EP2209971A1 - Fluid betriebener ventiltrieb und brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb - Google Patents

Fluid betriebener ventiltrieb und brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb

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EP2209971A1
EP2209971A1 EP08851107A EP08851107A EP2209971A1 EP 2209971 A1 EP2209971 A1 EP 2209971A1 EP 08851107 A EP08851107 A EP 08851107A EP 08851107 A EP08851107 A EP 08851107A EP 2209971 A1 EP2209971 A1 EP 2209971A1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
fluid
reservoir
pressure reservoir
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EP08851107A
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French (fr)
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EP2209971B1 (de
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Bernhard Rüst
Patrik Soltic
Christian Bach
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Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
Original Assignee
Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
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    • 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
    • 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
    • F01L9/16—Pneumatic means
    • 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • 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
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/04—Sensors
    • F01L2820/045—Valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fluid operated valve train, in particular for a gas exchange valve in a combustion cylinder of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1 and an internal combustion engine with such a valve train.
  • Fluid operated valve trains in particular for gas exchange valves in a combustion cylinder of an internal combustion engine, which in the context of this invention comprise hydraulically as well as pneumatically operated valve trains, have been known for a long time.
  • these valve trains were used to replace a camshaft-controlled opening of a motor valve, while the closure of the valve was further provided by a spring mechanism.
  • Such systems are known, for example, from German Offenlegungsschrift 1'944'177.
  • two-sided controlled, fluid operated valve trains for valve controls are basically, for example from the CH 417 * 219, known for a long time. In this case, the principle was used that an actuating piston has two pressurized surfaces, one of which is greater than the other.
  • Fluid operated valve trains generally have the disadvantage or the problem of higher energy consumption compared to conventional mechanically driven valve trains, which then loses the power of the internal combustion engine.
  • the known fluid operated valve train devices especially the devices described in US-A-5'058'857, US-A-3'844'528, DE 199'31129, US-A-6'170 '524 of WO-A-02/46582 and WO-A-02 / 066'796 are known - has in common that the problem of excessive energy consumption is not or at least partially solved.
  • US 2004/107699 A1 describes a fluid-operated piston drive in which first approaches for recuperation are likewise proposed.
  • the type of recuperation proposed there is suitable for use e.g. in a forklift, etc. quite suitable, but appears completely unsuitable for use to drive a control piston for an internal combustion engine because of their complexity, not even as a template to solve the problem described above.
  • the partial recuperation, as proposed in US 2004/107699 A1 has the particular disadvantage that the recovered pressure must be used as it is obtained.
  • the object of the invention is to provide a simplified, fluid-operated valve drive, in which the disadvantages of the prior art described above are avoided.
  • the energy consumption through the valve control should not be excessive. Rather, the best possible form of recuperation should be used.
  • the object of the invention is initially achieved by a fluid operated valve train according to claim 1.
  • the measures of the invention initially have the consequence that the recoverable by the deceleration of the engine valves energy is supplied to a pressure intermediate level. This - A -
  • Intermediate pressure level can be placed between the valve acceleration pressure and the reservoir, e.g. Energy for charging the valve acceleration pressure spared and serves at the same time optimally damped deceleration.
  • the recuperation of the second pressure reservoir P1 can also be used for pressure preparation for the provision of pressure for the fuel pump and / or for fuel preparation, such as, for example, the atomization etc. are used.
  • fuel as a fluid as a special embodiment of the invention, in particular when using diesel fuel, this pressure treatment can be carried out directly.
  • the fluid is used as a fuel at the same time not only a hydraulically usable liquid is used, but also a pneumatically usable gas or similar medium, e.g. in gas-powered engines.
  • recuperation of one or more engine valves with a higher pressure requirement - e.g. the exhaust valves of an internal combustion engine - also for the pressure treatment of another engine valve or several other engine valves with lower pressure requirements - e.g. the intake valves of the internal combustion engine - are used.
  • the second fluid valve means either as proportional valves, which can then be quantity-controlled or else-or additionally-simple valves of only one open and one closed position and one time control.
  • an embodiment as fluid valves only with an optional open and a closed position to P1 or P2 seems sufficient and advantageous.
  • both second fluid valve means can be connected to the base pressure reservoir PO for a certain period of time, while one of the first Fluid valve means is open.
  • a measuring sensor for measuring the position of the motor valve preferably by measuring the position of the actuating piston, is provided, with which the opening and the closing of the fluid valve means is controlled or regulated (claims 7 and 8 ).
  • a high energy efficiency is achieved with short and aerodynamic paths for the fluid, low and the operating state adaptable pressure in the high pressure system, low mass and thus low energy requirements for accelerating and decelerating the moving masses, up and down guided moving parts without bending stress, slim valve stem and low frictional resistance, small piston and hydraulic or pneumatic active surfaces and low wear.
  • Operational safety is high, as it is technically simple, without amplifying the initial acceleration (thanks to low moving mass).
  • Also advantageous is the control of the effective movement of the motor valve with the possibilities of automatically correcting shifts in the cycle due to thermal dilation, fluid viscosity, gas bubbles, manufacturing tolerances and mechanical wear as the seal between piston and cylinder wall decreases.
  • the system is expected to be low maintenance due to low mechanical stress on the components, the closed system with few sealing surfaces, easy replacement of the entire valve actuation, individual valves or components.
  • the geometry is advantageous because no disruption of the paths for intake air and exhaust gases is expected and little space is required.
  • a further advantage of the invention is that the engine oil requirements of mechanical valve train engines are primarily defined by the camshaft drive of the valves and require corresponding addition of motor oil.
  • This additive is based in part on substances that have a harmful effect on exhaust aftertreatment (catalyst poisons such as phosphorus or zinc). Without measures to reduce the poisoning of exhaust gas The high mileages required in the emissions legislation in the future can not be met.
  • complex measures eg separate lubrication circuits for camshaft and valve train on the one hand and crankshaft and piston on the other hand) are under discussion. Hydraulically or pneumatically operated valve trains considerably reduce the requirements placed on the engine oil compared to mechanically operated valve trains, which in the end also has a positive effect on the lifetime of the exhaust gas aftertreatment.
  • this aspect of the invention is characterized in that the movement of the motor valve is monitored with a sensor on its route. At each point in time, the deviation of the effective location of the engine valve from its desired location is determined according to specification and detected by a control unit for this engine valve. It is calculated the change in the cross section of the corresponding second fluid valve means, so that the valve reaches the position according to specification again. According to this aspect of the invention, the system is self-correcting by this function, and influences which could adversely affect the movement of the engine valve need not be considered.
  • the recuperation of the above-described valve train that is the conditioned pressure obtained in the second pressure reservoir, exclusively or additionally used for the valve train of another valve train of the internal combustion engine. Since the working pressures for the fluid pressure of the exhaust valves of an internal combustion engine should usually be higher than the working pressures of the intake valves - since the exhaust valves must work at most for a short time against the combustion gas pressure - then a design is particularly advantageous if in the internal combustion engine, the valve trains of the exhaust valves of the present invention and their Rekurerationsenergie for the less complex FIu- iddrücke the valve trains of the intake valves are designed.
  • FIG. 1 shows an illustration of an engine valve with a valve control according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 is an illustration of an engine valve with a valve control according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a valve arrangement for a first exemplary embodiment of the present invention with an engine valve 2 and a drive device (actuator) for this engine valve.
  • the valve 2 comprises - in a conventional manner - a valve disc 3, which is fitted in a valve seat ring 7 to to complete the engine compartment. With the valve 2 open, that is, when the valve is lowered, the combustion chamber 4 of the engine is connected to the combustion gas channel 6. This connection must be controlled or regulated with the valve train.
  • the engine valve 2 carries on its valve stem 5 a fixed thereto associated actuating piston 14, which has an upper, formed on the upper side of the actuating piston 14 effective area and further comprises a lower, formed on the underside of the actuating piston 14 effective area.
  • the Stellkoben 14 forms an upper pressure chamber 10 and a lower pressure chamber 12 from.
  • Both pressure chambers 10 and 12 each have a first fluid valve 20 or 22 and a second fluid valve 24 or 26 for a pressurized fluid, in the exemplary embodiment described here, a hydraulic oil or the fuel for the engine, preferably a diesel fuel.
  • These fluid valves are formed in the present embodiment as solenoid valves, wherein for the first fluid valves 20 and 22 only one open and one closed position is provided in each case via the fluid supply line 16 to the pressure reservoir P2 and the fluid drain line 18 to the pressure reservoir P1, while the second fluid valves 24th and 26 are each connectable via the fluid supply and discharge line 19 to the base reservoir PO.
  • the second fluid valves 24 and 26 are analog or - alternatively - digitally controllable in a variety of positions. It should be noted at this point that this analog or digital modulating design of the opening of the second fluid valves 24 and 26 is merely exemplary. Other modulation methods, such as an intermittent aperture, possibly also e.g. with a pulse width modulation, assuming a suitable bandwidth of the opening can also be used.
  • Both first fluid valves 20 and 22 are selectively connectable to a first pressure reservoir P2 for the pressurized fluid and to a second pressure reservoir P1. It is envisaged that in order to accelerate the mo- Torventils 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the first pressure reservoir P2 is connected to one of the two pressure chambers. To accelerate for the purpose of opening the engine valve 2, the upper first fluid valve 20 is opened. In order not to generate any counterpressure, the lower second fluid valve 26, which is in communication with the base reservoir PO, is opened at the same time. To accelerate for the purpose of closing the engine valve 2 while the lower first fluid valve 22 is opened. In order not to generate any back pressure, the upper second fluid valve 24, which communicates with the base reservoir PO, is now simultaneously opened.
  • the first fluid valves 20 and 22 can furthermore be connected to a second pressure reservoir P1. It is provided that for braking the motor valve 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the second pressure reservoir P1 is connected to one of the two pressure chambers.
  • the upper second fluid valve 24 which communicates with the base reservoir PO, is opened at the same time. In this case, the fluid flows without pressure in the upper pressure chamber 10th
  • the lower second fluid valve 26 which is in communication with the base reservoir PO, is opened at the same time.
  • the fluid flows without pressure into the lower pressure chamber 12.
  • the control is also set up such that an unaccelerated movement can be carried out between acceleration and deceleration.
  • the two first fluid valves 20 and 22 are closed and the two second fluid valves 24 and 26 open, so that the engine valve 2 performs a nearly uniform movement and empties one pressure chamber 10 and 12 and the other pressure chamber 10 or the same extent 12 is refilled. It will be apparent to those skilled in the art that with the length of this unaccelerated phase, the movement of the engine valve may be controlled using measurement data on the current position of the engine valve 2. This is provided in the embodiment.
  • both second fluid valves 24 and 26 are open for a short time, while the first fluid valve 20 and 22 are still open. This causes no impact due to the incompressible fluid.
  • first fluid valve means 20 and 22 with the optional connections with P1 or P2 described in the exemplary embodiment can also be designed as separate fluid valves for P1 or P2, without restricting the generality of the invention.
  • second fluid valve means 24 and 26 can be provided to divide the second fluid valve means 24 and 26 respectively into a fluid valve which can only be switched and additionally to a fluid valve which can be controlled with respect to its flow rate, if the special design of the hydraulic or pneumatic conditions and / or the control bandwidth necessitate this.
  • a two-stage pressure generation from the base reservoir PO is first performed to the second pressure reservoir P1 and from there to the first pressure reservoir P2, each by a pressure stage 31 and 32, the controllable high pressure pump 33 and 35 and a remindschlagven- valve 38 and 39, respectively includes.
  • the energy recovered by the deceleration of the engine valves 2 is used fully to maintain the pressure in the first pressure reservoir P2 by - after a start-up - the first pump from PO to P1 hardly consumes energy and the high-pressure pump of P1 according to P2 is relieved accordingly.
  • an optimal recuperation system is proposed.
  • a central electronic control unit 42 determines, for each engine valve, the optimum sequence of motion due to ambient and operating conditions, and passes this instruction to the electronic valve control device 40, which gives the commands to open the fluid valves.
  • Each engine valve 2 has its own electronic valve control device 40. The position of the engine valve 2 is detected over the entire distance by means of a measuring sensor 50 and the valve control direction 40 is transmitted, the opening of the respective outlet solenoid valve 24 or 26 to PO corrected. The stroke of the engine valves 2 and the time course of the movement can be freely determined.
  • the central electronic control unit 42 determines the pressure in the high-pressure system, namely in the pressure reservoirs P2 and P1.
  • the pressure can be adjusted by means of control of the controllable high-pressure pump 33 to different operating conditions.
  • parameters for the control by the central control device 42 are used for example: accelerator pedal position, brake control, gear selection, program selection machine, temperatures of engine oil or water, position of the vehicle (slope, slope), outside air temperature.
  • Each engine valve 2 has a valve control device 40, which controls the movement of the engine valve as accurately as possible in accordance with the specifications of the central valve control device 42 by means of control commands to the fluid valves 20 and 22 and 24 and 26.
  • All valve control devices 40 of an engine report the parameters of the valve movement back to the central control device 42, which can adjust the pressure in the high-pressure system - in particular in the first pressure reservoir P2.
  • This system of comparing the actual position of the engine valve 2 with the target position deviations from the specification are corrected.
  • These can have different causes, e.g. for the fluid: temperature, viscosity, aging, with regard to wear: clearance between piston and cylinder chamber, manufacturing tolerances.
  • the valve stem 5 of the engine valve 2 occurs at the upper end of the upper pressure chamber 10 through the cover of the cylinder.
  • a coil spring 62 acts in a valve spring chamber 66 on a spring plate, which is connected to the valve stem 5.
  • the cylinder in question - or more - can be partially switched off and the piston can be moved passively.
  • an emergency program with mechanical feedback of engine valves 2 is placed in a resting state. At rest, the fluid in the high pressure system can be vented through a short opening of all fluid valves.
  • the engine valves 2 are guided by these springs 62 in their upper position, so that maintenance and repairs can be carried out in a pressureless state.
  • valves Do not attempt to contact the pistons in the engine near top dead center.
  • the cylinder head lifted from the engine block can be parked without the risk of damage in the installation position. Assembly and disassembly of the valve train are thereby considerably simplified. Fluid entering the latter through the upper valve guide 60 at the transition from the upper pressure chamber 10 to the valve spring space 66 is directed through an orifice into the pressureless base reservoir PO.
  • the engine fuel is used as the fluid, and the first pressure reservoir P2 serves as an intermediate stage for providing P3 of the necessary fuel pressure for the fuel injection.
  • a third pump is provided which provides the necessary fuel pressure. Otherwise, the operating conditions for the control and the movement of the engine valves 2 are unchanged.
  • the pressures in the two pressure reservoirs P1 and P2 will be unequal, the pressure in P2 being assumed to be greater than in P1, if P1 is an intermediate for P2 is provided. This is not necessary.
  • the pressure in P1 can be the same as in the first pressure reservoir. Then, the two pressure reservoirs P1 and P2 can be connected or executed together. In this case, therefore, the deceleration force for the engine valves 2 would be approximately equal to their acceleration force.

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Abstract

Um bei einem mit einem Fluid betriebenen Gaswechselventil (2) eine Rekuperation zu optimieren, sind zwei fluidgefüllte Druckkammern (10, 12) und ein verschiebbaren Stellkolben (14) mit zwei, jeweils eine der Druckkammern (10, 12) begrenzende Wirkflächen, vorgesehen. Die Druckkammern (10, 12) sind mit jeweils zwei Fluidventilen (20, 22; 24, 26) verbunden, von denen jeweils das erste Fluidventil (20, 22) von einem ersten Druckreservoir (P2) beaufschlagbar, jeweils das zweite Fluidventil (24, 26) mit einem Basisdruckreservoir (P0) verbindbar ist. Die ersten Fluidventile (20, 22) sind weiterhin mit einem zweiten Druckreservoir (P1) verbindbar. Eine Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) schaltet die Ventile (2), neben einer Ruhestellung in eine erste, beschleunigte Bewegungsphase und eine Abbremsphase. Das zweite Druckreservoir (P1) ist als Druckzwischenstufe zum Bereitstellen des Drucks im ersten Druckreservoir und/oder zum Bereitstellung von Druck für die Kraftstoffpumpe und/oder für die Kraftstoffaufbereitung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckaufbereitung für ein weiteres Gaswechselventil in dem gleichen und/oder in einem anderen Verbrennungszylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Description

Fluid betriebener Ventiltrieb und Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft einen Fluid betriebenen Ventiltrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
Stand der Technik
Fluid betriebene Ventiltriebe, insbesondere für Gaswechselventile in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, die im Sinne dieser Erfindung hydraulisch wie auch pneumatisch betriebene Ventiltriebe umfassen, sind seit langer Zeit bekannt. Zunächst einmal wurden diese Ventiltriebe zum Ersatz eines nockenwellengesteuerten Öffnens eines Motorventils verwendet, während das Schliessen des Ventils weiterhin durch einen Federmechanismus vorgesehen war. Solche Systeme sind z.B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1'944'177 bekannt. Aber auch zweiseitig gesteuerte, Fluid betriebene Ventiltriebe für Ventilsteuerungen sind dem Grunde nach, z.B. aus der CH 417*219, bereits seit langer Zeit bekannt. Dabei wurde zumeist das Prinzip verwendet, dass ein Stellkolben zwei druckbeaufschlagte Flächen aufweist, von denen eine grösser ist als die andere. Bei der CH 417*219 wird allerdings noch vorgeschlagen, die Steuerung der Fluidzuführung - hier der Ölzuführung - mit Hilfe einer herkömmlichen Nockenwelle zu betreiben. Dieses Prinzip macht sich auch der Vorschlag nach der DE 101 439 59 A1 zueigen, wobei allerdings ein nockenwellenfreier Betrieb der Ventilsteuerung vorgesehen ist. Nach der DE 101 439 59 A1 soll sich die Flächengrösse zumindest einer der beiden Wirkflächen des Stellkolbens längs seines Verschiebweges ändern. Weiterhin wird darin vorgeschlagen, dass eine von zwei Fluiddruckkammern mit einem Fluid jeweils gefüllt und entleert wird. Dieser Vorschlag erweist sich als nicht sonderlich vorteilhaft, da die Ventilsteuerung mit überschaubarem Aufwand nicht allzu genau eingerichtet werden kann.
Eine wesentliche Verbesserung dieses Konzeptes ist ursprünglich schon aus der US-5'225'641 A, verbessert vorgeschlagen in der US 6'223'846 B1 , bekannt, nachfolgend als Schechter zitiert. Dabei wird eine Druckbeaufschlagung von zwei entgegengesetzt angeordneten Wirkflächen mit jeweils einem Fluid vorgeschlagen, das einem gemeinsamen Reservoir entnommen wird und mit Zufüh- rungsventilen gesteuert wird. Die Abflussventile sind unter anderem zur Druckentlastung vorgesehen. Dieses System ist allerdings sehr kompliziert und kann auf Grund der aufwändigen Fluidzuführungssteuerung nur begrenzt eingesetzt werden.
Fluid betriebene Ventiltriebe haben gegenüber herkömmlichen mechanisch angetriebenen Ventiltrieben grundsätzlich den Nachteil bzw. das Problem eines höheren Energieverbrauchs, der dann der Leistung der Brennkraftmaschine verlustig geht. Den bekannten Fluid betriebenen Ventiltriebeinrichtungen - insbesondere auch den Einrichtungen, die aus der US-A-5'058'857, aus der US-A- 3'844'528, der DE 199'31129, der US-A-6'170'524 der WO-A-02/46582 und der WO-A-02/066'796 bekannt sind - ist gemein, dass das Problem des überhöhten Energieverbrauchs nicht oder allenfalls ansatzweise gelöst ist. So ist in der WO- A-02/066'796 zum Beispiel zwar vorgesehen, dass dort ein Pufferspeicher Druckschwankungen auffangen soll, die Hydraulikfüssigkeit aus dem Auslass der Kolben zur Ventilsteuerung wird aber in ein Reservoir geleitet, von dem aus es mittels einer Hochdruckpumpe Energie verschleudernd wieder auf den Arbeitsdruck der Hydraulik gepumpt werden muss. Ein typisches System mit erhöhtem Energieverbrauch, bei dem das Fluid einfach in das Reservoir zurückgegeben wird, ist aus der WO 2006/121637 A1 bekannt. Bei Schlechter wird bereits vorgeschlagen, dass nicht nur die Beschleunigung der Fluid betriebenen Ventile sondern auch das Abbremsen zum weichen Aufsetzen auf den Ventilsitz mittels eines Fluids durchgeführt wird. Auch wird dort schon angedeutet, dass die durch das Abbremsen zurückgewinnbare Energie - dort mit Hilfe einer Niederdruckschiene - verwendet werden soll. Damit ist schon ein erster Ansatz zur Rekuperation offenbart worden. Allerdings muss bei Schechter die Hochdruckschiene immer noch vollständig Druck beladen werden, da die Niederdruckschiene nur am Reservoir angeschlossen ist. Diese mindere Art der Rekuperation gilt es ebenfalls zu verbessern.
In der US 2004/107699 A1 wird ein fluidbetriebener Kolbentrieb beschrieben, bei dem ebenfalls schon erste Ansätze für eine Rekuperation vorgeschlagen werden. Die dort vorgeschlagene Art der Rekuperation ist für einen Einsatz z.B. in einem Gabelstapler etc. durchaus geeignet, erscheint aber für einen Einsatz zum Antrieb eines Stellkolbens für eine Brennkraftmaschine wegen ihrer Kompliziertheit aber völlig ungeeignet, auch nicht als Vorlage, das oben beschriebene Problem zu lösen. Die ansatzweise Rekuperation, wie sie in der US 2004/107699 A1 vorgeschlagen wird, hat insbesondere den Nachteil, dass der zurück gewonnene Druck so verwendet werden muss wie er anfällt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen vereinfachten, fluidbetriebenen Ventiltrieb vorzusehen, bei dem die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll der Energieverbrauch durch die Ven- tilsteuerung nicht überhöht sein. Vielmehr sollte eine möglichst optimale Form der Rekuperation eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird zunächst einmal durch einen Fluid betriebenen Ventiltrieb nach Anspruch 1 gelöst. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung zunächst einmal zur Folge, dass die durch das Abbremsen der Motorventile zurückgewinnbare Energie einem Druckzwischenniveau zugeführt wird. Dieses - A -
Druckzwischenniveau kann zwischen dem Ventilbeschleunigungsdruck und dem Reservoir angeordnet werden, was z.B. Energie zum Aufladen des Ventilbeschleunigungsdrucks erspart und dient gleichzeitig einem optimal gedämpften Abbremsvorgang. Grundsätzlich kann die Rekuperation des zweiten Druckreser- voirs P1 aber auch zur Druckaufbereitung für die Bereitstellung von Druck für die Kraftstoffpumpe und/oder für die Kraftstoffaufbereitung, wie z.B. die Zerstäubung etc. verwendet werden. Bei einer Verwendung von Kraftstoff als Fluid als spezielle Ausführung der Erfindung, insbesondere bei der Verwendung von Dieselkraftstoff, kann diese Druckaufbereitung direkt ausgeführt werden. Wenn das Fluid gleichzeitig als Kraftstoff verwendet wird, kommt hierbei nicht nur eine hydraulisch verwendbare Flüssigkeit in Frage, sondern auch ein pneumatisch verwendbares Gas oder ähnliches Medium, z.B. in gasbetriebenen Motoren. Weiterhin kann die Rekuperation eines Motorventils oder mehrerer Motorventile mit einem höheren Druckbedarf - z.B. der Auslassventile einer Brennkraftmaschine - auch für die Druckaufbereitung eines anderen Motorventils oder mehrerer anderer Motorventile mit geringerem Druckbedarf - z.B. der Einlassventile der Brennkraftmaschine - verwendet werden.
Um die Erfindung ausführen zu können, ist es grundsätzlich möglich, von der Beschleunigungsphase direkt in die Abbremsphase überzugehen. Dies bewirkt auch die schnellste Motorventilbewegung bei minimalem Fluiddruck. Energie- massig vorteilhaft kann es aber sein, zwischen die beiden genannten Phasen eine unbeschleunigte Freilaufphase einzufügen, wenn die Ventilbewegungsgeschwindigkeit zulässt (Anspruch 2). Durch die Länge der Freilaufphase wird ein weiterer Steuerungs- bzw. Regelungsparameter zur Verfügung gestellt.
Grundsätzlich ist es möglich, die zweiten Fluidventilmittel entweder als Proportionalventile auszulegen, die dann mengengesteuert werden können oder aber - oder zusätzlich - einfache Ventile nur einer Offen- und einer Geschlossenstel- lung und einer Zeitansteuerung. Es erscheint aber - zumindest für bestimmte Anwendungen - vorteilhaft, diese Ventile zur Feinabstimmung bezüglich ihrer Öffnungsgrösse steuerbar zu machen (Anspruch 5). Für die ersten Fluidventil- mittel erscheint aber eine Ausführung als Fluidventile nur mit einer wahlweisen Offen- und einer Geschlossenstellung zu P1 oder P2 ausreichend und vorteilhaft.
Zur Feinabstimmung erscheint es - in bestimmten Fällen - vorteilhaft zu sein, wenn während der Übergangsphase von der ersten zur zweiten Phase und/oder von der zweiten zur dritten Phase beide zweite Fluidventilmittel für einen bestimmten Zeitraum mit dem Basisdruckreservoir PO verbindbar sind, während eines der ersten Fluidventilmittel geöffnet ist. Damit wird - insbesondere bei einer hydraulischen Auslegung - vermieden, dass eine Phase auftritt, in der die Druckräume geschlossen sind und die Bewegung eines nur gering komprimierbaren Fluids zu Schlägen bzw. Überdrücken führen kann. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass entsprechende Probleme auch bei einer pneumatischen Ausle- gung möglich sind, die durch diese vorteilhafte Ausgestaltung behoben werden können (Anspruch 6). Zur schnellen Steuerung ist eine Ausgestaltung mit Magnetventilen vorteilhaft. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung, bei der ein Messsensor zur Messung der Stellung des Motorventils, vorzugsweise durch eine Messung der Stellung des Stellkolbens, vorgesehen ist, mit der die Öffnung und das Schliessen der Fluidventilmittel gesteuert bzw. geregelt wird (Ansprüche 7 und 8).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die Vorteile der Erfindung, insbesondere im Umfang der vorgeschlagenen Konstruktion, können wie folgt zusammengefasst werden: Mit der vorgeschlagenen Ventilsteuerung ist eine freie Steuerung des gesamten Bewegungsablaufs für jedes einzelne Ventil ohne weiteren Aufwand möglich, z.B. die Hubhöhe von 0 bis maximal, Beschleunigungen, Abbremsungen und Geschwindigkeiten. Damit wird den unterschiedlichsten Zuständen und Ansprüchen entsprochen, wie Star- ten ohne Anlasser, drosselklappenfreier Betrieb, Optimierung des Lufteinlasses in den Verbrennungsraum bei allen Tourenzahlen, vorzeitige Schliessung des Auslassventils zur Reduktion des NOx, Ventilstellung zur Verstärkung der Motorbremswirkung, Zylinderabschaltungen bei Teillast, druckfreier Ruhezustand mit mechanisch geschlossen gehaltenen Ventilen, Notlauf mit Teilabschaltung des Motors, etc. Es wird weiterhin eine hohe Energieeffizienz erzielt mit kurzen und strömungsgünstigen Wegen für das Fluid, tiefem und dem Betriebszustand anpassbarem Druck im Hochdrucksystem, geringer Masse und damit geringem Energiebedarf zum Beschleunigen und Abbremsen der bewegten Massen, oben und unten geführten beweglichen Teilen ohne Biegebeanspruchung, schlankem Ventilschaft und geringen Reibungswiderständen, kleinen Kolben und hydraulischen bzw. pneumatischen Wirkflächen sowie geringer Abnutzung. Die Betriebssicherheit ist hoch, da technisch einfach, ohne Verstärkung der Anfangsbeschleunigung (dank geringer bewegter Masse). Vorteilhaft ist auch die Steuerung anhand der effektiven Bewegung des Motorventils mit den Möglichkeiten einer automatischen Korrektur von Verschiebungen des Zyklus auf Grund von thermischer Dilatation, ändernder Viskosität des Fluids, Gasblasen, Fertigungstoleranzen und mechanischer Abnutzung mit Abnahme der Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand. Mit dem System ist ein geringer Unterhalt zu erwarten wegen geringer mechanischer Beanspruchung der Komponenten, des geschlossenen Systems mit wenigen Dichtflächen, einem einfachen Austausch der gesamten Ventilbetätigung, einzelner Ventile oder Komponenten. Die Geometrie ist vorteilhaft, weil keine Störung der Wege für Ansaugluft und Abgase zu erwarten ist und wenig Platzbedarf besteht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Anforderungen an das Motorenöl von Motoren mit mechanischem Ventiltrieb primär durch den Nockenwellenantrieb der Ventile definiert werden und eine entsprechende Additivierung des Motorenöls erfordert. Diese Additivierung basiert teilweise auf Substanzen, die für die Abgasnachbehandlung schädigend wirken (Katalysatorgifte wie Phosphor oder Zink). Ohne Massnahmen zur Reduktion der Vergiftung der Abgasnachbe- handlung können die hohen Laufleistungen, die in der Abgasgesetzgebung künftig verlangt werden, nicht eingehalten werden. Um diese oelbasierte Schädigung der Abgasnachbehandlung zu eliminieren, sind aufwändige Massnahmen (z.B. getrennte Schmierkreisläufe für Nockenwelle und Ventiltrieb einerseits und Kur- beiwelle und Kolben andererseits) in Diskussion. Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Ventiltriebe reduzieren die Anforderungen an das Motorenöl gegenüber mechanisch betriebenen Ventiltrieben beträchtlich, was sich schlussendlich auch positiv auf die Lebensdauer der Abgasnachbehandlung auswirkt.
Gemäss der Ausführung nach Anspruch 7 bzw. 8 zeichnet sich dieser Aspekt der Erfindung dadurch aus, dass der Bewegungsablauf des Motorenventils mit einem Sensor auf seiner Wegstrecke überwacht wird. Zu jedem Zeitpunkt wird die Abweichung des effektiven Standorts des Motorventils von seinem Soll- Standort gemäss Vorgabe ermittelt und durch eine Steuerungseinheit für dieses Motorventil erfasst. Es wird die Veränderung des Querschnitts des entsprechenden zweiten Fluidventilmittels errechnet, damit das Ventil die Position gemäss Vorgabe wieder erreicht. Gemäss diesem Aspekt der Erfindung ist das System durch diese Funktion selbst korrigierend und Einflüsse, welche die Bewegung des Motorventils ungünstig verändern könnten, müssen nicht beachtet werden.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung (Anspruch 13) zufolge wird die Rekupera- tion des vorstehend erläuterte Ventiltriebs, also der aufbereitete Druck, der im zweiten Druckreservoir anfällt, ausschliesslich oder zusätzlich für den Ventiltrieb eines anderes Ventiltriebes der Brennkraftmaschine verwendet. Da die Arbeits- drücke für den Fluiddruck der Auslassventile einer Brennkraftmaschine üblicherweise höher sein sollten als die Arbeitsdrücke der Einlassventile - da die Auslassventile allenfalls zumindest kurzzeitig gegen den Verbrennungsgasdruck arbeiten müssen - ist dann eine Auslegung besonders vorteilhaft, wenn bei der Brennkraftmaschine die Ventiltriebe der Auslassventile gemäss der vorliegenden Erfindung und deren Rekurerationsenergie für die weniger aufwändigen FIu- iddrücke der Ventiltriebe der Einlassventile ausgelegt sind. In diesem fall kann für die Ventiltriebe der Einlassventile eine Druckanordnung gemäss dem Stand der Technik vorgesehen werden, bei dem neben dem Basisreservoir lediglich ein gemeinsames Druckreservoir - nämlich das zweite Druckreservoir der Auslassventile vorgesehen ist. Dieses zweite Druckreservoir müsste dann im Idealfall nicht zusätzlich mit Druck versorgt werden. (Anspruch 14)
Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer tech- nischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazu gehörenden Zeichnungen, in denen - beispielhaft - erfindungsgemässe Vorrichtungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt: Figur 1 eine Darstellung eines Motorventils mit einer Ventilsteuerung ge- mäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Darstellung eines Motorventils mit einer Ventilsteuerung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist eine Ventilanordnung zu einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Motorenventil 2 und einer Triebeinrichtung (Aktu- ator) für dieses Motorenventil dargestellt. Das Ventil 2 umfasst - nach herkömmlicher Weise - einen Ventilteller 3, der in einem Ventilsitzring 7 eingepasst ist, um damit den Motorenraum abzuschliessen. Bei geöffnetem Ventil 2, wenn also das Ventil gesenkt ist, ist der Verbrennungsraum 4 des Motors mit dem Verbrennungsgaskanal 6 verbunden. Diese Verbindung gilt es mit dem Ventiltrieb zu steuern bzw. zu regeln.
Das Motorenventil 2 trägt auf seinem Ventilschaft 5 einen fest damit verbundenen Stellkolben 14, der eine obere, auf der Oberseite des Stellkolbens 14 ausgebildete Wirkfläche und weiterhin eine untere, auf der Unterseite des Stellkolbens 14 ausgebildete Wirkfläche aufweist. Zusammen mit dem Druckkammer- gehäuse 15, in dem der Stellkolben 14 auf- und abwärtsbewegbar angeordnet ist, bildet der Stellkoben 14 eine obere Druckkammer 10 und eine untere Druckkammer 12 aus. Beide Druckkammern 10 und 12 weisen jeweils ein erstes FIu- idventil 20 bzw. 22 und ein zweites Fluidventil 24 bzw. 26 für ein Druckfluid, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Hydrauliköl oder der Treibstoff für den Motor, vorzugsweise ein Dieselkraftstoff, auf. Diese Fluidventile sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Magnetventile ausgebildet, wobei für die ersten Fluidventile 20 und 22 jeweils lediglich eine Offen- und eine Geschlossenstellung jeweils über die Fluidzuflussleitung 16 zum Druckreservoir P2 und über die Fluidabflussleitung 18 zum Druckreservoir P1 vorgesehen ist, während die zweiten Fluidventile 24 und 26 jeweils über die Fluidzu- und abflussleitung 19 zum Basisreservoir PO verbindbar sind. Die zweiten Fluidventile 24 und 26 sind analog oder - alternativ - digital in einer Vielzahl von Stellungen steuerbar. Es sollte an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass diese analoge oder digitale modulierende Ausführung der Öffnung der zweiten Fluidventile 24 und 26 nur beispielhaft ist. Andere Modulationsverfahren, wie eine intermittierende Öffnung, allenfalls auch z.B. mit einer Pulsbreitenmodulation können, eine geeignete Bandbreite der Öffnung vorausgesetzt, ebenso zum Einsatz kommen.
Beide ersten Fluidventile 20 und 22 sind mit einem ersten Druckreservoir P2 für das unter Druck stehende Fluid sowie mit einem zweiten Druckreservoir P1 wahlweise verbindbar. Dabei ist vorgesehen, dass zum Beschleunigen des Mo- torventils 2 in jeweils eine Richtung eines der ersten Fluidventile 20 bzw. 22 geöffnet ist und damit das erste Druckreservoir P2 mit einer der beiden Druckkammern verbunden ist. Zum Beschleunigen zum Zwecke des Öffnens des Motorventils 2 wird dabei das obere erste Fluidventil 20 geöffnet. Um keinen Ge- gendruck zu erzeugen, wird gleichzeitig das untere zweite Fluidventil 26, welches mit dem Basisreservoir PO in Verbindung steht, geöffnet. Zum Beschleunigen zum Zwecke des Schliessens des Motorventils 2 wird dabei das untere erste Fluidventil 22 geöffnet. Um keinen Gegendruck zu erzeugen, wird nunmehr gleichzeitig das obere zweite Fluidventil 24, welches mit dem Basisreservoir PO in Verbindung steht, geöffnet.
Wie schon erwähnt, sind die ersten Fluidventile 20 und 22 weiterhin mit einem zweiten Druckreservoir P1 verbindbar. Dabei ist vorgesehen, dass zum Abbremsen des Motorventils 2 in jeweils eine Richtung eines der ersten Fluidventile 20 bzw. 22 geöffnet ist und damit das zweite Druckreservoir P1 mit einer der beiden Druckkammern verbunden ist.
Zum Abbremsen beim Öffnen des Motorventils 2 wird dabei das untere erste Fluidventil 22, in Verbindung stehend mit dem zweiten Druckreservoir P1 , geöffnet. Um die obere Druckkammer 10 weiterhin mit Fluid zu füllen, wird gleichzeitig das obere zweite Fluidventil 24, welches mit dem Basisreservoir PO in Verbindung steht, geöffnet. Dabei strömt das Fluid ohne Druck in die obere Druckkammer 10.
Zum Abbremsen beim Schliessen des Motorventils 2 wird dabei das obere erste Fluidventil 20, in Verbindung stehend mit dem zweiten Druckreservoir P1 , geöffnet. Um die untere Druckkammer 12 weiterhin mit Fluid zu füllen, wird gleichzeitig das untere zweite Fluidventil 26, welches mit dem Basisreservoir PO in Verbindung steht, geöffnet. Dabei strömt das Fluid ohne Druck in die untere Druck- kammer 12. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen und die Steuerung ist auch so eingerichtet, dass zwischen dem Beschleunigen und dem Abbremsen jeweils eine unbeschleunigte Bewegung durchgeführt werden kann. Dabei sind die beiden ersten Fluidventile 20 und 22 geschlossen und die beiden zweiten Fluidven- tile 24 und 26 geöffnet, so dass das Motorventil 2 eine nahezu gleichförmige Bewegung ausführt und jeweils eine Druckkammer 10 bzw. 12 entleert und im gleichen Umfang die andere Druckkammer 10 bzw. 12 nachgefüllt wird. Es wird dem Fachmann klar sein, dass mit der Länge dieser unbeschleunigten Phase die Bewegung des Motorventils unter Verwendung von Messdaten über die aktuelle Position des Motorventils 2 geregelt werden kann. Dies ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen.
Weiterhin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass für eine kurze Zeit beide zweiten Fluidventile 24 und 26 geöffnet sind, während das erste Fluidventil 20 bzw. 22 noch offen sind. Dies bewirkt, dass durch das inkompres- sible Fluid keine Schläge auftreten.
Aus diesem Basisreservoir PO wird - wie nachfolgend beschrieben - die Zuführung für die ersten Fluidventile 20 und 22 gespeist.
Vorstehend wurde für die Fluidventilmittel gemäss der Erfindung jeweils einzelne Fluidventile 20, 22, 24, 26 beschrieben. Insbesondere die ersten Fluidventilmittel 20 und 22 mit den im Ausführungsbeispiel beschriebenen wahlweisen Verbindungen mit P1 bzw. P2 können aber - ohne Einschränkung der Allgemeinheit der Erfindung - aber jeweils auch als getrennte Fluidventile für P1 bzw. P2 ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, die zweiten Fluidventilmittel 24 bzw. 26 in jeweils ein lediglich schaltbares Fluidventil und zusätzlich ein bezüglich seiner Durchflussmenge steuerbares Fluidventil aufzuteilen, wenn die spezielle Auslegung der hydraulischen bzw. pneumatischen Verhältnisse und/oder die Regelbandbreite dies erfordern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine zweistufige Druckerzeugung aus dem Basisreservoir PO zunächst zum zweiten Druckresevoir P1 und von dort zum ersten Druckreservoir P2 durchgeführt, jeweils durch eine Druckstufe 31 und 32, die eine regelbare Hochdruckpumpe 33 bzw. 35 und ein Rückschlagven- til 38 bzw. 39 umfasst.
In diesem Ausführungsbeispiel wird also die durch das Abbremsen der Motorventile 2 zurück gewonnene Energie vollumfänglich zum Aufrechterhalten des Drucks im ersten Druckreservoir P2 verwendet, indem - nach einem Anfahrvor- gang - die erste Pumpe von PO nach P1 kaum noch Energie verbraucht und die Hochdruckpumpe von P1 nach P2 entsprechend entlastet wird. Es wird also ein optimales Rekuperationssystem vorgeschlagen.
Eine zentrale, elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit 42 ermittelt für jedes Motorventil den aufgrund der Umgebungs- und der Betriebsbedingungen optimalen Bewegungsablauf und gibt diese Vorgabe an die elektronische Ventilsteuerungseinrichtung 40 weiter, welche die Befehle zur Öffnung der Fuidventile gibt. Jedes Motorventil 2 hat eine eigene elektronische Ventilsteuerungseinrichtung 40. Die Position des Motorventils 2 wird auf der gesamten Wegstrecke mit Hilfe eines Messsensors 50 festgestellt und der Ventilsteuerungsrichtung 40 übermittelt, die bei Abweichungen vom Sollwert die Öffnung des jeweiligen Auslass- Magnetventils 24 bzw. 26 zu PO korrigiert. Der Hub der Motorventile 2 und der zeitliche Verlauf der Bewegung können frei bestimmt werden. Die zentrale, elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit 42 bestimmt den Druck im Hochdruck- System, nämlich in den Druckreservoirs P2 und P1.
Im Fluiddrucksystem P2 herrscht der gleiche Druck für alle von ihm versorgten Motorenventile 2. Der Druck kann mittels Steuerung der regelbaren Hochdruckpumpe 33 an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst werden. AIs Parameter für die Regelung durch die zentrale Regeleinrichtung 42 werden z.B. verwendet: Gaspedalstellung, Bremsbetätigung, Gangwahl, Programmwahl Automat, Temperaturen von Motorenöl bzw. Wasser, Stellung des Fahrzeugs (Steigung, Gefälle), Aussenlufttemperatur.
Jedes Motorventil 2 verfügt über eine Ventilsteuerungseinrichtung 40, welche mittels Steuerbefehlen an die Fluidventile 20 und 22 sowie 24 und 26 die Bewegung des Motorenventils möglichst genau gemäss den Vorgaben der zentralen Ventilregelungseinrichtung 42 steuert.
Alle Ventilsteuerungseinrichtungen 40 eines Motors melden die Parameter der Ventilbewegung an die zentrale Regelungseinrichtung 42 zurück, die den Druck im Hochdrucksystem - insbesondere im ersten Druckreservoir P2 - anpassen kann. Mit diesem System des Vergleichs der Ist-Position des Motorventils 2 mit der Soll-Position werden Abweichungen von der Vorgabe korrigiert. Diese können verschiedene Ursachen haben, z.B. für das Fluid: Temperatur, Viskosität, Alterung, bezüglich der Abnützung: Spiel zwischen Kolben und Zylinderraum, Fertigungstoleranzen.
Der Ventilschaft 5 des Motorventils 2 tritt am oberen Abschluss der oberen Druckkammer 10 durch die Abdeckung des Zylinders. Eine Spiralfeder 62 wirkt in einem Ventilfederraum 66 auf einen Federteller, der mit dem Ventilschaft 5 verbunden ist. Im Fall von Fehlern, die eine begrenzte Anzahl Motorenventile betreffen, kann der betreffende Zylinder - oder auch mehrere - teilabgeschaltet werden und der Kolben passiv bewegt werden. Damit wird ein Notlaufprogramm mit mechanischer Rückführung von Motorventilen 2 in einen Ruhezustand zur Verfügung gestellt. Im Ruhezustand kann das Fluid im Hochdrucksystem durch eine kurze Öffnung aller Fluidventile abgelassen werden. Die Motorventile 2 werden durch diese Federn 62 in ihre obere Position geführt, damit Wartung und Reparaturen in drucklosem Zustand ausgeführt werden können. Die Ventile ge- raten nicht in Kontakt mit den Kolben im Motor, die sich in der Nähe des oberen Totpunkts befinden. Der vom Motorblock abgehobene Zylinderkopf kann ohne die Gefahr von Beschädigung in der Einbaulage abgestellt werden. Montage und Demontage des Ventiltriebs werden dadurch erheblich vereinfacht. Fluid, das durch die obere Ventilführung 60 beim Übergang von der oberen Druckammer 10 zum Ventilfederraum 66 in letzteren gerät, wird durch eine Öffnung in das drucklose Basisreservoir PO geleitet.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 wird als Fluid der Motor- kraftstoff verwendet und das erste Druckreservoir P2 dient als Zwischenstufe für die Bereitstellung P3 des notwendigen Kraftstoffdrucks für die Kraftstoffeinspritzung. Eine dritte Pumpe ist vorgesehen, die den notwendigen Kraftstoffdruck bereitstellt. Ansonsten sind die Betriebsbedingungen für die Steuerung und die Bewegung der Motorventile 2 unverändert.
Es wird dem Fachmann klar sein, dass im Rahmen der Patentansprüche weitere Modifikationen möglich sind, ohne die Grundidee optimaler Rekuperation verlassen zu müssen. Darunter zählt z.B. eine hier nicht im Bild dargestellte Ausführung, bei der das erste Druckreservoir P2 direkt aus dem Basisreservoir PO ge- speist wird, während das zweite Druckreservoir P1 nur beim Anfahren des Motors, wenn dort noch kein Fluiddruck herrscht, entweder mit einer Hilfspumpe oder eine Abzeigung aus dem ersten Druckreservoir P2 gespeist wird, dann aber seinen Druck alleine aus dem Abbremsen der Motorventile 2 bezieht. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der im zweiten Druckreservoir P1 durch das Abbremsen gewonnene Energieüberschuss - als Zwischenstufe zur oben beschriebenen Bereitstellung des notwendigen Kraftstoffdrucks für die Kraftstoffeinspritzung dient.
Es wird in der vorstehenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Drücke in den beiden Druckreservoirs P1 und P2 ungleich sein werden, wobei der Druck in P2 als grösser angenommen wird als in P1 , wenn P1 als Zwischenstufe für P2 vorgesehen ist. Dies ist aber nicht notwendig. Grundsätzlich kann der Druck in P1 gleich sein wie im ersten Druckreservoir. Dann können die beiden Druckreservoirs P1 und P2 verbunden sein oder zusammen ausgeführt werden. In diesem Fall wäre also die Abbremskraft für die Motorenventile 2 in etwa gleich ihrer Beschleunigungskraft. In einer besonders vereinfachten, nicht speziell beanspruchten, aber sehr vorteilhaften Ausführung der Rekuperation gibt es nur ein Druckreservoirzylinder P2, welches dann vorzugsweise mittels jeweils einer FIu- idleitung 16 bzw. 18, die zugleich als Fluidzuflussleitung wie auch als Flui- dabflussleitung ausgeführt ist, mit dem oberen ersten Fluidventil 20 bzw. mit dem unteren ersten Fluidventil 20 einerseits und dem Druckreservoir P2 verbunden ist. Diese Ausführung mit einer Selbstrekuperation ist besonders vorteilhaft, wenn die Ventilsteuerung mit der Länge der Freilaufphase gesteuert wird. In diesem fall wäre es möglich, die Freilaufphase auch dadurch auszuführen, dass beide ersten Fluidventile 20 und 22 geöffnet sind, allenfalls auch bei geschlos- senen zweiten Fluidventilen 24 und 26.
Möglich wäre sogar ein Vertauschen der Druckverhältnisse, so dass die Abbremskraft der Motorventile 2 grösser ist wie ihre Beschleunigungskraft, die dann länger ausgeübt würde als die Abbremskraft. Dies kann beispielsweise durch ein Vertauschen von P2 mit P1 , mit denen ja beide ersten Fluidventile 20 und 22 beaufschlagt werden, bewirkt werden.
Bezugszeichenliste
2 Motorenventil
3 Ventilteller 4 Verbrennungsraum
5 Ventilschaft
6 Verbrennungsgaskanal
7 Ventilsitzring
8 Dichtung 10 obere Druckkammer
12 untere Druckkammer
14 Stellkolben
15 Druckkammergehäuse
16 Fluidzuflussleitung 17 Filter
18 Fluidabflussleitung
19 Fluidzufluss- und abflussleitung
20 oberes erstes Fluidventil, Fluidventilmittel 22 unteres erstes Fluidventil, Fluidventilmittel 24 oberes zweites Fluidventil, Fluidventilmittel
26 unteres zweites Fluidventil, Fluidventilmittel
31 Druckstufe
32 Druckstufe
33 Hochdruckpumpe 35 Hochdruckpumpe
38 Rückschlagventil
39 Rückschlagventil
40 Ventilsteuerungseinrichtung
42 zentrale Steuerungs-/Regelungseinrichtung 50 Messsensor
60 Ventilführung
62 Ventilfeder
66 Ventilfederraum PO Basisreservoir für das Fluid
P1 zweites Druckreservoir für das Fluid
P2 erstes Druckreservoir für das Fluid
P3 zusätzliches Druckreservoir für Kraftstoffeinspritzung

Claims

Patentansprüche
1. Fluidbetriebener Ventiltrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil (2) in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, mit - zumindest zwei fluidgefüllten Druckkammern (10, 12), mit
- einem auf das Ventil (2) wirkenden, aus einer Ventilschliessstellung in eine Ventiloffenstellung und von einer Ventiloffenstellung in eine Ventilschliessstellung verschiebbaren Stellkolben (14), der zwei Wirkflächen aufweist, die jeweils eine der Druckkammern (10, 12) begrenzen, wobei - die Druckkammern (10, 12) mit jeweils zwei Fluidventilmitteln, nämlich ersten und zweiten Fluidventilmitteln (20, 22; 24,26), verbunden sind, - jeweils die ersten Fluidventilmittel (20, 22) mit einem ersten Druckreservoir (P2) beaufschlagbar sind,
- jeweils die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) mit einem Basisdruckreser- voir (PO) verbindbar sind,
- weiterhin mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) zum Öffnen und Schliessen der Fluidventilmittel (20, 22; 24 26),
- die ersten Fluidventilmittel (20, 22) weiterhin mit einem zweiten Druckreservoir (P1 ) so verbindbar sind, dass die ersten Fluidventilmittel (20, 22) eine Stellung geschlossen, verbunden mit dem ersten Reservoir (P2) oder verbunden mit dem zweiten Reservoir (P1 ) einnehmen können,
- die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) eine Stellung geschlossen oder verbunden mit dem Basisreservoir (PO) innehaben können, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) so eingerichtet ist, dass das
Ventil (2), neben einer Ruhestellung ("offen" oder "geschlossen") zumindest in eine erste, beschleunigte Bewegungsphase schaltbar ist, die durch das Beaufschlagen eines der ersten Fluidventilmittel (20, 22) mit dem Druck des ersten Druckreservoirs (P2) und dem öffnen eines der zweiten Fluidventilmittel (26, 24) zum Basisreservoir (PO) bewirkt wird, und in eine
Abbremsphase schaltbar ist, die durch das öffnen des anderen der ersten Fluidventilmittel (22, 20) zum zweiten Druckreservoir (P1 ) und dem Schliessen des zuerst geöffneten der zweiten Fluidventilmittel (26, 24) sowie dem öffnen des anderen der zweiten Fluidventilmittel (24, 26) zum Basisreservoir (PO) bewirkt wird und dass das zweite Druckreservoir (P 1) als Druckzwischenstufe zum Bereitstellen des Drucks im ersten Druckreservoir und/oder zum Bereitstellung von Druck für die Kraftstoffpumpe und/oder für die Kraftstoffaufbereitung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckaufbereitung für ein weiteres Gaswechselventil in dem gleichen und/oder in einem anderen Verbren- nungszylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steueroder Regeleinrichtung (40, 42) so eingerichtet ist, dass das Ventil (2) weiterhin in eine im wesentlichen unbeschleunigte Phase schaltbar ist, die durch das Öffnen beider zweiten Fluidventilmittel (24, 26) zum Basisreservoir (PO) bewirkt wird, wobei die ersten Fluidventilmittel (20, 22) geschlossen sind.
3. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein drittes Druckreservoir (P3) vorgesehen ist, welches zur
Treibstoffversorgung oder -aufbereitung dient und vom ersten oder vom zweiten Druckreservoir (P2, P1 ) als Druckzwischenstufe versorgt wird.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid der in der Brennkraftmaschine verwendete Kraftstoff vorgesehen ist.
5. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) bezüglich ihrer öff- nungsgrösse steuerbar sind.
6. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung derart ausgelegt ist, dass während der Übergangsphase von der ersten zur zweiten Phase und/oder von der zweiten zur dritten Phase die beiden zweiten Fluidven- tilmittel (24, 26) für einen bestimmten Zeitraum mit dem Basisdruckreservoir (PO) verbindbar sind, während eines der ersten Fluidventilmittel (20, 22) geöffnet ist.
7. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass Messmittel (50) zur Messung der Stellung des Ventils, vorzugsweise zur Messung der Position des Stellkolbens (14), vorgesehen sind.
8 Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewe- gung des Ventils (2) unter Verwendung der Messwerte der Messmittel
(50) geregelt wird, wobei die Regelung jeweils zumindest mittels der Länge der Beschleunigungsphase, der Länge der unbeschleunigten Phase, mit der Zeit, in der beide zweite Fluidventilmittel (24, 26) gleichzeitig geöffnet sind, und/oder der Öffnungsgrösse der zweiten Fluidventilmittel (24, 26) durchgeführt wird.
9. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweistufige Druckerzeugung für das erste Druckreservoir (P2) aus dem zweiten Druckreservoir (P1).
10. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im ersten Druckreservoir (P2) grösser ist als im zweiten Druckreservoir (P1).
11. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im ersten Druckreservoir (P2) in etwa gleich ist wie im zweiten Druckreservoir (P1).
12. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im zweiten Druckreservoir (P1) grösser ist als im ersten Druckreservoir (P2).
13. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ventiltrieb für zumindest ein Gaswechselventil (2) in zumindest einem Verbrennungszylinder der
Brennkraftmaschine gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, sowie einem weiteren Ventiltrieb für ein weiteres Gaswechselventil in dem gleichen und/oder einem anderen Verbrennungszylinder Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckreservoir (P1) zur Druckauf- bereitung für den Ventiltrieb des weiteren Gaswechselventil in dem gleichen und/oder in einem anderen Verbrennungszylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Gaswechselventil (2) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 als Auslassventil ausgebildet ist, während das weitere Gaswechselventil für dessen Druckaufbereitung das zweite Druckreservoir (P1) vorgesehen ist, als Einlassventil ausgebildet ist.
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