Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung
von Gaswechselventilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 A1)
weist jeder elektrohydraulische Ventilsteller einen auf ein
Gaswechselventil wirkenden Stellkolben und zwei von dem
Stellkolben begrenzte, hydraulische Arbeitsräume auf, von
denen der das Gaswechselventil in Schließrichtung
beaufschlagende erste Arbeitsraum ständig mit einem unter
Hochdruck stehenden Fluid befüllt ist und der das
Gaswechselventil in Öffnungsrichtung beaufschlagende zweite
Arbeitsraum über ein erstes und zweites elektrisches
Steuerventil wechselweise mit einem unter Hochdruck stehenden
Arbeitsmedium oder Fluid befüllbar und entlastbar ist. Hierzu
liefert eine Druckversorgungseinrichtung ein unter Hochdruck
stehendes Fluid, das einerseits dem ersten Arbeitsraum und
andererseits über das erste elektrische Steuerventil dem
zweiten Arbeitsraum zugeführt ist. Der zweite Arbeitsraum ist
über das zweite elektrische Steuerventil mit einer zum
Fluidreservoir zurückführenden Rücklaufleitung verbunden. Die
Druckversorgungseinrichtung umfaßt einen Arbeitsdruckspeicher
und eine geregelte Verstellpumpe, die Fluid aus einem
Fluidreservoir über ein Rückschlagventil in den
Arbeitsdruckspeicher fördert. Im Schließzustand des
Gaswechselventlis ist der zweite Arbeitsraum durch das
geschlossene erste Steuerventil von der
Druckversorgungseinrichtung getrennt und durch das geöffnete
zweite Steuerventil mit der Rücklaufleitung verbunden, so daß
der Stellkolben durch den in dem ersten Arbeitsraum
herrschenden Fluiddruck in seine Schließstellung überführt
ist. Zum Öffnen des Gaswechselventlis werden die
Steuerventile umgeschaltet, wodurch der zweite Arbeitsraum
von der Rücklaufleitung abgesperrt und an die
Druckversorgungseinrichtung angeschlossen wird. Der
Stellkolben verschiebt sich unter Öffnen des Gaswechselventil
zum ersten Arbeitsraum hin, da die Kolbenfläche des
Stellkolbens in dem zweiten Arbeitsraum größer ist als die
Wirkfläche des Stellkolbens in dem ersten Arbeitsraum, wobei
die Größe des Öffnungshubs von der Ausbildung des an das
erste Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und
die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der
Druckversorgungseinrichtung eingesteuerten Fluiddruck
abhängt. Zum Schließen des Gaswechselventlis schalten die
Steuerventile wieder um. Dadurch liegt der gegenüber der
Druckversorgungseinrichtung abgesperrte zweite Arbeits raum an
der Rücklaufleitung, und der in dem ersten Arbeitsraum
herrschende Fluiddruck führt den Stellkolben in dessen
Ventilschließstellung zurück, so daß das Gaswechselventil von
dem Stellkolben geschlossen wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von
Gaswechselventilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den
Vorteil, daß durch die Aufteilung der Druckspeichereinheit
auf zwei Hochdruckspeicher zur getrennten Fluidversorgung der
Ventilsteller für das mindestens eine Einlaßventil einerseits
und für das mindestens eine Auslaßventil andererseits der
Fluiddruck in den beiden Hochdruckkreisen für Ein- und
Auslaßventil je nach Anforderung an die durch die
elektrohydraulische Ventilsteuerung ermöglichter
Freiheitsgrade bei der Ventilsteuerung, wie Zeitpunkt der
Ventilbetätigung, Hub, Hubgeschwindigkeit und
Ventilöffnungsdauer, unterschiedliche Druckniveaus realisiert
werden können. Dadurch ist es z. B. möglich, den Fluiddruck in
dem Hochdruckkreis für die Einlaßventile niedriger auszulegen
als den Fluiddruck in dem Hochdruchspeicher für die
Auslaßventile, der durch die am Auslaßventil benötigte, durch
den Brennraumdruck vorgegebene Kraft vorgegeben ist. Durch
diese Druckabsenkung in dem einen Hochdruckkreis läßt sich
eine Reduzierung der benötigten Energie erreichen. Als Folge
davon können die hydraulischen Ventilsteller für die Ein- und.
Auslaßventile vereinheitlicht werden, da die zum Betätigen
der Auslaßventile gegen den Brennraumdruck erforderlichen,
höheren Kräfte über den höheren Fluiddruck im zugeordneten
Hochdruckkreis realisiert werden. Weiterhin ist durch
entsprechende Ansteuerung des Umschaltglieds zur
wechselweisen Versorgung der beiden Hochdruckspeicher ein
Momentenausgleich bei der Energieaufnahme möglich. Damit wird
ein homogenerer Momentabgriff mit reduzierter Auswirkung auf
den Fahrkomfort erzielt.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Steuerung von
Gaswechselventilen möglich.
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Die erfindungsgemäße Aufteilung der
Druckversorgungseinrichtung auf zwei getrennte
Hochdruckkreise für die Einlaßventile und für die
Auslaßventile ermöglicht auch den Einsatz einer konstruktiv
einfachen Konstantpumpe anstelle der bisher üblicherweise
eingesetzten, technisch aufwendigeren Verstellpumpe, wodurch
ein erheblicher Einsparungeeffekt bei den Fertigungskosten
der Steuervorrichtung erreicht wird. Die bekannte
Konstantpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß sie unabhängig
vom Förderdruck einen nur von ihrer Antriebsdrehzahl
abhängigen Förder- oder Volumenstrom liefert. Die
Konstantpumpe kann entweder mit einer vorgeschalteten
Förderpumpe, z. B. von der Ölpumpe der Brennkraftmaschine,
betrieben oder als selbstansaugende Pumpe ausgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
das Umschaltglied zum wechselweisen Anschließen der beiden
Hochdruckspeicher an die Konstantpumpe als 4/3-
Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet. Von den
drei Ventilauslässen des Magnetventils ist einer mit dem
einen und einer mit dem anderen Hochdruckspeicher und der
dritte mit der Rücklaufleitung verbunden, während der
Ventileinlaß des Magnetventils an dem Pumpenausgang der
Konstantpumpe angeschlossen ist.
Zeichnung
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung
von Gaswechselventilen für eine
Brennkraftmaschine,
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Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild eines
elektrohydraulischen Ventilstellers zur
Betätigung eines Gaswechselventlis in der
Steuervorrichtung gemäß Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Mit der in Fig. 1 im Schaltbild dargestellten Vorrichtung zur
Steuerung von Gaswechselventilen werden bei dem ausgewählten
Ausführungsbeispiel insgesamt vier Einlaßventile 11 und
insgesamt vier Auslaßventile 12 einer Brennkraftmaschine über
ein elektronisches Steuergeräts 13 gesteuert. Die Zahl der
Einlaß- und Auslaßventile 11, 12 kann jedoch variieren. Jedes
der Einlaß- oder Auslaßventile 11, 12 ist in einem in Fig. 2
ausschnittweise dargestellten Zylinderkopf 14 eines
Verbrennungszylinders angeordnet und schließt einen im
Verbrennungszylinder ausgebildeten Brennraum gasdicht ab.
Jedes Gaswechselventil weist in bekannter Weise einen einen
Öffnungsquerschnitt 15 im Zylinderkopf 14 umschließenden
Ventilsitz 16 und ein Ventilglied 17 mit einem auf einem
axial verschieblich geführten Ventilschaft 171 sitzenden
Ventilschließkörper 172 auf, der mit dem Ventilsitz 16 zum
Schließen und Freigeben des Öffnungsquerschnitts 15
zusammenwirkt. Durch Verschieben des Ventilschaft 171 in die
eine oder andere Axialrichtung hebt der Ventilschließkörper
172 vom Ventilsitz 16 ab oder setzt sich auf den Ventilsitz
16 auf.
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In der Steuervorrichtung für die Gaswechselventile ist jedem
Gaswechselventil, also jedem Einlaßventil 11 und jedem
Auslaßventil 12, ein elektrohydraulischer Ventilsteller 18 zu
dessen Betätigung zugeordnet. Der an sich bekannte
elektrohydraulische Ventilsteller 18 ist in Fig. 2 im Detail
dargestellt. Er umfaßt einen doppeltwirkenden, hydraulischen
Arbeitszylinder 19 und zwei elektrische Steuerventile 20, 21,
die vorzugsweise als 2/2-Wegemagnetventile mit
Federrückstellung ausgebildet sind. Die elektrischen
Steuerventile 20, 21 werden von dem elektronischen
Steuergerät 13 angesteuert. Der hydraulische Arbeitszylinder
19 weist in bekannter Weise ein Zylindergehäuse 22 und einen
darin axial verschieblich geführten, mit dem Ventilschaft 171
eines Gaswechselventils verbundenen Stellkolben 23 auf, der
den Innenraum des Zylindergehäuses 25 in einen ersten
Arbeitsraum 24 und einen zweiten Arbeitsraum 25 unterteilt.
Der erste Arbeitsraum 24 ist unmittelbar und der zweite
Arbeitsraum 25 über das erste elektrische Steuerventil 20 an
einem Hydraulikeingang 181 des Ventilstellers 18
angeschlossen. Der zweite Arbeitsraum 25 ist über das zweite
elektrische Steuerventil 21 mit einem Hydraulikausgang 182des Ventilstellers 18 verbunden. Die Wirkungsweise der
Ventilsteller 18 zum Öffnen und Schließen des zugeordneten
Gaswechselventlis ist bekannt und einleitend im Abschnitt
"Stand der Technik" beschrieben.
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Zur Versorgung der elektrohydraulischen Ventilsteller 18 mit
einem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmedium oder Fluid,
weist die Steuervorrichtung eine Druckversorgungseinrichtung
26 auf. Die Druckversorgungseinrichtung 26 umfaßt eine
Konstantpumpe 27 zur Hochdruckerzeugung, die von einer
Vorförderpumpe 28 aus einem Fluidreservoir 29 gespeist wird,
ein an dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe 27 angeschlossenes
Umschaltglied 30 und zwei Hochdruckspeicher 31, 32, die je
nach Schaltstellung des Umschaltglieds 30 wechselweise über
ein Rückschlagventil 33 bzw. 34 an den Pumpenauslaß der
Konstantpumpe 27 anschließbar sind. Der erste
Hochdruckspeicher 21 liegt an einem ersten Ausgang 261 der
Druckversorgungseinrichtung und der zweite Hochdruckspeicher
an einem zweiten Ausgang 262 der Druckversorgungseinrichtung
26, und jeder Hochdruckspeicher 31, 32 ist über den Ausgang
261 bzw. 262 der Druckversorgungseinrichtung 26 mit einem
Druckbegrenzungsventil 35 bzw. 36 verbunden, dessen
Ventilausgang an einer im Fluidreservoir 29 mündenden
Rücklaufleitung 37 angeschlossen ist. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Umschaltglied 30 als 4/3-
Wegemagnetventil 41 mit Federrückstellung ausgebildet, das
von dem elektronischen Steuergerät 13 angesteuert wird. Von
den insgesamt drei Ventilauslässen des Magnetventils 41 liegt
ein erster Ventilauslaß 412 unter Zwischenschaltung des
Rückschlagventils 33 an dem ersten Hochdruckspeicher 31, ein
zweiter Ventilauslaß 413 unter Zwischenschaltung des
Rückschlagventils 34 an dem zweiten Hochdruckspeicher 32 und
ein dritter Ventilauslaß 414 über eine Verbindungsleitung 42
an der Rücklaufleitung 37 oder unmittelbar am Fluidreservoir
29, während der Ventileinlaß 411 mit dem Pumpenauslaß der
Konstantpumpe 27 verbunden ist.
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Alle elektrohydraulischen Ventilsteller 18, die ein
Einlaßventil 11 betätigen, sind mit ihrem Hydraulikeingang
181 an dem ersten Ausgang 261 der Druckversorgungseinrichtung
26 angeschlossen und damit mit dem ersten Hochdruckspeicher
31 verbunden. Alle Hydraulikausgänge 182 dieser Ventilsteller
18 sind über eine gemeinsame Verbindungsleitung 38 an der
Rücklaufleitung 37 angeschlossen. Alle elektrohydraulischen
Ventilsteller 18 zur Betätigung der Auslaßventile 12 sind mit
ihren Hydraulikeingängen 181 an dem zweiten Eingang 262 der
Druckversorgungseinrichtung 26 angeschlossen und damit mit
dem zweiten Hochdruckspeicher 32 verbunden. Die
Hydraulikausgänge 182 dieser Ventilsteller 18 sind wiederum
über eine gemeinsame Verbindungsleitung 39 an der
Rücklaufleitung 37 angeschlossen. In beiden
Verbindungsleitungen 38, 39 kann jeweils noch ein
Rückschlagventil 43 bzw. 44 angeordnet sein, das zur
Rücklaufleitung 37 hin öffnet.
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Die elektrohydraulischen Ventilsteller 18 für alle
Gaswechselventile, also für alle Einlaßventile 11 und alle
Auslaßventile 12, sind einheitlich ausgeführt. Die von den
Ventilstellern 18 für die Auslaßventile 12 aufzubringende
Verstellkraft, die durch den Brennraumdruck vorgegeben ist,
ist jedoch wesentlich größer als die Verstellkraft, die die
Ventilsteller 18 zum Betätigen der Einlaßventile 11aufbringen müssen. Diese unterschiedlichen Kräfte werden
durch unterschiedliche Druckniveaus in den Hochdruckspeichern
31, 32 realisiert. Die unterschiedlichen Druckniveaus werden
durch entsprechende Einstellung der Druckbegrenzungsventile
35, 36 erzielt. Je nach Schaltstellung des 4/3-
Wegemagnetventils 41 wird der Hochdruckspeicher 32 oder der
Hochdruckspeicher 32 durch die Konstantpumpe 37 auf das durch
das jeweilige Druckbegrenzungsventil 35 bzw. 36 vorgegebene
Druckniveau gespannt. Da der Hochdruckspeicher 31 auf ein
niedrigeres Druckniveau gespannt wird, wird die zur
Druckerzeugung erforderliche Energie reduziert. Wird in den
beiden Hochdruckkreisen kein Fluid über die Ventilsteller 18
entnommen, so wird das 4/3-Wegemagnetventil 41 in seine in
Fig. 1 dargestellte Mittelstellung gesteuert, in welcher das
Fluid drucklos über das Fluidreservoir 29 umläuft.
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Die Konstantpumpe 27 kann alternativ als selbstansaugende
Pumpe ausgeführt werden. In diesem Fall entfällt die
Vorförderpumpe 28, und die Konstantpumpe 27 saugt Fluid
unmittelbar aus dem Fluidreservoir 29 an.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann die Anzahl der mit
der Steuervorrichtung betriebenen Einlaßventile 11 und
Auslaßventile 12 variiert werden. Auch ist damit ein sog. 3-
Ventilbetrieb möglich, bei dem jedem in einem
Verbrennungszylinder ausgebildeten Brennraum der
Brennkraftmaschine zwei Einlaßventile 11 und ein Auslaßventil
12 zugehörig sind.