DE102009056797A1

DE102009056797A1 - Hydraulically and/or pneumatically operated actuator for controlling gas exchange lifting valve in internal combustion engine, has valve spring moving hydraulic medium toward control area in control-conditioned manner by control piston

Info

Publication number: DE102009056797A1
Application number: DE102009056797A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ufermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The actuator (1) has a control chamber (4) with control areas (5, 9). A control piston (6) is connected to a gas exchange lifting valve (14) in a form-fit or force-fit manner. The control piston does not or slightly reduces flow cross-sections of a line (20) at upper and lower end stops, where the line runs into the control chamber. A magnetic valve (10) is placed in the line between a high-pressure pump (2) and one of the control areas. A valve spring (12) moves hydraulic medium (8) i.e. hydraulic oil, toward the control area in a control-conditioned manner by the control piston.

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf einen hydraulischen Aktuator, insbesondere zur Steuerung von Gaswechselventilen bei Brennkraftmaschinen, wobei die beiden Steuerkammern des Aktuators, die durch den Steuerkolben getrennt werden, über eine permanent und richtungsgleich hochtourig drehende Hochdruckpumpe in Strömungsverbindung stehen und über die jeweils zugehörigen Leitungen in ein Hydrauliksystem mit Magnetventilsteuerungen eingebunden sind, wobei die Ventilfeder eine systemische Rückstellfunktion des Steuerkolbens übernimmt. Bei systemischem Überdruck bildet die Hochdruckpumpe mit einem Überdruckventil einen Bypass, um jederzeit wieder Hydrauliköl zur schnellen Aktuatorsteuerung in ausreichendem Maße zur Verfügung stellen zu können.The invention relates according to the preamble of claim 1 to a hydraulic actuator, in particular for controlling gas exchange valves in internal combustion engines, wherein the two control chambers of the actuator, which are separated by the control piston, via a permanently and directionally high-speed rotating high-pressure pump in flow communication and about the respective associated lines are integrated into a hydraulic system with solenoid valve controls, wherein the valve spring takes over a systemic reset function of the control piston. At systemic overpressure, the high-pressure pump forms a bypass with a pressure relief valve in order to be able to provide sufficient hydraulic oil for rapid actuator control again at any time.

Stand der TechnikState of the art

Der Steuerung von Ladungswechselventilen kommt für die Bestimmung des Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen große Bedeutung zu.The control of charge exchange valves is of great importance for the determination of the efficiency of internal combustion engines.

Neben Nockenwellensteuerungen werden auch elektrohydraulische Ventilsteuerungen eingesetzt. Elektrohydraulische Ventilsteuerungen bieten die Möglichkeit einer teilvariablen bzw. vollvariablen Ventilsteuerung, so dass eine Optimierung des Gaswechsels und somit eine Steigerung des motorischen Wirkungsgrades bei unterschiedlichen motorischen Anforderungen einer Brennkraftmaschine möglich ist.In addition to camshaft controls and electro-hydraulic valve controls are used. Electrohydraulic valve controls offer the possibility of a partially variable or fully variable valve control, so that an optimization of the gas exchange and thus an increase of the engine efficiency with different engine requirements of an internal combustion engine is possible.

Die elektrohydraulische Ventilsteuerung umfasst einen hydraulisch zu betätigenden Aktuator. Über diverse Drucksteuerungen des Hydraulikmediums lässt sich der Aktuator betätigen. Die Drucksteuerung erfolgt hierbei über die in den Hydraulikkreislauf eingebundenen Magnetventile. Um optimale Gaswechsel zu erreichen, sind hohe Schaltgeschwindigkeiten mit großen Druckmediendurchsätzen des Aktuators notwendig. Auch ein möglichst weiches Aufsitzen des Ventiltellers auf den Ventilsitzring und daraus resultierende längere Standzeiten bei gleichzeitig geringerer Geräuschentwicklung sind nach wie vor Entwicklungsziele. Weitere Entwicklungsziele sind hohe Standzeiten, ein grundsätzlich geringer Durchsatz von Hydrauliköl bei möglichst viskositätsunabhängigen Steuerungsmöglichkeiten, ein geringer Bauteileaufwand und günstige wirtschaftliche Gesamtkosten.The electro-hydraulic valve control comprises a hydraulically actuated actuator. The actuator can be actuated via various pressure controls of the hydraulic medium. The pressure control takes place here via the integrated in the hydraulic circuit solenoid valves. In order to achieve optimum gas exchange, high switching speeds with high pressure medium throughputs of the actuator are necessary. Even the softest possible seating of the valve disk on the valve seat ring and the resulting longer service life with simultaneously lower noise development are still development goals. Further development goals are long service life, a basically low throughput of hydraulic oil with control options that are as independent of viscosity as possible, low component expenditure and favorable overall economic costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Ventilsteuerung vorzuschlagen, die den Stand der zuvor genannten Entwicklungsziele weiter führt und entsprechende Verbesserungen beinhaltet.The invention has for its object to propose a valve control, which continues the state of the aforementioned development goals and includes corresponding improvements.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus Gründen der vollvariablen Steuerungsmöglichkeit die Steuerkammer (4), die durch den Steuerkolben (6) in die Steuerräume (5, 9) getrennt werden, über die Hochdruckpumpe (2) mit der Förderrichtung (3) und den jeweils zugehörigen Leitungen über das Hydraulikmedium (8) in Antriebsverbindung stehen. Die Magnetventile (10, 16) bzw. piezoelektrisch betätigte Steuerventile, und das Überdruckventil (18) sind Richtungsventile. Das Überdruckventil (18) kann rein mechanisch und druckgesteuert oder auch elektromechanisch betrieben werden. Die Hochdruckpumpe (2) kann permanent, und somit unabhängig von motorischen Gegebenheiten, mit zum Ladungswechsel notwendigen Umdrehungszahlen bzw. Leistung betrieben werden um bei Bedarf unmittelbar genügend große Mengen an Druckmedium zur Verfügung zu stellen. Bei Überdruck im System wird das Überdruckventil (18) aktiviert, so dass auch dann die Leistung der Hochdruckpumpe (2) nicht steuerungsmäßig reduziert werden muss. Soll das Hubventil (14) geschlossen werden drückt die Ventilfeder (12) das Hubventil (14) sicher auf den Ventilsitz (15) auf, wobei die Magnetventile (10, 16) geöffnet sind und das Überdruckventil (18) geschlossen ist. Soll das Hubventil (14) ganz geöffnet werden (maximaler Hub), so ist das Magnetventil (10) geschlossen und das Magnetventil (16) offen und das Überdruckventil (18) ebenfalls geschlossen. Zum Schließen des Hubventils (14) sind die Magnetventile (10, 16) geöffnet, während die Ventilfeder (12) den Steuerkolben (6) wieder in die obere Position fährt. Bei einer Teilöffnung des Hubventils (14) wird das Magnetventil (10) geschlossen, während das Magnetventil (16) geöffnet ist. Nach Erreichen der gewünschten Teilöffnung (Teilhub) wird auch das Magnetventil (16) geschlossen, so dass jetzt durch den im System entstehenden Überdruck das Überdruckventil (18) rein mechanisch oder auch elektromechanisch aktiviert wird und die Hochdruckpumpe (2) über die Leitung (19) einen Bypass bildet, was den Vorteil hat, dass die Hochdruckpumpe (2) bei allen Betriebszuständen immer hochtourig drehen kann um die Zu- und Ableitung des Druckmediums, insbesondere auch bei hohem Hydrauliköldurchsatz, in den Steuerräumen sicher zu gewährleisten und dies auch unter Beibehaltung eines möglichst hohen Systemdruckes um schädlicher Kavitationsbildung entgegenzuwirken. Es wird vorausgesetzt, dass das mechanisch ausgelöste Überdruckventil (18) den systemisch höchsten Widerstand aufweist. Um das Hubventil (14) wieder zu schließen, werden die Magnetventile (10, 16) geöffnet und die Ventilfeder (12) kann den Steuerkolben (6) wieder in die obere Position fahren. Um eine Widerstandserhöhung während des oberen und unteren Endanschlages des Steuerkolbens (6) entgegenzuwirken, münden die zu- und abführenden Leitungen jeweils mit ihrem vollen Querschnitt in die Steuerkammer (4) und werden dabei durch den Steuerkolben (6) in ihrem Querschnitt nicht eingeengt. Es ist möglich zwischen Hochdruckpumpe (2) und Steuerraum (5) ein weiteres Magnetventil mit Öffnungsrichtung in Richtung Steuerraum (5) zu installieren. Der Hydraulikkreislauf ist an das Ölhochdrucksystem des Motors angeschlossen, wobei das Hydrauliköl auch in den Ölkühlkreislauf des Motors eingebunden sein kann. Die elektrisch zu betätigen Steuerelemente werden durch das Zentrale-Motor-Management gesteuert.For this purpose, the invention provides that, for reasons of fully variable control possibility, the control chamber ( 4 ), which by the control piston ( 6 ) into the control rooms ( 5 . 9 ), via the high-pressure pump ( 2 ) with the conveying direction ( 3 ) and the respectively associated lines via the hydraulic medium ( 8th ) are in drive connection. The solenoid valves ( 10 . 16 ) or piezoelectrically actuated control valves, and the pressure relief valve ( 18 ) are directional valves. The pressure relief valve ( 18 ) can be operated purely mechanically and pressure controlled or electromechanical. The high pressure pump ( 2 ) can be operated permanently, and thus independently of engine conditions, with the number of revolutions or power necessary for the change of charge to provide immediately enough large quantities of pressure medium if required. If there is overpressure in the system, the overpressure valve ( 18 ), so that even then the performance of the high-pressure pump ( 2 ) does not have to be reduced in terms of control. Should the lift valve ( 14 ) presses the valve spring ( 12 ) the lift valve ( 14 ) securely on the valve seat ( 15 ), wherein the solenoid valves ( 10 . 16 ) are open and the pressure relief valve ( 18 ) closed is. Should the lift valve ( 14 ) are fully opened (maximum lift), the solenoid valve ( 10 ) and the solenoid valve ( 16 ) open and the pressure relief valve ( 18 ) also closed. To close the lift valve ( 14 ) are the solenoid valves ( 10 . 16 ), while the valve spring ( 12 ) the control piston ( 6 ) returns to the upper position. In a partial opening of the lift valve ( 14 ) the solenoid valve ( 10 ) while the solenoid valve ( 16 ) is open. After reaching the desired partial opening (partial stroke), the solenoid valve ( 16 ) closed, so that now by the resulting overpressure in the system, the pressure relief valve ( 18 ) is activated purely mechanically or electromechanically and the high-pressure pump ( 2 ) over the line ( 19 ) forms a bypass, which has the advantage that the high pressure pump ( 2 ) can always rotate at high speed in all operating conditions to ensure the supply and discharge of the pressure medium, especially at high hydraulic oil throughput in the control rooms safely and counteract this while maintaining the highest possible system pressure to harmful cavitation. It is assumed that the mechanically triggered pressure relief valve ( 18 ) has the highest systemic resistance. To the lift valve ( 14 ), the solenoid valves ( 10 . 16 ) and the valve spring ( 12 ) can control the control piston ( 6 ) drive to the upper position again. To increase the resistance during the upper and lower end stop of the control piston ( 6 ), the supply and discharge lines each open with their full cross-section into the control chamber ( 4 ) and thereby by the control piston ( 6 ) is not concentrated in its cross section. It is possible between high-pressure pump ( 2 ) and control room ( 5 ) another solenoid valve with opening direction towards the control room ( 5 ) to install. The hydraulic circuit is connected to the high-pressure oil system of the engine, wherein the hydraulic oil can also be integrated into the oil cooling circuit of the engine. The electrically operated controls are controlled by the central engine management.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:The invention is described with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. It shows:

1 einen vereinfachten Längsschnitt eines hydraulisch und/oder pneumatischen Aktuators für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen. 1 a simplified longitudinal section of a hydraulic and / or pneumatic actuator for gas exchange valves of internal combustion engines.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Aktuatoractuator
22: Hochdruckpumpehigh pressure pump
33: Förderrichtungconveying direction
44: Steuerkammercontrol chamber
55: Steuerraumcontrol room
66: Steuerkolbenspool
77: Leitungmanagement
88th: Hydraulikmediumhydraulic medium
99: Steuerraumcontrol room
1010: Magnetventilmagnetic valve
1111: Widerlagerabutment
1212: Ventilfedervalve spring
1313: Schaftshaft
1414: Hubventilglobe valve
1515: Ventilsitzvalve seat
1616: Magnetventilmagnetic valve
1717: Leitungmanagement
1818: ÜberdruckventilPressure relief valve
1919: Leitungmanagement
2020: Leitungmanagement

Claims

A hydraulically and / or pneumatically actuated actuator for a gas exchange lift valve ( 14 ) an internal combustion engine with a control chamber ( 4 ) with the control rooms ( 5 . 9 ) and at least one with the gas exchange lift valve ( 14 ) positively or non-positively connected control piston ( 6 ), the control rooms ( 5 . 9 ), the high-pressure pump ( 2 ) and the solenoid valves ( 10 . 16 . 18 ) over the lines ( 7 . 19 . 20 ) are in fluid communication, characterized in that the control room ( 5 ) and the control room ( 9 ) via the high pressure pump ( 2 ) with the conveying direction ( 3 ) in the direction of the control room ( 5 ) over the line ( 7 ) with the solenoid valve ( 10 ) and the solenoid valve ( 16 ) via a hydraulic medium ( 8th ) in direction preset drive connection, whereby via the line ( 19 ) with the mechanically and / or electrically triggered pressure relief valve ( 18 ) a system pressure dependent bypass for the high pressure pump ( 2 ) can be formed and in purely mechanical release of the pressure relief valve ( 18 ) this has the systemically highest resistance, wherein the control piston ( 6 ) at its upper and lower end stop, the flow cross sections of the in the control chamber ( 4 ) opening lines are not or only slightly reduced and in the line ( 20 ) between the high pressure pump ( 2 ) and the control room ( 5 ) another solenoid valve ( 10 ) can be placed and the valve spring ( 12 ) by control means of the control piston ( 6 ) the hydraulic medium ( 8th ) in the direction of the control room ( 5 ) can move.

Valve control according to claim 1, characterized in that the solenoid valves ( 10 . 16 . 18 ) are replaced by piezoelectrically operated valves.

Valve control according to claims 1 and 2, characterized in that the valve spring ( 12 ) is replaced by an electromechanical or electromagnetic actuator.

Valve control according to claims 1 to 3, characterized in that the hydraulic medium ( 8th ) is connected to the high-pressure oil circuit of the engine.

Valve control according to claims 1 to 4, characterized in that the hydraulic medium ( 8th ) is connected to the oil cooling circuit of the engine.

Valve control according to claims 1 to 5, characterized in that the elements of the actuator ( 1 ) can be placed decentrally.

Valve control according to claims 1 to 6, characterized in that the elements of the actuator ( 1 ) in the area of the control chamber ( 4 ) form an integral unit.