Es
ist wünschenswert,
eine Ventilstellgliedanordnung zu schaffen, die die Steuerbarkeit
verbessert. Es ist ebenfalls wünschenswert,
eine Ventilstellgliedanordnung mit einer erhöhten Flexibilität und vollen
Tauglichkeit für
einen variablen Hub zu schaffen. Ferner ist es wünschenswert, eine Ventilstellgliedanordnung
zu schaffen, die den Energieverbrauch reduziert und für eine zufriedenstellende
Aufsetzgeschwindigkeit sorgt. Daher besteht in der Technik ein Bedarf
daran, eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen,
die diese Wünsche
erfüllt.
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
Die
vorliegende Erfindung liefert eine nockenlose Motorventilstellgliedanordnung,
die eine duale automatische Regulierung für die Steuerbarkeit aufweist.
Die
Ventilstellgliedanordnung umfasst ein bewegliches Motorventil, ein
bewegliches Schiebekolbenventil und vier An/Aus-Ventile. Die Ventilstellgliedanordnung
umfasst auch einen Ansteuerkanal, der das Schiebekolbenventil und
das Motorventil verbindet, einen Zwischenkanal, der das Schiebekolbenventil
und ein Paar parallele An/Aus-Ventile verbindet und ein Paar Rückkopplungskanäle, die
das Motorventil, das Schiebekolbenventil und ein zweites Paar An/Aus-Ventile
verbinden.
Das
erste und zweite An/Aus-Ventil steuern einen Fluidstrom zu und von
dem Schiebekolbenventil. Das Schiebekolbenventil wiederum steuert
einen Fluidstrom zum Ansteuerkanal, um das Motorventil zu positionieren.
Das dritte und vierte An/Aus-Ventil regulieren einen Rückkopplungsfluiddruck,
um eine duale automatische Regulierung für die Ventilsteuerbarkeit und
Stromsteuerung zu schaffen.
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung
eine duale hydraulische Rückkopplung
für eine
präzise Bewegung
durch selbstregulierende Stromsteuerung aufweist. Die Ventilstellgliedanordnung
ist auch mit einer dualen automatischen Regulierung im offenen Regelkreis
stabil steuerbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung
eine verbesserte Stabilität
des Ventiltriebs liefert, ohne die dynamische Leistung zu opfern.
Die Ventilstellgliedanordnung ermöglicht auch eine verbesserte
Motorleistung, einen verbes serten Kraftstoffverbrauch und geringere
Motoremissionen durch eine verbesserte Ventilsteuerung. Die Ventilstellgliedanordnung
minimiert den Energieverbrauch durch eine selbstregulierende Stromsteuerung,
ein einfaches Schiebekolbenventil und eine effiziente Ventilsteuerung,
um eine Drosselung des Fluidstroms zu minimieren. Das Schiebekolbenventil
und die vier An/Aus-Ventile erzeugen eine duale Rückkopplung,
um für
sowohl eine präzise
Steuerung des Ventilhubs als auch ein sanftes Ventilaufsetzen zu
sorgen. Ein weiterer Vorteil des Ventilstellglieds der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass es verhältnismäßig klein und in einem Motor
einfach einzubauen ist.
Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung
vollständiger
verstanden, die zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen
wird.
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
1 ist
eine schematische Ansicht einer Ventilstellgliedanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die in einer Funktionsbeziehung mit einem Motor eines Fahrzeugs
veranschaulicht ist;
2 ist
eine Querschnittansicht der Ventilstellgliedanordnung von 1 in
einer geschlossenen Stellung des Motorventils;
3 ist
eine ähnliche
Ansicht der Ventilstellgliedanordnung von 1 in einer öffnenden Stellung
des Motorventils;
4 ist
eine ähnliche
Ansicht der Ventilstellgliedanordnung von 1 in einer
geöffneten Stellung
des Motorventils;
5 ist
eine ähnliche
Ansicht der Ventilstellgliedanordnung von 1 in einer
schließenden Stellung
des Motorventils; und
6 ist
eine ähnliche
Ansicht der Ventilstellgliedanordnung von 1 in einer
geschlossenen Stellung des Motorventils.
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nimmt
man zunächst
ausführlich
Bezug auf 1 und 2 der Zeichnungen,
bezeichnet Ziffer 10 als Ganzes eine elektrohydraulische
Ventilstellgliedanordnung, die auf einem Zylinderkopf 12 montiert
ist, der zumindest eine Öffnung 16 in
Verbindung mit einer nicht dargestellten Brennkammer des Motors
aufweist. Der Zylinderkopf 12 enthält auch ein bewegliches Motorventil 18 für jede Öffnung 16.
Das Motorventil 18 weist einen Ventilschaft 20 und
einen Ventilkopf 22 an einem Ende des Ventilschafts auf. Das
Motorventil 18 ist innerhalb seiner jeweiligen Öffnung 16 zwischen
einer offenen und geschlossenen Stellung bewegbar. Es sollte sich
verstehen, dass das Motorventil 18 entweder ein Ansaug-
oder Auslassventil sein kann.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner ein Ventilgehäuse 24,
das auf dem Zylinderkopf 12 montiert ist. Das Ventilgehäuse 24 weist
darin eine Haupt- oder erste Fluidkammer 26 auf. Ein erster
Kolben 28 ist mit dem Ventilschaft 20 des Motorventils 18 verbunden
oder steht mit diesem in Kontakt. Der Kolben 28 ist in
der ersten Fluidkammer 26 des Ventilgehäuses 24 angeordnet
und bildet eine zweite Fluidkammer 30 im Gehäuse. Die
Feder 32 des Motorventils ist um den Ventilschaft 20 zwischen
dem Zylinderkopf 12 und dem Kolben 28 angeordnet,
um das Motorventil 18 in Richtung auf die geschlossene Stellung
so vorzuspannen, dass der Ventilkopf 22 die Öffnung 16 schließt, wie
in 2 gezeigt.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 enthält auch ein Schiebekolbenventil 34,
das mit der ersten Fluidkammer 26 des Ventilgehäuses 24 fluidverbunden
ist, und ein erstes und zweites An/Aus-Ventil 36, 38.
Das Schiebekolbenventil 34 ist von der Zwei-Wege-Art mit
drei Stellungen. Das Schiebekolbenventil 34 hat einen ersten
Anschluss 40, der durch einen Zwischenkanal 42 mit
dem ersten und zweiten An/Aus-Ventil 36, 38 fluidverbunden
ist, und einen zweiten Anschluss 44, der durch einen Ansteuerkanal 46 mit
der ersten Fluidkammer 26 fluidverbunden ist. Das Schiebekolbenventil 34 hat
auch einen dritten Anschluss 48, der durch einen ersten
Rückkopplungskanal 50 mit
der zweiten Fluidkammer 30 fluidverbunden ist, und einen
vierten Anschluss 52, der durch einen zweiten Rückkopplungskanal 54 mit
einer dritten Fluidkammer fluidverbunden ist, was zu beschreiben
ist. Es sollte erkannt werden, dass das Schiebekolbenventil 34 einen
Fluidstrom zu und von der ersten Fluidkammer 26 steuert.
Das
erste An/Aus-Ventil 36 ist von der Zwei-Wege-Art mit zwei
Stellungen und mit einer Quelle elektrischer Energie wie zum Beispiel
einem Controller 58 elektrisch verbunden. Das erste An/Aus-Ventil 36 hat
einen ersten und zweiten Anschluss 60, 62. Der
erste Anschluss 60 ist über
eine Fluidzufuhrleitung 64 mit einer unter Druck gesetzten Fluidquelle
wie zum Beispiel einer Pumpe 66 fluidverbunden. Der zweite
Anschluss 62 ist mit dem Anschluss 40 des Schiebekolbenventils 34 und
dem zweiten parallelen An/Aus-Ventil 38 über den
Zwischenkanal 42 fluidverbunden. Es sollte sich verstehen,
dass das An/Aus-Ventil 36 normalerweise geschlossen ist,
wenn es abgeschaltet ist, und geöffnet, wenn
es durch den Controller 58 eingeschaltet wird.
Das
zweite An/Aus-Ventil 38 ist ebenfalls von einer Zwei-Wege-Art
mit zwei Stellungen und mit einer Quelle elektrischer Energie wie
zum Beispiel dem Controller 58 elektrisch verbunden. Das
zweite An/Aus-Ventil hat einen ersten und zweiten Anschluss 68, 70.
Der erste Anschluss 68 ist über eine Rückführleitung 72 mit einem
Fluidtank 74 fluidverbunden. Der zweite Anschluss 70 ist
mit dem Anschluss 40 des Schiebekolbenventils 34 und
einem ersten An/Aus-Ventil 36 über einen Zwischenkanal 42 fluidverbunden.
Es sollte sich verstehen, dass das An/Aus-Ventil 38 normalerweise
geschlossen ist, wenn es abgeschaltet ist, und geöffnet, wenn
es durch den Controller 58 eingeschaltet ist.
Die
Fluidpumpe 66 kann fluidverbunden sein, um Fluid aus dem
Fluidtank 74 oder einem nicht dargestellten separaten Fluidtank
anzusaugen.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner eine dritte Fluidkammer 76,
die von der ersten Fluidkammer axial beabstandet ist und durch das
Gehäuse 24 definiert
wird. Ein zweiter Kolben 78, der mit dem ersten Kolben 28 verbunden
ist, ist in der dritten Fluidkammer angeordnet.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 weist an einem Ende des Schiebekolbenventils 34 ebenfalls eine
durch das Gehäuse 24 definierte
vierte Fluidkammer 80 auf. Eine erste Feder 81 des
Schiebekolbenventils ist in der vierten Fluidkammer 80 angeordnet,
um das Schiebekolbenventil in Richtung auf eine gegenüberliegend
beabstandete fünfte
Fluidkammer 82 vorzuspannen, was zu beschreiben ist. Die
vierte Kammer 80 steht über
den ersten Rückkopplungskanal 50 mit
der zweiten Kammer 30 in Verbindung.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner die fünfte Fluidkammer 82,
die durch das Gehäuse 24 und
das Schiebekolbenventil 34 definiert wird und von der vierten
Kammer 80 gegenüberliegend beabstandet
ist.
Eine
zweite Feder 83 des Schiebekolbenventils ist in der fünften Kammer 82 angeordnet,
um das Schiebekolbenventil in Richtung auf die vierte Kammer 80 vorzuspannen.
Die fünfte
Kammer 82 steht über
den zweiten Rückkopplungskanal 54 mit der
dritten Kammer 76 in Verbindung.
Es
sollte erkannt werden, dass die Federn 81 und 83 des
Schiebekolbenventils das Schiebenkolbenventil 34 in Richtung
auf eine Mittel- oder offene Stellung vorspannen, wenn der Fluiddruck
in der vierten und fünften
Kammer 80 und 82 gleich ist. Es sollte sich auch
verstehen, dass eine Änderung
im Fluiddruck in entweder der vierten oder fünften Kammer 80 und 82 die
gegenüberliegenden
Federn 81 und 83 des Schiebekolbenventils überwinden
und bewirken können
sollte, dass sich das Schiebekolbenventil 34 in eine geschlossene
Stellung bewegt.
Die
Ventilstellgliedanordnung enthält
ferner ein drittes An/Aus-Ventil 84, das mit der zweiten
Fluidkammer 30 des Ventilgehäuses 24 fluidverbunden ist.
Das dritte An/Aus-Ventil ist von einer Zwei-Wege-Art mit zwei Stellungen
und mit einer Quelle elektrischer Energie wie zum Beispiel dem Controller 58 elektrisch
verbunden. Das dritte An/Aus-Ventil 84 weist einen ersten
und zweiten Anschluss 86, 88 auf. Der erste Anschluss 86 ist
durch den ersten Rückkopplungskanal 50 mit
der zweiten Fluidkammer 30 fluidverbunden. Der zweite Anschluss 88 ist
durch eine Niederdruckleitung 92 mit einem Fluidtank 90 fluidverbunden.
Es sollte erkannt werden, dass der Fluidtank 90 einen bestimmten
Pegel eines Gegendrucks aufrechterhalten kann. Es sollte sich verstehen,
dass das dritte An/Aus-Ventil 84 normalerweise offen
ist, wenn es abgeschaltet ist, und geschlossen, wenn es durch den
Controller 58 eingeschaltet ist.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner ein viertes An/Aus-Ventil 94,
das mit der dritten Fluidkammer 76 des Ventilgehäuses 24 fluidver bunden
ist. Das vierte An/Aus-Ventil 94 ist ebenfalls ein Zwei-Wege-Typ
mit zwei Stellungen und mit einer Quelle elektrischer Energie wie
zum Beispiel dem Controller 58 elektronisch verbunden.
Das zweite An/Aus-Ventil 94 hat
einen ersten und zweiten Anschluss 96, 98. Der
erste Anschluss 96 ist durch den zweiten Rückkopplungskanal 54 mit
der dritten Fluidkammer 76 fluidverbunden. Der zweite Anschluss 98 ist
durch eine Niederdruckleitung 100 mit dem Fluidtank 90 fluidverbunden.
Falls gewünscht
kann die Druckleitung 100 mit dem Fluidtank 90 oder
einem nicht dargestellten separaten Fluidtank fluidverbunden werden.
Es sollte sich verstehen, dass das vierte An/Aus-Ventil 94 normalerweise
offen ist, wenn es abgeschaltet ist, und geschlossen, wenn es durch den
Controller 58 eingeschaltet ist.
Im
Betrieb ist wie durch 2 veranschaulicht, das Motorventil 18 in
der geschlossenen Stellung dargestellt. In dieser Stellung ist das
erste An/Aus-Ventil 36 durch den Controller 58 abgeschaltet
(geschlossen), um den Strom von unter Druck gesetztem Fluid zum
Schiebekolbenventil 34 zu verhindern. Das zweite An/Aus-Ventil 38 wird
durch den Controller 58 eingeschaltet (geöffnet),
um die erste Kammer 26 mit dem Fluidtank 74 in
Verbindung zu bringen. Das dritte und vierte An/Aus-Ventil 84 und 94 werden
beide abgeschaltet (geöffnet),
um die zweite und dritte Fluidkammer 30 und 76 mit
dem Fluidtank 90 in Verbindung zu bringen, um zu ermöglichen,
dass die Federn 81, 83 das Schiebekolbenventil 34 in
der offenen Stellung zentrieren. Die Feder 32 des Motorventils
hält das
Motorventil 18 geschlossen, wobei der Ventilkopf 22 die Öffnung 16 schließt.
Um
das Motorventil 18 wie in 3 veranschaulicht
zu öffnen,
schaltet der Controller 58 das erste An/Aus-Ventil 36 ein
(öffnet
dieses) und schaltet das zweite An/Aus-Ventil 38 ab (schließt dieses), um
zu ermöglichen,
dass Hochdruckfluid von der Pumpe 66 durch das Schiebekolbenventil 34 und
in die erste Kammer 26 strömt. Der hohe Druck überwindet
die Kraft der Feder 32 des Motorventils und bewegt das
Motorventil 18 zu einer sich öffnenden Stellung. Das dritte
und vierte An/Aus-Ventil 84 und 94 werden beide
abgeschaltet (geöffnet),
um zu ermöglichen,
dass das Fluid in der zweiten und dritten Kammer 30 und 76 zu
und aus dem Tank 90 strömt.
Um
das Motorventil 18 bei einer vorbestimmten Hubstellung
zu stoppen, schaltet der Controller 58 das dritte An/Aus-Ventil 84 ein
(schließt
dieses), um die Fluidverbindung zwischen der zweiten Fluidkammer 30 und
dem Tank 90 zu trennen. Während das Motorventil 18 weiter öffnet, schiebt
der erste Kolben 28 das Fluid in der zweiten Fluidkammer 30 über den
Rückkopplungskanal 50 in
die vierte Fluidkammer 80, was das Schiebekolbenventil 34 gegen die
Feder 83 des Schiebekolbenventils nach oben treibt. Diese
Bewegung setzt sich fort, bis das Schiebekolbenventil 34 die
Fluidverbindung zwischen dem Ansteuerkanal 46 und dem Zwischenkanal 42 trennt und
seinen mechanischen Anschlag erreicht. Wenn das Schiebekolbenventil 34 diesen
Gleichgewichtspunkt erreicht, stoppt das Motorventil 18,
wie in 4 veranschaulicht ist. Es sollte sich verstehen,
dass die Hubhöhe
des Motorventils 18 durch die Auslösezeitsteuerung des dritten
An/Aus-Ventils 84 bestimmt ist.
Um
das Motorventil 18 zu schließen, schaltet der Controller 58 das
erste Ventil 36 ab (schließt dieses), schaltet das dritte
An/Aus-Ventil 84 ab (öffnet dieses)
und schaltet das zweite An/Aus-Ventil 38 ein (öffnet dieses).
Die Federn 81 und 83 des Schiebekolbenventils
führen
das Schiebekolbenventil 34 zur zentralen Stellung zurück, um die
erste Kammer 26 mit dem Zwischenkanal 42 und der
Niederdruckleitung 72 und dem Fluidtank 74 in
Verbindung zu bringen. Dies ermöglicht,
dass das Hochdruckfluid in der ersten Kammer 26 in den
Fluidtank 74 ausströmt.
Die Feder 32 des Motorventils treibt dann das Motorventil 18 nach
oben, wie in 5 veranschaulicht ist. Während das
Motorventil 18 zur geschlossenen Stellung zurückkehrt,
bleiben das dritte und vierte An/Aus-Ventil 84 und 94 abgeschaltet
(geöffnet),
so dass sowohl die zweite Fluidkammer als auch die dritte Fluidkammer 30 und 76 mit
dem Fluidtank 90 verbunden sind, was bewirkt, dass das
Fluid unter niedrigem Druck diese Kammern füllt oder leert, während das
Motorventil zur geschlossenen Stellung zurückkehrt.
Um
das Motorventil 18 bei einer vorbestimmten Stellung zu
stoppen, schaltet der Controller 58, während das Motorventil 18 zu
der aufgesetzten oder geschlossenen Stellung zurückkehrt, das vierte An/Aus-Ventil 34 ein
(schließt
dieses), um die Fluidverbindung zwischen der dritten Kammer 76 und
dem Fluidtank 90 zu trennen, was bewirkt, dass das sich aufwärts bewegende
Motorventil 18 Fluid aus der dritten Kammer 76 zur
fünften
Kammer 82 des Schiebekolbenventils 34 verdrängt. Diese
Bewegung setzt sich fort, bis das Schiebekolbenventil 34 die
Verbindung zwischen dem Ansteuerkanal 46 und dem Zwischenkanal 42 trennt
und seinen mechanischen Anschlag erreicht. Wenn das Schiebekolbenventil 34 diesen
Gleichgewichtspunkt erreicht, stoppt das Motorventil 18,
wie in 6 veranschaulicht ist. Dies ermöglicht eine
bessere Steuerung der Aufprallgeschwindigkeit beim Aufsetzen ("weiches Landen") des Motorventils 18.
Die
Ventilstellgliedanordnung 10 ist in einem offenen Regelkreis
stabil ausgebildet, indem die hydraulischen Rückkopplungskanäle 50 und 54 genutzt werden,
und die An/Aus-Ventile 84 und 94 werden genutzt,
um das Freigeben oder Sperren der Rückkopplungskanäle jeweils
zu ermöglichen.
Die Stabilität
im offenen Regelkreis impliziert, dass das Ansprechverhalten des
Systems auf ein gegebenes Eingangssignal nicht unbegrenzt ist. Die
bessere Steuerbarkeit, die durch eine Stabilität bei offenem Regel kreis erreicht
wird, ermöglicht,
dass die Ventilstellgliedanordnung 10 eine besserte Leistung
liefert. Die Ventilstellgliedanordnung 10 der vorliegenden Erfindung
steuert präzise
die Bewegung des Schiebekolbenventils 34 über die
Rückkopplungskanäle 50 und 54,
so dass sie eine unnötige
Drosselung des Niederdruckstroms und Hochdruckstroms vermeidet, wodurch
sie Vorteile beim Energieverbrauch liefert.
Obgleich
die Erfindung durch Verweis auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte es sich verstehen, dass zahlreiche Änderungen
innerhalb des Geistes und Umfangs der beschriebenen erfinderischen
Konzepte vorgenommen könnten.
Demgemäß soll die
Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern
den durch die dargelegten folgenden Ansprüche zugelassenen vollen Umfang
haben.