EP1415070A1 - Vorrichtung zur steuerung von gaswechselventilen - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung von gaswechselventilen

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EP1415070A1
EP1415070A1 EP02745076A EP02745076A EP1415070A1 EP 1415070 A1 EP1415070 A1 EP 1415070A1 EP 02745076 A EP02745076 A EP 02745076A EP 02745076 A EP02745076 A EP 02745076A EP 1415070 A1 EP1415070 A1 EP 1415070A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valves
gas exchange
control
switching
Prior art date
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Granted
Application number
EP02745076A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1415070B1 (de
Inventor
Udo Diehl
Bernd Rosenau
Uwe Hammer
Volker Beuche
Peter Lang
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
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1415070A1 publication Critical patent/EP1415070A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1415070B1 publication Critical patent/EP1415070B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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 relates to a device for controlling gas exchange valves in combustion cylinders of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • each valve actuator the actuating piston of which is connected in one piece to the valve tappet of the associated gas exchange valve, is constantly connected to a high-pressure source with its first working chamber and, on the one hand, to a supply line to the one with its second working chamber High-pressure source alternately closing or releasing first electrical control valve and on the other hand connected to a second control valve alternately releasing or closing a relief line.
  • the electrical control valves are designed as 2/2 solenoid valves with spring return. With de-energized control valves, the first work area is still under high pressure, while the second work space is separated from the high pressure source and connected to the relief line. The gas exchange valve is closed.
  • Both control valves are energized to open the gas exchange valve. Due to the switching control valves, the second working space of the valve actuator is blocked on the one hand by the second control valve with respect to the relief line and on the other hand connected to the supply line to the high pressure source by the first control valve.
  • the gas exchange valve opens, the size of the opening stroke depending on the formation of the electrical control signal applied to the first electrical control valve and the opening speed on the pressure applied by the high pressure source.
  • the first control valve is then switched off so that it shuts off the supply line to the second working area of the valve actuator. In this way, all valve opening positions of the gas exchange valve can be set by means of an electrical control device for generating control signals.
  • two electrical control valves are required, which act accordingly on the assigned valve actuator with hydraulic pressure.
  • the device according to the invention for controlling gas exchange valves with the features of claim 1 has the advantage that through the use of a control valve pair composed of an extreme and a second electrical control valve for the alternate actuation of the whole two valve actuators, two electrical control valves per pair of valve actuators can be saved. Since the electrical control valves, which are primarily designed as 2/2 solenoid valves, have to realize extremely short switching times, in practice approx. 0.3 ms with an opening cross section of 3 mm 2 , such control valves are very expensive, so that the number of control valves is reduced in the control device brings significant cost savings. The smaller number of electrical control valves also reduces the number of output stages and the amount of electrical wiring required to control the control valves, which leads to further cost savings.
  • the switching of the control valves is carried out by means of two switching valves designed as 3/2-way valves, three of which are controlled valve connections, the first of which is connected to the first or second electrical control valve and the two which can be connected alternately to the first valve connection further valve connections are connected to the second work spaces of the two valve actuators.
  • Simple switching valves that can 'be driven electrically or hydraulically, are bulk buying very cheap, especially if no quick
  • a permanent hydraulic pressure at the control input of the hydraulically controlled changeover valves which is increased by means of a reciprocating piston to change the changeover valves into their working position.
  • the reciprocating piston is for this purpose driven by a rotating with respect to the speed of the crankshaft halved speed cam for reciprocating movement in a standing with the respective control input in communication pressure chamber.
  • Fig. 1 is a circuit diagram of a device for controlling four in different
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a gas exchange valve in a combustion cylinder of the internal combustion engine
  • FIG. 3 shows a diagram of the valve lift of various valves in the device according to FIG. 1 as a function of the crank angle.
  • the device shown in FIG. 1 for the control of gas exchange valves in combustion cylinders of an internal combustion engine serves to control a total of four gas exchange valves 10 (FIG. 2), one of which is arranged in a combustion cylinder of a four-cylinder, four-stroke internal combustion engine.
  • the gas exchange valves 10 can be the intake valves or the exhaust valves of the combustion cylinders.
  • the combustion cylinders, not shown here, are symbolic with 03/012263
  • valve actuators 11 for the gas exchange valves 10 of the respective combustion cylinder in FIG. 1.
  • the device has a total of four hydraulic valve actuators 11, each of which is assigned to a gas exchange valve 10 in the combustion cylinders I-IV.
  • Each valve actuator 11 has a working cylinder 12 in which an actuating piston 13 is guided so as to be axially displaceable.
  • the actuating piston 13 divides the working cylinder 12 into two hydraulic working spaces 121 and 122 defined by it and is firmly connected to the valve tappet 14 of the gas exchange valve 10.
  • a valve actuator 11 in connection with a gas exchange valve 10 is shown schematically in an enlarged representation in FIG. 2.
  • the valve tappet 14 carries at its end remote from the actuating piston 13 a plate-shaped valve sealing surface 15 which cooperates with a valve seat surface 17 formed on the housing 16 of the combustion cylinder of the internal combustion engine to control an opening cross section.
  • Working cylinder 12 has a total of three hydraulic connections, of which two hydraulic connections 122a and 122b open in the second working space 122 and one hydraulic connection 121a in the first working space 121.
  • the device also has a pressure supply device 22, which consists of a fluid reservoir 18, a prefeed pump 29, a high pressure pump 19, a check valve 20 and a memory 21 for pulsation damping and energy storage.
  • the output 221 of the tapped between the check valve 20 and the memory 21 Pressure supply device 22 is connected to all via a line 23. Hydraulic connections 121a of the four valve actuators 11 connected, so that the first working spaces 121 of the. Valve actuator 11 is constantly acted upon by the hydraulic pressure present at the outlet 221 of the pressure supply device 22.
  • the second working spaces 122 of the working cylinders 12 can be connected on the one hand via first electrical control valves 24 and 26 to the outlet 221 of the pressure supply device 22 and on the other hand via second electrical control valves 25 and 27 to a relief line 28, which in turn opens into the fluid reservoir 18.
  • All control valves 24 - 27 are designed as 2/2-way solenoid valves with spring return. In each case a first control valve 24 or 26 and a second
  • Control valve 25 and 27 form a pair of control valves with which two valve actuators 11 are alternately actuated.
  • the two valve actuators 11 controlled by the control valve pairs 24, 25 and 26, 27 are each associated with gas exchange valves 10 in those combustion cylinders whose ignition times are offset from one another by a crank angle of 360 °.
  • control valve pair 24, 25 controls the two valve actuators 11 of the gas exchange valves 10 in the first and third combustion cylinders I and III and the control valve pair 26, 27 controls the valve actuators 11 for the gas exchange valves 10 in the second and fourth combustion cylinders II and IV, whereby ' the control each of the two valve actuators 11 takes place alternately and the switching of the control valve pair 24, 25 or 26, 27 from one valve actuator 11 to the other valve actuator 11 during the closed state of the two of the Valve actuators 11 operated gas exchange valves 10 is performed.
  • the changeover of the two control valves 24 and 25 or 26 and 27 of each control valve pair • takes place synchronously.
  • changeover valves 30-33 are used, which in the exemplary embodiment in FIG. 1 are designed as hydraulically controlled 3/2-way valves with spring return.
  • Each changeover valve 30-33 has two switching positions and three controlled valve connections 34-36, of which the first valve connection 34 is connected to the respectively associated control valves 24 and 25 or 26 and 27 and the other two can be connected to the first valve connection 34
  • Valve connections 35 and 36 are connected to the second working spaces 122 of the valve actuator 11.
  • the second valve connection 25 with the second working chamber 122 of the valve actuator 11 is for the first
  • Combustion cylinder I and the second valve connection 36 are connected to the second working chamber 122 of the valve actuator 11 for the third "combustion cylinder III.
  • the first valve connection 34 of the changeover valve 31 is connected to the second control valve 25, the second valve connection 35 to the second working chamber 122 of the valve actuator 11 for the first combustion cylinder I and the third valve connection 36 are connected to the working space 122 of the valve actuator 11 for the third combustion cylinder III.
  • the switching valves 30-33 are controlled hydraulically against the spring force of a return spring, for which purpose the control inputs of the switching valves 30 and 31 are connected via a check valve 37 and the control inputs ' of the switching valves 32 and 33 via a check valve 38 are connected to the outlet of the pre-feed pump 29.
  • the changeover valves 30-33 are designed so that they cannot be moved out of their rest position shown in FIG. 1 by the hydraulic pressure present at the outlet of the prefeed pump 29.
  • the hydraulic pressure at the control inputs is controlled by means of a lifting piston 40 and 41
  • Changeover valves 30 - 34 enlarged.
  • Each reciprocating piston 40 or 41 delimits a fluid-filled pressure chamber 42 or 43 which is connected to the outlet of the prefeed pump 29 and is driven by a cam 44 or 45 for the stroke movement.
  • the pressure chamber 42 is connected to the control inputs of the changeover valves 30 and 31 and the pressure chamber 43 to the control inputs of the changeover valves 32, 33.
  • the two cams 44, 45 rotate at half the speed of the crankshaft, with each cam revolution the hydraulic pressure applied to the control inputs increasing from the pressure level at the outlet of the pre-feed pump 29 to a maximum pressure required for switching the changeover valves 30-33 and back to the original pressure level is reduced.
  • the pistons 41, 42 are reset by the restoring force of the return springs of the changeover valves and by the permanent pressure of the pre-feed pump 29.
  • the pre-feed pump 29 also compensates for leakage losses.
  • 3 shows the valve lift as a function of the crank angle for the various valves.
  • Diagrams a, b, f and g each show the valve lift of the gas exchange valves 10 forming intake valves in the first, third, second and fourth combustion cylinders I, III, II and IV, diagram c the valve lift of the changeover valves 30 31, diagram h the valve lift of the changeover valves 32 and 33, diagram d the valve lift of the control valve 24, diagram e the valve lift of the control valve 25, diagram i the valve lift of the control valve 26 and diagram k the valve lift of the control valve 27.
  • each gas exchange valve 10 is controlled by the associated valve actuator 11 in such a way that to close the gas exchange valve 10, the second working chamber 122 of the valve actuator 11 is connected to the relief line 28 via the second electrical control valve 25 or 27 and via the first electrical control valve 24 or 26 is blocked by the outlet 221 of the pressure supply device 22. Due to the system pressure prevailing in the first working chamber 121 of the valve actuator 11, the actuating piston 13 in FIG. 2 is shifted upward until the valve sealing surface 15 of the gas exchange valve 10 rests on the valve seat surface 17 on the housing 16 of the combustion cylinder of the internal combustion engine. The actuating piston 13 takes the Position shown in Fig. 1 within the working cylinder 12 of the valve actuator 11.
  • All control valves 24-27 are de-energized and assume their basic or rest position.
  • the second electrical control valve 25 or 27 is transferred into its blocking position, in which the second working space 122 is blocked off from the relief line 28, and the first electrical control valve 24 or 26 is transferred into its working position, so that the second working space 122 is connected to the outlet 221 of the pressure supply device 22 and the system pressure is now also present in the second working space 122 of the valve actuator 11. Since the piston area of the actuating piston 13, which delimits the first working chamber 121, is smaller than the area of the actuating piston 13, which delimits the second working chamber 122, one is created
  • Displacement force which moves the actuating piston 13 to the right in FIG. 1 or downwards in FIG. 2, which causes the
  • Gas exchange valve 10 is opened. The. The size of the opening stroke of the gas exchange valve 10 depends on the opening duration and opening speed of the first control valve 24 or 26.
  • the energization of the first control valve 24 or 26 is released and the first control valve 24 or 26 falls back into its blocking position.
  • the pressure in the second working space 122 is maintained, so that the gas exchange valve 10 maintains the opening stroke that has been occupied.
  • the second control valve 25 or 27 is then de-energized.
  • Diagram d shows the activation of the first control valve 24, diagram e the Activation of the second control valve 25.
  • Diagram i shows the activation of the first control valve 26 and diagram k the activation of the second control valve 27.
  • the first control valves 24 and 26 are blocked when de-energized while the second control valves 25, 27 are open when de-energized.
  • the changeover valves 30, 31 are in the rest or basic position A shown in FIG. 1, as shown by diagram c in FIG. 3.
  • the valve lift of the gas exchange valve 10 in the cylinder I as a function of the crank angle is shown in diagram a.
  • Gas change valve 10 the two changeover valves 30, 31 are reversed in their working position B.
  • the second working chamber 122 of the valve actuator 11 is connected to the two control valves 24, 25 for actuating the gas exchange valve 10 in the third combustion cylinder III.
  • the valve control process for the gas exchange valve 10 in the combustion cylinder III then proceeds in the same way as described above for the combustion cylinder I.
  • Diagram b shows the stroke of the gas exchange valve 10 in the combustion cylinder III as a function of the crank angle, while the changeover valves 30, 31 are in position B (diagram c).
  • the closing times of the gas exchange valves 10 in the combustion cylinders I and III which approximately corresponds to the ignition times in the combustion cylinders I and III, are offset by a crank angle of 360 °.
  • a maximum opening angle of the gas exchange valves 10 of about 240 ° stands for the changeover of the two changeover valves' 30, are closed in the crank angular range in both -the gas exchange valves 10 in the cylinder I and III 31, sufficient time is available.
  • This switching range is denoted by S in diagram c and covers approximately 60 ° crank angle.
  • the changeover valves 30, 31 and 32, 33 are each in a crank angle range of about 300 ° in position A and position B.
  • the corresponding switch is by the
  • Cams 44, 45 causes that rotate at half the crankshaft speed.
  • the changeover valves cannot be operated hydraulically but electrically, with the de-energized changeover valve in position A and the energized changeover valve in position B or vice versa. It is also possible, in the case of the hydraulically controlled changeover valves 30-33 described, instead of the

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine angegeben, die jeweils einem Gaswechselventil zugeordnete hydraulische Ventilsteller (11) mit einem auf das Gaswechselventil wirkenden Stellkolben (13) und zwei von dem Stellkolben (13) begrenzte, hydraulische Arbeitsräume (121, 122) aufweisen, von denen der das Gaswechselventil (10) in Schliessrichtung beaufschlagende erste Arbeitsraum (121) ständig mit unter Druck stehendem Fluid befüllt ist und der das Gaswechselventil (10) in Öffnungsrichtung beaufschlagende zweite Arbeitsraum (122) über ein erstes und zweites elektrisches Steuerventil (24, 25 bzw. 26, 27) wechselweise mit unter Druck stehendem Fluid befüllbar und entlastbar ist. Zwecks Kostenreduzierung werden jeweils zwei Ventilsteller (11) wechselweise von demselben ersten und demselben zweiten Steuerventil (24 bzw. 26, 25 bzw. 27) angesteuert und wird die Umschaltung der Steuerventile (24, 25 bzw. 26, 27) während des Schliesszustands der beiden von diesen Ventilstellern (11) betätigten Gaswechselventile (10) durchgeführt.

Description

Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen in Verbrennungszylindern einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 AI) ist jeder Ventilsteller, dessen Stellkolben einstückig mit dem Ventilstößel des zugeordneten Gaswechselventils verbunden ist, mit seinem ersten Arbeitsraum ständig mit einer Hochdruckquelle verbunden und mit seinem zweiten Arbeitsraum einerseits an einem eine Zuführleitung zu der Hochdruckquelle wechselweise schließenden oder freigebenden ersten elektrischen Steuerventil und andererseits an einem eine Entlastungsleitung wechselweise freigebenden oder schließenden zweiten Steuerventil angeschlossen. Die elektrischen Steuerventile sind als 2/2- egemagnetven-tile mit Federrückstellung ausgebildet. Bei stromlosen Steuerventilen steht der erste Arbeitsraum nach wie vor unter Hochdruck, während der zweite Arbeitsraum von der Hochdruckquelle getrennt und mit der Entlastungsleitung verbunden ist. Das Gaswechselventil ist geschlossen. Zum Öffnen des Gaswechselventils werden beide Steuerventile bestromt . Durch die umschaltenden Steuerventile wird der zweite Arbeitsraum des Ventilstellers einerseits durch das zweite Steuerventil gegenüber der Entlastungsleitung gesperrt und andererseits durch das erste Steuerventil mit der Zuführleitung zur Hochdruckquelle verbunden. Das Gaswechselventil öffnet, wobei die Größe des Öffnungshubs von der Ausbildung des an das erste elektrische Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Hochdruckquelle eingesteuerten Druck abhängt. Um das Gaswechselventil in einer bestimmten Offenstellung zu halten, wird das erste Steuerventil anschließend stromlos geschaltet, so daß es die Zuführleitung zum zweiten Arbeitsraum des Ventilstellers absperrt. Auf diese Weise lassen sich mittels eines elektrischen Steuergeräts zur Steuersignalerzeugung sämtliche Ventilöffnungspositionen des Gaswechselventils einstellen. Zur Steuerung eines Gaswechselventils sind jeweils zwei elektrische Steuerventile nötig, die den zugeordneten Ventilsteller entsprechend mit Hydraulikdruck beaufschlagen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Nutzung eines sich aus einem exsten und einem zweiten elektrischen Steuerventil zusammensetzenden Steuerventilpaars zur wechselnden Ansteuerung von insgesamt zwei Ventilstellern zwei elektrische Steuerventile pro Ventilstellerpaar eingespart werden. Da die vornehmlich als 2/2- egemagnetventile ausgebildeten elektrischen Steuerventile extrem kleine Schaltzeiten realisieren müssen, in der Praxis ca. 0,3 ms bei einem Öffnungsquerschnitt von 3 mm2, sind solche Steuerventile sehr teuer, so daß die Verringerung der Zahl der Steuerventile in der Steuervorrichtung eine deutliche Kosteneinsparung mit sich bringt. Durch die geringere Zahl von elektrischen Steuerventilen reduziert sich auch die Zahl der Endstufen und der Aufwand an elektrischer Verkabelung für die Ansteuerung der Steuerventile, was zu einer weiteren Kostenersparnis führt .
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umschaltung der Steuerventile mittels zweier als 3/2- Wegeventile ausgebildeter Umschaltventile vorgenommen, von deren jeweils drei gesteuerten Ventilanschlüsse der erste mit dem ersten bzw. zweiten elektrischen Steuerventil verbunden ist und die wechselweise auf den ersten Ventilanschluß aufschaltbaren beiden weiteren Ventilanschlüsse an den zweiten Arbeitsräumen der beiden Ventilsteller angeschlossen sind. Einfache Umschaltventile, die elektrisch oder hydraulisch angesteuert 'werden können, sind als Massenartikel sehr preiswert, insbesondere dann, wenn keine schnellen
Schaltzeiten gefordert werden. Da beispielsweise bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor der gemeinsame Schließzustand zweier Gaswechselventile in Verbrennungszylindern' it einem 360°-Kurbelwinkelversatz ihrer Zündzeitpunkte sich über eine Kurbelwinkelbereich von ca. 60° erstreckt, steht eine ausreichend große Zeitspanne für die Umsteuerung der Umschaltventile zur Verfügung. Durch den Einsatz der preiswerten Umschaltventile wird zwar die Ventilzahl insgesamt wieder erhöht, doch bleibt dabei ein wesentliches Kosteneinsparpotential zurück. Die Umschaltventile sind, insbesondere wenn sie hydraulisch angesteuert sind, im
Vergleich zu den 2/2-Wegemagnetventilen recht bauklein, so daß sich auch der für die Ventilsteuervorrichtung erforderliche Bauraumbedarf gegenüber der bekannten Ventilsteuerung reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ' steht am Steuereingang der hydraulisch gesteuerten Umschaltventile permanent ein hydraulischer Druck an, der zur Umsteuerung der Umschaltventile in ihre Arbeitsstellung mittels eines Hubkolbens vergrößert wird.' Der Hubkolben ist hierzu von einem mit gegenüber der Drehzahl der Kurbelwelle halbierter Drehzahl umlaufenden Nocken zur Hubbewegung in einer mit dem jeweiligen Steuereingang in Verbindung stehenden Druckkammer antreibbar. Durch diese konstruktive Maßnahme wird in einfacher Weise die Umschaltung der Umschaltventile mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert . Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung von vier in verschiedenen
Verbrennungszylindern einer Vierzylinder- Brennkraftmaschine angeordneten
Gaswechsel entilen,
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines Gaswechselventils in einem Verbrennungszylinder der Brennkraftmaschine,
Fig. 3 ein Diagramm des Ventilhubs verschiedener Ventile in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in Fig. 1 im Schaltbild d rgestellte Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen in Verbrennungszylindern einer Brennkraftmaschine dient zur Steuerung von insgesamt vier Gaswechselventilen 10 (Fig. 2), von denen jeweils eins in einem Verbrennungszylinder einer Vierzylinder-Viertakt- Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bei den Gaswechselventilen 10 kann es sich dabei um die Einlaßventile oder um die Auslaßventile der Verbrennungszylinder handeln. Die hier nicht dargestellten Verbrennungszylinder sind symbolisch mit 03/012263
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I, II, III und IV bezeichnet, die in Fig. 1 den Ventilstellern 11 für die Gaswechselventile 10 des jeweiligen Verbrennungszylinders zugeordnet sind.
Die Vorrichtung weist insgesamt vier hydraulische Ventilsteller 11 auf, von denen jeweils, einer einem Gaswechselventil 10 in den Verbrennungszylindern I - IV zugeordnet ist. Jeder Ventilsteller 11 weist einen Arbeitszylinder 12 auf, in dem ein Stellkolben 13 axial verschieblich geführt ist. Der Stellkolben 13 unterteilt den Arbeitszylinder 12 in zwei von ihm begrenzte, hydraulische Arbeitsräume 121 und 122 und ist mit dem Ventilstößel 14 des Gaswechselventils 10 fest verbunden. In Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung ein Ventilsteller 11 in Verbindung mit einem Gaswechselventil 10 schematisiert dargestellt. Der Ventilstößel 14 trägt an seinem vom Stellkolben 13 abgekehrten Ende eine tellerförmige Ventildichtfläche 15, die zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts mit einer am Gehäuse 16 des Verbrennungszylinders der Brennkraftmaschine ausgebildeten Ventilsitzfläche 17 zusammenwirkt. Der
Arbeitszylinder 12 weist insgesamt drei Hydraulikanschlüsse auf, von denen zwei Hydraulikanschlüsse 122a und 122b im zweiten Arbeitsraum 122 und ein Hydraulikanschluß 121a im ersten Arbeitsraum 121 münden.
Die Vorrichtung weist weiter eine Druckversorgungseinrichtung 22 auf, die aus einem Fluidreservoir 18, einer Vorförderpumpe 29, einer Hochdruckpumpe 19, einem Rückschlagventil 20 und einem Speicher 21 zur Pulsationsdämpfung und Energiespeicherung besteht. Der zwischen dem Rückschlagventil 20 und dem Speicher 21 abgegriffene Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 ist über eine Leitung 23 mit allen. Hydraulikanschlüssen 121a der vier Ventilsteller 11 verbunden, so daß die ersten Arbeitsräume 121 der . Ventilsteller 11 ständig mit dem am Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 anstehenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind.
•Die zweiten Arbeitsräume 122 der Arbeitszylinder 12 sind einerseits über erste elektrische Steuerventile 24 und 26 an den Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 und andererseits über zweite elektrische Steuerventile 25 und 27 an eine Entlastungsleitung 28 anschließbar, die ihrerseits im Fluidreservoir 18 mündet. Alle Steuerventile 24 - 27 sind als 2/2-Wegemagnetventile mit Federrückstellung ausgebildet. Jeweils ein erstes Steuerventil 24 bzw. 26 und ein zweites
Steuerventil 25 bzw. 27 bilden ein Steuerventilpaar, mit dem jeweils zwei Ventilsteller 11 wechselweise angesteuert werden. Die beiden von den Steuerventilpaaren 24, 25 bzw. 26, 27 angesteuerten Ventilsteller 11 sind jeweils Gaswechselventilen 10 in solchen Verbrennungszylindern zugeordnet, deren Zündzeitpunkte um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt sind. So steuert das Steuerventilpaar 24, 25 die beiden Ventilsteller 11 der Gaswechselventile 10 in dem ersten und dritten Verbrennungszylinder I und III und das Steuerventilpaar 26, 27 die Ventilsteller 11 für die Gaswechselventile 10 in dem zweiten und vierten Verbrennungszylinder II und IV, wobei 'die Steuerung der jeweils beiden Ventilsteller 11 wechselweise erfolgt und die Umschaltung des Steuerventilpaars 24, 25 bzw. 26, 27 von dem einen Ventilsteller 11 auf den anderen Ventilsteller 11 während des Schließzustandes der beiden von den Ventilstellern 11 betätigten Gaswechselventile 10 durchgeführt wird. Die Umschaltüng der beiden Steuerventile 24 und 25 bzw. 26 und 27 eines jeden Steuerventilpaars •erfolgt synchron.
Zur Umschaltung der beiden Steuerventilpaare 24, 25 bzw. 26, 27 von dem einen Ventilsteller 11 auf den anderen Ventilsteller 11 erfolgt durch Umschaltventile 30 - 33, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als hydraulisch gesteuerte 3/2-Wegeventile mit Federrückstellung ausgebildet sind. Jedes Umschaltventil 30 - 33 weist zwei Schaltstellungen und drei gesteuerte Ventilanschlüsse 34 - 36 auf, von denen der erste Ventilanschluß 34 mit den jeweils zugeordneten Steuerventilen 24 und 25 bzw. 26 und 27 verbunden ist und die beiden auf den ersten Ventilanschluß 34 aufschaltbaren weiteren
Ventilanschlüsse 35 und 36 an den zweiten Arbeitsräumen 122 der Ventilsteller 11 angeschlossen sind. So ist bei dem Umschaltventil 30 der erste Ventilanschluß 34 mit dem ersten Steuerventil 24, der zweite Ventilanschluß 25 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den ersten
Verbrennungszylinder I und der zweite Ventilanschluß 36 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den dritten" erbrennungszylinder III verbunden. Der erste Ventilanschluß 34 des Umschaltventils 31 ist mit dem zweiten Steuerventil 25, der zweite Ventilanschluß 35 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den ersten Verbrennungszylinder I und der dritte Ventilanschluß 36 mit dem Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den dritten Verbrennungszylinder III verbunden. Entsprechendes gilt für die Umschaltventile 32, 33 in Verbindung mit dem Steuerventilpaar 26, 27 und den Ventilstellern 11 für den zweiten und vierten Verbrennungszylinder II und IV.
Die Steuerung der Umschaltventile 30 - 33 erfolgt hydraulisch gegen die Federkraft einer Rückstellfeder, wozu die Steuereingänge der Umschaltventile 30 und 31 über ein Rückschlagventil 37 und die Steuereingänge 'der Umschaltventile 32 und 33 über ein Rückschlagventil 38 mit dem Auslaß der Vorförderpumpe 29 verbunden sind. Die Umschaltventile 30 - 33 sind dabei so ausgelegt, daß sie durch den am Auslaß der Vorförderpumpe 29 anstehenden Hydraulikdruck nicht aus ihrer in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung herausbewegbar sind. Zum Schalten der Umschaltventile 30 - 33 wird mittels eines Hubkolbens 40 und 41 der Hydraulikdruck an den Steuereingängen der
Umschaltventile 30 - 34 vergrößert. Jeder Hubkolben 40 bzw. 41 begrenzt eine mit dem Auslaß der Vorförderpumpe 29 in Verbindung stehende, fluidgefüllte Druckkammer 42 bzw. 43 und wird durch einen Nocken 44 bzw. 45 zur Hubbewegung angetrieben. Die Druckkammer 42 ist mit den Steuereingängen der Umschaltventile 30 und 31 und die Druckkammer 43 mit den Steuereingängen der Umschaltventile 32, 33 verbunden. Die beiden Nocken 44, 45 laufen mit halber Drehzahl der Kurbelwelle um, wobei bei jeder Nockenumdrehung der an den Steuereingängen anliegende Hydraulikdruck von dem Druckniveau am Auslaß der Vorförderpumpe 29 auf einen zum Umschalten der Umschaltventile 30 - 33 erforderlichen Maximaldruck anwächst und wieder auf das ursprüngliche Druckniveau reduziert wird. Durch Verschieben der Kolben 41 und 42 in Fig. 1 nach oben wird der Druck erhöht und die zugeordneten Umschaltventile 30 - 33 schalten um. Die Rückstellung der Kolben 41, 42 erfolgt durch die Rückstellkraft der Rückstellfedern der Umschaltventile und durch den permanent anliegenden Druck der Vorförderpumpe 29. Die Vorförderpumpe 29 sorgt ebenfalls für den Ausgleich von Leckageverlusten.
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird anhand der Fig. 3 im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 3 jeweils den Ventilhub in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel für die verschiedenen Ventile. Diagramm a, b, f und g zeigt jeweils den Ventilhub der hier Einlaßventile bildenden Gaswechselventile 10 in dem ersten, dritten zweiten und vierten Verbrennungszylinder I, III, II und IV, Diagramm c den Ventilhub der Umschaltventile 30 31, Diagramm h den Ventilhub der Umschaltventile 32 und 33, Diagramm d den Ventilhub des Steuerventils 24, Diagramm e den Ventilhub des Steuerventils 25, Diagramm i den Ventilhub des Steuerventils 26 und Diagramm k den Ventilhub des Steuerventils 27.
Grundsätzlich wird jedes Gaswechselventil 10 von dem zugeordneten Ventilsteller 11 in der Weise gesteuert, daß zum Schließen des Gaswechselventils 10 der zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 über das zweite elektrische Steuerventil 25 bzw. 27 an die Entlastungsleitung 28 angeschlossen und über das erste elektrische Steuerventil 24 bzw. 26 von dem Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 abgesperrt wird. Durch den im ersten Arbeitsraum 121 des Ventilstellers 11 herrschenden Systemdruck wird der Stellkolben 13 in Fig. 2 nach oben verschoben, bis die Ventildichtfläche 15 des Gaswechselventils 10 auf der Ventilsitzfläche 17 am Gehäuse 16 des Verbrennungszylinders der Brennkraftmaschine aufliegt. Der Stellkolben 13 nimmt die in Fig. 1 dargestellte Lage innerhalb des Arbeitszylinders 12 des Ventilstellers 11 ein. Alle Steuerventile 24 - 27 sind stromlos und nehmen ihre Grund- oder Ruhestellung ein. Zum Öffnen des Gaswechselventils 10 wird das zweite elektrische Steuerventil 25 bzw. 27 in seine Sperrstellung überführt, in welcher der zweite Arbeitsraum 122 gegenüber der Entlastungsleitung 28 abgesperrt ist, und wird das erste elektrische Steuerventil 24 bzw. 26 in seine Arbeitsstellung überführt, so daß der zweite Arbeitsraum 122 mit dem Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 verbunden ist und der Systemdruck nunmehr auch im zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 ansteht. Da die Kolbehflache des Stellkolbens 13, die den ersten Arbeitsraum 121 begrenzt, kleiner ist als die Fläche des Stellkolbens 13, die den zweiten Arbeitsraum 122 begrenzt, entsteht eine
Verschiebekraft, die den Stellkolben 13 in Fig. 1 nach rechts bzw. in Fig. 2 nach unten bewegt, wodurch das
Gaswechselventil 10 geöffnet wird. Die. Größe des Öffnungshubs des Gaswechselventils 10 ist von der Öffnungsdauer und Öffnungsgeschwindigkeit des ersten Steuerventils 24 bzw. 26 abhängig.
Ist der gewünschte Hub des Gaswechselventils 10 erreicht, so wird ie Bestromung des ersten Steuerventils 24 bzw. 26 aufgehoben, und das erste Steuerventil 24 bzw. 26 fällt in seine Sperrstellung zurück. Der Druck im zweiten Arbeitsraum 122 wird gehalten, so daß das Gaswechselventil 10 den eingenommenen Öffnungshub unverändert beibehält . Zum Schließen des Gaswechselventils 10 wird dann das zweite Steuerventil 25 bzw. 27 stromlos geschaltet. Diagramm d zeigt die Ansteuerung des ersten Steuerventils 24, Diagramm e die Ansteuerung des zweiten Steuerventils 25. Diagramm i zeigt die Ansteuerung des ersten Steuerventils 26 und Diagramm k die Ansteuerung des zweiten Steuerventils 27. Die ersten Steuerventile 24 und 26 sind stromlos gesperrt während die zweiten Steuerventile 25, 27 stromlos offen sind.
Zur Steuerung des dem Gaswechselventil 10 im Verbrennungszylinder I zugeordneten Ventilstellers 11 befinden sich die Umschaltventile 30, 31 in der in Fig. 1 dargestellten Ruhe- oder Grundstellung A, wie dies- Diagramm c in Fig. 3 zeigt. Der Ventilhub des Gaswechselventils 10 im Zylinder I in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel zeigt Diagramm a.
Zum Ansteuern des Ventilstellers 11 zum Betätigen des dem dritten Verbrennungszylinder III zugeordneten
Gaswechselventils 10 werden die beiden Umschaltventile 30, 31 in ihrer Arbeitsstellung B umgesteuert. Hierdurch wird der zweite Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 zur Betätigung des Gaswechselventils 10 im dritten Verbrennungszylinder III an die beiden Steuerventile 24, 25 angeschlossen. Der Ventilsteuervorgang für das Gaswechselventil 10 im Verbrennungszylinder III läuft dann in gleicher Weise ab wie vorstehend zu Verbrennungszylinder I beschrieben worden ist. Diagramm b zeigt den Hub des Gaswechselventils 10 im Verbrennungszylinder III in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, während sich die Umschaltventile 30, 31 in der Stellung B befinden (Diagramm c) . Wie aus den Diagrammen a, b und c zu erkennen ist, sind die Schließzeitpunkte der Gaswechselventile 10 in den Verbrennungszylindern I und III, die etwa den Zündzeitpunkten in den VerbrennungsZylindern I und III entspricht, um 360° Kurbelwinkel versetzt. Bei einem maximalen Öffnungswinkel der Gaswechselventile 10 von ca. 240° steht für die Umschaltung der beiden Umschaltventile '30, 31 in dem Kurbelwinkelbereich, in -dem beide Gaswechselventile 10 im Zylinder I und III geschlossen sind, genügend Zeit zur Verfügung. Dieser Umschaltbereich ist in Diagramm c mit S bezeichnet und überdeckt etwa 60° Kurbelwinkel.
In dem unteren Teil der Fig. 3 mit den Diagrammen f - k sind die entsprechenden Verhältnisse zur Steuerung der Gaswechselventile 10 in den VerbrennungsZylindern II und IV dargestellt. Die Diagramme entsprechen den beschriebenen Diagrammen a - e und sind lediglich um einen Kurbelwinkel von 180° verschoben. Insoweit gelten die vorstehenden Ausführungen auch für die Steuerventile 26 und 27 in Verbindung mit dem Umschaltventilen 32, 33.
Wie aus den Diagrammen c und h in Fig. 3 hervorgeht, stehen die Umschaltventile 30, 31 bzw. 32, 33 jeweils über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 300° in Stellung A und in Stellung B. Die entsprechende Umschaltung wird durch die
Nocken 44, 45 bewirkt, die mit halber Kurbelwellendrehzahl rotieren.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise die Umschaltventile nicht hydraulisch sondern elektrisch betätigt werden, wobei das stromlose Umschaltventil Stellung A und das bestromte Umschaltventil Stellung B einnimmt oder umgekehrt. Es ist auch möglich, bei den beschriebenen hydraulisch gesteuerten Umschaltventilen 30 - 33 anstelle der
Federrückstellung einen zweiten hydraulischen Steuereingang, der dem ersten entgegenwirkt, ' vorzusehen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen in VerbrennungsZylindern einer Brennkraftmaschine mit jeweils einem Gaswechselventil (10) zugeordneten^ hydraulischen Ventilstellern (11), die jeweils einen auf das Gaswechselventil (10) wirkenden Stellkolben (13) und zwei von dem Stellkolben (13) begrenzte hydraulische Arbeitsräume (121, 122) aufweisen, von denen der das Gaswechselventil (10) in Schließrichtung beaufschlagende erste Arbeitsraum (121) ständig mit einem unter Druck stehenden Fluid befüllt ist und der das Gaswechselventil (10) in Öffnungsrichtung beaufschlagende zweite Arbeitsraum (122) über ein erstes und zweites elektrisches Steuerventil (24 und 25 bzw. 26 und 27) wechselweise mit einem unter Druck stehenden Fluid befüllbar und entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Ventilsteller (11) von demselben ersten Steuerventil (24 bzw. 26) und demselben zweiten Steuerventil (25 bzw. 27) angesteuert werden und die Umschaltung des ersten und zweiten Steuerventils (24 und 25 bzw. 26 und 27) von dem einen auf den anderen Ventilsteller (11) während des Schließzustands der beiden von diesen Ventilstellern (11) betätigten Gaswechselventile (10) durchgeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden von denselben Steuerventilen (24, 25 bzw. 26,
27) angesteuerten Ventilsteller (11) jeweils einem Gaswechselventil (10) in solchen Verbrennungszylindern (I, III bzw. II, IV) zugeordnet sind, deren Zündzeitpunkte um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Steuerventile (24, 25 bzw. 26, 27) von dem einen auf den anderen Ventilsteller (11) synchron erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - '3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Steuerventile (24, 25 bzw. 26, 27) jeweils mittels zweier als 3/2- Wegeventile ausgebildeter Umschaltventile (30, 31 bzw. 32, 33) mit jeweils zwei Schaltstellungen und drei gesteuerten Ventilanschlüssen (34, 35, 36) vorgenommen ist, von denen ein erster Ventilanschluß (34) mit dem ersten bzw. zweiten elektrischen Steuerventil (24 bzw. 25) und zwei wechselweise auf den ersten Ventilanschluß (34) aufschaltbare weitere Ventilanschlüsse (35, 36) an den zweiten Arbeitsräumen (122) der beiden Ventilsteller (11) angeschlossen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltventile (30 - 33) jeweils einen hydraulischen Steuereingang mit Federrückstellung aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Umschaltventile (30 - 33) von der Drehbewegung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgeleitet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuereingang der Umschaltventile (30 - 33) ein permanenter, hydraulischer Druck ansteht und daß der hydraulische Druck mittels eines Hubkolbens (40, 41) variierbar ist, der von einem mit gegenüber der Kurbelwellendrehzahl halbierter Drehzahl umlaufenden Nocken (44, 45) antreibbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge der Umschaltventile (30 - 33) über je ein Rückschlagventil (37, 38) an einer einen konstanten Hydraulikdruck liefernden, vorzugsweise als
Vorförderpumpe (29) ausgebildeten Druckquelle angeschlossen sind und daß die Federkraft der Federrückstellung so eingestellt ist, daß die von ihr erzeugte Rückstellkraft wenig größer ist als die von dem Hydraulikdruck der Druckquelle am Steuereingang erzeugte Ventilumschaltkraft .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zwei Ventilstellern (11) zugeordneten beiden Umschaltventile (30, 31 bzw. 32, 33) zu einer Ventileinheit mit eine gemeinsamen hydraulischen Steuereingang mit Federrückstellung zusammengefaßt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaswechselventile (10) als Ein- und/oder Auslaßventile für die Verbrennungszylinder der Brennkraftmaschine eingesetzt sind.
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