DE102012200366A1

DE102012200366A1 - Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere mehrzylindrischen Maschinen

Info

Publication number: DE102012200366A1
Application number: DE102012200366A
Authority: DE
Inventors: Murat Yakan; Alexandra Okomonski
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-18
Also published as: WO2013104612A1

Abstract

Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere mehrzylindrigen Maschinen, mit zumindest einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Druckerzeugungseinheit, mit zumindest einer hydraulischen Bremse 13a mit Nehmereinheit 13b zum Steuern der Gaswechselventile, mit zumindest einem vorzugsweise elektrisch angesteuerten hydraulischen Schaltventil (11), mit zumindest einem Hochdruckraum, der mit der Druckerzeugungseinheit in Wirkverbindung steht, und mit einer Gehäuseeinheit (13), die mit einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbindbar ist und die hydraulischen Bremsen 13a und Nehmereinheiten 13b aufnimmt, wobei die Ventilsteuereinheit drei unabhängige Baueinheiten aufweist, die je nach Anforderungen der Brennkraftmaschine modifizierbar und kombinierbar sind, und wobei die als eine Baueinheit ausgebildete Druckerzeugungseinheit als zumindest eine von den Steuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig angesteuerte Hochdruckpumpe (1) ausgebildet ist, die mittels einer Hochdruckleitung (8) mit dem Hochdruckraum verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere mehrzylindrischen Maschinen,
mit zumindest einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Druckerzeugungseinheit,
mit zumindest einer hydraulischen Nehmereinheit zum Steuern der Gaswechselventile,
mit zumindest einem, vorzugsweise elektrisch angesteuerten hydraulischen Schaltventil,
mit zumindest einem Hochdruckraum, der mit der Druckerzeugungseinheit in Wirkverbindung steht, und
mit einer Gehäuseeinheit, die mit einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbindbar ist und zumindest die Nehmereinheiten aufnimmt.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit für Gaswechselventile ist aus der DE- 10 2009 011 983 A1 bekannt. Diese Ventilsteuereinheit ist vollständig in einen Block integriert, der entlang der Gaswechselventile mit einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine verschraubt ist. Jede der Nehmereinheit steht mit einem Gaswechselventil in Wirkverbindung, das seinerseits in Schließrichtung federbelastet ist und dadurch der Betätigungsrichtung der Nehmereinheit gegengerichtet ist. Die Ventilsteuereinheit steht mit Nocken einer Nockenwelle in Wirkverbindung, deren Anzahl der Anzahl der zu betätigenden Gaswechselventile oder Gruppen von Gaswechselventilen entspricht. Die Nocken beaufschlagen einzeln Druckerzeugungseinheiten, wobei jeder Druckerzeugungseinheit eine Nehmereinheit und ein hydraulisches Schaltventil zugeordnet, das ein inneres hydraulisches Leitungssystem beherrscht, dem noch jeweils ein Druckspeicher zugeordnet ist.
Die bekannte Ventilsteuereinheit ist also nur räumlich zusammengefasst und hat den Zylindern der Hubkolbenbrennkraftmaschine entsprechende einzelne Steuereinheiten, so dass dieses System immer nur an einen bestimmten Motor angepasst und entsprechend ausgelegt ist. Es muss daher, wie bisher bei mechanischen Ventilsteuerungen, eine Nockenwelle mit der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechenden Anzahl von Nocken zur Verfügung gestellt werden und es ist eine entsprechende Anzahl von Druckerzeugungseinheiten erforderlich. Der vorzugsweise aus Aluminium hergestellte Block ist daher sehr aufwendig und bedarf einer aufwendigen Bearbeitung. Insbesondere sind verschiedenartige Bohrungen im Block erforderlich, der während der Bearbeitung auch mehrfach umgespannt werden muss.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannte vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit wesentlich zu vereinfachen und günstiger im Aufbau darzustellen. Die vorgeschlagene Ventilsteuereinheit soll nach dem Baukastenprinzip aufgebaut sein und dadurch bezüglich Reparatur/Wartung, Konstruktion und der Kosten günstig sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Ventilsteuereinheit drei unabhängige Baueinheiten aufweist, die je nach Anforderung an die Brennkraftmaschine modifizierbar und kombinierbar sind.
In vorteilhafter Weise ist die als eine Baueinheit ausgebildete Druckerzeugungseinheit als zumindest eine von den Steuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig angesteuerte Hochdruckpumpe ausgebildet, die mittels einer Hochdruckleitung mit dem Hochdruckraum verbunden ist. Die Hochdruckpumpe kann beliebig ausgebildet sein und braucht nur so ausgelegt zu werden, dass sie eine hinreichende Menge Hydraulikflüssigkeit in dem erforderlichen Druckniveau zur Verfügung stellt. Es kann sich beispielsweise um eine unabhängig von der Nockenwelle angetriebene Pumpe, z. B. eine Radialpumpe, handeln, die an einer beliebigen Stelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angebaut sein kann.
Vorzugsweise ist die Hochdruckpumpe als Ein-Stempelpumpe ausgebildet, deren Stößel mit mehreren Nocken einer Nockenscheibe einer Nockenwelle in Wirkverbindung steht. Da die Druckerzeugungseinheit bzw. die Hochdruckpumpe von den Steuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig ist, können mehrere Nocken auf einer Nockenscheibe angeordnet sein. Es können je nach Größe der Hubkolbenbrennkraftmaschine auch zwei getrennte Hochdruckpumpen vorgesehen werden, die dann gemeinsam mit dem Hochdruckraum verbunden sind.
Die Hochdruckpumpe kann entweder direkt an die Ölpumpe der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeschlossen werden oder es können die ölführenden Leitungen des Zylinderkopfes angezapft sein. Der Stempel ist vorzugsweise über eine Rolle mit den Nocken verbunden, so dass die Pumpe der Nockengeometrie leicht folgen und die Reibung am Kontakt gering gehalten werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der als eine Baueinheit ausgebildete Hochdruckraum als Hochdruckspeicher ausgebildet ist, mit dem alle Schaltventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine gemeinsam hydraulisch verbunden sind. Der entlang des Zylinderkopfs angeordnete Hochdruckspeicher ist vorzugsweise als sogenannter „common rail” Speicher ausgebildet, der entlang des Zylinderkopfes bez. der Gaswechselventile angeordnet ist. An den Hochdruckspeicher sind alle Schaltventile einzeln angebaut, so dass den Schaltventilen kontinuierlich hydraulische Druckflüssigkeit zur Verfügung steht. An die Schaltventile sind hydraulische Druckleitungen angeschlossen, die zu einer Gehäuseeinheit führen, die als dritte Baueinheit vorgesehen ist. In dieser Baueinheit sind hydraulische Bremsen mit Nehmereinheiten eingebaut. Die hydraulischen Abzweigungen, die von den Schaltventilen kommen, führen direkt zu den hydraulischen Bremsen mit Nehmereinheiten, die mit den Gasventilen in Wirkverbindung stehen. Soll nun eines der Gaswechselventile geöffnet werden, so wird an einem bestimmten Zeitpunkt eines der Schaltventile geöffnet, so dass letztlich eine Druckbeaufschlagung einer bestimmten Nehmereinheit erfolgt. Es können natürlich auch zwei getrennte Hochdruckabzweigungen von je einem Schaltventil ausgehen, um beispielsweise zwei Gaswechselventile, z. B. zwei Einlass- oder zwei Auslassventile, gleichzeitig zu öffnen. Die als Zwei-Wege-Schnellschaltventile ausgebildeten Schaltventile steuern also den Öffnungsbeginn zumindest eines Gaswechselventils und dessen Hubhöhe. Danach wird das Schaltventil geschlossen. Das Ende des Ventilhubes wird durch das elektrisch angesteuerte hydraulische Absteuerventil bestimmt, das den Druckraum vor der/den Nehmereinheiten) verschlossen hält oder mit einer Abströmleitung verbindet.
Weiterhin ist an dem Hochdruckspeicher eine Druckspeicherkapsel angebaut, die Druckschwankungen im System ausgleicht. Auch ist ein Temperatursensor vorgesehen, der die Temperatur und damit die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit ermittelt und als Steuergröße die Öffnungsdauer der Schaltventile bez. der Absteuerventile beeinflusst, da die durch die Ventile fließende Menge der hydraulischen Druckflüssigkeit von der Viskosität abhängig ist.
Die vorgeschlagene vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit ist auch in der Bauausführung variabel, da der zentrale Hochdruckspeicher unabhängig von Steuerzeiten immer mit Druckflüssigkeit durch die Hydraulikpumpe beaufschlagt ist und das Öffnen und Schließen der Nehmereinheiten durch Schaltventile und Absteuerventile erfolgt, die wiederum nicht an einen Block gebunden sind, sondern beliebig angeordnet und über Druckleitungen verbunden werden können.
Vom Druckspeicher aus können also beliebige Gaswechselventile oder alle Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gesteuert werden, da die Steuerung unabhängig von Nockenwellen oder sonstigen Einrichtungen der Brennkraftmaschine ist.
Da vorzugsweise Motoröl für die Ventilsteuereinheit verwendet wird, in dem je nach Lastfall der Brennkraftmaschine verhältnismäßig viel Luft enthalten ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, entsprechende Entlüftungseinrichtungen vorzusehen.
Zu diesem Zweck ist beispielsweise am Hochdruckspeicher ein Schnellentlüftungsventil angebaut. Der als „common rail ausgebildeter Hochdruckspeicher ist dabei so, z. B. schräg eingebaut, dass das Schnellschaltventil an höchster Stelle, vorzugsweise am höchsten Ende angeordnet ist, um eine sichere Entlüftung zu gewährleisten.
Weiterhin ist am Pumpenkopf der Hochdruckpumpe eine sehr kleine Bohrung angebracht, um frühzeitig das Öl zu entlüften.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: eine Draufsicht auf eine vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit,
2: eine Seitenansicht einer Ventilsteuereinheit gemäß 1 und
3: einen Schnitt durch die Ventilsteuereinheit gemäß der Linie III-III in 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein eine Hochdruckpumpe bezeichnet, die einen Stempel und einen Rollenstößel 2 aufweist, der mit mehreren Nocken einer Nockenscheibe 3 einer Nockenwelle in Wirkverbindung steht. Die Hochdruckpumpe 1 ist mittels eines Flansches 4 brennkraftmaschinenfest angeordnet, so dass der mit dem Flansch 4 verbundene Pumpenkopf 5 feststehend ausgeführt ist. An dem Pumpenkopf 5 ist ein Zulaufstutzen 6 und ein Hochdruckstutzen 7 angebracht, wobei der Hochdruckstutzen 7 mittels einer Hochdruckleitung 8 mit einem Hochdruckspeicher 9 verbunden ist und diesen mittels hydraulischer Druckflüssigkeit versorgt. Der Hochdruckspeicher 9 ist als zylindrisches Druckrohr ausgebildet und entspricht damit einem „common rail” bei Einspritzanlagen. Am Hochdruckspeicher 9 ist eine Druckspeicherkapsel 10 angebaut, die Druckschwankungen im System ausgleicht. An den Hochdruckspeicher 9 sind elektrisch bzw. elektromagnetisch angesteuerte hydraulische Schaltventile 11 angebaut, die eine Sperrung oder einen Durchlass steuern. An den Schaltventile 11 sind Hochdruckabzweigungen 12 angebaut, die zu einer Gehäuseeinheit 13 führen. Die Gehäuseeinheit ist der Lage und Anzahl einer Reihe von Gaswechselventilen der Hubkolbenbrennkraftmaschine angepasst, so dass verschiedenartige Gehäuseeinheiten zur Verfügung gestellt werden können, die für verschiedenartige Anzahlen von Gaswechselventilen der Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet sind und auch berücksichtigen, ob nur ein oder mehrere Einlass- oder Auslassventile pro Zylinder der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen sind. Die Gehäuseeinheit kann auch beliebig aufgeteilt und letztlich so aufgeteilt sein, dass an jedem Gaswechselventil eine kleine Einheit vorgesehen ist, da das System voll variabel ist.
Zweckmäßigerweise ist pro Gaswechselventil eine hydraulische Bremse 13a mit Nehmereinheit 13b in der Gehäuseeinheit 13 eingebaut. Es ist aber auch vorstellbar, dass eine Nehmereinheit 13b für mehrere Gaswechselventile ausgebildet ist und z. B. über eine Brücke diese betätigt.
An die Gehäuseeinheit 13 angebaut sind ebenfalls elektrisch oder elektromagnetisch angesteuerte hydraulische Absteuerventile 14, die ebenfalls als Zwei-Wege-Schnellschaltventile ausgebildet sind und die Druckräume der hydraulischen Bremsen 13a und Nehmereinheiten 13b in dem Sinne beherrschen, dass sie entweder die Druckräume abschließen oder diese mit Abströmleitungen verbinden. Die Abströmleitungen führen in den Freiraum am Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
Da über die Hochdruckpumpe 1 immer hinreichender Druck im Hochdruckspeicher 9 vorhanden ist, erfolgt das Öffnen des oder der jeweiligen Gaswechselventile durch Öffnen der Schaltventile 11 an dem für die Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehenen Zeitpunkt, wobei die Öffnungszeit der Schaltventile 11 die Hubhöhe bestimmt. Danach wird in Anpassung an die jeweilige Schließzeit des oder der Gaswechselventile das oder die Absteuerventile 14 angesteuert, so dass diese den Druckraum der hydraulischen Bremsen 13a und Nehmereinheiten 13b öffnen und durch Abströmen der Druckflüssigkeit das oder die jeweilige Gaswechselventile schließen.
Die Einzelheiten der hydraulischen Bremsen 13a mit Nehmereinheiten 13b werden hier nicht im Einzelnen beschrieben, da sie in der zum Stand der Technik genannten Ventilsteuereinheit bereits benutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hochdruckpumpe
2: Rollenstößel
3: Nockenscheibe
4: Flansch
5: Pumpenkopf
6: Zulaufstutzen
7: Hochdruckstutzen
8: Hochdruckleitung
9: Hochdruckspeicher
10: Druckspeicherkapsel
11: Schaltventile
12: Hochdruckabzweigungen
13: Gehäuseeinheit
13a: hydraulische Bremse
13b: Nehmereinheit
14: Absteuerventile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009011983 A1 [0002]

Claims

Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere mehrzylindrischen Maschinen, mit zumindest einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Druckerzeugungseinheit, mit zumindest einer hydraulischen Bremse 13a mit Nehmereinheit 13b zum Steuern der Gaswechselventile, mit zumindest einem, vorzugsweise elektrisch angesteuerten hydraulischen Schaltventil (11), mit zumindest einem Hochdruckraum, der mit der Druckerzeugungseinheit in Wirkverbindung steht, und mit einer Gehäuseeinheit (13), die mit einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbindbar ist und die hydraulischen Bremsen 13a und Nehmereinheiten 13b aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit drei unabhängige Baueinheiten aufweist, die je nach Anforderungen der Hubkolbenbrennkraftmaschine modifizierbar und kombinierbar sind, und dass die als eine Baueinheit ausgebildete Druckerzeugungseinheit als zumindest eine von den Steuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig angesteuerte Hochdruckpumpe (1) ausgebildet ist, die mittels einer Hochdruckleitung (8) mit dem Hochdruckraum verbunden ist.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als eine Baueinheit ausgebildete Hochdruckraum als Hochdruckspeicher (9) ausgebildet ist, mit dem alle Schaltventile (11) der Hubkolbenbrennkraftmaschine gemeinsam hydraulisch verbunden sind.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als eine Baueinheit ausgebildete Gehäuseeinheit (13) hydraulische Bremsen (13a) und Nehmereinheiten (13b) sowie, vorzugsweise elektrisch angesteuerte hydraulische Absteuerventile (14) aufweist.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) einen Stempel aufweist, der kontinuierlich über einen Rollenstößel (2) mit mehreren Nocken einer Nockenscheibe (3) einer Nockenwelle in Wirkverbindung steht.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (11) als Zwei-Wege-Schnellschaltventile ausgebildet sind, die dem Hubbeginn und der Hubhöhe der Gaswechselventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet sind und die hydraulischen Bremsen (13a) und Nehmereinheiten (13b) dabei direkt beaufschlagen.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Zwei-Wege-Schnellschaltventile ausgebildeten Absteuerventile (14) eine Verbindung des Druckraumes der hydraulischen Bremsen (13a) und Nehmereinheiten (13b) mit einer Abströmleitung beherrschen.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Hochdruckspeicher (9) eine Druckspeicherkapsel (10) angebaut ist, die Druckschwankungen im System ausgleicht.
Vollvariable hydraulische Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Hochdruckspeicher (9) ein Temperatursensor angebaut ist, der temperatur-/viskositätsabhängig den Öffnungsbeginn und/oder die Öffnungsdauer der Schaltventile (11) und/oder Absteuerventile (14) beherrscht.