Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer Steuereinrichtung für Gaswechselventile
einer Brennkraftmaschine gemäß der Gattung des Patentanspruchs l
aus. Bei einer durch die DE-A-39 29 072 bekannten Steuereinrichtung
der gattungsgemäßen Art ist die Speichereinrichtung so ausgestaltet,
daß der Kolben der Speichereinrichtung Teil eines Magnetventils ist,
durch das die entlastende Ausweichbewegung des Kolbens, der zugleich
Ventilschließglied ist, initiiert wird. Dies bedeutet eine erheblich
bewegte Masse, die elektromagnetisch bewegt werden muß, was sich
nachteilig auf die Schaltgeschwindigkeit dieses Ventils auswirkt mit
einer Schaltzeit, die unveränderlich mit zunehmender Drehzahl der
Brennkraftmaschine bzw. Schalthäufigkeit einen Steuerfehler ergibt.
Somit ist die auf diese Art und Weise zu steuernde Ventilbewegung
mit der erforderlichen Genauigkeit nur in einem bestimmten Drehzahl
bereich erzielbar. Zur Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit ist
zudem im Ventilglied bzw. Kolben des Speichers eine Drosselbohrung
vorgesehen, über die im Schließzustand des Kolbens ein konstanter
Druckmittelstrom drucklos abfließen kann. Dies letztendlich
erfordert eine separate Druckmittelförderpumpe, die kontinuierlich
den hohen Druckmittelbedarf zur Verfügung stellt.
The invention relates to a control device for gas exchange valves
an internal combustion engine according to the preamble of claim l
out. In a control device known from DE-A-39 29 072
of the generic type, the storage device is designed such
that the piston of the storage device is part of a solenoid valve,
through the the relieving evasive movement of the piston, which at the same time
Valve closing element is initiated. This means a significant one
moving mass that has to be moved electromagnetically what is
adversely affects the switching speed of this valve
a switching time that cannot be changed with increasing speed of the
Internal combustion engine or switching frequency results in a control error.
Thus, the valve movement to be controlled in this way
with the required accuracy only at a certain speed
range achievable. To improve the switching speed is
also a throttle bore in the valve member or piston of the accumulator
provided over which a constant in the closed state of the piston
Pressure medium flow can flow without pressure. Ultimately
requires a separate pressure medium pump that is continuous
provides the high pressure medium requirements.
Damit ergibt sich ein relativ großer Aufwand und es kann die bereits
bei jeder Brennkraftmaschine vorhandene Druckmittelquelle mit dem
Brennkraftmaschinenölkreislauf nicht ausgenutzt werden.This results in a relatively large effort and it can already
existing pressure medium source with each internal combustion engine with the
Internal combustion engine oil circuit can not be used.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der
Öldruck der hydraulischen Säule als Servosteuerdruck genutzt wird,
um ein schnelles Schalten des Kolbens der Speichereinrichtung zu
bewirken. Zur Steuerung der Speichereinrichtung sind nur kleine,
massearme, elektrisch gesteuerte Ventile nötig. Insbesondere geht
nur die Schaltzeit des elektrisch gesteuerten Steuerventils in die
Steuergenauigkeit der Steuereinrichtung ein. Nur dieses Ventil
allein ist dem hohen Druck ausgesetzt, während das oder die Vor
steuerventile träger sein können, da sie vor dem eigentlichen
Steuerereignis betätigt werden.The control device according to the invention with the characteristic
Features of the main claim has the advantage that the
Oil pressure of the hydraulic column is used as servo control pressure,
to quickly switch the piston of the storage device
cause. Only small,
Low-mass, electrically controlled valves necessary. In particular goes
only the switching time of the electrically controlled control valve in the
Control accuracy of the control device. Only this valve
alone is exposed to the high pressure during that or the before
Control valves can be sluggish as they are before the actual one
Tax event are actuated.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar
gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing
and is described in more detail below.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In der Figur ist lediglich eines der Gaswechselventile einer Brenn
kraftmaschine gezeigt, das von der erfindungsgemäßen Steuer
einrichtung gesteuert wird. Anderen Gaswechselventilen der Brenn
kraftmaschine sind gleichartige Ausgestaltungen zugeordnet. Es ist
gezeigt ein übliches Ein- oder Auslaßventil 1, das im Zylinderkopf 2
einer Brennkraftmaschine mit seinem Ventilteller 3 einen Gaskanal 4
an der Einmündung zum Brennraum 5 steuert. Ein Schaft 6 des Ventils
ist im Zylinderkopf geführt und ragt in einen Zylinder 8, in dem ein
Stellkolben 9, der mit dem Ende des Schaftes
fest verbunden ist, zwischen der brennraumseitigen Stirnseite 10 des
Zylinders und einem Anschlag 11 verschiebbar ist. Der Stellkolben
wird dabei von einer Rückstellfeder 12 in Richtung zum Anschlag 11
beaufschlagt. Auf seiner dieser Rückstellfeder abgewandten Stirn
seite 14 des Stellkolbens stützt sich eine Druckfeder 15 ab, die an
ihrem anderen Ende in Anlage an einem Antriebskolben 17 ist, der in
einer sich an den Anschlag 11 anschließenden Bohrung 18 verschiebbar
ist und zwischen sich und der Stirnseite 14 des Stellkolbens 9 eine
hydraulische Säule 20 einschließt. Auf der der Rückstellfeder 15
abgewandten Stirnseite 21 des Antriebskolbens liegt dieser an einem
Nocken 22 einer Nockenwelle 23 an, die synchron zur Drehung der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit entsprechend untersetzter
Drehzahl angetrieben wird und über den Nocken 22 eine hin- und
hergehende Bewegung des Antriebskolbens erzeugt.In the figure, only one of the gas exchange valves of an internal combustion engine is shown, which is controlled by the control device according to the invention. Similar configurations are assigned to other gas exchange valves of the internal combustion engine. A conventional intake or exhaust valve 1 is shown which controls a gas channel 4 at the mouth of the combustion chamber 5 in the cylinder head 2 of an internal combustion engine with its valve plate 3 . A stem 6 of the valve is guided in the cylinder head and projects into a cylinder 8 in which an actuating piston 9 , which is firmly connected to the end of the stem, can be displaced between the end 10 of the cylinder on the combustion chamber side and a stop 11 . The actuating piston is acted upon by a return spring 12 in the direction of the stop 11 . On its end facing away from this return spring side 14 of the actuating piston, a compression spring 15 is supported , which at its other end is in contact with a drive piston 17 which is displaceable in a bore 18 adjoining the stop 11 and between itself and the end face 14 of the actuating piston 9 includes a hydraulic column 20 . On the return spring 15 facing away from the end face 21 of the drive piston, this rests against a cam 22 of a camshaft 23 , which is driven synchronously with the rotation of the crankshaft of the internal combustion engine at a correspondingly reduced speed and generates a reciprocating movement of the drive piston via the cams 22 .
In die Bohrung 18 mündet eine Druckmittelzuführleitung 25, die ein
in Richtung Bohrung 18 öffnendes Rückschlagventil 26 enthält. Von
der Bohrung 18 zweigt eine Verbindungsleitung 28 ab und führt zu
einer Speichereinrichtung 29. Diese besteht aus einem in einem
Speicherzylinder 30 dicht verschiebbaren Kolben 31, der auf seiner
durch eine Leckleitung 33 entlasteten Rückseite von einer Druckfeder
34 beaufschlagt ist. Dieser Kolben ist zugleich als Ventilschließ
glied eines Ventils 36 ausgebildet, in dem die Begrenzung seiner der
Druckfeder 34 abgewandten Stirnseite 37 als Dichtkante 38 aus
gebildet ist, mit der der Kolben 31 unter Einwirkung der Druckfeder
34 zur Anlage an einem Ventilsitz 39 kommt. Der Ventilsitz ist dabei
als kegelförmiger Übergang zwischen dem Durchmesser des Speicher
zylinders 30 zu einem zwischen Zylinderkopf und Stirnseite 37 des
Kolbens 31 eingeschlossenen Speicherraum 40 ausgebildet. In der
Schließstellung des Kolbens in Anlage am Ventilsitz 39 trennt dieser
den Speicherraum von einem Druckraum 41, der von einer sich an den
Ventilsitz 39 anschließenden
Ringnut in der Wand des Speicherzylinders und der Mantelfläche des
Kolbens 31 gebildet ist. In diesen Druckraum mündet die Verbindungs
leitung 28.In the bore 18 a Druckmittelzuführleitung 25 containing a bore 18 which opens in the direction of check valve 26 opens. A connecting line 28 branches off from the bore 18 and leads to a storage device 29 . This consists of a tightly displaceable in a storage cylinder 30 piston 31 which is acted upon on its relieved by a leakage line 33 back by a compression spring 34th This piston is also formed as a valve closing member of a valve 36 , in which the boundary of its end 37 facing away from the compression spring 34 is formed as a sealing edge 38 , with which the piston 31 comes to bear against a valve seat 39 under the action of the compression spring 34 . The valve seat is designed as a conical transition between the diameter of the storage cylinder 30 to a storage space 40 enclosed between the cylinder head and the end face 37 of the piston 31 . In the closed position of the piston in contact with the valve seat 39 , the latter separates the storage space from a pressure space 41 which is formed by an annular groove adjoining the valve seat 39 in the wall of the storage cylinder and the outer surface of the piston 31 . The connecting line 28 opens into this pressure chamber.
Von der Verbindungsleitung 28 zweigt eine Druckleitung 43 ab, die
ein Rückschlagventil 44, das in Abzweigrichtung öffnet, enthält und
zu einem elektrisch gesteuerten Steuerventil 46 führt. Zu diesem
Steuerventil führen auf denselben Eingang auch Druckleitungen 43′,
43′′ und 43′′′ von entsprechenden anderen Gaswechselventilen von
gleicher Ausstattung gemäß obiger Beschreibung. Das elektrisch
gesteuerte Steuerventil ist ein 2/2-Magnetventil, dessen Ausgang mit
zwei elektrisch gesteuerten Vorsteuerventilen 47 und 48 verbunden
ist, die ebenfalls als 2/2-Magnetventile ausgestaltet sind und deren
Ausgänge über jeweils eine Druckmittelleitung 50 und ein Rückschlag
ventil 51 mit dem Speicherraum 40 einer der Gaswechselventile
verbunden ist. In der Figur, die nur ein Gaswechselventil mit
Speichereinrichtung 29 zeigt, ist nur diese eine Druckmittelleitung
50 gezeigt, während die anderen Druckmittelleitungen nur angedeutet
sind. Jedes der Vorsteuerventile steuert dabei zwei Speicher
einrichtungen parallel an, wobei die von einem Vorsteuerventil
angesteuerten Speichereinrichtungen in der Folge der Betätigung der
Gaswechselventile nicht unmittelbar nacheinander in Aktion treten.
Bei einem 4-Zylindermotor mit den Zylindern 1 bis 4 und der
Betätigungsfolge jeweils eines der Gaswechselventile dieser Zylinder
von 1-3-4-2 steuert dann zum Beispiel das Vorsteuerventil 48 die
Speichereinrichtungen der Gaswechselventile von Zylinder 1 und 4 an
und das Vorsteuerventil 47 die Speichereinrichtungen der Gaswechsel
ventile zu den Zylindern 2 und 3 an.A pressure line 43 branches off from the connecting line 28 and contains a check valve 44 that opens in the branching direction and leads to an electrically controlled control valve 46 . To this control valve lead to the same input pressure lines 43 ', 43 ''and 43 ''' of corresponding other gas exchange valves of the same equipment as described above. The electrically controlled control valve is a 2/2 solenoid valve, the output of which is connected to two electrically controlled pilot valves 47 and 48 , which are also designed as 2/2 solenoid valves and whose outputs each have a pressure line 50 and a check valve 51 with the Storage space 40 one of the gas exchange valves is connected. In the figure, which shows only one gas exchange valve with storage device 29 , only this one pressure medium line 50 is shown, while the other pressure medium lines are only indicated. Each of the pilot valves controls two storage devices in parallel, the storage devices controlled by a pilot valve not coming into action immediately after one another as a result of the actuation of the gas exchange valves. For a 4-cylinder engine with the cylinders 1 to 4 and the operating sequence in each case one of the gas exchange valves of these cylinders of 1-3-4-2 then controls, for example, the pilot valve 48, the storage means of the gas exchange valves of cylinders 1 and 4 and the pilot valve 47, the Storage devices of the gas exchange valves to cylinders 2 and 3.
Bei betriebener Brennkraftmaschine verstellt der Nocken 22 den
Antriebskolben 17 zum Beispiel in Öffnungsrichtung des Gaswechsel
ventils 1. Ist die Speichereinrichtung 29 mit dem Ventil 26
in Schließstellung und ist das Steuerventil 46 geschlossen, so
wird zwischen dem Antriebskolben 17 und dem Stellkolben 9 eine
unveränderliche hydraulische Säule 20 eingespannt, die bei Bewegung
des Antriebskolbens zugleich den Stellkolben 9 bewegt und damit das
Gaswechselventil in Öffnungsstellung bringt. Das Gaswechselventil
bewegt sich dabei synchron zur Bewegung des Nockens 22 hin- und
hergehend zwischen Offen- und Schließstellung. Soll die so vor
gegebene Steuerzeit des Gaswechselventils geändert werden, so kann
die hydraulische Säule durch Betätigung der Speichereinrichtung 29
verändert werden. Zur Reduzierung des Öffnungshubes wird dabei zu
einem bestimmten Zeitpunkt das Ventil 36 geöffnet, so daß der
Antriebsdruck des Stellkolbens entfällt und dieser in seiner End
stellung am Anschlag 11 zurückkehrt. Damit ist die Öffnungsphase des
Gaswechselventils frühzeitig beendet. Die weiterhin vom Antriebs
kolben verdrängte Druckmittelmenge nimmt der Speicherkolben 31 auf.
Bei zurückgehendem Antriebskolben wird die so aufgenommene Druck
mittelmenge wieder der hydraulischen Säule 20 zugeführt. Eventuell
abströmende Leckmengen können über die Druckmittelleitung 25 und das
Rückschlagventil 26 in dieser Phase ersetzt werden.When the internal combustion engine is operating, the cam 22 adjusts the drive piston 17, for example in the opening direction of the gas exchange valve 1 . If the storage device 29 with the valve 26 is in the closed position and the control valve 46 is closed, an invariable hydraulic column 20 is clamped between the drive piston 17 and the control piston 9 , which at the same time moves the control piston 9 when the drive piston moves, and thus the gas exchange valve in the open position brings. The gas exchange valve moves back and forth synchronously with the movement of the cam 22 between the open and closed positions. If the control timing of the gas exchange valve to be changed in this way, the hydraulic column can be changed by actuating the storage device 29 . To reduce the opening stroke, the valve 36 is opened at a certain point in time, so that the drive pressure of the actuating piston is omitted and this returns to the stop 11 in its end position. The opening phase of the gas exchange valve is thus ended early. The still displaced by the drive piston amount of pressure medium, the storage piston 31 . When the drive piston returns, the quantity of pressure so absorbed is fed back to the hydraulic column 20 . Any leakage quantities flowing out can be replaced via the pressure medium line 25 and the check valve 26 in this phase.
Die Steuerung des Ventils 36 der Speichereinrichtung 29 erfolgt
folgendermaßen: Wird die hydraulische Säule 20 bei beginnender
Bewegung des Antriebskolbens 17 unter Druck gesetzt, so steht dieser
Druck auch vor dem Steuerventil 46 an. Durch eine Steuereinrichtung
53 ist ferner eines der Vorsteuerventile 47 oder 48 in Öffnungs
stellung gebracht, so daß z. B. eine Verbindung zwischen dem Steuer
ventil 46 und der Speichereinrichtung des ersten und vierten
Zylinders besteht. Von diesen Zylindern soll laut Steuerplan der
Brennkraftmaschine jedoch nur der Zylinder 1 betätigt werden. An
diesem steht auch über die Verbindungsleitung 28 der hydraulische
Druck der hydraulischen Säule an. Der Kolben 31 des Gaswechsel
ventils des Zylinders 4 ist wegen fehlender Betätigung des
entsprechenden Antriebskolben 17 nicht druckbeaufschlagt. Zur
Auslösung der Öffnung des Ventils 36 wird dann durch die Steuer
einrichtung 53 das Steuerventil, das ein sehr schnell schaltendes
Ventil ist, aufgesteuert, so daß ein Druckstoß über die Druckmittel
leitung 50 in den Speicherraum 40 gelangt. Dieser Druckstoß vermag
den Kolben 31 sehr schnell von seinem Ventilsitz 39 abzuheben,
wodurch dann der Druck der hydraulischen Säule an der gesamten
Stirnfläche 37 des Kolbens 31 wirksam wird und dieser dann, wie in
Auslegung der Rückstellfeder 34 vorgesehen, die hydraulische Säule
durch Entnahme von Druckmittel soweit entlastet, daß trotz Bewegung
des Antriebskolbens 17 der Stellkolben 9 in seine Ausgangsstellung
am Anschlag 11 zurückkehrt. Der Druckstoß, der in den parallel
geschalteten Speicher zum Zylinder 4 ebenfalls zur Wirkung kommt,
bewirkt jedoch dort keinen Steuervorgangn, da die hydraulische Säule
dort nicht unter Druck steht und sich das Gaswechselventil sowieso
in Schließstellung befindet.The valve 36 of the storage device 29 is controlled as follows: If the hydraulic column 20 is pressurized when the drive piston 17 begins to move, this pressure is also present in front of the control valve 46 . By a control device 53 one of the pilot valves 47 or 48 is also brought into the opening position, so that, for. B. there is a connection between the control valve 46 and the storage device of the first and fourth cylinders. Of these cylinders, however, only cylinder 1 should be actuated according to the internal combustion engine control plan. The hydraulic pressure of the hydraulic column is also present at this via the connecting line 28 . The piston 31 of the gas exchange valve of the cylinder 4 is not pressurized due to the lack of actuation of the corresponding drive piston 17 . To trigger the opening of the valve 36 is then controlled by the control device 53, the control valve, which is a very fast switching valve, so that a pressure surge through the pressure medium line 50 reaches the storage space 40 . This pressure surge is able to lift the piston 31 very quickly from its valve seat 39 , as a result of which the pressure of the hydraulic column on the entire end face 37 of the piston 31 then becomes effective and, as provided in the design of the return spring 34 , the hydraulic column by removing pressure medium relieved to the extent that, despite movement of the drive piston 17, the actuating piston 9 returns to its starting position at the stop 11 . The pressure surge, which also comes into effect in the cylinder 4 connected in parallel, does not cause any control processes there, since the hydraulic column is not under pressure there and the gas exchange valve is in the closed position anyway.
Mit dieser Ausgestaltung kann bei geringen Anforderungen an die
Druckmittelversorgung eine sehr exakte Steuerung der Gaswechsel
ventile auch bei hohen Drehzahlen erzielt werden.With this configuration, the requirements for the
Pressure medium supply a very precise control of the gas changes
valves can be achieved even at high speeds.