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Anlage zur Zusatz-Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung Steuerung
von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit Die Erfindung
betrifft eine Steuerung von Ein- und Auslaßventilen bei Brennkraftmaschinen durch
Flüssigkeit, die unter Druck und intermittierend gesteuert für jedes Ventil die
Stirnf]äche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirkenden Arbeitskolbens
in öffnungsrichtung des Ventils ertgegen der Kraft einer Schließfeder beaufschlagt,,
wobei die Flüssigkeit weitgehend kontinuierlich zugeführt wird und die intermittierende
Steigerung durch ein Magnetventil erfo]gt, das für eine geregelte sowie willkürlich
motorkennfeldgerechte Folge von Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt mittels eines elektronischen
Steuergeräts steuerbar ist, wobei die Öffnungszeit des A@slaßventils in Abhängigkeit
von
der Stellung des Bremshebels änderbar ist, indem der Öffnungszeitquerschnitt des
Auslaßventils mit einer Bremshebelverstellung in Richtung zunehmender Bremsung abnimmt,
nach Patentanmeldung P 20 06 504.1.
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Für Brennkraftmaschinen kann es erforderlich sein; die Drehrichtung
der Motorkurbelwelle umzukehren. Dies ist beispielsweise der Fall bei Schiffsmotoren
fiir die Bremsung; des Schiffes bzw. dessen Rückwärtsfahrt. Das Umkehren der Drehrichtung
erfordert aber auch eine Änderung der Steuerzeiten der Ein- und Auslaßventile. Bekannterweise
werden jeder Drehrichtung spezielle Nocken zugeordnet, die dann über Stößel, Stoßstanen
und Kipphebel die Ventile betätigen.
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Abgesehen davon, daß derartige mechanische Steuerungen hohe Verstellkräfte
erfordern, ist der Umsteuervorgang als solcher zeitraubend. Der Motor kann nämlich
mit den bekannten Mitteln nur langsam bis zum Stillstand abgebremst werden, um dann
iii der anderen Drehrichtung neu angelassen werden zu können.
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Durch die Erfindung ist mit der eingangs genannten Steuerung, insbesondere
bei Schiffsmotoren, nach Stillstand des Motors dieser durch Ändern der Ventilsteuerzeiten
in der umgekehrten Drehrichtung betreibbar.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Impulseingabe
an das Magnetventil durch einen nockengesteuerten Unterbrecher, der über eine Schleppkupplung
mit Spielwinkel vom Motor aller angetrieben wird.
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In der Zeichnung ist ein Au.sfiihrungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Steuerung vereinfacht dargestellt.
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In einem nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine
arbeitet ein Lin- oder Auslaßventil 2, das mit seinem Ventilschaft 3 in einer Dichtung
4 axial verschiebbar geführt ist. Am einen Ende des Ventilschaftes ist ein Federteller
5 angeordnet. Zwischen Federteller 5 und Zylinder kopf 1 ist eine Schließfeder 6
eingespannt. An dem Zylinderkopf 1 ist eine Konsole 7 befestigt, die einen hydraulisch
betätigten Arbeitskolben 9 aufnimmt, der möglichst dicht und axial verschiebbar
geführt ist. Die eine Stirnseite des Ärbeitskolbens 9 ist während der Ventilbewegung
mit dem Ventilschaft 3 in kraftschlüssiger Verbindung.
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An der Konsole 7 ist ein Gehäuse 10 befestigt, das ein Magnetventil
8 und ein vorgesteuertes Hydraulikventil 11,12 aufnimmt.
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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 z.B.
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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.
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Außerdem zweigen von der Leitung 15 Leitungen 18 ab, die zu den nicht
dargestellten zusätalichen, der dargestellten Ventilsteuerung ertsprechenden Ventilsteuereinheiten
führen und die durch di e gleiche Druckförderpumpe 14 versorgt werden.
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Der über die Leitung 15 zugeführte Kraftstoff gelangt in dem das Magnetventil
8 aufnehmenden Gehäuse 10 in eine Ringnut 19, von der eine Bohrung 20 abzweigt,
die wiederun mit einem Steuerraum 21 des Magnetventils 8 verbunden ist. 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 vorgesteuerten Ventil 11,12.
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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 eines Elektromagneten angeordnet ist.
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Steuerraum 21, Bohrung 24 und Anker 28 sind in einem Ventileinsatz
29 gelagert, der im Gehäuse 10 angeordnet ist und durch das Gehäuse 30 des Elek+omagneten
in seiner Einbaulage gehalten wird. Der die Feder 27 aufnehmende Raum im Elektromagneten
sowie die Bohrung 20 am Eingang des flagnetventils 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 Offnungsrichtung aufgrund
des in der Bohrung 20 herrschenden Drucks wirkende Kraft gleich der in Schließrichtung
der Kugel über den Anker 28 wirkenden Kraft. Zusätzlich wirkt noch die Feder 27
in Schließrichtung, so daß die Kugel 22 auf ihrem Sitz verharrt.
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Sobald die Spule 32 des Elektromagneten durch ein elektronisches Steuergerät
E erregt wird, wird die Kraft der Feder 27 überwunden und der Anker 28 verschoben.
Durch den über die Borrung 20 nachströmenden Kraftstoff wird die Kugel auf den gegenüberliegellden
Sitz gepreßt, dabei die Bohrung 24
verschließend, so daß der unter
Druck zugeführte Kraftstoff über die Bohrung 23 zum vorgesteuerten Ventil 11,12
gelangen kann. Hierdurch wird mittelbar der Arbeitskolben 9 verschoben, was ein
Öffnen des Ventils 2 zur Folge hat. Wird die Spule 32 abgeschaltet, so 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 vom vorgesteuerten
Ventil und vom Kanal 23 her über die Bohrung 24, den Kanal 25 und von dort über
die Rücklauf leitung 26 in den Behälter 13 gelangen, was ein Schließen des Ventils
2 zur Folge hat. Durch den Strömungswiderstand der Kanäle ist ein spielfreies Arbeiten
zwischen Arbeitskolben 9 und Ventilschaft 3 gewährleistet.
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Die Verstellbewegung des Arbeitskolbens 9 wird gegen Ende des jeweiligen
Hubes hydraulisch gebremst. Hierfür ist am Mantel des Arbeitskolbens 9 ein Bund
34 angeordnet, der zur Dämpfung der Stellbewegung ,jeweils in Ausnehmungon 35, 35'
taucht, die nahezu den gleichen Durchmesser haben, wie der Bund 34. Aus diesen Ausnehmungen
35,35' verdrängt er die vor ihm in der Ausnehmung befindliche Flüssigkeit durch
den zwischen ihm und der Wandung der Ausnehmung gebildeten radialen Drosselspalt,
was eine Dämpfung der ßtellbewegung zur Folge hat. Der Drosselspalt muß in jedem
Fall so groß sein, daß aucn bei hohen Drehzahlen das Ventil 2 ganz schließt.
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Mittels des elektronischen Steuergeräts E, das über eine elektrische
Leitung 37 mit der Spule 32 des Elektromagneten verbunden ist, läßt sich der Öffnungs-
und Schließzeitpunkt des Motorventils 2 unabhängig voneinander regeln. Diese vom
elektronischen Steuergerät E geregelten Sollwert-Größen werden durch Auswertung
von Isteingaben,insbesondere von Motorkenngrößen,wie z.B. die Stellung des Brems-
oder Drehzahlhebels 39, der Motortemperatur usw. bestimmt. Die Istwerte
werden
über Leitungen 38 dem elektronischen Steuergerät E eingegeben. Die Stellung des
Bremshebels 39 wird durch eine nicht näher dargestellte Vorrichtung 40 gemessen.
Außerdem führten von dem elektronischen Steuergerät E elektrische Leitungen 37 zu
den nicht dargestellten zusatzlichen, der dargestellten Ventilsteuerung entsprechenden
Ventilsteuereinheiten.
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Das vorgesteuerte Ventil 11,12 ist wie folgt aufgebaut: Die Ringnut
19, von der die Bohrung 20 abzweigt, ist in der Wandung einer Bohrung 36 angeordnet.
In der Bohrung 36 arbeitet ein Steuerschieber 11, der mit einem achsgleich angeordneten
Kolben 12 in Berührung steht, welcher durch die über die Bohrung 23 des Magnetventils
und einen Kanal 41 seine eine Stirnseite beaufschlagende Flüssigkeit entgegen der
Kraft einer Feder 42 verschiebbar ist. In der Mantelfläche des Steuerschiebers 11
ist eine Ringnut 43 angeordnet, die stets in Verbindung mit der Ringnut 19 ist.
Der die Feder 42 aufnehmende leil der Bohrung 36 ist über einen Kanal 44 mit dem
Entlastungskanal 25 und damit über die Rücklaufleitung 26 mit dem Behälter 13 verbunden.
In der Bohrung 36 ist außerdem eine Ringnut 45 angeordnet, die über einen Kanal
46 mit der einen Seite einer Bohrung 47 verbunden ist, in der ein Abschnitt 48 des
Arbeitskolbens 9 axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet ist. Im Steuerschieber
11 sind Bohrungen 49 vorgesehen} die bei der in der Figur eingenommenen Lage des
Steuerschiebers die Bohrung 47 mit dem Entlastungskanal 44 verbinden.
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Sobald die Spule 32 des Elektromagneten errecht wird, wird durch die
über die Bohrungen 20 und 23 sowie den Kanal 4-1 zugeführt;e Druckflüssigkeit der
Kolben 12 und der Steuerschieber -11 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 42 verschoben,
wobei die Ringnut 43 mit der Ringnut 45 verbunden wird und die Bohrungen 49 von
der Ringnut 45 getrennt werden. Hierdurch kann die in
der Ringnut
19 unter Druck stehende Flüssigkeit über die Ringnuten 43,45 auf die Stirnseite
des Arbeitskolbens 9 gelangen, der dadurch ein Offnen des Motorventils bewirkt.
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Wird die Magnetspule 32 abgeschaltet, so wird aufgrund der sich dadurch
ergebenden Entlastung des Steuerschiebers 11 dieser und der Kolben 12 durch die
Feder 42 in seine Ausgangslage geschoben, wobei die Ringnuten 45 und 43 getrennt
und die Bohrungen 49 mit der Ringnut 45 verbunden werden. Über letztere kann dann
die oberhalb des Arbeitskolbens 9 in aer Bohrung 47 befindliche Flüssigkeit zurück
in den Behälter 13 strömen.
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Das Motorventil schließt.
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Wie oben erwähnt, wird die Stellung des Bremshebels 39 als Istgröße
dem Steuergerät E eingegeben, welches als Sollgröße über das Vorsteuerventil 8 einen
bestimmten Öffnungshub oder eine bestimmte Öffnungsdauer drehzahl abhängig unterschiedlich
bewirkt. Der Öffnungszeitquersclinitt ist also verhältnismäßig gering, wobei unabhängig
davon die Kraftstoff zufuhr gesperrt werden kann, so daß eine Abbremsung desMotors
bewirkt wird.
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Sobald der Motor nach entsprechend schneller Abbremsung zum Stillstand
gekommen ist, kann durch Schwenken eines Hebels 50 in eine andere Endlage und entsprechender
Eingabe dieser Umschaltung an das elektronische Steuergerät E Öffnungs- und Schließzeitpunkt
derart verschoben werden, daß der Motor bei in umgekehrter Drehrichtung erfolgtem
Anlassen ventilseitig zeitgerecht gesteuert wird.
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hierfür ist natürlich erforderlich, daß auch die Einspritzanlage für
eine zeitgerechte Einsr,rtzung umgesteuert wird.