DE2907033C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer durch die DE-OS 26 36 944 bekannten Einrich­ tung dieser Art wird, wenn das Gaswechselventil bzw. die Gaswechsel­ ventile stillgelegt werden sollen, das Schaltventil geöffnet, so daß während der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens die Druckflüssigkeit aus dem Raum zwischen Antriebskolben und Ventilschaftstirnseite ab­ strömt. Das Schaltventil besteht dabei aus einem Elektromagnetventil, das sowohl bei bestimmten Betriebsbedingungen ständig geöffnet sein kann, um einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine stillzu­ setzen oder auch intermittierend betätigt werden kann für eine kurz­ zeitige Aufhebung der Gaswechselventilsteuerung. Die Betätigung eines Elektromagnetventils insbesondere bei einer Betätigung mit hoher Fre­ quenz bedarf eines erheblichen Energieaufwandes, der bei einem mit der Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeug nicht immer zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung so weiterzubilden, daß bei geringem Bedarf an elektrischer Energie eine schnell ansprechende und auch für hohe Brennkraftmaschi­ nendrehzahlen geeignete Steuerung der Gaswechselventile zu schaffen, wobei mit der Steuerung außer dem Abschalten der Gaswechselventile auch eine Steuerung einzelner Gaswechselventilhübe ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die eigentliche Betätigungskraft des Schaltventils durch ein hydraulisches Druckmittel bereitgestellt wird, das bei Brennkraftmaschinen üblicher­ weise bereits vorhanden ist oder auf wesentlich einfachere Weise zur Verfügung gestellt werden kann als zusätzliche elektrische Energie zum schnellen Schalten von reinen Magnetventilen mit großen Abströmquer­ schnitten. Dabei wird das Druckmittel in vorteilhafter Weise durch ein äußerst schnell schaltbares Vorsteuerelement, den elektrofluidischen Wandler, zu dem hydraulisch steuerbaren Schaltventil geleitet. Durch den elektrofluidischen Wandler kann das Schaltventil so schnell ge­ schaltet werden, daß eine intermittierende Steuerung eines Gaswechsel­ ventils mit der Frequenz der auftretenden Arbeitstakte bei Brennkraft­ maschinen im heute üblichen Drehzahlbereich erfolgen kann, so daß auch die Möglichkeit gegeben ist, den Hub des Gaswechselventils pro Ar­ beitshub zu ändern. Zum Steuern des elektrofluidischen Wandlers ist nur noch eine geringe elektrische Energie notwendig.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem elektro­ fluidischen Wandler für die Betätigung eines Gaswechselventils und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des elektrofluidischen Wand­ lers zur Betätigung zweier Gaswechselventile.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist vereinfacht der Antrieb eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine wiedergegeben. Dazu ist in üblicher Weise eine Nockenwelle 1 vorgesehen, an deren Nocke 2 ein Antriebskolben 4 durch die Kraft einer Feder 5 gepreßt wird. Der Antriebskolben 4 ist mit seinem anderen Ende dicht in einen Zylinder 6 geführt und folgt der Erhebung des Nockenkreises, indem er eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Die andere Seite des Zylinders wird durch die Stirnseite 8 des Ventilschafts 9 eines Gaswechselventils dicht verschlossen. Der Ventilschaft ist in gleicher Weise dicht in dem Zylinder 6 geführt und weist einen Bund 10 auf, an den eine Ventilschließfeder 11 angreift. Am Ende des Ventilschaftes weist dieser in üblicher Ausgestaltung einen Ventilteller 12 auf, der mit einem Ventilsitz 14 zusammen­ arbeitet und die Verbindung zwischen Brennraum 15 und dem hier nicht weiter dargestellten Abgassammelsystem bzw. dem Ansaug­ system der Brennkraftmaschine steuert.

Im Zylinder 6 ist zwischen dem Antriebskolben 4 und der Stirnseite 8 des Ventilschafts ein Raum 16 eingeschlossen, in den unverschließbar durch den Antriebskolben oder den Ventilschaft eine von einer Druckmittelquelle 18 herführende Verbindungs­ leitung 17 einmündet. In der Verbindungsleitung ist ein in Richtung Raum 16 öffnendes Rückschlagventil 20 angeordnet, und stromabwärts davon eine Drossel 21.

Weiterhin führt aus dem Raum 16 eine Entlastungsleitung 22, die ebenfalls weder von dem Antriebskolben noch vom Ventil­ schaft verschließbar ist. In der Entlastungsleitung sind ein hydraulisch steuerbares Ventil 24 in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils sowie stromabwärts davon eine Drossel 25 ange­ ordnet.

Das hydraulisch steuerbare Ventil wird über eine Steuer­ leitung 27 von einem elektrofluidischen Wandler 28 ange­ steuert. Dieser weist ein Strahlrohr 29 auf, dessen Bohrung mit einer Schaltdruckmittelquelle 30 verbunden ist. Das Strahlrohr ist federnd ausgebildet und ragt in einen Raum 31, aus dem unverschließbar eine Verbindungsleitung 32 zu einem Druckmittelsammelbehälter führt. Im Schwenkbereich des Strahl­ rohres ist eine Fangdüse 34 angeordnet, von der aus die Steuer­ leitung 27 zum hydraulisch steuerbaren Ventil 24 führt. In der Ruhestellung ist die Austrittsöffnung des magnetisch auslenkbaren Strahlrohres durch eine gegenüberliegende Wand des Raumes 31 nahezu geschlossen. Rechtwinklig zum Strahlrohr ist in der Wand des Raumes 31 ein Elektromagnet 35 angeordnet, der von einem Steuergerät 36 ansteuerbar ist.

Die oben beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Bei geschlossenem hydraulisch steuerbaren Ventil 24 wird der Raum 16 im Zylinder 6 während des Aufwärtshubs des Antriebs­ kolbens 4 über die Verbindungsleitung 17 mit Druckflüssigkeit gefüllt. Beim darauffolgenden Abwärtshub des Antriebskolbens 4 schließt das Rückschlagventil 20 sofort, so daß zwischen dem Antriebskolben 4 und dem Ventilschaft 9 eine starre hydraulische Säule entsteht und die Bewegung des Antriebskolbens auf den Ventilschaft übertragen wird. Somit folgt das Gaswechselventil dem Steuergesetz des Nockens 2 auf der Nockenwelle 1. Die Brennkraftmaschine arbeitet in der üblichen Weise. Soll nun der Hub des Gaswechselventils, das ein Auslaß oder auch ein Einlaß­ ventil sein kann, geändert werden, so wird das hydraulisch steuerbare Ventil 24 angesteuert. Dies geschieht über den elektrofluidischen Wandler 28, dessen Elektromagnet 25 erregt wird. Dadurch wird das Strahlrohr 29 ausgelenkt, so daß der Schaltdruck in die Steuerleitung 27 geleitet wird. Infolge des Auftretens von Schaltdruck wird das Rückschlagventil des hydraulisch steuerbaren Ventils geöffnet, so daß nun während der Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 4 die im Raum 16 enthaltene Druckflüssigkeit über die Entlastungsleitung 22 entweichen kann. Der im Raum 16 entstehende Druck reicht dann nicht mehr aus, das Gaswechselventil entgegen der Federkraft der Ventilschließfeder 11 zu öffnen. Die Drosseln 21 und 25 in der Verbindungsleitung bzw. der Entlastungsleitung 22 sorgen dafür, daß der Raum 16 ständig mit Druckflüssigkeit gefüllt bleibt, daß also ein leichter Überdruck in diesem Raum herrscht.

Solange das hydraulisch schaltbare Ventil 24 geöffnet ist, kann keine Betätigung des Gaswechselventils erfolgen. Es ist auf diese Weise möglich, wie bekannt, die Funktion eines Gas­ wechselventils über längere Zeit stillzulegen. Dies kann sowohl bei einem als auch bei mehreren Gaswechselventilen einer Brenn­ kraftmaschine erfolgen, so daß einzelne oder auch alle Zylinder der Brennkraftmaschine, z. B. bei Schubbetrieb abgeschaltet werden können. Durch die Abschaltung einzelner Zylinder können die restlichen Zylinder in Anpassung an die geforderte Leistungs­ abgabe ständig optimal mit hoher Last betrieben werden. Bei weiterer Steigerung der Leistungsabgabe werden dann soweit erforderlich, zusätzliche Zylinder dazugeschaltet. Zur Leistungs­ dosierung ist es aber auch mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, den Hub der Gaswechselventile und damit den Gas­ durchsatz pro Zylinder zu variieren. Dies erfolgt dann so, daß das hydraulisch steuerbare Ventil 24 beim Beginn des Antriebshubs des Antriebskolbens 4 zunächst geöffnet ist und ab einem bestimmten gewünschten Resthub geschlossen wird. Es strömt also anfänglich etwas Druckflüssigkeit aus dem Raum 16 ab bis das Ventil 24 schließt. Während des Aufwärtshubs des Antriebskolbens 4 wird dann der Raum 16 über die Verbindungsleitung 17 wieder aufgefüllt.

Für die für diese Betriebsart notwendige schnelle und exakte Steuerung des hydraulisch steuerbaren Ventils 24 ist der elektrofluidische Wandler 28 sehr gut geeignet.

Das federnde Strahlrohr 29 besitzt nur eine sehr geringe Masse und benötigt nur eine geringe Auslenkung, um von der neutralen Stellung in Überdeckung mit der Fangdüse 34 zu gelangen. Dementsprechend muß durch den Elektromagnet 35 nur eine geringe Energie zur Betätigung des Strahlrohres 29 aufgewendet werden. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Steuerimpulsfrequenz erzielt werden. In der Ruhestellung des Strahlrohres ist dieses nahezu verschlossen, so daß nur geringe Leckmengen über die Verbindungsleitung 32 abgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Form des fluidischen Wandlers 28. Dieser dient zur Ansteuerung zweier hydraulisch steuerbarer Ventile 24 und kann somit zwei Gaswechselventile steuern. Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls ein Strahlrohr 29′ vorgesehen, das mit einer Schaltdruckmittelquelle 30 in Verbindung steht. Das Strahlrohr 29′ ragt in einen Raum 38, aus dem ebenfalls eine Verbindungsleitung 32′ zu einem Druckmittel­ sammelbehälter führt. In der neutralen Stellung des Strahlrohrs 29′ liegt dessen Mündung unmittelbar gegenüber der Wand des Raumes 38, so daß die Austrittsöffnung des Strahlrohres nahezu verschlossen ist. Rechtwinklig zum Strahlrohr sind links und rechts in der Schwenkebene ein erster Elektromagnet 35′ und ein zweiter Elektromagnet 39 vorgesehen. Weiterhin ist links der neutralen Stellung des Strahlrohres 29′ in dessen Schwenkbereich eine erste Fangdüse 34′, die mit einer ersten Steuerleitung 27′ verbunden ist, angeordnet und rechts der neutralen Stellung des Strahlrohres 29′ in dessen Schwenkbereich eine zweite Fangdüse 40 angeordnet, die in Verbindung mit einer zweiten Steuerleitung 41 steht. Die zweite Steuerleitung führt zu einem gleich aufgebauten hydraulisch steuerbaren Ventil wie das in Fig. 1 gezeigte.

Mit dieser Ausgestaltung des elektrofluidischen Wandlers können in vorteilhafter Weise zwei Gaswechselventile alternativ ange­ steuert werden. Die Elektromagnete 35′ und 39 werden dabei durch ein entsprechend ausgestaltetes Steuergerät erregt.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einem durch den Nocken einer Nockenwelle betätigbaren Antriebskolben, einem in einem Zylinder dicht geführten federbelasteten Schaft eines Gaswechselventils und einem zwischen Antriebskolben und Ventilschaftstirnseite angeordneten, mit Druckflüssigkeit gefüllten Raum, der über ein Rückschlagventil aus einer Druckquelle mit Druckflüssigkeit füllbar und über ein Schalt­ ventil in einen Entlastungsraum entleerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil ein hydraulisch steuer­ bares Ventil (24) ist, das von einem elektrofluidischen Wandler (28, 37) mit Druckmittel über eine Steuerleitung (27, 41) ansteuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrofluidischer Wandler ein Strahlrohr­ verstärker dient mit einem durch wenigstens einen Elektro­ magneten (35) aus einer neutralen Stellen auslenkbaren Strahlrohr (29, 29′) und wenigstens einer Fangdüse (34, 40) über die bei ausgelenktem Strahlrohr, das aus diesem aus­ strömende Druckmittel einer zu dem Schaltventil (24) führenden Steuerleitung (27, 27′, 41) zuführbar ist.