EP1029158B1 - Vorrichtung zur steuerung eines gaswechselventils für brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung eines gaswechselventils für brennkraftmaschinen Download PDF

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EP1029158B1
EP1029158B1 EP99916743A EP99916743A EP1029158B1 EP 1029158 B1 EP1029158 B1 EP 1029158B1 EP 99916743 A EP99916743 A EP 99916743A EP 99916743 A EP99916743 A EP 99916743A EP 1029158 B1 EP1029158 B1 EP 1029158B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
pressure
gas exchange
valve member
electrical control
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99916743A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1029158A1 (de
Inventor
Udo Diehl
Karsten Mischker
Rainer Walter
Stefan Franzl
Volker Beuche
Stefan Reimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1029158B1 publication Critical patent/EP1029158B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a control device a gas exchange valve for internal combustion engines.
  • a control device a gas exchange valve for internal combustion engines.
  • Control device is a piston-shaped valve member axially displaceable in a housing, the Valve member at its end near the combustion chamber a plate-shaped Has valve sealing surface with which it with a valve seat fixed to the housing for controlling an inlet or Exhaust cross section at the combustion chamber of the to be supplied Internal combustion engine interacts.
  • the valve member On his distant combustion chamber Shaft end, the valve member has a hydraulic piston on, two hydraulic work rooms in the axial direction separates from one another, a lower one, near the combustion chamber Workspace the valve member of the gas exchange valve in Closing direction and an upper work area that is far from the combustion chamber acts on the valve member in the opening direction.
  • the upper work space is over one included an electrical control valve High pressure supply line and another one Electrical control valve contained discharge line alternately can be filled with high pressure and relieved.
  • the Gas exchange valve is now controlled by filling of the upper work area, whereby when open Control valve in the high pressure supply line Pressure medium of high pressure in the upper work area flows, the force application surface on the piston of the Valve member of the gas exchange valve is larger than that Force application area in the lower work area, so that the Piston and with it the valve member in the opening direction below and so the opening cross section on Open valve member seat.
  • the discharge line of the upper workspace is meanwhile through the second Control valve closed. It is now targeted by Actuation of the control valves in the High pressure supply line and the relief line on upper working space of the gas exchange valve member possible, to realize different opening positions and that Gas exchange valve member by opening the control valve in the discharge line back onto its valve seat move back.
  • the known control device for Gas exchange valves have the disadvantage that the Valve element in the event of a failure of the pressure supply system in its open valve member position can remain so that there is a risk that the gas exchange valve member with the piston of the internal combustion engine in its upper Dead center collides. This can block the entire valve train and the heaviest mechanical Cause damage to the internal combustion engine itself and also affected by the possible blocking of the Drive axles on the driven motor vehicle also Vehicle occupant safety.
  • WO 96 121 09 A discloses a device for Control of gas exchange valves on the actuating piston of the gas exchange valves hydraulically with pressure on both sides are acted upon, the bottom of the Actuating piston continuously with a pressure accumulator and the Pressure side of a pump is connected and the top of the Actuating piston using either a solenoid valve the pressure side of the pump or a relief line connected is.
  • the inventive device for controlling a Gas exchange valve for internal combustion engines with the features of claim 1 has the advantage that a hydraulically actuated valve actuator concept available is provided, even if the Pressure supply device or the electrical Control of the control valves a persistence of Avoid gas exchange valve member in the open position and returning the valve member to its closed position guaranteed.
  • a first measure is implemented in that the electrical control valves in the high pressure supply line and in the relief line of the upper, the opening movement of the gas exchange valve member effecting work space are switched in the de-energized state so that the upper Working area on the piston of the gas exchange valve member is depressurized is.
  • the gas exchange valve member ensures working space, that the valve member in the de-energized state of the control valves is held securely in contact with the valve seat.
  • the for the opening stroke movement of the gas exchange valve member The responsible hydraulic work area can only be energized the electric control valves are filled with high pressure, so that the gas exchange valve only if it works properly Switching valves can be opened.
  • a working pressure accumulator is on the Valve control device provided, which preferably as Spring pressure accumulator is designed and in particular for Maintaining a predetermined stand pressure in the Control device is used.
  • This should Working pressure accumulator preferably a possible one Leakage loss during the parking of the to be supplied Compensate internal combustion engine and a stand pressure maintained immediately with the start of operation of the Internal combustion engine a safe function of the Control device guaranteed. Furthermore done a smoothing of the working pressure accumulator System pressure fluctuations during operation.
  • a check valve in one High pressure supply line from one Pressure supply device provided in the direction Gas exchange valve member opens, and the Working pressure accumulator and a branch line in the lower Work area are connected downstream in the flow direction.
  • the electrical control valves are more advantageous Formed as solenoid valves by a electrical control unit depending on Operating parameters of the internal combustion engine to be supplied can be controlled.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a Embodiment of the control device in which in addition to the working pressure accumulator also an emergency pressure accumulator the lower working space of the control piston is connected and thus all the proposed Safety devices are shown.
  • the device shown schematically in FIG Control of a gas exchange valve for internal combustion engines has a gas exchange valve 1 for controlling an inlet or Exhaust cross-section on a combustion chamber not one internal combustion engine shown in more detail.
  • the Gas exchange valve 1 has an axial in a housing 3 Slidable valve member 5 on its lower, Valve-shaped end on the combustion chamber side, a valve sealing surface 7, with which it is used to control a Opening cross section with a valve seat 8 am Housing of the internal combustion engine interacts.
  • the Valve member 5 has on its upper, facing away from the combustion chamber End of a cross-sectional expansion forming a piston 9 with which the valve member 5 two hydraulic Working spaces in the housing 3 axially separates from each other.
  • a Pressure supply device For supplying pressure to the control device with a Pressure medium high pressure is still one Pressure supply device provided in Embodiment by a regulated high pressure pump 19th is formed, which the pressure medium, preferably oil a reservation 21 into a high pressure supply line 23 promotes.
  • the high pressure pump 19 can be on the suction side or be regulated on the pressure side.
  • a pressure storage space as a high pressure medium source then use a variety of High pressure supply lines to the individual Control devices of the individual gas exchange valves dissipate.
  • the original part of the high pressure supply line 23 opens in the upper hydraulic work space 15, being between the branch into the branch line 25 and the junction in the upper work space 15 a first electrical Control valve 27 in the high pressure supply line 23 is used.
  • a working pressure accumulator 29 in the flow direction in front of the first control valve 27 in the High pressure feed line 23 used as Spring pressure accumulator is formed.
  • Relief line 33 which in the reservoir 21st opens and into which a second electrical control valve 35 is used, through which the relief line 33rd is lockable.
  • Relief line 33rd In order to empty the line here too 33 and the upper work area 15 is to be avoided continues to open towards reservoir 21
  • Check valve 36 inserted into the relief line 33.
  • the lower working chamber 11 is also connected to an emergency pressure accumulator 37.
  • This designed as a spring pressure accumulator 37 is dimensioned so that after reaching the detection threshold for the drop in the supply pressure and including the closing losses of the check valve 31 there is still enough pressure and volume for the closing process of the actuator in the pressure accumulator.
  • the function of the emergency pressure accumulator 37 can be integrated into the control device according to the invention in addition to the working pressure accumulator 29, but it is alternatively also possible to take over the emergency pressure accumulator function through the working pressure accumulator 29 or to provide only the emergency pressure accumulator 37 on the control system.
  • the working pressure accumulator 29 and the emergency pressure accumulator 37 work together at different pressure levels, the working pressure accumulator 29 working with a higher restoring torque at a higher pressure level.
  • the working pressure accumulator 29 also takes on the task of smoothing the working pressure so that undesired pressure fluctuations in the system can be compensated for.
  • the different pressure levels at the spring accumulators of the two pressure accumulators 29, 37 are set by different return springs, the spring of the emergency pressure accumulator 37 having the lower spring force.
  • an emergency closing spring 39 is also required in the lower work space 11 used.
  • This emergency closing spring 39 is a compression spring formed between a lower paragraph of the housing and the lower piston ring face 13 is clamped and the thus the valve member 5 of the gas exchange valve 1 in Closing direction applied.
  • This emergency spring is 39 just so powerfully dimensioned that it is among all Conditions overcome the frictional moments in the gas exchange valve and the piston 9 on the valve member 5 from each Actuator position can move out into the closed position.
  • the inventive device for controlling a Gas exchange valve of an internal combustion engine works in following way.
  • a pressure medium preferably High pressure oil into the high pressure supply line 23.
  • This high pressure passes through the check valve 31 and the continuously open branch line 25 in the lower hydraulic work chamber 11, which is on the lower Piston ring face 13 the valve member 5 in its after holding position directed above.
  • the closed position of the gas exchange valve 1 are the electrical control valves 27 and 35 are de-energized, the first control valve 27 being the High-pressure supply line 23 into the upper working space 15 closes.
  • the second control valve 35 is in a de-energized state Condition open, so that from the upper work area 15 laxative discharge line 33 in the Pressure fluid reserve 21 is open. That way the valve member 5 by the pressure in the lower working space 11 pressed to its valve seat 8. In the upper pressure chamber 15 only the ambient pressure. Now that The first control valve 27 opens the gas exchange valve 1 energized in the high pressure supply line 23 and thus opened while the second control valve 35 through a Energizing is locked. This now flows through it Pressure fluid in the upper work area 15. Since the upper Pressure area 17 of the piston 9 is larger than the lower one Printing area 13 and the pressure in both workrooms 15, 11 is approximately the same, now shifts the resulting one Pressure force after the valve member 5 of the gas exchange valve 1 down to its open position.
  • the opening cross section of the gas exchange valve is opened.
  • the control valve 27 closed and thus the supply of pressure medium in the upper work space 15 interrupted.
  • the targeted Driving the electric control valves 27 and 35 are preferably designed as a solenoid valve, in Dependency on operating parameters of the internal combustion engine all by means of an electrical control unit Set valve opening positions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen. Bei einer derartigen aus der DE-A-195 11 320 bekannten Steuerungsvorrichtung ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einem Gehäuse geführt, wobei das Ventilglied an seinem brennraumnahen Ende eine tellerförmige Ventildichtfläche aufweist, mit der es mit einem gehäusefesten Ventilsitz zur Steuerung eines Einlaß- bzw. Auslaßquerschnittes am Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine zusammenwirkt. An seinem brennraumfernen Schaftende weist das Ventilglied einen hydraulischen Kolben auf, der in Achsrichtung zwei hydraulische Arbeitsräume voneinander trennt, von denen ein unterer, brennraumnaher Arbeitsraum das Ventilglied des Gaswechselventils in Schließrichtung und ein oberer, brennraumferner Arbeitsraum das Ventilglied in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Dabei ist der untere Arbeitsraum über eine Hochdruckzuführungsleitung ständig mit einer Hochdruckquelle verbunden und somit mit Hochdruck beaufschlagt. Der obere Arbeitsraum ist über eine ein elektrisches Steuerventil enthaltene Hochdruckzuführungsleitung und eine ein weiteres elektrisches Steuerventil enthaltene Entlastungsleitung wechselnd mit Hochdruck befüllbar und entlastbar. Das Gaswechselventil wird nunmehr durch das gesteuerte Befüllen des oberen Arbeitsraumes betätigt, wobei bei geöffnetem Steuerventil in der Hochdruckzuführungsleitung ein Druckmittel hohen Druckes in den oberen Arbeitsraum einströmt, dessen Kraftangriffsfläche am Kolben des Ventilgliedes des Gaswechselventiles größer ist als die Kraftangriffsfläche im unteren Arbeitsraum, so daß der Kolben und mit ihm das Ventilglied in Öffnungsrichtung nach unten verschoben werden und so den Öffnungsquerschnitt am Ventilgliedsitz aufsteuern. Die Entlastungsleitung des oberen Arbeitsraumes ist währenddessen durch das zweite Steuerventil verschlossen. Es ist nunmehr durch das gezielte Ansteuern der Steuerventile in der Hochdruckzuführungsleitung und der Entlastungsleitung am oberen Arbeitsraum des Gaswechselventilgliedes möglich, verschiedene Öffnungsstellungen zu realisieren und das Gaswechselventilglied durch Aufsteuern des Steuerventils in der Entlastungsleitung wieder auf seinen Ventilsitz zurückzubewegen.
Dabei weist die bekannte Steuerungsvorrichtung für Gaswechselventile jedoch den Nachteil auf, daß das Ventilglied bei einem Ausfall des Druckversorgungssystems in seiner geöffneten Ventilgliedstellung verbleiben kann, so daß die Gefahr besteht, daß das Gaswechselventilglied mit dem Kolben der Brennkraftmaschine in dessen oberer Totpunktlage kollidiert. Dies kann zum Blockieren des gesamten Ventiltriebes und zu schwersten mechanischen Schäden an der Brennkraftmaschine selbst führen und beeinträchtigt zudem durch das mögliche Blockieren der Antriebsachsen am angetriebenen Kraftfahrzeug auch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen.
Bekannt ist durch die WO 96 121 09 A eine Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen, bei der Betätigungskolben der Gaswechselventile beidseitig hydraulisch mit Druck beaufschlagbar sind, wobei die Unterseite des Betätigungskolbens dauernd mit einem Druckspeicher und der Druckseite einer Pumpe verbunden ist und die Oberseite des Betätigungskolbens mittels eines Magnetventiles entweder mit der Druckseite der Pumpe oder einer Entlastungsleitung verbunden ist.
Bei einer durch die EP-A-0 736 671 bekannten Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen werden ebenfalls Betätigungskolben der Gaswechselventile beidseitig hydraulisch mit Druck beaufschlagt, wobei die Unterseite des Betätigungskolbens dauernd mit der Druckseite einer Hochdruckpumpe verbunden ist und von einer Druckfeder beaufschlagt wird, während die Oberseite des Betätigungskolbens über ein erstes Magnetventil mit der Hochdruckpumpe und über ein zweites Magnetventil mit einer Niederdruckpumpe verbindbar ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein hydraulisch betätigbares Ventilstellerkonzept zur Verfügung gestellt wird, das auch bei einem Ausfall der Druckversorgungseinrichtung beziehungsweise der elektrischen Ansteuerung der Steuerventile ein Verharren des Gaswechselventilgliedes in Öffnungsposition sicher vermeidet und eine Rückführung des Ventilgliedes in seine Schließlage gewährleistet. Dabei werden drei Sicherheitsmaßnahmen vorgeschlagen, die aus Sicherheitsgründen erst in gemeinsamer Anwendung ein optimales Sicherheitskonzept darstellen.
Eine erste Maßnahme wird dabei dadurch realisiert, daß die elektrischen Steuerventile in der Hochdruckzuführungsleitung und in der Entlastungsleitung des oberen, die Öffnungsbewegung des Gaswechselventilgliedes bewirkenden Arbeitsraumes in stromlosem Zustand so geschaltet sind, daß der obere Arbeitsraum am Kolben des Gaswechselventilgliedes druckentlastet ist. Somit ist bei ständig mit der Hochdruckzuführungsleitung verbundenem unterem, in Schließrichtung auf das Gaswechselventilglied wirkenden Arbeitsraum gewährleistet, daß das Ventilglied in stromlosem Zustand der Steuerventile sicher in Anlage am Ventilsitz gehalten wird. Der für die Öffnungshubbewegung des Gaswechselventilgliedes zuständige hydraulische Arbeitsraum kann erst mit Bestromen der elektrischen Steuerventile mit Hochdruck gefüllt werden, so daß das Gaswechselventil nur bei einwandfrei funktionierenden Schaltventilen aufsteuerbar ist. Bei elektrischen Problemen zum Beispiel einem Kabelabfall zum Steller, Kurzschlüssen in den Ansteuerleitungen und so weiter genügt es, die Steuerventile beziehungsweise deren Ansteuerung stromlos zu schalten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß für ein Bewegen des Gaswechselventilgliedes in die kritische Öffnungsposition zwei voneinander unabhängige Aktionen notwendig sind, nämlich das aktive Schließen des elektrischen Steuerventils in der Entlastungsleitung und das Aufsteuern des elektrischen Steuerventils in der Hochdruckzuführungsleitung. Da der für die Schließbewegung des Ventilgliedes des Gaswechselventiles zuständige Arbeitsraum ständig mit der Hochdruckzuführungsleitung verbunden ist, befindet sich in dem für das Schließen verantwortlichen Pfad kein elektrisches Bauteil, das ausfallen kann.
Darüber hinaus ist ein Arbeitsdruckspeicher an der Ventilsteuerungsvorrichtung vorgesehen, der vorzugsweise als Federdruckspeicher ausgebildet ist und der insbesondere zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Standdruckes in der Steuereinrichtung dient. Dabei soll dieser Arbeitsdruckspeicher vorzugsweises einen möglichen Leckageverlust während des Abstellens der zu versorgenden Brennkraftmaschine ausgleichen und einen Standdruck aufrechterhalten, der sofort mit Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine eine sichere Funktion der Steuerungseinrichtung gewährleistet. Desweiteren erfolgt durch den Arbeitsdruckspeicher ein Glätten der Druckschwankungen im System während des Betriebs.
Um ein Abströmen des Speicherdruckes in der Hochdruckversorgung der Steuereinrichtung zu vermeiden ist desweiteren ein Rückschlagventil in einer Hochdruckzuführungsleitung von einer Druckversorgungseinrichtung vorgesehen, das in Richtung Gaswechselventilglied öffnet, und dem der Arbeitsdruckspeicher und eine Zweigleitung in den unteren Arbeitsraum in Strömungsrichtung nachgeschaltet sind.
Eine weitere Maßnahme zur sicheren Rückstellung und zum Halten des Gaswechselventilgliedes in der unkritischen Schließlage wird durch das Vorsehen einer Notfeder am Gaswechselventilglied erreicht, die bei Ausfall des gesamten Druckversorgungssystems und einem Druckabfall auch in den hydraulischen Arbeitsräumen am Kolben des Ventilgliedes dieses in seine Schließlage zurückführt. Dabei ist diese Notfeder als Druckfeder ausgebildet, die in den unteren, für die Schließbewegung des Ventilgliedes verantwortlichen hydraulischen Arbeitsraum eingesetzt ist und dort in Schließrichtung am Ventilgliedkolben angreift. Die Feder ist gerade so dimensioniert, daß sie unter allen Bedingungen die Reibkräfte im Stellglied überwinden und den Gaswechselgliedkolben aus jeder Position heraus in die sichere Schließposition verschieben kann.
Mit dem vorgeschlagenen Steuerungssystem für ein Gaswechselventil für Brennkraftmaschinen ist somit gewährleistet, daß auch bei einem Ausfall des Steuerungssystems das Gaswechselventilglied sicher in seine Schließlage zurückverschoben wird, so daß eine Kollision des Gaswechselventilgliedes mit dem Kolben der Brennkraftmaschine sicher vermieden werden kann.
Die elektrischen Steuerventile sind dabei in vorteilhafter Weise als Magnetventile ausgebildet, die von einem elektrischen Steuergerät in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit zur Verschiebung des Gaswechselventilgliedes in seine Schließstellung bei Ausfall der Steuereinrichtung wird durch das Vorsehen eines Notspeichers erreicht, der direkt mit dem unteren, für die Schließbewegung verantwortlichen hydraulischen Arbeitsraum verbunden ist. Dieser vorzugsweise als Federspeicher ausgebildete Notspeicherraum speichert dabei lediglich soviel Volumen an Hochdruckmittel, wie benötigt wird, um das Gaswechselventilglied in seine Schließposition zu verschieben.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Steuerungsvorrichtung, bei der neben dem Arbeitsdruckspeicher auch ein Notdruckspeicher an den unteren Arbeitsraum des Stellkolbens angeschlossen ist und bei dem somit sämtliche vorgeschlagenen Sicherheitseinrichtungen gezeigt sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in der Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen weist ein Gaswechselventil 1 zur Steuerung eines Einlaßoder Auslaßquerschnittes an einem Brennraum einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine auf. Das Gaswechselventil 1 weist dabei ein in einem Gehäuse 3 axial verschiebbares Ventilglied 5 auf, das an seinem unteren, brennraumseitigen tellerförmigen Ende eine Ventildichtfläche 7 aufweist, mit der es zur Steuerung eines Öffnungsquerschnittes mit einer Ventilsitzfläche 8 am Gehäuse der Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Das Ventilglied 5 weist an seinem oberen, brennraumabgewandten Ende eine, einen Kolben 9 bildende Querschnittserweiterung auf, mit der das Ventilglied 5 zwei hydraulische Arbeitsräume im Gehäuse 3 axial voneinander trennt. Dabei beaufschlagt ein unten liegender, brennraumnaher hydraulischer Arbeitsraum 11 das Ventilglied 5 an einer unteren Kolbenringstirnfläche 13 in Schließrichtung des Gaswechselventils 1. Ein oben liegender brennraumferner Arbeitsraum 15 beaufschlagt das nach unten öffnende Ventilglied 5 in Öffnungsrichtung, wobei der Druck im oberen Arbeitsraum 15 an der gesamten oberen Kolbenstirnfläche 17 angreift.
Zur Druckversorgung der Steuerungsvorrichtung mit einem Druckmittel hohen Druckes ist weiterhin eine Druckversorgungseinrichtung vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel durch eine geregelte Hochdruckpumpe 19 gebildet wird, die das Druckmittel, vorzugsweise Öl aus einem Reservat 21 in eine Hochdruckzuführungsleitung 23 fördert. Die Hochdruckpumpe 19 kann dabei saugseitig oder druckseitig geregelt sein. Alternativ ist es auch möglich einen Druckspeicherraum als Hochdruckmittelquelle zu verwenden, von dem dann eine Vielzahl von Hochdruckzuführungsleitungen zu den einzelnen Steuerungsvorrichtungen der einzelnen Gaswechselventile abführen.
Von der Hochdruckzuführungsleitung 23 zweigt an der Steuerungsvorrichtung eine Zweigleitung 25 ab, die in den unteren hydraulischen Arbeitsraum 11 einmündet. Der ursprüngliche Teil der Hochdruckzuführungsleitung 23 mündet in den oberen hydraulischen Arbeitsraum 15, wobei zwischen der Abzweigung in die Zweigleitung 25 und die Einmündung in den oberen Arbeitsraum 15 ein erstes elektrisches Steuerventil 27 in die Hochdruckzuführungsleitung 23 eingesetzt ist. Desweiteren ist ein Arbeitsdruckspeicher 29 in Strömungsrichtung vor dem ersten Steuerventil 27 in die Hochdruckzuführungsleitung 23 eingesetzt, der als Federdruckspeicher ausgebildet ist. Zur Gewährleistung eines vorbestimmten Standdruckes in der Hochdruckzuführungsleitung 23 und der mit dieser verbundenen Zweigleitung 25 und zum Vermeiden des Abströmens von Druckmittel aus diesen Leitungen im Falle einer Havarie ist weiterhin ein Rückschlagventil 31 in Strömungsrichtung vor die Verzweigung in die Zweigleitung 25, den Arbeitsdruckspeicher 29 und das erste Steuerventil 27 in die Hochdruckzuführungsleitung 23 eingesetzt.
Desweiteren führt vom oberen Arbeitsraum 15 eine Entlastungsleitung 33 ab, die in das Vorratsreservoir 21 mündet und in die ein zweites elektrisches Steuerventil 35 eingesetzt ist, durch das die Entlastungsleitung 33 verschließbar ist. Um auch hier ein Leerströmen der Leitung 33 und des oberen Arbeitsraumes 15 zu vermeiden, ist weiterhin ein in Richtung Reservoir 21 öffnendes Rückschlagventil 36 in die Entlastungsleitung 33 eingesetzt.
Um bei einem Druckabfall im Hochdruckleitungssystem ein sicheres Rückkehren des Ventilgliedes 5 des Gaswechselventils 1 an seinen gehäusefesten Ventilsitz 8 zu gewährleisten, ist der untere Arbeitsraum 11 zudem mit einem Notdruckspeicher 37 verbunden. Dieser als Federdruckspeicher ausgebildete Notdruckspeicher 37 ist dabei so dimensioniert, daß nach dem Erreichen der Erkennungsschwelle für das Abfallen des Versorgungsdrucks und einschließlich der Schließverluste des Rückschlagventils 31 noch genügend Druck und Volumen für den Schließvorgang des Stellgliedes im Druckspeicher übrigbleibt. Dabei kann die Funktion des Notdruckspeichers 37 zusätzlich zum Arbeitsdruckspeicher 29 in die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung integriert sein, es ist alternativ jedoch auch möglich, die Notdruckspeicherfunktion durch den Arbeitsdruckspeicher 29 mit zu übernehmen bzw. nur den Notdruckspeicher 37 am Steuersystem vorzusehen.
Der Arbeitsdruckspeicher 29 und der Notdruckspeicher 37 arbeiten beim gemeinsamen Vorsehen dabei auf unterschiedlichen Druckniveaustufen, wobei der Arbeitsdruckspeicher 29 mit einem höheren Rückstellmoment auf einem höheren Druckniveau arbeitet. Dabei übernimmt der Arbeitsdruckspeicher 29 neben dem Erhalt des Restdruckes auch die Aufgabe eines Glättens des Arbeitsdruckes, so daß unerwünschte Druckschwankungen im System ausgeglichen werden können. Die unterschiedlichen Druckniveaus an den Federspeichern der beiden Druckspeicher 29, 37 werden dabei durch unterschiedliche Rückstellfedern eingestellt, wobei die Feder des Notdruckspeichers 37 die geringere Federkraft aufweist.
Um das Ventilglied 5 des Gaswechselventils 1 nach einer vollständigen Druckentlastung des Drucksystems durch eine geringe Leckage zum Beispiel bei längerem Abstellen der zu versorgenden Brennkraftmaschine, bei dem auch die Druckspeicher 29 und 37 entleert werden, in der Schließposition zu halten ist desweiteren eine Notschließfeder 39 in den unteren Arbeitsraum 11 eingesetzt.
Diese Notschließfeder 39 ist dabei als Druckfeder ausgebildet, die zwischen einem unteren Gehäuseabsatz und der unteren Kolbenringstirnfläche 13 eingespannt ist und die somit das Ventilglied 5 des Gaswechselventils 1 in Schließrichtung beaufschlagt. Dabei ist diese Notfeder 39 gerade so kräftig dimensioniert, daß sie unter allen Bedingungen die Reibmomente im Gaswechselventil überwinden und den Kolben 9 am Ventilglied 5 aus jeder Stellgliedposition heraus in die Schließlage bewegen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine arbeitet in folgender Weise. Mit Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine fördert die von dieser vorzugsweise angetriebene Hochdruckpumpe 19 ein Druckmittel, vorzugsweise Öl unter hohem Druck in die Hochdruckzuführungsleitung 23. Dabei gelangt dieser Hochdruck über das Rückschlagventil 31 und die ständig geöffnete Zweigleitung 25 in den unteren hydraulischen Arbeitsraum 11, der dabei über die untere Kolbenringstirnfläche 13 das Ventilglied 5 in seiner nach oben gerichteten Schließlage hält. In Ruhe- beziehungsweise Schließposition des Gaswechselventils 1 sind dabei die elektrischen Steuerventile 27 und 35 stromlos geschaltet, wobei das erste Steuerventil 27 dabei die Hochdruckzuführungsleitung 23 in den oberen Arbeitsraum 15 verschließt. Das zweite Steuerventil 35 ist in stromlosem Zustand offengeschaltet, so daß die vom oberen Arbeitsraum 15 abführende Entlastungsleitung 33 in das Druckmittelreservat 21 geöffnet ist. Auf diese Weise wird das Ventilglied 5 durch den Druck im unteren Arbeitsraum 11 an seinen Ventilsitz 8 gepreßt. Im oberen Druckraum 15 liegt lediglich der Umgebungsdruck an. Um nunmehr das Gaswechselventil 1 zu öffnen wird das erste Steuerventil 27 in der Hochdruckzuführungsleitung 23 bestromt und somit geöffnet, während das zweite Steuerventil 35 durch ein Bestromen verschlossen wird. Dadurch strömt nunmehr das Druckmittel in den oberen Arbeitsraum 15. Da die obere Druckfläche 17 des Kolbens 9 größer ist als die untere Druckfläche 13 und der Druck in beiden Arbeitsräumen 15, 11 annähernd gleich ist, verschiebt nunmehr die resultierende Druckkraft das Ventilglied 5 des Gaswechselventils 1 nach unten in seine Öffnungsposition. Dabei wird durch das Abheben der Ventildichtfläche 7 vom Ventilsitz 8 am Gehäuse der Öffnungsquerschnitt des Gaswechselventils aufgesteuert. Um das Gaswechselventilglied 5 in einer bestimmten Öffnungsposition zu fixieren, wird das Steuerventil 27 geschlossen und damit die Zufuhr von Druckmittel in dem oberen Arbeitsraum 15 unterbrochen. Das Gaswechselventilglied 5 kommt infolgedessen zum Stillstand wenn die Resultierende der Druckkräfte in den Arbeitsräumen 11 und 15 im Zusammenwirken mit den Rückstellkräften am Ventilglied 5 Null ist. Dabei lassen sich durch das gezielte Ansteuern der elektrischen Steuerventile 27 und 35, die vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet sind, in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine mittels eines elektrischen Steuergerätes sämtliche Ventilöffnungspositionen einstellen.
Um das Gaswechselventil 1 wieder zu schließen, wird bei weiterhin verschlossenem ersten Steuerventil 27 das zweite Steuerventil 35 in der Entlastungsleitung 33 geöffnet. Dadurch sinkt der Druck im oberen Arbeitsraum 15 auf nahezu Umgebungsdruckniveau, während im unteren Arbeitsraum 11 weiterhin der hohe Systemdruck anliegt. Da das Produkt aus Druck und Druckfläche im unteren Arbeitsraum 11 nunmehr größer ist als im oberen Arbeitsraum 15, wird der Kolben 9 und somit das Ventilglied 5 des Gaswechselventils 1 durch die resultierende Kraft erneut in Schließlage verschoben und mit der Ventildichtfläche 7 in den Ventilsitz 8 gepreßt. Der Ruhezustand ist somit wieder erreicht und ein neuer Arbeitszyklus kann erfolgen. Dabei verbleibt im sich stromabwärts an das Rückschlagventil 31 anschließenden Druckleitungssystem in den unteren Arbeitsraum 11 der Druckmittelhochdruck.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen mit einem axial verschiebbaren Ventilglied (5), das an seinem brennraumnahen Ende'eine Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es mit einem gehäusefesten Ventilsitz (8) zusammenwirkt und das an seinem brennraumfernen Ende einen Kolben (9) aufweist, der axial zwei hydraulische Arbeitsräume voneinander trennt, von denen ein unterer brennraumnaher Arbeitsraum (11) das Ventilglied (5) in Schließrichtung und ein oberer, brennraumferner Arbeitsraum (15) das Ventilglied (5) in Öffnungsrichtung beaufschlagt, wobei der untere Arbeitsraum (11) ständig mit einer Hochdruckquelle (19) verbunden ist und der obere Arbeitsraum (15) über eine ein erstes elektrisches Steuerventil (27) enthaltende Hochdruckzuführungsleitung (23) und eine ein zweites elektrisches Steuerventil (35) enthaltende Entlastungsleitung (33) wechselnd mit Hochdruck befüllbar und entlastbar ist und das erste elektrische Steuerventil (27) in stromlosem Zustand die Hochdruckzuführungsleitung (23) in den oberen Arbeitsraum (15) verschließt und das zweite elektrische Steuerventil (35) in stromlosem Zustand die Entlastungsleitung (33) aufgesteuert hält, wobei die Hochdruckquelle (19) ein hydraulisches Arbeitsmedium unter Druck in die Hochdruckzuführungsleitung (23) fördert, von der in Strömungsrichtung vor dem ersten elektrischen Steuerventil (27) eine Zweigleitung (25) in den unteren Arbeitsraum (11) abführt und in die ein in Strömungsrichtung öffnendes Rückschlagventil (31) in Strömungsrichtung vor der Abzweigung der Zweigleitung (25) eingesetzt ist sowie mit der ein vorzugsweise als Federspeicher ausgebildeter Arbeitsdruckspeicher (29) verbunden ist und wobei eine als Druckfeder ausgebildete Notfeder (39) am Gaswechselventil (1) vorgesehen ist, die das Gaswechselventilglied (5) in Richtung seiner Schließbewegung beaufschlagt und/oder in der Schließposition hält und die im unteren Arbeitsraum (11) zwischen einem Gehäuseabsatz und dem Kolben (9) am Ventilglied (5) des Gaswechselventils (1) eingespannt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Steuerventile (27, 35) in der Hochdruckzuführungsleitung (23) und der Entlastungsleitung (33) als Magnetventile ausgebildet sind, die von einem elektrischen Steuergerät in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckquelle als Pumpe, vorzugsweise als regelbare Hochdruckpumpe (19) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Arbeitsraum (11) mit einem vorzugsweise als Federspeicher ausgebildeten Notdruckspeicher (37) verbunden ist.
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