DE60118858T2

DE60118858T2 - Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE60118858T2
Application number: DE60118858T
Authority: DE
Inventors: Marcello Cristiani; Nicola Morelli
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: BR0105303B1; ITBO20000548A0; ES2261312T3; ITBO20000548A1; DE60118858D1; US20020035975A1; BR0105303A; US6510825B2; EP1191193B1; EP1191193A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für motorgetriebene Vehikel und desgleichen.
Bekanntlich werden gegenwärtig Verbrennungsmotoren getestet, deren Einlass- und Auslassventile, die wahlweise die Verbrennungskammer des Motors mit dem Einlass- und Auslasskrümmer des Motors verbinden mittels elektromagnetischer von einer elektronischen Steuerung angetriebener Stelleinrichtungen betätigt. Diese Lösung ermöglicht es die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung der Ventile in einer sehr präzisen Art als Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und anderer Betriebsparameter des Motors zu variieren, um die Leistung des Motors nachhaltig zu erhöhen.
Die elektromagnetische Stelleinrichtung, die gegenwärtig die beste Leistung bietet, ist entlang des Schaftes des Ventils der Brennkraftmaschine angeordnet, um exakter bewegt zu werden, und beinhaltet einen tragenden Rahmen, der an dem Zylinderkopf gesichert ist, einen schwingenden Hebel aus einem ferromagnetischen Material, deren erstes Ende an dem tragenden Rahmen schwingbar um eine senkrecht zu der longitudinalen Achse des Ventils angeordneten Rotationsachse aufgehängt ist, und das zweite Ende als ein gebogener Finger geformt brückenartig an dem oberen Ende des Ventilschafts angeordnet ist, und ein Paar von Elektromagneten an gegenüber liegenden Seiten des zentralen Bereichs des schwingenden Hebels angeordnet sind, um in der Lage zu sein per Steueranweisung magnetisch anzuziehen, und alternativ um den schwingenden Hebel in eine Rotationsbewegung um seine Rotationsachse zu versetzen.
Die elektromagnetische Stelleinrichtung umfasst letztlich zwei elastische Elemente, von denen das erste vorgesehen ist, um das Ventil des Motors in der geschlossenen Stellung zu halten, und das zweite von ihnen vorgesehen ist, um den schwingenden Hebel in einer solchen Position zu halten, in der die Öffnungsstellung des Ventils maximal ist. Die zwei elastischen Elemente agieren einander entgegen gesetzt und sind so dimensioniert, dass wenn beide Elektromagnete deaktiviert sind sie in einem Gleichgewicht positioniert werden, der schwingende Hebel in einer Ruhestellung ist, in welcher er sich im Wesentlichen gleich distanziert von den Polkernen der zwei Elektromagnete befindet, um hierdurch das Ventil des Motors in einer mittleren Stellung zwischen seinem geschlossenen und maximal offenen Zustand zu halten.
Unglücklicherweise können die oben beschriebenen elektromagnetischen Stelleinrichtungen nur gut funktionieren, d.h. das volle Öffnen und Schließen der Ventile des Motors sicherstellen, wenn der Motor bei relativ niedriger Drehgeschwindigkeit betrieben wird. Experimentelle Versuche haben eine wesentliche Verschlechterung der Motorleistung bei Rotationsgeschwindigkeiten höher als 6000 U/min gezeigt, was direkt der Fehlfunktion der elektromagnetischen Stelleinrichtungen zugeordnet werden kann. Dieser konstruktionsbedingte Nachteil ist offenbar mit den maximalen Drehgeschwindigkeiten, die von gegenwärtig wirtschaftlich erhältlichen Brennkraftmaschinen von kleinen und mittleren Kubikvolumen erreicht werden, nicht vereinbar.
Um die oben beschriebenen Nachteile auszumerzen, wurden zunehmend Testreihen an Brennkraftmaschinen gestartet, bei welchen die Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine durch elektrohydraulische Stelleinrichtungen bewegt werden, die offenbar ebenso von einer elektronischen Steuerung angetrieben sind.
Versuche wurden insbesondere an Brennkraftmaschinen ausgeführt, die für jedes Einlass- oder Auslassventil der Brennkraftmaschine eine lineare hydraulische Stelleinrichtung aufweisen, die axial angeordnet ist, um das entsprechende Ventil von der geschlossenen Position zur Position maximaler Öffnung durch die Überwindung der Kraft eines elastischen Elementes zu versetzen, das zur Beibehaltung des Ventils in geschlossener Position vorgesehen ist, und einen elektronisch gesteuerten hydraulischen Verteiler für die Steuerung des Flusses des unter Druck stehenden Öls zu und von der hydraulischen Stelleinrichtung umfasst, so dass das Ventil von der geschlossenen Position zu der Position maximaler Öffnung versetzt wird.
Um die Anforderungen an das unter Druck stehende Öl zu erfüllen sind ferner Brennkraftmaschinen getestet worden, die mit einer hydraulischen Schaltung ausgestattet sind, die einen Sammelbehälter in dem das Öl für die Versorgung der Stelleinrichtungen bei umgebendem Druck gespeichert ist und eine Pumpeneinheit für die Versorgung der hydraulischen Verteiler mit dem Drucköl durch Entnahme des Öls direkt aus dem Sammelbehälter aufweist.
Jeder elektrisch gesteuerter hydraulischer Verteiler ist an eine hydraulische Schaltung angeschlossen, so dass er die entsprechende hydraulische Stelleinrichtung in direkte Verbindung mit dem Ausgang der Pumpeneinheit bringt, wenn es nötig ist das Ventil von der geschlossenen Position zu der offenen Position zu versetzen, und mit dem Sammelbehälter, wenn es nötig ist das Ventil von der offenen Position zu der geschlossenen Position zu versetzen. In dem ersten Fall fließt das unter Druck stehende Öl in die lineare hydraulische Stelleinrichtung. In dem zweiten Fall fließt das unter Druck stehende und die lineare hydraulische Stelleinrichtung füllende Öl direkt in den Sammelbehälter ab.
Mit anderen Worten, das gesamte unter Druck stehende Öl, das der hydraulischen Stelleinrichtung während der Bewegung des Ventils von der geschlossenen Position zu der offenen Position zur Verfügung gestellt wird, ist direkt in den Sammelbehälter während der Bewegung des Ventils von der Position der maximalen Öffnung zu der geschlossenen Position unter der Einwirkung des für die Rückhaltung des Ventils im geschlossenen Zustand vorgesehenen elastischen Elementes entladen.
Der Hauptnachteil der Lösung, die wie oben beschrieben elektrohydraulische Stelleinrichtungen benutzt, ist dass die Anforderungen an das unter Druck stehende Öl besonders hoch sind, und mehr noch proportional der Anzahl der Umdrehungen des Motors anwachsen und den Einsatz von Pumpeneinheiten erforderlich machen, die so sperrig sind, dass sie praktisch nicht einsetzbar im Bereich der motorgetriebenen Vehikel sind.
WO-1-93/01399 beschreibt eine Brennkraftmaschine für motorgetriebene Vehikel und dergleichen, die wenigstens ein Einlass- und/oder Auslassventil enthält, das sich axial zwischen einer geschlossenen Position und einer maximal offenen Position bewegt und Mittel für die Versetzung des Ventils enthält, die auf eine Steueranweisung wenigstens dieses eine Ventil zwischen der geschlossenen Position und der Position der maximalen Öffnung bewegen, wobei die Mittel für die Versetzung des Ventils ein elastisches Element zur Rückhaltung wenigstens dieses einen Ventils in der geschlossenen Position umfassen, eine hydraulische Betätigungseinrichtung vorgesehen wahlweise für die Versetzung dieses Ventils von der geschlossenen Position zu der Position der maximalen Öffnung durch eine gegen die Wirkung des elastischen Elementes gerichtete Wirkung, und eine hydraulische Schaltung für die Zuführung des unter Druck stehenden Öls zu der hydraulischen Stelleinrichtung, wobei die hydraulische Stelleinrichtung einen Zuleitung beinhaltet, die an die hydraulische Stelleinrichtung angeschlossen ist, und pumpende Mittel um die unter Druck stehende Flüssigkeit in die Zuleitung einzuspeisen, wobei die Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet ist, dass die pumpenden Mittel das elastische Element und die hydraulische Stelleinrichtung umfassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, deren elektrohydraulische Stelleinrichtungen wesentlich niedrigere Anforderungen an das unter Druck stehende Öl ha ben, als die aktuellen Stelleinrichtungen. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die zugehörenden Zeichnungen beschrieben, die ihre nichteinschränkende Ausführung zeigen, wobei:
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeigt, in dem einige Teile wegen Klarheit entfernt worden sind und durch andere ein Querschnitt ausgeführt wurde;
2 einen Querschnitt durch eine Ausführung einer Komponente der hydraulischen Schaltung der Brennkraftmaschine aus 1 zeigt;
3, 4, 5 und 6 sind Steuerdiagramme der Brennkraftmaschine nach 1.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine für motorgetriebene Vehikel und desgleichen in einer Gesamtbaugruppe 1 gezeigt, die eine Basis 2, eine Mehrzahl von axial gleitend in den jeweiligen zylindrischen Öffnungen 4 der Basis 2 montierten Kolben 3 und einen an von oben der Basis 2 positionierten Kopf 5, der die zylindrischen Öffnungen 4 schließt, umfasst.
Zusammen mit dem Kopf 5 bildet jeder Kolben 3 in der jeweiligen zylindrischen Öffnung 4 eine Brennkammer 6 mit einem variablen Volumen, wobei der Kopf 5 für jede Brennkammer 6 mit wenigstens einem Einlassgang 7 und wenigstens einem Auslassgang 8 ausgestattet ist, die vorgesehen sind die jeweilige Brennkammer mit dem Einlasskrümmer und mit dem Auslasskrümmer des Motors 1 zu verbinden, wobei beide von einer bekannten Art und nicht dargestellt sind.
In 1 ist die Brennkraftmaschine 1 letztlich mit einer Gruppe von Ventilen ausgestattet, die für die Steuerung des Luftflusses in die Brennkammer 6 über den Einlassgang 7 und für die Entladung der Verbrennungsgase aus der Brennkammer 6 über den Auslassgang 8 vorgesehen sind.
Der Motor 1 hat insbesondere am Eingang eines jeden Ganges, sowohl eines Einlassgangs 7 wie eines Auslassgangs 8, ein entsprechendes pilzförmiges Ventil 9 vom bekannten Typ, welches in dem Kopf 5 mit seinem Schaft 10 axial gleitend durch den Kopf 5 montiert ist und sein Kopf 11 sich axial in der Öffnung dieses Ganges bewegt, so dass es zwischen der geschlossenen Position, bei welcher der Kopf 11 des Ventils 9 das Entweichen der Gase durch Einlass- oder Auslassgänge 7, 8 zu und von der Brennkammer 6 verhindert, und der Position maximaler Öffnung sich bewegen kann, bei welcher der Kopf 11 des Ventils 9 den Gasen durch Einlass- oder Auslassgänge 7, 8 zu und von der Brennkammer 6 mit der maximalen erreichbaren Flussrate das Fließen ermöglicht.
Die am Eingang des Einlassganges 7 positionierten Ventile 9 sind gewöhnlich als "Einlassventile" bekannt und die am Eingang des Auslassganges 8 positionierten Ventile 9 sind gewöhnlich als "Auslassventile" bekannt.
In 1 enthält der Motor 1 ferner für jedes Einlassventil 9 und/oder Auslassventil 9 einen elastischen Teil 12, der das Ventil 9 in der geschlossenen Position hält und eine lineare Stelleinrichtung 13, die für die Versetzung des Ventils 9 von der geschlossenen Position zu der Position der maximalen Öffnung durch Überwindung der Kraftwirkung des elastischen Teils 12 vorgesehen ist.
In der gezeigten Ausführung ist jeder elastische Teil 12 durch eine vorgespannte Spiralfeder 12 geformt, die an dem Schaft 10 des Ventils 9 ausgerichtet ist, so dass ihr erstes Ende an dem Kopf 5 anliegt, und ihr zweites Ende an einem starr mit dem Schaft 10 des Ventils 9 verbundenen Anstoßflansch 14 anliegt.
Jede der linearen hydraulischen Stelleinrichtungen 13 ist mit einem herausragenden Stiel 15 ausgestattet, der sich axial zwischen einer Vorwärtsposition, in der es außerhalb von dem Gehäuse 16 der Stelleinrichtung 13 für eine vorbestimmte Länge L' herausragt und einer eingezogenen Position, in der es außerhalb von dem Gehäuse 16 der Stelleinrichtung 13 für eine vorbestimmte Länge L'' kürzer als L' herausragt, bewegen kann.
Jede der linearen hydraulischen Stelleinrichtungen 13 ist außerdem über dem zugehörigen Ventil 9 mit ihrem herausragenden Stiel 15 koaxial angeordnet und anliegend an dem Schaft 10 des Ventils 9 montiert, um fähig zu sein das Ventil 9 durch Versetzung des herausragenden Stiels 15 zwischen der Vorwärtsposition und der eingezogenen Position zu bewegen.
In diesem Fall, wenn der herausragende Stiel 15 in der eingezogenen Position ist, ist das Ventil 9 geschlossen, und wenn der herausragende Stiel 15 in der Vorwärtsposition ist, dann ist das Ventil 9 in der Position der maximalen Öffnung.
In der gezeigten Ausführung umfasst jede der linearen hydraulischen Stelleinrichtungen 13 insbesondere einen Kolben 17, der axial gleitend in einer zylindrischen Öffnung 18 montiert ist, die in dem Gehäuse der hydraulischen Stelleinrichtung vorgesehen ist.
Der herausragende Stiel 15 der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 ist koaxial mit dem Kolben 17 angeordnet und ist mit einem Ende starr mit diesem Kolben 17 verbunden, während der letztere das variable Volumen der Kammer 18a definiert, für die wahlweise Befüllung mit dem unter Druck stehenden Öl innerhalb der zylindrischen Öffnung 18 vorgesehen. Dieses unter druck stehende Öl ist befähigt eine Kraft auf den Kolben 17 auszuüben, die axial wirksam ist, um diesen Kolben 17 innerhalb der zylindrischen Öffnung 18 zu bewegen, so dass das Volumen der variablen Kammer maximiert wird.
Da der herausragende Stiel 15 der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 starr mit dem Kolben 17 verbunden ist, wird die Versetzung dieses Kolbens von der Position, in der das Volumen der variablen Kammer 18a minimal ist, zu der Position, in der das Volumen der variablen Kammer 18a maximal ist, von einer Versetzung des herausragenden Stiels 15 von der eingezogenen Position zu der Vorwärtsposition begleitet.
Um dem unter Druck stehenden Öl das Fliessen in und aus der variablen Kammer 18a zu ermöglichen ist jede lineare hydraulische Stelleinrichtung 13 letztlich mit einem Durchgang 19 ausgestattet, der durch das Gehäuse 16 der Stelleinrichtung hindurchführt, um die variable Kammer 18a in Verbindung mit der Atmosphäre zu bringen.
Wie in 1 dargestellt umfasst der Motor 1 letztlich eine hydraulische Schaltung 20 für die Bereitstellung des unter Druck stehenden Öls entsprechend den Anforderungen der linearen hydraulischen Stelleinrichtungen 13 an das unter Druck stehende Öl.
In der gezeigten Ausführung umfasst diese hydraulische Schaltung einen Sammelbehälter 21, in dem das Öl für die linearen hydraulischen Stelleinrichtungen 13 bei Umgebungsdruck gespeichert ist, einen Satz von elektronisch gesteuerten hydraulischen Verteilern 22, jeder von denen für die Steuerung des Flusses des unter Druck stehenden Öls zu und von der jeweiligen linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 vorgesehen ist und ein Pumpenmittel 23 für die direkte Entnahme des Öls aus dem Sammelbehälter 21 und für die Versorgung mehrerer hydraulischer Verteiler 22 mit dem unter druck stehenden Öl durch eine Abgabeleitung 24.
In der gezeigten Ausführung ist der Antrieb des Pumpenmittels 22 durch Rotation direkt von der Welle der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Die hydraulische Schaltung 20 beinhaltet ferner einen Druckregler 25 positioniert direkt nach der Pumpeneinheit 23 in ihrem Flussstrang, vorgesehen für die Beibehaltung des Öldrucks in der Abgabeleitung 24 bei einem vorgegebenen Wert (z.B. bei 100 bar), einen Sammelbehälter 26 für das unter Druck stehende Öl, in dem das in der Abgabeleitung 24 fließende unter Druck stehende Öl gespeichert ist und einen Überdruckdämpfer 27, der vorgesehen ist, um mögliche Druckspitzenwerte abzufangen, die bei einem normalen Betrieb des Motors 1 auftreten können.
Es ist anzumerken, dass in einer anderen Konfiguration die Abgabeleitung so dimensioniert werden kann, dass sie in der Lage ist eine vorbestimmte Menge des unter Druck stehenden Öls in sich aufzunehmen und somit selbst als ein Sammelbehälter für das unter Druck stehende Öl dient. In diesem Fall wird der Sammelbehälter 26 durch die Abgabeleitung 24 geformt.
Der Motor 1 umfasst letztlich eine elektronische Steuereinheit 28, um die hydraulischen Verteiler 22 anzutreiben und Augenblick für Augenblick die Position des herausragenden Stiels 15 jeder hydraulischen Stelleinheit 13 und hierdurch die Position von jedem Ventil 9 zu steuern.
Jeder der hydraulischen Verteiler 22 ist gleichzeitig an die Abgabeleitung 24, an die variable Kammer 18a der entsprechenden linearen hydraulischen Stelleinheit 13 und an eine Auslassleitung 29 angeschlossen, die in direkter Verbindung mit dem Sammelbehälter 21 steht, und beinhaltet ein Abgabe-Elektroventil 30, das wahlweise die Abgabeleitung in Verbindung mit der variablen Kammer 18a bringt, um dem unter Druck stehenden Öl den Zufluss in die variable Kammer 18a zu ermöglichen.
Jeder hydraulische Verteiler 22 beinhaltet ferner ein Abgas-Elektroventil 31, das wahlweise die Abgabeleitung 29 in Verbindung mit der variablen Kammer 18a bringt, um dem unter Druck stehenden Öl eine Entladung direkt in den Sammelbehälter 21 zu ermöglichen.
Wie später noch erklärt wird, im Unterschied zu den bekannten hydraulischen Schaltern ist die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 dafür vorgesehen das Abgabe-Elektroventil 30 des hydraulischen Verteilers 22 für wenigstens einen Teil des Schließhubs des zugehörigen Ventils 9 offen zu halten, d.h. für wenigstens einen Teil des Versetzungshubs des Ventils 9 von der Position der maximalen Öffnung zu der geschlossenen Position, um hierdurch das in der variablen Kammer 18a unter Druck stehende Öl zurück heraus aus der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 in die Abgabeleitung 24 und/oder in den Sammelbehälter 26 fließen zu lassen.
Mit anderen Worten, die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 benutzt die in dem elastischen Teil 12 während der Versetzung des Ventils 9 von der geschlossenen Position zu der Position der maximalen Öffnung gespeicherte elastische Energie, um die lineare hydraulische Stelleinrichtung 13, die das Ventil 9 betätigt in eine Pumpe zu verwandeln, die in der Lage ist das in der variablen Kammer 18a unter Druck stehende Öl zurück in die Abgabeleitung 24 und/oder in den Sammelbehälter 26 der hydraulischen Schaltung 20 zu befördern.
Mehr noch, im Unterschied zu den bekannten hydraulischen Schaltern ist die elektronische Steuereinheit 28 dafür vorgesehen das Abgas-Elektroventil 31 des hydraulischen Verteilers 22 nur während der Endphase des Schließhubs des zugehörigen Ventils 9 zu öffnen, um hierdurch einen Teil des in der variablen Kammer 18a unter Druck stehenden Öls, den der elastische Teil 12 nicht in die Abgabeleitung 24 und/oder Sammelbehälter 26 befördern kann, in den Sammelbehälter 21 zurückfließen zu lassen.
Die Funktion des Motors 1 wird nun unter der Annahme beschrieben, dass das Ventil 9 in der geschlossenen Position ist und hierfür das Abgabe-Elektroventil 30 geschlossen ist und die variable Kammer 18a der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 das minimale Volumen hat und über das offensichtlich offene Abgas-Elektroventil 31 in direkter Verbindung mit der Auslassleitung 29 steht.
Wenn das Ventil 9 von der geschlossenen Position in die Position der maximalen Öffnung versetzt werden soll veranlasst die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 den hydraulischen Verteiler 22 das Abgabe-Elektroventil 30 zu öffnen und das Abgas-Elektroventil 31 zu schließen.
Mit Bezug auf die 3 und 4, die als eine Funktion der Zeit den Wert der axialen Kraft zeigen, die durch den elastischen Teil 12 erzeugt wird, und den Zustand des Abgabe-Elektroventils 30, wobei die Öffnung des Abgabe-Elektroventils 30 dem unter Druck stehenden Öl den Eintritt in die variable Kammer 18a ermöglicht und ein resultierendes schnelles Anwachsen der Kraft bewirkt, die durch das unter Druck stehende Öl an dem Kolben 17 der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 entsteht. Sobald die durch das unter Druck stehende Öl erzeugte Kraft den Wert F0 übersteigt, der durch die Spiralfeder 12 vorgegeben ist, beginnt der Kolben 17 sich zu bewegen, und versetzt den herausragenden Stiel 15 der hydraulischen Stelleinrichtung 13 von der eingezogenen in die Vorwärtsposition.
Für die erste Hälfte des Öffnungshubs des Ventils 9, d.h. für die erste Hälfte der Versetzung des Ventils von der geschlossenen Position zu der Position maximaler Öffnung wird der Kolben 17 allmählich beschleunigt bis die durch das unter Druck stehende Öl erzeugte Kraft nicht mehr gleich dem Wert F0 der von der Spiralfeder 12 erzeugten Gegenkraft ist.
Auf dem halben Weg während des Öffnungshubs des Ventils 9 ist die von der Spiralfeder 12 erzeugte Kraft durch die von dem unter Druck stehendem Öl an dem Kolben 17 erzeugte Kraft ausgeglichen. Ab diesem Augenblick beginnt der Kolben 17 sich zu verlangsamen und benutzt die kinetische Energie um die Spiralfeder 12 zu komprimieren.
Mit Bezug zur 6, die einen zeitlichen Funktionsverlauf der Anhebung des Ventils 9 zeigt, ist am Ende des Öffnungshubs, d.h. wenn der herausragende Stiel 15 der hydraulischen Stelleinrichtung 13 in der Vorwärtsposition ist und das Ventil 9 in der Position maximaler Öffnung ist, zu sehen, wie die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 den hydraulischen Verteiler 22 veranlasst das Abgabe-Elektroventil 30 zu schließen.
In diesem Moment sind das Abgabe-Elektroventil 30 und das Abgas-Elektroventil 31 beide geschlossen, das unter Druck stehende Öl kann in keiner Richtung fließen, und hierdurch jegliche Bewegung des Kolbens 17 in der zylindrischen Öffnung 18 blockiert ist. Das Ventil 9 bleibt hierdurch in der Position maximaler Öffnung blockiert, wobei die Spiralfeder 12 ihre maximale axiale Kraft FM an dem herausragenden Stiel 15 der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 und hierdurch an dem Kolben 17 erzeugt.
Wenn das Ventil 9 von der Position der maximalen Öffnung zu der geschlossenen Position versetzt werden soll, veranlasst die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 den hydraulischen Verteiler 22 das Abgabe-Elektroventil 30 erneut zu öffnen und das Abgas-Elektroventil 31 geschlossen zu halten.
Da der Kolben 17 von der durch die Spiralfeder 12 erzeugten Kraft angesprochen ist und diese Kraft in der Lage ist das in der variablen Kammer 18a unter Druck stehende Öl auf einen höheren Druck zu bringen, als der Druck des in der Abgabeleitung 24 enthaltenen Öls, veranlasst die Öffnung des Abgabe-Elektroventils 30 das unter Druck stehende Öl aus der variablen Kammer 18a in die Abgabeleitung 24 zu fließen, wodurch die an dem Kolben 17 der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 durch das unter Druck stehende Öl verursachte Kraft reduziert wird.
Für die erste Hälfte des Versetzungsweges des Ventils 9 von der Position der maximalen Öffnung zu der geschlossenen Position ist die durch die Spiralfeder 12 erzeugte Kraft größer als die durch das unter druck stehende Öl an dem Kolben 17 erzeugte Kraft, woraus resultierend der Kolben 17 sich allmählich beschleunigt. Ungefähr in der Mitte des Weges während des Schließhubs des Ventils 9 ist die axiale durch Spiralfeder 12 erzeugte Kraft wieder durch die Kraft des unter Druck stehenden an dem Kolben 17 wirkenden Öls ausgeglichen, wodurch resultierend der Kolben 17 beginnt allmählich sich zu verlangsamen und benutzt die restliche kinetische Energie um einen Teil des immer noch in der variablen Kammer 18a unter Druck stehenden Öls in die Abgabeleitung 24 zu pumpen.
Mit Bezug auf die 5, die als eine Funktion der Zeit den Zustand des Abgas-Elektroventils 31 zeigt, wird, wenn die Spiralfeder 12 nicht länger fähig ist eine axiale Kraft an dem Kolben 17 auszuüben, die ausreicht um das unter Druck stehende Öl aus der variablen Kammer 18a in die Abgabeleitung 24 zu befördern, die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 den hydraulischen Verteiler 22 veranlassen das Abgabe-Elektroventil 30 zu schließen und das Abgas-Elektroventil 31 zu öffnen, so dass der verbleibende Teil des unter Druck stehenden Öls, das in der hydraulischen Stelleinrichtung 13 enthalten ist, direkt in den Sammelbehälter 21 entladen wird.
In diesem Augenblick kann das Ventil 9 den Schließhub abschließen und hierbei nur den Teil des unter Druck stehenden Öls in den Sammelbehälter 21 entladen, der aufgrund mechanischer Verluste nicht durch die Spiralfeder 12 zurück zu gewinnen ist.
Wenn das Ventil 9 die geschlossene Position erreicht hat kann die elektronische Steuereinheit 28 des Motors 1 den hydraulischen Verteiler 22 sofort veranlassen das Abgas-Elektroventil 31 zu schließen, oder es für eine vorbestimmte Zeitdauer offen zu halten.
Grundsätzlich bedeutet es daher, dass in Steuerungssystemen für Ventile der Brennkraftmaschinen die für die Bewegung der Ventile benötigte Energie in eine während der Bewegung der Ventile unwiederbringlich zerstreute Energie und in eine "oszillierende" Energie, die für die abwechselnde Bewegung der Ventile benötigt wird, aufgeteilt werden kann. In den gegenwärtig bekannten Brennkraftmaschinen ist die gesamte Energie, die für die Bewegung der Ventile benötigt ist zerstreut, während bei der hier beschriebenen und dargestellten Brennkraftmaschine die "oszillierende" Energie zurück gewonnen wird, wodurch die Leistung des Motors gesteigert wird.
Die Vorteile liegen auf der Hand: durch diese Lösung muss das Pumpenmittel 23 so dimensioniert werden, dass es den Fluss des unter Druck stehenden Öls lediglich gewährleistet, um den sehr kleinen Teil des Öls, das direkt in den Sammelbehälter 21 entladen wird, umzuwälzen.
Es ist anzumerken, dass Modifikationen und Varianten des beschriebenen und dargestellten Motors 1 denkbar sind, ohne dass hierdurch von der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Insbesondere mit dem Bezug auf die 2 enthält der hydraulische Verteiler 22 der hydraulischen Schaltung 20 kein Abgas-Elektroventil 31. In diesem all wird die Entladung des Teils des unter Druck stehenden Öls, das nicht durch die Spiralfeder 12 zurück in die Abgabeleitung 24 und/oder in den Sammelbehälter 26 befördert werden konnte, mittels eines Gleitventils 32 vom bekannten Typ ausgeführt, das direkt in der hydraulischen Stelleinrichtung 13 eingerichtet ist. Dieses Gleitventil 32 ist insbesondere so geformt, dass es die variable Kammer 18a der linearen hydraulischen Stelleinrichtung 13 direkt in Kontakt mit der Auslassleitung 29 bringen kann, wenn der Kolben 17 die Endphase des Schließhubs des Ventils 9 hindurch passiert.

Claims

Brennkraftmaschine (1) für Kraftfahrzeuge und dergleichen umfassend wenigstens ein Einlaßventil (9) und/oder Auslaßventil (9), das sich axial zwischen einer geschlossenen Position und einer Position maximaler Öffnung bewegt, und Mittel (12, 13, 20) zum Bewegen der Ventile, die geeignet sind, auf Befehl wenigstens dieses eine Ventil (9) zwischen der geschlossenen Position und der Position maximaler Öffnung zu bewegen, wobei die Ventilbewegungsmittel (12, 13, 20) einen elastischen Teil (12), der geeignet ist, wenigstens dieses eine Ventil (9) in der geschlossenen Position zu halten, eine hydraulische Stelleinrichtung (13), die selektiv geeignet ist, um wenigstens dieses eine Ventil (9) von der geschlossenen Position in die Position maximaler Öffnung zu bewegen, indem sie der Wirkung des elastischen Teils (12) entgegen wirkt, und eine hydraulische Schaltung (20) aufweist, die geeignet ist, Druckmittel zu der hydraulischen Stelleinrichtung (13) zu liefern; wobei die Hydraulikschaltung (20) eine Abgabeleitung (24), die mit der hydraulischen Stelleinrichtung (13) verbunden ist, Pumpenmittel (22, 12, 23), die geeignet sind, Druckmittel an die Abgabeleitung (24) zu liefern, einen Sammelbehälter (21), in dem das Strömungsmittel, das an die hydraulische Stelleinrichtung (13) geliefert werden soll, gespeichert werden kann, und wenigstens einen elektronisch gesteuerten, hydraulischen Verteiler (22) aufweist, der geeignet ist, die Strömung des Druckmittels in und aus der hydraulischen Stelleinrichtung (13) zu regeln; wobei der hydraulische Verteiler (22) zwischen der hydraulischen Stelleinrichtung (13) und der Abgabeleitung (24) bzw. dem Sammelbehälter (21) angeordnet ist; wobei die Brennkraftmaschine (1) auch eine elektronische Steuereinheit (28) umfasst, die geeignet ist, den wenigstens einen hydraulischen Verteiler (22) anzutreiben sowie die Pumpenmittel (22, 12, 13), die den elastischen Teil (12) und die hydraulische Stelleinrichtung (13) umfassen; wobei die Brennkraftmaschine (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der wenigstens eine hydraulische Verteiler (22) ein Abgabe-Elektroventil (30) aufweist, das wahlweise geeignet ist, die hydraulische Stelleinrichtung (12) in Kommunikation mit der Abgabeleitung (24) zu bringen; und dass die elektronische Steuereinheit (28) geeignet ist, das Abgabe-Elektroventil (30) während des anfänglichen Teils des Schließhubes des Ventils (8) offen zu halten, wodurch bewirkt wird, dass das Druckmittel von der hydraulischen Stelleinrichtung (13) zu der Abgabeleitung (24) zurückfließt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, in der die elektronische Steuereinheit (28) geeignet ist, das Abgabe-Elektroventil (30) während des gesamten Öffnungshubes des Ventils (9) offen zu halten.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, in der der wenigstens eine hydraulische Verteiler (22) ein Abgas-Elektroventil (31) aufweist, das wahlweise geeignet ist, die hydraulische Stelleinrichtung (13) in Kommunikation mit dem Sammelbehälter (21) zu bringen; und in der die elektronische Steuereinheit (28) geeignet ist, das Abgas-Elektroventil (31) während des abschließenden Teils des Schließhubes des Ventils (9) offen zu halten, wenn das Abgabe-Elektroventil (30) geschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, in der die elektronische Steuereinheit (28) geeignet ist, das Abgabe-Elektroventil (30) und das Abgas-Elektroventil (31) beide gleichzeitig geschlossen zu halten, um jegliche Verschiebung der hydraulischen Stelleinrichtung (13) und des Ventils (9) zu blockieren.