DE4407585A1 - Variable Ventilsteuerung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen
Betätigung von federvorgespannten Gaswechselventilen einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung mit den
im Oberbegriff des Anspruchs 4 genannten Merkmalen.
Aus der DE-OS 19 62 323 ist eine nach diesem Verfahren
arbeitende Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen eines Ventils
einer Brennkraftmaschine bekannt. Darin ist das Ventil Teil
eines Druckölhydraulik-Systems und ist über eine Anschlußleitung
mit einer Druckölanschlußstelle eines Steuerventils verbunden.
Das Steuerventil wird abwechselnd zwischen der Anschlußstelle
und einer Abflußstelle des Steuerventils geschaltet, um so die
Beaufschlagung mit Drucköl zum Öffnen und Schließen des
Gaswechselventils zu steuern.
Vorteile einer solchen Einrichtung zur hydraulischen
Gaswechselventilbetätigung sind der Wegfall mechanisch bewegter
Teile und der daraus resultierende verschleißarme Betrieb der
Ventile, daß das zu steuernde Ventil aufgrund ausreichender
Druckmittelmengenspeicherung schneller vollständig öffnet, und
daß neben der optimalen Ventilöffnungsdauer jedes Ventil
individuell zu jedem gewünschten Zeitpunkt betätigt werden kann.
Dabei verhindert der Einsatz von Ventilfedern ein, bei rein
hydraulischer Betätigung der Ventile, ungewollt auftretendes
Hängenbleiben der Ventile in geöffneter Stellung, sollte der
Hydraulik-Systemdruck ungewollt abfallen.
Neben diesen und weiteren Vorteilen weist eine hydraulische
Ventilbetätigung aber auch Nachteile auf. So ist zusätzlich zu
anderen Anbauaggregaten einer Brennkraftmaschine ein davon
unabhängig arbeitendes Hydraulik-System erforderlich, welches
dahingehend ausgelegt sein muß, eine ausreichende, auf hohen
Systemdruck komprimierte Menge des Hydraulikfluids
bereitzustellen. Hierfür geeignete Hydraulik-Systeme sind jedoch
aufwendig und nehmen zusätzliches Bauvolumen in Anspruch;
außerdem entziehen sie der Brennkraftmaschine Antriebsenergie,
wodurch sich deren Gesamtwirkungsgrad verschlechtert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, welche
die obigen Nachteile vermeiden und eine einfache und zuverlässig
arbeitende Ventilbetätigung, die kostengünstig herzustellen ist,
ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies verfahrensmäßig mit den Merkmalen der
in Anspruch 1 gegebenen technischen Lehre erreicht; eine zur
Durchführung dieses Verfahrens geeignete vorrichtungsmäßige
Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 4 gegeben.
Wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß
nicht, wie bisher, das Hydraulikfluid in einem separaten
Hydraulik-System bereitgestellt, druckbeaufschlagt und
zugeschaltet werden muß, sondern daß Kraftstoff als
Hydraulikfluid bereits unter hohem Druck Form im Einspritzsystem
der Brennkraftmaschine gespeichert vorliegt und von dort aus je
nach Schaltung der Steuerventile zum Öffnen der Ventile
abgezweigt werden kann. Damit kann auf ein eigens zur
Ventilbetätigung vorzusehendes Hydraulik-System ersatzlos
verzichtet werden. Neben der durch den Ersatz einer Nockenwelle
durch hydraulisch betätigte Ventile erzielten konstruktiven
Vereinfachung, macht es das erfindungsgemäße Verfahren möglich,
nun auch auf den separaten Hydraulikkreislauf als ganzes
Anbausystem zur Betätigung der Ventile zu verzichten.
Der in einem Einspritzsystem mit Kraftstoffhochdruckspeicher
aufgebaute und unabhängig von der Kraftstoffbemessung in die
Brennräume der Brennkraftmaschine ständig verfügbare hohe
Kraftstoffdruck ermöglicht es ferner, daß die Abmessungen der
Druckraumvolumina der Hydraulikventile klein dimensioniert und
dadurch das Bauvolumen der Brennkraftmaschine klein gestaltet
werden kann.
Die erfindungsgemäße Verwendung des in einem Druckspeicher unter
Hochdruck stehenden Kraftstoffs bietet in einer Weiterbildung
der Erfindung darüberhinaus die vorteilhafte Möglichkeit einer
Hintereinanderschaltung von Auslaß- und Einlaßventilen, mit der
der Kraftstoff durch entsprechende Schaltung der Steuerventile
zunächst dem Auslaßventil zugesteuert wird bevor beim
Schließvorgang des Auslaßventils die selbe Kraftstoffmenge zur
Betätigung des Einlaßventils weitergeleitet wird. Bei geeigneter
Auslegung der Hydraulik und akzeptabler Ventilüberschneidung
ermöglichen der kurze Öffnungs- bzw. Schließvorgang hydraulisch
betätigter Ventile so eine Mehrfachnutzung des im
hochdruckbeaufschlagten Kraftstoff gespeicherten
Arbeitsvermögens. Durch diese Mehrfachnutzung muß
erfindungsgemäß für den gesamten Gaswechselvorgang deutlich
weniger Hydraulikenergie aufgebracht werden, als vergleichsweise
beim bisherigen direkten Einzelöffnen sowohl des Auslaß- als
auch des Einlaßventils mit jeweils dem im Hydrauliksystem
vorliegenden Systemdruck.
Eine weitere Möglichkeit, um die für den gesamten
Gaswechselvorgang von der Motorleistung abgezweigte Energie zur
Erzeugung des Hydraulikdrucks zu minimieren wird erfindungsgemäß
dadurch realisiert, daß jeweils zwischen dem Betätigen des
Auslaßventils und der darauffolgenden Beaufschlagung des
nachgeordneten Einlaßventils eine Druckzwischenspeicherung für
die ventilbetätigende Kraftstoffmenge vorgesehen wird. Bei
entsprechender Schaltung der jeweiligen Steuerventile wird damit
die beim schnellen Öffnen des Auslaßventils durch unmittelbares
Zusteuern des hohen Systemdrucks in der Schließfeder dieses
Ventils gespeicherte potentielle Energie zumindest teilweise
wieder in Kraftstoffdruck zurückgewandelt und solange
zwischengespeichert, bis dieser im Druckzwischenspeicher unter
Hochdruck abrufbereitstehende Kraftstoff dem Einlaßventil
zugeschaltet wird. Beim Schließen bzw. Entlasten des
Einlaßventils wird der Kraftstoff mittels der
Einlaßventilschließfeder in den Kraftstofftank gefördert und
damit wieder in den Systemkreislauf rückgeführt.
Wegen dieser sich hieraus ergebenden günstigen Energiebilanz
des Gaswechselventilspiels schafft der erfindungsgemäße
Druckzwischenspeicher die Voraussetzung für voneinander
unabhängige Öffnungs- und Schließvorgänge der Auslaß- und
Einlaßventile. Die einzelnen Ventile können dadurch nun zur
Verbrauchsoptimierung in der Brennkraftmaschine zu jeder
beliebigen kennfeldabhängigen Steuerzeit, auch ohne
Ventilüberschneidung, betätigt werden.
Beim Betrieb einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann es ferner vorteilhaft sein, die
Kraftstoffentnahme zur Betätigung der Ventile und die
Kraftstoffeinspritzzeiten aufeinander abzustimmen, um damit
störende Pulsationen im Hochdruckspeicher aufgrund einer
wiederkehrenden Entnahme verhältnismäßig großer Kraftstoffmengen
zu minimieren. Da bei einer derart abgestimmten Steuerung der
Gaswechselventile jeweils nur kleine Kraftstoffmengen aus dem
Hochdruckspeicher abgeleitet werden, und weil die sich daraus
ergebenden Druckschwankungen minimal sind, kann bei dieser
Steuerungsweise das Hochdruckspeichervolumen auf ein Minimalmaß
verkleinert werden. Dies wirkt sich wiederum in positivem Maße
reduzierend auf das Bauvolumen der gesamten Brennkraftmaschine
aus.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete
Vorrichtung ist auf wenige Teile begrenzt, da die wesentlichen
Teile des Hydraulikkreislaufs bereits in Form des
Einspritzsystems an der Brennkraftmaschine vorhanden sind. Der
bauliche Aufwand beschränkt sich daher auf die Ausbildung der
Hydraulik-Gaswechselventilbaugruppen und das diese Baugruppen
verbindende Leitungssystem. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
ist daher einfach aufgebaut und kann kostengünstig hergestellt
und montiert werden.
Diese Einfachheit das Aufbaus und die geringe Zahl
erforderlicher Vorrichtungsteile schaffen die Voraussetzung für
den Einsatz kostensparender Herstellungsverfahren. In einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen,
das Leitungssystem gegebenenfalls zusammen mit dem
Druckzwischenspeicher in die Ventilgehäuseabdeckung einzugießen.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
die unterschiedliche Dimensionierung der Ventilfedern. Die
Ventilfeder des Auslaßventils ist wesentlich stärker ausgebildet
als die Ventilfeder des Einlaßventils, um so in der
Zwischendruckleitung auftretende Druckverluste auszugleichen und
um unabhängig von den jeweiligen Steuerzeiten der
Gaswechselventile ein gleichbleibend gutes Öffnungs- und
Schließverhalten beider Ventile sicherzustellen. Insbesondere
dient die stark dimensionierte Ventilfeder des Auslaßventils in
Ausführungsformen mit Druckzwischenspeicherung dazu, den
Kraftstoff beim Schließvorgang des Auslaßventils in möglichst
kurzer Zeit aus dem Ventildruckraum in den Druckzwischenspeicher
zu fördern. Einerseits wird damit ein zuverlässiges Schließen
des Auslaßventils in kurzer Zeit erreicht, andererseits kann
damit ein relativ hoher Zwischendruck erzeugt werden, was sich
wiederum günstig auf das Öffnungsverhalten des Einlaßventils
auswirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind in den übrigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
In der Fig. 1 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur variablen, hydraulischen Betätigung der Gaswechselventile
eingebunden in ein Hochdruckeinspritzsystem der in der Zeichnung
nicht bzw. nur in Form eines Ventilgehäuseausschnitts
andeutungsweise dargestellten Brennkraftmaschine schematisch
dargestellt.
Das Einspritzsystem liegt als sogenanntes
"Common-Rail-Einspritzsystem" vor, bei dem eine Hochdruckpumpe
23 den Kraftstoff kontinuierlich in einen für mehrere
Einspritzdüsen 7 gemeinsamen Hochdruckspeicher 21 fördert, und
aus welchem die elektronisch geregelten Einspritzdüsen wiederum
kontinuierlich Kraftstoff ableiten. Das wesentliche Merkmal
eines "Common-Rail-Einspritzsystems" ist die bauliche Trennung
der Funktionen "Druckerzeugung" und "Kraftstoffzumessung". Diese
Trennung ermöglicht es nämlich, daß der Kraftstoff in einem
Hochdruckspeicher 21 ständig unter einem konstanten Druck von
ca. 1000 bar gehalten werden kann und bei entsprechender
Dimensionierung des Hochdruckspeichervolumens dadurch als
Hydraulikfluid zur Verfügung steht.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten System saugt die Hochdruckpumpe
23 den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 27 über einen
Kraftstoffilter 26 an und fördert diesen durch eine Zuleitung
28 in den Hochdruckspeicher 21 des dargestellten
Hochdruck-Hydrauliksystems 1. Die Hochdruckpumpe 23 wird über
einen hier nicht näher darstellten Antrieb 25 von der
Brennkraftmaschine angetrieben und elektronisch geregelt. Die
Hochdruckpumpe 23 ist so dimensioniert, daß ihre Förderleistung
den Kraftstoff in dem Hochdruckspeicher 21 ständig auf einem
Druckniveau von ca. 1000 bar hält. Der Druck im
Hochdruckspeicher 21 wird ständig von einer Steuereinheit 24
gemessen, welche in Abhängigkeit dieses Druckes den
Pumpenbetrieb steuert, um den Systemdruck auf den konstanten
Wert auszuregeln.
Von dem Hochdruckspeicher 21 zweigen zwei Leitungssysteme ab;
eines ist das Kraftstoffeinspritzsystem, welches durch die
Kraftstoffzuleitung 8 mittels elektronisch geregelter
Einspritzventile 7 Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 21
ableitet und den überschüssigen Kraftstoff über die
Kraftstoffrückleitung 9 zurück in den Kraftstofftank 27 führt.
Das Leitungssystem 12 bildet das zweite System, welches das
Auslaß- 3 und Einlaßventil 4 in das Hochdruck-Hydrauliksystem 1
mit einbindet.
Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines
Leitungssystems 12 mit einem Auslaß- 3 und einem Einlaßventil 4
beschrieben wird, ist die Erfindung nicht nur auf die Betätigung
eines Auslaß- und eines Einlaßventils beschränkt, sondern es
können sowohl mehrere Auslaß- und Einlaßventile pro Zylinder in
einem Hydraulikleitungssystem 12 zusammengefaßt sein, als auch
mehrere derartiger Hydraulikleitungssystem, entsprechend der
Zahl der Zylinder einer Brennkraftmaschine, jeweils
parallelgeschaltet an den Hochdruckspeicher angeschlossen werden
können.
Die Ventile 3, 4 sind jeweils mit ihrem Ventilschaft 29, 30 im
Ventilgehäuse 5 geführt und liegen in der Ruhephase zwischen
zwei Ventilspielen mit dem Ventilteller 31, 32 auf dem
Ventilsitz im Zylinderkopf 2 an. In dieser Stellung werden sie
unter der Kraft der Ventilfedern 10, 11 gehalten, welche sich
ihrerseits gegen den Zylinderkopf 2 abstützen. Das rückseitige
Ende der Ventile 3, 4 endet jeweils in einem Druckraum, in
welchen wahlweise das Hydraulikfluid, der Kraftstoff, zur
Ventilbetätigung zugeschaltet und/oder abgeleitet wird. Die
hierin schematisch dargestellten Hydraulikventile können in
unterschiedlichen Bauformen ausgebildet sein, ohne daß sich
dadurch das Wesen der Erfindung ändert. Erfindungswesentlich
dagegen ist, daß das Auslaßventil 3 unmittelbar über eine
Hochdruckleitung 13 mit dem Hochdruckspeicher 21 verbunden ist
und daß sowohl die Beaufschlagung der Ventile 3, 4 mit dem
druckbeaufschlagten Kraftstoff als auch deren Entlastung über
unabhängig steuerbare Steuerventile 17, 18, 19, 20 gesteuert
werden kann. Diese jedem Ventil 3, 4 jeweils in der
kraftstoffzuführenden und in der kraftstoffableitenden Leitung
zugeordneten Steuerventile 17, 18, 19, 20 sind vorzugsweise als
elektronisch steuerbare Magnetventile ausgebildet, die in
Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung und/oder anderen
Motorparametern (z. B. pe, n, . . . ) von der Steuereinheit 24
angesteuert und geschaltet werden. Bei der dargestellten
Ausführungsform sind ein Auslaßventil 3 und ein Einlaßventil 4
in Reihe hintereinander geschaltet und über eine
Zwischendruckleitung 14 miteinander verbunden. Vom Einlaßventil
4 führt eine Niederdruckleitung 15 zu dem Kraftstofftank 27 und
damit wieder in dem Einspritzsystemkreislauf zurück.
In der Zwischendruckleitung 14 ist ein Druckzwischenspeicher 16
vorgesehen, welcher bevorzugt ebenso wie die Hochdruckleitung
13, die Zwischendruckleitung 14 und Teile der Niederdruckleitung
15 in den Ventilgehäusedeckel eingegossen ausgebildet sein
kann. Bedingt durch die Anordnung des Zwischendruckspeichers
16 in der Zwischendruckleitung 14, kann die Zu- bzw. Abführung
von Kraftstoff in/vom Zwischendruckspeicher 16 mittels
entsprechender Schaltung der Steuerventile 18, 19 gesteuert
werden.
Der Druckzwischenspeicher 16 selbst umschließt ein
Speichervolumen, welches mittels eines Trennkolbens 35 in zwei
Teilräumen, die Kraftstoffkammer 38 und die Federkammer 39, mit
variablen Volumina unterteilt ist. Dazu ist der Trennkolben 35
axial verschieblich in den Druckzwischenspeicher 16 eingesetzt
und bildet die verschiebbare Begrenzung zwischen der
Kraftstoffkammer 38 und der Federkammer 39.
Die Federkammer 39 ist auf der dem Trennkolben 35 in axialer
Richtung gegenüberliegenden Stirnseite durch einen in den
Ventildeckel eingeschraubten Gewindestopfen 37 begrenzt, in den
eine Entlüftungsbohrung 40 eingeformt ist. In die Federkammer 39
ist eine Druckfeder 36 eingesetzt, welche sich mit einem Ende am
Gewindestopfen 37 abstützt, während ihr anderes Ende in axialer
Richtung auf dem Trennkolben 35 aufliegt und diesen axial in
Richtung Kraftstoffraum 38 vorspannt. Die Kraftstoffkammer 35
ist einlaßseitig und auslaßseitig in die Zwischendruckleitung 14
geschaltet und bildet das eigentliche Aufnahmevolumen für den
Kraftstoff.
Anstelle der Druckfeder 36 kann auch ein bestimmtes Luftvolumen
oder jedes andere Medium mit ausreichender Kompressibilität in
die Federkammer 39 eingeschlossen werden, um ein
viskoelastisches oder gasförmiges Druckpolster für die Belastung
des Trennkolbens 35 zu schaffen. Ferner kann der Trennkolben 39
durch eine Membrane ersetzt werden, die das
Druckzwischenspeichervolumen in die Feder- 39 und die
Kraftstoffkammer 35 dicht unterteilt.
Ist darüberhinaus die Entlüftungsbohrung 40 über entsprechende
Flansche mit einem Versorgungssystem verbunden, mittels welchem
die Menge des in der Federkammer 39 eingeschlossenen Mediums
verändert werden kann, dann lassen sich dadurch der
Zwischenspeicherdruck pzw und abhängig davon die Öffnungs- bzw.
Schließzeiten der Ventile 3, 4 beeinflussen.
Nachfolgend wird die Funktion der zuvor beschriebenen
Vorrichtung über den Verlauf eines vollständigen Ventilspiels
ausgehend von dem mit unter einem Druck von ca. 1000 bar
stehenden Kraftstoff gefüllten Hochdruckspeichers 21
beschrieben.
In der Ruhelage der Gaswechselventile 3, 4 sitzen deren
Ventilteller 31, 32 auf ihrem Sitz im Zylinderkopf 2 auf. In
dieser Ruhephase sind sämtliche Steuerventile 17, 18, 19, 20 in
ihrer Schließstellung. Zur Betätigung des Auslaßventils 3 wird
zunächst das Steuerventil 17 geöffnet, wodurch der unter
Hochdruck stehende Kraftstoff zur Betätigung des Auslaßventils 3
zugeleitet wird. Da das Steuerventil 18 nach wie vor geschlossen
ist, verdrängt der mit hohem Druck zuströmende Kraftstoff das
Auslaßventil 3 in Pfeilrichtung 33 gegen die Vorspannung der
Ventilfeder 10 nach unten. Ist das Auslaßventil 3 nach einer
vorgegebenen Zeit ausreichend weit geöffnet, schließt das
Steuerventil 17 und das Steuerventil 18 wird von seiner
geschlossenen Stellung in Durchlaßstellung geschaltet. Dadurch
kann der das Auslaßventil betätigende Kraftstoff durch das
Steuerventil 18 über die Zwischendruckleitung 14 aus dem
Druckraum des Auslaßventils 3 in die Kraftstoffkammer 38 des
Druckzwischenspeichers 16 überströmen. Durch diese Ansteuerung
wird der Schließvorgang des Auslaßventils 3 eingeleitet, und das
Ventil 3 wird unter Wirkung der Rückstellkraft der Ventilfeder
10 in Pfeilrichtung 33 nach oben in seine Ausgangslage
zurückbewegt. Da das Steuerventil 19 geschlossen ist, wird
sämtlicher Kraftstoff aus dem Druckraum des Auslaßventils 3 in
die Kraftstoffkammer 38 gepreßt, und dort unter der Wirkung der
Schließfederkraft des Auslaßventils 3 mit einem bestimmten
Zwischendruck pZW beaufschlagt. Diese Druckbeaufschlagung des
zwischengespeicherten Kraftstoffs wird mit Hilfe des
vorgespannten Trennkolbens 35 erreicht, welcher von dem in die
Federkammer 38 einströmenden Kraftstoff entweder gegen die Kraft
der Druckfeder 36 oder des komprimierten, oben erwähnten,
Druckpolsters nach oben verdrängt wird und dadurch den
Kraftstoff unter entsprechend hohem Druck setzt. Ein hierfür
erforderliches Abstimmen der hydraulischen Druckverhältnisse kann
durch entsprechende Gestaltung bzw. Dimensionierung der
Federstärken und Wirkflächen erreicht werden.
Ist nun das Auslaßventil 3 in seiner Ausgangsstellung angelangt,
wird das Steuerventil 18 geschlossen und der unter Druck
stehende Kraftstoff ist im Druckzwischenspeicher 16 gespeichert.
Entsprechend der Einlaßventilsteuerzeiten wird nun das
Steuerventil 19 geöffnet und dadurch das Einlaßventil 4 mit dem
zwischengespeicherten, Kraftstoff beaufschlagt. Auch das
Einlaßventil 4 wird nun unter Einwirkung des Kraftstoffs gegen
die Kraft der Ventilschließfeder 11 in Pfeilrichtung 34 nach
unten bewegt und dadurch der Ventilteller 32 aus seinem Sitz
angehoben, um so den Einlaßkanal zu öffnen.
Bei dem beschriebenen Verfahren ist es erfindungswesentlich, daß
die Schließfederkraft 11 und das Arbeitsvermögen des mit Druck
beaufschlagten Kraftstoffs derart exakt aufeinander abgestimmt
sind, daß das Einlaßventil in der gewünschten Weise geöffnet
werden kann. Zum Schließen des Einlaßventils 4 wird das
Steuerventil 19 geschlossen und das Steuerventil 20 geöffnet, so
daß der Kraftstoff durch die Niederdruckleitung 15 nunmehr unter
der Wirkung der Rückstellkraft der Ventilfeder 11 zurück in den
Kraftstofftank 27 gefördert wird. Ist das Einlaßventil 4
schließlich wieder in seiner Schließstellung angelangt, wird das
Steuerventil 20 geschlossen und das Ventilspiel beginnt von
neuem.
Bezugszeichenliste
1. Hochdruck-Hydraulik-System
2. Zylinderkopf
3. Auslaßventil
4. Einlaßventil
5. Ventilgehäuse
6. Ventilgehäusedeckel
7. Einspritzventil
8. Kraftstoffzuleitung
9. Kraftstoffrückleitung
10. Ventilfeder
11. Ventilfeder
12. Leitungssystem
13. Hochdruckleitung
14. Zwischendruckleitung
15. Niederdruckleitung
16. Zwischendruckspeicher
17. Steuerventil
18. Steuerventil
19. Steuerventil
20. Steuerventil
21. Hochdruckspeicher
22. Rückschlagventil
23. Hochdruckpumpe
24. Steuereinheit
25. Antrieb
26. Kraftstoffilter
27. Kraftstofftank
28. Zuleitung
29. Ventilschaft
30. Ventilschaft
31. Ventilteller
32. Ventilteller
33. Pfeilrichtung
34. Pfeilrichtung
35. Trennkolben
36. Druckfeder
37. Gewindestopfen
38. Kraftstoffkammer
39. Federkammer
40. Entlüftungsbohrung
2. Zylinderkopf
3. Auslaßventil
4. Einlaßventil
5. Ventilgehäuse
6. Ventilgehäusedeckel
7. Einspritzventil
8. Kraftstoffzuleitung
9. Kraftstoffrückleitung
10. Ventilfeder
11. Ventilfeder
12. Leitungssystem
13. Hochdruckleitung
14. Zwischendruckleitung
15. Niederdruckleitung
16. Zwischendruckspeicher
17. Steuerventil
18. Steuerventil
19. Steuerventil
20. Steuerventil
21. Hochdruckspeicher
22. Rückschlagventil
23. Hochdruckpumpe
24. Steuereinheit
25. Antrieb
26. Kraftstoffilter
27. Kraftstofftank
28. Zuleitung
29. Ventilschaft
30. Ventilschaft
31. Ventilteller
32. Ventilteller
33. Pfeilrichtung
34. Pfeilrichtung
35. Trennkolben
36. Druckfeder
37. Gewindestopfen
38. Kraftstoffkammer
39. Federkammer
40. Entlüftungsbohrung
Claims (12)
1. Verfahren zur hydraulischen Betätigung von in ihrer
Schließstellung federvorgespannten Gaswechselventilen einer
Brennkraftmaschine, bei dem das Einwirken eines in einem
Druckspeicher eines Hydrauliksystems auf im wesentlichen
konstanten Druck komprimierten Hydraulikfluids auf die
Gaswechselventile mittels Steuerventilen in Abhängigkeit der
Kurbelwellenstellung und weiterer kennfeldabhängiger Parameter
gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikfluid
unter Hochdruck stehender Kraftstoff eines aus Hydrauliksystem
mit Hochdruckspeicher bestehendem Kraftstoff-Einspritzsystems
der Brennkraftmaschine zur Beaufschlagung der Gaswechselventile
(3, 4) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kraftstoff von dem Hochdruckspeicher (21) kommend nacheinander
zunächst dem Auslaßventil (3) zugeleitet wird, um dieses zu
öffnen, und dann beim Schließen des Auslaßventils (3) unter
Wirkung der Schließfederkraft dem Einlaßventil (4) zugeleitet
wird und dieses solange geöffnet hält, bis eine
Niederdruckleitung (9) freigegeben und das Einlaßventil (4)
mittels der Ventilfeder (11) geschlossen wird, und der
Kraftstoff beim Schließen des Einlaßventils (4) auf eine
Zuleitung (28) zum Hochdruckspeicher (21) abgesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
das Auslaßventil (3) betätigende Kraftstoff beim Schließen des
Auslaßventils (3) in einen Druckzwischenspeicher (16) geleitet
und dort zwischengespeichert wird, und von dort zum Einlaßventil
(4) hin entladen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem mehrere Zylinder
mit jeweils mindestens zwei hintereinandergeschalteten Ventilen
(3, 4) in Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung und weiterer
kennfeldabhängiger Parameter betätigt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftstoffentnahme aus dem
Hochdruckspeicher (21) zur Betätigung des jeweiligen
Auslaßventils (3) auf die Einspritzzeiten der Brennkraftmaschine
abgestimmt sind und Kraftstoff zu Zeiten entnommen wird, wenn
keine Einspritzung erfolgt.
5. Vorrichtung zur variablen, hydraulischen Steuerung von durch
Schließfedern belasteten Gaswechselventilen einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, umfassend:
- - ein Hochdruck-Hydraulik-System (1) mit einer Hochdruckpumpe (23) mittels welcher ein Hydraulikfluid einem Hochdruckspeicher (21) zugefördert und mit einem hohen Druck beaufschlagt wird,
- - einem geschlossenen Leitungssystem (12), welches den Druckspeicher (21) mit einem Hydraulikventil (3) verbindet, wobei die Druckbeaufschlagung zum Öffnen des Ventils (3) mittels eines Steuerventils (17) in Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung und weiterer kennfeldabhängiger Parameter gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß als Hochdruck-Hydraulik-System ein
Kraftstoff-Einspritzsystem mit Hochdruckspeicher (21) der
Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei mindestens ein
Gaswechselventil (3, 4) über das Leitungssystem (12) mit dem
Kraftstoffkreislauf des Einspritzsystems verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Ventile (3, 4) über eine Zwischendruckleitung (14) bezüglich der
Kraftstoffströmungsrichtung in Reihe miteinander verbunden sind,
wobei in der Zwischendruckleitung (14) mindestens ein
Steuerventil (18) vorgesehen ist, welches wahlweise schaltbar
ist, um ein Überströmen des Kraftstoffs vom stromaufwärts
gelegenen Ventil (3) zum stromabwärtigen Ventil (4) zu
ermöglichen, und daß die Ventilfeder (10) des stromaufwärtigen
Ventils (3) stärker dimensioniert ist, als die Ventilfeder (11)
des stromabwärtigen Ventils (4).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventil (3) ein Auslaßventil und das Ventil (4) ein Einlaßventil
des selben Zylinders ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Zwischendruckleitung (14) zwischen den Ventilen (3, 4) ein
Zwischendruckspeicher (16) vorgesehen ist, wobei der Zu- und
Ablauf des Kraftstoffs zum bzw. vom Zwischendruckspeicher (16)
jeweils mittels eines Steuerventils (18, 19) steuerbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die
Gaswechselventile (3, 4) in einem Ventilgehäuse (5) angeordnet
sind, welches mittels eines Ventilgehäusedeckels (6) abgedeckt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (12) in den
Ventilgehäusedeckel (6) integriert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischendruckspeicher (16) in den Ventilgehäusedeckel
(6) integriert ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerventile (17, 18, 19, 20) als
elektronisch gesteuerte Magnetventile ausgebildet sind.
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