СИСТЕМА ГАЗООБМЕННОГО КЛАПАНА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТАКОЙ СИСТЕМОЙ.
GAS EXCHANGE VALVE SYSTEM FOR ICE AND ICE WITH SUCH SYSTEM

Данное изобретение относится к системе газообменного клапана для двигателя внутреннего сгорания. Такие газообменные клапаны уже давно известны из уровня техники. При этом из уровня техники известны различные принципы приведения в действие таких газообменных клапанов, которые управляют работой двигателей внутреннего сгорания. Так, в DE 19837837 С1 дано описание устройства для приведения в действие газообменного клапана. В этом устройстве предусмотрен электромагнитный исполнительный механизм, который имеет открывающий магнит и закрывающий магнит, между которыми находится якорь с возможностью сдвига в осевом направлении.
В DE 102004018359 А1 приведено описание гидравлического сервопривода газообменных клапанов двигателя внутреннего сгорания. При этом толкатель газообменного клапана в зависимости от изменяемого объема заключенной в камеру гидравлической жидкости предназначен для перемещения между первым и вторым конечным положением, и предусмотрена возможность изменения покидающего камеру объемного потока гидравлической жидкости с помощью проходного клапана, при этом этот проходной клапан выполнен в виде электрического клапана так, что он обеспечивает возможность, по меньшей мере, трех положений переключения.
В основу данного изобретения положена задача создания устройства, которое по существу независимо от внешних сил может обеспечивать высокочастотное и одновременно стабильное движение газообменного клапана. Это достигается согласно изобретению с помощью системы газообменного клапана по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и модификации являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Система газообменного клапана согласно изобретению имеет клапанное тело, при этом клапанное тело обеспечивает возможность движения в двух противоположных друг другу прямолинейных направлениях движения. Кроме того, предусмотрен приводной элемент для приведения в действие клапанного тела, при этом поршень этого приводного элемента выполнен с возможностью движения в направлениях движения так, что за счет перемещения поршня, по меньшей мере, в одном направлении движения, вызывается перемещение клапанного тела в этом же направлении движения. Согласно изобретению поршень выполнен с возможностью движения с помощью текучей среды относительно камеры, при этом камера имеет подводящее отверстие для текучей среды, и система газообменного клапана имеет дросселирующее устройство, которое, по меньшей мере, временно, соответственно, на некотором участке дросселирует (тормозит) движение поршня, по меньшей мере, в одном направлении движения.
Предпочтительно, лишь точно в одном направлении движения за счет движения поршня вызывается движение клапанного тела. Предпочтительно, клапанное тело имеет неподвижно расположенную на нем клапанную головку.
При этом клапанным телом является та часть клапана, которая предназначена для закрывания с помощью расположенной на нем клапанной головки отверстия, например отверстия внутри цилиндра двигателя внутреннего сгорания. При этом на этом клапанном теле расположена тарелка пружины и предпочтительно соединена с геометрическим замыканием с ним. При этом это клапанное тело может быть на некоторых участках стержнеобразным телом. Текучая среда является, в частности, жидкой средой и особенно предпочтительно маслом для гидравлических систем. За счет дросселирования движения приводного элемента, по меньшей мере, в одном направлении движения, можно обеспечивать очень стабильное направление приводного элемента и тем самым также клапанного тела.
Предпочтительно, дросселирующее устройство выполнено так, что оно различно дросселирует, соответственно демпфирует, движение приводного элемента в зависимости от его положения в направлении движения.
В одном предпочтительном варианте выполнения между приводным элементом и клапанным телом нет соединения с геометрическим замыканием. Тем самым обеспечивается возможность отделения друг от друга приводного элемента и клапанного тела. Это приводит к тому, что приводной элемент приводит клапанное тело в одном направлении, а именно за счет нажатия на него, и наоборот, во втором направлении движения клапанное тело приводит в движение приводной элемент.
В другом предпочтительном варианте выполнения указанная камера имеет отводящее отверстие для отвода указанной текучей среды из камеры. Тем самым, в частности, гидравлическая жидкость для приведения в действие приводного элемента направляется через указанную камеру.
В другом предпочтительном варианте выполнения дросселирующее устройство имеет, по меньшей мере, один дросселирующий элемент для текучей среды, который проходит в направлении движения поршня. За счет прохождения текучей среды в этом дросселирующем элементе достигается дросселирование движущегося элемента. Предпочтительно, дросселирующее устройство имеет, по меньшей мере, один дросселирующий элемент, который расположен в радиальном направлении снаружи поршня. Однако возможно также выполнение, в котором дросселирующий элемент предусмотрен внутри поршня. При этом, по меньшей мере, один дросселирующий элемент выполнен в виде канала, который особенно предпочтительно проходит по существу прямолинейно. Предпочтительно, несколько и особенно предпочтительно все дросселирующие элементы выполнены в виде каналов.
Предпочтительно, по меньшей мере, один дросселирующий элемент имеет изменяющееся в направлении движения приводного элемента внутреннее поперечное сечение. За счет этого обеспечивается возможность стабильного движения открывания приводного элемента, соответственно исполнительного элемента, и тем самым клапана через демпфирующий объем в исполнительном элементе, соответственно пространстве (камере), которое опустошается через особые дроссели, которые в зависимости от поступательного движения изменяют свою геометрию. Предпочтительно, система газообменного клапана имеет два дросселирующих элемента, соответственно, канала, которые проходят снаружи поршня. Таким образом, достигается особенно стабильное движение поршня.
Предпочтительно, дросселирующие элементы, соответственно каналы, имеют изменяющиеся в направлении движения поперечные сечения. Предпочтительно, в направлении движения расположены друг за другом, по меньшей мере, два участка канала и полностью отделены друг от друга. При этом эти оба участка канала имеют предпочтительно различные внутренние поперечные сечения. Предпочтительно, один из этих участков канала вызывает демпфирование, соответственно дросселирование, движения поршня в первом направлении движения, а второй участок канала - дросселирование, соответственно демпфирование, движения поршня во втором направлении движения. Предпочтительно, по меньшей мере, один дросселирующий элемент, соответственно канал, открыт в направлении поршня.
Предпочтительно, система газообменного клапана имеет, по меньшей мере, один элемент предварительного напряжения, который создает предварительное напряжение клапанного тела в одном направлении движения. С помощью этого элемента предварительного напряжения предпочтительно осуществляется движение закрывания газообменного клапана, а также приводного элемента, соответственно также исполнительного элемента, и отвод гидравлической среды из камеры после соответствующей перестановки переключательных элементов с помощью соединенной с газообменным клапаном клапанной пружины.
При этом предпочтительно также это движение контролируется с помощью демпфирующего объема, который опорожняется через изменяемые дроссели. Оба дросселя, как указывалось выше, предпочтительно выполнены в виде прорезей, которые ввиду их расположения перпендикулярно направлению движения закрываются в зависимости от хода исполнительного элемента. За счет указанного выше варианта выполнения, в котором отсутствует соединение с геометрическим замыканием между приводным элементом и газообменным клапаном, достигается, что газообменный клапан в своей характеристике газообмена (смены заряда) и собственном движении не имеет помех, и систему можно использовать также в обычных клапанах. С другой стороны, для работы системы, несмотря на это склонное к нестабильности соединение клапана и несмотря на возможно прилагаемую к этому клапану силу воздействия газа, нет необходимости в активном регулировании положения, соответственно в управлении движением, причем это достигается с помощью указанного выше дросселирующего устройства.
В другом предпочтительном варианте выполнения система газообменного клапана имеет первый управляющий клапан, который управляет подачей текучей среды в камеру. Тем самым подаваемая предпочтительно снаружи под давлением гидравлическая среда направляется через управляющий клапан, соответственно переключательный элемент, в предпочтительно закрытый с помощью другого переключательного элемента исполнительный элемент. Этот исполнительный элемент, соответственно этот приводной элемент, реализует тем самым поступательное движение, которое передается на газообменный клапан двигателя внутреннего сгорания.
В другом предпочтительном варианте выполнения система газообменного клапана имеет второй управляющий клапан, который управляет отводом текучей среды из камеры.
В другом особенно предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что дросселирующее устройство выполнено так, что оно свое дросселирующее действие в зависимости от положения поршня 14 на его пути (траектории) движения, по меньшей мере, на некоторых участках изменяет так, что оно, в частности, увеличивается при приближении поршня к конечным положениям на его пути движения.
Предпочтительно, оба управляющих клапана являются магнитными клапанами. В другом предпочтительном варианте выполнения система газообменного клапана имеет, по меньшей мере, одно устройство измерения (регистрации) положения, которое измеряет (регистрирует) положение клапанной тарелки или клапанного тела в направлении движения.
Следует отметить, что указанное устройство измерения положения можно применять также независимо от указанных выше вариантов выполнения. При этом, предпочтительно, устройство измерения положения имеет, по меньшей мере, одно излучающее устройство и, по меньшей мере, одно устройство обнаружения излучения, при этом устройство излучения и устройство обнаружения излучения расположены так, что путь излучения между устройством излучения и устройством обнаружения излучения, по меньшей мере, временно попадает под воздействие тарелки пружины или клапанного тела (соответственно, участка этих элементов). Устройство обнаружения излучения имеет, по меньшей мере, один, а предпочтительно несколько фотоэлементов.
Предпочтительно, путь излучения, по меньшей мере, временно блокируется тарелкой пружины или клапанным телом, соответственно участком этих элементов. В этом варианте выполнения можно определять движение газообменного клапана двигателя внутреннего сгорания с помощью оптических переключательных элементов. Предпочтительно, устройство обнаружения излучения имеет несколько расположенных в направлении движения светочувствительных элементов. При этом эти светочувствительные элементы предпочтительно расположены построчно так, что они точечно открываются за счет движения клапана посредством закрепленной на клапане тарелки пружины.
Предпочтительно, устройство измерения позиции имеет процессорный блок, который выдает, по меньшей мере, одну характеризующую движение клапанного тела величину. Эта характерная величина может быть положением, скоростью, ускорением или же рывковым движением клапанного тела. Тем самым предлагается включенный за ними оценочный логический блок, который интерпретирует переключательные сигналы и выдает фактический путь клапана. Предпочтительно, эти характерные величины подаются в указанные выше управляющие клапаны, и таким образом осуществляется регулирование движения газообменного клапана.
Этот указанный вариант выполнения позволяет применять обычные дешевые оптические электронные компоненты, время переключения которых при освещении с помощью специальных диодов, однако, настолько мало, что они могут измерять (регистрировать) высокочастное движение газообменного клапана. При этом разрешающая способность этого измерительного устройства определяется, в частности, плотностью расположения переключательных элементов, соответственно устройств обнаружения в фотоэлементе. Кроме того, включенный за ними оценочный логический блок также влияет на качество измерения, поскольку он должен интерпретировать измерительные сигналы, например, в том смысле, имеется ли прямое освещение или лишь отражение освещения, а также предпочтительно распознавать также возможное смачивание маслом.
Кроме того, данное изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему систему газообменного клапана указанного выше вида. Данное изобретение относится также к автомобилю, в частности дорожному автомобилю, содержащему двигатель внутреннего сгорания указанного выше вида.
Другие преимущества и варианты выполнения следуют из прилагаемых чертежей, на которых изображено:
фиг.1 - поперечный разрез системы газообменного клапана согласно изобретению;
фиг.2а - вид сверху системы согласно фиг.1 по линии А на фиг.1;
фиг.2b - вид сверху системы согласно фиг.1 по линии В на фиг.1;
фиг.3 - оптическое измерительное устройство для системы согласно фиг.1;
фиг.4 - другое изображение оптического измерительного устройства согласно фиг.3.
На фиг.1 показана в разрезе система 1 газообменного клапана согласно изобретению. При этом позицией 4 обозначено клапанное тело, на котором расположена клапанная головка 2, которая служит для открывания и закрывания (не изображенного) цилиндра. При этом это клапанное тело 4 установлено с возможностью движения вдоль двойной стрелки в обоих противоположных друг другу направлениях В1 и В2 движения. Ход этого движения лежит в диапазоне между 10 и 15 мм и предпочтительно в области 12 мм. Позицией 5 обозначена неподвижно соединенная с клапанным телом 4 тарелка пружины, которая предварительно нагружена с помощью пружинного устройства 22, т.е. предварительно напряжена в направлении В1. При этом это пружинное устройство 22 опирается на стенку 27, которая расположена стационарно относительно подвижного клапанного тела 4.
Позицией 12 обозначен в целом приводной элемент, который приводит в движение клапанное тело 4.
Система 1 газообменного клапана, соответственно обозначенный в качестве исполнительного элемента приводной элемент 12, имеет предпочтительно четыре функциональных элемента, а именно корпус 6, поршень 14, показанный на фиг.1 в исходном положении закрытый первый управляющий клапан 32 (в виде клапана высокого давления) и открытый в этом исходном положении второй управляющий клапан 34 (в виде клапана низкого давления).
При этом корпус может быть выполнен из двух частей, при этом один блок (не изображен) принимает сменный модуль, который образует корпус 6. Поршень 14 направляется в указанном корпусе 6 по его внутренней стенке.
Для приведения в действие клапанного тела 4 к приводному элементу 7 может подаваться из резервуара 7 гидравлическая жидкость, причем эта подача управляется первым управляющим клапаном 32. Из этого первого управляющего клапана 32 гидравлическая жидкость попадает в обозначенную в целом позицией 16 камеру.
Внутри камеры 16 с помощью указанных выше функциональных элементов 6, 14, 32, 24 образованы объемы V1, V2 и V3 и дросселирующие элементы 11, 19 и 25. Дросселирующие элементы 11, 19 и 25 называются также в совокупности дросселирующими устройствами 30 и расположены по сторонам поршня 14.
Объем V1 возникает над поршнем 14, как только он не находится в верхнем концевом положении. Таким образом, на фиг.1 объем V1 опорожнен. Объем V2 расположен кольцеобразно вокруг юбки поршня. Если поршень находится в верхнем положении, как показано на фиг.1, то объемы V1 и V2 соединены друг с другом лишь через дросселирующие элементы 11.
На фиг.2а показан вид сверху по линии А системы согласно изобретению. Можно видеть два расположенных по сторонам поршня 14 дросселирующих элемента 11, в которые может входить гидравлическая среда. Эти оба дросселирующих элемента 11, которые открыты в обращенном к поршню направлении, образуют поэтому указанные выше участки каналов. Эти обе прорези служат для демпфирования движения поршня 14 в направлении В1 движения, т.е. при закрывании газообменного клапана. Однако при этом это дросселирование действует, как будет пояснено ниже, лишь незадолго перед действительным закрыванием газообменного клапана, т.е. незадолго перед достижением поршнем своей верхней мертвой точки.
Эти дросселирующие элементы 11 выполнены в виде двух противоположно лежащих прорезей 11 в направляющей стенке, вдоль которой проходит поршень 14. За счет этого эффективное поперечное сечение прорезей 11, т.е. поперечное сечение дросселирующих элементов 11, зависит от положения поршня 14.
Объем V2 через включенные последовательно дросселирующие элементы 19 и 25, которые, как и дросселирующие элементы 11, выполнены попарно противоположно друг другу, соединен с объемом V3. Также кольцеобразный объем V3 образуется под поршнем 14 между лежащим внутри штоком поршня, соответственно приводным штоком 15, и лежащей снаружи направляющей поршень стенкой.
За счет входа гидравлической жидкости в камеру 16 поршень, на котором расположен указанный приводной шток 15, перемещается, исходя из показанного на фиг.1 положения, вниз.
При движении вниз поршня 14 объем V3 уменьшается и объем V1, как указывалось выше, увеличивается. Объем V2 всегда сохраняет свое значение. Дросселирующие элементы 25 расположены в виде круглых отверстий, которые проходят параллельно оси поршня, в корпусе 6, соответственно в указанном выше сменном (выдвижном) модуле, и проходят вплоть до нижней упорной плоскости направляющей поршня.
Направляющая поршень стенка в нижней направляющей зоне прерывается прорезями 19 так, что они соединяют дросселирующие отверстия 25 с объемом V3. Эти прорези 19 образуют дросселирующие элементы D2, которые имеют также прямое соединение с объемом V3, а с объемом V2 соединены лишь через дросселирующие элементы 25 (последовательное включение дросселирующих элементов 25 и 19). Аналогично дросселирующим элементам, соответственно дросселирующим прорезям 11, эффективное соединительное поперечное сечение, которое освобождают дросселирующие элементы 19 для прохода в дросселирующие элементы 25, зависит от положения поршня 14 и непрерывно уменьшается при движении поршня вниз.
Клапан высокого давления (управляющий клапан 32), как указывалось выше, соединен выше по потоку через трубопроводы с находящимся под давлением системы резервуаром 7 (напорным источником Р масла). Ниже по потоку он соединен с объемом V1. Поскольку клапан высокого давления (управляющий клапан 32) в основном (нормальном) состоянии закрыт, то в этом состоянии системное давление не действует в объеме V1, кроме того, нет объемного потока масла из напорного источника Р масла через управляющий клапан 32 в объем V1.
Клапан низкого давления (управляющий клапан 34) выше по потоку соединен с объемом V2, а ниже по потоку - через трубопроводы с (безнапорным) баком 35 системы. Поскольку клапан низкого давления (управляющий клапан 34) в основном (нормальном) состоянии открыт, то в объемах V1, V2 и V3 исполнительного элемента нет давления, и в них нет также объемного потока. Однако все объемы заполнены маслом, и из системы полностью удален воздух.
Ниже приводится подробное описание работы газообменного клапана согласно изобретению.
За счет приложения напряжения клапан низкого давления (управляющий клапан 34) переводится из своего показанного на чертеже основного положения во включенное положение. Таким образом, прерывается соединение объема V2 и тем самым объема V1 и V3 с баком 35 системы, объемный поток не проходит.
Затем клапан высокого давления (управляющий клапан 32) переводится за счет приложения напряжения из своего показанного на фиг.1 основного состояния во включенное положение. Таким образом, объем V1 соединяется с напорным источником Р масла (резервуаром 7).
Давление напорного источника Р масла действует теперь в объемах V1, V2 и V3. Поскольку обращенная к объему V1 поверхность поршня больше обращенной к объему V3 поверхности, то возникает сила, которая приводит поршень 14 в движение вниз. При этом движении имеются различные объемные потоки в исполнительном элементе. Масло течет из объема V3 через дросселирующий элемент 19 к дросселирующему элементу 25 и затем в объем V2.
Поперечное сечение отверстий дросселирующего элемента 25 за счет выбора диаметра отверстий и ширины прорезей в начале хода меньше эффективного поперечного сечения дросселирующих элементов, соответственно прорезей 19. Из этого следует, что дросселирующий элемент 25 в начале хода является решающим для дросселирования объемного потока из объема V3 в объем V2, а в течение дальнейшего хода эту роль принимает дросселирующий элемент 19, поскольку прорези все больше закрываются поршнем 14.
Кроме того, возникает объемный поток из объема V2 в объем V1, который течет через дросселирующие элементы 11 до тех пор, пока верхняя кромка поршня не пройдет нижнюю дросселирующую кромку, как указывалось выше. Затем объемный поток проходит между объемами V2 и V1 через указанную цилиндрическую боковую поверхность. Общий объем исполнительного элемента, состоящий из объемов V1, V2 и V3, при движении вниз увеличивается на объем выходящего из исполнительного элемента поршневого штока 15, который тем самым приводит в действие газообменный клапан и его пружинное устройство 22. Это увеличение компенсируется за счет объемного потока из напорного источника Р масла через клапан высокого давления (управляющий клапан 32) в объем V1.
За счет дросселирования объемных потоков в дросселирующих элементах 11, 19, 25 оказывается влияние на движение поршня 14 и тем самым газообменного клапана 1. В принципе справедливо, что дросселирующее поперечное сечение определяет скорость протекания и в связи с этим изменение давления в соединенном, нагружаемом давлением объеме, в данном случае, таким образом, скорость движения поршня 14, и изменяет силу на соответствующей поверхности поршня.
Дросселированием отдельных указанных объемных потоков на остальной геометрии и конструктивных элементах исполнительного элемента (как, например, в управляющих клапанах 32, 34) и сжимаемостью масла в этом описании пренебрегают. Для хода опускания поршня 14 весьма предпочтительным является отсутствие соединения с геометрическим замыканием конца стержня газообменного клапана с исполнительным элементом (поршнем 14). В зависимости от рабочей точки двигателя к газообменному клапану прикладывается изменяющаяся вместе с ней сила воздействия газа, которая должна преодолеваться исполнительным элементом (поршень 14) с помощью достаточно большой силы.
Однако, если в другой рабочей точке сила воздействия газа не прикладывается или она меньше рассчетной силы, то исполнительный элемент (поршень 14) не должен ускорять подвижные элементы клапанного тела 4 так сильно, что нарушается силовое замыкание между концом стержня газообменного клапана и исполнительным элементом (поршнем 14), поскольку в этом случае газообменный клапан будет совершать неконтролируемое движение. Это предотвращается за счет взаимодействия дросселирующих элементов 19 и 25, так что нет необходимости в активном регулировании положения, соответственно, силы исполнительного элемента.
Поскольку дросселирующие элементы 11, как указывалось выше, действуют лишь в верхней зоне направляющей поршня, т.е. в ходе опускания лишь в начале движения, которое характеризуется небольшими скоростями движения и тем самым небольшими скоростями потоков, то они фактически не имеют значения для движения открывания газообменного клапана. Последовательное включение дросселирующих элементов 19 и 25 приводит к тому, что в начале хода опускания постоянно действует дросселирующий элемент 25, а затем, как только эффективное поперечное сечение дросселирующего элемента 19 становится меньше, чем у дросселирующего элемента 25, действует дросселирующий элемент 19 с постоянно уменьшающимся поперечным сечением, как указывалось выше.
В принципе тем самым достигается, что движение вниз поршня 14 тормозится, поскольку объемный поток из объема V3 в объем V2 все больше затрудняется. Диаметр дросселирующих отверстий, соответственно дросселирующих элементов 25, согласован с максимальной расчетной силой воздействия газа, которая может прикладываться к газообменному клапану в начале движения. Если же прикладывается меньшая сила воздействия газа, то это приводит сначала, при рассматривании в бесконечно малом отрезке времени, к увеличению скорости движения поршня 14, что приводило бы к более быстрому вытеканию масла из объема V3 в объем V2 и к опасности неконтролируемого движения.
Однако поскольку это приводит, кроме того, к повышению давления в объеме V3, то увеличивается также воздействующая на нижнюю сторону поршня сила, которая действует противоположно создаваемой на верхней стороне поршня в этой ситуации чрезмерной силе. Если бы имелись лишь дросселирующие элементы 25, то действие этого механизма было бы пропорциональным чрезмерной силе (расчетной силе минус фактическая сила воздействия газа) и постоянным в течение хода. Моделирование показало, что это не достаточно для обеспечения стабильного движения поршня 14 и газообменного клапана при различных силах воздействия газа.
За счет дополнения дросселирующих элементов 25 дросселирующими элементами 19 с последовательным включением характеристика механизма переводится в далее пропорциональную чрезмерной силе, однако линейно возрастающую с ходом вниз характеристику, что пригодно для контролирования движения. При этом значение имеет точка, в котором действие дросселирующего элемента 19 превосходит действие дросселирующего элемента 25. Эта точка задается посредством выбора диаметра дросселирующего элемента 25 и ширины прорезей дросселирующего элемента 19.
В указанном варианте выполнения можно за счет итеративного согласования указанной характеристики с помощью указанных параметров (диаметра дросселирующего элемента 25 и ширины прорези дросселирующего элемента 19) достигать того, что движение открывания газообменного клапана при максимальной силе воздействия газа и без нее отличаются лишь незначительно, и всегда происходит контролируемое движение.
За счет этого целенаправленного расположения и комбинации специальных гидравлических элементов, гидравлический цилиндр указанного выше вида может без регулирования положения и почти независимо от внешней силы обеспечивать высокочастотное и одновременно стабильное движение газообменного клапана.
Таким образом, ход вниз происходит с помощью указанных выше объемных потоков между объемами и в зависимости от прилагаемой силы воздействия газа тормозится до соответствующего уровня, при этом сила торможения принципиально увеличивается с ходом. Движение выполняет поршень 14, пока он не достигнет нижней упорной плоскости и тем самым полностью не откроет газообменный клапан 1, при этом объем V3 опорожнен, а объем V1 полностью заполнен. К этому моменту времени объемные потоки прекращаются, клапан высокого давления (управляющий клапан 32) остается далее открытым, так что исполнительный элемент (поршень 14) не блокирован гидравлически.
За счет отключения подачи напряжения в клапан высокого давления (управляющий клапан 32) он переводится в свое исходное положение. Тем самым прерывается соединение объема V1 и тем самым объемов V1 и V2 с напорным источником Р масла (резервуаром 7), объемный поток не проходит.
Затем отключается также подача напряжения в клапан низкого давления (управляющий клапан 34), и он переводится в свое основное положение. Объем V2 и тем самым объемы V1 и V3 соединяются с баком 35 системы.
Во время хода вниз, наряду с движением газообменного клапана, напрягается пружина 22 клапана. Она создает силу, которая приводит поршень 14 в движение вверх, поскольку его верхняя сторона не испытывает давления, т.е. к ней не приложена сила. Указанные выше объемные потоки проходят теперь в противоположном направлении. Однако объемный поток из объема V2 в объем V3 проходит в этом случае не через дросселирующие элементы 19 и 25, а через не изображенные на фиг.1 обратные клапаны, которые расположены в указанном корпусе 6 и предотвращают аэрацию и кавитацию в масле.
Кроме того, объемный поток проходит из объема V1 в объем V2 и из него через отводящий трубопровод 28 и клапан низкого давления (управляющий клапан 34) в бак 35, так что компенсируется объем теперь входящего в исполнительный элемент поршневого штока 15.
Для обратного хода решающее значение имеет последняя фаза движения, для имеющего небольшой износ и малый шум и контролируемого движения поршня 14 и тем самым газообменного клапана его скорость при достижении упоров не должна быть слишком высокой. Как уже указывалось выше, в верхней зоне направляющей поршня начинается дросселирующее действие дросселирующих элементов 11. Как только верхняя кромка поршня проходит нижнюю дросселирующую кромку дросселирующего элемента 11, то непрерывно уменьшается эффективное дросселирующее поперечное сечение дросселирующего элемента 11 при дальнейшем ходе движения вверх. Сток из объема V1 затрудняется, и поршень 14 все больше тормозится, так что он с уменьшенной скоростью достигает концевого упора, что справедливо также для газообменного клапана.
Таким образом, также при возвратном движении поршень движется сначала быстрее, а в конце движения медленнее. При этом чрезмерное гидравлическое средство выпускается через отводящий трубопровод 28 и открытый теперь управляющий клапан 34 из приводного элемента 12.
После прекращения всех объемных потоков система снова возвращается в показанное на чертеже основное положение.
В качестве вывода следует отметить, что существенный аспект изобретения состоит в целенаправленном расположении и комбинации специальных гидравлических элементов новым образом, так что гидравлический цилиндр (исполнительный элемент) без регулирования положения и почти независимо от внешней силы может обеспечивать высокочастотное и одновременно стабильное движение газообменного клапана.
На фиг.2 показан измерительный блок 40 для измерения положения клапанного тела 4. Точнее, этот измерительный блок 40 имеет передающее устройство 42, точнее, множество расположенных в ряд источников 46 излучения, а также приемное устройство 44, точнее, множество расположенных в ряд детекторов 48. За счет взаимодействия этих источников излучения и детекторов можно измерять положение тарелки 5 пружины (и тем самым также клапанного тела 4), кроме того, можно определять математические производные этого положения, т.е. скорости и ускорения клапанного тела 4. Источники 46 излучения могут быть, например, светодиодами.
Позицией 56 обозначен измерительный усилитель, а позицией 52 - оценочный логический блок, который оценивает сигналы от детекторов 48, которые могут быть фотоэлементами. Позицией 54 обозначено управляющее устройство для управления отдельными источниками 46 излучения. Выдаваемые оценочным логическим блоком 52 величины, соответственно сигналы, можно применять для управления управляющими клапанами 32, 34.
Детекторы 48, соответственно фотоэлементы, расположены в виде строки так, что они точечно открываются за счет движения клапана с помощью закрепленной на клапане тарелки пружины. Оценочный логический блок 52 интерпретирует переключательные сигналы и выдает фактический путь клапана.
На фиг.4 показано упрощенно в изометрической проекции оптическое измерительное устройство 40 согласно изобретению. В этом случае также показан миниатюрный световой клапан, который состоит из передающего устройства 42 и приемного устройства 44. При этом конструктивная высота этих обоих элементов определяет оптическую разрешающую способность измерения движения.
Предпочтительно, отдельные источники 46 излучения выдают излучение, которое не отражается или отражается лишь незначительно от тарелки 5 пружины, так что такие отражения возможно меньше влияют на измерение положения. Можно также окрашивать элементы, такие как пружинный элемент 22 и тарелка 5 пружины, в черный цвет, чтобы тем самым лучше предотвращать отражения.
Существенный аспект указанного здесь (оптического измерения) состоит в применении обычных, дешевых оптических электронных компонентов, время включения которых, однако, при освещении с помощью специальных диодов, настолько мало, что они могут измерять высокочастотное движение газообменного клапана. Разрешающая способность измерительного устройства определяется плотностью переключательных элементов в строке. Качество измерения зависит от включенного за ними оценочного логического блока, поскольку он должен интерпретировать, имеется ли прямое освещение или лишь отражение освещения, и кроме того, должен распознавать возможное смачивание маслом.
Все раскрытые в материалах заявки признаки заявляются как существенные для изобретения, если они по отдельности или в комбинации являются новыми по сравнению с уровнем техники.
Перечень позиций
1 - система газообменного клапана
2 - клапанная головка
4 - клапанное тело
5 - тарелка пружины
6 - корпус
7 - резервуар
11 - прорези
12 - приводной элемент
14 - поршень
15 - приводной шток
16 - камера
18 - подводящий трубопровод
19 - прорезь (для движения открывания клапана)
22 - пружинное устройство
25 - дроссель, отверстие
27 - стенка
28 - отводящий трубопровод
29 - не заполненное материалом пространство
30 - дросселирующее устройство
32 - первый управляющий клапан
34 - второй управляющий клапан
35 - бак
40 - устройство измерения положения
42 - передающее устройство
44 - приемное устройство
46 - источник излучения
48 - детекторы
52 - оценочный логический блок
54 - управляющее устройство
56 - измерительный усилитель
В1, В2 - противоположные направления движения
V1, V2, V3 - объемы