EP1446559A1 - Vorrichtung zur steuerung mindestens eines gaswechselventils - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung mindestens eines gaswechselventils

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Publication number
EP1446559A1
EP1446559A1 EP02779110A EP02779110A EP1446559A1 EP 1446559 A1 EP1446559 A1 EP 1446559A1 EP 02779110 A EP02779110 A EP 02779110A EP 02779110 A EP02779110 A EP 02779110A EP 1446559 A1 EP1446559 A1 EP 1446559A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
pump
gas exchange
control
piston
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Withdrawn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
EP02779110A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Engelberg
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 EP1446559A1 publication Critical patent/EP1446559A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • 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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

Definitions

  • the invention is based on a device for controlling at least one gas exchange valve assigned to a combustion cylinder of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a known device of this type (DE 198 26 047 AI) has as an actuator or actuator or valve actuator a double-acting, hydraulic working cylinder, in which an actuating piston is axially displaceably guided, which is fixedly connected to the valve stem of the gas exchange valve integrated in the combustion cylinder or its valve-closing body remote End forms itself.
  • the actuating piston delimits an upper and lower working space in the working cylinder with its two facing ends. During the lower working space, via which a piston displacement in the direction of valve closing is effected, constantly with high pressure medium, e.g.
  • Hydraulic oil is applied, the upper working space, via which a piston displacement in the direction of valve opening is effected, with the help of electrical control valves, preferably 2/2-way solenoid valves, specifically pressurized with high pressure medium or relieved to approximately ambient pressure.
  • the high pressure fluid is supplied by a high pressure pump.
  • a first control valve connects the upper work space with the high-pressure pump and a second control valve connects the upper work space with a relief line opening into a pressure medium reservoir.
  • the upper working chamber In the closed state of the gas exchange valve, the upper working chamber is separated from the high-pressure pump by the closed first control valve and connected to the relief line by the opened second control valve, so that the actuating piston is transferred into its closed position by the pressure medium pressure prevailing in the lower working chamber.
  • the control valves To open the gas exchange valve, the control valves are switched, whereby the upper work space is shut off from the relief line and connected to the high pressure pump. Since the piston area of the actuating piston in the upper working space is larger than the effective area of the actuating piston in the lower working space, the actuating piston moves when the gas exchange valve is opened.
  • the size of the opening stroke depends on the design of the electrical control signal applied to the first control valve and the opening speed depends on the high pressure of the pressure medium controlled by the high pressure pump.
  • a fuel injection pump for internal combustion engines which at the same time and has a reciprocating stroke movement and a pumping and distributing piston that performs a rotational movement.
  • the pump and distributor piston designed as a stepped piston delimits a pump chamber.
  • a longitudinal distributor groove is arranged, which is connected to the pump chamber and, when rotating, opens pressure channels one after the other, which lead to pressure lines connected to the internal combustion engine.
  • the number of pressure channels corresponds to the number of combustion cylinders to be supplied in the internal combustion engine.
  • the pressure channels which are not under high pressure are successively relieved of pressure via one or more longitudinal grooves, an annular groove and a relief bore towards a suction chamber.
  • the injection quantity is controlled by a control slide, which is axially displaceable on the pump and distributor piston and is axially displaceable by a hydraulic regulator.
  • the pump chamber is connected via bores in the pump and distributor piston with longitudinal grooves arranged on its lateral surface, which cooperate with a mold opening in the control slide. As long as these bores are opened via the longitudinal grooves through the mold opening, there is no injection.
  • the injection takes place.
  • the injection quantity is thus determined by the distance between the longitudinal grooves, at least one of the longitudinal grooves being arranged obliquely to the other, so that an axial displacement of the control slide causes a change in the opening distance and thus the injection quantity.
  • a so-called in-line slide valve injection pump for diesel engines is known (Bosch, "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 23rd edition, ISBN 3-528-03876-4, pages 542 and 543), one for each combustion cylinder of the diesel engine, one driven by a cam, one Pump piston delimiting the pump chamber, which carries an oblique control groove which is connected to the pump work space, and has a so-called lifting slide which is provided with a control bore.
  • An adjusting shaft with a number of articulated levers, one of which engages in a slide valve, adjusts all the slide valves together.
  • An electromagnetic interlocking turns the adjustment shaft. Depending on the position of the lift valve, the delivery begins earlier or later relative to the drive cam. The end of production is reached when the control groove and the control bore overlap.
  • the device according to the invention for controlling at least one gas exchange valve assigned to a combustion cylinder of an internal combustion engine with the features of claim 1 has the advantage that, by combining the pressure generation on the one hand and the control of the opening time and the opening stroke of the gas exchange valve on the other hand, the expenditure on control valves and control electronics in the lift valve pump Functional software is reduced.
  • the one used Lift valve pump is a mature component that has proven itself in injection systems for internal combustion engines, for example as an element of the linear slide valve injection pump for diesel engines described at the outset, and is therefore less prone to failure. It's easy to assemble. By saving electrical control valves, the electronic effort in the control unit is also reduced and energy consumption is reduced.
  • both the load control and the phase adjustment of all gas exchange valves can be carried out by the same turning of the pump pistons or the same axial displacement of the control slide of all control devices.
  • a valve shutdown or a cylinder shutdown of the internal combustion engine can be implemented.
  • control groove is incorporated into the jacket of the pump piston and communicates with the pump chamber via a connecting bore running in the pump piston, while the control opening in the control slide is designed in the form of a radial bore.
  • a check valve is arranged between the pump chamber and the pump outlet, and a relief opening which can be optionally blocked by means of an electrically controllable shut-off valve is connected to the pump outlet.
  • the shut-off valve is preferably designed as a 2/2-way solenoid valve with spring return. This allows the gas exchange valve to be opened with a variable stroke, the check valve connected upstream of the pump outlet preventing the gas exchange valve from closing immediately at the delivery end of the linear slide pump, so that the momentary stroke of the gas exchange valve is maintained. Opening the shut-off valve at the right time triggers the closing of the gas exchange valve by the valve closing spring.
  • a simple pressure relief or overflow valve can be connected to the pump outlet of the linear pump, which opens mechanically in the event of overpressure.
  • This simplified and less expensive version of the control device can advantageously be used to control the exhaust valves, since a variable opening stroke is not of particular interest here.
  • the actuators for selected gas exchange valves arranged in different combustion cylinders can be connected to a common linear slide pump, which brings further cost savings.
  • a changeover valve is provided for each two actuators, one actuator is connected to each of the two valve outputs and the valve input, which can be optionally connected to the valve outputs, is located at the pump outlet of the linear slide pump.
  • the changeover valve is preferably designed as a 3/2-way solenoid valve with spring return.
  • 1 is a circuit diagram of a device for controlling a gas exchange valve
  • 2 is an enlarged sectional view of a linear pump in the control device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows the same representation as in FIG. 1 of a simplified version of the control device
  • Fig. 4 is a circuit diagram of the control device for controlling two gas exchange valves associated with different combustion cylinders.
  • the device shown in the circuit diagram in FIG. 1 for controlling a gas exchange valve 10 for a combustion cylinder of an internal combustion engine or an internal combustion engine in motor vehicles, which is shown in detail with its cylinder head 11, has a hydraulic actuator 12 for valve actuation and a high-pressure pump designed as a linear slide pump 13 that actuates the actuator 12 with a high pressure medium, e.g. Hydraulic oil, applied.
  • a high pressure medium e.g. Hydraulic oil
  • the gas exchange valve 10 arranged in the cylinder head 11 of the combustion cylinder can be an intake or exhaust valve. In a known manner, it has a valve member 15 closing a valve opening 14, which is formed on a valve stem 16 and interacts with a valve seat 17 surrounding the valve opening 14.
  • the actuator 12 has an actuating piston 19 which is displaceably guided in a working cylinder 18 and which delimits a hydraulic working space 20 and is coupled to the valve stem 16 of the gas exchange valve 10, in the exemplary embodiment it is made in one piece with it.
  • the actuating piston 19 is displaced against the force of a valve closing spring 21 by pressure medium under high pressure, which is controlled by means of the linear slide pump 13 in the hydraulic working chamber 20.
  • the linear slide pump 13 has a pump piston 22, which delimits a pump chamber 24 in a pump cylinder 23 and is driven by a cam 26, which is non-rotatably seated on a camshaft 25, with the camshaft 25 rotating for the stroke movement.
  • the linear slide pump 13 also has a control slide 29 which surrounds the pump piston 22.
  • a cut-off opening 30 in the form of a radial bore is introduced, which is shown in broken lines in FIG. 2, since it is shown in the cut-away half part of the annular control slide 29 lies.
  • control slide 29 is axially displaceable on the pump piston 22, for which purpose an adjusting lever 31 of a regulator engages in a guide groove 32 on the outer circumference of the control slide 29.
  • the pump piston 20 is designed to be rotatable about its piston axis. To rotate the pump piston 22, a control element (not shown here) acts on the latter.
  • the rotational position of the pump piston 22 changes the opening time of the gas exchange valve 10, while by shifting the control slide 29 the phase position of the opening of the gas exchange valve 10, that is to say the point in time at which the gas exchange valve 10 opens, can be influenced relative to a reference point in time.
  • the pump chamber 24 is connected to a pump inlet 36 via a pump inlet valve 35 designed as a check valve and via a check valve 37 with the blocking direction directed to the pump chamber 24 to a pump outlet 38.
  • the pump inlet 36 is connected to a pressure medium reservoir 39 and the pump outlet 38 to the hydraulic working chamber 20 of the actuator 12.
  • an additional relief opening is connected to the pump outlet 38, which can be shut off by an electrically controllable shut-off valve 40.
  • the relief opening is connected to the pressure medium reservoir 39 leading return line 41 connected and used as a shut-off valve 40 a 2/2-way solenoid valve 42 with spring return.
  • This solenoid valve 42 is, for example, designed to be open when de-energized and, for an opening stroke of the gas exchange valve 10 to be initiated, is energized by a control unit (not shown here) into its blocking position. If the solenoid valve 42 is de-energized during the opening process of the gas exchange valve 10, the solenoid valve 42 opens and, by relieving the hydraulic working space 20, triggers the closing operation of the gas exchange valve 10 by the valve closing spring 21.
  • the control device works as follows:
  • the pump piston 22 When the camshaft 25 rotates, the pump piston 22 is driven by the cam 26 to a continuous, reciprocating stroke movement, with the pump chamber 24 being filled with pressure medium from the pressure medium reservoir 39 via the pump inlet 36 and the pump inlet valve 35 during a downward stroke movement.
  • the so-called control edge 271 As soon as the lower edge 291 of the control slide 29 closes the lower edge of the control groove 27, the so-called control edge 271, during the upward lifting movement, a pressure is built up in the pump chamber 24. This pressure is controlled via the pump outlet 38 into the hydraulic working space 20 of the actuator 12, whereby the actuating piston 19 is displaced against the spring force of the valve closing spring 21 and the gas exchange valve 10 is opened. If the control opening 30 introduced in the control slide 29 overlaps with the control edge 271, this pressure is controlled again.
  • the check valve 37 prevents the gas exchange valve 10 from closing immediately, so that the current valve lift is maintained. If the solenoid valve 42, which is blocked by energization, is de-energized now or at an earlier point in time, that is to say during the delivery stroke of the lifting slide pump 13, the return line 41 to the pressure medium reservoir 39 opens at the desired point in time, which means that the gas exchange valve 10 is closed immediately by the valve closing spring 21 triggers.
  • control device shown in the block diagram in FIG. 3 has been modified compared to the control device described in FIG. 1 in that the check valve between the pump chamber 24 and the pump outlet 38 has been omitted and the return line 41 to
  • Pressure medium reservoir 39 is not connected to the pump outlet 38 via an electrically controllable shut-off valve, but via a simple pressure limitation or overflow valve 43, which opens mechanically in the event of overpressure.
  • a simple pressure limitation or overflow valve 43 which opens mechanically in the event of overpressure.
  • the opening and closing times i.e. the duration and phase position of the opening of the gas exchange valve 10, as described, can be via the axial displacement of the control slide 29 and Rotation of the pump piston 22 can be varied.
  • 3 corresponds to the embodiment according to FIG. 1, so that the same components are provided with the same reference numerals.
  • an actuator 12 is assigned to each gas exchange valve 10 and the actuators 12 of selected gas exchange valves 10 arranged in different combustion cylinders 11 can be connected to a common linear slide pump 13. The prerequisite for this is that the opening times of the various gas exchange valves 10 do not overlap.
  • each gas exchange valve 10 is assigned an actuator 12 and additionally a changeover valve 44 with two valve outlets 442, 443 and one with valve outlets 442, 443 connectable valve input 441 is provided.
  • the changeover valve 44 is designed as a 3/2-way solenoid valve 45 with spring return.
  • a hydraulic working space 20 of an actuator 12 is connected to a valve outlet 442 or 443, while the valve inlet 441 is located at the pump outlet 38.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described above.
  • the rotational movement of the pump piston 22 can be dispensed with and, instead of this, the control slide 29 can be given a rotational control in addition to its possibility of axial displacement.
  • the arrangement of the control groove 27 and the control opening 30 in the pump piston 22 and the control slide 29 can be interchanged,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Gaswechselventils (10) für einen Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine angegeben, die einen hydraulischen Aktor (12) zur Ventilbetätigung und eine den Aktor (12) mit einem Druckmittel versorgende Hochdruckpumpe aufweist. Zur Reduzierung der Gestehungskosten ist die Hochdruckpumpe als Hubschieberpumpe (13) mit einem, eine Pumpenkammer (24) begrenzenden, hubangetriebenen Pumpenkolben (22) und einem diesen umschliessenden Steuerschieber (13) ausgebildet. In Pumpenkolben (22) und Steuerschieber (13) ist einerseits eine zur Hubrichtung schräg verlaufende Steuernut (27) und andererseits eine damit zusammenwirkende Absteueröffnung (30) vorgesehen, die zusammen bei Überdeckung eine Druckentlastung der Pumpenkammer (24) bewirken. Zur Steuerung von Phasenlage und Dauer der Ventilaufsteuerung sind Pumpenkolben (22) und Steuerschieber (13) relativ zueinander verdrehbar und ist der Steuerschieber (13) relativ zum Pumpenkolben (22) verschiebbar.

Description

Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Gaswechselventils
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gaswechselventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 AI) weist als Aktor oder Aktuator oder Ventilsteller einen doppeltwirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder auf, in dem ein Stellkolben axial verschieblich geführt ist, der mit dem Ventilschaft des im Verbrennungszylinder integrierten Gaswechselventils fest verbunden ist oder dessen ventilschließkörperfernes Ende selbst bildet. Der Stellkolben begrenzt im Arbeitszylinder mit seinen beiden voneinander abgekehrten Stirnseiten einen oberen und unteren Arbeitsraum. Während der untere Arbeitsraum, über welche eine Kolbenverschiebung in Richtung Ventilschließen bewirkt wird, ständig mit unter Hochdruck stehendem Druckmittel, z.B. Hydrauliköl, beaufschlagt ist, wird der obere Arbeitsraum, über welchen eine Kolbenverschiebung in Richtung Ventilöffnen bewirkt wird, mit Hilfe von elektrischen Steuerventilen, vorzugsweise 2/2-Wegemagnetvenuilen, gezielt mit unter Hochdruck stehendem Druckmittel beaufschlagt oder wieder auf annähernd Umgebungsdruck entlastet. Das unter Hochdruck stehende Druckmittel wird von einer Hochdruckpumpe geliefert. Von den Steuerventilen verbindet ein erstes Steuerventil den oberen Arbeitsraum mit der Hochdruckpumpe und ein zweites Steuerventil den oberen Arbeitsraum mit einer in einem Druckmittelreservoir mündenden Entlastungsleitung. Im Schließzustand des Gaswechselventils ist der obere Arbeitsraum durch das geschlossene erste Steuerventil von der Hochdruckpumpe abgetrennt und durch das geöffnete zweite Steuerventil mit der Entlastungsleitung verbunden, so daß der Stellkolben durch den in dem unteren Arbeitsraum herrschenden Druckmitteldruck in seine Schließstellung überführt ist. Zum Öffnen des Gaswechselventils werden die Steuerventile umgeschaltet, wodurch der obere Arbeitsraum von der Entlastungsleitung abgesperrt und an die Hochdruckpumpe angeschlossen wird. Da die Kolbenfläche des Stellkolbens in dem oberen Arbeitsraum größer ist als die Wirkfläche des Stellkolbens in dem unteren Arbeitsraum, verschiebt sich der Stellkolben unter Öffnen des Gaswechselventils. Die Größe des Öffnungshubs hängt von der Ausbildung des an das erste Steuerventil angelegten, elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Hochdruckpumpe eingesteuerten Hochdruck des Druckmittels ab.
Aus der DE 30 14 028 AI ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen bekannt, die einen gleichzeitig eine hin- und hergehende Hubbewegung und eine Rotationsbewegung ausführenden Pump- und Verteilerkolben aufweist. Der als Stufenkolben ausgebildete Pump- und Verteilerkolben begrenzt eine Pumpenkammer. In der Mantelfläche des Pump- und Verteilerkolbens ist eine Verteilerlängsnut angeordnet, die mit der Pumpenkammer in Verbindung steht und beim Rotieren nacheinander Druckkanäle aufsteuert, die zu mit der Brennkraftmaschine verbundenen Druckleitungen führen. Die Anzahl der Druckkanälen entspricht der Anzahl der zu versorgenden Verbrennungszylinder in der Brennkraftmaschine. Während des Rotierens des Pump- und Verteilerkolbens werden nacheinander die nicht unter Hochdruck stehenden Druckkanälen über eine oder mehrere Längsnuten, eine Ringnut und eine Entlastungsbohrung zu einem Saugraum hin druckentlastet. Die Einspritzmengenregelung erfolgt über einen Steuerschieber, der auf dem Pump- und Verteilerkolben axial verschieblich sitzt und durch einen hydraulischen Regler axial verschiebbar ist. Die Pumpenkammer ist über Bohrungen im Pump- und Verteilerkolben mit auf dessen Mantelfläche angeordneten Längsnuten verbunden, die mit einer Formöffnung im Steuerschieber zusammenwirken. Solange diese Bohrungen über die Längsnuten durch die Formöffnung aufgesteuert sind, erfolgt keine Einspritzung. Sobald jedoch diese Bohrungen gesperrt sind und gleichzeitig während des Druckhubs des Pump- und Verteilerkolbens die Verteilerlängsnut mit einem der Druckkanäle in Überdeckung steht, erfolgt die Einspritzung. Die Einspritzmenge wird somit von dem Abstand der Längsnuten bestimmt, wobei mindestens eine der Längsnuten schräg zur anderen angeordnet ist, so daß eine axiale Verschiebung des Steuerschiebers eine Änderung des Aufsteuerabstandes und damit der Einspritzmenge bewirkt. Durch zusätzliches Verdrehen des Steuerschiebers wird gleichzeitig Spritzanfang und Spritzende verschoben.
Es ist eine sog. Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe für Dieselmotoren bekannt (Bosch, "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 23. Auflage, ISBN 3-528-03876-4, Seite 542 und 543), die pro Verbrennungszylinder des Dieselmotors einen von einem Nocken angetriebenen, eine Pumpenkammer begrenzenden Pumpenkolben, der eine mit dem Pumpenarbeitsraum in Verbindung stehende, schräge Steuernut trägt, und einen sog. Hubschieber aufweist, der mit einer Absteuerbohrung versehen ist. Eine Verstellwelle mit einer Anzahl von Anlenkhebeln, von denen jeweils einer in einen Hubschieber eingreift, verstellt alle Hubschieber gemeinsam. Ein elektromagnetisches Stellwerk verdreht wiederum die Verstellwelle. Je nach Lage des Hubschiebers beginnt die Förderung relativ zum Antriebsnocken früher oder später. Das Förderende ist erreicht, wenn die Steuernut und die Absteuerbohrung sich überschneiden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gaswechselventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch Zusammenfassung der Druckerzeugung einerseits und der Steuerung des Öffnungszeitpunktes und des Öffnungshubs des Gaswechselventils andererseits in der Hubschieberpumpe der Aufwand an Steuerventilen und Steuerelektronik sowie Funktionssoftware reduziert wird. Die eingesetzte Hubschieberpumpe ist eine ausgereifte Komponente, die sich bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, z.B. als Element der eingangs beschriebenen Hubschieber- Reiheneinspritzpumpe für Dieselmotoren bewährt hat und somit wenig störanfällig ist. Ihre Montage ist einfach. Durch die Einsparung von elektrischen Steuerventilen ist auch der elektronische Aufwand im Steuergerät reduziert und der Energieverbrauch wird gesenkt. Bei mehreren, in der Brennkraftmaschine vorhandenen Gaswechselventilen mit jeweils einer zugeordneten Steuervorrichtung, kann sowohl die Laststeuerung als auch die Phasenverstellung aller Gaswechselventile durch gleiches Verdrehen der Pumpenkolben bzw. gleiche Axialverschiebung der Steuerschieber aller Steuervorrichtungen vorgenommen' erden. Mit zusätzlichen, einfachen, elektrischen Steuerventilen mit geringer Schaltzeitanforderung kann eine Ventilabschaltung oder eine Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine realisiert werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuernut in den Mantel des Pumpenkolbens eingearbeitet und steht über eine im Pumpenkolben verlaufende Verbindungsbohrung mit der Pumpenkammer in Verbindung, während die Absteueroffnung im Steuerschieber in Form einer radialen Bohrung ausgeführt ist. Durch Axialverschiebung des Steuerschiebers wird die Phasenlage der Öffnung des Gaswechselventils, also der OffnungsZeitpunkt relativ zu dem der anderen Gaswechselventile, und durch Verdrehen des Pumpenkolbens wird die Dauer der Öffnung des Gaswechselventils eingestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Pumpenkammer und Pumpenauslaß ein Rückschlagventil angeordnet und an dem Pumpenauslaß eine mittels eines elektrisch steuerbaren Absperrventils wahlweise sperrbare Entlastungsöffnung angeschlossen. Das Absperrventil ist bevorzugt als 2/2-Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet. Damit kann das Öffnen des Gaswechselventils mit variablem Hub durchgeführt werden, wobei das dem Pumpenauslaß vorgeschaltete Rückschlagventil ein sofortiges Zulaufen des Gaswechselventils am Förderende der Hubschieberpumpe verhindert, so daß der momentane Hub des Gaswechselventils gehalten wird. Das Öffnen des Absperrventils zum richtigen Zeitpunkt löst den Schließvorgang des Gaswechselventils durch die Ventilschließfeder aus. Durch diese Maßnahmen wird ein vollvariabler Ventiltrieb erzielt, mit dem bei kleiner Last das Gaswechselventil nur extrem kurz geöffnet wird, um zwecks Senkung des Kraftstoffverbrauchs nur eine sehr kleine Frischgasmenge in den Verbrennungszylinder einzulassen. Eine solch extrem kurze Öffnung des Gaswechselventils ist nur durch eine überproportionale Verkleinerung des Ventilhubs möglich. Durch ständiges Offenhalten des Absperrventils kann das Gaswechselventil ständig geschlossen gehalten und in der Brennkraftmaschine eine Ventil- oder Zylinderabschaltung realisiert werden.
Bei Verzicht auf die variable Hubsteuerung kann in einer vereinfachten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung anstelle von Rückschlagventil und elektrisch gesteuertem Absperrventil ein einfaches Druckbegrenzungs- oder Überströmventil an den Pumpenausgang der Hubschieberpumpe angeschlossen werden, das bei Überdruck mechanisch öffnet. Diese vereinfachte und preisgünstigere Version der Steuervorrichtung kann zur Steuerung der Auslaßventile vorteilhaft eingesetzt werden, da hier ein variabler Öffnungshub nicht von besonderem Interesse ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können bei mehreren Gaswechselventilen, denen jeweils ein Aktor zur Ventilbetätigung zugeordnet ist, die Aktoren für in verschiedenen Verbrennungszylindern angeordneten, ausgewählten Gaswechselventilen an einer gemeinsamen Hubschieberpumpe angeschlossen werden, was eine weitere Kosteinsparung mit sich bringt. Dabei ist für jeweils zwei Aktoren ein Umschaltventil vorgesehen, an dessen beiden Ventilausgängen jeweils ein Aktor angeschlossen ist und dessen wahlweise mit den Ventilausgängen verbindbarer Ventileingang an dem Pumpenauslaß der Hubschieberpumpe liegt. Das Umschaltventil ist vorzugsweise als 3/2-Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Hubschieberpumpe in der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 einer vereinfachten Version der Steuervorrichtung,
Fig. 4 ein Schaltbild, der Steuervorrichtung zur Steuerung von zwei verschiedenen VerbrennungsZylindern zugeordneten Gaswechselventilen .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 im Schaltbild dargestellte Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils 10 für einen ausschnittweise mit seinem Zylinderkopf 11 dargestellten Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine oder eines Verbrennungsmotors in Kraftfahrzeugen weist einen hydraulischen Aktor 12 zur Ventilbetätigung und eine als Hubschieberpumpe 13 ausgebildete Hochdruckpumpe auf, die den Aktor 12 mit einem unter Hochdruck stehenden Druckmittel, z.B. Hydrauliköl, beaufschlagt.
Das im Zylinderkopf 11 des Verbrennungszylinders angeordnete Gaswechselventil 10 kann ein Ein- oder Auslaßventil sein. Es weist in bekannter Weise ein eine Ventilöffnung 14 verschließendes Ventilglied 15 auf, das an einem Ventilschaft 16 ausgebildet und mit einem die Ventilöffnung 14 umgebenden Ventilsitz 17 zusammenwirkt. Der Aktor 12 weist einen in einem Arbeitszylinder 18 verschieblich geführten Stellkolben 19 auf, der einen hydraulischen Arbeitsraum 20 begrenzt und mit dem Ventilschaft 16 des Gaswechselventils 10 gekoppelt, im Ausführungsbeispiel mit diesem einstückig ausgeführt, ist. Zur Öffnung des Gaswechselventils 10 wird der Stellkolben 19 durch mittels der Hubschieberpumpe 13 in den hydraulischen Arbeitsraum 20 eingesteuertes, unter Hochdruck stehendes Druckmittel gegen die Kraft einer Ventilschließfeder 21 verschoben.
Die Hubschieberpumpe 13 weist einen Pumpenkolben 22 auf, der in einem Pumpenzylinder 23 eine Pumpenkammer 24 begrenzt und von einem auf einer Nockenwelle 25 drehfest sitzenden Nocken 26 bei umlaufender Nockenwelle 25 zur Hubbewegung angetrieben wird. Wie in der vergrößerten Darstellung der
Hubschieberpumpe 13 in Fig. 2 deutlicher zu sehen ist, ist im Mantel des Pumpenkolbens 22 eine Steuernut 27 eingearbeitet, die schräg zur Hubrichtung des Pumpenkolbens 22, also unter einem spitzen Winkel zur Pumpenkolbenachse, verläuft und über eine in den Pumpenkolben 22 axial angeordnete Sackbohrung 28 mit der Pumpenkammer 24 in Druckmittelaustauschverbindung steht. Die Hubschieberpumpe 13 besitzt weiterhin einen den Pumpenkolben 22 umschließenden Steuerschieber 29. In dem Steuerschieber 29 ist eine Absteueroffnung 30 in Form einer radialen Bohrung eingebracht, die in Fig. 2 strichliniert dargestellt ist, da sie in der Schnittdarstellung in dem weggeschnittenen Halbteil des ringförmigen Steuerschiebers 29 liegt. Gelangen während des Hubs des Pumpenkolbens 22 Steuernut 27 und Absteueroffnung 30 in Überdeckung, so kann Druckmittel aus der Pumpenkammer 24 abfließen, wodurch die Pumpenkammer 24 druckentlastet wird. Wie durch Pfeil 33 symbolisch angedeutet ist, ist der Steuerschieber 29 auf dem Pumpenkolben 22 axial verschiebbar, wozu ein Stellhebel 31 eines Reglers in eine Führungsnut 32 am Außenumfang des Steuerschiebers 29 greift. Wie durch Pfeil 34 in Fig. 2 angedeutet ist, ist der Pumpenkolben 20 um seine Kolbenachse verdrehbar ausgebildet. Zur Verdrehung des Pumpenkolben 22 greift an diesem ein hier nicht dargestelltes Steuerglied an. Durch die Verdrehstellung des Pumpenkolbens 22 wird die Öffnungsdauer des Gaswechselventils 10 verändert, während durch Verschieben des Steuerschiebers 29 die Phasenlage der Öffnung des Gaswechselventils 10, also der Zeitpunkt des Öffnens des Gaswechselventils 10 relativ zu einem Referenzzeitpunkt, beeinflußt werden kann.
Die Pumpenkammer 24 steht über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Pumpeneinlaßventil 35 mit einem Pumpeneinlaß 36 und über ein Rückschlagventil 37 mit zur Pumpenkammer 24 gerichteter Sperrichtung mit einem Pumpenauslaß 38 in Verbindung. Der Pumpeneinlaß 36 ist an ein Druckmittelreservoir 39 und der Pumpenauslaß 38 an den hydraulischen Arbeitsraum 20 des Aktors 12 angeschlossen.
Zur Steuerung eines variablen Hubs des Gaswechselventils 10 zwecks Erzielung einer extrem kurzen Öffnungsdauer des Gaswechselventils im Teil- und Schwachlastbereich der Brennkraftmaschine ist an dem Pumpenauslaß 38 eine zusätzliche Entlastungsöffnung angeschlossen, die durch ein elektrisch steuerbares Absperrventil 40 wahlweise absperrbar ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Entlastungsöffnung mit einer zum Druckmittelreservoir 39 führende Rücklaufleitung 41 verbunden und als Absperrventil 40 ein 2/2-Wegemagnetventil 42 mit Federrückstellung verwendet. Dieses Magnetventil 42 ist beispielsweise stromlos geöffnet ausgeführt und wird für einen einzuleitenden Öffnungshub des Gaswechselventils 10 von einem hier nicht dargestellten Steuergerät durch Bestromung in seine Sperrstellung überführt. Wird während des AufSteuervorgangs des Gaswechselventils 10 das Magnetventil 42 stromlos geschaltet, so öffnet das Magnetventil 42 und löst durch Entlastung des hydraulischen Arbeitsraum 20 den Schließvorgang des Gaswechselventils 10 durch die Ventilschließfeder 21 aus.
Die Wirkungsweise der Steuervorrichtung ist wie folgt:
Bei Rotation der Nockenwelle 25 wird der Pumpenkolben 22 von dem Nocken 26 zu einer kontinuierlichen, hin- und hergehenden Hubbewegung angetrieben, wobei bei einer abwärts gerichteten Hubbewegung die Pumpenkammer 24 über den Pumpeneinlaß 36 und das Pumpeneinlaßventil 35 mit Druckmittel aus dem Druckmittelreservoir 39 gefüllt wird. Sobald während der aufwärtsgerichteten Hubbewegung die untere Kante 291 des Steuerschiebers 29 die untere Kante der Steuernut 27, die sog. Steuerkante 271, verschließt, wird in der Pumpenkammer 24 ein Druck aufgebaut. Dieser Druck wird über den Pumpenauslaß 38 in den hydraulischen Arbeitsraum 20 des Aktors 12 eingesteuert, wodurch der Stellkolben 19 gegen die Federkraft der Ventilschließfeder 21 verschoben und das Gaswechselventil 10 geöffnet wird. Überschneidet sich die im Steuerschieber 29 eingebrachte Absteueroffnung 30 mit der Steuerkante 271, so wird dieser Druck wieder abgesteuert, wodurch das Förderende der Hubschieberpumpe 13 erreicht ist. Nach Förderende verhindert das Rückschlagventil 37 das sofortige Zulaufen des Gaswechselventils 10, so daß der momentane Ventilhub gehalten wird. Wird jetzt oder zu einem früheren Zeitpunkt, also bereits während des Förderhubs der Hubschieberpumpe 13, das durch Bestromung gesperrte Magnetventil 42 stromlos geschaltet, so öffnet zu dem gewünschten Zeitpunkt die Rücklaufleitung 41 zum Druckmittelreservoir 39, was ein sofortiges Schließen des Gaswechselventils 10 durch die Ventilschließfeder 21 auslöst.
Die in Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellte Steuervorrichtung ist gegenüber der zu Fig. 1 beschriebene Steuervorrichtung insoweit modifiziert, als das Rückschlagventil zwischen Pumpenkammer 24 und Pumpenauslaß 38 entfallen ist und die Rücklaufleitung 41 zum
Druckmittelreservoir 39 nicht über ein elektrisch steuerbares Absperrventil, sondern über ein einfaches Druckbegrenzungoder Überströmventil 43 an dem Pumpenauslaß 38 angeschlossen ist, das bei einem Überdruck mechanisch öffnet. In diesem Fall ist - anders als mit dem in Fig. 1 dargestellten Magnetventil 42 - kein variabler Hub steuerbar, jedoch können Offnungs- und Schließzeit, also Dauer und Phasenlage der Öffnung des Gaswechselventils 10, wie beschrieben, über die Axialverschiebung des Steuerschiebers 29 und die Verdrehung des Pumpenkolbens 22 variiert werden. Im weiteren entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig, 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei mehreren Gaswechselventilen 10 ist jedem Gaswechselventil 10 ein Aktor 12 zugeordnet und die Aktoren 12 von in verschiedenen Verbrennungszylindern 11 angeordneten, ausgewählten Gaswechselventilen 10 können an eine gemeinsame Hubschieberpumpe 13 angeschlossen werden. Voraussetzung hierfür ist, daß sich die Öffnungszeiten der verschiedenen Gaswechselventile 10 nicht überschneiden.
Wie in dem Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung für zwei in verschiedenen Verbrennungszylindern angeordneten Gaswechselventilen 10 gemäß Fig. 4 dargestellt ist, ist jedem Gaswechselventil 10 ein Aktor 12 zugeordnet und zusätzlich ein Umschaltventil 44 mit zwei Ventilausgängen 442, 443 und mit einem wahlweise mit den Ventilausgängen 442, 443 verbindbaren Ventileingang 441 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist das Umschaltventil 44 als 3/2-Wegemagnetventil 45 mit Federrückstellung ausgebildet. Jeweils ein hydraulischer Arbeitsraum 20 eines Aktors 12 ist mit einem Ventilausgang 442 bzw. 443 verbunden, während der Ventileingang 441 an dem Pumpenauslaß 38 liegt. In der Darstellung der Fig. 4 wird durch die Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 22 der Hubschieberpumpe 13 in deren Pumpenkammer 24 ein Hochdruck aufgebaut, der infolge der Schaltstellung des Umschaltventils 44 in den hydraulischen Arbeitsraum 20 des in Fig. 4 linken Aktors 12 eingesteuert worden ist und zu einer Öffnungsbewegung des Ventilglieds 10 geführt hat. Der hydraulische Arbeitsraum 20 des in Fig. 4 rechten Aktors 12 ist durch das Umschaltventil 44 abgesperrt und drucklos, so daß das in Fig. 4 rechte Gaswechselventil 10 sich in seiner Schließstellung befindet. Zur Ansteuerung des in Fig. 4 rechten Gaswechselventils 10 ist das Umschaltventil 44 umzuschalten, wobei nur geringe Anforderung hinsichtlich der Schaltzeit gefordert werden. Im übrigen entspricht der Aufbau und die Funktionsweise der Steuervorrichtung gemäß Fig. 4 den oder der zu Fig. 1 beschriebenen, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann auf die Verdrehbeweglichkeit des Pumpenkolbens 22 verzichtet werden und statt dessen der Steuerschieber 29 zusätzlich zu seiner axialen Verschiebemöglichkeit eine Verdrehsteuerung erhalten. Die Anordnung von Steuernut 27 und Absteueroffnung 30 im Pumpenkolben 22 und Steuerschieber 29 kann vertauscht werden,

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gaswechselventils (10), mit einem hydraulischen Aktor (12) zur Ventilbetätigung und einer Hochdruckpumpe, die den Aktor (12) mit einem unter Hochdruck stehenden Druckmittel beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe als Hubschieberpumpe (13) mit einem eine Hubbewegung ausführenden, eine Pumpenkammer (24) begrenzenden Pumpenkolben (22) und einem den Pumpenkolben (22) umschließenden Steuerschieber (29) ausgebildet ist, von denen einer eine zur Hubrichtung des Pumpenkolbens (22) schräg verlaufende Steuernut (27) und der andere eine damit zusammenwirkende Absteueroffnung (30) aufweist, die bei Überdeckung eine Druckentlastung der Pumpenkammer (24) bewirken, und daß zur Steuerung von Phasenlage und Dauer der Aufsteuerung des Gaswechselventils (10) durch Aktivieren und Deaktivieren des Aktors (12) Pumpenkolben (22) und Steuerschieber (29) relativ zueinander verdrehbar sind und der Steuerschieber (29) relativ zum Pumpenkolben (22) verschiebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (27) im Mantel des Pumpenkolbens (22) eingearbeitet ist und über eine im Pumpenkolben (22) verlaufende Verbindungsbohrung (28) mit der Pumpenkammer (24) in Verbindung steht und daß die Absteueroffnung (30) im Steuerschieber (29) angeordnet und als radiale Bohrung ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer' (24) einen an ein Druckmittelreservoir (39) angeschlossen Pumpeneinlaß (36) und einen mit dem Aktor (12) verbundenen Pumpenauslaß (38) aufweist und daß zwischen Pumpenkammer (24) und Pumpeneinlaß (36) ein Pumpeneinlaßventil (35) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpeneinlaßventil (35) ein Rückschlagventil ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (12) einen mit dem Gaswechselventil (10) gekoppelten Stellkolben (19) aufweist, der einen hydraulischen Arbeitsraum (20) begrenzt und durch in den Arbeitsraum (20) eingesteuertes Druckmittel gegen eine Ventilschließfeder (21) verschiebbar ist, und daß der hydraulische
Arbeitsraum (20) an dem Pumpenauslaß (38) der Hubschieberpumpe (13) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (22) über einen auf einer Nockenwelle (25) sitzenden Nocken (26) zur Hubbewegung angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Pumpenausgang (38) ein Druckbegrenzungsventil (43) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenkammer (24) und Pumpenauslaß (38) ein Rückschlagventil (37) angeordnet und an dem Pumpenauslaß (38) eine mittels eines elektrisch steuerbaren Absperrventils (40) wahlweise sperrbare Entlastungsöffnung angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (40) ein 2/2-Wegemagnetventil (42) mit Federrückstellung ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Entlastungsöffnung eine zum Druckmittelreservoir (39) führende Rücklaufleitung (41) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Gaswechselventilen (10) jedem Gaswechselventil (10) ein Aktor (12) zugeordnet ist und daß die Aktoren (12) von ausgewählten, verschiedenen Verbrennungszylindern zugeordneten Gaswechselventilen (10) an einer gemeinsamen Hubschieberpumpe (13) angeschlossen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß mittels eines Umschaltventils (44) mit einem wahlweise mit zwei Ventilausgängen (442, 443) verbindbaren Ventileingang (441) vorgenommen ist und daß jeweils ein Aktor (12) mit einem Ventilausgang (442, 443) des Umschaltventils (44) verbunden ist und der Ventileingang (441) des Umschaltventils (44) an dem Pumpenauslaß (38) liegt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (44) ein 3/2-Wegemagnetventil
(45) mit Federrückstellung ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (22) der
Hubschieberpumpe (13) verdrehbar ausgebildet ist.
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