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Die
Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuervorrichtung
für in
einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Gaswechselventile
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
einer bekannten elektrohydraulischen Steuervorrichtung für Gaswechselventile
im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine (
DE 102 03 273 A1 ) ist jeder
ein Gaswechselventil betätigender
Ventilsteller in einem Stellergehäuse aufgenommen. Jeder Ventilsteller
besteht aus einem doppelwirkenden hydraulischen Arbeitszylinder,
der über
einen Stellkolben auf ein Gaswechselventil einwirkt, und aus zwei als
2/2-Wegemagnetventile ausgebildeten Steuerventilen, die den Fluidzu-
und -abfluss zum Arbeitszylinder steuern. An dem Stellergehäuse ist
eine mit den beiden durch den Stellkolben getrennten Zylinderkammern
in Verbindung stehende Anschlussöffnung
zum Anschließen
des Stellergehäuses
an eine fluidführende
Hochdruckleitung, eine sog. Hochdruckrail, und eine mit der einen
Zylinderkammer in Verbindung stehende Anschlussöffnung zum Anschließen des
Stellergehäuses
an eine fluidabführende
Niederdruckleitung, eine sog. Niederdruckrail, vorgesehen, wobei
die Verbindung der Anschlussöffnungen
mit der oberen Zylinderkammer über
die beiden Steuerventile herbeigeführt ist. Der Arbeitszylinder
ist in einer im Gehäuse
ausgebildeten Hohlkammer eingesetzt, deren gehäuseseitige Öffnung von einem hohlzylindrischen
Stutzen umschlossen ist. Die Steuerventile sind in sacklochartigen
Aufnahmekammern im Gehäuse
eingesetzt. Im Grunde jeder Aufnahmekammer mündet ein zu der Hohlkammer führender
Verbindungskanal zum Abführen
von aus den Steuerventilen austretendem Leckagefluid. Die Hohlkammern
sind an eine Leckagefluid aufnehmende Leckageleitung, einer sog.
Leckagerail, angeschlossen. Die Hochdruckleitung und die Niederdruckleitung
sowie die Leckageleitung sind am Zylinderkopf angeordnet, und zwar
entweder im Zylinderkopf selbst ausgebildet oder auf dem Zylinderkopf befestigt,
und weisen eine durch die Anzahl der Ventilsteller festgelegte Zahl
von Anschlussöffnungen auf.
Die Ventilsteller werden mit ihrem Stellergehäuse auf dem Zylinderkopf mittels
Schrauben festgesetzt, wobei beim Aufsetzen der Stellergehäuse auf den
Zylinderkopf die Stutzen an den Stellergehäusen jeweils in eine am Zylinderkopf
ausgebildete Zentrieröffnung,
durch die ein Ventilschaft eines Gaswechselventils hindurchgeführt ist,
eintauchen, während die
gehäuseseitigen
Anschlussöffnungen
deckungsgleich auf Ankopplungsöffnungen
in den Hochdruck-, Niederdruck- und Leckageleitungen aufliegen.
Dichtungsringe sorgen für
eine fluiddichte Verbindung. Die elektrischen Anschlüsse für die Steuerventile sind
auf aus den Stellergehäusen
herausgeführte Anschlusskontakte
gelegt, und die Anschlusskontakte sind mittels elektrischer Leitungen
an ein Steuergerät
angeschlossen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektrohydraulische Steuervorrichtung
für Gaswechselventile
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die
Zusammenfassung aller Ventilsteller und der erforderlichen Fluidleitungen
in einem gemeinsamen Gehäuse
eine komplette Funktionseinheit für einen Vollmotor geschaffen
ist, die zulieferseitig komplett montierbar und auf gesicherte Funktionalität prüfbar ist.
Auf Seiten des Kraftfahrzeugherstellers ergibt sich ein einfaches
Handling, da nur noch ein abgeschlossenes Funktionsmodul unter Einführung der
Ventilschäfte
an den Vollmotor angebaut werden muss. Im Vergleich zu der bekannten
Ventilsteuervorrichtung, wo die einzelnen Ventilsteller am Zylinderkopf
montiert und befestigt werden müssen,
ergibt sich ein erhebliches Potential zur Zeiteinsparung bei der
Montage. Die im Gehäuse
integrierten Ventilsteller können
dabei sowohl als Einfachsteller, die jeweils ein Gaswechselventil
betätigen,
als auch als Doppelsteller, die ein Paar Einlassventile oder ein
Paar Auslassventile betätigen,
ausgeführt
werden. Als Doppelsteller ausgeführte
Ventilsteller sind beispielsweise aus der
DE 102 26 254 A1 bekannt.
Die Verbindung des alle Bauelemente der elektrohydraulische Steuervorrichtung
für den
Vollmotor aufnehmenden Gehäuses
mit dem Zylinderkopf des Vollmotors ermöglicht eine kompakte Gestaltung
des Zylinderkopfes und eine damit einhergehende Reduzierung der Bauhöhe des Vollmotors,
was den Fahrzeughersteller erheblichen Spielraum zur Optimierung
des geforderten Fußgängerschutzes
verschafft.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen elektrohydraulischen Steuervorrichtung möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist das Gehäuse
nicht als Funktionsmodul zum Befestigen an den Zylinderkopf eines Vollmotors
ausgeführt,
sondern einstückig
mit dem Zylinderkopf ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zulieferseitig
auch die Funktionalität
der Gaswechselventile zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnungen
im Zylinderkopf gleich mitgeprüft
werden können.
Der Zylinderkopf muss beim Kraftfahrzeughersteller lediglich unter
Zwischenlage der Zylinderkopfdichtungen auf die offenen Stirnende
der Verbrennungszylinder aufgesetzt und verschraubt werden und die
Montage ist ohne Einstell- und Justierarbeiten beendet, da die Funktionalität der Steuervorrichtung
und der Gaswechselventile bereits vom Zulieferer abgeprüft worden
ist und garantiert wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist an das Gehäuse
ein Bremsmodul angesetzt, das über
mindestens eine Bremssteuer-Fluidrail mit den Ventilstellern verbunden
ist. Das Bremssteuermodul stellt das Bremsverhalten aller Ventilsteller
gemeinsam ein. Selbstverständlich
ist es möglich,
noch weitere Module im Gehäuse
anzuordnen, so z.B. ein Modul zur Druckdämpfung und/oder zur Druckbegrenzung
und/oder einen Sensormodul zur Erfassung des Drucks in den Verbrennungszylindern
und/oder zur Sensierung der Hubbwegung der Gaswechselventile, was
zu einer noch stärkeren
Integration führt,
insbesondere dann, wenn Gehäuse und
Zylinderkopf einstückig
ausgeführt
sind.
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Zeichnung
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Die
Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in
schematisierter Darstellung:
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1 einen
Querschnitt einer elektrohydraulischen Steuervorrichtung gemäß Schnittlinie
I-I in 1,
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2 einen
Längsschnitt
der elektrohydraulischen Steuervorrichtung gemäß Schnittlinie II-II in 2.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 und 2 ist
ausschnittweise ein Zylinderkopf 11 für einen vierzylindrigen Vollmotor bzw.
für eine
Brennkraftmaschine mit vier Verbrennungszylindern 111, 112, 113, 114 in
Stirnansicht (1) und Seitenansicht (2)
schematisiert dargestellt. In dem alle Verbrennungszylinder 111-114 überdeckenden
Zylinderkopf 11 sind für
jeden der Verbrennungszylinder 111-114 zwei Gaswechselventile 13, 14 zum
Schließen
und Freigeben von Gaswechselöffnungen
im Zylinderkopf 11 vorhanden. Das eine Gaswechselventil 13 ist
ein Einlassventil und das andere Gaswechselventil 14 ein
Auslassventil. Jedes Gaswechselventil 13, 14 besitzt
ein von einem Ventilschaft 12 getragenes Ventilglied 29,
das mit einem im Zylinderkopf 11 ausgebildeten, die Gaswechselöffnungen
umschließenden
Ventilsitz zusammenwirkt. Zwischen dem Zylinderkopf 11 und
dem offenen Stirnrand eines jeden Verbrennungszylinders 111-114 ist üblicherweise
eine Zylinderdichtung eingelegt, so dass der Zylinderkopf 11 jeden
Verbrennungszylinder 111-114 druckdicht abschließt.
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Zur
Steuerung der Hubbewegung der Gaswechselventile 13, 14 ist
eine elektrohydraulische Steuervorrichtung 15 am Zylinderkopf 11 angeordnet.
Die elektrohydraulische Steuervorrichtung 15 hat ein Gehäuse 16,
das sich über
den Zylinderkopf 11 erstreckt und auf diesem befestigt
ist. Alternativ kann das Gehäuse 16 auch
einstückig
mit Zylinderkopf 11 ausgeführt sein. In dem Gehäuse 16 sind
alle Baukomponenten der elektrohydraulischen Steuervorrichtung 15 aufgenommen,
so Ventilsteller 17 für
alle Gaswechselventile 13, 14, Fluidleitungen
oder Fluidrails 18, 19, 20 zum Zu- und
Abführen
von Fluid zu und von den Ventilstellern 17 sowie ein Verdrahtungsmodul 21 zum
Anschließen
der Ventilsteller 17 an ein externes, hier schematisch
angedeutetes Steuergerät 30.
Jeder Ventilsteller 17 weist in bekannter Weise einen doppeltwirkenden
hydraulischen Arbeitszylinder 22 und zwei den Fluidzu-
und -abfluss zu dem Arbeitszylinder 22 steuernde elektrohydraulische
Steuerventile 23, 24 auf. Die Steuerventile 23, 24 können piezoelektrische
oder – wie
im Ausführungsbeispiel
dargestellt – elektromagnetische
Steuerventile sein. Im Arbeitszylinder 22 ist ein Stellkolben 27 verschieblich
geführt,
der den Arbeitszylinder 22 in einen oberen und einen unteren
Arbeitsraum 25, 26 unterteilt und über eine
aus dem Arbeitszylinder 22 austretende Kolbenstange 28 mit dem
das Ventilglied 29 tragenden Ventilschaft 12 des der
Gaswechselventile 13, 14 verbunden ist. Die Fluidleitungen 18 bis 20 durchziehen
das gesamte Gehäuse 16 und
münden
endseitig jeweils in einem Paar Anschlussstutzen 31/31', 32/32' und 33/33', die am Gehäuse 16 vorstehen
und zum Anschluss an den Motorölkreislauf
des Vollmotors dienen.
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In
der Hochdruck-Fluidrail 18 fließt dabei vom Motorölkreislauf
zufließendes,
unter Hochdruck stehendes Fluid, also Motoröl, in der Niederdruck-Fluidrail 19 zum
Motorölkreislauf
zurückfließendes,
unter Niedrigdruck stehendes Fluid und in der Leckage-Fluidrail 20 zum
Motorölkreislauf
zurückfließendes Leckagefluid.
Die Steuerventile 23, 24 sind hier als 2/2-Wege-Magnetventile
ausgeführt. Von
den beiden Ventilanschlüssen
der Steuerventile 23, 24 ist der eine Ventilanschluss
des Steuerventils 23 mit der Hochdruck-Fluidrail 18 und
der andere Ventilanschluss mit dem oberen Arbeitsraum 25 verbunden.
Von dem Steuerventil 24 ist der eine Ventilanschluss mit
der Niederdruck-Fluidrail 19 und der andere Ventilanschluss
mit dem oberen Arbeitsraum 25 verbunden. Der untere Arbeitsraum 26 ist
direkt an die Hochdruck-Fluidrail 18 angeschlossen. Arbeitszylinder 22 und
Steuerventile 23, 24 sind in einem Stellergehäuse 40 aufgenommen.
Im Stellergehäuse 34 sich
ansammelndes Leckagefluid, das aus Arbeitszylinder 22 und
Steuerventilen 23, 24 austritt, wird über am Grund
der Stellergehäuse 34 vorgesehene
Leckageöffnungen 35,
die an die Leckage-Fluidrails 20 angeschlossen
sind, abgeführt.
Aus baulichen Gründen
ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Hochdruck-Fluidrail 18 mittig im Gehäuse 16 angeordnet,
während
die Niederdruck-Fluidrail 19 und die Leckage-Fluidrail 20 zweimal
vorhanden sind und in der linken und rechten Hälfte des Gehäuses 16 mittensymmetrisch
verlaufen. Selbstverständlich
ist eine andere Anordnung der Fluidrails 18, 19, 20 möglich, wobei
auch nur eine einzige Niederdruck-Fluidrail 19 vorhanden sein kann.
Auch kann die Hochdruck-Fluidrail 18 in
parallele Zweige aufgeteilt sein.
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Die
elektrischen Steueranschlüsse
aller Steuerventile 23, 24 sind an dem Verdrahtungsmodul 21 angeschlossen.
Das Verdrahtungsmodul 21 ist bevorzugt als Stanzgitter
mit Schneidklemmverbindungen ausgeführt. Es kann aber auch als
flexible Folie ausgebildet oder mit konventionellen Leitungen realisiert
werden. Das Verdrahtungsmodul 21 stellt die elektrische
Verbindung zu dem Steuergerät 30 her,
das im dargestellten Ausführungsbeispiel
auf dem Gehäuse 16 angeordnet
und durch die Gehäusewand
hindurch auf das Verdrahtungsmodul 21 kontaktiert ist.
Das Steuergerät 30 kann
aber auch entfernt von dem Gehäuse
im Motorraum angeordnet werden. Seine Verbindung zu dem Verdrahtungsmodul 21 ist
dann durch elektrische Leitungen vorgenommen. Zwischen Steuergerät und Verdrahtungsmodul 21 ist
vorzugsweise noch ein Modul 36 eingeschaltet, in dem alle
Endstufen für
die Ventilansteuerung aller Steuerventile 23, 24 zusammengefasst sind.
Auch das Modul 36 ist im Gehäuse 16 bauraumoptimiert
untergebracht.
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Bei
Bedarf können
in dem Gehäuse
16 noch weitere
Module zur Verbesserung der Funktionalität der Steuervorrichtung
15 integriert
sein, so z.B. ein Druckbegrenzungsmodul
37, ein Druckdämpfungsmodul
38 und/oder
ein Bremssteuermodul
39 zum Abbremsen der Gasventile
13,
14 kurz
vor Auftreffen auf den Ventilsitzen. Druckbegrenzungsmodul
37 und
Druckdämpfungsmodul
38 sind
mit der Hochdruck-Fluidrail
18 verbunden. Mit dem Bremssteuermodul
39,
das über
eine Bremssteuer-Fluidrail
40 an den Ventilstellern
17 angeschlossen
ist, kann das Bremsverhalten aller Ventilsteller
17 gemeinsam
eingestellt werden. Der in jedem Ventilsteller
17 enthaltene
Bremssteuerkreis
41 umfasst ein Rückschlagventil
42 und
eine Drossel
43, die an den beiden Auslässen des oberen Arbeitsraums
25 des
Arbeitszylinders
22 geeignet angeschlossen sind. Aufbau
und Funktion der Bremssteuerung sind in der
DE 102 28 702 A1 beschrieben.
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Das
Gehäuse 16 ist
hermetisch gekapselt, so dass einerseits eine ausreichende Dichtheit
gegen Austreten von Fluid und andererseits eine gute akustische
Dämpfung
erreicht wird.
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Die
Funktionsweise der elektrohydraulischen Steuervorrichtung ist in
der
DE 198 26 047
A1 beschrieben, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird.
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Ist
das Gehäuse 16 einstückig mit
dem Zylinderkopf 11 ausgeführt, so entsteht ein Zylinderkopfmodul
mit integrierter elektrohydraulischer Steuervorrichtung 15,
der alle für
die Kraftstoffverbrennung erforderlichen Bauteile, einschließlich der
Gaswechselventile 13, 14, der für die Kraftstoffeinspritzung
in die Verbrennungszylinder erforderlichen Einspritzventile und
der für
die Zündung
des Kraftstoffgemisches in den Verbrennungszylindern 111-114 erforderlichen
Zündkerzen
aufweist. Ein solcher Zylinderkopf-Komplettmodul kann vorteilhaft seitens
des Herstellers auf Funktionalität
geprüft
und eingestellt werden, so dass er beim Kunden nur noch an den Verbrennungsmotor
anzumontieren ist. Bei diesem Komplettmodul werden noch vorteilhaft
ein Sensormodul zur Erfassung des Drucks in den Verbrennungszylindern 111-114 und
ein Sensormodul zur Erfassung der Hubbewegung der Gaswechselventile 13 in
das Gehäuse 16 integriert,
die hier nicht weiter dargestellt sind. Mit diesen Sensormodulen,
die mit dem Steuergerät 30 verbunden
sind, kann die elektrohydraulische Steuervorrichtung 15 von
weiteren Parametern beeinflusst werden.
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Abweichend
von der beschriebenen Ventilsteuervorrichtung ist es möglich, die
Ventilsteller 17 ohne Stellergehäuse in das Gehäuse 16 einzubauen, wobei
die Arbeitszylinder 22 und die Steuerventile 23, 24 in
im Gehäuse 16 ausgebildete
Kammern eingesetzt sind. Damit geht eine Gewichtseinsparung einher
und auch die Herstellkosten können
reduziert werden.