DE2051220A1

DE2051220A1 - Steuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2051220A1
Application number: DE19702051220
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Links
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-10-19
Filing date: 1970-10-19
Publication date: 1972-04-20
Also published as: IT969041B; RO61884A7; SU694092A3; US3865088A; GB1373403A; CS151421B2; SE390435B; FR2110031A6

Description

E. 48
5.10.1970 Su/Kb

Anlage zur Zusatz-Patent- und
Gebrauchsmust erhilf sanmeldung

BOBERT BOSGH GHBH, 7 Stuttgart

Steuerung von Ein- und Auslaßventilen "bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit, die intermittierend gesteuert für jedes Ventil die Stirnfläche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirkenden Arbeitskolbens in Öffnungsrichtung des Ventils entgegen der Kraft einer Schließfeder beaufschlagt, wobei die Flüssigkeit v.-oitgehend kontinuierlich zugeführt wird,und die intermittierende Steuerunpj durch ein Magnetventil erfolgt^und insbesondere zur Änderung des Ventilhubes das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist, nach Patentanmeldung P 19 62 916.4.

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Robert Bosch GmbH R. 48 Su/Kb

Stuttgart

Für das Starten und Warmlaufen des Motors wird bekanntlich eine sogenannte Kraftstoffmehrmenge eingegeben, wobei die Verbrennungsluft weit über das stöchiometrisch notwendige Maß hinaus mit Kraftstoff angereichert wird. Dies ist erforderlich, weil bei kaltem Motor einerseits eine erhöhte Motorreibung besteht und andererseits die Verbrennungsluft mit relativ niedriger Geschwindigkeit in den Motorzylinder eintritt und dadurch eine mangelhafte Gemischbildung und Aufbereitung des Kraftstoffes bewirkt und weil bei Wannstart des Tlotors der Kraftstoff in der vorhergehenden Stil.¹.-standzeit imSaugrohr ausgedampft ist. Die Folge davon ist., daß für diese Betriebszustände in den Abgasen unzulässig hohe Anteile an Schadstoffen wie CO und CH enthalten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oben genannte Steuerung derart weiterzuentwiekeln, daß auch in diesen Betrieb szuständen eine gute Kraftstoffaufbereitung erfolgt, d.h. die durch die tiefen Lufttemperaturen -verursachte mangelhafte Kraftstoffverdampfung kompensiert wird durch feineres Aufspalten der Kraftstofftröpfchen bei gleichzeitig guter Durchmischung mit der Luft oder der bei warmem Motor im Saugrohr vorgelagerte Kraftstoffdampf schneller und turbulenter in den Motorzylinder gesaugt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit mittels eines thermostatischen Steuerelements in Abhängigkeit der Motortemperatur änderbar ist, so daß bei kaltem Motor der Öffnungshub insbesondere des Einlaßventils kleiner ist als bei warmem und insbesondere bei heißem Motor. Hierdurch wird erreicht, daß beim kalten Motor bis zu einer bestimmten Temperatur,die höher ist als die Warmstarttemperatur, eine hohe Einströmgeschwindigkeit besteht, so daß die Kraftstofftropfen feiner aufgeteilt werden. Außerdem wird aufgrund der

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Stuttgart

hohen Luft geschwindigkeit am Ventildurchgang eine turbulente Strömung erreicht, die eine gute Gemischbildung garantiert. Diese Turbulenz bleibt im Motorzylinder auch während des Verdichtungshubs erhalten, so daß weniger Kondensatbildung und damit weniger Schmierölverdünnung eintritt. Aufgrund dieser Vorteile kann auf eine Kraftstoffmehrmenge bei kaltem Motor verzichtet werden. Um trotzdem noch die erforderliche Zusatzluftmenge für den V/armlauf zu erhalten, wird die Öffnungszeit des Einlaßventils OMtsprechend verlängert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Arbeitsvermögen in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße eines vom thermostatischen Steuerelement beeinflußbaren elektronischen Steuergerätes änderbar. Hier wird durch Änderung der Förderleistung bzw. des Drucks der die Flüssigkeit fördernden Pumpe das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit, die nach Aufsteuerung des Magnetventils den Arbeitskolben des Ein- oder Auslaßventils beaufschlagt, geändert. Diese Leistungsänderung ist besonders einfach mit diesem elektronischen Steuergerät erreichbar, da hier ohne großen Aufwand an mechanischen 'Teilen die einzdnen Istwerte wie Druck der Flüssigkeit, Stellung des Gas- oder Bremspedals, Motordrehzahl und insbesondere hier die Motortemperatur sowie sonstige Kotorkenngrößen für eine Sollwertverstellung ausgewertet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Stuttgart

Fig. Λ' eine Einrichtung zur Steuerung von Ein- und Auslaßventilen im Schnitt,

Fig. 2 -ein Schaltbild des elektronischen Reglers und Fig. 3 ein Schaubild des Ventilöffnungszeitquerschnitts.

In einem nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine arbeitet ein Ein- oder Auslaßventil 2, das mit seinem Ventilschaft 3 in einer Büchse 4 axial verschiebbar geführt ist. Am einen Ende des Vehtilschaftes ist ein Federteller 5 pngeordnet. Zwischen Federteller 5 und Kopf 1 ist eine Schließfeder 6 eingespannt. An dem Kopf 1 ist eine Konsole 7 befestigt, die ein Magnetventil 8 und einen hydraulisch betätigten Arbeitskolben 9 aufnimmt. Der Arbeitskolben 9 ict in einer au die Konsole 7 geschraubten Buchse 10 möglichst dicht und axial verschiebbar geführt. Die eine Stirnseite des Arbeitskolbens 9 ist während der Ventilbewegung mit dem Ventilschaft 3 in kraftschlüssiger Verbindung. Das andere Ende des Arbeitskolbens 9 taucht in einen Raum 11 ein, der zum Magnetventil 8 hin offen ist. Aus einem Flüssigkeitsbehälter 13 wird dem Magnetventil 8 mittels einer Druckförderpumpe 14 durch eine Leitung 15 Flüssigkeit, die Kraftstoff sein kann, unter Druck z.B. 1UO atü zugeführt. Von der Leitung 15 zweigt stromabwärts der Pumpe 14 eine Leitung 16 ab, in die ein Drucksteuerventil 17 (Druckbegrenzungsventil) geschaltet ist und die zurück zum Behälter 13 führt.

Außerdem zweigen von der Leitung 15 Leitungen 18 ab, die zu den nicht dargestellten VentilSteuereinheiten der Brennkraftmaschine führen und durch die gleiche Druckförderpumpe versorgt werden.

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Der Kraftstoff gelangt über ein Anschlußteil 19 in eine Bohrung 20 ^ die in einen Steuerraum 21 des Magnetventils mündet» Die Mündung der Bohrung 20 wird durch eine Kugel gesteuert, die im Steuerraum 21 beweglich angeordnet ist. Tom Steuerrauiä 21 führt eine Bohrung 23 zu dem Baum 11, der den Arbeitskolben 9 aufnimmt. Weiterhin zweigt voffi Steuerraum 21 eine Bohrung 24 ab, von der ein Entlastungskanal 25 und daran anschließend eine Hücklaufleitung 26 zum Behälter 13 führt* l)ie Öffnung des Steuerraums 21 zur Bohrung 24 ist ebenfalls als Ventilsitz für die Kugel 22 ausgebildet. 3ie Kugel 22 yird durch «ine Feder 27 in einer Lage gehalten, in der sie die Bohrung 20 schließt, wobei zwischen Feder 2? und Kugel 22 ein Anker 28 (mit Dorn'28') eines Elektromagneten angeordnet ist·

ßteuerraum 21, Bohrung 24 und Anker 28 sind in einem Ventileinsatz 2^ gelagert, der im Sehäuge der Konsole 7 angeordnet ist und durch das Gehäuse 30 des Elektromagneten in seiner Einbaulag$ gehalten wird. Der die Feder 27 aufnehmende Raum im Elektromagneten sowie die Bohrung 20 am Eingang des Magnetventils sind durch einen Kanal 31 miteinander verbunden^ So daß in beiden Räumen der gleiche Druck herrscht. Weiterhin ist der Durchmesser des Ankers 28 im Bereich seiner Dichtung in der Bohrung 24 gleich dem Durchmesser der beiden Ventilsitze der Kugel 22. Solange also die ifügel 22 die in der Pig. 1 dargestellte Lage einnimmt, ist die an ihr in Öffnungsrichtung aufgrund des in der Bohrung 20 herrschenden Drucks wirkende Kraft gleich dei in Schließrichtung der Kugel über den Anker wirkenden Kraft* Zusätzlich wirkt noch die Feder 27 in Schließriohtung, so daß die Kugel 22 auf ihrem Sitz verharrt. Sobald die Spule 33 des Elektromagneten erregt wird, z.B. durch ein elektronisches Steuergerät, wird die Kraft

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BAD ORIGINAL

ft. 4Ö ßu/10)

d§r f eäii* 2? tiberttüMeö WAfite 28 v8röfchöben₄ Duräh dfeii iftSiÖife ieteiflg iÖ AaaiBfeMeMeii ttäfistöfl¹ iliM die Kugel auf de« gegenüberliegenden Öita gepreßt* dabei die Bohrung 14 verscülieflend, so daß der unter Druck zugeführt e trftitfltöff tifeif die löhriing 25 in den fiäüoi 11 gelättgeü tään* fiierdürölt tfiM der Arbeitskolbeh 9 ^e^

tfää aiii Öifngfi dös ffetitÜs 2 »1ir folge iat^ ßöäiö Spule 31 äBgeSüBaitöt tfirdj UM durch die feder 27, Aüker 28 und Kugel 22 zurückgeschoben * Ms wiederum die Hökrtüig 2Ö geöpferi*^ iöi* Mr^Ii däi Offnen der Bohrung 24 kann die Flüssigkeit auö dem Raum 11 über die Bohrung 24j afefi töftäi M5 ttod -töä dort iiiser die »Ückiaufleituttg 26 in den Behälter 13 gelengen, vas ein Schließen des Vetitiiä Ö Äui* fölg#

Die YeriteiIfcfeuerung des Arh^itßkölbens 9 kann gegen des jeiieiiigeri Hubiei hydraulisch gebremst werden« ist eJn Mäntel des ArbeitßkoIbens 9 ein Bund 34 angeordnet, der zut Öättpftlüg dfer Ötiilbeiteguttg ijeweilö itt Ausnehmungen 35,35' taucht, die nahezu den gleichen Durchmesser haben, wie der Bund» Sobald der Bund 34 in eine der ÄußttiBhiitihgeii 35*35* t&ueht, tejpdrängt er die in der Ausn»hffiüttg"befindliche fiüBsifekfelt durch ä&a zwischen ihn und der Wandung der Ausnehmung gebildeten radialen DroBselspalt, Wöß eine Dämpfung zur Folge hat.

Di© Leistung der frörderpuape 14 iöt mittels einer Stellvorrichtung 37 änderbar· Diese Stellvorrichtung 37 kann tiin hydraulißcher ßtellkolben, eß kann aber auch ein elektrischer Stellmotor oder sonst eine Stellvorrichtung sein. Diese Stellvorrichtung 37 erhält Ihre Steuergröße von einea elektronischen Steuergerät 38. Dieses elektronische

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Steuergerät 38 verwertet de Isteingaben, insbesondere der Motorkenngrößen, z.B. der Stellung des Gaspedals 40 oder des Bremspedals, des Drucks der Flüssigkeit im Stellsystem ,die über eine Leitung 41 zugeführt wird,sowie der Motortemperatur zu einem Sollwert für die Pumpenleistung, der dann in die Stellvorrichtung 37 eingegeben wird.

Der Öffnungshub des Ventils 2 ist dadurch "bestimmt, daß je nach Druck der Flüssigkeit,d.h. je nach Leistung, der Pumpe 14 das Ventil nur so weit verschoben wird, bis durch die damit bedingte Änderung der Kraft der Schließfeder 6 des Ventils und in Abhängigkeit von dem Querschnitt des Koir.eus 9 oir«. Kräftegleichgewicht erreicht ist. Unabhängig davon kann durch das möglicherweise gleiche elektronische Steuergerät die Öffnungszeit oder Schließzeit sowie der Öffnungs- oder Schließbeginn des Ventils 2 durch das Magnetventil bestimmt werden.

Die Motortemperatur wird mittels eines thermostatischen Gliedes 43 - hier in Form eines Dehnstoffreglers dargestellt gemessen, das in das Gehäuse 44 des Motors eingebaut ist. Ein Stellstift 45 des Dehnstoffreglers 43 wirkt auf eine Stellvorrichtung 46, deren elektrische Ausgangsgröße dem Regelgerät 38 zugeführt wird und sich entsprechend mit der Temperatur ändert.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines möglichen Aufbaues des Steuergeräts 38. Das Steuergerät 38 enthält dabei einen Regler 38R und einen Umformer 38F im Rückführung skr eis zum Regler 38R. Der Regler 38R ist im einfachsten Fall'

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als Verstärker ausgebildet, dessen Ausgangsgröße das elektromagnetisch arbeitende Mengenstellwerk 37 der Pumpe 14 ansteuert. Damit der Ausgangsdruck der Pumpe 14 den durch das Fahrpedal 40 vorgegebenen Wert genau einhält, bildet der Rückführungskreis 41 mit dem Umformer 38F einen geschlossenen Druckregelkreia. Der Umformer 38F erzeugt aus der am Ausgang der Pumpe 14 vorhandenen Druckgröße eine elektrische Größe, die mit der als Steuergröße wirkenden Ausgangsgröße des Fahrpedal es 40 vergleichbar ist. Die von der Temperatur abhängige, durch die Stellvorrichtung 46 erzeugte elektriLche Größe beeinflußt den Regler 38R in der Weise, daß bei zunehmender Temperatur die Förderleistung der Pump·³, auch zunimmt, wodurch tin entsprechend größerer Öffnungshub des Ventils 2 bewirkt wird.

Durch das in Fig. 3 dargestellte Diagramm wird der Vorteil dieser thermostatischen Steuerung deutlich. In diesem Diagramm ist der Hub S des Motorventils über den Drehwinkel α der Motornockenwelle dargestellt. Der Hub S,-gibt den maximal möglichen konstruktiv bedingten Hub des Motorventils an,wie er bei Normalbetrieb erreichbar ist. Hierbei schließt die Kurve I den Öffnungszeitquerschnitt ein, den das Ventil bei Normalbetrieb erreicht. Die Kurven II und III entsprechen hingegen dem Öffnungshub des Motorventils bei Warmlauf bzw. bei Start. Infolge des geringen Hubes S2 bei Warmlauf und Warmstart und S, bei Kaltstart entsteht am Eingang zum Motorzylinder eine hohe Luftgeschwindigkeit, so daß eine turbulente Strömung entsteht. Infolge dieser turbulenten Strömung werden einerseits die Kraftstofftropfen auseinandergerissen und andererseits Kraftstoff und Luft miteinander vermischt, so daß der Nachteil der mangelnden Kraftstoffverdampfung bei kaltem Motor kompensiert wird. λ_

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Claims

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Ansprüche

M.ySteuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit, die intermittierend gesteuert für jedes Ventil die Stirnfläche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirkenden Arbeitskolbens in Öffnungsrichtung des Ventils entgegen der Kraft einer Schließfeder beaufschlagt, wobei die Flüssigkeit weitgehend kontir.uierlich zugeführt wird und die intermittierende Steuerung durch ein Magnetventil erfolgt und insbesondere zur Änderung -es ^entilh^bes das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist, nach Patentanmeldung P 19 62 916.4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsvermögen mittels eines thermostatischen Steuerelements (43,45) in Abhängigkeit der Motortemperatur änderbar ist, so daß bei kaltem Motor (44) der Öffnungshub insbesondere des Einlaßventils (2,3) kleiner ist als bei warmem Motor (44).
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsvermögen in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße eines vom thermostatischen Steuerelement (43,45) beeinflußbaren elektronischen Steuergerätes (38) änderbar ist.

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