DE3801363A1 - Vorrichtung zum steuern von einlass- oder auslassventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen und Steuern der Einlaß- oder Auslaßventile einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Weiterentwicklung des hydraulischen Systems.

In den letzten Jahren wurde ein System entwickelt, bei dem die Einlaß- oder Auslaßventile einer Brennkraftmaschine hydraulisch betätigt werden, um die Zeiten zu steuern, zu denen die Ventile offen oder geschlossen sind. Eine Vor­ richtung dieser Bauart, die in einer japanischen Patentan­ meldung beschrieben ist, die von derselben Anmelderin an­ gemeldet ist, ist in den Fig. 3 bis 5 der beiliegenden Zeichnung gezeigt und wird nachstehend näher erläutert, um den Zusammenhang der Erfindung hinsichtlich der Anwendung aufzuzeigen. Dieses hydraulische System enthält eine Steuereinrichtung, die äußerst effektiv zum Steuern der Zeitpunkte ist, zu denen die Ventile geschlossen sind. Auch hat dieses hydraulische System die Fähigkeit, daß ein oder mehrere Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mittels einer einzigen Steuereinheit gesteuert werden kön­ nen. Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine jedoch ist es bei diesem System erforderlich, so viele Magnetventile wie Zylinder vorzusehen, wenn es gewünscht wird, die Zeit­ punkte zu steuern, zu denen die Einlaß- oder Auslaßventile für die jeweiligen Zylinder geschlossen sind. Dies ist äu­ ßerst unerwünscht im Hinblick auf den erforderlichen Einbau­ raum und die zusätzlichen Kosten. Weitere Ventilbetätigungs­ einrichtungen dieser Bauart, die dieselben Nachteile dahin­ gehend haben, daß ein gesondertes Hydraulikventil für jedes Einlaß- oder Auslaßventil erforderlich ist, sind in US-PSen 41 53 016, 46 71 221 und 46 74 451 beschrieben.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Einrichtung bereitzustel­ len, die die Einlaß- oder Auslaßventile für zwei oder mehr Zylinder mit einem einzigen Magnetventil steuern kann.

Nach der Erfindung zeichnet sich hierzu eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art dadurch aus, daß dicht geschlossene hy­ draulische Kammern für die Zylinder einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind, die mit ihren jeweiligen Niederdruckteilen über ein gemeinsames Magnetventil verbunden sind, und daß Einweg-Ventile auf den stromaufwärtigen Seiten der Verbindungen zwischen den Hydraulikkammern und den Magnetventilen vorge­ sehen sind, um ein Strömen des Fluids in eine Gegenrichtung zu verhindern.

Nach der Erfindung wird somit eine Vorrichtung zur hydrauli­ schen Steuerung der Einlaß- oder Auslaßventile einer Mehrzy­ linder-Brennkraftmaschine bereitgestellt, die eine geschlosse­ ne hydraulische Kammer für jedes Ventil oder die jeweils paar­ weise vorgesehenen Ventile für eine Brennkammer und eine ein­ zige Magnetventileinrichtung hat, das öffnet und schließt, um die hydraulischen Kammern mit ihren jeweils zugeordneten Druckmittelquellen zu verbinden und zu trennen, wobei jede hydraulische Kammer einen hydraulischen Ventilkolben hat, der von einer Nocke angetrieben wird und einen hydraulischen Kol­ ben zur Betätigung eines Einlaß- oder Auslaßventiles, und wo­ bei in Weiterentwicklung Einweg-Ventile auf der stromaufwär­ tigen Seite einer Verbindung zwischen den jeweiligen Hydrau­ likkammern und der Magnetventileinrichtung vorgesehen sind, um einen Fluidstrom in Richtung zur Hydraulikkammer zu ver­ hindern.

Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung wird eine Vor­ richtung zur hydraulischen Betätigung der Einlaß- oder Aus­ laßventile einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bereitge­ stellt, die geschlossene Hydraulikkammern und eine Magnetven­ tileinrichtung hat, die öffen- und schließbar ist, um die hydraulischen Kammern mit den Niederdruck-Druckmitteldruck­ quellen zu verbinden und zu trennen, wobei jede hydraulische Kammer einen ersten Kolben zur Betätigung eines Einlaß- oder Auslaßventils hat, und wobei die Weiterentwicklung sich da­ durch auszeichnet, daß die Magnetventileinrichtung ein ein­ ziges Magnetventil aufweist, das eine Mehrzahl von Kanälen hat, die in gesonderter Weise mit einer ähnlichen Anzahl von Hydraulikkammern verbunden sind, und daß ein Einweg-Ventil in jedem Kanal zwischen einer Hydraulikkammer und der einzigen vorgesehenen Magnetventileinrichtung angeordnet ist, um zu verhindern, daß Fluid in einer Richtung von einer Hydraulik­ kammer entweder zu dem einzigen Magnetventil oder zu irgend­ einer der anderen Hydraulikkammern der Mehrzahl von vorgese­ henen Hydraulikkammern strömt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Steuern der Einlaß- oder Auslaßventile einer Zweizylinder-Brennkraftmaschine nach der Erfin­ dung,

Fig. 2(a) bis 2(d) Zeitablaufdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der wesentlichen Teile des Systems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Hauptteile der Vor­ richtung zur Betätigung der Ventile,

Fig. 4 ein Diagramm des Steuerteils der Vorrichtung nach Fig. 3, und

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 5 wird zuerst die Vorrichtung näher beschrieben, auf die sich die Erfindung be­ zieht, um eine Basis für das Verständnis der Erfindung im Hinblick auf ein hydraulisch betätigtes Ventilsystem zu schaf­ fen. Fig. 3 zeigt einen Teil eines Zylinderblocks B, einen Teil eines Kolbens P, einen Teil eines Zylinderkopfs H, ein Einlaß- und Auslaßventil V, eine Feder S und eine Nocke C zum Öffnen oder Schließen des Ventils. Eine Hubeinrichtung 1 ist in Kontakt mit der Nocke C und treibt mechanisch einen hydraulischen Kolben 2 an, der in Eingriff mit der Hubeinrich­ tung 1 ist. Ein Hydraulikkolben 3 wird hydraulisch durch die Bewegung des Kolbens 2 angetrieben, um direkt das Ventil V mit Hilfe des Kolbens 3 zu betätigen, der zu dem Ende des Schafts des Ventils V fluchtet und mit diesem zusammenarbei­ tet. Eine Hydraulikkammer oder ein Kanal 4 ist mit Arbeitsöl O gefüllt und verbindet die beiden Zylinderteile, in denen der Kolben gleitbeweglich angeordnet ist. Diese Kammer 4 ist auch mit einem Teil A eines Kanals 13 eines Steuersystems 5 nach Fig. 4 verbunden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 hat ein Magnetvorsteuerventil 6 einen Magneten, der in Abhängigkeit von dem Abgabesignal einer Brennkraftmaschinensteuereinheit (ECU) 14 erregt wird, die nach Maßgabe eines vorgegebenen eingegebenen Programms 15 ar­ beitet, um den Lauf der Brennkraftmaschine zu steuern. Ein Durchgang 13 a zweigt von dem Durchgang 13 ab und hat eine Drosselöffnung 7. Der Teil des Durchgangs 13 a, der auf der Rückdruckseite liegt, ist mit der Bezugsziffer 11 versehen. Ein Steuerventil 8 arbeitet, um den Rückdruck bzw. Gegendruck zu steuern und hat einen Schieber 8 b, der in dem Ventilge­ häuse gleitbeweglich ist. Das Ventil 8 umfaßt auch eine zu­ sammengedrückte Schraubenfeder 8 c. Das Vorsteuermagnetventil 6, der Durchgang 11 auf der Gegendruckseite und das Steuer­ ventil 8 bilden ein Magnetventil 9, das mit einer gebrochenen Linie in der Zeichnung umgeben ist. Der Hochdruckdurchgang 13 ist in Verbindung mit dem Teil A, der in Fig. 3 gezeigt ist, und in Verbindung mit einer Niederdruckhydraulikquelle 10 über das Steuerventil 8. Ein Rückschlagventil 12 oder ein Einweg­ ventil ist zwischen dem Hochdruckdurchgang 13 und der Druck­ quelle 10 parallelgeschaltet zum Steuerventil 8 angeordnet.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschrie­ benen Auslegungsform erläutert. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Nocke C sich dreht, treibt die Hubeinrichtung 1 den hydraulischen Kolben 2 in Abhängigkeit von der Steuerfläche der Nocke an. Der hydraulische Kolben 3, der in Eingriff mit dem Ventil ist, wird durch den statischen Druck des Ar­ beitsfluides O im Innern der Hydraulikkammer 4 betätigt, um das Ventil V entsprechend der Vertikalbewegung der Kontur der Nocke C zu betätigen.

Bei dem Steuersystem 5, das in Verbindung mit dem Teil A des Durchganges 13 nach Fig. 4 steht, wirkt der hohe hydraulische Druck, der von dem Kolben 2 bei der Bewegung der Hubeinrich­ tung 1 durch die Nocke zugeführt wird, auf die Niederdruck- Ölquelle 10 über das Magnetventil 9 ein, das durch die Brenn­ kraftmaschinensteuereinheit 14 nach Maßgabe eines vorbestimm­ ten Programmes zur Steuerung des Brennkraftmaschinenbetriebs betätigt wird.

Wenn die Nocke C den Kolben 2 hebt, um die Unterdrucksetzung des Arbeitsöls O einzuleiten und das Ventil V zu öffnen, nimmt der Druck im Innern des Durchgangs 11 ab, wenn das Vorsteuer­ magnetventil 6 offen ist. Das Drucköl O öffnet schnell das Steuerventil 8 entgegen der Wirkung der Feder C, indem der Öldruck an das rechts liegende Ende (in Fig. 4 gesehen) des Steuerschiebers 8 angelegt wird. Da die Größe und die Wirk­ fläche der Öffnung des Steuerventils 8 groß ist, kann das Drucköl O schnell zu der Niederdruckölquelle 10 entweichen. Als Folge hiervon fällt der Druck im Durchgang 13, dem Teil A und dem Durchgang 4 ab, und das Ventil V wird durch die Feder S geschlossen.

Das Rückschlagventil 12, das in Fig. 4 gezeigt ist, ist vor­ gesehen, um die Hydraulikkammer 4 nach Fig. 3 mit Arbeitsöl O von der Niederdruck-Hydraulikquelle 10 aufzufüllen, nachdem das Steuerventil 8 wiederum geschlossen ist.

Wenn die Brennkraftmaschine mit Benzin beispielsweise als Kraftstoff betrieben wird, können die Einlaßventile zu den optimal frühesten Zeitpunkten über einen großen Bereich von Brennkraftmaschinendrehzahlen geschlossen werden. Hierdurch wird die Abgabeleistung erhöht und der Kraftstoffverbrauch verbessert, wobei es sich hier um ein an sich bekanntes Prin­ zip handelt, wie dies in SAE-Papier No. 820,408 beschrieben ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, das beispielsweise in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist. Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Steuern eines Einlaß­ oder Auslaßventiles einer Zweizylinder-Brennkraftmaschine, obgleich natürlich die Erfindung auch für Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Zylindern geeignet ist. Fig. 1 ist so be­ schaffen, daß sie inhaltlich Fig. 5 zugeordnet ist, welche schematisch das System nach den Fig. 3 und 4 zeigt. Gleiche oder ähnliche Teile bei den Fig. 1 und 3 bis 5 sind mit den­ selben Bezugszeichen versehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 hat die Zweizylinder-Brennkraft­ maschine einen ersten Zylinder, dem ein Einlaß- oder Aus­ laßventil V ₁ und eine Nocke C ₁ zugeordnet ist. Die Brennkraft­ maschine hat ferner einen zweiten Zylinder, dem ein Einlaß­ oder Auslaßventil V ₂ und eine Nocke C ₂ zugeordnet ist. Die ersten und zweiten Zylinder sind ferner mit Leitungen L ₁, L ₂ und Rückschlagventilen 12 ₁ und 12 ₂ jeweils versehen, die der Leitung 13 und dem Rückschlagventil 12 jeweils zugeordnet sind, die in Fig. 5 gezeigt sind.

Dieses Beispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Hydraulik­ kammern der Zylinder zur Betätigung der Ventile mit den Nie­ derdruck-Hydraulikquellen 10 über ein gemeinsames Magnetven­ til 9 und die Leitungen L ₁ und L ₂ jeweils verbunden sind, und daß Rückschlagventile C V ₁ und CV ₂ in den Leitungen L ₁ und L ₂ jeweils auf der stromaufwärtigen Seite des Magnetventils 9 parallel zu den Rückschlagventilen 12 ₁ und 12 ₂ angeordnet sind, um zu verhindern, daß Fluid in eine Gegenrichtung von dem Magnetventil 9 in die Leitung L ₁ und L ₂ strömt.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Auslegungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. In den Fig. 2(a) bis 2(d) arbeiten die in Fig. 1 gezeigten Ventile V ₁ und V ₂ als Einlaßventile. Fig. 2(a) zeigt die Hubverhältnisse l c ₁/lc ₂ und lv ₁/lv ₂, wie durch die Nocken C _2, C ₂ zurückgelegt werden sowie die Ventile V ₁, V ₂ der Zy­ linder 1 und 2 jeweils. Fig. 2(b) zeigt die Drücke P _L1 und P_L2 bei den Leitungen L ₁ und L ₂ jeweils. Fig. 2(c) zeigt den Öff­ nungsgrad des Steuerventils 8 (Fig. 4) des Magnetventils 9. Fig. 2(d) zeigt den Pegel eines Steuersignals, das von einer Brennkraftmaschinensteuereinheit 14 geliefert wird, um das Magnetvorsteuerventil 6 (Fig. 4) des Magnetventils 9 zu be­ tätigen. In Fig. 2(a) beginnt jedes Einlaßventil zum Zeit­ punkt I.O. zu öffnen und schließt am Punkt I.C.

Wenn die Nocke C ₁ des ersten Zylinders den zugeordneten hydrau­ lischen Kolben 2 antreibt, wird das Arbeitsöl in der Leitung L ₁ unter Druck gesetzt. Das Rückschlagventil C V ₂ jedoch ver­ hindert, daß die Leitung L ₂, die mit dem zweiten Zylinder verbunden ist, von diesem Druck beaufschlagt wird.

Die Brennkraftmaschinensteuereinheit (ECU) 14 erzeugt ein Steuersignal nach Maßgabe eines gewissen Programms 15, das den Lauf der Brennkraftmaschine steuert, um das Vorsteuer­ magnetventil 6 des Magnetventils 9 auf die vorstehend be­ schriebene Weise zu öffnen. Dann nimmt der Druck P L ₁ in der Leitung L ₁ schnell ab, um das Steuerventil 8 zu öffnen. Das Einlaßventil V ₁ wird schnell durch eine Feder S geschlossen, wie dies voranstehend beschrieben ist. Die Ventilschließbewe­ gung ist durch die Linie lv ₁ in Fig. 2(a) dargestellt. Anschließend liefert die Brennkraftmaschinensteuereinheit 14 ein weiteres Steuersignal, um das Magnetventil 9 zu schlies­ sen. Unter diesen Bedingungen sind die Drücke in den Leitun­ gen L ₁ und L ₂ niedrig.

Wenn die Nocke C ₂ am zweiten Zylinder den zugeordneten Hy­ draulikkolben 2 antreibt, steigt der Druck P L ₂ in der Leitung L ₂ an, der Druck P L ₁ in der Leitung L ₁ aber, die mit dem er­ sten Zylinder verbunden ist, bleibt aufgrund der Wirkung des Rückschlagventiles C V ₁ niedrig.

Der zweite Zylinder arbeitet auf dieselbe Weise wie der erste Zylinder. Somit werden die beiden Zylinder bei günstiger zeit­ licher Steuerung unter der Steuerung des einzigen Magnetven­ tils 9 gesteuert. Da nur ein Magnetventil vorgesehen ist, lassen sich der Einbauraum und die Kosten hierfür reduzieren. Auch die verbesserte zeitliche Steuerung verhindert, daß die Ventile unterschiedliche Arbeitscharakteristika haben. Hierdurch wird das Arbeiten der Brennkraftmaschine weiter ver­ bessert.

Bei dem voranstehend erläuterten Beispiel sind Einlaßventile einer Zweizylinder-Brennkraftmaschine beschrieben. Natürlich kann jedoch das Prinzip nach der Erfindung bei einer anderen Anzahl von Einlaß- oder Auslaßventilen einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine zur Anwendung kommen, vorausgesetzt, daß die ausgewählten Ventile für die Zylinder nicht gleichzeitig öffnen oder schließen oder während einer zu kurzen Zeitspanne öffnen oder schließen, wodurch bewirkt werden könnte, daß die erhöhten Pegel der Öldrücke PL für die gesteuerten Ventile sich überlappen.

Wie voranstehend beschrieben ist, wird bei dieser Ausbildungs­ form ein einziges Magnetventil mit einer hydraulischen Steuer­ einrichtung verwendet, das das Arbeiten der Einlaß- oder Aus­ laßventile steuert. Das einzige vorgesehene Magnetventil öffnet oder schließt die Einlaß- oder Auslaßventile einer Mehrzy­ linder-Brennkraftmaschine hintereinander. Hierdurch lassen sich der Einbauraum und die Kosten reduzieren. Ferner können die Ventile aller Zylinder gleichmäßig betätigt werden.

Selbstverständlich gibt es keine speziellen Merkmale der vor­ angehenden Beschreibung oder der Ansprüche, die zum gegen­ wärtigen Zeitpunkt als wesentlich für die Durchführung der Erfindung erachtet werden. Daher können ein oder mehrere der­ artige Merkmale oder Kombinationen hiervon mitaufgenommen, zusätzlich miteingeschlossen oder bei den Ansprüchen wegge­ lassen werden, wenn Änderungen während des Erteilungsverfah­ rens oder der Hinterlegung und Weiterverfolgung von Aus­ scheidungsanmeldungen erforderlich sind, die hierauf basie­ ren. Ferner kann die Art und Weise, mit der alle Merkmale der Beschreibung oder der Ansprüche beschrieben oder angegeben sind, geändert, erweitert oder in anderer Weise unter Berück­ sichtigung des allgemeinen Fachwissens modifiziert werden, um beispielsweise implizit oder explizit Äquivalente oder Verallgemeinerungen mit zu erfassen.

Zusammenfassend gibt die Erfindung eine Vorrichtung zur hydraulischen Steuerung der Einlaß- oder Auslaßventile einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine an, die eine ge­ schlossene Hydraulikkammer für jedes Ventil oder die je­ weils paarweise vorgesehenen Ventile für eine Brennkammer und eine einzige Magnetventileinrichtung hat, die öffnet und schließt, um die Hydraulikkammern mit ihren zugeordneten Hydraulikdruckquellen zu verbinden und zu trennen, wobei jede Hydraulikkammer einen Hydraulikkolben hat, der durch eine Nocke angetrieben wird und einen Hydraulikkolben zur Betätigung eines Einlaß- oder Auslaßventiles hat, und wobei in Weiterentwicklung Einweg-Ventile auf der stromauf­ wärtigen Seite einer Verbindung zwischen der jeweiligen Hydraulikkammer und der Magnetventileinrichtung angeordnet sind, um zu verhindern, daß Fluid in Richtung der Hydrau­ likkammer strömt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur hydraulischen Steuerung der Einlaß- oder Auslaßventile einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die eine geschlossene Hydraulikkammer für jedes Ventil oder jedes vorgesehene Paar von Ventilen für eine Brennkam­ mer und eine einzige Magnetventileinrichtung hat, die öffnet und schließt, um die Hydraulikkammer mit den zugeordneten Hydraulikdruckquellen zu verbinden und zu trennen, wobei jede Hydraulikkammer einen Hydraulikkolben, der durch eine Nocke angetrieben wird und einen Hydraulikkolben zur Betä­ tigung eines Einlaß- oder Auslaßventiles hat, dadurch gekennzeichnet, daß Einweg-Ventile (C V ₁, CV ₂) auf der stromaufwärtigen Seite einer Verbindung zwischen den jeweiligen Hydraulikkammern (4) und der Magnetventilein­ richtung (9) angeordnet sind, um zu verhindern, daß Fluid in Richtung zu der Hydraulikkammer (4) strömt.

2. Vorrichtung zur hydraulischen Steuerung von Einlaß- oder Auslaßventilen einer Mehrzylinder-Brennkraft­ maschine, die geschlossene Hydraulikkammern und Magnet­ ventileinrichtungen hat, die öffnen und schließen, um die Hydraulikkammer mit Niederdruck-Hydraulikquellen zu verbinden und zu trennen, wobei jede Hydraulikkammer einen ersten Kolben zur Betätigung eines Einlaß- oder Auslaßven­ tiles hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventilein­ richtung ein einziges Magnetventil (9) aufweist, das eine Mehrzahl von Durchgängen (13) hat, die gesondert mit einer ähnlichen Anzahl von Hydraulikkammern (4) verbunden sind, und daß ein Einwegventil (C V ₁, CV ₂) in jedem Durchgang (13) zwischen einer Hydraulikkammer (4) und einer einzigen Magnet­ ventileinrichtung (9) angeordnet ist, um zu verhindern, daß Fluid in einer Richtung von einer Hydraulikkammer (4) ent­ weder zu dem einzigen Magnetventil (9) oder zu irgendeiner der anderen Hydraulikkammern (4) der Mehrzahl von vorgesehenen Hydraulikkammern (4) strömt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hydraulikkammer (4) mit einer Niederdruck-Ölquelle (10) über ein weiteres Einweg-Ventil (12 ₁, 12 ₂) verbunden ist, um Öl der Hydraulikkammer (4) zuzugeben, wenn dies er­ forderlich ist und die Hydraulikkammer (4) unter einem Druck steht, der niedriger als jener der Niederdruck-Ölquelle (10) ist.