DE10127205A1

DE10127205A1 - Nockenwellenlose Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10127205A1
Application number: DE10127205A
Authority: DE
Inventors: Hermann Gaessler; Udo Diehl; Karsten Mischker; Rainer Walter; Bernd Rosenau; Juergen Schiemann; Christian Grosse; Georg Mallebrein; Volker Beuche; Stefan Reimer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-09-05

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

Stand der Technik

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.

Zeichnungen

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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

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.