EP3406866A1

EP3406866A1 - Hydraulischer antrieb zum beschleunigen und abbremsen dynamisch zu bewegender bauteile

Info

Publication number: EP3406866A1
Application number: EP17172231.7A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Schneider; Patrik Soltic; Andyn OMANOVIC
Original assignee: Wolfgang Schneider Ingenieurbuero; Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
Current assignee: Wolfgang Schneider Ingenieurbuero; Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-11-28
Also published as: CN111212961B; CN111212961A; WO2018215335A1; US11156134B2; US20210003045A1; US20220042428A1; EP3631174A1

Abstract

Um bei einem hydraulischen Antrieb (10) zum Beschleunigen und Abbremsen eines Gaswechselventils (20) von Verbrennungsmotoren oder anderen Kolbenmaschinen, einen einfachen, zuverlässigen und rekuperativen Antrieb zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass ein erstes Druckreservoir (41) zum Bereitstellen eines ersten Druckes p 1 , einen zurückstellenden, vorzugsweise als Feder (25) ausgebildeten rückstellenden Energiespeicher und zumindest ein hydraulisches Basisdruckreservoir (40), welches einen niedrigeren Druck p 0 als das erste Druckreservoir (41) aufweist, vorzusehen. In einer Verbindungsleitung (48) zwischen dem ersten hydraulischen Druckreservoir (41) und dem Arbeitszylinder (22) ist eine steuerbare Öffnung (49) eines ersten Ventils (46) mit zumindest einem im Strömungspfad davor oder dahinter Rückschlagventil (47) angeordnet, welches dem Druckmedium (30) ein Strömen in Richtung Arbeitszylinder (22) erlaubt, aber ein Rückströmen in Richtung Druckreservoir (41) verhindert. Um auch die Schliessbewegung einzuleiten bzw. das Abbremsen des Gaswechselventils hydraulisch einfach und zuverlässig zu ermöglichen ist, in einer zweiten Verbindungsleitung (58) zwischen dem ersten Druckreservoir (41) und dem Arbeitszylinder (22) eine steuerbare Öffnung (59) eines zweiten Ventils (56) mit Rückschlagventil (57) angeordnet, welches ein Strömen in Richtung Arbeitszylinder (22) verhindert, aber ein Rückströmen in Richtung Druckreservoir (41) erlaubt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb zum Beschleunigen und Abbremsen von dynamisch zu bewegenden Bauteilen, insbesondere von Ventilen in Gaswechselsteuerungen von Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen.

Stand der Technik

Variable Ventilsteuerungen an Verbrennungsmotoren sind als geeignete Mittel bekannt, sowohl den Drehmomentverlauf über der Drehzahl zu verbessern, als auch den Gesamtwirkungsgrad des Motors zu verbessern sowie die Schadstoffemissionen zu senken. Die Vielzahl von Optimierungsmöglichkeiten ist in der Literatur beschrieben.
Heute ist eine grosse Vielzahl mechanischer, elektromechanischer, pneumatischer und hydraulischer Baumöglichkeiten für teil- oder vollvariable Ventilsteuerungen bekannt, die sich aber aufgrund ihres hohen Eigenenergieverbrauchs oder aufgrund hohen technischen Aufwands und der damit verbundenen Herstellkosten zumeist nur punktuell durchsetzen konnten. Des Weiteren besteht bei vielen solchen Systemen keine volle Variabilität; z.B. können Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer oder Öffnungsdauer und Öffnungshub fest miteinander verkoppelt sein, was die Möglichkeiten zur Optimierung des Verbrennungsmotors oder einer anderen Kolbenmaschine erheblich einschränken kann. Insbesondere hydraulische Systeme können aufgrund ihrer hohen Energiedichte raumsparend gebaut werden (SAE-1996-0581) und sind daher für variable Ventilsteuerungen an Verbrennungsmotoren besonders geeignet, wenn es gelingt, sowohl einen geringen Eigenenergieverbrauch als auch einen niedrigen Systemaufwand und eine hohe Zuverlässigkeit zu erzielen.
An einem Verbrennungsmotor können heute - je nach Aufgabenstellung - folgende Steuerungsaufgaben an eine vollvariable Ventilsteuerung gestellt sein:

Freies, nämlich unabhängiges Einstellen von Öffnungs- und Schliesszeitpunkten, d.h. der sogenannten Steuerzeiten, von Einlass- und Auslassventilen, bei Bedarf auch zylinderselektiv. Beispielsweise kann über die Öffnungsdauer der Einlassventile die Luft- oder Gemischmenge gesteuert werden.
Schnelles Öffnen und Schliessen der Ventile auch bei niedrigen Motordrehzahlen, also geringe Drosselverluste beim Gaswechsel.
Von der Öffnungsdauer unbeeinflusste Steuerung bzw. Variationsmöglichkeit des Öffnungshubes, beim Einlassventil zum Beispiel zur gewollten Turbulenzerzeugung in der Frischgasmenge, beim Auslassventil zum Beispiel zur Erhöhung der Motorbremswirkung sowie bei beiden zum Beispiel zur Minimierung des Eigenenergie- bzw. Gesamtenergieverbrauchs.
Unabhängiges und sicheres Schliessen zwecks Vermeidung von Verlusten und Vermeidung von Schäden durch ungeplantes Durchströmen heisser Gase, aber auch zur Vermeidung von Kollisionen der Gaswechselventile untereinander oder mit dem Kolben.
Sichere Maximalhubbegrenzung zwecks Vermeidung von Kollisionen der Gaswechselventile untereinander oder mit dem Kolben.
Elektronische Ansteuerbarkeit mit hoher Robustheit und geringem Aufwand an Sensorik und Aktorik.
Sanftes Aufsetzen der Ventile beim Schliessvorgang.
Abschalten einzelner Ventile oder Ventilgruppen, beispielsweise zwecks Drallerzeugung oder Zylinderabschaltung.

Hydraulische Ventilantriebe, insbesondere für Gaswechselventile im Arbeitsraum eines Verbrennungsmotors, sind an sich seit langer Zeit z.B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1'940'177 A bekannt. Sie wurden als Ersatz zum nockenwellengesteuerten Öffnens eines Gaswechselventils verwendet, während das Schliessen des Ventils weiterhin durch einen Federmechanismus vorgesehen war. Die Rückstellung der Gaswechselventile mittels Federmitteln, meistens in Form von Schraubendruckfedern, ist auch heute noch die bei weitem meistangewendete Schliessmethode, da sie sicheres Schliessen gewährleistet.
Das Ziel dieser Systeme war die Optimierung der Steuerzeiten des Gaswechselventils und ein steileres/schnelleres Öffnen und Schliessen der Ventile, wobei eine Optimierung des Eigenenergieverbrauchs zumeist noch nicht explizit vorgesehen war. Eine Hubverstellung war in DE 1'940'177 A nicht vorgesehen, jedoch wurde daran gedacht, hartes Anschlagen an der mechanischen Hubbegrenzung sowie im Aufsetzpunkt beim Ventilsitz des Gaswechselventils durch Verdrängen des Mediums durch einen Drosselquerschnitt abzudämpfen.
Zur Optimierung des Eigenenergieverbrauchs von hydraulischen Ventilantrieben wurden verschiedene "symmetrische Pendelsysteme" vorgeschlagen, bei denen Federmittel zur Energiespeicherung eingesetzt werden. DE 38 36 725 A zeigt eine Lösung mit mechanischen Spiral-Druckfedern.
Typischerweise führt bei solchen Systemen eine symmetrisch zwischen zwei Federn eingespannte Ventilmasse eine Schwingbewegung um eine Mittellage aus. In den End- (Halte-)Positionen ist die Energie in Form von Federenergie gespeichert. Diese wird bei der Erzeugung der Bewegung in kinetische Energie umgewandelt, um in der anderen Endposition wiederum in Form von Federenergie zwischengespeichert zu werden.
In den Endpositionen muss jeweils ein Festhalten bzw. Einfangen des bewegten Bauteils stattfinden. Solche symmetrischen Pendelsysteme werden u.a. dadurch aufwendig, dass das anzutreibende Gaswechselventil vor dem Start in eine der jeweiligen Endlagen gebracht werden muss. Ausserdem treten im Motorbetrieb durch die Gasdrücke insbesondere bei Auslassventilen zum Teil hohe einseitig wirkende Kräfte auf, welche nach unsymmetrischen Antriebskräften verlangen. Reibungsbedingte Energieverluste müssen durch die Fangeinrichtungen wieder ergänzt werden.
In der WO 93/01399 A1 wird aufgezeigt, dass auch an Systemen mit einfacher, einseitig wirkender Federrückstellung wie in der DE 1'940'177 A, eine Minimierung des Eigenenergieverbrauchs möglich ist. Dabei wird die kinetische Bewegungsenergie, die aus dem hydraulischen Antrieb resultiert, in Kompressionsarbeit des einseitigen, rückstellenden Federspeichers zwischengespeichert, bevor sie für die Schliessbewegung wieder genutzt wird.
Man kann dieses Prinzip daher auch als «asymmetrisches Pendelsystem» bezeichnen. Nachteilig beim Vorschlag der WO 93/01399 A1 ist beispielsweise, dass jeweils eine der Stellbewegungen des steuernden Hydraulikventils mitten in der Bewegungsphase erfolgt, nämlich während sich der Antriebskolben des Gaswechselventils mit hoher Geschwindigkeit bewegt und ein hoher Volumenstrom durch das Hydraulikventil strömt. Damit in dieser Situation keine hohen Drosselverluste entstehen, muss das steuernde Ventil sehr schnell sein. Ebenso muss es beispielsweise im Öffnungsendpunkt der Gaswechselventilbewegung präzise und zuverlässig schalten, damit die Bewegungsenergie in vollem Masse eingefangen und in der Feder behalten werden kann. Diese Anforderungen bedingen also sehr aufwendige, hochschnelle Steuerventile und eine aufwendige Steuerelektronik.
Ein weiteres solches asymmetrisches Pendelsystem ist in SAE 2007-24-008 beschrieben. Über die Höhe des hydraulischen Betriebsdrucks kann der Öffnungshub unabhängig von der Ansteuerdauer verstellt werden. Im Gegensatz zu WO93/01399 A1 verzichtet das System auf hochschnelle Schaltvorgänge des hydraulischen Steuerventils mitten in der Bewegungsphase. Die Stellbewegung des Steuerventils insgesamt muss jedoch ebenfalls präzise mit der Bewegung des Gaswechselventils koordiniert sein. Der Strömungspfad für das Öffnen muss punktgenau schliessen, wenn das Gaswechselventil seine kinetische Energie an die Rückstellfeder abgegeben hat. Schliesst der Steuerventilquerschnitt zu früh, wird die Bewegung des Gaswechselventils verlustbehaftet abgebremst, schliesst es zu spät, wird das Gaswechselventil bereits wieder durch die Feder zurückgedrückt, wird nicht in der gewünschten Position gehalten, und wird dann in der Rückbewegung wiederum unter Verlusten abgebremst. Für diese hochpräzise, zeitgenaue Bewegungssteuerung des hydraulischen Steuerventils wird einem Hauptschieber ein genau definierter Volumenstrom eines Pilotventils beaufschlagt. Beispielsweise wird das Pilotventil von einem gesonderten Konstantdrucksystem gespiesen, um den definierten Volumenstrom zur Steuerung des Hauptventils bereitzustellen. Abweichungen des Pilotvolumenstroms durch Verschleiss oder Verstopfen der Pilotventilöffnungen haben jedoch Auswirkung auf die Geschwindigkeit des Hauptventils und damit auf die Qualität der zeitlichen Koordination mit der Antriebskolben- bzw. der Gasventilbewegung.
US 4 009 695 A zeigt unter anderem den Aufbau eines hydraulischen Ventilantriebs mittels Drehschieber-Steuerventilen. Die Schieberwellen laufen kontinuierlich mit Nockenwellendrehzahl (halbe Motordrehzahl) in Drehschieberhülsen; dabei werden im Ausführungsbeispiel die Phasenwinkel mit einfachen, vergleichsweise langsamen Schneckenantrieben in der Winkelphase verstellt, während die schnellen Vorgänge mittels der drehenden Schieberwelle automatisch getaktet werden. Der Motor lässt sich dadurch in stationären Betriebspunkten vollständig auch ohne Steuerungseingriffe betreiben; Verstellungen sind nur beim Wechseln eines Betriebspunkts angezeigt. Solche einfachen Verstellmechanismen können prinzipiell sogar ohne Steuerelektronik ausgeführt werden. Leider ermöglicht US 4 009 695 A keine Steuerung des Gaswechselventilhubs und lässt keine Möglichkeit der Rückgewinnung hydraulisch eingespeister Energie erkennen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen hydraulischen Antrieb zum Beschleunigen und Abbremsen von dynamisch zu bewegenden Bauteilen zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht in Kauf genommen werden müssen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines hydraulischen Antriebs gemäss Anspruch 1. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung insbesondere für in Gaswechselsteuerungen von Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen anwendbar ist. Es ergibt sich aber aus den verwendeten Elementen, dass der erfindungsgemässe Antrieb ganz allgemein vorteilhaft ist, also auch bei anderen Anwendungen, bei denen hochdynamisch Massen bewegt werden müssen.
Die hier vorgestellte Erfindung arbeitet - wie die anderen vorgenannten «asymmetrischen Pendelsysteme» - ebenfalls mit einfachem, einseitigen rückstellenden Energiespeicher bzw. Federmittel und mit den beschriebenen Energieumwandlungen. Dabei ist die Steuerung so vorteilhaft ausgebildet, dass Streuungen in Schnelligkeit, Präzision und Gleichmässigkeit der Steuerventile kaum Einfluss auf die hydraulischen Verluste des Antriebs nehmen, so dass dieser im Gegenzug aus einfachen und robusten Elementen aufgebaut werden kann.
Daher wird ein echtes vollvariables hydraulisches Antriebsystem für Gaswechselventile oder andere hochdynamisch zu bewegende Massen dargestellt, welches den Eigenenergieverbrauch minimal hält und dennoch einfach und zuverlässig aufgebaut ist.
Die Erfindung eignet sich auch gut für eine Ansteuerung mit Drehschieberventilen ähnlich US 4 009 695 A . Die volle Variabilität der Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile bleibt dabei erhalten, eine Hubsteuerung ist via Druckniveau möglich und der Eigenenergieverbrauch wird aufgrund EnergieRückgewinnung minimiert.
Die vorteilhaften Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind teilweise vorstehend schon benannt, teilweise auch in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazu gehörenden Zeichnungen, in denen - beispielhaft - erfindungsgemässe Vorrichtungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: eine Ventilanordnung zu einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit zwei 2/2-Wegeventilen, zwei Hochdruckniveaus und einem dritten 2/2-Wegeventil mit einer aktiv geschalteten Bremsdrossel;
Fig. 2: eine Ventilanordnung zu einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Hochdruckniveau, einem 3/2-Wegeventil und einer automatischen hydraulisch zeitgesteuerten Bremsdrossel;
Fig. 3: eine Ventilanordnung zu einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem 4/2-Wegeventil, zwei Hochdruckniveaus und einer automatischen druckgesteuerten Bremsdrossel;
Fig. 4: Schematische zeitliche Darstellung der Gaswechselventil-Bewegungsphasen und der Öffnungsverläufe der hydraulischen Steuerventile.
Fig. 5: eine Variante zum Ausführungsbeispiel 1 in ausschnitthafter Darstellung
Fig. 6: eine weitere Variante zum Ausführungsbeispiel 1 in ausschnitthafter Darstellung

Wege zur Ausführung der Erfindung

In einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird - wie in Fig. 1 dargestellt - ein Gaswechselventil 20 für einen Motor sowohl zum Öffnen als auch zum Schliessen mittels eines hydraulischen Antriebs 10 mit einem Arbeitszylinder 22 und einem Antriebskolben 23 sowie einer gegen die Kraftbewegung des Antriebskolbens wirkenden Feder 25 betrieben.
Der hydraulische Antrieb 10 kann zur Vereinfachung des Verständnisses in einen Kernteil 11 und in einen Versorgungsteil 90 aufgeteilt werden. Im Versorgungsteil erfolgt die Druckbereitstellung für die vorgeschlagenen Druckreservoire, in an sich bekannter Weise vorzugsweise mit regelbaren Pumpen 91, 92, welche den Förderstrom dem Volumenstrom und Druckbedarf anpassen lassen. Die Regelung erfolgt in diesem Beispiel über Drucksensoren 96 und eine Steuerelektronik 97. Die Regelelektronik übernimmt auch das Ansteuern der aktiv elektrisch schaltenden Ventile 46, 56 und 66. Diese Ventile sind in diesem Ausführungsbeispiel als direktgesteuerte, magnetbetätigte 2/2-Wegeventile ausgeführt, wobei die elektrischen Anschlussleitungen zwecks besserer Übersicht nicht dargestellt sind. Die Versorgungseinheit enthält auch ein Druckbegrenzungsventil 99, welches das System gegenüber Drucküberschreitung absichert und gleichzeitig, wie weiter unten ausgeführt wird, dafür sorgt, dass der Gaswechselhub keinen kritischen Wert erreicht. Im Ausführungsbeispiel wurde ein leicht angehobener Basisdruck p₀ gewählt, aus welchem Grund eine kleine Pumpe 95 aus einem Sammeltank 98 die über eine Leck-Sammelleitung 94 aus dem Federraum 93 zugeführten Leckmengen des Druckmediums 30 wieder in das an sich geschlossene System zurückführt. Eine Ausführung des Basisdruckreservoirs als normaler, umgebungsbelüfteter Tank ist grundsätzlich auch möglich, jedoch hat der leicht angehobene Druck verschiedene Vorteile. Beispielsweise wird keine Andrückfeder benötigt, um den Arbeitskolben in Kontakt mit dem Gaswechselventil 20 zu bringen. So hat man einen inhärenten Ventilspielausgleich.
Die Phasen des Bewegungsablaufs und die zugehörigen Ventilöffnungen sind in Fig. 4 dargestellt.
Im Ruhezustand - Phase 0, Gaswechselventil geschlossen - ist das sogenannte dritte Ventil 66 geöffnet und der Arbeitszylinder 22, in welchem der Antriebskolben 23 mit Druckwirkfläche 24 des Flächeninhalts A beweglich angeordnet ist, ist mit dem Basisdruckreservoir 40 auf dem Druckniveau p₀ verbunden. Die Vorspannkraft F_Fv der Feder 25 im Ruhezustand (Antriebs bzw. Gaswechselventilhub h=0) ist so bemessen, dass das Gaswechselventil gegenüber der öffnenden Kraft aus dem Produkt p₀ x A, aber auch gegenüber anderen öffnenden Kräften, beispielsweise am Teller 21 des Gaswechselventils 20 angreifend durch Unterdruck im Motorzylinder 15 oder Überdruck im Gaswechselkanal 16, sicher in der geschlossenen Ruhestellung verbleibt bzw. sich zuverlässig dorthin zurückbewegen kann, selbst bei zu erwartenden Reibkräften, wie beispielsweise von Ventilschaftdichtung 17 oder Ventilführung 19.
Es sei hier bemerkt, dass die genannten angreifenden Kräfte je nach Betriebspunkt und Einsatz (Art des Verbrennungsmotors bzw. der Kolbenmaschine, Einlass- oder Auslassventil) variieren und auch ihre Richtung wechseln können. Eine kurze Zeit vor dem geplanten Öffnen des Gaswechselventils wird das entlastende Ventil 66 geschlossen.
Zum Öffnen des Gaswechselventils 20 (Phase I) wird die hydraulische Druckkraft hier aus einem ersten Druckreservoir mit dem Druck p₁, über ein erstes 2/2-Wegeventil 46 und ein erstes Rückschlagventil 47 dem Antriebskolben 23 bzw. seiner Druckwirkfläche 24 des Flächeninhalts A beaufschlagt. Das Gaswechselventil 20 beginnt sich zu öffnen, sobald die hydraulische Druckkraft p₁ x A die Vorspannfederkraft F_Fv der Feder 25 übersteigt.
Es ist klar, dass die tatsächliche Kraft, bei der Öffnen stattfindet, entsprechend der genannten, zusätzlich angreifenden Kräfte variieren kann. Bei kleinem Anteil werden die Zusatzkräfte in den folgenden Formeln vernachlässigt oder anstelle von F_Fv kann eine entsprechende Ersatzkraft eingesetzt werden. Ebenfalls wird sich in der konkreten Ausführung aufgrund von Strömungsverlusten und Wellenvorgängen im Arbeitszylinder ein effektiver Druck einstellen, der nicht exakt dem Druck p₁ entspricht. Auch dies kann durch Korrekturwerte berücksichtigt werden. Im Ausführungsbeispiel ist die als Energiespeicher verwendete Feder 25 mit einer hohen Federkonstante c ausgelegt, so dass eine schnelle Bewegung der Masse erreicht wird. Die Zeit für volles Öffnen entspricht in etwa der halben Periodendauer T_1/2 einer Schwingung des Masse-Feder-Schwingers, gebildet aus der wirksamen Masse m, nämlich die Masse aus Gaswechselventil 20, Federteller, Antriebskolben 22, ggf. Ventilbrücke, Massenanteil der Feder 25 und von mitschwingendem Druckmedium 30, und der Feder 25 mit Federkonstante c: d.h.: $T_{1 / 2} = π \times Quadratwurzel (m / c)$
Die hohe Federkonstante c bewirkt, dass die Federkraft F_F mit zunehmendem Öffnungshub h markant ansteigt. Sobald die hydraulische Kraft p₁xA auf den Antriebskolben 23 durch die Federkraft (und etwaige Zusatzkräfte) ausgeglichen ist (statischer Gleichgewichtspunkt), ist die Bewegung - statisch betrachtet - beendet, wobei das System aus bekannten physikalischen Gründen - in der bewegten Masse m gespeicherte kinetische Energie - zu einem Überschwingen tendiert, welches das Zweifache des statischen Hubes erreichen kann.
Für den statischen Hub h_stat gilt: $h_{stat} (p_{1}) = (p_{1} \times A - F_{Fv}) / c$
Dynamisch kann der zweifache statische Hub erreicht werden: $h_{\max} (p 1) = 2 \times h_{stat} (p_{1})$
bzw. $h_{\max} (p_{1}) = 2 \times (p_{1} \times A - F_{Fv}) / c$
erreicht werden.
Aus der Formel ist leicht ersichtlich, dass ein gewünschter Hub h_max über die Höhe des Drucks p₁ auch über die Grösse der Kraft F_Fv gesteuert werden kann. So ist sogar auf zweierlei Art eine Hubsteuerung möglich.
Damit beispielsweise Kollisionen des Gaswechselventils mit dem Kolben oder mit anderen Ventilen vermieden werden, kann der maximal gewünschte Hub über den maximalen Druck p₁ in bekannter und zuverlässiger Weise mittels eines Druckbegrenzungsventils sicher gestellt werden, im Ausführungsbeispiel vorgesehen mit dem Druckbegrenzungsventil 99.
Mit der Verwendung einer Feder 25 mit progressiver Federcharakteristik kann die Hubsteuerung im kleinen Hubbereich verfeinert werden, während die Absicherung gegen zu grossen Hub entsprechend robust wird.
Der Fachmann erkennt zudem, dass sich eine solche progressive Feder sehr gut auch als pneumatische Feder darstellen lässt. Ebenso erkennt er, dass auch das Einstellen der Vorspannkraft F_Fv bei einer pneumatischen Feder durch Einstellen ihres pneumatischen Vorspanndrucks in besonders einfacher Weise möglich ist. der pneumatische Vorspanndruck entsprechend eingestellt wird. Es ist klar, dass die Gleichungen 1 bis 4 geeignete Anpassungen erfahren müssen, wenn anstelle einer linearen Feder mit fester Federkonstante c eine progressive Feder eingesetzt wird.
Durch das erste Rückschlagventil 47, welches ein Zurückströmen von Druckmedium in Richtung Druckreservoir verhindert, bleibt das Gaswechselventil 20 nunmehr in seiner offenen Stellung stehen, auch wenn das 2/2-Wegeventil noch nicht geschlossen hat. Hiermit beginnt die Haltephase (Phase II) des Gaswechselventils. Lediglich eine minimale Rückwärtsbewegung (Schliessbewegung) des Gaswechselventils aufgrund des Einfederns des Druckmediums selbst - verursacht im Wesentlichen durch dessen wenn auch geringe Kompressibilität - wird zu beobachten sein. Damit kann der Gaswechsel des Motors nun mit dem gewünschten Hub weiter ablaufen.
Vorsorglich sei bemerkt, dass sich auf dem Strömungspfad zwischen Arbeitszylinder 22 und Rückschlagventil jegliche anderweitigen Strömungsverzweigungen oder Leckwege verbieten bzw. geschlossen sein müssen, da diese die Haltefunktion beeinträchtigen würden. Da das Rückschlagventil die Sperrfunktion übernommen hat, kann das 2/2-Wegeventil 46 nun in einem vergleichsweise weiten Zeitbereich geschlossen werden, ohne dass es auf den genauen Schliesszeitpunkt ankäme. Fig. 4 zeigt für die Ventilöffnung 49 drei beispielhafte Querschnittsverläufe der Ventilöffnung 49: A_1a, A_1b und A_1c, die alle im Ausführungsbeispiel möglich sind. Das Öffnen des Strömungsquerschnittes des Schaltventils 46 muss nur etwa so schnell erfolgen, wie die Bewegung des Gaswechselventils abläuft. Es wird also kein aufwendiges und teures Ventilprinzip benötigt. Darüber hinaus sorgt das Rückschlagventil 47 selbsttätig dafür, dass die kinetische Energie der bewegten Masse nahezu vollständig in Federenergie umgewandelt wird und auch in der Feder 25 zwischengespeichert bleibt - was beides mit einem aktiven Steuerungseingriff von Ventil 46 nur bei grossem Aufwand erreichbar wäre.
Es sei bemerkt, dass sich in dieser Phase im Arbeitszylinder 22 ein Druck einstellt, welcher - als Folge des Überschwingens und der gespeicherten Federenergie - in der Regel höher ist als der Druck p₁
Aus Fig. 1 wird auch der Schliessvorgang des Gaswechselventils 20, Phase 3, mittels eines weiteren Teils des hydraulischen Antriebs ersichtlich. Hierzu wird das zweite 2/2-Wegeventil 56 geöffnet. Der Fachmann sollte darauf hingewiesen werden, dass dieses zweite 2/2-Wegeventil bislang (in Phase I und II) geschlossen war (Fig. 4, Verlauf A₂). Ventil 56 ist mit einem zweiten Druckreservoir 42 mit einem Druck p₂ verbunden, der in der Regel niedriger ist als der Druck p₁, jedoch höher als p₀. Es findet ein hydraulischer Fluss in das Druckreservoir 42 statt, während der Antriebskolben 23 die Schliessbewegung vollzieht (Fig. 4, Hubdiagramm, Phase III). Wenn nun der Druck im Arbeitszylinder 22 unter den Druck p₂ fällt, wird der hydraulische Rückfluss beendet, und zwar durch das zweite Rückschlagventil 57, welches selbstverständlich in der anderen Richtung wie das erste Rückschlagventil angeordnet ist und einen Rückfluss aus dem Druckreservoir 42 in den Arbeitszylinder verhindert. Es bewirkt dadurch - in ähnlicher Weise wie das Rückschlagventil 47 beim Öffnen des Gaswechselventils - dass das Gaswechselventil in der erreichten Position stehenbleibt, und dass das 2/2-Wegeventil erst später und zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem nächsten Gaswechselventil-Öffnungszyklus geschlossen sein muss (Fig. 4, A_2a, A_2b). Vor allem wird durch diesen Automatismus ein Maximum an Energie rekuperiert.
Durch die fehlende Notwendigkeit eines präzisen Schliessens kann auch das Ventil 56 einfach gebaut sein und der Aufwand der elektronischen Ansteuerung reduziert sich erheblich. Auch darf das Steuerventil 56 wiederum vergleichsweise langsam schalten, wodurch in vielen Fällen auf aufwendige Konstruktion unter Verwendung von z.B. wirbelstromhemmenden Magnet-Sondermaterialien verzichtet werden kann.
Schliesslich sei erwähnt, dass das späte Schliessen der Nutzung der Drehschiebertechnik sehr entgegenkommt, da ein unterschiedlich langes Offenbleiben des Querschnitts nicht störend ist.
Grundsätzlich wäre es möglich, das Druckniveau p₂ so zu bemessen, dass das Gaswechselventil exakt zu diesem Arbeitspunkt geschlossen ist, das heisst auf seinem Sitz quasi mit einer Geschwindigkeit nahe Null aufgesetzt hat. Dies ist jedoch nicht ganz einfach und besonders im Falle eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors ist dieser Arbeitspunkt auch nicht für alle Betriebszustände gleich. Aus diesem Grund ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Druck p₂ so ausgelegt, dass der Vorgang des Rückflusses durch das zweite 2/2 Wegeventil 56 in Druckreservoir 42 in einem bestimmten Abstand vor dem Aufsetzpunkt des Gaswechselventils 20 beendet ist (Fig. 4, Übergang Phase III-IV).
Das Aufsetzen des Gaswechselventils 20 - also das Schliessen vom «Anhaltepunkt» aus bis auf den Ventilsitz (Phase V) - wird in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch ermöglicht, dass ein drittes 2/2-Wegeventil 66 einen Strömungsweg vom Arbeitszylinder 22 zum Basisdruckreservoir mittels einer Verbindungsleitung 68 hin öffnet. In Reihe zu diesem befindet sich eine Bremsdrossel 67, mittels welcher die Geschwindigkeit des Aufsetzvorgangs gesteuert werden kann. Die Kraft für das sichere Schliessen und Aufsetzen des Gaswechselventils wird aus der restlichen Energie der Feder 25 gewonnen, die so ausgelegt ist, dass die Schliesskraft im Aufsetzpunkt, welche gleich der Federvorspannkraft F_Fv ist, grösser ist, als das Produkt des Drucks p₀ x A und anderer öffnender Kräfte, wie weiter oben schon beschrieben.
Der Schaltzeitpunkt des dritten 2/2-Wegeventils 66 (Fig. 4, A_V3, Beginn Phase V) bestimmt die Verweildauer in der Haltephase in der Nähe des Ventilsitzes (Phase IV). Oft ist bei Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen hier kein Verweilen gewünscht; der Schliessvorgang eines Gaswechselventils soll zügig vollzogen werden. Da das System ein Schwingungssystem darstellt, entspricht die Zeitdauer der Phase III (Beginn der Schliessbewegung des Gaswechselventils bis zum Anhaltepunkt) näherungsweise der halben Periodendauer T_1/2 des Feder-Masse-Schwingers nach Gleichung 1.
Die elektronische Steuerung kann nun so programmiert werden, dass der Öffnungsbeginn von 2/2-Wegeventil 66 um T_1/2 später als der Öffnungsbeginn des 2/2 Wegeventils 56 erfolgt. Dabei wird der Fachmann in vielen Fällen die Zeitdauer geringfügig länger wählen, um bezüglich maximaler Energierückgewinnung auf der sicheren Seite zu sein.
Oftmals ist aus Geräusch und Verschleissgründen ein besonders sanftes Aufsetzen der Gaswechselventile auf die Ventilsitze gewünscht. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann dazu mit einer weggesteuerten Abbremseinrichtung ausgestattet werden, wie ausschnitthaft in Figur 5 dargestellt. Die Verbindungsleitung 68 muss für diese Aufgabe separat von den anderen Verbindungsleitungen 48 und 58 in den Arbeitszylinder 22 geführt werden, so dass damit der Übergangsquerschnitt 61 vom Arbeitszylinder in die Verbindungsleitung 68 bei Annäherung des Arbeitskolbens 23 an die Position h=0 bzw. Annäherung des Gaswechselventils 20 an den Ventilsitz 18 durch die Steuerkante 26 des Arbeitskolbens so weit geschlossen wird, dass das Gaswechselventil stark gebremst und sanft in den Sitz fährt. Dem Fachmann ist klar, dass der Übergangsquerschnitt geeignet geformt sein kann, beispielsweise mit einer kerbartigen Konturierung in der Wand des Arbeitszylinders, oder als Bohrung oder Nut im Antriebskolben.
In Figur 6 ist ausschnitthaft dargestellt, wie die Sanftabbremsung alernativ ausgeführt werden kann. Hier ist die Verbindungsleitung 68 in zwei Anschlüsse 62 und 63 aufgeteilt, wobei der erste Anschluss 62 spätestens in der Nähe von Hub Null, also kurz vor Aufsetzen des Gaswechselventils 20 auf den Ventilsitz 18 durch die Steuerkante 26 des Antriebskolbens 23 abgesperrt wird, so dass das Druckmedium nur noch über Anschluss 63 und die Drossel 64 fliessen kann. Diese kann dabei auch im Arbeitskolben angeordnet sein.
Schliesslich kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorteilhaft auch mit Drehschieberventilen ausgeführt werden. Dabei werden die 2/2-Wegeventile 46, 56 und 66 durch je ein Drehschieberventil ersetzt. Die Verstellung erfolgt mittels der Verstellung der Phasenwinkel. Da es bei der Steuerung der Strömungswege 49 und 59 dank der erfindungsgemässen automatischen Haltefunktion der Rückschlagventile 47 und 57 für jede Bewegungsrichtung jeweils hauptsächlich nur auf den Öffnungszeitpunkt ankommt, während der Schliesszeitpunkt in einem vergleichsweise weiten Stellbereich liegen darf, spielt es - zumindest in einem gewissen Rahmen - keine Rolle, wenn der Schliesszeitpunkt infolge der Phasenverdrehung mitverschoben wird. Somit erlaubt die Erfindung, auch mit - zum Verbrennungsmotor - zyklussynchron laufenden Drehschieberventilen einen vollvariablen und energieeffizienten hydraulischen Gaswechselventilantrieb aufzubauen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird nur mit einem Hochdruckreservoir, nämlich Druckreservoir 41 mit Druck p₁ gearbeitet. Dadurch ist p₂ = p₁. Diese Ausführungsvariante kann insbesondere bei ausreichender Querschnittsauslegung aller hydraulischen Ventile und Verbindungsleitungen und reibungsoptimierter Gestaltung der beweglichen Elemente (Antriebskolben 23 im Antriebszylinder 22 und Gaswechselventil 20 in der Ventilführung 19 mit Ventilschaftdichtung 17) mit Vorteil angewendet werden, da bei geringen Energieverlusten ein Rückschwingen bis nahe zum Ventilsitz erfolgt. Der Bauaufwand wird dadurch insgesamt kleiner.
Als weitere Vereinfachung wird das 3/2-Wegeventil 84 verwendet, wobei die Rückschlagventile 47 und 57 in diesem Fall zwischen dem 3/2-Wegeventil und dem Druckreservoir 41 angeordnet sind. Das Öffnen des Gaswechselventils (Phase I) wird durch Einschalten des Stellaktors 88 eingeleitet, das Offenhalten (Phase II) in bekannter Weise durch das Rückschlagventil 47 erreicht, das Schliessen des Gaswechselventils wird durch Abschalten des Stellaktors 88 eingeleitet. Schliesslich erfolgt die zweite Haltephase in Sitznähe in bekannter Weise mittels des Rückschlagventils 57.
In einer anderen Ausführung wird das dritte Ventil 66 als hydraulisch zeitgesteuertes Ventil 86 ausgebildet. In diesem Fall wird es durch einen Mitnehmer 87 des Stellaktors 88 mitbetätigt. Dieser Mitnehmer ist so gestaltet, dass beim Bestromen des Stellaktors 88 zunächst der Ventilquerschnitt 69 des Ventils 82 geschlossen wird, bevor das 3/2-Wegeventil nennenswert bewegt wird, damit beim Öffnen des Querschnitts 49 kein unnötiger Kurzschluss vom Druckreservoir 41 zum Basisdruckreservoir 40 entsteht. Dies wird durch das Spiel 83 zwischen Mitnehmer und Ventilteil des 3/2-Wegeventils erreicht.
Die Zeitsteuerung des Ventils 82 funktioniert nun wie folgt:

Beim Abschalten des Stellaktors 88, also beim Einleiten der Schliessphase des Gaswechselventils, wird durch Zurückziehen des Mitnehmers neben dem 3/2-Wegeventil auch die Rückstellung des Ventils 82 freigegeben.

Im dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kommt das 4/2-Wegeventil 86 zum Einsatz. Dieses eignet sich für die Nutzung wiederum zweier Hochdruckniveaus. Des Weiteren ist das dritte Ventil 66 in druckgesteuerter Ausführung 80 in der Verbindungsleitung 68 zwischen Arbeitszylinder und Basisdruckreservoir angeordnet. Das Ventil 80 nutzt den Effekt, dass das Gaswechselventil 20 beim Übergang von Phase III zu Phase IV ähnlich wie beim Übergang von Phase I zu II etwas zurückfedert, d.h. wieder zu öffnen versucht, wodurch im Arbeitszylinder 22 ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser öffnet das druckgesteuerte Ventil 80 und stellt über die im Querschnitt 69 integrierte Drossel 67 die gewünschte Verbindung zum Basisdruckreservoir her.

Bezugszeichenliste

10

Hydraulischer Antrieb

11

Kernteil des Antriebs

15

Motorzylinder

16

Gaswechselkanal

17

Ventilschaftdichtung

18

Ventilsitz

19

Ventilführung

20

Gaswechselventil

21

Teller des Gaswechselventils

22

Arbeitszylinder

23

Antriebskolben

24

Druckwirkfläche des Antriebskolbens 23

25

Feder

26

Steuerkante des Antriebskolbens

30

Druckmedium

40

Basisdruckreservoir mit Druckniveau p₀

41

erstes Druckreservoir mit Druckniveau p₁

42

zweites Druckreservoir mit Druckniveau p₂

46

erstes Ventil

47

erstes Rückschlagventil

48

erste Verbindungsleitung

49

steuerbare Öffnung des ersten Ventils 46

56

zweites Ventil

57

zweites Rückschlagventil

58

zweite Verbindungsleitung

59

steuerbare Öffnung des zweiten Ventils 56

61

Übergangsquerschnitt v. Arbeitszylinder 22 in die Verbindungsleitung 68

62

erster Anschluss der Verbindungsleitung 68 am Arbeitszylinder 22

63

zweiter Anschluss der Verbindungsleitung 68 am Arbeitszylinder 22

64

Drossel im zweiten Anschluss 63

66

drittes Ventil

67

Drossel

68

Verbindungsleitung d. Arbeitszylinders 22 mit dem Basisdruckreservoir 40

69

steuerbare Öffnung des dritten Ventils 66

70

geschlossene Zwischenstellung des dritten Ventils 66

71

Druckwirkfläche des dritten Ventils 66

72

Drossel des dritten Ventils 66

73

Feder zur Rückstellung des dritten Ventils 66

74

Rückschlagventil

80

Ausführung des dritten Ventils 66 als druckgesteuertes Ventil

82

Ausführung des dritten Ventils 66 als hydraulisch zeitgesteuertes Ventil

83

Spiel zwischen Mitnehmer 87 und Ventilteil des 3/2-Wegeventils 84

84

3/2-Wegeventil

86

4/2-Wegeventil

87

Mitnehmer des Stellaktors

88

gemeinsamer Stellaktor

90

Druckmedium-Versorgungsteil

91

Pumpe für erstes Druckreservoir

92

Pumpe für zweites Druckreservoir

93

Federraum

94

Leck-Sammelleitung

95

Pumpe für Rückeinspeisung des Lecks

96

Drucksensor

97

Elektronik

98

Sammelbehälter

99

Druckbegrenzungsventil

A

Flächeninhalt der Druckwirkfläche 24 des Antriebskolbens 23

p₀

Druck des Basisdruckreservoirs 40

p₁

Druck des ersten Druckreservoirs 41

p₂

Druck des zweiten Druckreservoirs 42

Bemerkung:

alle Drücke seien relativ zum Umgebungsdruck verstanden.

h

Hub des Gaswechselventils 20 bzw. Antriebskolbens 23

h_max

maximaler Öffnungshub

h_stat

theoretischer statischer Öffnungshub

m

Wirksame Masse des bewegten Bauteils
(= Summe der Massen von:

Gaswechselventil mit Federteller, ggf. Ventilbrücke usw.
Masse des Antriebskolbens 23
Massenanteil der Feder 25
Massenanteil mitbewegten Druckmediums 30
weitere mitbewegte Teile wie Ventilbrücke usw.)

F_F

Federkraft der Feder 25, abhängig von Einfederung

F_Fv

Vorspannkraft der Feder 25
(in der geschlossenen Stellung des Gaswechselventils, h=0)

c

Federkonstante der Feder 25 (für lineare Kennlinie)

t

Zeit

T_1/2

Halbe Periodendauer des Federmasseschwingers aus m und c

Phasen:

O: Ruhephase
I: Öffnen des Gaswechselventils
II: Erste Haltephase im offenen Zustand
III: Schliessen des Gaswechselventils
IV: Zweite Haltephase vor Ventilsitz
V: Endgültiges Schliessen des Gaswechselventils
VI: Ruhephase
A_1a, A_1b. A_1c: Querschnittsverlaufsvarianten a,b,c des ersten Ventils
A_2a, A_2b: Querschnittsverlaufsvarianten zweites Ventil
A₃: Querschnittsverlauf drittes Ventil

Claims

Hydraulischer Antrieb (10) zum Beschleunigen und Abbremsen von dynamisch zu bewegenden Bauteilen, insbesondere von Ventilen in Gaswechselsteuerungen von Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen, wobei der hydraulische Antrieb folgendes umfasst:
- zumindest ein anzutreibendes Bauteil, insbesondere ein Ventil, vorzugsweise ein Gaswechselventil (20) oder mehrere, über eine Ventilbrücke gemeinsam betätigbare Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Kolbenmaschine,

- einen Arbeitszylinder (22) mit einer Druckwirkfläche (24) eines Antriebskolbens (23),

- zumindest ein erstes Druckreservoir (41), zum Bereitstellen eines ersten Druckes p₁ eines hydraulischen Druckmediums (30),

- zumindest einen, vorzugsweise als Feder (25) ausgebildeten, am Bauteil bzw. am Gaswechselventil (20) angreifenden, rückstellenden Energiespeicher mit einer Vorspannkraft F_Fv,

- zumindest ein hydraulisches Basisdruckreservoir (40), welches einen niedrigeren Druck p₀ als das erste Druckreservoir (41) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer ersten Verbindungsleitung (48) zwischen dem ersten hydraulischen Druckreservoir (41) und dem Arbeitszylinder (22) eine steuerbare Öffnung (49) eines ersten Ventils (46) mit zumindest einem im Strömungspfad davor, im oder dahinter in Reihe geschalteten, vorzugsweise federbelasteten Rückschlagventil (47) angeordnet ist, welches dem Druckmedium (30) ein Strömen in Richtung Arbeitszylinder (22) erlaubt, aber ein Rückströmen in Richtung Druckreservoir (41) verhindert.
Hydraulischer Antrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Verbindungsleitung (58) zwischen dem ersten Druckreservoir (41) und dem Arbeitszylinder (22) eine steuerbare Öffnung (59) eines zweiten Ventils (56) mit zumindest einem im Strömungspfad vor, im oder hinter der steuerbaren Öffnung des zweiten Ventils in Reihe geschalteten, vorzugsweise federbelasteten Rückschlagventil (57) angeordnet ist, welches ein Strömen in Richtung Arbeitszylinder (22) verhindert, aber ein Rückströmen in Richtung Druckreservoir (41) erlaubt.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zumindest ein zweites Druckreservoir (42) mit einem Druck p₂ aufweist, und die steuerbare Öffnung (59) des zweiten Ventils (56) mit diesem zweiten Druckreservoir (42) anstelle des ersten Druckreservoirs (41) verbunden ist, wobei der Druck des zweiten Druckreservoirs (p₂) vorzugsweise zwischen und dem Druck des hydraulisches Basisdruckreservoirs p₀ und dem ersten Druck p₁ liegt und vorzugsweise so niedrig gewählt ist, dass das Gaswechselventil beim Schliessvorgang zuverlässig bis auf den Ventilsitz zurückschwingen kann.
Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft F_Fv des rückstellenden Energiespeichers verstellbar ist.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der rückstellende Federspeicher mit einer progressiven Federcharakteristik ausgebildet ist.
Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die steuerbare Öffnung (49) des ersten Ventils (46) und die steuerbare Öffnung (59) des zweiten Ventils (56) zu einer Ventileinheit mit einem gemeinsamen Stellaktor (88) zusammengefasst sind, wobei die zusammengefasste Ventileinheit vorzugsweise als 3/2-Wegeventil (84) oder als 4/2-Wegeventil (86) ausgebildet ist.
Hydraulischer Antrieb (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (68) zwischen dem Arbeitszylinder (22) und dem Basisdruckreservoir (40) eine dritte steuerbare Öffnung (69) eines dritten Ventils (66) angeordnet ist, wobei im Strömungspfad vor, im oder hinter dem dritten Ventil (66) eine - vorzugsweise einstellbare - Drossel (67) angeordnet ist.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Öffnung (69) des dritten Ventils (66) zeitgesteuert um eine vorgegebene Zeit verschoben nach Öffnen des zweiten Ventils (56) öffnet, welche vorzugsweise so bemessen ist, dass das zweite Rückschlagventil (57) zu diesem Zeitpunkt bereits wieder geschlossen hat und das Gaswechselventil (20) in dieser Position fixiert hält.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ventil (66, 82) eine geschlossene Zwischenstellung (70) aufweist und mit dem Öffnen des zweiten Ventils (56) die vorzugsweise von einer Feder (73) getriebene Rückstellbewegung des dritten Ventils (66) freigegeben und gestartet wird, wobei Druckmedium über eine Druckwirkfläche (71) des Ventils verdrängt und durch eine Drossel (72) gedrückt wird, so dass die Zwischenstellung (70) des Ventils nur langsam durchfahren wird und der Querschnitt (69) erst nach der gewünschten Verzögerungszeit öffnet.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ventil (66) allein drucksteuerbar oder zusätzlich zu einer anderen Betätigung drucksteuerbar ausgeführt ist, und zwar vom Druck im Arbeitszylinder (22) aus in der Weise, dass es unterhalb eines Schaltdruckniveaus öffnet und oberhalb dieses Druckniveaus schliesst, wobei dieses Druckniveau vorzugsweise ein geringes Mass über dem Druck im Basisdruckreservoir und deutlich niedriger als die Drücke im ersten oder zweiten Druckreservoir liegt.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsquerschnitt (61) vom Arbeitszylinder in die Verbindungsleitung (68) so ausgebildet ist, dass dieser bei Annäherung des Gaswechselventils (20) an den Ventilsitz (18) durch eine Steuerkante (26) des Antriebskolbens (23) so verkleinert wird, dass das Gaswechselventil abgebremst und sanft auf den Ventilsitz aufsetzt.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (68) sich in zwei Anschlüsse am Arbeitszylinder aufteilt, wobei der erste Anschluss (62) bei Annäherung des Gaswechselventils (20) an den Ventilsitz (18) durch die Steuerkante (26) des Antriebskolbens (23) abgeschnitten wird und der zweite Anschluss (63) über eine feste oder verstellbare Drossel (64) geführt ist, so dass das Gaswechselventil abgebremst und sanft auf den Ventilsitz aufsetzt.
Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (46) und/oder das zweite Ventil (56) und/oder das dritte Ventil (66) als Drehschieberventil ausgebildet ist, wobei das Drehschieberventil bzw. die Drehschieberbventile synchron, in einem festen Drehzahlverhältnis zur Arbeitszyklusfrequenz der Kolbenmaschine oder des Verbrennungsmotors angetrieben wird bzw. werden.
Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel bei dem das Drehschieberventil öffnet, gegenüber einem Referenzpunkt im Arbeitszyklus der Kolbenmaschine oder des Verbrennungsmotors verstellbar ist.