EP0455762B1 - Electro-hydraulic control device for an internal-combustion engine valve - Google Patents

Electro-hydraulic control device for an internal-combustion engine valve Download PDF

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EP0455762B1
EP0455762B1 EP90915297A EP90915297A EP0455762B1 EP 0455762 B1 EP0455762 B1 EP 0455762B1 EP 90915297 A EP90915297 A EP 90915297A EP 90915297 A EP90915297 A EP 90915297A EP 0455762 B1 EP0455762 B1 EP 0455762B1
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valve
shut
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piston
pressure
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Heinz Stutzenberger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

The invention concerns a valve-control device in which the tappet volume between a piston (3) operated by a drive cam (6) and a piston (9) operated by the engine-cylinder valve (11, 12) can be decreased by means of a magnetically operated valve (21) mounted in an outlet channel (17). Located in this outlet channel (17) is a hydraulically controlled shut-off valve (18) which is operated only when the valve piston (9) has covered a certain minimum distance. This minimum distance corresponds to the camshaft rotation sector (°NW), when the cam is acting on the shut-off valve (18), over which control by the magnetically operated valve (21) is impossible owing to the shut-off valve. Thus even if the opening times of the cylinder valves in a multi-cylinder engine overlap, the pre-determined control times of the outlet channels (17) of the individual cylinder valves are prevented from overlapping by the magnetically operated valve (21).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer elektrohydraulischen Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen durch die US-A-4 674 451 bekannten Ventilsteuervorrichtung ist zur Steuerung der Entlastung des Druckraumes ein hydraulisch aufsteuerbares Ventil vorgesehen, das als Schieberventil ausgestaltet ist, dessen Ventilschließglied durch eine Feder in Schließstellung gehalten wird und auf der der Feder gegenuberliegenden Seite vom hydraulischen Druck im Druckraum beaufschlagt ist. Der auf der Federseite liegende Raum ist durch das Schließglied eines Magnetventils verschließbar derart, daß bei geschlossenem Magnetventil das Schließglied des hydraulisch aufsteuerbaren Ventils in Schließstellung bleibt und bei geöffnetem Magnetventil und Druckbeaufschlagung von der Seite des Druckraumes her in Offenstellung bewegt wird. Bei dieser bekannten Ventilsteuervorrichtung ist jedem einzelnen zu steuernden Motorventil ein Magnetventil zugeordnet, so daß bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend der Zylinderzahl Magnetventile vorhanden sein müssen. Hierdurch sind nicht nur die Kosten der gesamten Steuereinrichtung hoch, sondern es ist auch die Störanfälligkeit der Anlage groß. So müssen beispielsweise zwischen den einzelnen Magnetventilen und dem elektronischen Steuergerät einzelne Anschlußkabel vorhanden sein, und es müssen die einzelnen Ausgänge für diese Kabel bzw. Magnetventile eine entsprechend aufwendige Schalt- und Programmeinrichtung im elektronischen Steuergerät aufweisen.The invention is based on an electro-hydraulic valve control device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1. In such a valve control device known from US-A-4 674 451, a hydraulically openable valve is provided for controlling the relief of the pressure chamber, which valve is designed as a slide valve, the valve closing member of which is held in the closed position by a spring and on the side opposite the spring from hydraulic pressure in the pressure chamber is applied. The space on the spring side can be closed by the closing element of a solenoid valve in such a way that when the solenoid valve is closed, the closing element of the hydraulically controllable valve remains in the closed position and is moved to the open position from the side of the pressure chamber when the solenoid valve is open and pressure is applied. In this known valve control device, a solenoid valve is assigned to each individual engine valve to be controlled, so that in a multi-cylinder internal combustion engine, solenoid valves must be present in accordance with the number of cylinders. As a result, not only are the costs of the entire control device high, but the system is also susceptible to faults. For example, between the individual solenoid valves and the electronic control unit Connection cables are available, and the individual outputs for these cables or solenoid valves must have a correspondingly complex switching and programming device in the electronic control unit.

Bei einem ungesteuerten Motorventil entspricht der Öffnungshubverlauf des Ventils dem Verlauf der Nockenbahn des Antriebsnockens. Hierbei ist der Öffnungszeitquerschnitt so gestaltet, daß er den Maximalforderungen, nämlich der Vollast bei Höchstdrehzahl, genügt. Bei niederen Drehzahlen kann bekanntlich das Drehmoment und die Leistung der Brennkraftmaschine verbessert werden, wenn der Schließzeitpunkt des Motoreinlaßventils früher gelegt wird. Aufgrund der niederen Drehzahlen und geringerer Last ist natürlich auch der erforderliche Öffnungszeitquerschnitt geringer. Für die Verkürzung des Öffnungszeitquerschnitts wird bekanntlich der Ablaufkanal während des Aufsteuervorgangs des Motorventils durch das Magnetventil geöffnet, was insofern problematisch ist, als im Druckraum zu diesem Zeitpunkt ein hoher Aufsteuerdruck herrscht, der auch das Magnetventil beaufschlagt. Um diesen Druck überwinden zu können, muß das Magnetventil entweder eine Vorsteuerung aufweisen oder einen starken Öffnungsmagnet, wobei eine Vorsteuerung zeitintensiv ist, während ein starker Magnet gewichts-, volumen- und kostenintensiv ist.In the case of an uncontrolled motor valve, the opening stroke curve of the valve corresponds to the curve of the cam track of the drive cam. Here, the opening time cross section is designed so that it meets the maximum requirements, namely the full load at maximum speed. At low speeds, it is known that the torque and the performance of the internal combustion engine can be improved if the closing time of the engine intake valve is set earlier. Due to the lower speeds and lower load, the required opening time cross section is of course also smaller. To shorten the opening time cross section, the drain channel is known to be opened by the solenoid valve during the opening process of the engine valve, which is problematic in that there is a high opening pressure in the pressure chamber at this time, which also acts on the solenoid valve. In order to be able to overcome this pressure, the solenoid valve must either have a pilot control or a strong opening magnet, a pilot control being time-consuming, while a strong magnet is weight, volume and cost-intensive.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Ventilsteuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise der Hochdruckraum für den Zeitabschnitt, in dem ohnehin keine Steuerung stattfinden soll, durch das Absperrventil vom Magnetventil getrennt ist. Besonders im speziellen Betriebsbereich für niedrige Last und Drehzahl kann somit das Magnetventil aufsteuern, solange das Absperrventil geschlossen ist, so daß, sobald das Absperrventil dann öffnet, das Hydrauliköl ohne Belastung der Steueranlage des Magnetventils über das Magnetventil zum Ölbehälter drucklos abströmen kann. Sobald dann die Nockenbahn des Antriebsnockens abgelaufen ist und damit der Nockenkolben vom Druckhub zum Saughub übergeht, baut sich der Druck im Druckraum wieder soweit ab, daß das Absperrventil automatisch schließt. Im Druckraum verbleibende Hohlräume werden mit Steueröl aufgefüllt, das über den Zulaufkanal einströmt.The electrohydraulic valve control device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the high-pressure chamber is separated from the solenoid valve by the shut-off valve in a simple manner for the period in which no control is to take place anyway. Especially in the special operating range for low load and speed, the solenoid valve can open as long as the shut-off valve is closed, so that as soon as the shut-off valve opens, the hydraulic oil can flow to the oil tank without pressure via the solenoid valve control system. As soon as the cam track of the drive cam has expired and the cam piston thus passes from the pressure stroke to the suction stroke, the pressure in the pressure chamber is reduced again to such an extent that the shut-off valve closes automatically. Cavities remaining in the pressure chamber are filled with control oil that flows in via the inlet channel.

Vorteilhafterweise kann aufgrund der funktionsbedingten Gegebenheiten das Magnetventil bei niederen Drehzahlen und Lasten stets geöffnet bleiben - der Zeitquerschnit wird nur durch den ersten Abschnitt der Antriebsnockenbahn bestimmt, nämlich solange, bis der über den Druckraum mittelbar angetriebene Ventilkolben den Steuerkanal aufsteuert und damit das Absperrventil öffnet, wonach der Druck im Druckraum abgebaut und das Motorventil wieder geschlossen wird. Bei Zwischendrehzahlen kann dann das Magnetventil bedarfssynchron getaktet werden und bei hohen Drehzahlen und Lasten bleibt das Magnetventil stets geschlossen.Advantageously, due to the functional conditions, the solenoid valve can always remain open at low speeds and loads - the time cross-section is only determined by the first section of the drive cam track, namely until the valve piston, which is driven indirectly via the pressure chamber, opens the control channel and thus opens the shut-off valve, after which the pressure in the pressure chamber is reduced and the engine valve is closed again. At intermediate speeds, the solenoid valve can then be clocked synchronously and at high speeds and loads, the solenoid valve always remains closed.

Natürlich ist für die Steuerung des Absperrventils eine Abstimmung zwischen den Drücken und Schließkräften von Druckraum und Absperrventil erforderlich, wobei der Druck im Druckraum durch die Schließkraft des Motorventils und damit dessen Öffnungskraft bestimmt wird.Of course, for the control of the shut-off valve, a coordination between the pressures and closing forces of the pressure chamber and the shut-off valve is necessary, the pressure in the pressure chamber being determined by the closing force of the engine valve and thus its opening force.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Ablaufkanal zwischen Absperrventil und Magnetventil ein in Richtung Magnetventil öffnendes Rückschlagventil angeordnet, wobei nach einer weiteren Ausgestaltung in den Ablaufkanal zwischen Rückschlagventil und Magnetventil weitere Ablaufkanäle anderer Ventilsteuereinheiten der gleichen Brennkraftmaschine münden. Die Erfindung bietet vor allem bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen die Möglichkeit, mit nur einem Magnetventil eine Reihe von Motorventilen zu steuern und dies, obwohl es zwischen den Aufsteuerzeiten der einzelnen Motorventile Überschneidungen gibt. Da das Absperrventil immer erst dann aufgesteuert werden kann, wenn das Motorventil bereits einen Mindesthub geöffnet hat, d. h. der Antriebsnocken um einen Mindestdrehwinkel verdreht ist, wird erreicht, daß die überschneidenden Abschnitte funktionell eliminiert werden, d. h., daß Steuerung erst dann wirksam wird, wenn der Drehwinkelbereich der Nockenwelle nicht mehr wirksam ist, in dem eine Überschneidung stattfindet. In jedem Fall wird durch das Rückschlagventil erreicht, daß sich in den weiteren Ablaufkanälen einstellende Drücke, beispielsweise durch Öffnungsdrücke in Druckräumen eines der anderen Motorventile, nicht in den Druckraum des betrachteten Motorventils ausdehnen.According to an advantageous embodiment of the invention, a check valve opening in the direction of the solenoid valve is arranged in the drain channel between the shut-off valve and the solenoid valve, wherein according to a further embodiment, further drain channels of other valve control units of the same internal combustion engine open into the drain channel between the check valve and the solenoid valve. The invention offers the possibility, particularly in the case of multi-cylinder internal combustion engines, of controlling a number of engine valves with only one solenoid valve, even though there are overlaps between the opening times of the individual engine valves. Since the shut-off valve can only be opened when the motor valve has already opened a minimum stroke, ie the drive cam is rotated by a minimum angle of rotation, the overlapping sections are functionally eliminated become, that is, control only becomes effective when the rotational angle range of the camshaft is no longer effective, in which an overlap takes place. In any case, the check valve ensures that pressures which set in the further outlet channels, for example through opening pressures in pressure chambers of one of the other engine valves, do not expand into the pressure chamber of the engine valve under consideration.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Steuerkanal und Ablaufkanal stromauf des Absperrventils eine Entlastungsleitung vorhanden, in der ein zum Ablaufkanal hin öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist. Immer dann, wenn im Druckraum der Druck wieder abgebaut ist und der Steuerkanal bereits wieder durch den Nockenkolben gesperrt wurde, kann das Absperrventil für seinen Schließvorgang Hydrauliköl über diese Entlastungsleitung zum Druckraum hin zurückdrängen. Während des Aufsteuervorgangs hingegen wird dieses Rückschlagventil durch den hohen Druck im Druckraum gesperrt gehalten.According to a further advantageous embodiment of the invention, there is a relief line between the control channel and the drain channel upstream of the shut-off valve, in which a check valve opening towards the drain channel is arranged. Whenever the pressure in the pressure chamber is reduced again and the control channel has already been blocked again by the cam piston, the shut-off valve for its closing process can push hydraulic oil back to the pressure chamber via this relief line. During the control process, however, this check valve is kept blocked by the high pressure in the pressure chamber.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nockenbahn des Antriebsnockens pro Drehwinkel Nockenwelle gesehen langsam ansteigend und steil abfallend ausgebildet. Nach einem langen, langsamen Anlauf mit einem Zwischenbereich näherungsweise konstanter Hubgeschwindigkeit folgt nach kurzem Verharren in maximaler Öffnungsstellung des Motorventils ein steiler Ablauf durch den insbesondere nach Steuerbeginn ein schnellstmögliches Schließen des Motorventils erzielt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, the cam track of the drive cam is designed to increase slowly and steeply as seen per rotation angle of the camshaft. After a long, slow start with an intermediate range of approximately constant lifting speed follows shortly A steep sequence persists in the maximum open position of the engine valve, through which the engine valve closes as quickly as possible, especially after the start of control.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Absperrventil als Schieberventil ausgebildet, dessen gegen eine Schließfeder verschiebbarer Schieber stirnseitig von Hydrauliköl unter Druckraumdruck beaufschlagbar ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the shut-off valve is designed as a slide valve, the slide of which can be moved against a closing spring can be acted upon by hydraulic oil at the end under pressure chamber pressure.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description, the drawing and the claims.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine stark vereinfacht dargestellte Ventilsteuervorrichtung mit dazugehörigem Hydraulikschaltplan und Fig. 2 ein Funktionsdiagramm von vier gleichen Ventilsteuervorrichtungen für eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine.An embodiment of the object of the invention is shown in the drawing and described in more detail below. 1 shows a longitudinal section through a valve control device with a correspondingly simplified hydraulic circuit diagram, and FIG. 2 shows a functional diagram of four identical valve control devices for a four-cylinder internal combustion engine.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Bei dem in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Teil eines Zylinderkopfes 1 ist in einer Bohrung 2 ein Nockenkolben 3 radial dichtend und axial verschiebbar angeordnet, der durch eine Stößelfeder 4 an die Außenlaufbahn 5 eines Antriebsnockens 6 gepreßt wird, der auf einer mit halber Motordrehzahl synchron zur Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle 7 angeordnet ist. Die Nockenwelle 7 wird in Drehrichtung des Pfeiles I angetrieben und weist einen ersten allmählich ansteigenden Druckhubabschnitt II auf, an den sich ein steiler Saughubabschnitt III anschließt, wobei zwischen diesen beiden Arbeitsabschnitten II und III der Grundkreisabschnitt IV der Nockenbahn 5 wirksam ist, für den der Nockenkolben in seiner Ausgangslage bleibt.In the part of a cylinder head 1 shown in section in FIG. 1, a cam piston 3 is arranged in a bore 2 in a radially sealing and axially displaceable manner, which is pressed by a plunger spring 4 against the outer race 5 of a drive cam 6, which is synchronous at a half engine speed to the crankshaft driven camshaft 7 is arranged. The camshaft 7 is driven in the direction of rotation of the arrow I and has a first gradually increasing pressure stroke section II, which is followed by a steep suction stroke section III, between these two working sections II and III the base circle section IV of the cam track 5 for which the cam piston is effective remains in its starting position.

Der Nockenkolben 3 verdrängt Hydrauliköl während des durch den Antriebsnocken 6 bewirkten Druckhubs (Druckhubabschnitt II von Laufbahn 5), wobei er entgegen der Kraft der Stößelfeder 4 angetrieben Hydrauliköl in einen Druckraum 8 fördert.The cam piston 3 displaces hydraulic oil during the pressure stroke caused by the drive cam 6 (pressure stroke section II of raceway 5), conveying hydraulic oil driven into the pressure chamber 8 against the force of the plunger spring 4.

Der Druckraum 8 ist andererseits durch einen Ventilkolben 9 begrenzt, der mit einem Ventilschaft 11 eines Ventiltellers 12 eines Motoreinlaßventils verbunden ist. Der Ventilkolben 9 ist in einer Bohrung 13 des Zylinderkopfes 1 axial beweglich radial dichtend gelagert und wird durch eine Schließfeder 14 belastet, die den Ventilteller 12 auf den Ventilsitz 15 preßt und die Schließkraft dieses Motoreinlaßventils bestimmt. In Verbindung mit der den Druckraum zugewandten Stirnseite des Ventilkolbens 9 wird damit auch der Arbeitsdruck bestimmt, der beim Betätigen des Nockenkolbens 3 durch den Antriebsnocken 6 im Druckraum 8 entsteht, bevor der Ventilkolben 9 durch diesen Arbeitsdruck verschoben das Motorventil öffnet und den Saugkanal 16 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet.The pressure chamber 8, on the other hand, is delimited by a valve piston 9, which is connected to a valve stem 11 of a valve disk 12 of an engine intake valve. The valve piston 9 is mounted in a bore 13 of the cylinder head 1 in an axially movable, radially sealing manner and is loaded by a closing spring 14. which presses the valve plate 12 onto the valve seat 15 and determines the closing force of this engine intake valve. In conjunction with the end of the valve piston 9 facing the pressure chamber, the working pressure is also determined, which arises when the cam piston 3 is actuated by the drive cam 6 in the pressure chamber 8 before the valve piston 9 is displaced by this working pressure, opens the engine valve and the suction channel 16 with the Combustion chamber of the internal combustion engine connects.

Vom Druckraum 8, der mit dem Nockenkolben 3 der Stößelfeder 4 und dem Ventilkolben 9 einen hydraulischen Ventilstößel bildet, zweigt ein Abflußkanal 17 ab, in dem in Strömungsrichtung nacheinander ein Absperrventil 18, ein Rückschlagventil 19 und ein Magnetventil 21 angeordnet sind, bevor der Ablaufkanal 17 in einen Hydraulikölbehälter 22 mündet. Das Magnetventil 21 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet, das stromlos geschlossen ist. Das Rückschlagventil 19 öffnet in Strömungsrichtung zum Ölbehälter 22 hin. Das Absperrventil 18 ist als Schieberventil ausgebildet, mit einem Steuerschieber 23, welcher durch eine Steuerfeder 24 in die dargestellte Schließrichtung belastet ist. Betätigt wird der Steuerschieber 23 durch einen hydraulischen Druck, der den Steuerschieber 23 auf der der Steuerfeder 24 abgewandten Stirnseite beaufschlagt und der über einen Steuerkanal 25 zugeführt wird, dessen Eingang 26 durch den Ventilkolben 9 gesteuert wird. Sobald der Ventilkolben 9 einen bestimmten Weg entgegen der Kraft der Schließfeder 14 zurückgelegt hat, steuert er mit seiner oberen Stirnkante den Eingang 26 des Steuerkanals 25 auf, so daß sich der Druck vom Druckraum 8 über den Steuerkanal 25 zur Stirnseite des Steuerschiebers 23 überträgt und diesen entgegen der Kraft der Steuerfeder 24 verschiebt, wonach der Abflußkanal 17 aufgesteuert ist. Zwischen dem Steuerkanal 25 und dem Abflußkanal 17 ist ein Entlastungskanal 27 vorhanden, in dem ein in Richtung Ablaufkanal 17 öffnendes Rückschlagventil 28 angeordnet ist.From the pressure chamber 8, which forms a hydraulic valve tappet with the cam piston 3 of the tappet spring 4 and the valve piston 9, branches off an outlet channel 17 in which a shut-off valve 18, a check valve 19 and a solenoid valve 21 are arranged one after the other in the flow direction before the outlet channel 17th opens into a hydraulic oil tank 22. The solenoid valve 21 is designed as a 2/2-way valve, which is closed when de-energized. The check valve 19 opens in the direction of flow to the oil container 22. The shut-off valve 18 is designed as a slide valve, with a control slide 23, which is loaded by a control spring 24 in the closing direction shown. The control slide 23 is actuated by a hydraulic pressure which acts on the control slide 23 on the end face remote from the control spring 24 and which is supplied via a control channel 25, the input 26 of which is controlled by the valve piston 9. As soon as the valve piston 9 has traveled a certain distance against the force of the closing spring 14, he controls with his upper end edge the input 26 of the control channel 25, so that the pressure from the pressure chamber 8 is transmitted via the control channel 25 to the front side of the control slide 23 and this against the force of Control spring 24 moves, after which the drain channel 17 is opened. Between the control channel 25 and the drain channel 17 there is a relief channel 27 in which a check valve 28 opening in the direction of the drain channel 17 is arranged.

In den Druckraum 8 mündet ein Zulaufkanal 29, in dem ein in Richtung Druckraum öffnendes Rückschlagventil 31 angeordnet ist. Der Zulaufkanal 29 wird durch eine Förderpumpe 32 von dem Behälter 22 her mit Hydrauliköl versorgt, wobei der Förderdruck der Förderpumpe 32 über ein Druckhalteventil 33 weitgehend konstant gehalten wird.An inlet channel 29 opens into the pressure chamber 8, in which a check valve 31 opening in the direction of the pressure chamber is arranged. The feed channel 29 is supplied with hydraulic oil from the container 22 by a feed pump 32, the feed pressure of the feed pump 32 being kept largely constant via a pressure maintaining valve 33.

Um mit dem einen Magnetventil 21 mehrere oben beschriebene Ventilsteuereinheiten steuern zu können, münden in den Abflußkanal 17 zwischen dem Rückschlagventil 19 und dem Magnetventil 21 Abflußkanäle 34 mit Rückschlagventilen 35 von weiteren, aber zum gleichen Motor gehörenden Ventilsteuereinheiten. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine, wobei immer die Motorventilsteuereinheiten vom Magnetventil 21 hydraulisch über das jeweilige Absperrventil 18 abgekoppelt sind, bei denen der Antriebsnocken 6 gerade nicht wirksam ist.In order to be able to control several valve control units described above with one solenoid valve 21, discharge channels 34 with check valves 35 from further valve control units belonging to the same engine open into the discharge channel 17 between the check valve 19 and the solenoid valve 21. This exemplary embodiment is a four-cylinder internal combustion engine, the engine valve control units always being hydraulically decoupled from the solenoid valve 21 via the respective shut-off valve 18. in which the drive cam 6 is currently not effective.

Die beschriebene elektrohydraulische Ventilsteuervorrichtung arbeitet wie folgt: Über die mit halber Motordrehzahl synchron zur Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle 7 wird der Antriebsnocken 6 in Drehrichtung I angetrieben und betätigt dabei über seine Nockenbahn II bis IV den Nockenkolben 3 entgegen der Kraft der Stößelfeder 4, wobei in der Bohrung 2 vorhandenes Hydrauliköl während des Druckhubabschnittes II der Laufbahn 5 in den Druckraum 8 gefördert wird, um danach während des Saughubabschnittes III der Laufbahn 5 als Saughub des Nockenkolbens 3 wieder Öl aus dem Druckraum 8 aufzunehmen. Während des Bahnabschnittes IV, der dem Grundkreis des Antriebsnockens entspricht, verharrt der Nockenkolben 3 in der dargestellten Stellung, wobei die Stößelfeder 4 für einen Formschluß zwischen Nockenkolben 3 und Antriebsnockenlaufbahn sorgt. Die Stößelfeder 4 wirkt sich jedoch nicht auf den Druck im Druckraum 8 aus.The electro-hydraulic valve control device described works as follows: via the camshaft 7, which is driven at half the engine speed in synchronism with the crankshaft, the drive cam 6 is driven in the direction of rotation I and actuates the cam piston 3 via its cam track II to IV against the force of the plunger spring 4, in the bore 2 existing hydraulic oil is conveyed into the pressure chamber 8 during the pressure stroke section II of the raceway 5, in order to then again take up oil from the pressure chamber 8 during the suction stroke section III of the raceway 5 as a suction stroke of the cam piston 3. During the path section IV, which corresponds to the base circle of the drive cam, the cam piston 3 remains in the position shown, the plunger spring 4 ensuring a positive fit between the cam piston 3 and the drive cam track. However, the plunger spring 4 does not affect the pressure in the pressure chamber 8.

Aufgrund der Förderung des Nockenkolbens 3 wird der Ventilkolben 9 einschließlich Ventilschaft 11 und Ventilteller 12 entgegen der Kraft der Schließfeder 14 nach unten verschoben, wodurch der Ventilteller 12 vom Ventilsitz 15 abhebt und der Saugkanal 16 entsprechend aufgesteuert wird. Die danach in den Motorzylinder einströmende Luftmenge hängt einerseits von diesem Aufsteuerhub und andererseits von der Aufsteuerdauer ab, wodurch sich der sogenannte Öffnungszeitquerschnitt ergibt. Solange aus dem Druckraum 8 kein Hydrauliköl abströmen kann, ist dieser Öffnungszeitquerschnitt umgekehrt proportional zur Drehzahl, d. h., bei hohen Drehzahlen ist der Öffnungszeitquerschnitt klein und umgekehrt bei niederen Drehzahlen groß. Hinzu kommen Einflüsse durch Massenträgheit, Reibung und Drosseleffekte, die hier jedoch nicht im einzelnen behandelt werden sollen. Während dieser Förderphase des Nockenkolbens 3 ist das Rückschlagventil 31 und damit der Zulaufkanal 29 gesperrt. Auch der Ablaufkanal 17 ist zunächst durch das Absperrventil 18 gesperrt. Sobald der Ventilkolben 9 um einen Mindesthub verschoben ist, steuert er den Eingang 26 des Steuerkanals 25 auf, wonach sich der Öldruck zur Stirnseite des Steuerschiebers 23 fortpflanzt und diesen entgegen der Kraft der Steuerfeder 24 verschiebt, wodurch der Ablaufkanal 17 aufgesteuert wird. Solange das Magnetventil 21 gesperrt ist, wirkt sich dieses Aufsteuern des Absperrventils 18 nicht wesentlich auf den Druck im Druckraum 8 aus, so daß der Ventilkolben 9 und damit der Ventilteller 12 weiter nach unten bewegt werden, solange der Druckhubabschnitt II des Antriebsnockens 6 wirksam ist. Dieser Druckhubabschnitt II ist so ausgebildet, daß die Hubbewegung weitgehend linear, also gleichmäßig, erfolgt mit einem weichen Übergang zum Hubende hin.Due to the promotion of the cam piston 3, the valve piston 9 including the valve stem 11 and the valve plate 12 is moved downward against the force of the closing spring 14, as a result of which the valve plate 12 lifts off the valve seat 15 and the suction channel 16 is opened accordingly. The amount of air subsequently flowing into the engine cylinder depends on this control stroke on the one hand and on the control duration on the other hand from, which results in the so-called opening time cross-section. As long as no hydraulic oil can flow out of the pressure chamber 8, this opening time cross section is inversely proportional to the rotational speed, ie the opening time cross section is small at high speeds and vice versa large at low speeds. In addition, there are influences due to inertia, friction and throttling effects, which, however, will not be dealt with in detail here. During this delivery phase of the cam piston 3, the check valve 31 and thus the inlet channel 29 are blocked. The drain channel 17 is also initially blocked by the shut-off valve 18. As soon as the valve piston 9 is displaced by a minimum stroke, it controls the input 26 of the control channel 25, after which the oil pressure propagates to the front side of the control slide 23 and moves it against the force of the control spring 24, as a result of which the discharge channel 17 is opened. As long as the solenoid valve 21 is blocked, this opening of the shut-off valve 18 does not have a significant effect on the pressure in the pressure chamber 8, so that the valve piston 9 and thus the valve disk 12 are moved further down as long as the pressure stroke section II of the drive cam 6 is effective. This pressure stroke section II is designed such that the stroke movement is largely linear, that is to say uniform, with a smooth transition to the stroke end.

Wenn der Saughubabschnitt III des Antriebsnockens 6 wirksam wird, der verhältnismäßig steil ausgebildet ist, gelangt der Nockenkolben 3 bei nur etwa 60 bis 80° Drehwinkel der Nockenwelle (°NW) wieder in die dargestellte Ausgangslage - angetrieben durch die Stößelfeder 4 - so daß entsprechend schnell auch der Ventilkolben 9 und der Ventilteller 12 durch die Schließfeder 14 nach oben geschoben werden, wonach das Motorventil schließt. Hierbei wird der Eingang 26 des Steuerkanals 25 durch den Ventilkolben 9 gesperrt, wobei jedoch bereits vorher aufgrund des Druckabbaus im Druckraum 8 der Steuerschieber 23 durch die Steuerfeder 24 angetrieben in Richtung seiner Sperrlage verschoben wird. In jedem Fall wird durch die Entlastungsleitung 27 ermöglicht, daß restliche vom Steuerschieber 23 verdrängte Ölmengen über das Rückschlagventil 28 zurück in den Ablaufkanal 17 strömen und die Sperrstellung des Absperrventils 18 gewährleisten.When the suction stroke section III of the drive cam 6 takes effect, it is designed to be relatively steep is, the cam piston 3 comes at only about 60 to 80 ° angle of rotation of the camshaft (° NW) back into the starting position shown - driven by the plunger spring 4 - so that the valve piston 9 and the valve plate 12 correspondingly quickly by the closing spring 14 upwards be pushed, after which the engine valve closes. In this case, the input 26 of the control channel 25 is blocked by the valve piston 9, although, due to the pressure reduction in the pressure chamber 8, the control slide 23 is previously displaced in the direction of its blocked position by the control spring 24. In any case, the relief line 27 enables residual oil quantities displaced by the control slide 23 to flow back into the outlet channel 17 via the check valve 28 and to ensure the blocking position of the shut-off valve 18.

Sofern sich im Druckraum 8 aufgrund abgeströmter Ölmengen ein Unterdruck einstellt, wird über den Zulaufkanal 29 von der Förderpumpe 32 her dieses ausgeglichen, wobei das Hydrauliköl über das Rückschlagventil 31 einströmt und im Druckraum 8 für die dargestellte Ausgangslage, in der der Grundkreisabschnitt IV des Antriebsnockens 6 wirksam ist, einen konstanten Fülldruck entsprechend dem Förderdruck des Druckhalteventils 33 einstellt.If a negative pressure is established in the pressure chamber 8 due to the flow of oil, this is compensated via the feed channel 29 by the feed pump 32, the hydraulic oil flowing in via the check valve 31 and in the pressure chamber 8 for the illustrated starting position, in which the base circle section IV of the drive cam 6 is effective, sets a constant filling pressure corresponding to the delivery pressure of the pressure maintaining valve 33.

Wenn jedoch das Magnetventil 21 bei dem Arbeitshub des Antriebsnockens 6 geöffnet ist, strömt, nachdem das Absperrventil 18 nach dem bestimmten Vorhub des Ventilkolbens 9 geöffnet ist, Hydrauliköl aus dem Druckraum 8 über diesen Abflußkanal 17, das Rückschlagventil 19 und das Magnetventil 21 in den Ölbehälter 22. Ab diesem Zeitpunkt also wird der Aufsteuerhub des Ventilkolbens 9 gestoppt, da im Druckraum 8 kein ausreichender Druck mehr vorhanden ist, und die weitere vom Nockenkolben 3 geförderte Ölmenge strömt direkt zum Behälter 22. Während dieses Fördervorgangs wird durch diesen Förderdruck der Steuerschieber 23 in der Aufsteuerlage gehalten, um dann wie oben beschrieben beim Einsetzen des Saughubs des Nockenkolbens 3 wieder in die dargestellte Ausgangslage zu gelangen.However, when the solenoid valve 21 is opened at the power stroke of the drive cam 6, flows after the shut-off valve 18 is opened after the predetermined forward stroke of the valve piston 9, hydraulic oil from the pressure chamber 8 via this drain channel 17, the check valve 19 and the solenoid valve 21 into the oil container 22. From this point on, the pilot stroke of the valve piston 9 is stopped, since in the pressure chamber 8 there is no longer sufficient pressure, and the further amount of oil delivered by the cam piston 3 flows directly to the container 22. During this delivery process, the control slide 23 is held in the open position by this delivery pressure, and then again as described above when the suction stroke of the cam piston 3 is inserted to get to the starting position shown.

Anhand dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm wird im folgenden die Funktion der erfindungsgemäßen Motorventilsteuerung bei einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Abflußkanäle 34 zu den weiteren drei Motorventilsteuereinheiten führen und wobei alle vier Motorventilsteuereinheiten dieses Motors über nur ein Magnetventil 21 gesteuert werden. In Fig. 2 ist über dem Drehwinkel in °NW (Abzisse) der Hub h (Ordinate) des Ventilkolbens 9 bzw. Ventiltellers 12 aufgetragen. Die vier Motorzylinder sind in der Reihenfolge wie sie nebeneinander angeordnet sind mit a, b, c und d bezeichnet. Die Zündfolge bei dieser Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine ist c, d, b, a. Wie den in den vier übereinander angeordneten Diagrammen dargestellten Kurven entnehmbar ist, weisen diese entsprechend der Laufbahn 5 des Antriebnockens 6 einen langsamen Anlauf mit näherungsweiser konstanter Hubveränderung auf und einen steilen Abfall jeweils etwa bei 180° NW Aufsteuerhub und 60° bis 80° NW Schließhub.The function of the engine valve control according to the invention in a four-cylinder internal combustion engine is described below with the aid of the diagram shown in FIG. 2, the drain channels 34 leading to the further three engine valve control units and all four engine valve control units of this engine being controlled via only one solenoid valve 21. In FIG. 2, the stroke h (ordinate) of the valve piston 9 or valve plate 12 is plotted over the angle of rotation in ° NW (abscissa). The four engine cylinders are labeled a, b, c and d in the order in which they are arranged side by side. The firing order in this four-cylinder internal combustion engine is c, d, b, a. As can be seen from the curves shown in the four superimposed diagrams, show this corresponds to the raceway 5 of the drive cam 6, a slow start with approximately constant change in stroke and a steep drop in each case approximately at 180 ° NW control stroke and 60 ° to 80 ° NW closing stroke.

Wie dem Diagramm für den Zylinder c in Fig. 2 entnehmbar ist, wird, wenn bei 100° NW und einem entsprechenden Hub des Ventilkolbens 9 das Absperrventil 18 und damit der Abflußkanal 17 aufgesteuert werden, der Schließzeitpunkt des Motorventils, d. h. das Aufliegen des Ventiltellers 12 auf seinem Sitz 15, wie durch die gestrichtelte Linie dargestellt, bei 180° NW erreicht. Das heißt also, wenn das Magnetventil 21 offen ist, wird bei etwa 100° NW der Aufsteuerhub des Motorventils beendet, so daß dieses bei etwa 180° NW geschlossen hat. Bis zu 100° NW kann also keinerlei Schließsteuerung stattfinden, da das Absperrventil 18 bis dann grundsätzlich geschlossen ist. Dem Zylinder a der Brennkraftmaschine entsprechenden Diagramm ist wiederum entnehmmbar, daß bei 60° bis 80° NW der Schließvorgang des Motorventils beendet ist, selbst wenn der Saughub des Nockenkolbens 3 bei 0° NW begonnen hat. Das heißt wiederum, daß bei sich überschneidenden Öffnungszeiten der einzelnen Motorventile, wie es der Fall für den Motorzylinder a und c ist, eine Aufsteuerung des Abflußkanals der Ventilsteuereinheit zu Zylinder a keinen Steuerungseinfluß auf die Ventilsteuereinheit des Zylinders c haben kann, da bei c der Abflußkanal 17 noch grundsätzlich durch das Absperrventil 18 gesperrt ist und erst bei etwa 100° NW geöffnet wird. Hierdurch können mit nur einem Magnetventil 21 alle Ventilsteuereinheiten des 4-Zylinder-Motors gesteuert werden, da es bzgl. der Steuerzeit eines dieser Steuereinheiten keine Überschneidung mit jener eines der anderen Steuereinheiten geben kann.As can be seen from the diagram for the cylinder c in FIG. 2, when the shut-off valve 18 and thus the drain channel 17 are opened at 100 ° NW and a corresponding stroke of the valve piston 9, the closing time of the engine valve, ie the valve plate 12 resting on it on his seat 15, as shown by the dashed line, reached at 180 ° NW. This means that when the solenoid valve 21 is open, the opening stroke of the engine valve is ended at approximately 100 ° NW, so that it has closed at approximately 180 ° NW. Up to 100 ° NW, no closing control can take place, since the shut-off valve 18 is basically closed until then. The diagram corresponding to the cylinder a of the internal combustion engine can again be seen that the closing process of the engine valve is ended at 60 ° to 80 ° NW, even if the suction stroke of the cam piston 3 has started at 0 ° NW. This in turn means that if the opening times of the individual engine valves overlap, as is the case for engine cylinders a and c, opening the drain channel of the valve control unit to cylinder a cannot have any control influence on the valve control unit of cylinder c, since at c the drain channel 17 still basically through the shut-off valve 18 is blocked and is only opened at about 100 ° NW. As a result, all the valve control units of the 4-cylinder engine can be controlled with only one solenoid valve 21, since the control time of one of these control units cannot overlap with that of the other control units.

Die durch das elektronische Steuergerät bewirkte Betätigung des Magnetventils 21 kann somit derart sein, daß bei hoher Drehzahl und Last dieses Magnetventil stets geschlossen bleibt, um somit einen optimalen Öffnungszeitquerschnitt am Motorventil zu erzielen, und daß bei niedrigen Drehzahlen und Lasten das Magnetventil immer offen bleibt, um so den Öffnungszeitquerschnitt so klein wie möglich zu halten, wobei dieser dann durch die Sperrzeit des Absperrventils bestimmt wird. In dem Zwischendrehzahl- bzw. auch Lastbereich, also in dem Drehzahlbereich zwischen dem Aufsteuerzeitpunkt des Absperrventils 18 und der Steuersituation, in der das Magnetventil 21 stets gesperrt ist, erfolgt die Steuerung durch Takten des Magnetventils, was beispielsweise kurbelwinkelsynchron erfolgen kann. Auf diese Weise wird der Bereich zwischen 100° NW und 270° NW, also dem endgültigen Ventilschließpunkt, über das Magnetventil 21 und zwar für jeden der vier Zylinder unabhängig gesteuert.The actuation of the solenoid valve 21 effected by the electronic control device can thus be such that this solenoid valve always remains closed at high speed and load, in order thus to achieve an optimal opening time cross section on the engine valve, and that the solenoid valve always remains open at low speeds and loads in order to keep the opening time cross-section as small as possible, which is then determined by the blocking time of the shut-off valve. In the intermediate speed or load range, i.e. in the speed range between the opening time of the shut-off valve 18 and the control situation in which the solenoid valve 21 is always blocked, the control takes place by clocking the solenoid valve, which can be done, for example, in synchronism with the crank angle. In this way, the range between 100 ° NW and 270 ° NW, ie the final valve closing point, is controlled independently for each of the four cylinders via the solenoid valve 21.

Claims (6)

  1. Electrohydraulic valve control appliance for internal combustion engines
    - having an engine valve driven axially by the drive cam of an engine camshaft via a valve tappet
    - having a variable volume pressure space filled with hydraulic fluid and determining the effective length of the valve tappet, which pressure space is bounded at one end by a camshaft piston actuated by the drive cam and at the other by a valve piston acting on the valve stem,
    - having a hydraulic fluid drain passage branching off from the pressure space
    - having a supply passage for the hydraulic fluid opening into the pressure space and containing a non-return valve opening towards the pressure space and
    - having a magnetic valve which is activated by means of an electronic control unit, which processes engine parameters and which is used for controlling the drain passage and therefore the pressure space -volume, the drain passage (17) being shut off by means of a shut-off valve (18), which can be opened hydraulically,
    characterized
    - in that the valve piston (9) activates a control passage (25) after traversing a stroke corresponding to a certain rotational angle (°NW) of the camshaft (7) and
    - in that the control passage (25) leads to the shut-off valve (18) for the transmission of the pressure space pressure which forms the control pressure at the shut-off valve,
    so that the shut-off valve (18) is opened by the working pressure in the pressure space (8) after the opening of the control passage (25) by the valve piston (9).
  2. Valve control appliance according to Claim 1, characterized in that a non-return valve (19) opening in the direction of the magnetic valve (21) is arranged in the drain passage (17) between the shut-off valve (18) and the magnetic valve (21).
  3. Valve control appliance according to Claim 2, characterized in that further drain passages (34) of other valve control units of the same internal combustion engine open into the drain passage (17) between the non-return valve (19) and the magnetic valve (21).
  4. Valve control appliance according to one of the preceding claims, characterized in that there is a relief conduit (27), in which is arranged a non-return valve (28) opening towards the drain passage (17), between the control passage (25) and the drain passage (17) upstream of the shut-off valve (18).
  5. Valve control appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the drive cam (6) has a track (5) (II to IV) which rises slowly (compression stroke section II) for the delivery stroke of the cam piston to be driven (3) and falls steeply (suction stroke section III) for the suction stroke.
  6. Valve control appliance according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off valve (18) is configured as a spool valve whose spool (23), which can be displaced from the shut-off position against a return spring (24), can be acted on, by hydraulic fluid supplied through the control passage (25), on its end facing away from the return spring (24).
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