DE10127205A1 - Nockenwellenlose Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Nockenwellenlose Steuerung eines Gaswechselventils einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine elektrohydraulische Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der mit geringem technischen Aufwand ein großer Betriebsbereich von kleinsten Ventilhüben bis hin zu großen Ventilhüben bei unterschiedlichsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine realisierbar ist, ohne dass extrem schnell schaltende Steuerventile erforderlich sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerung eines
Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem das
Gaswechselventil betätigenden hydraulischen
Arbeitszylinder, mit einer Speiseleitung, mit mindestens
einem den Durchfluss der Speiseleitung steuernden
Steuerventil und mit einer Rücklaufleitung, wobei
Speiseleitung und Rücklaufleitung mit dem Arbeitszylinder
verbunden sind.
Die Steuerung der Gaswechselventile durch Nockenwellen
erlaubt nur im begrenzten Umfang, Steuerzeiten und/oder Hub
des Gaswechselventils entsprechend den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine einzustellen. Bei
elektrohydraulischen nockenwellenlosen Ventilsteuerungen
können sowohl der Hub des Gaswechselventils als auch dessen
Steuerzeit prinzipiell frei programmiert werden. Dadurch
kann das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, dessen
spezifischer Kraftstoffverbrauch und deren Emissionen
verbessert werden. Allerdings stößt eine
elektrohydraulische Steuerung an technische Grenzen, da der
Bereich vom Leerlaufbetrieb bei Leerlaufdrehzahl bis hin
zur Volllast bei Höchstdrehzahl einen sehr großen
Betriebsbereich darstellt, der von elektrohydraulischen
Steuerungen nach dem Stand der Technik entweder nicht oder
nur mit sehr hohem technischen Aufwand realisiert werden
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
elektrohydraulische Steuerung eines Gaswechselventils einer
Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der über einen
großen Verstellbereich Steuerzeiten und Hub des
Gaswechselventils in der geforderten Genauigkeit auf
einfache Weise gesteuert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuerung
eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem
das Gaswechselventil betätigenden hydraulischen
Arbeitszylinder, mit einer Speiseleitung, mit mindestens
einem den Durchfluss der Speiseleitung steuernden
Steuerventil, mit einer Rücklaufleitung, wobei
Speiseleitung und Rücklaufleitung mit dem Arbeitszylinder
verbunden sind, dadurch gelöst, dass eine schaltbare
Drossel zur Veränderung des Strömungswiderstands der
Speiseleitung vorgesehen ist.
Die schaltbare Drossel ermöglicht es, die
Öffnungsquerschnitte des Steuerventils und die
Dimensionierung des hydraulischen Arbeitszylinders so
auszulegen, dass selbst bei Volllast und Höchstdrehzahl das
Gaswechselventil schnell genug geöffnet und geschlossen
werden kann und dass dabei auch der erforderliche große
Ventilhub realisierbar ist. Bei dieser Auslegung ist es nur
sehr schwer möglich, die geforderten kleinen Ventilhübe bei
niedrigen Drehzahlen und Leerlauf- oder Teillastbetrieb zu
realisieren. Um diese kleinen Hübe zu realisieren, wären
extrem schnelle Steuerventile erforderlich, die naturgemäß
teuer in der Entwicklung und Herstellung sind.
Erfindungsgemäß kann das Ansprechverhalten des
Arbeitszylinders dadurch verlangsamt werden, dass in die
Speiseleitung eine Drossel zugeschaltet wird, die - gleiche
Steuerzeiten des Steuerventils vorausgesetzt - kleinere
Ventilhübe bei sonst gleichen Bedingungen ermöglicht.
Dadurch wird der Betriebsbereich der erfindungsgemäßen
Steuerung auf einfache Weise vergrößert. Die
erfindungsgemäße Steuerung kann natürlich auch dazu genutzt
werden, um ein trägeres und kostengünstigeres Steuerventil
einzusetzen bei sonst gleichen Rahmenbedingungen.
Alternativ kann die schaltbare Drossel als
Schaltdrosselventil ausgebildet oder in das mindestens eine
Steuerventil integriert sein.
Der Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Steuerung wird
weiter vergrößert, wenn die schaltbare Drossel mehrere
Schaltstufen mit entsprechend der Zahl der Schaltstufen
jeweils verschiedenen Strömungswiderständen aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der hydraulische Arbeitszylinder als doppelt wirkender
Arbeitszylinder ausgebildet ist, so dass schnellere
Steuerbewegungen des Gaswechselventils sowohl beim Öffnen
als auch beim Schließen realisierbar sind.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das
Gaswechselventil ein Einlassventil ist, so dass die für das
Betriebsverhalten und den Kraftstoffverbrauch sowie das
Emissionsverhalten wichtige Gemischbildung durch
entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Gas-Luft-
Gemisches auch bei niedrigen Drehzahlen der
Brennkraftmaschine realisierbar sind.
Wenn die Brennkraftmaschine mehr als ein Einlassventil
aufweist, kann erfindungsgemäß auch nur ein Einlassventil
mit der erfindungsgemäßen Steuerung ausgerüstet sein. Im
Leerlaufbetrieb oder im Teillastbetrieb müssen nicht alle
Einlassventile geöffnet werden.
Schließlich ist zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung
auch ein Steuergerät vorgesehen, welches das Steuerventil
und/oder die schaltbare Drossel entsprechend den
Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ansteuert.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren
Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerung,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerung und
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerung eines Gaswechselventils 1 als
Blockschaltbild dargestellt. Das Gaswechselventil 1 kann
sowohl als Einlassventil oder als Auslassventil ausgeführt
sein. Nicht dargestellt in Fig. 1 ist der Ventilsitz im
Zylinderkopf der ebenfalls nicht dargestellten
Brennkraftmaschine. Betätigt wird das Gaswechselventil 1
durch einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 3. Der
Arbeitszylinder 3 ist als Differentialzylinder mit
einseitiger Kolbenstange 5 ausgebildet. Er kann jedoch auch
mit beidseitiger Kolbenstange (nicht dargestellt)
ausgeführt werden. Der Arbeitszylinder 3 weist einen ersten
Arbeitsraum 7 und einen zweiten Arbeitsraum 9 auf. Wenn der
erste Arbeitsraum 7 über eine Speiseleitung 11 mit unter
Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt wird, bewegt
sich das Gaswechselventil 1 in Richtung des Pfeils 13 und
hebt somit vom nicht dargestellten Ventilsitz ab.
In der Speiseleitung 11 ist ein Steuerventil 15 sowie eine
schaltbare Drossel 17 angeordnet. Die Speiseleitung 11
versorgt ebenfalls den zweiten Arbeitsraum 9 mit unter
Druck stehendem Hydraulikfluid. Wenn, wie in Fig. 1
dargestellt, das Steuerventil 15 geschlossen ist, bewirkt
der Druck im zweiten Arbeitsraum 9 des Hydraulikfluids,
dass sich das Gaswechselventil 1 entgegen der Pfeilrichtung
13 bewegt und somit geschlossen wird. Das Hydraulikfluid im
ersten Arbeitsraum 7 wird über eine Rücklaufleitung 19 und
ein Druckhalteventil 21 abgeführt. In der Rücklaufleitung
19 ist ein zweites Steuerventil 23 angeordnet, welches in
der Fig. 1 geöffnet ist. Der zweite Arbeitsraum 9 ist auch
mit einem Druckspeicher 25 verbunden.
Im zweiten Arbeitsraum 9 eine Schließfeder 27 vorgesehen,
die das Gaswechselventil bei drucklosem Arbeitszylinder 3
in die Schließstellung bringt.
In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung der Drossel
17, des Steuerventils 15 und des zweiten Steuerventils 23
bewegt sich der Kolben 5 entgegen der Richtung des Pfeils
13 nach oben bzw. wird an den Ventilsitz (nicht
dargestellt) gepresst. Die dazu erforderliche Kraft wird
dadurch bereitgestellt, dass der zweite Arbeitsraum 9 mit
unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Speiseleitung
11 versorgt wird. Das erste Steuerventil 15 ist geschlossen
und das zweite Steuerventil 23 ist geöffnet, so dass das im
ersten Arbeitsraum 7 befindliche Hydraulikfluid über die
Rücklaufleitung 19 abfließen kann. Zum Öffnen des
Gaswechselventils 1 wird das zweite Steuerventil 23
geschlossen und das Steuerventil 15 geöffnet. In dieser
Schaltstellung öffnet das Gaswechselventil 1, weil die mit
Druck beaufschlagte Stirnfläche 29 größer ist als die mit
Druck beaufschlagte Ringfläche 31 des Kolbens 5, die zum
zweiten Arbeitsraum 9 hin gerichtet ist.
Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, die schaltbare Drossel 17
den Strömungswiderstand der Speiseleitung 11 nicht
vergrößert, können schnelle Bewegungen des
Gaswechselventils 1 realisiert werden. In der in Fig. 1
nicht dargestellten Schaltstellung der schaltbaren Drossel
17 wird der Strömungswiderstand in der Speiseleitung 11
erhöht, was eine entsprechende Verlangsamung der
Steuerbewegungen des Gaswechselventils 1 mit sich bringt.
Dies ist gewünscht, wenn kleinste Ventilhübe bei kleiner
Last realisiert werden sollen. Wenn die schaltbare Drossel
17 nicht vorhanden wäre, ließen sich kleinste Ventilhübe
nur durch extrem kurze Schaltzeiten des Steuerventils 15
realisieren, was technisch sehr aufwendig und
unverhältnismäßig teuer wäre.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerung eines Gaswechselventils
dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und es gilt das zuvor Gesagte
entsprechend. Der wesentliche Unterschied zwischen Fig. 1
und Fig. 2 besteht darin, dass die schaltbare Drossel 17
gemäß Fig. 2 drei Schaltstellungen aufweist, wobei eine
erste Drosselstellung und eine zweite Drosselstellung
vorhanden sind, die sich bezüglich der Drosselwirkung
voneinander unterscheiden. Durch diese mehrstufige
schaltbare Drossel 17 kann der Betriebsbereich der
erfindungsgemäßen Steuerung noch weiter vergrößert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3
ist die schaltbare Drossel in das Steuerventil 15
integriert. Das Steuerventil 15 ist somit als 2/3-
Wegeventil ausgebildet.
Die schaltbare Drossel 17, das Steuerventil 15 und das
zweite Steuerventil 23 werden erfindungsgemäß durch ein
nicht dargestelltes Steuergerät angesteuert.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist in der Speiseleitung 11
ein eingangsseitiges Rückschlagventil vorhanden, welches
das Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Arbeitszylinder
3 in ein nicht dargestelltes Versorgungs-Rail verhindert.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Steuerung nicht
auf die Steuerung von doppelt wirkenden Arbeitszylindern
beschränkt, sondern kann auch bei einfach wirkenden
Arbeitszylindern mit Erfolg eingesetzt werden. Außerdem
kann die erfindungsgemäße Steuerung sowohl zur Steuerung
von Einlassventilen als auch von Auslassventilen eingesetzt
werden.
Claims (7)
1. Steuerung eines Gaswechselventils (1) einer
Brennkraftmaschine, mit einem das Gaswechselventil (1)
betätigenden hydraulischen Arbeitszylinder (3), mit einer
Speiseleitung (11), mit mindestens einem den Durchfluß der
Speiseleitung (11) steuernden Steuerventil (15) und mit
einer Rücklaufleitung (19), wobei Speiseleitung (11) und
Rücklaufleitung (19) mit dem Arbeitszylinder verbunden
sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare Drossel
(17) zur Veränderung des Strömungswiderstands der
Speiseleitung (11) vorgesehen ist.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die schaltbare Drossel (17) als Schaltdrosselventil
ausgebildet ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die schaltbare Drossel (17) in das
mindestens eine Steuerventil (15) integriert ist.
4. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Drossel (17)
mehrere Schaltstufen aufweist.
5. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische
Arbeitszylinder (3) als doppeltwirkender Arbeitszylinder
ausgebildet ist.
6. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (1) ein
Einlassventil ist.
7. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät zur Steuerung
des Steuerventils und/oder der schaltbaren Drossel (17)
vorhanden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10127205A DE10127205A1 (de) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | Nockenwellenlose Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10127205A DE10127205A1 (de) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | Nockenwellenlose Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10127205A1 true DE10127205A1 (de) | 2002-09-05 |
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ID=7687213
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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