EP1029156A1 - Verfahren zur steuerung eines gaswechselventils für brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines gaswechselventils für brennkraftmaschinen

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Publication number
EP1029156A1
EP1029156A1 EP99913074A EP99913074A EP1029156A1 EP 1029156 A1 EP1029156 A1 EP 1029156A1 EP 99913074 A EP99913074 A EP 99913074A EP 99913074 A EP99913074 A EP 99913074A EP 1029156 A1 EP1029156 A1 EP 1029156A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
internal combustion
valve
combustion engine
gas exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99913074A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Diehl
Karsten Mischker
Rainer Walter
Stefan Franzl
Volker Beuche
Stefan Reimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1029156A1 publication Critical patent/EP1029156A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

Definitions

  • the invention is based on a method for controlling a gas exchange valve for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • the gas exchange valve has an axially displaceable valve member which has a valve sealing surface at its end near the combustion chamber, with which it is used to control an inlet or outlet cross section on the combustion chamber of the internal combustion engine with a stationary one Valve seat interacts.
  • the valve member of the gas exchange valve has a working piston which, with its axial end faces, delimits two hydraulic work spaces, of which an upper hydraulic work space remote from the combustion chamber can be alternately filled and relieved of pressure, and which thus counteracts the valve member of the gas exchange valve against one on the underside of the piston attacking constant closing force operated in the opening or closing direction.
  • the constant closing force on the valve member piston is guaranteed by the constant connection of the lower combustion chamber near the combustion chamber with a high-pressure medium source.
  • the known valve control device has the disadvantage that it is operated with a constant pressure medium supply pressure.
  • This supply pressure must be chosen at least so high that the necessary valve actuator dynamics are still reliably achieved both at the highest speed and load of the internal combustion engine and at low temperatures and thus a low viscosity of the hydraulic medium.
  • these operating states on the internal combustion engine to be supplied occur only briefly in real driving operation, so that an unnecessarily high pressure medium supply pressure must be maintained over the longest period of time.
  • this pressure directly affects the power requirement of the overall vehicle system, it also affects the overall efficiency of the internal combustion engine to be supplied.
  • the inventive method for controlling a gas exchange valve for internal combustion engines with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the supply pressure of the valve control device is only brought to the maximum required for the extreme boundary conditions if such a high supply pressure due to the current operating parameters supplying internal combustion engine is actually necessary.
  • the supply pressure of the pressure medium provided for actuating the gas exchange valve member is advantageously changed and set as a function of the current operating parameters of the internal combustion engine to be supplied during its operation. In this way it is possible to close the valve control device with a reduced pressure over wide operating cycles of the internal combustion engine to be supplied operate that is sufficient for the normal everyday operation of vehicle internal combustion engines.
  • Supply pressure levels are alternatively possible through two strategies, wherein in a first strategy the valve control system pressure is changed continuously depending on the operating parameters of the internal combustion engine, such as temperature, speed and load. It is particularly advantageous to set the supply pressure level using a map stored in an electrical control unit.
  • a second alternative strategy for the variable control of the supply pressure level is the gradual switching between different pressure levels depending on the temperature, the speed and the load on the internal combustion engine to be supplied.
  • the number of pressure stages is initially variable, but an optimal design must be adapted to the respective internal combustion engine. It is particularly advantageous to provide two pressure levels, a first of which covers the lower to middle operating state of the internal combustion engine and a second of which provides the high pressure level for the demanding operating states. In order to avoid switching back and forth too often between adjacent pressure levels, a hysteresis function is provided in their border areas.
  • a controllable high-pressure pump is advantageously used, which can be driven directly by the internal combustion engine and at a speed synchronous with this, so that the
  • Delivery volume of the pump already increases automatically with the speed of the internal combustion engine.
  • it is also possible to regulate the high-pressure pump on the suction side for example by means of an adjustable suction throttle, or on the pressure side by means of corresponding pressure valves.
  • the valve control device advantageously has a hydraulic actuator in which a piston connected to the gas exchange valve delimits at least one hydraulic working space. This hydraulic one
  • the work space can be filled and relieved alternately with a pressure medium under high pressure, filling and relieving the work space by means of control valves in an inlet or in a relief line depending on operating parameters the internal combustion engine.
  • the actuating force acting on the piston of the hydraulic actuator on the part of the hydraulic working space is opposed by a constant counterforce directed in the closing direction of the gas exchange valve member.
  • This constant clamping force can be provided hydraulically or mechanically.
  • the mechanical provision takes place via springs, while the hydraulic counterforce is built up by the provision of a second hydraulic working space, which acts on the actuating piston of the gas exchange valve element opposite the first hydraulic working space.
  • this second hydraulic working chamber acting in the closing direction is advantageously continuously connected to the high-pressure medium supply line, so that the high pressure of the hydraulic actuating medium is constantly present in this chamber.
  • FIG. 1 shows a device for actuating a gas exchange valve for internal combustion engines, in which the hydraulic actuating piston of the The gas exchange valve member delimits, with its end faces, two opposing hydraulic working spaces, the hydraulic pressure medium being provided by a controllable high-pressure pump.
  • a piston-shaped valve member 3 of the gas exchange valve is guided axially displaceably in a housing 1.
  • the gas exchange valve member 3 has at its lower end facing the combustion chamber a valve plate 5, the upper end face of which forms a valve sealing surface 7. With this valve sealing surface 7, the valve member 3 interacts with a fixed valve seat 9 on the housing 1 and thus controls an inlet or outlet cross section on the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, which is not shown in detail.
  • the valve member 3 At its upper end remote from the combustion chamber, the valve member 3 has a hydraulic adjusting piston 11 which is enlarged in cross section and which is guided with its cylindrical outer circumferential wall surface in a sealingly slidable manner in a cylinder 13.
  • the piston 11 delimits a lower hydraulic working space 17 with its lower combustion chamber facing ring end face 15 and an upper hydraulic working space 21 with its entire upper piston end face 19.
  • the hydraulic working pressure applied in the lower working chamber 17 acts on the piston 11 via the lower ring end face 15 in the closing direction of the
  • Valve member 3 while the pressure in the upper working chamber 21 acts on the piston 11 via the upper piston end face 19 in the opening direction of the valve member 3.
  • the hydraulic pressure medium actuating the hydraulic valve actuator is provided via a controllable high-pressure pump 23, which draws in the pressure medium, preferably hydraulic or engine oil, from a reservoir 25 and via a
  • Pressure medium supply line 27 to the cylinder 13 promotes.
  • the main branch of the pressure medium supply line 27 opens into the upper hydraulic working chamber 21, a branch line 29 leading away from the pressure medium supply line 27, which in turn opens into the lower hydraulic working chamber 17.
  • an electrical control valve 31 is inserted into the pressure medium supply line 27 downstream of the branching into the branch line 29 and shortly before the confluence with the upper working space 21.
  • a first check valve 33 is inserted in the flow direction before branching into the branch line 29 in the pressure medium supply line 27 to maintain a standing pressure.
  • a relief line 35 also leads from the upper working space 21, which opens into the storage container 25 and into which an electrical control valve 37 is also inserted, via which the relief line 35 can be opened or closed.
  • a second check valve 39 is provided in the relief line 35 downstream of the control valve 37.
  • an electrical control unit 41 which processes various current operating parameters of the internal combustion engine to be supplied, such as the temperature, speed and load, as input variables. Depending on these current input variables, it is then preferred controlled, the controllable high-pressure pump 23 and the electrical control valves 31 and 37 are controlled.
  • the described actuating device for a gas exchange valve for internal combustion engines works in the following manner.
  • the high-pressure pump 23 is also preferably driven at a speed which is synchronous with the internal combustion engine and thus conveys the pressure medium from the reservoir 25 under pressure into the
  • Pressure medium supply line 27 The pressurized pressure medium passes via the branch line 29 into the lower working chamber 17 which is permanently connected to the pressure medium supply line 27. There, the high pressure acts on the piston 11 via the ring face 15 in the closing direction of the
  • Valve member 3 so that it is held with its valve sealing surface 7 in contact with the stationary valve seat 9.
  • the check valve 33 arranged in the pressure medium supply line 27 ensures the maintenance of a certain standing pressure in the branch line 29 and the lower working chamber 17, so that the valve member 3 is held in the closed position even when the internal combustion engine is switched off.
  • the control valve 31 arranged in the pressure medium supply line 27 holds in the starting position, that is to say when the gas exchange valve is closed, the mouth of the
  • valve member opening positions can be variably set and maintained by appropriately actuating the control valves 31 and 37.
  • the opening of the gas exchange valve is ended by the control valves 31 and 37 being activated again via the electrical control device 41 in such a way that the confluence of the pressure medium supply line in the upper working space 21 is closed and the relief line 35 is opened again from the latter.
  • the high pressure in the upper working chamber 21 relaxes in the storage container 25 and the closing force acting in the lower working chamber 17 via the annular end face 15 on the piston 11 of the valve member 3 displaces the valve member 3 again in sealing contact with its valve sealing surface 7 on the valve seat 9.
  • the high pressure pump 23 is controlled so that the Supply pressure of the pressure medium is set as a function of current operating parameters of the internal combustion engine to be supplied during its operation.
  • the high-pressure pump can be operated at engine-synchronous speed, for example throttled on the suction side.
  • the control of the various pressure levels can be infinitely variable and is preferably likewise carried out under characteristic control by the electrical control unit 41. Another variant of the division of the supply pressure of the valve control device during the operation of the
  • the internal combustion engine represents the gradual setting of different supply pressure levels.
  • several pressure levels are provided, preferably two supply pressure level levels being sufficient.
  • a first lower pressure level level covers the operating range of the internal combustion engine, in which it is operated at low or medium speed, load and temperature.
  • the second pressure level is only set on the high-pressure pump 23 when the internal combustion engine is operated in extreme operating conditions. These extreme operating conditions are, for example, a very low ambient temperature, high speeds and high loads.
  • high restoring moments act on the valve member 3 of the gas exchange valve, which also require high adjustment pressures of the hydraulic pressure medium.
  • a hysteresis function is interposed between these border areas between the pressure levels. This hysteresis function causes, for example, a
  • valve actuator it is thus possible for the valve actuator to achieve significant energy savings in the most frequently used operating range of the internal combustion engine to be supplied. This energy saving is achieved by a corresponding reduction in the

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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen, mit einem verschiebbaren Ventilglied (3), das an seinem brennraumnahen Ende eine Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einlaß- oder Auslaßquerschnittes vom Brennraum der Brennkraftmaschine mit einem Ventilsitz (9) zusammenwirkt und das an seinem brennraumfernen Ende einen Arbeitskolben (11) aufweist, der wenigstens einen hydraulischen Arbeitsraum (21) begrenzt, durch dessen wechselseitiges Befüllen und Entlasten mit einem hydraulischen Druckmittel das Ventilglied (3) in Öffnungs- und Schließrichtung verschiebbar ist. Dabei wird der zur Betätigung des Gaswechselventilgliedes (3) bereitgestellte Versorgungsdruck des Druckmittels in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingestellt.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der DE 195 11 320 bekannten Vorrichtung zum Steuern eines Gaswechselventils weist das Gaswechselventil ein axial verschiebbares Ventilglied auf, das an seinem brennraumnahen Ende eine Ventildichtfläche aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einlaß- oder Auslaßquerschnittes am Brennraum der Brennkraftmaschine mit einem ortsfesten Ventilsitz zusammenwirkt. An seinem brennraumfemen Ende weist das Ventilglied des Gaswechselventils einen Arbeitskolben auf, der mit seinen axialen Stirnflächen zwei hydraulische Arbeitsräume begrenzt, von denen ein brennraumferner oberer hydraulischer Arbeitsraum wechselseitig mit einem Druckmittel befüllbar und entlastbar ist und der so das Ventilglied des Gaswechselventils entgegen einer an der Kolbenunterseite angreifenden konstanten Schließkraft in Offnungs- beziehungsweise Schließrichtung betätigt. Dabei wird die konstante Schließkraft am Ventilgliedkolben durch die ständige Verbindung des unteren brennraumnahen Arbeitsraumes mit einer Hochdruckmittelquelle gewährleistet. Die bekannte Ventilsteuerungsvorrichtung weist dabei jedoch den Nachteil auf, daß sie mit einem konstanten Druckmittelversorgungsdruck betrieben wird. Dieser Versorgungsdruck muß dabei mindestens so hoch gewählt werden, daß die notwendige Ventilstellerdynamik sowohl bei höchster Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine als auch bei tiefen Temperaturen und somit einer niedrigen Viskosität des Hydraulikmediums noch sicher erreicht wird. Diese Betriebszustände an der zu versorgenden Brennkraftmaschine treten jedoch im realen F hrbetrieb nur kurzzeitig auf, so daß über die größte Zeitspanne ein unnötig hoher Druckmittelversorgungsdruck aufrechterhalten werden muß. Da dieser Druck jedoch direkt in den Leistungsbedarf des Gesamtfahrzeugsystems eingeht, beeinträchtigt er auch den Gesamtwirkungsgrad der zu versorgenden Brennkraftmaschine .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Versorgungsdruck der Ventilsteuerungsvorrichtung nur dann auf das für die extremen Randbedingungen benötigte Höchstmaß gebracht wird, wenn ein derartig hoher Versorgungsdruck durch die aktuellen Betriebsparameter der zu versorgenden Brennkraftmaschine tatsächlich notwendig wird. Dazu wird der zur Betätigung des Gaswechselventilgliedes bereitgestellte Versorgungsdruck des Druckmittels in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine während deren Betriebs aktuell verändert und eingestellt. Auf diese Weise ist es möglich über breite Betriebszyklen der zu versorgenden Brennkraftmaschine die Ventilsteuerungsvorrichtung mit einem reduzierten Druck zu betreiben, der für den normalen Alltagsbetrieb der Fahrzeugbrennkraftmaschinen ausreicht. In diesem Alltagsbetrieb werden die Fahrzeugbrennkraftmaschinen die meiste Zeit in betriebswarmem Zustand und in einem mittleren Drehzahl- und Lastbereich betrieben, bei dem die Anforderungen an die Dynamik des hydraulischen Ventilsteuerungssystems wesentlich geringer sind als bei den anspruchsvollen Betriebszuständen, wie zum Beispiel einer hohen Drehzahl, hohen Last und tiefen Temperaturen. Dabei ist es durch die ständige variable Einstellung des
Versorgungsdrucks des Ventilsteuerungssystems jedoch auch sichergestellt, den sicheren Betrieb der
Ventilsteuerungsvorrichtung auch bei den anspruchsvollen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, die einen hohen Druckmittelversorgungsdruck erfordern, zu gewährleisten.
Da der von der Hochdruckpumpe für das Ventilsteuerungssystem zu liefernde Versorgungsdruck direkt in den Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine eingeht, führt eine vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängige
Druckreduzierung direkt zu einer Energieeinsparung im Vergleich zu bekannten Ventilsteuerungssystem mit konstantem Versorgungsdruck .
Dabei ist die variable Veränderung des
Versorgungsdruckniveaus alternativ durch zwei Strategien möglich, wobei bei einer ersten Strategie der Ventilsteuerungssystemdruck abhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel der Temperatur, Drehzahl und Last stufenlos verändert wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Einstellung des Versorgungsdruckniveaus über ein in einem elektrischen Steuergerät abgelegtes Kennfeld vorzunehmen. Eine zweite alternative Strategie zur veränderbaren Steuerung des Versorgungsdruckniveaus ist die stufenweise Umschaltung zwischen verschiedenen Druckniveaus in Abhängigkeit von der Temperatur, der Drehzahl und der Last an der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Dabei ist die Anzahl der Druckstufen zunächst variabel, eine optimale Auslegung muß jedoch in Anpassung an die jeweilige Brennkraftmaschine erfolgen. Dabei ist es besonders vorteilhaft zwei Druckniveaustufen vorzusehen, von denen eine erste den unteren bis mittleren Betriebszustand der Brennkraftmaschine abdeckt und eine zweite das hohe Druckniveau für die anspruchsvollen Betriebszustände bereitstellt. Um ein zu häufiges Hin- und Herschalten zwischen benachbarten Druckniveaus zu vermeiden wird in deren Grenzbereichen eine Hysteresefunktion vorgesehen.
Als Druckversorgungseinrichtung wird in vorteilhafter Weise eine regelbare Hochdruckpumpe verwendet, die dabei direkt von der Brennkraftmaschine und mit einer zu dieser synchronen Drehzahl angetrieben werden kann, so daß das
Fördervolumen der Pumpe bereits automatisch mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Regelung der Hochdruckpumpe saugseitig zum Beispiel durch eine einstellbare Saugdrossel oder druckseitig durch entsprechende Druckventile vorzunehmen.
Die Ventilsteuerungsvorrichtung weist dabei in vorteilhafter Weise einen Hydrauliksteller auf, bei dem ein mit dem Gaswechselventil verbundener Kolben wenigstens einen hydraulischen Arbeitsraum begrenzt. Dieser hydraulische
Arbeitsraum ist dabei wechselseitig mit einem unter hohem Druck stehenden Druckmittel befüllbar und entlastbar, wobei Befüllen und Entlasten des Arbeitsraumes mittels Steuerventilen in einer Zulauf- beziehungsweise in einer Entlastungsleitung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine erfolgt . Der am Kolben des hydraulischen Stellers seitens des hydraulischen Arbeitsraumes angreifenden Stellkraft ist dabei eine in Schließrichtung des Gaswechselventilgliedes gerichtete konstante Gegenkraft entgegengesetzt. Diese konstant anliegende Schließkraft kann dabei hydraulisch oder mechanisch bereitgestellt werden. Die mechanische Bereitstellung erfolgt über Federn, während der Aufbau der hydraulischen Gegenkraft durch das Vorsehen eines zweiten hydraulischen Arbeitsraumes erfolgt, der, dem ersten hydraulischen Arbeitsraum entgegengesetzt am Stellkolben des Gaswechselventilgliedes angreift. Dabei ist dieser in Schließrichtung wirkende zweite hydraulische Arbeitsraum im beschriebenen Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise ständig mit der Hochdruckmittelzuführungsleitung verbunden, so daß in diesem Raum ständig der Hochdruck des hydraulischen Stellmediums anliegt. Alternativ ist es auch möglich, die Stellbewegung am Kolben des Gaswechselventilgliedes durch wechselseitiges Befüllen beider hydraulischer Arbeitsräume am Stellkolben mit einem Druckmedium zu realisieren.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Beschreibung näher erläutert . Es zeigt die Figur 1 eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen, bei der der hydraulische Stellkolben des Gaswechselventilgliedes mit seinen Stirnflächen zwei entgegengesetzt zueinander wirkende hydraulische Arbeitsräume begrenzt, wobei das hydraulische Druckmedium von einer regelbaren Hochdruckpumpe bereitgestellt wird.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen ist in einem Gehäuse 1 ein kolbenförmiges Ventilglied 3 des Gaswechselventils axial verschiebbar geführt. Das Gaswechselventilglied 3 weist dabei an seinem brennraumzugewandten unteren Ende einen Ventilteller 5 auf, dessen obere Stirnfläche eine Ventildichtfläche 7 bildet. Mit dieser Ventildichtfläche 7 wirkt das Ventilglied 3 mit einem ortsfesten Ventilsitz 9 am Gehäuse 1 zusammen und steuert so einen Einlaß- beziehungsweise Auslaßquerschnitt am Brennraum der nicht näher dargestellten zu versorgenden Brennkraftmaschine. An seinem oberen, brennraumfemen Ende weist das Ventilglied 3 einen im Querschnitt erweiterten hydraulischen Verstellkolben 11 auf, der mit seiner zylindrischen Außenumfangswandflache dichtend gleitverschiebbar in einem Zylinder 13 geführt ist. Dabei begrenzt der Kolben 11 mit seiner unteren brennraumzugewandten Ringstirnfläche 15 einen unteren hydraulischen Arbeitsraum 17 und mit seiner gesamten oberen Kolbenstirnfläche 19 einen oberen hydraulischen Arbeitsraum 21. Der im unteren Arbeitsraum 17 anstehende hydraulische Arbeitsdruck beaufschlagt dabei den Kolben 11 über die untere Ringstirnfläche 15 in Schließrichtung des
Ventilgliedes 3, während der Druck im oberen Arbeitsraum 21 den Kolben 11 über die obere Kolbenstirnfläche 19 in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 3 beaufschlagt. Die Bereitstellung des den hydraulischen Ventilsteller betätigenden hydraulischen Druckmittels erfolgt über eine regelbare Hochdruckpumpe 23 die das Druckmedium, vorzugsweise Hydraulik- bzw. Motoröl , aus einem Vorratsbehälter 25 ansaugt und über eine
Druckmittelzufuhrleitung 27 zum Zylinder 13 fördert. Dabei mündet die Druckmittelzufuhrleitung 27 mit ihrem Hauptzweig in den oberen hydraulischen Arbeitsraum 21, wobei von der Druckmittelzufuhrleitung 27 eine Zweigleitung 29 abführt, die ihrerseits in den unteren hydraulischen Arbeitsraum 17 einmündet. Zur Steuerung der DruckmittelZuführung in den oberen Arbeitsraum ist ein elektrisches Steuerventil 31 in die Druckmittelzufuhrleitung 27 stromabwärts der Verzweigung in die Zweigleitung 29 und kurz vor der Einmündung in den oberen Arbeitsraum 21 eingesetzt. Zudem ist zur Aufrechterhaltung eines Standdruckes ein erstes Rückschlagventil 33 in Strömungsrichtung vor der Abzweigung in die Zweigleitung 29 in die Druckmittelzufuhrleitung 27 eingesetzt. Zur Druckentlastung des oberen hydraulischen Arbeitsraumes 21 der Ventilsteuerungseinrichtung führt zudem eine Entlastungsleitung 35 vom oberen Arbeitsraum 21 ab, die in den Vorratsbehälter 25 mündet und in die ebenfalls ein elektrisches Steuerventil 37 eingesetzt ist, über das die Entlastungsleitung 35 aufsteuerbar beziehungsweise zusteuerbar ist. Dabei ist in der Entlastungsleitung 35 stromabwärts des Steuerventils 37 ein zweites Rückschlagventil 39 vorgesehen.
Zur erfindungsgemäßen Steuerung der Gaswechselbetätigungsvorrichtung ist weiterhin ein elektrisches Steuergerät 41 vorgesehen, das verschiedene aktuelle Betriebsparameter der zu versorgenden Brennkraftmaschine wie zum Beispiel die Temperatur, Drehzahl und Last als Eingangsgrößen verarbeitet. In Abhängigkeit von diesen aktuellen Eingangsgrößen wird dann, vorzugsweise kennfeidgesteuert, die regelbare Hochdruckpumpe 23, sowie die elektrischen Steuerventile 31 und 37 angesteuert.
Dabei arbeitet die beschriebene Betätigungsvorrichtung für ein Gaswechselventil für Brennkraftmaschinen in folgender Weise. Mit Beginn des Betriebes der zu versorgenden Brennkraftmaschine wird auch die Hochdruckpumpe 23 vorzugsweise mit zur Brennkraftmaschine synchroner Drehzahl angetrieben und fördert so das Druckmittel aus dem Vorratsbehälter 25 unter Druck in die
Druckmittelzufuhrleitung 27. Dabei gelangt das unter Druck stehende Druckmittel über die Zweigleitung 29 in den ständig mit der Druckmittelzufuhrleitung 27 verbundenen unteren Arbeitsraum 17. Dort beaufschlagt der Hochdruck den Kolben 11 über die Ringstirnfläche 15 in Schließrichtung des
Ventilgliedes 3, so daß dieses mit seiner Ventildichtfläche 7 in Anlage am ortsfesten Ventilsitz 9 gehalten wird. Das in der Druckmittelzufuhrleitung 27 angeordnete Rückschlagventil 33 gewährleistet dabei die Aufrechterhaltung eines bestimmten Standdruckes in der Zweigleitung 29 und dem unteren Arbeitsraum 17, so daß das Ventilglied 3 auch bei abgestellter Brennkraftmaschine in Schließlage gehalten wird. Das in der Druckmittelzufuhrleitung 27 angeordnete Steuerventil 31 hält dabei in Ausgangsposition, das heißt bei geschlossenem Gaswechselventil die Einmündung der
Druckmittelzufuhrleitung 27 in den oberen Arbeitsraum 21 verschlossen. Gleichzeitig hält das elektrische Steuerventil 37 in der Entlastungsleitung 35 diese geöffnet, so daß sich ein möglicher Hochdruck im oberen Arbeitsraum 21 in den Vorratstank 25 entspannen kann und dieser in Ruhelage druckentlastet ist. Auch hier hält ein Rückschlagventil 39 in der Leitung 35 einen bestimmten Restdruck im oberen Arbeitsraum 21 und in der Leitung 35 aufrecht, der eine zu lange Totzeit infolge eines vollständigen Entleerens des oberen Arbeitsraumes 21 vermeiden soll. Zur Öffnung des Gaswechselventils werden die elektrischen Steuerventile 31 und 37 derart angesteuert, daß das Steuerventil 31 nunmehr den Druckmitteldurchfluß in den oberen Arbeitsraum 21 ermöglicht, während das Steuerventil 37 die Entlastungsleitung 35 verschließt. Infolgedessen baut sich nun im oberen Arbeitsraum 21 der gleiche Druckmediumhochdruck wie im unteren Arbeitsraum 17 auf, wobei die am Kolben 11 angreifende Druckkraft in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 3 die Schließkraft des unteren Arbeitsraumes 17 infolge der größeren wirksameren Druckangriffsfläche am Kolben 11 übersteigt und so das Ventilglied 3 mit seiner Ventildichtfläche vom Ventilsitz 9 nach unten abheben läßt. Dabei wird nunmehr ein Öffnungsquerschnitt zwischen der Ventildichtfläche 7 und dem Ventilsitz 9 am Brennraum der zu versorgenden
Brennkraftmaschine aufgesteuert , über den ein Einlaß- oder Auslaßquerschnitt freigegeben wird. Dabei lassen sich über ein entsprechendes Ansteuern der Steuerventile 31 und 37 alle Ventilgliedöffnungspositionen variabel einstellen und halten. Das Öffnen des Gaswechselventils wird beendet, indem über das elektrische Steuergerät 41 die Steuerventile 31 und 37 wieder derart angesteuert werden, daß die Einmündung der Druckmittelzufuhrleitung in den oberen Arbeitsraum 21 verschlossen und die Entlastungsleitung 35 aus diesem erneut geöffnet ist. Dadurch entspannt sich der Hochdruck im oberen Arbeitsraum 21 in den Vorratsbehälter 25 und die im unteren Arbeitsraum 17 über die Ringstirnfläche 15 am Kolben 11 des Ventilgliedes 3 angreifende Schließkraft verschiebt das Ventilglied 3 erneut in dichtende Anlage seiner Ventildichtfläche 7 an den Ventilsitz 9.
Um nunmehr unnötig hohe Drücke des Druckmittels der Ventilsteuerungsvorrichtung bei bestimmten
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden wird die Hochdruckpumpe 23 derart geregelt, daß der Versorgungsdruck des Druckmittels in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine während deren Betriebs eingestellt wird. Dazu kann die Hochdruckpumpe bei motorsynchroner Drehzahl z.B. saugseitig gedrosselt betrieben werden. Die Ansteuerung der verschiedenen Druckniveaus kann dabei stufenlos veränderbar sein und erfolgt vorzugsweise ebenfalls kennfeidgesteuert durch das elektrische Steuergerät 41. Eine weitere Variante des Einsteilens des Versorgungsdruckes der Ventilsteuerungsvorrichtung während des Betriebs der
Brennkraftmaschine stellt das stufenweise Einstellen von verschiedenen Versorgungsdruckniveaus dar. Dazu sind mehrere Druckstufen vorgesehen, wobei vorzugsweise bereits zwei Versorgungsdruckniveaustufen ausreichen Eine erste untere Druckniveaustufe deckt dabei den Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ab, bei der diese mit niedriger beziehungsweise mittlerer Drehzahl, Last und Temperatur betrieben wird. Das zweite Druckniveau wird an der Hochdruckpumpe 23 erst eingestellt, wenn die Brennkraftmaschine m extremen Betriebsbedingungen betrieben wird. Diese extremen Betriebsbedingungen sind zum Beispiel eine sehr niedrige Umgebungstemperatur, hohe Drehzahlen und hohe Lasten. In diesem Falle wirken auf das Ventilglied 3 des Gaswechselventils hohe Ruckstellmomente, die auch hohe Verstelldrücke des hydraulischen Druckmediums benötigen. Um dabei ein zu häufiges Hm- und Herschalten zwischen den einzelnen Druckniveaus in deren Grenzbereichen zu vermeiden, ist diesen Grenzbereichen zwischen den Druckniveaus eine Hysteresefunktion zwischengeschaltet. Diese Hysteresefunktion bewirkt zum Beispiel bei einer
Umschaltgrenze zwischen den Druckniveaus bei einer Drehzahl von 5000 Umdrehungen pro Minute, daß das Hochschalten das hohe Druckniveau erst bei einer Drehzahl von ca. 5500 Umdrehungen pro Minute erfolgt. Im Gegensatz dazu erfolgt das Herunterschalten vom hohen Druckniveau m das niedrigere Druckniveau erst bei einer Drehzahl von etwa 4500 Umdrehungen pro Minute, so daß in einem Drehzahlbereich von ca. 1000 Umdrehungen pro Minute kein Umschalten erfolgt und somit ein ständiges Hin- und Herspringen zwischen den beiden Druckniveaustufen sicher vermieden werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere durch die betriebspunktabhängige Anpassung des Versorgungsdruckes des Druckmittels des hydraulischen
Ventilstellers ist es somit möglich, in dem am häufigsten benutzten Betriebsbereich der zu versorgenden Brennkraftmaschine eine deutliche Energieeinsparung zu erreichen. Diese Energieeinsparung wird dabei durch eine entsprechende Absenkung des
Druckmittelversorgungsdruckniveaus erreicht, so daß die Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe entsprechend abgesenkt werden kann, was die Gesamtenergiebilanz der Brennkraftmaschine erheblich verbessert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen, mit einem verschiebbaren Ventilglied (3), das an seinem brennraumnahen Ende eine Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einlaß- oder Auslaßquerschnittes am Brennraum der Brennkraftmaschine mit einem Ventilsitz (9) zusammenwirkt und das an seinem brennraumfemen Ende einen Arbeitskolben (11) aufweist, der wenigstens einen hydraulischen Arbeitsraum (21) begrenzt, durch dessen wechselseitiges Befüllen und Entlasten mit einem Druckmittel das Ventilglied (3) in Offnungs- und Schließrichtung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Betätigung des
Gaswechselventilgliedes (3) bereitgestellte Versorgungsdruck des Druckmittels in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine während deren Betriebs eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsdruck der Ventilsteuerungsvorrichtung während des Betriebs der Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit von deren Betriebsparametern stufenlos veränderbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Versorgungsdruckes kennfeidgesteuert erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsdruck der Ventilsteuerungsvorrichtung während des Betriebs der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Betriebsparametern stufenweise veränderbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise zwei Druckniveaustufen vorgesehen sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umschalten zwischen den einzelnen
Druckniveaustufen eine Hysteresefunktion in dem Grenzbereich zwischen den Druckstufen vorgesehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Versorgungsdruckes der
Ventilsteuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur, der Last und der Drehzahl der zu versorgenden Brennkraftmaschine erfolgt .
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsdruck der Ventilsteuerungsvorrichtung von einer regelbaren Pumpe (23) aufgebaut wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (23) druckseitig regelbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe saugseitig regelbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer, der den wechselseitig mit Druckmittel befüll- und entlastbaren Arbeitsraum (21) begrenzenden oberen Kolbenstirnfläche (19) gegenüberliegenden unteren Kolbenstirnfläche (15) eine konstant anliegende Gegenkraft angreift, die der Öffnungsdruckkraft an der oberen Kolbenstirnfläche (19) des Gaswechselventilgliedes (3) entgegenwirkt und die das Gaswechselventilglied (3) bei drucklosem hydraulischen Arbeitsraum (21) in seiner Schließlage hält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die konstant anliegende Gegenkraft in Schließrichtung als hydraulische Druckkraft ausgebildet ist, die in einem zweiten hydraulischen Arbeitsraum (17) aufgebaut wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in Schließrichtung auf das Gaswechselventilglied (3) wirkenden zweiten hydraulischen Arbeitsraum (17) ständig der Versorgungshochdruck des Druckmittels anliegt.
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