WO2000009866A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2000009866A1
WO2000009866A1 PCT/DE1999/002510 DE9902510W WO0009866A1 WO 2000009866 A1 WO2000009866 A1 WO 2000009866A1 DE 9902510 W DE9902510 W DE 9902510W WO 0009866 A1 WO0009866 A1 WO 0009866A1
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WO
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valve
clamping
guide
clamping element
internal combustion
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PCT/DE1999/002510
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English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US09/529,512 priority patent/US6340009B1/en
Priority to EP99952363A priority patent/EP1044319B1/de
Priority to JP2000565281A priority patent/JP2002522702A/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/16—Pneumatic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L2013/0089—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque with means for delaying valve closing
    • F01L2013/0094—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque with means for delaying valve closing with switchable clamp for keeping valve open
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/03—Auxiliary actuators
    • F01L2820/031—Electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine with at least one combustion chamber, which has at least two valves which are each guided in a valve guide and can be actuated hydraulically or pneumatically, namely an inlet valve for inlet of fuel or a fuel-air mixture into the combustion chamber before the combustion process and an outlet valve for exhausting the combustion exhaust gases from the combustion chamber after the combustion process.
  • the present invention also relates to a hydraulically or pneumatically actuable valve guided in a valve guide.
  • the present invention also relates to a method for limiting the stroke stop of a valve which is guided in a valve guide and can be actuated hydraulically or pneumatically.
  • the present invention is therefore based on the object of designing and developing an internal combustion engine of the type mentioned at the outset such that the response times of the valve control are decisively shortened.
  • the invention proposes, starting from the internal combustion engine of the type mentioned at the outset, that the valves can each be fixed relative to the valve guide by means of an electrically actuated fastening element.
  • the valves can be fixed in any valve position relative to the valve guide.
  • the response times of these electrically actuated fasteners are very short.
  • the response times can be hydraulic or pneumatic controlled valves can be significantly shortened by simultaneously controlling the quicker responding electrically actuated fasteners with the hydraulic or pneumatic arrangement.
  • the activation of the fasteners for example, during the opening of a valve, causes the hydraulic or pneumatic to be temporarily blocked
  • valve actuation arrangement The fast-responding fasteners that fix the valve relative to the valve guide then work against
  • Hydraulic or pneumatic arrangement which tries to continue the opening movement of the valve until it also responds to the control signal to terminate the opening movement.
  • the blocking has no consequences for the hydraulic or pneumatic valve actuation arrangement, since the valve actuation means (a liquid or a gas can be compressed and therefore act resiliently).
  • the long response times of the hydraulically or pneumatically controlled valves occur due to the high volume flows within the valve actuation arrangement.
  • the reaction times of the valves of the internal combustion engine according to the invention can be decisively shortened by using additional electrically actuated fastening elements with significantly shorter response times.
  • the fastening element is advantageously designed as a clamping element.
  • a clamping element can clamp the valve relative to the valve guide by means of frictional engagement. This does not result in an abrupt or abrupt termination of a valve opening movement after a desired valve opening position has been reached. Rather, the valve is braked relative to the valve guide during the opening movement.
  • the valve stem has a stroke stop which strikes the clamping element when the valve opens, and that the clamping element can be axially displaced in a relaxed state by the stroke stop in a clamping element guide relative to the valve guide against the force of a spring element is.
  • the clamping element represents a variable stroke stop, through which the valve stroke can be variably adjusted.
  • the clamping element can be moved within the valve guide in a relaxed state.
  • the displacement of the clamping element in the direction of smaller valve strokes takes place by means of a spring element which acts between the valve guide and the clamping element.
  • the displacement of the clamping element in the direction of larger strokes takes place through the stroke stop of the valve stem during the opening movement of the valve.
  • the valve stem has a stroke stop which strikes the clamping element when the valve is opened, and that the clamping element in the relaxed state in the clamping element abduction relative to the valve guide hydraulically or pneumatically against the force of a spring element is axially displaceable.
  • the clamping element enables a variable stroke setting.
  • the clamping element can be relaxed
  • clamping element is displaceable relative to the valve guide in the relaxed state and is fixed relative to the valve guide in the activated state.
  • clamping element it is also conceivable for the clamping element to be fixed relative to the valve guide in the relaxed state and to be displaceable in the activated state.
  • the clamping elements of at least two of the intake valves and / or the exhaust valves are preferably connected to one another via a bridge element. In this way, in the case of multi-valve internal combustion engines, the clamping elements of the intake and exhaust valves of a combustion chamber can be controlled jointly via the valve arrangement.
  • the clamping element advantageously has at least one piezoelectric actuator for actuating the clamping element.
  • Piezoelectric actuators have the advantage that they have particularly short response times and turn on within about 20 ms after a corresponding control signal
  • the clamping ring In the relaxed state of the piezoelectric actuators, the clamping ring has an outside diameter that is smaller than the inside diameter of the valve guide; the clamping ring is axially displaceable within the valve guide. In the excited state of the piezoelectric actuators, they expand and widen the gap in the clamping ring, as a result of which the outside diameter is increased until the outside surface of the clamping ring rests on the inside surface of the valve guide. Due to the continued force of the excited piezoelectric actuator, the clamping ring is fixed relative to the valve guide by means of frictional engagement.
  • the at least one piezoelectric actuator in the gap of the clamping ring in such a way that, in the relaxed state of the piezoelectric actuators, the outer circumference of the clamping ring rests on the inner circumference of the valve guide and by means of frictional engagement against an axial movement within the valve guide
  • the clamping element is designed as a clamping ring which has a gap on the circumference, in which two spaced-apart clamping jaws are arranged such that one
  • the at least one piezoelectric actuator being arranged in the distance between the clamping jaws such that excitation of the peizoelectric actuator leads to an increase in the distance between the clamping jaws.
  • the clamping ring In the relaxed state of the piezoelectric actuators, the clamping ring has an outside diameter that is smaller than the inside diameter of the valve guide; the clamping ring is axially displaceable within the valve guide. When the piezoelectric actuators are excited, they expand and widen the distance between the clamping jaws.
  • the pressed-apart clamping jaws widen the gap in the clamping ring, as a result of which the outside diameter is increased until the outside surface of the clamping ring lies against the inside surface of the valve guide. Due to the continued force of the excited piezoelectric actuator, the clamping ring is fixed relative to the valve guide by means of frictional engagement.
  • piezoelectric actuators or clamping jaws with piezoelectric actuators could be arranged.
  • the jaws can be attached to the clamping ring in the gap.
  • the clamping jaws and the piezoelectric actuators move within the clamping element guide in the axial direction together with the clamping ring.
  • Jaws and the piezoelectric actuators are not move within the clamping element guide in the axial direction together with the clamping ring.
  • Clamping element is designed as a clamping ring, on which acts at least one clamping jaw which is fixed in the axial direction relative to the clamping element guide and which can be displaced radially inwards in each case by means of the at least one piezoelectric actuator such that it acts on the clamping ring from the outside.
  • the clamping ring has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the valve guide. The clamping ring is in the relaxed state of the piezoelectric actuators within the
  • the clamping ring is not axially displaceable within the clamping element guide in the relaxed state of the piezoelectric actuators, because it has an outer diameter that is larger than the inner diameter of the clamping element guide.
  • the outer surface of the clamping ring lies on the inner surface of the
  • Clamping element guide and the clamping ring is by means of Friction on the clamping element guide fixed.
  • the clamping jaws are displaced radially inwards until the inner surfaces of the clamping jaws rest on the outer surface of the clamping ring. Due to the continued force of the piezoelectric actuators, the clamping jaws act on the clamping ring in such a way that its outer circumference is reduced.
  • the clamping ring expediently has a circumferential gap, the width of which is reduced by the force of the clamping jaws.
  • the clamping ring now has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the clamping element guide, and is within the
  • Clamping element guide axially displaceable.
  • the piezoelectric actuators are relaxed again.
  • the present invention also relates to a hydraulically or pneumatically actuable valve guided in a valve guide.
  • valve can be fixed relative to the valve guide by means of an electrically actuated fastening element.
  • the valve is advantageously designed as an inlet valve for the inlet of fuel or a fuel-air mixture into a combustion chamber of an internal combustion engine or as an outlet valve for outlet of combustion exhaust gases from the combustion chamber.
  • the particular advantages of the valves according to the invention come into play in particular when used as an intake or exhaust valve of an internal combustion engine.
  • the present invention also relates to a method for controlling, in particular for limiting the stroke stop, a valve which is guided in a valve guide and can be actuated hydraulically or pneumatically.
  • the invention proposes that the valve be fixed relative to the valve guide by means of an electrically actuated fastening element.
  • the fastening element is advantageously designed as a clamping element which is axially displaceable in a clamping element guide and is fixed in the clamping element guide relative to the valve guide by means of a piezoelectric actuator.
  • Figure 2a shows a fastener according to a second
  • Figure 2b shows the fastener from Figure 2a in
  • FIG. 2c Side view, partly in section; FIG. 2c the fastening element from FIGS. 2a,
  • Figure 3a shows a fastener according to a third
  • Figure 3b shows the fastener from Figure 3a in plan view, in section along the line
  • Figure 4a shows a bridge element for connecting the
  • Figure 4b shows the bridge element from Figure 4a in
  • a valve guide 3, in which a valve 4 is guided, is formed in a cylinder head 2 of the internal combustion engine 1.
  • the valve 4 closes or opens the access to a combustion chamber 5 of the engine 1.
  • a valve plate 6 of the valve 4 is pressed by a valve spring 7 against a valve seat 8 ', which is formed at the access to the combustion chamber. 5
  • the valve 4 is operated by means of a hydraulic or pneumatic
  • Valve actuation arrangement 21 actuated.
  • a valve stem 9 of the valve 4 is axially displaceably mounted in the valve guide 3.
  • the valve stem 9 has a stroke stop 10.
  • the valve 4 is designed as an intake valve for the intake of fuel or a fuel-air Mixtures in the combustion chamber 5 before
  • valve 4 could also be designed as an exhaust valve for exhausting the combustion exhaust gases from the combustion chamber 5 after the combustion process, without there being any change in the structure of the valve 4.
  • a fastening element designed as a clamping ring 11 is arranged within the clamping element guide 20.
  • the clamping ring 11 has a gap 12 on the circumference, in which a piezoelectric actuator 13 is arranged such that excitation of the piezoelectric actuator 13 leads to an increase in the width of the gap 12 and thus to an increase in the circumference of the clamping ring 11.
  • the clamping ring 11 is axially displaceable within the clamping element guide 20 when the piezoelectric actuator 13 is relaxed.
  • the stroke stop 10 of the valve stem 9 strikes the clamping ring 11 during a valve opening movement.
  • the valve stroke of the valve 4 can thus be adjusted by axially displacing the clamping ring 11 within the clamping element guide 20.
  • the clamping ring 11 can in the relaxed state of the piezoelectric actuator 13 in the direction of a larger valve lift against the force of a spring element 14 by means of a hydraulic
  • Adjustment arrangement 15 can be axially displaced within the clamping element guide 20.
  • the desired valve stroke end position can be set by means of the clamping ring 11.
  • the piezoelectric actuator 13 is then activated and the clamping ring 11 is fixed in the clamping element guide 20 relative to the valve guide 3.
  • the fastener is shown according to a second embodiment.
  • the fastening element according to the second embodiment also has a clamping ring 11 with a gap 12 arranged on the circumference.
  • Two spaced-apart clamping jaws 16 are arranged in the gap 12 in such a way that an increase in the distance 17 between the clamping jaws 16 leads to a girier enlargement of the circumference of the clamping ring 11.
  • Two piezoelectric actuators 13 are arranged in the distance 17 between the clamping jaws 16 in such a way that the piezoelectric actuators 13 are excited to one
  • the clamping ring 11 is relative to the hydraulic adjusting arrangement 15 or by means of the spring element 14
  • the piezoelectronic actuators 13 are activated and the clamping ring 11 is fixed in the clamping element guide 20 relative to the valve guide 3.
  • FIG. 2b the fastener from Figure 2a is shown in side view.
  • FIG. 2c shows the fastening element from FIGS. 2a and 2b in plan view in section along the line BB.
  • a fastening element according to a third embodiment is shown in FIG. 3a.
  • the fastening element also has a clamping ring 11, which is mounted axially displaceably within the clamping element guide 20 in a relaxed state.
  • a clamping jaw 18 is formed, which can be displaced radially inwards by means of a piezoelectric actuator 13 such that it acts on the clamping ring 11 from the outside and secures it against axial displacement within the clamping element guide 20. This one too
  • a desired valve stroke end position is set by axially displacing the clamping ring 11 by means of the hydraulic adjustment arrangement 15 against the force of the spring element 14.
  • clamping elements 11 of each of several of the intake valves or the exhaust valves can be connected to one another via a bridge element 19.
  • Such a bridge element 19 is shown in FIGS. 4a and 4b, by means of which the clamping elements 11 of two valves 4 are connected to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Verbrennungsraum (5), der mindestens zwei jeweils in einer Ventilführung (3) geführte und hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Ventile (4) aufweist, nämlich ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Verbrennungsraum (5) vor dem Verbrennungsvorgang und ein Auslaßventil zum Auslaß der Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsraum (5) nach dem Verbrennungsvorgang. Um bei solchen Verbrennungskraftmaschinen die Ansprechzeiten der Ventilsteuerung zu verkürzen, wird vorgeschlagen, daß die Ventile (4) jeweils mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung (3) festlegbar sind.

Description

Verbrennungskraftmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Verbrennungsraum, der mindestens zwei jeweils in einer Ventilführung geführte und hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Ventile aufweist, nämlich ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Verbrennungsraum vor dem Verbrennungsvorgang und ein Auslaßventil zum Auslaß der Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsraum nach dem Verbrennungsvorgang. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares und in einer Ventilführung geführtes Ventil. Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zur Begrenzung des Hubanschlags eines in einer Ventilführung geführten und hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Ventils.
Stand der Technik
Derartige Verbrennungskraftmaschinen mit hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Ventilen sind aus dem Stand der Technik bekannt . Sie haben gegenüber
Verbrennungskraftmaschinen mit nockenwellenbetätigten Ventilen den Vorteil, daß die Ventile unabhängig voneinander einzeln angesteuert werden können. Durch die variable Ventilansteuerung kann die Geräuschentwicklung reduziert und das Verbrauchs- und das Abgasverhalten der Verbrennungskraftmaschinen deutlich verbessert werden.
Bei diesen bekannten Verbrennungskraftmaschinen erweist es sich jedoch als nachteilig, daß die hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Ventile recht lange
Ansprechzeiten aufweisen. So dauert es etwa 300 - 400 ms bis ein im Öffnen begriffenes Ventil auf einen entsprechenden Befehl einer Steuereinheit reagiert die Öffnungsbewegung beendet und in einer gewünschten Ventilstellung zum Stillstand kommt. Mit Hilfe einer derartigen Ansteuerung der Ventile kann beispielsweise der Hubanschlag der Ventile variiert werden. Aufgrund der langen Ansprchzeiten kann die Ansteuerung der Ventile lediglich mit einer eingeschränkten Genauigkeit erfolgen und eine Einbeziehung der hydraulischen oder pneumatischen Ventilansteuerung in eine Regelung ist darüberhinaus sehr aufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß die Ansprechzeiten der Ventilsteuerung entscheidend verkürzt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art vor, daß die Ventile jeweils mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung festlegbar sind.
Durch den Einsatz der elektrisch betätigbaren Befestigungselemente können die Ventile in einer beliebigen Ventilstellung relativ zu der Ventilführung festgelegt werden. Die Ansprechzeiten dieser elektrisch betätigbaren Befestigungselemente sind sehr kurz. Mit ihrer Hilfe können die Reaktionszeiten der hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Ventile entscheidend verkürzt werden, indem zeitgleich mit der Hydraulik- oder Pneumatikanordnung auch die schneller ansprechenden elektrisch betätigbaren Befestigungselemente angesteuert werden. Die Aktivierung der Befestigungselemente bspw. während des Öffnens eines Ventils bewirkt ein kurzzeitiges Blockieren der hydraulischen oder pneumatischen
Ventilbetätigungsanordnung. Die schnell ansprechenden Befestigungselemente, die das Ventil relativ zu der Ventilführung festlegen, wirken dann entgegen der
Hydraulik- oder Pneumatikanordnung, die solange, versucht, die Öffnungsbewegung des Ventils fortzusetzen, bis auch sie auf das Steuersignal zum Beenden der Öffnungsbewegung anspricht. Das Blockieren bleibt jedoch ohne Folgen auf die hydraulische oder pneumatische Ventilbetätigungsanorndung, da die Ventilbetätigungsmittel (eine Flüssigkeit bzw. ein Gas komprimierbar sind und dadurch federnd wirken.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die langen Ansprechzeiten der hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Ventile aufgrund der hohen Volumenströme innerhalb der Ventilbetätigungsanordnung auftreten. Durch den Einsatz zusätzlicher elektrisch betätigbarer Befestigungselemente mit wesentlich kürzeren Ansprechzeiten können die Reaktionszeiten der Ventile der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine entscheidend verkürzt werden.
Vorteilhafterweise ist das Befestigungselement als ein Klemmelement ausgebildet. Ein Klemmelement kann das Ventil relativ zu der Ventilführung mittels Reibschluß festklemmen. Dadurch kommt es nicht zu einem abrupten oder schlagartigen Abbruch einer Ventilöffnungsbewegung nach Erreichen einer gewünschten Ventilöffnungsposition. Vielmehr wird das Ventil während der Öffnungsbewegung relativ zu der Ventilführung abgebremst. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Ventilschaft einen Hubanschlag aufweist, der beim Öffnen des Ventils auf das Klemmelement trifft, und daß das Klemmelement in entspanntem Zustand durch den Hubanschlag in einer Klemmelementführung relativ zu der Ventilführung entgegen der Kraft eines Federelements axial verschiebbar ist. Das Klemmelement stellt einen variablen Hubanschlag dar, durch den der Ventilhub variable eingestellt werden kann. Das Klemmelement kann in entspanntem Zustand innerhalb der Ventilführung verschoben werden. Das Verschieben des Klemmelements in Richtung kleinerer Ventilhübe erfolgt mittels eines Federelements, das zwischen der Ventilführung und dem Klemmelement wirkt. Das Verschieben des Klemmelements in Richtung größere Hübe erfolgt durch den Hubanschlag das Ventilschafts während der Öffnungsbewegung des Ventils. Ist die gewünschte Ventilstellung erreicht, wird das Klemmelement aktiviert und das Ventil in seiner momentanen Stellung relativ zu der Ventilführung festgelegt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine wird vorgeschlagen, daß der Ventilschaft einen Hubanschlag aufweist, der beim Öffnen des Ventils auf das Klemmelement trifft, und daß das Klemmelement in entspanntem Zustand in der Klemmelernentführung relativ zu der Ventilführung entgegen der Kraft eines Federelements hydraulisch oder pneumatisch axial verschiebbar ist. Auch bei dieser Ausführungsform ermöglicht das Klemmelement eine variable Hubeinstellung. Das Klemmelement kann in entspanntem
Zustand innerhalb der Ventilführung verschoben werden. Das Verschieben des Klemmelements in Richtung kleinerer Ventilhübe erfolgt mittels eines Federelements, das zwischen der Ventilführung und dem Klemmelement wirkt. Das Verschieben des Klemmelements in Richtung größere Hübe erfolgt mittels einer hydraulischen oder pneumatischen Verstellanordnung. Mittels der Verstellanordnung kann das Klemmelement unabhängig von einer Ventilöffnungsbewegung in eine beliebige Ventilhubbegrenzungsstellung gebracht werden. Ist die gewünschte Ventilhubstellung erreicht, wird das Klemmelement aktiviert und relativ zu der Ventilführung festgelegt. Das Ventil kann nunmehr nur so weit geöffnet werden, bis der Hubanschlag auf das Klemmelement trifft.
Oben wurden mehrere Ausführungsbeispiele geschildert, bei denen das Klemmelement in entspanntem Zustand relativ zu der Ventilführung verschiebbar ist und in aktiviertem Zustand relativ zu der Ventilführung festgelegt ist. Es ist aber auch denkbar, daß das Klemmelement in entspanntem Zustand relativ zu der Ventilführung festgelegt und in aktiviertem Zustand verschiebbar ist.
Vorzugsweise sind bei Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens zwei Einlaßventilen und/oer mindestens zwei Auslaßventilen je Verbrannungsraum die Klemmelemente von jeweils mindestens zwei der Einlaßventile und/oder der Auslaßventile über ein Brückenelement miteinander verbunden. Auf diese Weise können bei Mehrventil- Verbrennungskraftmaschinen jeweils die Klemmelemente der Einlaß- bzw. der Auslaßventile eines Verbrennungsraums über die Ventilanorndung gemeinsam gesteuert werden.
Vorteilhafterweise weist das Klemmelement mindestens einen piezoelektrischen Aktor zur Betätigung des Klemmelements auf. Piezoelektrische Aktoren haben den Vorteil, daß sie besonders kurze Ansprechzeiten aufweisen und innerhalb von etwa 20 ms nach einem entsprechenden Steuersignal ein
Festklemmen des Klemmelements relativ zu der Ventilführung bewirken. Das bedeutet, daß die Ansprechzeiten der Ventile der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine etwa um den Faktor 10 - 20 verkürzt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Klemmelement als ein Klemmring ausgebildet, der umfangsseitig einen Spalt aufweist, in dem der mindestens eine piezoelektrische Aktor derart angeordnet ist, daß eine Anregung des peizoelektrischen Aktors zu einer Vergrößerung des U fangs des Klemmrings und zu einem Festlegen des
Klemmrings in der Klemmelementführung führt. Im entspannten Zustand der piezoelektrischen Aktoren weist der Klemmring einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser der Ventilführung ist; der Klemmring ist innerhalb der Ventilführung axial verschiebbar. Im erregten Zustand der piezoelektrischen Aktoren, dehnen s.ich diese aus und erweitern den Spalt in dem Klemmring, wodurch dessen Außendurchmesser so weit vergrößert wird, bis die Außenfläche des Klemmrings an der Innenfläche der Ventilführung anliegt. Durch die weiterhin wirkende Kraft des erregten piezoelektrischen Aktors wird der Klemmring mittels Reibschluß relativ zu der Ventilführung festgelegt.
Es ist aber auch denkbar, den mindestens einen piezoelektrischen Aktor derart in dem Spalt des Klemmrings anzuordnen, daß der Klemmring im entspannten Zustand der piezoelektrischen Aktoren mit seinem Außenumfang an dem Innenumfang der Ventilführung anliegt und mittels Reibschluß an einer axialen Bewegung innerhalb der
Ventilführung gehindert wird. In diesem Fall würde eine Anregung der peizoelektrischen Aktoren zu einer Verringerung des Umfangs des Klemmrings führen, wodurch der Klemmring axial verschoben werden könnte.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Klemmelement als ein Klemmring ausgebildet ist, der umfangsseitig einen Spalt aufweist, in dem zwei zueinander beabstandete Klemmbacken derart angeordnet sind, daß eine
Vergrößerung des Abstands zwischen den Klemmbacken zu einer Vergrößerung des Umfangs des Klemmrings und zu einem Festlegen des Klemmrings in der Klemmelementführung führt, wobei in dem Abstand zwischen den Klemmbacken der mindestens eine piezoelektrische Aktor derart angeordnet ist, daß eine Anregung des peizoelektrischen Aktors zu einer Vergrößerung des Abstands zwischen den Klemmbacken führt. Im entspannten Zustand der piezoelektrischen Aktoren weist der Klemmring einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser der Ventilführung ist; der Klemmring ist innerhalb der Ventilführung axial verschiebbar. Im erregten Zustand der piezoelektrischen Aktoren, dehnen sich diese aus und erweitern den Abstand zwischen den Klemmbacken. Die auseinandergedrückten Klemmbacken erweitern den Spalt in dem Klemmring, wodurch dessen Außendurchmesser so weit vergrößert wird, bis die Außenfläche des Klemmrings an der Innenfläche der Ventilführung anliegt. Durch die weiterhin wirkende Kraft des erregten piezoelektrischen Aktors wird der Klemmring mittels Reibschluß relativ zu der Ventilführung festgelegt.
Es ist denkbar, an einem Klemmring auch mehrere Spalte vorzusehen. Zumindest in einem Teil der Spalte könnten in einem solchen Fall piezoelektrische Aktoren bzw. Klemmbacken mit piezoelektrischen Aktoren angeordnet sein.
Die Klemmbacken können an dem Klemmring in dem Spalt befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform bewegen sich die Klemmbacken und die piezoelektrischen Aktoren innerhalb der Klemmelementführung in axialer Richtung zusammen mit dem Klemmring.
Alternativ wird gemäß einer besonders vorteilhaf en Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Klemmbacken relativ zu der Klemmelementführung in axialer Richtung festgelegt sind. Das hat den Vorteil, daß die
Klemmbacken und die piezoelektrischen Aktoren sich nicht innerhalb der Klemmelementführung in axialer Richtung zusammen mit dem Klemmring bewegen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine wird vorgeschlagen, daß das
Klemmelement als ein Klemmring ausgebildet ist, auf den mindestens eine relativ zu der Klemmelementführung in axialer Richtung festgelegte Klemmbacke wirkt, die jeweils mittels des mindestens einen piezoelektrischen Aktors derart radial nach innen verschiebbar ist, daß sie von außen auf den Klemmring wirkt. Es sind zwei grundsätzliche Ausführungsformen dieser Weiterbildung denkbar.
Bei der ersten Ausführungsform hat der Klemmring einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Ventilführung. Der Klemmring ist im entspannten Zustand der piezoelektrischen Aktoren innerhalb der
Klemmelernentführung axial verschiebbar. Im erregten Zustand der piezoelektrischen Aktoren werden die Klemmbacken radial nach innen verschoben bis die Innenflächen der Klemmbacken auf der Außenfläche des Klemmrings aufliegen. Durch die weiterhin wirkende Kraft der piezoelektrischen Aktoren wird der Klemmring durch die Klemmbacken mittels Reibschluß an einer axialen Bewegungen innerhalb der Klemmelementführung gehindert. Der Klemmring ist in der Klemmelementführung relativ zu der Ventilführung festgelegt. Aus statischen Gründen ist es sinnvoll, daß der Klemmring bei dieser Ausführungsform keinen umfangseitigen Spalt aufweist.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Klemmring im entspannten Zustand der piezoelektrischen Aktoren innerhalb der Klemmelementführung nicht axial verschiebbar, weil er einen Außendurchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser der Klemmelementführung. Die Außenfläche des Klemmrings liegt an der Innenfläche der
Klemmelementführung und der Klemmring ist mittels Reibschluß an der Klemmelementführung festgelegt. Im erregten Zustand der piezoelektrischen Aktoren werden die Klemmbacken radial nach innen verschoben bis die Innenflächen der Klemmbacken auf der Außenfläche des Klemmrings aufliegen. Durch die weiterhin wirkende Kraft der piezoelektrischen Aktoren wirken die Klemmbacken derart auf den Klemmring, daß dessen Außenumfang verringert wird. Der Klemmring weist sinnvollerweise einen umfangsseitigen Spalt auf, dessen Breite durch die Kraft der Klemmbacken vermindert wird. Der Klemmring hat nun einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Klemmelementführung, und ist innerhalb der
Klemmelementführung axial verschiebbar. Um den Klemmring in einer gewünschten Ventilendhubstellung relativ zu der Klemmelementführung festzulegen, werden die piezoelektrischen Aktoren wieder entspannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares und in einer Ventilführung geführtes Ventil.
Um die Ansprechzeiten derartiger Ventile entscheidend zu verkürzen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Ventil mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung festlegbar ist.
Vorteilhafterweise ist das Ventil als ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einen Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine oder als Auslaßventil zum Auslaß von Verbrennungsabgasen aus dem Verbrennungsraum ausgebildet. Insbesondere beim Einsatz als Einlaß- oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine kommen die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Ventile zum Tragen. Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zum Ansteuern, insbesondere zur Begrenzung des Hubanschlags, eines in einer Ventilführung geführten und hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Ventils.
Um ein möglichst verzögerungsfreis Ansteuern des Ventils zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Ventil mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung festgelegt wird.
Vorteilhafterweise ist das Befestigungslement als ein in einer Klemmelementführung axial verschiebbares Klemmelement ausgebildet, das mittels eines piezoelektrischen Aktors in der Klemmelementführung relativ zu der Ventilführung festgelegt wird.
Nachfolgend werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur la eine erfindungsgemäße
Verbrennungskraftmaschine im Ausschnitt mit einem Befestigungselement gemäß einer ersten Ausführungsform in Frontansicht, teilweise im Schnitt;
Figur lb das Befestigungselment aus Figur la in
Draufsicht, im Schnitt entlang der Linie A-A;
Figur 2a ein Befestigungselement gemäß einer zweiten
Ausführungsform in Frontansicht;
Figur 2b das Befestigungselement aus Figur 2a in
Seitenansicht, teilweise im Schnitt; Figur 2c das Befestigungselement aus den Figuren 2a,
2b in Draufsicht im Schnitt entlang der Linie B-B;
Figur 3a ein Befestigungselement gemäß einer dritten
Ausführungsform in Frontsicht, teilweise im Schnitt;
Figur 3b das Befestigungselement aus Figur 3a in Draufsicht, im Schnitt entlang der Linie
C-C;
Figur 4a ein Brückenelement zum Verbinden der
Klemmelement zweier Ventile in Frontansicht; und
Figur 4b das Brückenelement aus Figur 4a in
Seitenansicht .
In Figur la ist eine erfindungsgemäße
Verbrennungskraftmaschine 1 im Ausschnitt dargestellt. In einem Zylinderkopf 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine Ventilführung 3 ausgebildet, in der ein Ventil 4 geführt wird. Das Ventil 4 schließt oder öffnet den Zugang zu einem Verbrennungsraum 5 der Verbrennungskraftmaschine 1. Zum Schließen des Zugangs wird ein Ventilteller 6 des Ventils 4 mittels einer Ventilfeder 7 gegen einen Ventilsitz 8 gedrückt', der an dem Zugang zu dem Verbrennungsraum 5 ausgebildet ist. Das Ventil 4 wird mittels einer hydraulischen oder pneumatischen
Ventilbetätigungsanordnung 21 betätigt.
Ein Ventilschaft 9 des Ventils 4 ist in der Ventilführung 3 axial verschiebbar gelagert. Der Ventilschaft 9 weist einen Hubanschlag 10 auf. Das Ventil 4 ist als ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft- Gemisches in den Verbrennungsraum 5 vor dem
Verbrennungsvorgang ausgebildet. Das Ventil 4 könnte jedoch auch als ein Auslaßventil zum Auslaß der Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsraum 5 nach dem Verbrennungsvorgang ausgebildet sein, ohne daß sich eine Änderung im Aufbau des Ventils 4 ergeben würde.
Innerhalb Klemmelementführung 20 ist ein als Klemmring 11 ausgebildetes Befestigungselement angeordnet. Der Klemmring 11 weist umfangsseitig einen Spalt 12 auf, in dem ein piezoelektrischer Aktor 13 derart angeordnet ist, daß eine Anregung des piezoelektrischen Aktors 13 zu einer Vergrößerung der Breite des Spaltes 12 und damit zu einer Vergrößerung des Umfangs des Klemmrings 11 führt.
Der Klemmring 11 ist bei entspanntem piezoelektrischem Aktor 13 innerhalb der Klemmelementführung 20 axial verschiebbar. Der Hubanschlag 10 des Ventilsschafts 9 trifft bei einer Ventilöffnungsbewegung auf den Klemmring 11. Durch axiales Verschieben des Klemmrings 11 innerhalb der Klemmelementführung 20 kann also der Ventilhub des Ventils 4 eingestellt werden. Der Klemmring 11 kann in entspanntem Zustand des piezoelektrischen Aktors 13 in Richtung eines größeren Ventilhubs entgegen der Kraft eines Federelements 14 mittels einer hydraulischen
Verstellanordnung 15 innerhalb der Klemmelementführung 20 axial verschoben werden. Durch Ansteuern der hydraulischen Verstellanordnung 15 kann die gewünschte Ventilhubendstellung mittels des Klemmrings 11 eingestellt werden. In der gewünschten Ventilhubendstellung wird dann der piezoelektrische Aktor 13 aktiviert und der Klemmring 11 in der Klemmelementführung 20 relativ zu der Ventilführung 3 festgelegt.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet. In Figur lb ist der Klemmring 11 aus Figur la in Draufsicht im Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt.
In Figur 2a ist das Befestigungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das Befestigungselement gemäß der zweiten Ausführungsform weist ebenfalls einen Klemmring 11 mit einem umfangsseitig angeordneten Spalt 12 auf.
In dem Spalt 12 sind zwei zueinander beabstandete Klemmbacken 16 derart angeordnet, dass eine Vergrößerung des Abstands 17 zwischen den Klemmbacken 16 zu girier Vergrößerung des Umfangs des Klemmrings 11 führt. In dem Abstand 17 zwischen den Klemmbacken 16 sind zwei piezoelektrische Aktoren 13 derart angeordnet, dass eine Anregung der piezoelektrischen Aktoren 13 zu einer
Vergrößerung des Abstands 17 zwischen den Klemmbacken 16 führt. Somit kann durch eine Aktivierung der piezoelektrischen Aktoren 13 der Umfang des Klemmrings 11 vergrößert und dieser in der Klemmelementführung 20 relativ zu der Ventilführung 3 festgelegt werden. Die Klemmbacken 16 sind relativ zu der Klemmelementführung 20 in dem Zylinderkopf 2 in axialer Richtung festgelegt. Zum Einstellen einer gewünschten Ventilhubendstellung wird der Klemmring 11 mittels der hydraulischen Verstellanordnung 15 bzw. mittels des Federelements 14 relativ zu den
Klemmbacken 16 innerhalb der Ventilführung 3 axial verschoben. Nach Erreichen der gewünschten
Ventilhubendstellung werden die piezoelektronischen Aktoren 13 aktiviert und der Klemmring 11 ist in der Klemmelementführung 20 relativ zu der Ventilführung 3 festgelegt .
In Figur 2b ist das Befestigungselement aus Figur 2a in Seitenansicht dargestellt. Die Figur 2c zeigt das Befestigungselement aus den Figuren 2a und 2b in Draufsicht im Schnitt entlang der Linie B-B. In Figur 3a ist ein Befestigungselement gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Das Befestigungselement weist ebenfalls einen in entspanntem Zustand innerhalb der Klemmelementführung 20 axial verschiebbar gelagerten Klemmring 11 auf. Im Innenumfang der Klemmelementführung 20 ist eine Klemmbacke 18 ausgebildet, die mittels eines piezoelektrischen Aktors 13 derart radial nach innen verschiebbar ist, daß sie von außen auf den Klemmring 11 wirkt und ihn innerhalb der Klemmelementführung 20 gegen axiales Verschieben sichert. Auch bei dieser
Ausführungsform erfolgt die Einstellung einer gewünschten Ventilhubendstellung durch ein axiales Verschieben des Klemmrings 11 mittels der hydraulischen Verstellanordnung 15 entgegen der Kraft des Federelements 14.
In Figur 3b ist das Befestigungselement gemäß Figur 3a in Draufsicht im Schnitt entlang der Linie C-C dargestellt .
Bei Verbrennungskraftmaschinen 1 mit mindestens zwei Einlaßventilen und/oder mindestens zwei Auslaßventilen können die Klemmelemente 11 von jeweils mehreren der Einlaßventile bzw. der Auslaßventile über ein Brückenelement 19 miteinander verbunden werden.
In den Figuren 4a und 4b ist ein derartiges Brückenelement 19 dargestellt, durch das die Klemmelemente 11 zweier Ventile 4 miteinander verbunden sind.

Claims

Ansprüche
1. Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Verbrennungsraum (5) , der mindestens zwei jeweils in einer Ventilführung (3) geführte und hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Ventile (4) aufweist, nämlich ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Verbrennungsraum (5) vor dem Verbrennungsvorgang und ein Auslaßventil zum Auslaß der Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsraum
(5) nach dem Verbrennungsvorgang, dadurch gekenzeichnet, daß die Ventile (4) jeweils mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung (3) festlegbar sind.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement als ein Klemmelement ausgebildet ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (9) einen Hubanschlag (10) aufweist, der beim Öffnen des Ventils (4) auf das Klemmelement trifft, und daß das Klemmelement in entspanntem Zustand durch den Hubanschlag (10) in einer Klemmelementführung (20) relativ zu der Ventilführung (3) entgegen der Kraft eines Federelements (14) axial verschiebbar ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (9) einen
Hubanschlag (10) aufweist, der beim Öffnen des Ventils (4) auf das Klemmelement trifft, und daß das Klemmelement in entspanntem Zustand in der Klemmelementführung (20) relativ zu der Ventilführung
(3) entgegen der Kraft eines Federelements (14) hydraulisch oder pneumatisch axial verschiebbar ist.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4 mit mindestens zwei Einlaßventilen und/oder mindestens zwei Auslaßventilen je Vebrennungsraum (5) , dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente von jeweils mindestens zwei der Einlaßventile und/oder der Auslaßventile über ein Brückenelement (19) miteinander verbunden sind.
6. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement mindestens einen piezoelektrischen Aktor (13) zur Betätigung des Klemmelements aufweist.
7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement als ein Klemmring
(11) ausgebildet ist, der umfangsseitig einen Spalt
(12) aufweist, in dem der mindestens eine piezoelektrische Aktor (13) derart angeordnet ist, daß eine Anregung des peizoelektrischen Aktors (13) zu einer Vergrößerung des Umfangs des Klemmrings (11) und zu einem Festlegen des Klemmrings (11) in der Klemmelementführung (20) führt.
8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement als ein Klemmring
(11) ausgebildet ist, der umfangsseitig einen Spalt
(12) aufweist, in dem zwei zueinander beabstandete Klemmbacken (16) derart angeordnet sind, daß eine Vergrößerung des Abstands (17) zwischen den
Klemmbacken (16) zu einer Vergrößerung des Umfangs des Klemmrings (11) und zu einem Festlegen des Klemmrings (11) in der Klemmelementführung (20) führt, wobei in dem Abstand (17) zwischen den Klemmbacken (16) der mindestens eine piezoelektrische Aktor (13) derart angeordnet ist, daß eine Anregung des peizoelektrischen Aktors (13) zu einer Vergrößerung des Abstands (17) zwischen den Klemmbacken (16) führt.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (16) relativ zu der Klemmelementführung (20) in axialer Richtung festgelegt sind.
10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement als ein Klemmring
(11) ausgebildet ist, auf den mindestens eine relativ zu der Klemmelementführung (20) in axialer Richtung festgelegte Klemmbacke (18) wirkt, die mittels des mindestens einen piezoelektrischen Aktors (13) derart radial nach innen verschiebbar sind, daß sie von außen auf den Klemmring (11) wirken.
11. Hydraulisch oder pneumatisch betätigbares und in einer Ventilführung (3) geführtes Ventil (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) mittels eines elektrisch betätigbaren Befestigungselements relativ zu der Ventilführung (3) festlegbar ist.
12. Ventil (4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) als ein Einlaßventil zum Einlaß von Kraftstoff oder eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einen Verbrennungsraum (5) einer
Verbrennungskraftmaschine oder als Auslaßventil zum Auslaß von Verbrennungsabgasen aus dem Verbrennungsraum (5) ausgebildet ist.
3. Verfahren zum Ansteuern, insbesondere zur Begrenzung des Hubanschlags, eines in einer Ventilführung (3) geführten und hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Ventils (4) , dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) mittels eines elektrisch betätigbaren
Befestigungselements relativ zu der Ventilführung (3) festgelegt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungslement als ein in einer
Klemmelementführung (20) axial verschiebbares Klemmelement ausgebildet ist, das mittels eines piezoelektrischen Aktors (13) in der
Klemmelementführung (20) relativ zu der Ventilführung (3) festgelegt wird.
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