EP1440225B1 - Hydraulic actuator for an engine valve - Google Patents
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- EP1440225B1 EP1440225B1 EP02762231A EP02762231A EP1440225B1 EP 1440225 B1 EP1440225 B1 EP 1440225B1 EP 02762231 A EP02762231 A EP 02762231A EP 02762231 A EP02762231 A EP 02762231A EP 1440225 B1 EP1440225 B1 EP 1440225B1
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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- F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
- F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit
Definitions
- the invention relates to a hydraulic actuator for a Gas exchange valve for internal combustion engines (see, for example, SE-B-353575).
- the opening and closing of the gas exchange valve should as possible done quickly to the flow losses of the Gas exchange valve when sucking the combustion air or to minimize when pushing out the exhaust gases from the combustion chamber.
- the invention is based on the object, a hydraulic Actuator for a gas exchange valve to provide a great force at the beginning of the opening movement on the Gas exchange valve can exercise, the fast control movements allows the gas exchange valve and in which the Gas exchange valve with low speed on the Valve seat impinges.
- a hydraulic actuator for a gas exchange valve one Internal combustion engine with a cylinder bore, with a Piston and an annular piston, the piston and the Ring piston are guided in the cylinder bore, wherein the Piston, the ring piston and the cylinder bore in axial Limit a first chamber whose volume increases, when the actuator opens the gas exchange valve, wherein the Ring piston and the cylinder bore in the axial direction a second chamber limit, whose volume decreases when the Actuator opens the gas exchange valve, the piston and the Cylinder bore limit a third chamber whose volume decreases when the actuator opens the gas exchange valve, wherein a device for limiting the volume decrease of second chamber is provided and the first chamber and the second chamber via a throttle communicate with each other.
- the hydraulic actuator according to the invention is at the beginning the opening movement of the gas exchange valve a large hydraulic force from the actuator to the gas exchange valve transferred so that despite the back pressure from the combustion chamber on the valve plate of the gas exchange valve the Gas exchange valve safely and quickly lifted off the valve seat can be.
- the Ring piston stops moving and it works As a result, only a lower hydraulic force the piston of the actuator, in turn, on the gas exchange valve is transmitted.
- With reduction of hydraulic power reduces the adjustment of the actuator piston required energy, so that the total energy demand for the valve control of the internal combustion engine decreases. Simultaneously with the reduction of this force changes also the positioning speed of the gas exchange valve.
- the Piston has a puncture that the annular piston a Outer surface and a stepped center hole with a larger diameter and a smaller diameter has, and that the annular piston with the larger diameter the center hole on the piston can be pushed, so that on simple way the ratio of the operating forces of the Actuator when opening the gas exchange valve and during the remaining adjusting movement is adjustable.
- This effect can be further increased by the fact that the Diameter of the piston on both sides of the groove are different and that the ring piston on the larger Diameter is pushed.
- the means for limiting the decrease in volume of the second chamber is hydraulically connected to the second chamber pressure accumulator with a piston and that the path of the piston can be limited, so that in a simple manner by hydraulic means of Ring piston can be locked. Since the accumulator does not reach the high temperatures of the gas exchange valve and the cylinder head of the internal combustion engine, the position in which the annular piston is locked after the opening of the gas exchange valve, regardless of the thermal expansion of the gas exchange valve and the cylinder head. Further embodiments of the invention provide that the pressure accumulator is a spring accumulator or a gas storage and / or that the way of the piston by a stop, in particular an adjustable stop, can be limited, so that the actuator according to the invention can be easily adjusted.
- first Chamber via a first switching valve with a pump is connectable
- second chamber via a second Switching valve with an oil sump is connectable
- third chamber with the delivery pressure of the pump acted upon is, so that by operating two switching valves the Gas exchange valve with the hydraulic according to the invention Actuator can either be opened or closed, with the increased force when lifting the gas exchange valve from Valve seat and the delay of the gas exchange valve before the Impact on the valve seat automatically from the be realized according to the invention hydraulic actuator.
- the inventive effect of the actuator is further characterized supports that the first chamber and the second chamber via an adjustable throttle, hydraulically communicate with each other and / or that one Check valve between the second chamber and the first chamber is provided, which is the hydraulic connection of the first chamber to the second chamber locks.
- the throttle has decisive influence on the deceleration of the gas exchange valve before hitting the valve seat.
- the device for limiting the volume decrease in the second chamber with an opening in the second chamber in Connection standing on shut-off valve the opening in its one switching position closes and in its other Switching position releases fluid outflow.
- the ring piston With closing the Shut-off valve, the ring piston is fixed so that the Closing time of the shut-off valve the stroke of the Determines annular piston. From the stroke of the ring piston is turn the time of onset of braking effect Closing the gas exchange valve dependent, the at a larger stroke of the ring piston earlier and a smaller one Hub starts later.
- the shut-off valve can thus the Brake start regardless of manufacturing tolerances or Material expansion due to temperature fluctuations be set.
- the shut-off valve not as an additional unit but its function anyway for the Initiation of the closing process of the gas exchange valve assigned required second switching valve.
- the throttle can indeed on this flow-controlled valve can be dispensed with, since only small amounts of fluid flow through the throttle, but at larger throttle opening to achieve only a small Braking effect on the gas exchange valve is the flow-controlled Valve to shut off the throttle to avoid larger Leakage essential.
- FIG. 1 represents a hydraulic actuator with a housing 1 in longitudinal section.
- the housing 1 has a stepped cylinder bore 3. to Simplification of the production is in the housing 1 a sleeve 5 pressed, the inner bore part of the stepped Cylinder bore 3 is. In the area of the sleeve 5 is in the Cylinder bore 3 an annular piston 7 and a piston 9 out. In the position of the piston 9 shown in Fig. 1 is the not shown gas exchange valve closed.
- the cylinder bore 3, the piston 9 and the annular piston 7 limit in the direction of a longitudinal axis 11 of the piston 9 a first chamber 13. So between cylinder bore 3 and piston 9 no fluid or fluid can escape, is a first Sealing ring 15 at the left in Fig. 1 end of the first chamber thirteenth arranged.
- the piston 9 has a recess 17.
- the diameter of the piston 9 on both sides of the groove 17 are of different sizes.
- the piston 9 has a smaller diameter d 1
- the piston 9 has a larger diameter d 2 .
- the annular piston 7 is arranged between the sleeve 5 and the piston 9, the annular piston 7 is arranged.
- the annular piston 7 is fitted in the cylinder bore 3 so that it is displaceable on the one hand in the axial direction and that on the other hand, a good sealing effect between the cylinder bore 3 and the annular piston 7 is achieved.
- the annular piston 7 has a stepped center hole 19 with a smaller diameter d 3 and a larger diameter, which is as large as d 2 , on.
- the fit between the annular piston 7 and the larger diameter d 2 of the piston 9 is also chosen so that the annular piston 7 and piston 9 are movable relative to each other in the axial direction and still a good sealing effect is achieved.
- the cylinder bore 3 and the annular piston 7 define a second chamber 27.
- the cylinder bore 3 has a diameter d 4 in this area, which corresponds to the outer diameter of the annular piston 7.
- this has a shoulder with the diameter d 5 .
- the annular piston 7, the part of the cylinder bore 3 with the diameter d 4 and the piston define a second chamber 27.
- the first chamber 13 is hydraulically connectable via a first switching valve 29 to a pump 31.
- the first switching valve 29 may be formed, for example, as an electrically operated solenoid valve.
- the pump 31 acts on the third chamber 25 permanently the delivery pressure generated by it.
- switching valve 33 may be a hydraulic connection between the second chamber 27 and a relief space or oil sump 35 are made.
- a check valve 39th arranged in a conduit 37, which second chamber 27 and second Switching valve 33 connects.
- a hydraulic accumulator 41 is connected.
- Hydraulic reservoir 41 has a piston 43 which extends against the force of a spring 45 moves when the on the Spring 45 facing away from the end face of the piston 43 acting pressure is sufficiently high. This print is the same size as the Pressure in the line 37.
- the path of the piston 43 against the Force of the spring 45 is by a stop 47, which also can be made adjustable, limited.
- Between the first chamber 13 and the second chamber 27 is a provided hydraulic connection in which an adjustable Throttle 49 is arranged.
- the hydraulic force acting on the first annular surface A 1 is reduced by the hydraulic forces acting on a third annular surface A 3 and a fourth annular surface A 4 .
- the third annular surface A 3 is limited by the shoulder in the piston 9, which is formed by the diameter d 1 of the piston 9 and the diameter d 6 of the recess 17. On the third annular surface A 3 , the hydraulic fluid in the first chamber 13 exerts a force acting in FIG. 1 to the left.
- the fourth annular surface A 4 is bounded by a shoulder 51 of the piston 9 in the region of the third chamber 25.
- the heel 51 is formed by the diameter d 2 and the diameter d 5 of the piston 9.
- the fourth annular surface A 4 always exerts a force acting counter to the opening direction on the piston 9, since, as already mentioned, the third chamber 25 is always acted upon by the pre-pressure of the pump 31.
- the piston 9 moves to the right when the first chamber 13 is acted upon by the delivery pressure of the pump 31.
- the annular piston 7 transmits the hydraulic force acting on it via the shoulder of its stepped center hole 19 on the piston 9.
- the movement of the piston 9 in Fig. 1 to the right has the opening of the gas exchange valve, not shown result.
- the actuator is shown in a position, in which the gas exchange valve is closed and the full Opening force is available.
- Fig. 2b the state is shown in which the volume of the second chamber 27 is no longer decreasing, since the pressure accumulator 41, not shown in Fig. 2 no longer receives fluid. As a result, the annular piston 7 no longer moves. If the gas exchange valve is opened further, leaves the piston 9 with its diameter d 2, the stepped center hole 19 of the annular piston 7. From this position, a direct hydraulic connection between the first chamber 13 and second chamber 27 is present. At the opening force, this does not change anything.
- the position at which the desired deceleration of the gas exchange valve begins before impinging on the valve seat, not shown, is dependent on the stroke of the accumulator piston 43 and thus not on the thermal expansion to which the hydraulic actuator is exposed. Even manufacturing tolerances of the actuator do not influence this position.
- the ratios of the opening force when lifting the gas exchange valve from the valve seat and the reduced opening force upon further opening of the gas exchange valve and the closing force when closing the gas exchange valve can be matched to an optimum performance of the hydraulic actuator to reach.
- Fig. 3 is a detail of the actuator according to FIG. 1. only in the scope of interest with housing 1, the first Chamber 13, second chamber 27 and third chamber 25 and its hydraulic connection to the hydraulic pump 31 with the example. as a 2/2-way solenoid valve formed first switching valve 29th and the hydraulic connection between the first chamber 13 and second chamber 27 via the throttle 49 shown. Of the hydraulic discharge chamber or oil sump is still with 35 and the second chamber 27 with the example. As a 2/2-way solenoid valve formed second switching valve 33rd connecting line designated 37.
- the hydraulic actuator is modified insofar as the device for limiting the decrease in volume of the second chamber 27, the in Fig.
- the first switching valve 29 are opened. Fluid now flows under the delivery pressure into the chamber 13, so that the piston 9 of the actuator together with the annular piston. 7 is shifted as shown in Fig. 2b. Becomes a any time during the displacement of the annular piston 7, the second switching valve 33 in its blocking position switched, so no fluid from the second chamber 27th flow out and the annular piston 7 is blocked.
- the hub of the Ring piston 7 is thus by the time of switching of the open at the beginning of the opening movement of the actuator second Changeover valve 33 set.
- a flow-controlled valve 51 is turned on, the like is formed so that it from the first chamber 13th inflowing fluid is closable.
- This flow-controlled Valve 51 prevents being in the initial phase to Auf Kunststoffn the gas exchange valve in which both the first switching valve 29 and the second switching valve 33 is opened, fluid directly from the first switching valve 29 via the second Switching valve 33 flows to the oil sump 35; because of the Throttle 49 flowing leakage increases the energy demand for the valve control when it rises unacceptably.
- FIG. 5 The structure of the flow-controlled valve 51 is shown in FIG. 5 and FIG. 6 shows schematically, FIG. 5 showing the opened one Valve and Fig. 6 shows the closed valve.
- the flow-controlled valve 51 has a housing 52 with a associated with the chamber 13 of the actuator first Valve terminal 53, with a throttle 49th connected second valve port 54 and one with the Output of the first switching valve 29 connected third Valve connection 55 on.
- the first valve port 53 is available a lower valve chamber 56, the third valve port 55 with an upper valve space 57 and the second valve port 54th with a between the lower and upper valve chamber 56, 57 itself located annular space 58 in conjunction.
- valve seat 59 Between the bottom Valve chamber 56 and the annular space 58 is in the housing 52 one of a valve seat 59 surrounded valve opening 60 is formed.
- a guide sleeve 61 used in a trained as a sliding piston Valve member 62 is slidably guided.
- the valve member 62nd acts with the valve seat 59 to close and release the Valve opening 60 together, so that the annular space 58 at on the Valve seat 59 seated valve member 62 (Fig. 6) of the lower valve chamber 56 is shut off and at by the Valve seat 59 lifted valve member 62 (Fig. 5) with the lower valve space 56 is connected.
- valve opening spring 63 In the lower valve chamber 56 is a valve opening spring 63 inserted, acting as a compression spring is formed and on the one hand at one in the bottom Valve chamber 56 trained shoulder 64 and on the other hand on Valve member 62 is supported.
- the valve opening spring 63 applies this Valve member 62 against a in the guide sleeve 61st trained stop 65 at.
- the valve member 62 is provided with a central passage opening 66 provided permanently the upper valve chamber 57 with the lower valve chamber 56 connects.
- the passage opening 66 is designed as a throttle, including its inner contour 67 a having such an embodiment that that of the upper Valve chamber 57 to the lower valve chamber 56 flowing fluid causes a pressure drop in the passage opening 66.
- FIGS. 5 and 6 has the Through opening 66 in the form of a double truncated cone, at the two truncated cones with their smaller bases are juxtaposed.
- the first switching valve 29, fluid flows from the outlet of the pump 31 the passage opening 66 in the valve member 62, due to the inner contour 67, a pressure drop between the upper and lower valve space 57, 56 is formed.
- the pressure is in upper valve space 57 larger than in the lower valve chamber 56, and it arises on the valve member 62 a resultant Displacement force, contrary to the spring force of the Valve opening spring 63, the valve member 62 on the valve seat 59 touches and thus closes the valve opening 60, whereby the connection to the throttle 49 is blocked.
- first switching valve 29 If the first switching valve 29 is closed again, then flows no more fluid through the passage opening 66. It arises no pressure drop at the inner contour 67, so that the pressures in lower valve chamber 56 and 57 in the upper valve chamber the same size are.
- the force acting on the valve member 60 is zero, and by the spring force of the valve opening spring 63 is the Valve member 62 to the stop 65 in the guide sleeve 61st created.
- the valve member 62 is thus from the valve seat 59th lifted and the first chamber 13 of the actuator with the throttle 49 connected.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktor für ein Gaswechselventil für Brennkraftmaschinen (siehe z.B. SE-B-353575).The invention relates to a hydraulic actuator for a Gas exchange valve for internal combustion engines (see, for example, SE-B-353575).
Das Öffnen und Schließen des Gaswechselventils soll möglichst schnell erfolgen, um die Strömungsverluste des Gaswechselventils beim Ansaugen der Verbrennungsluft oder beim Ausschieben der Abgase aus dem Brennraum zu minimieren.The opening and closing of the gas exchange valve should as possible done quickly to the flow losses of the Gas exchange valve when sucking the combustion air or to minimize when pushing out the exhaust gases from the combustion chamber.
Der zeitweise im Brennraum der Brennkraftmaschine herrschende Überdruck preßt das Gaswechselventil in den Ventilsitz. Wegen dieses Überdrucks erfordert das Öffnen der Gaswechselventile einen erhöhten Kraftbedarf zum Abheben des Gaswechselventils, insbesondere des Auslaßventils, vom Ventilsitz. Nachdem das Gaswechselventil vom Ventilsitz abgehoben hat, sinkt der Druck im Brennraum stark ab, so daß der Kraftbedarf zum Öffnen des Gaswechselventils entsprechend geringer ist.The ruling temporarily in the combustion chamber of the internal combustion engine Overpressure presses the gas exchange valve in the valve seat. Because of This overpressure requires the opening of the gas exchange valves an increased power requirement for lifting the gas exchange valve, in particular the exhaust valve, from the valve seat. After that Gas valve has lifted from the valve seat, the sinks Pressure in the combustion chamber from strong, so that the power requirement for Opening the gas exchange valve is correspondingly lower.
Beim Schließen des Gaswechselventils ist außerdem darauf zu achten, daß die Geschwindigkeit, mit der der Ventilteller des Gaswechselventils auf dem Ventilsitz auftrifft nicht zu groß ist. Wenn diese Geschwindigkeit zu hoch ist, entstehen ein unerwünschtes Geräusch und ein erhöhter Verschleiß beim Auftreffen des Ventiltellers auf dem Ventilsitz.When closing the gas exchange valve is also on it Make sure that the speed at which the valve plate of the Gas exchange valve on the valve seat does not hit too large is. If this speed is too high, a result unwanted noise and increased wear when Impingement of the valve disk on the valve seat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Aktor für ein Gaswechselventil bereitzustellen, der eine große Kraft am Anfang der Öffnungsbewegung auf das Gaswechselventil ausüben kann, der schnelle Steuerbewegungen des Gaswechselventils ermöglicht und bei dem das Gaswechselventil mit geringer Geschwindigkeit auf dem Ventilsitz auftrifft.The invention is based on the object, a hydraulic Actuator for a gas exchange valve to provide a great force at the beginning of the opening movement on the Gas exchange valve can exercise, the fast control movements allows the gas exchange valve and in which the Gas exchange valve with low speed on the Valve seat impinges.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen hydraulischen Aktor für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einer Zylinderbohrung, mit einem Kolben und einem Ringkolben, wobei der Kolben und der Ringkolben in der Zylinderbohrung geführt werden, wobei der Kolben, der Ringkolben und die Zylinderbohrung in axialer Richtung eine erste Kammer begrenzen, deren Volumen zunimmt, wenn der Aktor das Gaswechselventil öffnet, wobei der Ringkolben und die Zylinderbohrung in axialer Richtung eine zweite Kammer begrenzen, deren Volumen abnimmt, wenn der Aktor das Gaswechselventil öffnet, wobei der Kolben und die Zylinderbohrung eine dritte Kammer begrenzen, deren Volumen abnimmt, wenn der Aktor das Gaswechselventil öffnet, wobei eine Einrichtung zur Begrenzung der Volumenabnahme der zweiten Kammer vorgesehen ist und die erste Kammer und die zweite Kammer über eine Drossel miteinander in Verbindung stehen. This object is achieved by a hydraulic actuator for a gas exchange valve one Internal combustion engine with a cylinder bore, with a Piston and an annular piston, the piston and the Ring piston are guided in the cylinder bore, wherein the Piston, the ring piston and the cylinder bore in axial Limit a first chamber whose volume increases, when the actuator opens the gas exchange valve, wherein the Ring piston and the cylinder bore in the axial direction a second chamber limit, whose volume decreases when the Actuator opens the gas exchange valve, the piston and the Cylinder bore limit a third chamber whose volume decreases when the actuator opens the gas exchange valve, wherein a device for limiting the volume decrease of second chamber is provided and the first chamber and the second chamber via a throttle communicate with each other.
Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Aktor wird zu Beginn der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils eine große hydraulische Kraft vom Aktor auf das Gaswechselventil übertragen, so daß trotz des Gegendrucks aus dem Brennraum auf den Ventilteller des Gaswechselventils das Gaswechselventil sicher und schnell vom Ventilsitz abgehoben werden kann. Sobald der Kraftbedarf zur Betätigung des Gaswechselventils zurückgegangen ist, bspw. weil kein Gegendruck im Brennraum mehr vorhanden ist, wird der Ringkolben nicht mehr weiter bewegt und es wirkt infolgedessen nur noch eine geringere hydraulische Kraft auf den Kolben des Aktors, die wiederum auf das Gaswechselventil übertragen wird. Mit Verringerung der hydraulischen Kraft verringert sich die zur Verstellung des Aktorkolbens erforderliche Energie, so daß insgesamt der Energiebedarf für die Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine sinkt. Gleichzeitig mit der Verringerung dieser Kraft ändert sich auch die Stellgeschwindigkeit des Gaswechselventils. Schließlich kann beim Schließen des Gaswechselventils mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Aktor ein Abbremsen des Gaswechselventils erreicht werden, bevor das Gaswechselventil auf dem Ventilsitz der Brennkraftmaschine auftrifft. Dadurch werden der Verschleiß von Ventilsitz und Gaswechselventil sowie die Geräuschentwicklung der Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine verringert.In the hydraulic actuator according to the invention is at the beginning the opening movement of the gas exchange valve a large hydraulic force from the actuator to the gas exchange valve transferred so that despite the back pressure from the combustion chamber on the valve plate of the gas exchange valve the Gas exchange valve safely and quickly lifted off the valve seat can be. As soon as the power required to operate the Gas exchange valve has decreased, for example, because no Back pressure in the combustion chamber is more present, the Ring piston stops moving and it works As a result, only a lower hydraulic force the piston of the actuator, in turn, on the gas exchange valve is transmitted. With reduction of hydraulic power reduces the adjustment of the actuator piston required energy, so that the total energy demand for the valve control of the internal combustion engine decreases. Simultaneously with the reduction of this force changes also the positioning speed of the gas exchange valve. Finally, when closing the gas exchange valve with the A hydraulic actuator according to the invention a braking of the Gas exchange valve can be achieved before the gas exchange valve impinges on the valve seat of the internal combustion engine. Thereby be the wear of valve seat and gas exchange valve as well as the noise development of the valve control Internal combustion engine reduced.
Außerdem ist der Beginn des Abbremsvorgangs des Gaswechselventils beim Schließen desselben unabhängig von den Fertigungstoleranzen des Gaswechselventils und den bei Brennkraftmaschinen immer vorhandenen temperaturbedingten Längenänderungen infolge der Wärmedehnung. Deshalb ist mit dem erfindungsgemäßen Aktor ein sehr stabiles Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine realisierbar, das weder durch Temperaturdehnungen noch durch Fertigungstoleranzen beeinflußt wird.Moreover, the beginning of the deceleration process of Gas exchange valve when closing the same regardless of the Manufacturing tolerances of the gas exchange valve and at Internal combustion engines always present temperature-related Length changes due to thermal expansion. That's why with the actuator of the invention is a very stable Operating behavior of the internal combustion engine feasible, the neither by thermal expansions nor by Manufacturing tolerances is affected.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kolben einen Einstich aufweist, daß der Ringkolben eine Außenfläche und eine gestufte Mittenbohrung mit einem größeren Durchmesser und einem kleineren Durchmesser aufweist, und daß der Ringkolben mit dem größeren Durchmesser der Mittenbohrung auf den Kolben aufschiebbar ist, so daß auf einfache Weise das Verhältnis der Betätigungskräfte des Aktors beim Öffnen des Gaswechselventils und während der restlichen Stellbewegung einstellbar ist.In a variant of the invention it is provided that the Piston has a puncture that the annular piston a Outer surface and a stepped center hole with a larger diameter and a smaller diameter has, and that the annular piston with the larger diameter the center hole on the piston can be pushed, so that on simple way the ratio of the operating forces of the Actuator when opening the gas exchange valve and during the remaining adjusting movement is adjustable.
Dieser Effekt kann weiter gesteigert werden dadurch, daß die Durchmesser des Kolbens zu beiden Seiten des Einstichs unterschiedlich sind und daß der Ringkolben auf den größeren Durchmesser aufschiebbar ist.This effect can be further increased by the fact that the Diameter of the piston on both sides of the groove are different and that the ring piston on the larger Diameter is pushed.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Einrichtung zur Begrenzung der Volumenabnahme der zweiten
Kammer ein mit der zweiten Kammer hydraulisch in Verbindung
stehender Druckspeicher mit einem Kolben ist und daß der Weg
des Kolbens begrenzbar ist, so daß auf einfache Weise durch
hydraulische Mittel der Ringkolben arretiert werden kann. Da
der Druckspeicher nicht die hohen Temperaturen des
Gaswechselventils und des Zylinderkopfs der
Brennkraftmaschine erreicht, ist die Stellung, in der der
Ringkolben nach erfolgtem Öffnen des Gaswechselventils
arretiert wird, unabhängig von den Wärmedehnungen des
Gaswechselventils und des Zylinderkopfs.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß der
Druckspeicher ein Federspeicher oder ein Gasspeicher ist
und/oder daß der Weg des Kolbens durch einen Anschlag,
insbesondere einen verstellbaren Anschlag, begrenzbar ist, so
daß der erfindungsgemäße Aktor einfach justiert werden kann.In a further feature of the invention, it is provided that the means for limiting the decrease in volume of the second chamber is hydraulically connected to the second chamber pressure accumulator with a piston and that the path of the piston can be limited, so that in a simple manner by hydraulic means of Ring piston can be locked. Since the accumulator does not reach the high temperatures of the gas exchange valve and the cylinder head of the internal combustion engine, the position in which the annular piston is locked after the opening of the gas exchange valve, regardless of the thermal expansion of the gas exchange valve and the cylinder head.
Further embodiments of the invention provide that the pressure accumulator is a spring accumulator or a gas storage and / or that the way of the piston by a stop, in particular an adjustable stop, can be limited, so that the actuator according to the invention can be easily adjusted.
Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, daß die erste Kammer über ein erstes Schaltventil mit einer Pumpe verbindbar ist, daß die zweite Kammer über ein zweites Schaltventil mit einem Ölsumpf verbindbar ist und daß die dritte Kammer mit dem Förderdruck der Pumpe beaufschlagt wird, so daß durch das Betätigen zweier Schaltventile das Gaswechselventil mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Aktor entweder geöffnet oder geschlossen werden kann, wobei die erhöhte Kraft beim Abheben des Gaswechselventils vom Ventilsitz und die Verzögerung des Gaswechselventils vor dem Auftreffen auf den Ventilsitz automatisch von dem erfindungsgemäßen hydraulischen Aktor realisiert werden.Further additions of the invention provide that the first Chamber via a first switching valve with a pump is connectable, that the second chamber via a second Switching valve with an oil sump is connectable and that the third chamber with the delivery pressure of the pump acted upon is, so that by operating two switching valves the Gas exchange valve with the hydraulic according to the invention Actuator can either be opened or closed, with the increased force when lifting the gas exchange valve from Valve seat and the delay of the gas exchange valve before the Impact on the valve seat automatically from the be realized according to the invention hydraulic actuator.
Eine gesonderte Ansteuerung desselben ist dazu nicht erforderlich. Dies entlastet das zum Ansteuern des Aktors erforderliche Steuergerät und macht den erfindungsgemäßen hydraulischen Aktor robust und unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen.A separate control of the same is not required. This relieves that for driving the actuator required control unit and makes the inventive hydraulic actuator robust and insensitive to external influences.
Die erfindungsgemäße Wirkung des Aktors wird weiter dadurch unterstützt, daß die erste Kammer und die zweite Kammer über eine einstellbare Drossel, hydraulisch miteinander in Verbindung stehen und/oder daß ein Rückschlagventil zwischen zweiter Kammer und erster Kammer vorgesehen ist, welches die hydraulische Verbindung von der ersten Kammer zur zweiten Kammer sperrt. Die Drossel hat maßgeblichen Einfluß auf das Abbremsen des Gaswechselventils vor dem Auftreffen auf dem Ventilsitz.The inventive effect of the actuator is further characterized supports that the first chamber and the second chamber via an adjustable throttle, hydraulically communicate with each other and / or that one Check valve between the second chamber and the first chamber is provided, which is the hydraulic connection of the first chamber to the second chamber locks. The throttle has decisive influence on the deceleration of the gas exchange valve before hitting the valve seat.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Einrichtung zur Begrenzung der Volumenabnahme in der zweiten Kammer ein mit einer Öffnung in der zweiten Kammer in Verbindung stehendes Absperrventil auf, das die Öffnung in seiner einen Schaltstellung verschließt und in seiner anderen Schaltstellung zum Fluidausfluß freigibt. Mit Schließen des Absperrventils wird der Ringkolben festgesetzt, so daß der Schließzeitpunkt des Absperrventils den Hubweg des Ringkolbens festlegt. Von dem Hubweg des Ringkolbens ist wiederum der Zeitpunkt des Einsetzens der Bremswirkung beim Schließen des Gaswechselventils abhängig, die bei einem größeren Hub des Ringkolbens früher und bei einem kleineren Hub später einsetzt. Durch das Absperrventil kann somit der Bremsbeginn unabhängig von Fertigungstoleranzen oder Materialausdehnungen infolge von Temperaturschwankungen eingestellt werden.According to an advantageous embodiment of the invention the device for limiting the volume decrease in the second chamber with an opening in the second chamber in Connection standing on shut-off valve, the opening in its one switching position closes and in its other Switching position releases fluid outflow. With closing the Shut-off valve, the ring piston is fixed so that the Closing time of the shut-off valve the stroke of the Determines annular piston. From the stroke of the ring piston is turn the time of onset of braking effect Closing the gas exchange valve dependent, the at a larger stroke of the ring piston earlier and a smaller one Hub starts later. By the shut-off valve can thus the Brake start regardless of manufacturing tolerances or Material expansion due to temperature fluctuations be set.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Absperrventil nicht als zusätzliche Baueinheit eingesetzt, sondern dessen Funktion dem ohnehin für die Einleitung des Schließvorgangs des Gaswechselventils erforderlichen zweiten Schaltventil zugewiesen. Durch Wegfall des Absperrventils und durch den Verzicht auf den vorstehend beschriebenen Druckspeicher für die Einrichtung zur Begrenzung der Volumenabnahme in der zweiten Kammer werden die Baukosten für die Ventilsteuerung reduziert. According to an advantageous embodiment of the invention is the shut-off valve not as an additional unit but its function anyway for the Initiation of the closing process of the gas exchange valve assigned required second switching valve. By omission the shut-off valve and by dispensing with the above described pressure accumulator for the device for Limit the volume decrease in the second chamber reduces the construction costs for the valve control.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Kammer und der zwischen den beiden Kammern angeordneten Drossel zur Beeinflussung des Abbremsverhaltens des Aktorkolbens und damit des Gaswechselventils ein strömungsgesteuertes Ventil angeordnet, das so ausgebildet ist, daß es von dem der ersten Kammer zuströmenden Fluid schließbar ist. Dies hat den Vorteil, daß in der Anfangsphase des Hubs des Aktorkolbens, in dem beide Schaltventile geöffnet sind, Fluid von dem ersten Schaltventil nicht direkt über die Drossel in den hydraulischen Entlastungsraum oder Ölsumpf abfließen kann. Bei einer hohen Drosselwirkung der Drossel kann zwar auf dieses strömungsgesteuerte Ventil verzichtet werden, da nur geringe Fluidmengen über die Drossel abfließen, doch bei größerer Drosselöffnung zur Erzielung einer nur kleinen Bremswirkung am Gaswechselventil ist das strömungsgesteuerte Ventil zum Absperren der Drossel zur Vermeidung größerer Leckagen unerläßlich.According to an advantageous embodiment of the invention between the first chamber and the one between the two Chambers arranged throttle to influence the Abbremsverhaltens the actuator piston and thus the Gas exchange valve arranged a flow-controlled valve, which is designed to be that of the first chamber inflowing fluid is closable. This has the advantage that in the initial phase of the stroke of the actuator piston, in which both Switch valves are open, fluid from the first Switching valve is not directly above the throttle in the hydraulic discharge space or oil sump can drain. At a high throttle effect, the throttle can indeed on this flow-controlled valve can be dispensed with, since only small amounts of fluid flow through the throttle, but at larger throttle opening to achieve only a small Braking effect on the gas exchange valve is the flow-controlled Valve to shut off the throttle to avoid larger Leakage essential.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of Invention are the following drawings, whose Description and claims removed.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen hydraulischen Aktors mit dessen hydraulischer Anbindung,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt des Aktors gemäß Fig. 1 in drei verschiedenen Stellungen,
- Fig. 3 und 4
- jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt des Aktors gemäß Fig. 1 mit unterschiedlich modifizierter hydraulischer Anbindung,
- Fig. 5 und 6
- jeweils einen Längsschnitt eines strömungsgesteuerten Ventils in Fig. 4 im geöffneten (Fig. 5) und geschlossenem (Fig. 6) Zustand.
- Fig. 1
- a longitudinal section of a hydraulic actuator according to the invention with its hydraulic connection,
- Fig. 2
- 3 shows a longitudinal section of the actuator according to FIG. 1 in three different positions,
- 3 and 4
- in each case a detail of a longitudinal section of the actuator according to FIG. 1 with differently modified hydraulic connection,
- FIGS. 5 and 6
- in each case a longitudinal section of a flow-controlled valve in FIG. 4 in the opened (FIG. 5) and closed (FIG. 6) state.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 stellt einen
hydraulischen Aktor mit einem Gehäuse 1 im Längsschnitt dar.
Das Gehäuse 1 weist eine gestufte Zylinderbohrung 3 auf. Zur
Vereinfachung der Herstellung ist in das Gehäuse 1 eine Hülse
5 eingepreßt, deren Innenbohrung Teil der gestuften
Zylinderbohrung 3 ist. Im Bereich der Hülse 5 ist in der
Zylinderbohrung 3 ein Ringkolben 7 und ein Kolben 9 geführt.
In der in Fig. 1 dargestellten Position des Kolbens 9 ist das
nicht dargestellte Gaswechselventil geschlossen.The embodiment of FIG. 1 represents a
hydraulic actuator with a
Die Zylinderbohrung 3, der Kolben 9 und der Ringkolben 7
begrenzen in Richtung einer Längsachse 11 des Kolbens 9 eine
erste Kammer 13. Damit zwischen Zylinderbohrung 3 und Kolben
9 keine Flüssigkeit oder Fluid austreten kann, ist ein erster
Dichtring 15 am in Fig. 1 linken Ende der ersten Kammer 13
angeordnet. The cylinder bore 3, the
Der Kolben 9 weist einen Einstich 17 auf. Die Durchmesser des
Kolbens 9 zu beiden Seiten des Einstichs 17 sind
unterschiedlich groß. An der dem Dichtring 15 zugewandten
Seite hat der Kolben 9 einen kleineren Durchmesser d1, und an
dem anderen Ende des Einstichs 17 hat der Kolben 9 einen
größeren Durchmesser d2.The
Zwischen der Hülse 5 und dem Kolben 9 ist der Ringkolben 7
angeordnet. Der Ringkolben 7 ist so in die Zylinderbohrung 3
eingepaßt, daß er einerseits in axialer Richtung verschiebbar
ist und daß andererseits eine gute Dichtwirkung zwischen der
Zylinderbohrung 3 und dem Ringkolben 7 erzielt wird. Der
Ringkolben 7 weist eine gestufte Mittenbohrung 19 mit einem
kleineren Durchmesser d3 und einem größeren Durchmesser, der
so groß ist wie d2, auf. Die Passung zwischen dem Ringkolben
7 und dem größeren Durchmesser d2 des Kolbens 9 ist ebenfalls
so gewählt, daß Ringkolben 7 und Kolben 9 in axialer Richtung
relativ zueinander bewegbar sind und trotzdem eine gute
Dichtwirkung erzielt wird.Between the
Auf der in Fig. 1 rechten Seite des Ringkolbens 7 begrenzen
die Zylinderbohrung 3 und der Ringkolben 7 eine zweite Kammer
27. Die Zylinderbohrung 3 hat in diesem Bereich einen
Durchmesser d4, welcher dem Außendurchmesser des Ringkolbens
7 entspricht. An dem in Fig. 1 rechten Ende des Kolbens 9
weist dieser einen Absatz mit dem Durchmesser d5 auf.On the right in Fig. 1 side of the
An dem in Fig. 1 rechten Ende der Zylinderbohrung 3 wird der
Ringspalt zwischen Zylinderbohrung 3 und Kolben 9 durch einen
zweiten Dichtring 21 Überbrückt und gegen die Umgebung
abgedichtet. An diesem Ende des Kolbens 9 ist der Schaft 23
eines nur teilweise dargestellten Gaswechselventils mit dem
Kolben 9 formschlüssig verbunden.At the right in Fig. 1 end of the cylinder bore 3 is the
Annular gap between the cylinder bore 3 and
Zwischen dem Absatz des Kolbens 9 mit dem Durchmesser d5 und
der Zylinderbohrung 3 mit dem Durchmesser d2 befindet sich
eine dritte Kammer 25, die von dem Dichtring 21 gegenüber der
Umgebung abgedichtet wird. Der Ringkolben 7, der Teil der
Zylinderbohrung 3 mit dem Durchmesser d4 und der Kolben
begrenzen eine zweite Kammer 27. Die erste Kammer 13 ist über
ein erstes Schaltventil 29 mit einer Pumpe 31 hydraulisch
verbindbar. Das erste Schaltventil 29 kann bspw. als
elektrisch betätigtes Magnetventil ausgebildet sein.Between the shoulder of the
Die Pumpe 31 beaufschlagt die dritte Kammer 25 permanent mit
dem von ihr erzeugten Förderdruck.The
Durch ein zweites, bspw. als elektrisch betätigtes
Magnetventil ausgebildetes Schaltventil 33 kann eine
hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer 27 und
einem Entlastungsraum oder Ölsumpf 35 hergestellt werden. In
einer Leitung 37, welche zweite Kammer 27 und zweites
Schaltventil 33 verbindet, ist ein Rückschlagventil 39
angeordnet. Zwischen Rückschlagventil 39 und zweiter Kammer
27 ist ein hydraulischer Speicher 41 angeschlossen. Der
hydraulische Speicher 41 weist einen Kolben 43 auf, der sich
gegen die Kraft einer Feder 45 bewegt, wenn der auf die der
Feder 45 abgewandten Stirnseite des Kolbens 43 wirkende Druck
ausreichend hoch ist. Dieser Druck ist gleich groß wie der
Druck in der Leitung 37. Der Weg des Kolbens 43 gegen die
Kraft der Feder 45 wird durch einen Anschlag 47, der auch
verstellbar ausgeführt sein kann, begrenzt. Zwischen der
ersten Kammer 13 und der zweiten Kammer 27 ist eine
hydraulische Verbindung vorgesehen, in der eine einstellbare
Drossel 49 angeordnet ist.By a second, for example. As electrically operated
Solenoid valve formed switching
Wenn die erste Kammer 13 und die dritte Kammer 25 mit dem Förderdruck der Pumpe 31 beaufschlagt werden, was bei geöffnetem ersten Schaltventil 29 der Fall ist, wirken auf den Kolben 9 verschiedene hydraulische Kräfte, die nachfolgend erläutert werden:
- Der Durchmesser d4 der Zylinderbohrung 3,
der Ringkolben 7 und die in Fig. 1 rechte Seite des Einstichs 17 bilden eine erste Ringfläche A1 mit einem Außendurchmesser d4 und einem Innendurchmesser d6, welcher dem Innendurchmesser des Einstichs 17 entspricht. Der auf die erste Ringfläche A1 wirkende Druck des in der erstenKammer 13 befindlichen hydraulischen Fluids versuchtden Kolben 9 nach rechts zu bewegen. Die daraus resultierende Kraft ist für das Öffnen des nicht dargestellten Gaswechselventils verantwortlich. - Der Absatz auf der in Fig. 1 rechten Seite des
Einstichs 17, der durch die Durchmesser d2 und d6 begrenzt wird, wird nachfolgend auch als zweite Ringfläche A2 bezeichnet.
- The diameter d 4 of the cylinder bore 3, the
annular piston 7 and the right in FIG. 1 side of thegroove 17 form a first annular surface A 1 with an outer diameter d 4 and an inner diameter d 6 , which corresponds to the inner diameter of therecess 17. The pressure acting on the first annular surface A 1 of the hydraulic fluid in thefirst chamber 13 attempts to move thepiston 9 to the right. The resulting force is responsible for opening the gas exchange valve, not shown. - The paragraph on the right in Fig. 1 side of the
groove 17, which is bounded by the diameter d 2 and d 6 , hereinafter referred to as the second annular surface A 2 .
Verringert wird die auf die erste Ringfläche A1 wirkende hydraulische Kraft durch die auf eine dritte Ringfläche A3 und eine vierte Ringfläche A4 wirkenden hydraulischen Kräfte.The hydraulic force acting on the first annular surface A 1 is reduced by the hydraulic forces acting on a third annular surface A 3 and a fourth annular surface A 4 .
Die dritte Ringfläche A3 wird durch den Absatz im Kolben 9,
welcher durch den Durchmesser d1 des Kolbens 9 und den
Durchmesser d6 des Einstichs 17 gebildet wird, begrenzt. Auf
die dritte Ringfläche A3 übt das in der ersten Kammer 13
befindliche Hydraulikfluid eine in Fig. 1 nach links wirkende
Kraft aus.The third annular surface A 3 is limited by the shoulder in the
Die vierte Ringfläche A4 wird durch einen Absatz 51 des
Kolbens 9 im Bereich der dritten Kammer 25 begrenzt. Der
Absatz 51 wird durch den Durchmesser d2 und den Durchmesser
d5 des Kolbens 9 gebildet. Die vierte Ringfläche A4 übt stets
eine entgegen der Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf den
Kolben 9 aus, da, wie bereits erwähnt, die dritte Kammer 25
stets mit dem Vordruck der Pumpe 31 beaufschlagt wird.The fourth annular surface A 4 is bounded by a
Da die erste Ringfläche A1 größer ist als die dritte
Ringfläche A3 und die vierte Ringfläche A3, bewegt sich der
Kolben 9 nach rechts, wenn die erste Kammer 13 mit dem
Förderdruck der Pumpe 31 beaufschlagt wird. Der Ringkolben 7
überträgt die auf ihn wirkende hydraulische Kraft über den
Absatz seiner gestuften Mittenbohrung 19 auf den Kolben 9.
Die Bewegung des Kolbens 9 in Fig. 1 nach rechts hat das
Öffnen des nicht dargestellten Gaswechselventils zur Folge.Since the first annular surface A 1 is larger than the third annular surface A 3 and the fourth annular surface A 3 , the
Wenn der Ringkolben 7 und der Kolben 9 sich in Fig. 1 nach
rechts bewegen, nimmt das Volumen der zweiten Kammer 27 ab.
Da das zweite Schaltventil 33 geschlossen ist, kann das durch
die Bewegung des Ringkolbens 7 und des Kolbens 9 nach rechts
aus der zweiten Kammer 25 verdrängte Fluid nur in den
hydraulischen Speicher 41 strömen. Das hydraulische Fluid,
welches in den hydraulischen Speicher 41 strömt, bewegt den
Kolben 43 gegen die Feder 45, bis der Kolben 43 auf dem
Anschlag 47 aufliegt.When the
Wenn der Kolben 43 an dem Anschlag 47 aufliegt, kann kein
Hydraulikfluid mehr aus der zweiten Kammer 27 in den
hydraulischen Speicher 41 strömen, was zur Folge hat, daß das
Volumen der zweiten Kammer 27 konstant bleibt. Dies bedeutet
nichts anderes als daß der Ringkolben 7 sich nicht mehr
weiter nach rechts bewegen kann. Infolgedessen verringert
sich die hydraulische Kraft, welche den Kolben 9 nach rechts
bewegt, da nunmehr nur noch die auf die zweite Ringfläche A2
wirkende hydraulische Kraft für die Öffnung des nicht
dargestellten Gaswechselventils zur Verfügung steht.When the
Die zuvor beschriebenen, auf die dritte Ringfläche A3 und die vierte Ringfläche A4 wirkenden hydraulischen Kräfte, welche den Kolben nach links, also entgegen der Öffnungsbewegung, drücken wollen, bleiben unverändert. Dadurch wird die auf das nicht dargestellte Gaswechselventil wirkende Öffnungskraft nach dem Abheben des Gaswechselventils vom nicht dargestellten Ventilsitz verringert.The above-described, on the third annular surface A 3 and the fourth annular surface A 4 acting hydraulic forces, which want to push the piston to the left, ie contrary to the opening movement, remain unchanged. As a result, the force acting on the gas exchange valve, not shown opening force is reduced after lifting the gas exchange valve from the valve seat, not shown.
In der Figuren 2a, 2b und 2c sind verschiedene Stadien der Öffnungsbewegung und der Schließbewegung dargestellt anhand derer das oben gesagte verdeutlicht werden soll. Um die Zeichnung nicht zu überfrachten sind in Fig. 2 nicht alle Bezugszeichen der Fig. 1 wiederholt worden.In the figures 2a, 2b and 2c are various stages of Opening movement and the closing movement shown by which the above should be clarified. To the Not to overload drawing in Fig. 2 are not all Reference number of Fig. 1 has been repeated.
In der Fig. 2a ist der Aktor in einer Stellung dargestellt, in der das Gaswechselventil geschlossen ist und die volle Öffnungskraft zur Verfügung steht.2a, the actuator is shown in a position, in which the gas exchange valve is closed and the full Opening force is available.
In der Fig. 2b ist der Zustand dargestellt in dem das Volumen
der zweiten Kammer 27 nicht mehr abnimmt, da der in Fig. 2
nicht dargestellte Druckspeicher 41 kein Fluid mehr aufnimmt.
In Folge dessen bewegt sich der Ringkolben 7 nicht mehr. Wenn
das Gaswechselventil weiter geöffnet wird, verläßt der Kolben
9 mit seinem Durchmesser d2 die gestufte Mittenbohrung 19 des
Ringkolbens 7. Ab dieser Stellung ist eine direkte
hydraulische Verbindung zwischen erster Kammer 13 und zweiter
Kammer 27 vorhanden. An der Öffnungskraft ändert dies nichts.In Fig. 2b, the state is shown in which the volume of the
In der Fig. 2c ist der hydraulische Aktor in einer Stellung
dargestellt, bei der das Gaswechselventil voll geöffnet ist
und sich der Kolben 9 aus dem Ringkolben 7 nach rechts
herausbewegt hat.In Fig. 2c, the hydraulic actuator in a position
shown, in which the gas exchange valve is fully open
and the
Zum Schließen des Gaswechselventils muß der Kolben 9 in den
Fig. 1 und 2 nach links bewegt werden. Dies geschieht
dadurch, daß das erste Schaltventil 29 geschlossen und das
zweite Schaltventil 33 geöffnet wird. Diese Stellung der
Schaltventile 29 und 33 ist in Fig. 1 dargestellt. Die auf
den Absatz 49 des Kolbens 9 von dem in der dritten Kammer 25
und unter dem Förderdruck der Pumpe 31 stehenden Fluid
ausgeübte hydraulische Kraft bewegt den Kolben 9 nach links.
Dabei wird Hydraulikfluid aus der ersten Kammer 13 und der
zweiten Kammer 27 über das Rückschlagventil 39 und das zweite
Schaltventil 33 in den Ölsumpf 35 gefördert. Außerdem kann
die Feder 45 des hydraulischen Speichers 41 den Kolben 43 vom
Anschlag 47 abheben und den Kolben 43 wieder in seine
Ausgangslage bewegen.To close the gas exchange valve, the
Sobald der Kolben 9 mit seinem Durchmesser d2 in die
Stufenbohrung 19 des Ringkolbens 7 eintaucht, kann das in der
ersten Kammer 13 befindliche Hydraulikfluid nicht mehr direkt
über die zweite Kammer 27 und die Leitung 37 in den Ölsumpf
35 gelangen, sondern muß über die Drossel 49 in den Ölsumpf
35 abfließen. Dadurch baut sich in der ersten Kammer 13 ein
gewisser Überdruck auf. Dadurch wird die Bewegung des Kolbens
9 abgebremst. Sobald der Ringkolben 7 am Kolben 9 mit seiner
gestuften Innenbohrung 19 aufliegt, bewegen sich der
Ringkolben 7 und der Kolben 9 gemeinsam. Dadurch wird ein
größeres Ölvolumen durch die Drossel 49 gefördert, was zu
einer Verstärkung der Bremswirkung führt.As soon as the
Die Stellung, ab der die gewünschte Abbremsung des
Gaswechselventils vor dem Auftreffen auf dem nicht
dargestellten Ventilsitz einsetzt, ist vom Hub des
Speicherkolbens 43 abhängig und somit nicht von der
Wärmeausdehnung, welcher der hydraulische Aktor ausgesetzt
ist. Auch Fertigungstoleranzen des Aktors beeinflussen diese
Position nicht. Durch die geeignete Wahl der Durchmesser d1
bis d6, können die Verhältnisse der Öffnungskraft beim
Abheben des Gaswechselventils vom Ventilsitz sowie der
reduzierten Öffnungskraft beim weiteren Öffnen des
Gaswechselventils und die Schließkraft beim Schließen des
Gaswechselventils aufeinander abgestimmt werden, um ein
optimales Betriebsverhalten des hydraulischen Aktors zu
erreichen.The position at which the desired deceleration of the gas exchange valve begins before impinging on the valve seat, not shown, is dependent on the stroke of the
In Fig. 3 ist ausschnittweise der Aktor gemäß Fig. 1. nur in
dem nachfolgend interessierenden Umfang mit Gehäuse 1, erster
Kammer 13, zweiter Kammer 27 und dritter Kammer 25 und seine
hydraulische Anbindung an die Hydraulikpumpe 31 mit dem bspw.
als 2/2-Wegemagnetventil ausgebildeten ersten Schaltventil 29
und der hydraulischen Verbindung zwischen erster Kammer 13
und zweiter Kammer 27 über die Drossel 49 dargestellt. Der
hydraulische Entlastungsraum oder Ölsumpf ist nach wie vor
mit 35 und die die zweite Kammer 27 mit dem bspw. als 2/2-Wegemagnetventil
ausgebildeten zweiten Schaltventil 33
verbindende Leitung mit 37 bezeichnet. Der hydraulische Aktor
ist insofern modifiziert, als die Einrichtung zur Begrenzung
der Volumenabnahme der zweiten Kammer 27, die in Fig. 1 als
hydraulischer Federspeicher 41 ausgeführt ist, nun durch ein
Absperrventil 50 ersetzt ist, das mit einer Öffnung in der
zweiten Kammer 27 in Verbindung steht, bspw. an die Leitung
37 angeschlossen ist, und die Öffnung in der zweiten Kammer
27 bzw. den Leitungsanschluß an der Leitung 37 in seiner
einen Schaltstellung verschließt und in seiner anderen
Schaltstellung zum Fluidabfluß hin zum Ölsumpf 35 freigibt.
Die Funktion dieses in Fig. 3 nur symbolisch eingezeichneten
Absperrventils 50 ist jedoch dem zweiten Schaltventil 33
zugewiesen, das zum Freigeben des Fluidabflusses aus der
zweiten Kammer 27 in der in Fig. 3 gezeigten Grundstellung
steht und zum Absperren der zweiten Kammer 27 in seine andere
Schaltstellung umgeschaltet wird. Darüber hinaus behält das
Umschaltventil 33 seine zu Fig. 1 bereits beschriebene
Funktion für das Schließen des Gaswechselventils unverändert
bei.In Fig. 3 is a detail of the actuator according to FIG. 1. only in
the scope of interest with
Wie vorstehend beschrieben ist, muß zum Öffnen des
Gaswechselventils das erste Schaltventil 29 geöffnet werden.
Fluid strömt nunmehr unter dem Förderdruck in die Kammer 13,
so daß der Kolben 9 des Aktors zusammen mit dem Ringkolben 7
wie in Fig. 2b dargestellt verschoben wird. Wird zu einem
beliebigen Zeitpunkt während der Verschiebung des Ringkolbens
7 das zweite Schaltventil 33 in seine Sperrstellung
umgeschaltet, so kann kein Fluid aus der zweiten Kammer 27
ausströmen und der Ringkolben 7 ist blockiert. Der Hub des
Ringkolbens 7 wird also durch den Zeitpunkt der Umschaltung
des zu Beginn der Öffnungsbewegung des Aktors offenen zweiten
Umschaltventils 33 festgelegt. As described above, to open the
Gas exchange valve, the
Wie vorstehend beschrieben ist, wird zum Schließen des
Gaswechselventils der Ringkolben 7 durch den Druck in der
dritten Ventilkammer 25 zurückgeschoben, sobald das erste
Schaltventil 29 wieder gesperrt und das zweite Schaltventil
33 wieder geöffnet wird. Dabei baut sich der Druck in der
ersten Kammer 13 über die Drossel 49 ab. Nach einem Hubweg
stößt der Kolben 9 an den Ringkolben 7 an und nimmt diesen
auf seinem weiteren Hubweg mit. Dadurch wird ein hoher
Volumenstrom und ein starker Druckanstieg in der ersten
Kammer 13 ausgelöst, so daß der Kolben 9 stark gebremst wird.
Die Bremswirkung setzt ab dem Zeitpunkt ein, an dem sich der
Ringkolben 7 mit dem Kolben 9 mitbewegt, so daß der Zeitpunkt
des Einsetzens des Bremsvorgangs durch den beim
Öffnungsvorgang des Gaswechselventils eingestellten Hubweg
des Ringkolbens 7 festgelegt ist. Damit kann durch den
Zeitpunkt des Umschaltens des zweiten Schaltventils 33 in
seine Sperrstellung beim Öffnen des Gaswechselventils der
Zeitpunkt des Einsetzens des Bremsvorgangs beim Schließen des
Gaswechselventils festgelegt werden.As described above, closing of the
Gas exchange valve of the
Das in Fig. 4 ausschnittweise dargestellte
Ausführungsbeispiel des Aktors mit hydraulischer Anbindung
ist gegenüber Fig. 3 nur insoweit modifiziert, als zwischen
der ersten Kammer 13 im Gehäuse 1 und der Drossel 49 in der
Verbindungsleitung zu der zweiten Kammer 27 im Gehäuse 1 ein
strömungsgesteuertes Ventil 51 eingeschaltet ist, das so
ausgebildet ist, daß es von dem der ersten Kammer 13
zuströmenden Fluid schließbar ist. Dieses strömungsgesteuerte
Ventil 51 verhindert, daß in der Anfangsphase zum Aufsteuern
des Gaswechselventils, in der sowohl das erste Schaltventil
29 als auch das zweite Schaltventil 33 geöffnet ist, Fluid
direkt von dem ersten Schaltventil 29 über das zweite
Schaltventil 33 zu dem Ölsumpf 35 abfließt; denn der über die
Drossel 49 fließende Leckstrom erhöht den Energiebedarf für
die Ventilsteuerung wenn er inakzeptabel ansteigt. Dies ist
insbesondere dann der Fall, wenn die Bremswirkung beim
Schließvorgang des Gaswechselventils durch eine größere
Aufsteuerung der Drossel 49 moderat gesenkt werden soll. Ist
das erste Schaltventil 29 geöffnet, so wird durch den von der
Hydraulikpumpe 31 in die erste Kammer 13 fließenden
Fluidstrom das Ventil 51 geschlossen und somit die Verbindung
zur Drossel 49 abgesperrt. Wird das erste Schaltventil 29
geschlossen, also in die in Fig. 4 dargestellte
Schaltstellung zurückgeführt, so öffnet das Ventil 51, und
die notwendige Verbindung zum Ausschieben des Fluids aus der
ersten Kammer 13 über die Drossel 49 beim Schließvorgang des
Gaswechselventils ist wieder hergestellt.The fragmentary shown in Fig. 4
Embodiment of the actuator with hydraulic connection
is compared to Fig. 3 only insofar modified as between
the
Der Aufbau des strömungsgesteuerten Ventils 51 ist in Fig. 5
und 6 schematisch dargestellt, wobei Fig. 5 das geöffnete
Ventil und Fig. 6 das geschlossene Ventil zeigt. Das
strömungsgesteuerte Ventil 51 weist ein Gehäuse 52 mit einem
mit der Kammer 13 des Aktors verbundenen ersten
Ventilanschluß 53, mit einem an der Drossel 49
angeschlossenen zweiten Ventilanschluß 54 und einem mit dem
Ausgang des ersten Schaltventils 29 verbundenen dritten
Ventilanschluß 55 auf. Der erste Ventilanschluß 53 steht mit
einem unteren Ventilraum 56, der dritte Ventilanschluß 55 mit
einem oberen Ventilraum 57 und der zweite Ventilanschluß 54
mit einem zwischen unterem und oberem Ventilraum 56, 57 sich
befindlichen Ringraum 58 in Verbindung. Zwischen dem unteren
Ventilraum 56 und dem Ringraum 58 ist im Gehäuse 52 eine von
einem Ventilsitz 59 umgebene Ventilöffnung 60 ausgebildet. In
den oberen Ventilraum 57 ist eine Führungshülse 61
eingesetzt, in der ein als Verschiebekolben ausgebildetes
Ventilglied 62 verschieblich geführt ist. Das Ventilglied 62
wirkt mit dem Ventilsitz 59 zum Schließen und Freigeben der
Ventilöffnung 60 zusammen, so daß der Ringraum 58 bei auf dem
Ventilsitz 59 aufsitzendem Ventilglied 62 (Fig. 6) von dem
unteren Ventilraum 56 abgesperrt ist und bei von dem
Ventilsitz 59 abgehobenem Ventilglied 62 (Fig. 5) mit dem
unteren Ventilraum 56 verbunden ist. Im unteren Ventilraum 56
ist eine Ventilöffnungsfeder 63 eingelegt, die als Druckfeder
ausgebildet ist und sich einerseits an einer im unteren
Ventilraum 56 ausgebildeten Schulter 64 und andererseits am
Ventilglied 62 abstützt. Die Ventilöffnungsfeder 63 legt das
Ventilglied 62 gegen einen in der Führungshülse 61
ausgebildeten Anschlag 65 an.The structure of the flow-controlled
Das Ventilglied 62 ist mit einer zentralen Durchgangsöffnung
66 versehen, die permanent den oberen Ventilraum 57 mit dem
unteren Ventilraum 56 verbindet. Die Durchgangsöffnung 66 ist
als Drossel ausgebildet, wozu deren Innenkontur 67 eine
solche Ausgestaltung aufweist, daß das von dem oberen
Ventilraum 57 zu dem unteren Ventilraum 56 strömende Fluid
einen Druckabfall in der Durchgangsöffnung 66 hervorruft. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 weist hierzu die
Durchgangsöffnung 66 die Form eines Doppelkegelstumpfes auf,
bei dem zwei Kegelstümpfe mit ihren kleineren Grundflächen
aufeinandergesetzt sind.The
Wird zum Öffnen des Gaswechselventils das erste Schaltventil
29 geöffnet, so strömt Fluid vom Ausgang der Pumpe 31 durch
die Durchgangsöffnung 66 im Ventilglied 62, wobei aufgrund
der Innenkontur 67 ein Druckabfall zwischen oberem und
unterem Ventilraum 57, 56 entsteht. Somit ist der Druck im
oberen Ventilraum 57 größer als im unteren Ventilraum 56, und
es entsteht am Ventilglied 62 eine resultierende
Verschiebekraft, die entgegen der Federkraft der
Ventilöffnungsfeder 63 das Ventilglied 62 auf den Ventilsitz
59 aufsetzt und damit die Ventilöffnung 60 schließt, wodurch
die Verbindung zur Drossel 49 gesperrt ist.Is to open the gas exchange valve, the
Wird das erste Schaltventil 29 wieder geschlossen, so fließt
kein Fluid mehr über die Durchgangsöffnung 66. Es entsteht
kein Druckabfall an der Innenkontur 67, so daß die Drücke im
unteren Ventilraum 56 und im oberen Ventilraum 57 gleich groß
sind. Die auf das Ventilglied 60 wirkende Kraft ist Null, und
durch die Federkraft der Ventilöffnungsfeder 63 wird das
Ventilglied 62 an den Anschlag 65 in der Führungshülse 61
angelegt. Das Ventilglied 62 ist damit vom Ventilsitz 59
abgehoben und die erste Kammer 13 des Aktors mit der Drossel
49 verbunden. Beim Schließen des Gaswechselventils kann
nunmehr das durch die Verschiebebewegung der Kolben 9 und 7
aus der ersten Kammer 13 verdrängte Fluidvolumen über die
Drossel 49 und das geöffnete zweite Schaltventil 33 in den
Ölsumpf 35 abfließen.If the
Claims (16)
- Hydraulic actuator for a gas exchange valve of an internal combustion engine, with a cylinder bore (3), with a piston (9) and with an annular piston (7), the piston (9) and the annular piston (7),being guided in the cylinder bore (3), the piston (9), the annular piston (7) and the cylinder bore (3) delimiting in the axial direction a first chamber (13), the volume of which increases when the actuator (1) opens the gas exchange valve (23), the annular piston (7) and the cylinder bore (3) delimiting in the axial direction a second chamber (27), the volume of which decreases when the actuator (1) opens the gas exchange valve (23), the piston (9) and the cylinder bore (3) delimiting a third chamber (25), the volume of which decreases when the actuator (1) opens the gas exchange valve (23), characterized in that a device for limiting the decrease in volume of the second chamber (27) is provided, and the first chamber (13) and the second chamber (27) are connected to one another via a throttle (49).
- Actuator according to Claim 1, characterized in that the piston (9) has an indentation (17), in that the annular piston (7) has a stepped central bore (19) with a larger diameter (d2) and with a smaller diameter (d3), and in that the annular piston (7) can be pushed with the larger diameter (d2) of the central bore (19) onto the piston (9).
- Actuator according to Claim 2, characterized in that the diameters (d1, d2) of the piston (9) are different on both sides of the indentation (17), and in that the annular piston (7) can be pushed onto the larger diameter (d2).
- Actuator according to one of Claims 1-3, characterized in that the third chamber (25) is connected directly and the first chamber (13) is connected via a first switching valve (29) to the outlet of a pump (31) generating a conveying pressure, and the second chamber (27) is connected via a second switching valve (33) to a fluid-receiving relief space (35).
- Actuator according to one of Claims 1-4, characterized in that the device for limiting the decrease in volume of the second chamber (27) is a pressure accumulator (41) connected to the second chamber (27) and having a piston (43), and in that the travel of the piston (43) can be limited.
- Actuator according to Claim 5, characterized in that the pressure accumulator (41) is a spring accumulator (45) or a gas accumulator.
- Actuator according to Claim 5 or 6, characterized in that the travel of the piston (43) can be limited by a stop, in particular an adjustable stop (47).
- Actuator according to one of Claims 1-4, characterized in that the device for limiting the decrease in volume in the second chamber (27) has a shut-off valve (50) which is connected to an orifice in the second chamber (27) and which, in one of its switching positions, closes the orifice and, in its other switching position, releases the orifice for the outflow of fluid.
- Actuator according to Claims 4 and 8, characterized in that the shut-off valve is formed by the second switching valve (33).
- Actuator according to one of Claims 1-9, characterized in that the first chamber (13) and the second chamber (27) are connected to one another via an adjustable throttle (49).
- Actuator according to one of Claims 1-9, characterized in that a non-return valve (39) is provided between the second chamber (27) and the first chamber (13), and in that the non-return valve (39) shuts off the connection from the first chamber (13) to the second chamber (27).
- Actuator according to Claim 10, characterized in that between the first chamber (13) and the throttle (49) is arranged a flow-controlled valve (51) which is designed in such a way that it is normally open and can be closed by the fluid flowing to the first chamber (13).
- Actuator according to Claim 12, characterized in that the flow-controlled valve (51) has a housing (52) with a first valve space (56) connected to the chamber (13), with a second valve space (57) connected to the throttle (49), with a third valve space (57) connected to the first switching valve (29) and with a valve orifice (60) arranged between the first and the second valve space (56, 58) and surrounded by a valve seat (59), and also has a valve member (62) which delimits the third valve space (57) and is displaceable axially in the housing and which cooperates with the valve seat (59) for the closing and opening of the valve orifice (60), and a throttle orifice (66) which is formed in the valve member (62) and which connects the first and the third valve space (56, 57) to one another.
- Actuator according to Claim 13, characterized in that the throttle (49) is formed by the inner contour (67) of a central passage orifice (66) which is introduced into the valve member (62) and which has an inner contour (67) configured such that the fluid flowing from the third valve space (57) into the first valve space (56) brings about a pressure drop at the valve member (62).
- Actuator according to Claim 14, characterized in that the inner contour (67) of the passage orifice (66) and the valve-opening spring (63) are coordinated with one another in such a way that the displacement force acting on the valve member (62) on account of the pressure difference is greater than the counteracting force of the valve-opening spring (63).
- Actuator according to one of Claims 13-15, characterized in that the passage orifice (66) is in the form of a double cone frustum in which two coaxial cone frusta stand with their smaller bases one on the other.
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