspeicher beträgt also die Differenz zwischen SPBMAX' und SPBMAX.Compared to a conventional pressure accumulator, the pressure accumulator 62 shown in FIG. 2 is very small. In order to be able to provide vibration damping in the same operating pressure range in the case of a conventional pressure accumulator, this would have to have a significantly longer spring travel and thus a significantly greater overall length. This is shown in dashed lines in FIG. 3. The spring travel required in a conventional pressure accumulator for the same operating pressure range and the same emergency pressure properties is identified in FIG. 3 by SPBMAX '. The gain in overall length in the pressure accumulator 62 compared to a conventional pressure accumulator is the difference between SPBMAX 'and SPBMAX.
Bei einem Druckabfall innerhalb der Hydraulikvorrichtung 10 z.B. aufgrund eines Ausfalls der Hochdruckpumpe 36 muss
iX d ω P) to < P. >-- <! H m N φ α 3 co ω ^ K d= W T-J Ö P- H P< Cd ω ö ? m CQIn the event of a pressure drop within the hydraulic device 10, for example due to a failure of the high pressure pump 36, iX d ω P ) to <P.> - <! H m N φ α 3 co ω ^ K d = W TJ Ö P- H P <Cd ω ö? m CQ
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CQ
CQ
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Claims
1. Druckspeicher (62) zur Druckbeaufschlagung einer Hydraulikvorrichtung (10) , mit der vorzugsweise ein Gaswechselventil (12) einer Brennkraftmaschine (14) betätigt wird, mit einem Gehäuse (64, 68) und einem im Betrieb durch eine Einrichtung (88, 90) vorgespannten Kolben (72), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (88, 90), welche den Kolben (72) des Druckspeichers (62) vorspannt, in einem Bewegungsbereich des Kolbens (72) eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einer Steigung aufweist, welche sich von der Steigung in einem anderen Bewegungsbereich des Kolbens (72) unterscheidet.1. Pressure accumulator (62) for pressurizing a hydraulic device (10), with which a gas exchange valve (12) of an internal combustion engine (14) is preferably actuated, with a housing (64, 68) and one in operation by a device (88, 90) preloaded piston (72), characterized in that the device (88, 90), which prestresses the piston (72) of the pressure accumulator (62), has a force-displacement characteristic curve with a gradient in a range of motion of the piston (72), which differs from the slope in another range of movement of the piston (72).
2. Druckspeicher (62) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, welche den Kolben (72) des Druckspeichers (62) vorspannt, mindestens zwei in2. Pressure accumulator (62) according to claim 1, characterized in that the device which prestresses the piston (72) of the pressure accumulator (62), at least two in
Reihe angeordnete Einrichtungen (88, 90) mit Kraft-Weg- Kennlinien unterschiedlicher Steigung aufweist, welche den Kolben (72) im Betrieb vorspannen.Row arranged devices (88, 90) with force-displacement characteristics of different slope, which bias the piston (72) during operation.
3. Druckspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Vorspannung des Kolbens (72) mindestens zwei in Reihe angeordnete Federn (88, 90) umfassen, wobei sich die Steifigkeit der einen Feder (88) von der der anderen Feder (90) unterscheidet.3. Pressure accumulator according to claim 2, characterized in that the devices for biasing the piston (72) comprise at least two springs (88, 90) arranged in series, the stiffness of one spring (88) being different from that of the other spring (90 ) differs.
4. Druckspeicher (62) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (62) ein längliches Teil (80) mit zwei Endabschnitten (82, 84) und einem zwischen den Endabschnitten (82, 84) angeordneten Stützabschnitt (86) aufweist, der eine größere Außenabmessung hat als die Endabschnitte (82, 84) und an dem sich zwei benachbarte Federn (88, 90) abstützen, wobei die eine Feder (88) im Betrieb zwischen der einen Seite des Stützabschnitts (86) und dem Kolben (72) und die andere Feder (88, 90) zwischen der anderen Seite des Stützabschnitts (86) und einem Gehäuseabschnitt (68) gespannt ist .4. Pressure accumulator (62) according to claim 3, characterized characterized in that the pressure accumulator (62) has an elongated part (80) with two end sections (82, 84) and a support section (86) arranged between the end sections (82, 84), which has a larger outer dimension than the end sections (82, 84) and on which two adjacent springs (88, 90) are supported, the one spring (88) in operation between one side of the support section (86) and the piston (72) and the other spring (88, 90) between the other side of the support section (86) and a housing section (68) is tensioned.
5. Druckspeicher (62) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anschläge vorgesehen sind, welche verhindern, dass die Federn (88, 90) im Betrieb auf Block gespannt werden.5. Pressure accumulator (62) according to one of claims 3 or 4, characterized in that at least two stops are provided which prevent the springs (88, 90) from being tensioned on a block during operation.
6. Druckspeicher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des länglichen Teils (80) so abgestimmt ist, dass das eine axiale Ende des länglichen Teils (80) einen Anschlag mit einem Gehäuseabschnitt (68) des Druckspeichers (62) und das andere axiale Ende des länglichen Teils (80) einen Anschlag mit dem Kolben (72) bildet .6. Pressure accumulator according to claims 4 and 5, characterized in that the length of the elongated part (80) is matched such that the one axial end of the elongated part (80) has a stop with a housing section (68) of the pressure accumulator (62) and the other axial end of the elongate member (80) abuts the piston (72).
7. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Federn7. Pressure accumulator according to one of claims 3 to 6, characterized in that at least one of the springs
(88, 90) eine Tellerfeder ist.(88, 90) is a disc spring.
8. Hydraulikvorrichtung (10) zur Betätigung eines Gaswechselventils (12) einer Brennkraftmaschine (14) , insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Fluidreservoir (34), einer Fluidpumpe (36), einer Fluidleitung (38, 42, 44, 54, 60), einem mit der Fluidleitung (38, 42, 44, 54, 60) verbundenen Druckspeicher (62) mit einem Gehäuse (64, 68) und einem im Betrieb durch eine Einrichtung (88, 90) vorgespannten Kolben (72) , und mit einer Betätigungseinrichtung (16) , welche über eine Ventileinrichtung (48, 56) mit der Fluidleitung (38, 42, 44, 54, 60) verbunden ist und das Gaswechselventil (12) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher ( 62 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist . 8. hydraulic device (10) for actuating a gas exchange valve (12) of an internal combustion engine (14), in particular a motor vehicle, with a fluid reservoir (34), a fluid pump (36), a fluid line (38, 42, 44, 54, 60), a pressure accumulator (62) connected to the fluid line (38, 42, 44, 54, 60) with a housing (64, 68) and one in operation by a device (88, 90) biased piston (72), and with an actuating device (16) which is connected to the fluid line (38, 42, 44, 54, 60) via a valve device (48, 56) and actuates the gas exchange valve (12), characterized in that that the pressure accumulator (62) is designed according to one of the preceding claims.
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