DE19601308A1 - Freie Ventilbetätigung für Brennkraftmaschinen mittels pneumatischer Steuerung und optischer Echtzeitwegmessung des Ventilhubs - Google Patents
Freie Ventilbetätigung für Brennkraftmaschinen mittels pneumatischer Steuerung und optischer Echtzeitwegmessung des VentilhubsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Steuereinrichtungen für Brennkraftmaschinen haben eine große Verbreitung erfahren und werden in
vielfältigen Technologien eingesetzt, wobei als derzeitiges Entwicklungsziel elektromagnetische und
elektrohydraulische Ventilsteuerungen mit freier Ventilbetätigung und Ventilabschaltung angesehen werden
können.
Die Steuereinrichtung der Eingangs genannten Art unterscheidet sich vorrangig von anderen
Technologien dadurch, daß das Einlaß- und Auslaßventil durch eine pneumatische Steuereinrichtung mit
optischer Echtzeitwegmessung des Ventilhubs den jeweiligen motorischen Bedürfnissen optimal angepaßt
werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
kostengünstige, kleinbauende, verlustleistungsarme und funktionssichere Vorrichtung zur Ventilsteuerung von
Brennkraftmaschinen unter Einsatz eines Steuerorgans der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu
schaffen, mit dem die vorgegebenen Aktionen erfindungsgemaß erfüllt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhangigen Ansprüche gekennzeichnet.
In Folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittzeichnung in Vorderansicht. Der Ablauf eines Ventilspiels gestaltet sich wie
folgt: um Dämpfung, Ventilschaltzeiten, parasitäre Schwingungen und Systemfüllzeiten zu optimieren, wird
über die Konstantdruckzuführungsleitung (13) und das bereits geöffnete Konstantdruckventil (12) die durch
einen Kompressor bereitgestellte Druckluft, deren Druck immer über dem aktuellen Öffnungsdruck der
Ventilfeder (4) liegen muß, zeitgleich in den oberen Druckraum (2) und den unteren Steuerdruckraum (15)
geleitet, so daß beidseitig auf den Steuerkolben (3) gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte
wirken, so daß deren Resultierende zu Null wird und nur noch die Kraft der Ventilfeder (4)
richtungsabhängig auf die Unterseite des Steuerkolbens (3) wirkt und so den Ventilteller (10) mit dem
notwendigen Dichtungsdruck auf dem Ventilsitz (9) aufsitzen läßt. Erfolgt nun über das Zentrale-Motor-
Management (19), welches die jeweilige Beabstandung des Ventiltellers (10) gegenüber dem Ventilsitz (9)
in Form des Ventilhubs, durch die Einspeisung der Signale der Laserdiode über den Optischen Leiter (20)
und die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) in den Druckraum. (2) und damit in Totalreflexion auf den
reflektierenden, oder als optischen Reflektor aufgebauten, Steuerkolben (3) in Echtzeitwegmessung und beim
Einsatz von mehreren Steuerzylindern im Multitaskingverfahren, die Auforderung einer Ventilöffnung, so
kann nach Schließung des Konstantdruckventils (12) über die Öffnungszeit des Drucksteuerventils (17) das
Ein- Auslaßventil den motorischen Erfordernissen entsprechend mehr oder weniger weit geöffnet werden.
Nachdem das Zentrale-Motor-Management (19) über die Sensorik die Position der Aktorik erkannt hat,
schließt das Drucksteuerventil (17), wobei zeitgleich bzw. schon entsprechende Zeit vorher, das
Konstantdruckventil (12) wieder geöffnet wird und der dadurch bedingte Druckausgleich bei gleichzeitiger
Druckerhöhung unter und über dem Steuerkolben (3) zur Ausgangslage zurückführt, so daß der Ventilteller
(10) wieder durch die gerichtete Kraft der Ventilfeder (4) dichtend auf dem Ventilsitz (9) gedrückt wird.
Um auch eine Ventilabschaltung zu erreichen wird das Konstantdruckventil (12) in Richtung
Druckraumzuführungsleitung (11) geöffnet, während die Richtung Steuerdruckraumzuführungsleitung (16)
geschlossen bleibt und das Drucksteuerventil (17) während der Ventilabschaltung ebenfalls geöffnet bleibt.
Der auf den Steuerkolben (3) wirkende Gasdruck kann dahingehend optimiert werden, daß eine bestmögliche
Dämpfung des jeweiligen Steuerkolbens bzw. Ventils erreicht wird, wozu bei Bedarf auch in den Druckraum
(2) noch eine auf den Steuerkolben (3) und das Druckzylinderoberteil (5) wirkende Dämpfungsfeder
eingebracht werden kann. Zur Kühlung des Druckzylinders (5) kann dieser von einer
Druckzylinderaußenwandung (7) umgeben sein, deren Innenraum gegenüber der Druckzylinderwandung (5)
ein Kühlmittel (6) in Form von Wasser oder Öl enthalt. Die Abluft aus der Steuerdruckraumabluftleitung
(18) kann an die Umluft, den Einlaß, den Auslaß oder an die Saugleitung des Kompressors selbst geleitet
werden.
Bezugszeichenliste
Optische Einkopplungsvorrichtung (1)
Druckraum (2)
Steuerkolben (3)
Ventilfeder (4)
Druckzylinder (5)
Kühlmittel (6)
Druckzylinderaußenwandung (7)
Ventilschaft (8)
Ventilsitz (9)
Ventilteller (10)
Druckraumzuführungsleitung (11)
Konstantdruckventil (12)
Konstantdruckzuführungsleitung (13)
Lasermeßstrahl (14)
Steuerdruckraum (15)
Steuerdruckraumzuführungsleitung (16)
Drucksteuerventil (17)
Steuerdruckraumabluftleitung (18)
Zentrales-Motor-Management (19)
Optischer Leiter (20).
Druckraum (2)
Steuerkolben (3)
Ventilfeder (4)
Druckzylinder (5)
Kühlmittel (6)
Druckzylinderaußenwandung (7)
Ventilschaft (8)
Ventilsitz (9)
Ventilteller (10)
Druckraumzuführungsleitung (11)
Konstantdruckventil (12)
Konstantdruckzuführungsleitung (13)
Lasermeßstrahl (14)
Steuerdruckraum (15)
Steuerdruckraumzuführungsleitung (16)
Drucksteuerventil (17)
Steuerdruckraumabluftleitung (18)
Zentrales-Motor-Management (19)
Optischer Leiter (20).
Claims (14)
1. Pneumatische Steuerung aus Metall, Metallegierungen, Keramik, Kunststoff oder
Verbundwerkstoffen bzw. deren Kombinationen, zur freien Steuerung und Ventilabschaltung von Ein- und
Auslaßventilen von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) den
Druckzylinder (5) in den oberen Druckraum (2) und den unteren Steuerdruckraum (15) teilt und die
beiden Teilräume bei geöffnetem Konstantdruckventil (12) und geschlossenem Drucksteuerventil (17)
jeweils gleichzeitig mit gleichgroßem, aber immer beliebig höherem Gasdruck als dem erforderlichen
Ventilöffnungsdruck beaufschlagt werden, so daß die beiderseits auf den Ventilsteuerkolben (3) wirkenden
Kräfte zu Null resultieren, womit lediglich noch die richtungsabhängige Kraft FV der Ventilfeder (4) auf die
Unterseite des Steuerkolbens (3) wirkt, so daß, nachdem der Ventilteller (10) dichtend auf dem Ventilsitz
(9) aufsitzt und darauffolgender Schließung des Konstantdruckventils (12), mittels der Öffnungszeit des
Drucksteuerventils (17) der Druck PS im Steuerdruckraum (15) derart vermindert wird, daß der nun größere
Druck PD im Druckraum (2) auf die Kraft FV der Ventilfeder (4) und den verringerten Gasdruck im
Steuerdruckraum (15) wirken kann, wobei zur Erreichung einer beliebig definierten und reproduzierbaren
Öffnungsstrecke des Ventiltellers (10) gegenüber dem Ventilsitz (9) in Form des Ventilhubs, der
Lasermeßstrahl (14) in Echtzeitwegmessung über die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) und bei
Einsatz von mehreren Steuerzylindern im Multitaskingverfahren arbeitend, auf den reflektierenden oder als
optischer Reflektor gearbeiteten Steuerkolben (3) im Totalreflexionsmeßverfahren über den
signaleinspeisenden Optischen Leiter (20) zurück und nach Umwandlung der optischen Signale in
elektrische Impulse, dem Zentralen-Motor-Management (19) zur weiteren meßtechnischen Verarbeitung
zugeführt wird.
2. Pneumatische Steuerung für Ein-und Auslaßventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) jeweils eine separate Hin- und Rückleitung als Optische Leiter
aufweist.
3. Pneumatische Steuerung für Ein-und Auslaßventile nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) durch eine jeweilige meßtechnische Einheit
mit Laserdiode ersetzt wird, deren Signale wiederum dem Zentralen-Motor-Management (19) zugeführt
werden, wobei die Diode als Sende- und Empfangsdiode arbeitet oder eine zweite Diode als Empfangsdiode
eingesetzt werden kann.
4. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) durch einen magnetosensitiven
Signalaufnehmer ersetzt wird, wobei der Steuerkolben (3) selbst, oder ein in ihn eingelassener
Permanentmagnet, als Signalgeber wirkt.
5. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Optische Einkopplungsvorrichtung (1) durch einen Ultraschall-Sender/Empfänger
oder Drucksensor ersetzt wird.
6. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß kapazitive oder induktive Wegmeßverfahren eingesetzt werden.
7. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß lediglich der Druckraum (2) die Druckraumzuführungsleitung (11) mit dem
Konstantdruckventil (12) und eine weitere Druckminderungsleitung mit einem Druckminderungsventil
versehen, enthalt, wobei auch eine weitere Druckfeder zwischen Steuerkolben (3) und dem oberen Deckel des
Druckzylinders (5) eingespannt sein kann, deren Kraft jedoch geringer ist als die der Ventilfeder (4), was
auch für den Gasdruck während des aufsitzenden Ventiltellers (10) gilt, wobei der Steuerdruckraum (15)
nun bei atmosphärischem Druck arbeitet und an seinem unteren Ende offen oder geschlossen sein kann und
eine zweite Druckfeder enthalten kann.
8. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Konstantdruckventil (12) bzw. das Drucksteuerventil (17) als Ein- oder
Mehrwegventil ausgeführt sein kann und daß bei Mehrwegventilfiktion das Konstantdruckventil (12) das
Drucksteuerventil (17) ersetzen kann und umgekehrt.
9. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckzylinder (5) und der Druckzylinderaußenwandung (7) ein
Kühlmittel (6) zur Wirkung kommen kann.
10. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Druckraumzuführungsleitung (11) ein weiteres Ventil integriert sein kann,
welches separat den Druck im Druckraum (2) bei geschlossenem Konstantdruckventil (12) regeln kann.
11. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Druckraum (2) und der Steuerdruckraum (15) im Ausgangszustand gleiches oder
unterschiedliches Gasvolumen aufweisen, wobei der Druckraum (2) auch kleiner oder größer sein kann als
der Steuerdruckraum (15) und umgekehrt.
12. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Druckraum (2) und der Steuerdruckraum (15) im Ausgangszustand gleiches oder
unterschiedliches Raumvolumen aufweisen, wobei der Druckraum (2) auch kleiner oder größer sein kann als
der Steuerdruckraum (15) und umgekehrt.
13. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abluft aus der Steuerdruckraumabluftleitung (18) an die Umluft, den Einlaß, den
Auslaß, den Auspuff oder an die Saugseite des Kompressors geleitet wird.
14. Pneumatische Steuerung für Ein- und Auslaßventile nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Ventilbetätigung elektromagnetische, elektromotorische, pneumatische, mechanische
oder piezoelektrische Antriebe zum Einsatz kommen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19601308A DE19601308A1 (de) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | Freie Ventilbetätigung für Brennkraftmaschinen mittels pneumatischer Steuerung und optischer Echtzeitwegmessung des Ventilhubs |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19601308A1 true DE19601308A1 (de) | 1997-07-17 |
Family
ID=7782849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19601308A Ceased DE19601308A1 (de) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | Freie Ventilbetätigung für Brennkraftmaschinen mittels pneumatischer Steuerung und optischer Echtzeitwegmessung des Ventilhubs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19601308A1 (de) |
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