DE1962916A1

DE1962916A1 - Steuerung von Ein- und Auslassventilen bei Brennkraftmaschinen durch Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1962916A1
Application number: DE19691962916
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl-Ing Links
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-12-16
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1971-06-24

Description

•Ε. 9722
9.12.1969 Su/Kb

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1, Breitscheidstrasse 4

Steuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit, die intermittierend gesteuert für jedes Ventil die Stirnfläche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirkenden Arbeitskolbens in Öffnungsrichtung des Ventils entgegen der Kraft einer Schließfeder beaufschlagt, wobei die Flüssigkeit weitgehend kontinuierlich zugeführt wird und die intermittierende Steuerung durch ein Magnetventil erfolgt, nach Patentanmeldung P 19 44 177.1.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Steuerung derart weiter zu entwickeln, daß auch unabhängig von der Drehzahl auf den Zeitquerschnitt des Ein- oder Auslaßventils Einfluß genommen werden kann. Hierbei soll mit_tmöglichst einfachen Mitteln der Zeitquerschnitt in Abhängigkeit von Motorkenngrößen wie Last und Drehzahl änderbar sein. Außerdem soll mit Hilfe der Steuerung auch eine Belastungs-und Drehzahlregelung des Motors möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß insbesondere zur Änderung des Ventilhubes das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist.

Durch Bestimmung der Größe des Hubes läßt sich die Luftgeschwindigkeit am Ventildurchgang und entsprechend auch im Motorzylinder bestimmen, so daß für jede Drehzahl eine nahezu gleichbleibende Geschwindigkeit erreicht werden kann, so daß eine gute Aufbereitung und Vermischung von Luft und Kraftstoff erfolgen kann, wie es beispxelswexse beim Vollastbetrieb der Fall ist. Durch diese Verbesserung der Gemischbildung infolge erhöhter Turbulenz wird beim Otto-Motor eine Verminderung der schädlichen Stoffe im Abgas erreicht und außerdem eine Verringerung der Klopf neigung, weil die Verbrennung schneller abläuft. Beim Dieselmotor wird durch die intensivere und raschere Kraftstoffaufbereitung der Zündverzug verkürzt. Dies gilt insbesondere für Motoren mit direkter Einspritzung, weil hier die die Aufbereitung unterstützende Wirkung einer Vorkammer oder Wirbelkammer fehlt.

Nacheiner vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeit durch eine Pumpe zugeführt, deren Leistung mit Hilfe eines vorzugsweise elektronischen Steuergeräts änderbar ist. . -3-

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Eb wird also durch Änderung der Förderleistung bzw. des Drucks der Pumpe das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit, die nach Aufsteuerung des Magnetventils den Arbeitskolben des Ein- oder Auslaßventils beaufschlagt, geändert. Diese Leistungsänderung ist besonders einfach mit einem elektronischen Steuergerät erreichbar, da hier ohne großen Aufwand an mechanischen Teilen die einzelnen Istwerte,wie Druck der Flüssigkeit, Stellung des Gas- oder Bremspedals, Motordrehzahl und sonstige Motorkenngrößen sowie auch Fahrzeugumgebungsgrößen für eine Sollwertverstellung ausgewertet werden können.

Nach einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen die Verbrennungsluftmenge anstatt durch.eine im Saugrohr angeordnete Drosselklappe durch den Hub des Einlaßventils bestimmbar. Hierdurch wird die Aufteilung der Luftmenge oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf die einzelnen Zylinder gleichmäßiger vorgenommen als es mit einer Drosselklappe möglich wäre, welche meist einen unterschiedlichen Abstand von den einzelnen Mo tor zylindern hat und außerdem nachteilige Wirbelströmungen im Saugrohr verursacht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der im wesentlichen durch den Hub bestimmte öffnungszeitquer schnitt des Ventils an sich konstant, vorzugsweise jedoch im niederen Drehzahl- und Lastbereich für eine größere Einströmgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, kleiner als im hohen Drehzahl-und Lastbereich. Hierbei wird die Luftgeschwindigkeit soweit gesteigert, daß die Gemischbildung und Verbrennung gleichmässig und drehzahlunabhängig verläuft.

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Während der lastabhängige Einfluß dadurch erfolgt, daß das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit für den Einlaßventilsteuerkreis in Abhängigkeit von der Stellung d.es Gaspedals änderbar ist, läßt sich die erfindungsgemäße Steuerung auch zur Bremsung des Motors verwenden, indem das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit für den Auslaßventil st euer kr eis in Abhängigkeit von der Stellung des Bremshebels änderbar ist. Dies erfolgt durch Verkleinern des Auslaßzeitquerschnittes, sobald das Bremspedal betätigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:.

Fig. 1 eine Einrichtung zur Steuerung von Ein- und Auslaßventilen im Schnitt und Fig. 2 ein Schaubild des Ventilöffnungszeitquerschnitts.

In einem nur^t;eilweise dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine arbeitet ein Ein- oder Auslaßventil 2, das mit seinem Ventilschaft 3 in einer Büchse 4- axial verschiebbar geführt ist. Am einen Ende des Ventilschaftes ist ein Federteller 5 angeordnet. Zwisehen Federteller 5 und Kopf 1 ist eine Schließfeder 6 eingespannt. An dem Kopf 1 ist eine Konsole 7 befestigt, diq£in Magnetventil 8 und einen hydraulisch betätigten Arbeitskolben 9 aufnimmt. Der Arbeitskolben 9 ist in einer an die Konsole 7 geschraubten Buchse 10 möglichst dicht und axial verschiebbar geführt". Die eine Stirnseite des Arbeitskolbens 9 ist während der Ventilbewegung mit dem Ventilschaft J in kraftschlüssiger Verbindung. Das andere Ende des Arbeitskolbens 9 taucht in einen Raum 11 ein, der zum Magnetventil 8 hin offen ist.

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Aus einem Flüssigkeitsbehälter 13 wird dem Magnetventil 8 mittels einer Druckförderpumpe 14 durch eine Leitung 15 Flüssigkeit, die Kraftstoff sein kann, unter Druck 25,B. 100 atü zugeführt. Von der Leitung 15 zweigt stromabwärts der Pumpe 14 eine Leitung 16 ab, in die ein Drucksteuerventil 17 (Druckbegrenzungsventil) geschaltet ist und die zurück zum Behälter 13 führt.

Außerdem zweigen von der Leitung 15 Leitungen 18 ab, die zu den nicht dargestellten Ventilsteuereinheiten der Brennkraftmaschine führen und durch die gleiche Druckförderpumpe 14 versorgt werden.

Der Kraftstoff gelangt über ein Anschlußteil 19 in eine Bohrung 20, die in einen Steuerraum 21 des Magnetventils 8 mündet. Die Mündung der Bohrung 20 wird durch eine Kugel 22 gesteuert, die im Steuerraum 21 beweglich angeordnet ist. Vom Steuerraum 21 führt eine Bohrung 23 zu dem Raum 11, der den Arbeitskolben 9 aufnimmt. Weiterhin zweigt vom Steuerraum 21 eine Bohrung 24 ab, von der ein Entlastungskanal 25 und daran anschließend eine Rücklaufleitung 26 zum Behälter 13 führt. Die öffnung des Steuerraums 21 zur Bohrung 24 ist ebenfalls als Ventilsitz für die Kugel 22 ausgebildet. Die Kugel 22 wird durch eine Feder 27 in einer Lage gehalten, in der sie die Bohrung 20 schließt, wobei zwischen Feder 27 und Kugel 22 ein Anker 28 (mit Dorn 28') eines Elektromagneten angeordnet ist.

Steuerraum 21, Bohrung 24 und Anker 28 sind in einem Ventileinsatz 29 gelagert, der im Gehäuse der Konsole 7 angeordnet ist und durch das Gehäuse 30 des Elektromagneten in seiner Einbaulage gehalten wird. Der die Feder 27 aufnehmende Raum im Elektromagneten sowie die Bohrung 20 am Eingang des

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Magnetventils sind durch einen Kanal 31 miteinander verbunden, so daß in beiden Räumen der gleiche Druck herrscht. Weiterhin ist der Durchmesser des Ankers 28 im Bereich seiner Dichtung in der Bohrung 24 gleich dem Durchmesser der beiden Ventilsitze der Kugel 22· Solange also die Kugel 22 die in der Fig. 1 dargestellte Lage einnimmt, ist die an ihr in Öffnungsrichtung aufgrund des in der Bohrung 20 herrschenden Drucks wirkende Kraft gleich der in Schließrichtung der Kugel über den Anker wirkenden Kraft. Zusätzlich wirkt noch die Feder 2? inSchließrichtung, so daß die Kugel 22 auf ihrem Sitz verharrt. Sobald die Spule 33 des Elektromagneten erregt wird, z.B. durch ein elektronisches Steuergerät, wird die Kraft der Feder 27 überwunden und Anker 28 verschoben. Durch den über die Bohrung 20 nachströmenden Kraftstoff wird die Kugel auf den gegenüberliegenden Sitz gepreßt, dabei die Bohrung 24 verschließend, so daß der unter Druck zugeführte Kraftstoff über die Bohrung 23 in den Raum 11 gelangen kann. Hierdurch wird der Arbeitskolben 9 verschoben, was ein Öffnen des Ventils 2 zur Folge hat. Sobald die Spule 33 abgeschaltet wird, wird durch die Feder 27, Anker 28 und Kugel 22 zurückgeschoben, bis wiederum die Bohrung 20 gesperrt ist. Durch das öffnen der Bohrung 24 kann die Flüssigkeit aus dem Raum 11 über die Bohrung 24, den Kanal 25 und von dort über die Rücklaufleitung 26 in den Behälter 13 gelangen, was ein Schließen des Ventils 2 zur Folge hat.

Die Verstellbewegung des Arbeitskolbens 9 kann gegen Ende des jeweiligen Hubes hydraulisch gebremst werden. Hierfür ist am Mantel des Arbeitskolbens 9 ein Bund 34 angeordnet, der zur Dämpfung der Stellbewegung jeweils in Ausnehmungen 35j35' taucht, die nahezu den gleichen Durchmesser haben, wie der Bund. Sobald der Bund 34 in eine der Aus-

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nehmungen 35»35' taucht, verdrängt er die in der Ausnehmung befindliche Flüssigkeit durch den zwischen ihm und der Wandung der Ausnehmung gebildeten radialen Drosselspalt, was eine Dämpfung zur Folge hat.

Die Leistung der Förderpumpe 14 ist mittels einer Stellvorrichtung 37 änderbar; Diese Stellvorrichtung 37 kann ein hydraulischer Stellkolben, es kann aber auch ein elektrischer Stellmotor oder sonst eine Stellvorrichtung sein. Diese Stellvorrichtung 37 erhält seine Steuergröße von einem elektronischen Steuergerät E 38. Dieses elektronische Steuergerät 38 verwertet die Isteingaben, insbesondere der Motorkenngrößen, z.B. der Stellung des Gaspedals 40 oier des Bremspedals sowie des Drucks der Flüssigkeit im Stellsystem der über eine Leitung 41 zugeführt wird-zu einem Sollwert für die Pumpenleistung, der dann in die Stellvorrichtung 37 eingegeben wird.

Der Öffnungshub des Ventils 2 ist dadurch bestimmt, daß je nach Druck der Flüssigkeit, d.h. je nach Leistung der Pumpe 14 das Ventil nur so weit verschoben wird, bis durch die damit bedingte Änderung der Kraft der Schließfeder 6 des Ventils und in Abhängigkeit von dem Querschnitt des Kolbens 9 ein Kräftegleichgewicht erreicht ist. Unabhängig davon kann durch das möglicherweise gleiche elektronische Steuergerät die Öffnungszeit oder Schließzeit sowie der Öffnungsoder Schließbeginn des Ventils 2 durch das Hagnetventil bestimmt v/erden.

Durch das in Fig. 2 dargestellte Diagramm wird der Vorteil dieser Steuerung deutlich. In diesem Diagramm ist der Hub s des Motorventils über dem Drehwinkel α der Motornockenwelle dargestellt. Der Hub s^ gibt den maximal möglichen konstruktiv

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bedingten Hub des Motorventils an.· Die Kurve I schließt den Öffnungszeitquerschnitt ein, wenn das Ventil seinen vollen Hub macht. Bei entsprechender Verringerung des Arbeitsvermögens entsteht dann ein Öffnungshub Sp mit Kurve, die einen offensichtlich kleineren Zeitquerschnitt begrenzt. Dieser Zeitquerschnitt kann durch Veränderung des Öffnungsoder Schließbeginns, wie in Kurve III dargestellt, weiterhin geändert werden.

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Claims

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Ansprüche

M ./Steuerung von Ein- und Auslaßventilen "bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit, die intermittierend gesteuert für jedes Ventil die Stirnfläche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirkenden Arbeitskolbens in Öffnungsrichtung des Ventils entgegen der Kraft einer Schließfeder beaufschlagt, wobei die Flüssigkeit weitgehend kontinuierlich zugeführt wird und die intermittierende Steuerung durch ein Magnetventil erfolgt, nach Patentanmeldung P 19 44 177.1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur Änderung des Ventilhubes das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die' Flüssigkeit durch eine Pumpe zugeführt wird, deren Leistung mit Hilfe eines vorzugsweise elektronischen Steuergeräts änderbar ist;
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,' dadurch gekennzeichnet, daß bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen die Verbrennungsluftmenge anstatt durch eine im Saugrohr angeordnete Droseelklappe durch den Hub des Einlaßventils bestimmbar ist.

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4. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen durch den Hub bestimmte Öffnungszeitquerschnitt des Ventils an sich konstant ist, vorzugsweise jedoch im niederen Drehzahl- und Lastbereich für eine größere Einströmgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, kleiner ist als im hohen Drehzahl- und Lastbereich· ■
5. Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit für den Einlaßventilsteuerkreis in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals änderbar ist·
6. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit für den Auslaßventilsteuetkreis,um eine Motorbremsung zu steuern, in Abhängigkeit von der Stellung des Bremshebels änderbar ist.

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