EP2063075A1 - Fluid actuated valve mechanism - Google Patents

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EP2063075A1
EP2063075A1 EP07022717A EP07022717A EP2063075A1 EP 2063075 A1 EP2063075 A1 EP 2063075A1 EP 07022717 A EP07022717 A EP 07022717A EP 07022717 A EP07022717 A EP 07022717A EP 2063075 A1 EP2063075 A1 EP 2063075A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fluid
pressure
reservoir
valve means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07022717A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard Rüst
Patrik Soltic
Christian Bach
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.)
Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
Original Assignee
Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
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 Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA, EMPA filed Critical Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
Priority to EP07022717A priority Critical patent/EP2063075A1/en
Priority to PCT/EP2008/009772 priority patent/WO2009065566A1/en
Priority to JP2010534404A priority patent/JP5190118B2/en
Priority to EP08851107A priority patent/EP2209971B1/en
Priority to US12/734,745 priority patent/US8381693B2/en
Publication of EP2063075A1 publication Critical patent/EP2063075A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/16Pneumatic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/04Sensors
    • F01L2820/045Valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fluid operated valve train, in particular for a gas exchange valve in a combustion cylinder of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • Fluid operated valve trains in particular for gas exchange valves in a combustion cylinder of an internal combustion engine, which in the context of this invention comprise hydraulically as well as pneumatically operated valve trains, have been known for a long time.
  • these valve trains were used to replace a camshaft-controlled opening of a motor valve, while the closure of the valve was further provided by a spring mechanism.
  • Such systems are for example from the German Offenlegungsschrift 1'944'177 known.
  • two-sided controlled, fluid operated valve trains for valve controls are basically, for example from the CH 417'219 , already known for a long time. In this case, the principle was used that an actuating piston has two pressurized surfaces, one of which is greater than the other.
  • Fluid operated valve trains generally have the disadvantage or the problem of higher energy consumption compared to conventional mechanically driven valve drives, which then loses the power of the internal combustion engine.
  • the known fluid operated valve train devices especially the facilities that from the US-A-5'058'857 , from the US-A-3'844'528 , of the DE 199'31129 , of the US-A-6'170'524 of the WO-A-02/46582 and the WO-A-02 / 066'796 are common - is that the problem of excessive energy consumption is not or at least rudimentary solved.
  • the object of the invention is to provide a simplified, fluid-operated valve drive, in which the disadvantages of the prior art described above are avoided.
  • the energy consumption by the valve control should not be excessive. Rather, the best possible form of recuperation should be used.
  • the object of the invention is achieved by a fluid operated valve train according to claim 1.
  • the measures of the invention initially have the consequence that the recoverable by the deceleration of the engine valves energy is used by means of a pressure intermediate level between the valve acceleration pressure and the reservoir. This saves, e.g. Energy for charging the valve acceleration pressure and serves at the same time optimally damped braking.
  • the recuperation of the second pressure reservoir P1 can be used not only as a pressure intermediate stage for saving energy for the high pressure stage (claim 3 and 4) but - eg when using fuel, especially diesel fuel, as a fluid - or as an alternative to providing alternative pressure for the fuel pump and / or for fuel conditioning, such as atomization, etc. (claim 5 and 6).
  • fuel here not only a hydraulically usable liquid in question, but also a pneumatically usable gas or similar medium, eg in gas-powered engines.
  • the second fluid valve means either as proportional valves, which can then be quantity controlled or - or additionally - simple valves only one open and one closed position and a time control.
  • the first fluid valve means an embodiment as fluid valves only with an optional open and a closed position to P1 or P2 seems sufficient and advantageous.
  • both second fluid valve means can be connected to the base pressure reservoir P0 for a certain period of time, while one of the first Fluid valve means is open.
  • a measuring sensor for measuring the position of the motor valve preferably by measuring the position of the actuating piston, is provided, with which the opening and the closing of the fluid valve means is controlled or regulated (Claims 9 and 10). Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claim 11.
  • the system is expected to be low maintenance due to low mechanical stress on the components, the closed system with few sealing surfaces, easy replacement of the entire valve actuation, individual valves or components.
  • the geometry is advantageous because no disruption of the routes for intake air and exhaust gases is to be expected and there is little space.
  • this aspect of the invention is characterized in that the movement sequence of the engine valve is monitored with a sensor on its route. At any time, the deviation of the effective location of the engine valve from its desired location is determined according to specification and detected by a control unit for this engine valve. It is calculated the change in the cross section of the corresponding second fluid valve means, so that the valve reaches the position according to specification again. According to this aspect of the invention, the system is self-correcting by this function, and influences which could adversely affect the movement of the engine valve need not be considered.
  • FIG. 1 a valve assembly is shown to a first embodiment of the present invention with an engine valve 2 and a drive (actuator) for this engine valve.
  • the valve 2 comprises - according to a conventional manner - a valve disk 3, which is fitted in a valve seat ring 7 in order to close off the engine compartment. With the valve 2 open, that is, when the valve is lowered, the combustion chamber 4 of the engine is connected to the combustion gas channel 6. This connection must be controlled or regulated with the valve train.
  • the engine valve 2 carries on its valve stem 5 a fixed thereto associated actuating piston 14, which has an upper, formed on the upper side of the actuating piston 14 effective area and further comprises a lower, formed on the underside of the actuating piston 14 effective area.
  • the Stellkoben 14 forms an upper pressure chamber 10 and a lower pressure chamber 12 from.
  • Both pressure chambers 10 and 12 each have a first fluid valve 20 or 22 and a second fluid valve 24 or 26 for a pressurized fluid, in the embodiment described here, a hydraulic oil or the fuel for the engine, preferably a diesel fuel on.
  • These fluid valves are formed in the present embodiment as solenoid valves, wherein for the first fluid valves 20 and 22 only one open and one closed position is provided in each case via the fluid supply line 16 to the pressure reservoir P2 and the fluid drain line 18 to the pressure reservoir P1, while the second fluid valves 24th and 26 are each connectable via the fluid supply and discharge line 19 to the base reservoir P0.
  • the second fluid valves 24 and 26 are analog or - alternatively - digitally controllable in a variety of positions. It should be noted at this point that this analog or digital modulating design of the opening of the second fluid valves 24 and 26th is only an example. Other modulation methods, such as an intermittent opening, possibly also, for example, with a pulse width modulation, assuming a suitable bandwidth of the opening, are also used.
  • Both first fluid valves 20 and 22 are selectively connectable to a first pressure reservoir P2 for the pressurized fluid and to a second pressure reservoir P1. It is provided that for accelerating the engine valve 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the first pressure reservoir P2 is connected to one of the two pressure chambers. To accelerate for the purpose of opening the engine valve 2, the upper first fluid valve 20 is opened. In order not to generate a back pressure, the lower second fluid valve 26, which communicates with the base reservoir P0, is simultaneously opened. To accelerate for the purpose of closing the engine valve 2 while the lower first fluid valve 22 is opened. In order not to generate a back pressure, the upper second fluid valve 24, which communicates with the base reservoir P0, is now simultaneously opened.
  • the first fluid valves 20 and 22 can furthermore be connected to a second pressure reservoir P1. It is provided that for braking the motor valve 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the second pressure reservoir P1 is connected to one of the two pressure chambers.
  • the upper second fluid valve 24 which communicates with the base reservoir P0, is simultaneously opened. In this case, the fluid flows without pressure in the upper pressure chamber 10th
  • the control is also set up such that an unaccelerated movement can be carried out between acceleration and deceleration.
  • the two first fluid valves 20 and 22 are closed and the two second fluid valves 24 and 26 open, so that the engine valve 2 performs a nearly uniform movement and each empties a pressure chamber 10 and 12 and to the same extent the other pressure chamber 10 and 12 respectively is refilled.
  • the movement of the engine valve may be controlled using measurement data on the current position of the engine valve 2. This is provided in the embodiment.
  • both second fluid valves 24 and 26 are open for a short time, while the first fluid valve 20 and 22 are still open. This causes no impact due to the incompressible fluid.
  • first fluid valve means 20 and 22 with the described in the exemplary embodiment optional compounds with P1 or P2 but can - without limiting the generality of Invention - but each also be designed as separate fluid valves for P1 and P2.
  • it can be provided to divide the second fluid valve means 24 and 26 respectively into a fluid valve which can only be switched and additionally to a fluid valve which can be controlled with respect to its flow rate, if the special design of the hydraulic or pneumatic conditions and / or the control bandwidth necessitate this.
  • a two-stage pressure generation from the base reservoir P0 is first performed to the second pressure reservoir P1 and from there to the first pressure reservoir P2, in each case by a pressure stage 31 and 32, which includes a controllable high-pressure pump 33 and 35 and a check valve 38 and 39, respectively.
  • the energy recovered by the deceleration of the engine valves 2 is used in full to maintain the pressure in the first pressure reservoir P2 by - after a start-up - the first pump from P0 to P1 hardly consumes energy and the high-pressure pump from P1 to P2 is relieved accordingly.
  • an optimal recuperation system is proposed.
  • a central electronic control unit 42 determines, for each engine valve, the optimum sequence of motion due to ambient and operating conditions, and passes this instruction to the electronic valve control device 40, which gives the commands to open the fluid valves.
  • Each engine valve 2 has its own electronic valve control device 40. The position of the engine valve 2 is detected over the entire distance by means of a measuring sensor 50 and the valve control direction 40 is transmitted, the opening of the respective outlet solenoid valve 24 or 26 to P0 in case of deviations from the target value corrected. The stroke of the engine valves 2 and the time course of the movement can be freely determined.
  • the central, electronic Control unit 42 determines the pressure in the high-pressure system, namely in the pressure reservoirs P2 and P1.
  • the same pressure prevails for all engine valves 2 supplied by it.
  • the pressure can be adjusted by means of control of the controllable high-pressure pump 33 to different operating conditions.
  • parameters for control by the central controller 42 e.g. used: accelerator pedal position, brake control, gear selection, program selection automat, temperatures of engine oil or water, position of the vehicle (incline, gradient), outside air temperature.
  • Each engine valve 2 has a valve control device 40, which controls the movement of the engine valve as accurately as possible in accordance with the specifications of the central valve control device 42 by means of control commands to the fluid valves 20 and 22 and 24 and 26.
  • All valve control devices 40 of an engine report the parameters of the valve movement back to the central control device 42, which can adjust the pressure in the high-pressure system - in particular in the first pressure reservoir P2.
  • This system of comparing the actual position of the engine valve 2 with the target position deviations from the specification are corrected.
  • These can have different causes, e.g. for the fluid: temperature, viscosity, aging, with regard to wear: clearance between piston and cylinder chamber, manufacturing tolerances.
  • the valve stem 5 of the engine valve 2 occurs at the upper end of the upper pressure chamber 10 through the cover of the cylinder.
  • a coil spring 62 acts in a valve spring chamber 66 on a spring plate, which is connected to the valve stem 5.
  • the cylinder in question - or more - can be partially switched off and the piston to be moved passively.
  • an emergency program with mechanical feedback of engine valves 2 is placed in a resting state. At rest, the fluid in the high pressure system can be vented through a short opening of all fluid valves.
  • the engine valves 2 are guided by these springs 62 in their upper position, so that maintenance and repairs can be carried out in a pressureless state.
  • valves are not in contact with the pistons in the engine, which are near top dead center.
  • the cylinder head lifted from the engine block can be parked without the risk of damage in the installation position. Assembly and disassembly of the valve train are thereby considerably simplified. Fluid entering the latter through the upper valve guide 60 at the transition from the upper pressure chamber 10 to the valve spring space 66 is directed through an orifice into the non-pressurized base reservoir P0.
  • the motor fuel is used as the fluid, and the first pressure reservoir P2 serves as an intermediate stage for the provision of the necessary fuel pressure for fuel injection P3.
  • a third pump is provided which provides the necessary fuel pressure. Otherwise, the operating conditions for the control and the movement of the engine valves 2 are unchanged.
  • the pressure in P1 and P2 will be unequal, the pressure in P2 being assumed to be greater than in P1 if P1 is provided as an intermediate for P2. This is not necessary.
  • the pressure in P1 can be the same as in the first pressure reservoir.
  • the two pressure reservoirs P1 and P2 can be connected or executed together. In this case, therefore, the deceleration force for the engine valves 2 would be approximately equal to their acceleration force. It would even be conceivable interchanging the pressure conditions, so that the deceleration force of the engine valves 2 is greater than their acceleration force, which would then be exercised longer than the deceleration force. This can be effected, for example, by interchanging P2 with P1, which are both applied to both first fluid valves 20 and 22.

Abstract

The mechanism has a control or regulating device (40) arranged such that an engine valve (2) i.e. gas exchange valve, is shiftable adjacent to a rest position in an accelerated movement phase by pressurizing one of set of fluid valve units (20, 22) with pressure of a pressure reservoir (P2) and opening of one of another set of fluid valve units (24, 26) to a base reservoir (P0). The valve is shiftable in a braking phase by opening of another unit of the former set (20, 22) to another pressure reservoir (P1) and opening another unit of the latter set (24, 26) to the base reservoir.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Fluid betriebenen Ventiltrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a fluid operated valve train, in particular for a gas exchange valve in a combustion cylinder of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Fluid betriebene Ventiltriebe, insbesondere für Gaswechselventile in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, die im Sinne dieser Erfindung hydraulisch wie auch pneumatisch betriebene Ventiltriebe umfassen, sind seit langer Zeit bekannt. Zunächst einmal wurden diese Ventiltriebe zum Ersatz eines nockenwellengesteuerten Öffnens eines Motorventils verwendet, während das Schliessen des Ventils weiterhin durch einen Federmechanismus vorgesehen war. Solche Systeme sind z.B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1'944'177 bekannt. Aber auch zweiseitig gesteuerte, Fluid betriebene Ventiltriebe für Ventilsteuerungen sind dem Grunde nach, z.B. aus der CH 417'219 , bereits seit langer Zeit bekannt. Dabei wurde zumeist das Prinzip verwendet, dass ein Stellkolben zwei druckbeaufschlagte Flächen aufweist, von denen eine grösser ist als die andere. Bei der CH 417'219 wird allerdings noch vorgeschlagen, die Steuerung der Fluidzuführung - hier der Ölzuführung - mit Hilfe einer herkömmlichen Nockenwelle zu betreiben. Dieses Prinzip macht sich auch der Vorschlag nach der DE 101 439 59 A1 zueigen, wobei allerdings ein nockenwellenfreier Betrieb der Ventilsteuerung vorgesehen ist. Nach der DE 101 439 59 A1 soll sich die Flächengrösse zumindest einer der beiden Wirkflächen des Stellkolbens längs seines Verschiebweges ändern. Weiterhin wird darin vorgeschlagen, dass eine von zwei Fluiddruckkammern mit einem Fluid jeweils gefüllt und entleert wird. Dieser Vorschlag erweist sich als nicht sonderlich vorteilhaft, da die Ventilsteuerung mit überschaubarem Aufwand nicht allzu genau eingerichtet werden kann.Fluid operated valve trains, in particular for gas exchange valves in a combustion cylinder of an internal combustion engine, which in the context of this invention comprise hydraulically as well as pneumatically operated valve trains, have been known for a long time. First, these valve trains were used to replace a camshaft-controlled opening of a motor valve, while the closure of the valve was further provided by a spring mechanism. Such systems are for example from the German Offenlegungsschrift 1'944'177 known. But also two-sided controlled, fluid operated valve trains for valve controls are basically, for example from the CH 417'219 , already known for a long time. In this case, the principle was used that an actuating piston has two pressurized surfaces, one of which is greater than the other. In the CH 417'219 However, it is still proposed to operate the control of the fluid supply - here the oil supply - using a conventional camshaft. This principle also makes itself the suggestion after the DE 101 439 59 A1 zueigen, although a camshaft-free operation of the valve control is provided. After DE 101 439 59 A1 the area size of at least one of the two active surfaces of the actuating piston should change along its displacement path. Furthermore, it is proposed that one of two fluid pressure chambers each filled with a fluid and emptied. This proposal does not prove to be particularly advantageous because the valve control can not be set up too precisely with manageable effort.

Eine wesentliche Verbesserung dieses Konzeptes ist ursprünglich schon aus der US-5'225'641 A , verbessert vorgeschlagen in der US 6'223'846 B1 , bekannt, nachfolgend als Schechter zitiert. Dabei wird eine Druckbeaufschlagung von zwei entgegengesetzt angeordneten Wirkflächen mit jeweils einem Fluid vorgeschlagen, das einem gemeinsamen Reservoir entnommen wird und mit Zuführungsventilen gesteuert wird. Die Abflussventile sind unter anderem zur Druckentlastung vorgesehen. Dieses System ist allerdings sehr kompliziert und kann auf Grund der aufwändigen Fluidzuführungssteuerung nur begrenzt eingesetzt werden.A substantial improvement of this concept is originally from the US 5,225,641 A , improved in the proposed US 6,223,846 B1 , known, hereafter cited as Schechter. In this case, a pressurization of two oppositely arranged active surfaces is proposed, each with a fluid which is taken from a common reservoir and is controlled by supply valves. The drain valves are intended, inter alia, for pressure relief. However, this system is very complicated and can only be used to a limited extent due to the complex fluid supply control.

Fluid betriebene Ventiltriebe haben gegenüber herkömmlichen mechanisch angetriebenen Ventiltrieben grundsätzlich den Nachteil bzw. das Problem eines höheren Energieverbrauchs, der dann der Leistung der Verbrennungskraftmaschine verlustig geht. Den bekannten Fluid betriebenen Ventiltriebeinrichtungen - insbesondere auch den Einrichtungen, die aus der US-A-5'058'857 , aus der US-A-3'844'528 , der DE 199'31129 , der US-A-6'170'524 der WO-A-02/46582 und der WO-A-02/066'796 bekannt sind - ist gemein, dass das Problem des überhöhten Energieverbrauchs nicht oder allenfalls ansatzweise gelöst ist. So ist in der WO-A-02/066'796 zum Beispiel zwar vorgesehen, dass dort ein Pufferspeicher Druckschwankungen auffangen soll, die Hydraulikfüssigkeit aus dem Auslass der Kolben zur Ventilsteuerung wird aber in ein Reservoir geleitet, von dem aus es mittels einer Hochdruckpumpe Energie verschleudernd wieder auf den Arbeitsdruck der Hydraulik gepumpt werden muss.Fluid operated valve trains generally have the disadvantage or the problem of higher energy consumption compared to conventional mechanically driven valve drives, which then loses the power of the internal combustion engine. The known fluid operated valve train devices - especially the facilities that from the US-A-5'058'857 , from the US-A-3'844'528 , of the DE 199'31129 , of the US-A-6'170'524 of the WO-A-02/46582 and the WO-A-02 / 066'796 are common - is that the problem of excessive energy consumption is not or at least rudimentary solved. So is in the WO-A-02 / 066'796 For example, although provided that there is a buffer memory to absorb pressure fluctuations, the Hydraulikfüssigkeit from the outlet of the piston for valve control is directed into a reservoir from which it must be pumped by means of a high-pressure pump wasting energy back to the working pressure of the hydraulic system.

Bei Schechter wird bereits vorgeschlagen, dass nicht nur die Beschleunigung der Fluid betriebenen Ventile sondern auch das Abbremsen zum weichen Aufsetzen auf den Ventilsitz mittels eines Fluids durchgeführt wird. Auch wird dort schon angedeutet, dass die durch das Abbremsen zurückgewinnbare Energie - dort mit Hilfe einer Niederdruckschiene - verwendet werden soll. Damit ist schon ein erster Ansatz zur Rekuperation offenbart worden. Allerdings muss bei Schechter die Hochdruckschiene immer noch vollständig Druck beladen werden, da die Niederdruckschiene nur am Reservoir angeschlossen ist. Diese mindere Art der Rekuperation gilt es ebenfalls zu verbessern.In Schechter is already proposed that not only the acceleration of the fluid operated valves but also the deceleration is carried out for soft placement on the valve seat by means of a fluid. It is also already indicated that the recoverable by the braking energy - there with the help of a low-pressure rail - to be used. This has already revealed a first approach to recuperation. However, at Schechter the high pressure rail still be fully loaded pressure because the low pressure rail is connected only to the reservoir. This inferior type of recuperation is also to be improved.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen vereinfachten, fluidbetriebenen Ventiltrieb vorzusehen, bei dem die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll der Energieverbrauch durch die Ventilsteuerung nicht überhöht sein. Vielmehr sollte eine möglichst optimale Form der Rekuperation eingesetzt werden.The object of the invention is to provide a simplified, fluid-operated valve drive, in which the disadvantages of the prior art described above are avoided. In particular, the energy consumption by the valve control should not be excessive. Rather, the best possible form of recuperation should be used.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Fluid betriebenen Ventiltrieb nach Anspruch 1 gelöst. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung zunächst einmal zur Folge, dass die durch das Abbremsen der Motorventile zurückgewinnbare Energie mittels eines Druckzwischenniveaus zwischen dem Ventilbeschleunigungsdruck und dem Reservoir verwendet wird. Dies erspart z.B. Energie zum Aufladen des Ventilbeschleunigungsdrucks und dient gleichzeitig einem optimal gedämpften Abbremsvorgang.The object of the invention is achieved by a fluid operated valve train according to claim 1. The measures of the invention initially have the consequence that the recoverable by the deceleration of the engine valves energy is used by means of a pressure intermediate level between the valve acceleration pressure and the reservoir. This saves, e.g. Energy for charging the valve acceleration pressure and serves at the same time optimally damped braking.

Um die Erfindung ausführen zu können, ist es grundsätzlich möglich, von der Beschleunigungsphase direkt in die Abbremsphase überzugehen. Dies bewirkt auch die schnellste Motorventilbewegung bei minimalem Fluiddruck. Energiemässig vorteilhaft kann es aber sein, zwischen die beiden genannten Phasen eine unbeschleunigte Phase einzufügen, wenn die Ventilbewegungsgeschwindigkeit zulässt (Anspruch 2).In order to be able to carry out the invention, it is fundamentally possible to proceed directly from the acceleration phase into the deceleration phase. This also causes the fastest engine valve movement with minimal fluid pressure. In terms of energy, it may be advantageous to insert an unaccelerated phase between the two phases mentioned, if the valve movement speed permits (claim 2).

Grundsätzlich kann die Rekuperation des zweiten Druckreservoirs P1 nicht nur als Druckzwischenstufe zum Einsparen von Energie für die Druckhochstufe verwendet werden (Anspruch 3 und 4) sondern - z.B. bei einer Verwendung von Kraftstoff, insbesondere von Dieselkraftstoff, als Fluid - auch oder als Hilfe alternativ zur Bereitstellung von Druck für die Kraftstoffpumpe und/oder für die Kraftstoffaufbereitung, wie z.B. die Zerstäubung etc. (Anspruch 5 und 6). Als Kraftstoff kommt hier nicht nur eine hydraulisch verwendbare Flüssigkeit in Frage, sondern auch ein pneumatisch verwendbares Gas oder ähnliches Medium, z.B. in gasbetriebenen Motoren.In principle, the recuperation of the second pressure reservoir P1 can be used not only as a pressure intermediate stage for saving energy for the high pressure stage (claim 3 and 4) but - eg when using fuel, especially diesel fuel, as a fluid - or as an alternative to providing alternative pressure for the fuel pump and / or for fuel conditioning, such as atomization, etc. (claim 5 and 6). As fuel here not only a hydraulically usable liquid in question, but also a pneumatically usable gas or similar medium, eg in gas-powered engines.

Grundsätzlich ist es möglich, die zweiten Fluidventilmittel entweder als Proportionalventile auszulegen, die dann mengengesteuert werden können oder aber - oder zusätzlich - einfache Ventile nur einer Offen- und einer Geschlossenstellung und einer Zeitansteuerung. Es erscheint aber - zumindest für bestimmte Anwendungen - vorteilhaft, diese Ventile zur Feinabstimmung bezüglich ihrer Öffnungsgrösse steuerbar zu machen (Anspruch 7). Für die ersten Fluidventilmittel erscheint aber eine Ausführung als Fluidventile nur mit einer wahlweisen Offen- und einer Geschlossenstellung zu P1 oder P2 ausreichend und vorteilhaft.In principle, it is possible to design the second fluid valve means either as proportional valves, which can then be quantity controlled or - or additionally - simple valves only one open and one closed position and a time control. However, it seems - at least for certain applications - advantageous to make these valves for fine tuning with respect to their opening size controllable (claim 7). However, for the first fluid valve means an embodiment as fluid valves only with an optional open and a closed position to P1 or P2 seems sufficient and advantageous.

Zur Feinabstimmung erscheint es - in bestimmten Fällen - vorteilhaft zu sein, wenn während der Übergangsphase von der ersten zur zweiten Phase und/oder von der zweiten zur dritten Phase beide zweite Fluidventilmittel für einen bestimmten Zeitraum mit dem Basisdruckreservoir P0 verbindbar sind, während eines der ersten Fluidventilmittel geöffnet ist. Damit wird - insbesondere bei einer hydraulischen Auslegung - vermieden, dass eine Phase auftritt, in der die Druckräume geschlossen sind und die Bewegung eines nur gering komprimierbaren Fluids zu Schlägen bzw. Überdrücken führen kann. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass entsprechende Probleme auch bei einer pneumatischen Auslegung möglich sind, die durch diese vorteilhafte Ausgestaltung behoben werden können (Anspruch 8). Zur schnellen Steuerung ist eine Ausgestaltung mit Magnetventilen vorteilhaft. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung, bei der ein Messsensor zur Messung der Stellung des Motorventils, vorzugsweise durch eine Messung der Stellung des Stellkolbens, vorgesehen ist, mit der die Öffnung und das Schliessen der Fluidventilmittel gesteuert bzw. geregelt wird (Ansprüche 9 und 10). Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind im abhängigen Anspruch 11 dargelegt.For fine tuning, it appears to be advantageous in certain cases if, during the transition phase from the first to the second phase and / or from the second to the third phase, both second fluid valve means can be connected to the base pressure reservoir P0 for a certain period of time, while one of the first Fluid valve means is open. This avoids - in particular in the case of a hydraulic design - that a phase occurs in which the pressure chambers are closed and the movement of a fluid which is only slightly compressible can lead to impacts or overpressures. It should be pointed out that corresponding problems are possible even with a pneumatic design, which can be remedied by this advantageous embodiment (claim 8). For rapid control, an embodiment with solenoid valves is advantageous. Particularly advantageous is an embodiment of the invention, in which a measuring sensor for measuring the position of the motor valve, preferably by measuring the position of the actuating piston, is provided, with which the opening and the closing of the fluid valve means is controlled or regulated (Claims 9 and 10). Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claim 11.

Die Vorteile der Erfindung, insbesondere im Umfang der vorgeschlagenen Konstruktion, können wie folgt zusammengefasst werden: Mit der vorgeschlagenen Ventilsteuerung ist eine freie Steuerung des gesamten Bewegungsablaufs für jedes einzelne Ventil ohne weiteren Aufwand möglich, z.B. die Hubhöhe von 0 bis maximal, Beschleunigungen, Abbremsungen und Geschwindigkeiten. Damit wird den unterschiedlichsten Zuständen und Ansprüchen entsprochen, wie Starten ohne Anlasser, drosselklappenfreier Betrieb, Optimierung des Lufteinlasses in den Verbrennungsraum bei allen Tourenzahlen, vorzeitige Schliessung des Auslassventils zur Reduktion des NOx, Ventilstellung zur Verstärkung der Motorbremswirkung, Zylinderabschaltungen bei Teillast, druckfreier Ruhezustand mit mechanisch geschlossen gehaltenen Ventilen, Notlauf mit Teilabschaltung des Motors, etc. Es wird weiterhin eine hohe Energieeffizienz erzielt mit kurzen und strömungsgünstigen Wegen für das Fluid, tiefem und dem Betriebszustand anpassbarem Druck im Hochdrucksystem, geringer Masse und damit geringem Energiebedarf zum Beschleunigen und Abbremsen der bewegten Massen, oben und unten geführten beweglichen Teilen ohne Biegebeanspruchung, schlankem Ventilschaft und geringen Reibungswiderständen, kleinen Kolben und hydraulischen bzw. pneumatischen Wirkflächen sowie geringer Abnutzung. Die Betriebssicherheit ist hoch, da technisch einfach, ohne Verstärkung der Anfangsbeschleunigung (dank geringer bewegter Masse). Vorteilhaft ist auch die Steuerung anhand der effektiven Bewegung des Motorventils mit den Möglichkeiten einer automatischen Korrektur von Verschiebungen des Zyklus auf Grund von thermischer Dilatation, ändernder Viskosität des Fluids, Gasblasen, Fertigungstoleranzen und mechanischer Abnutzung mit Abnahme der Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand. Mit dem System ist ein geringer Unterhalt zu erwarten wegen geringer mechanischer Beanspruchung der Komponenten, des geschlossenen Systems mit wenigen Dichtflächen, einem einfachen Austausch der gesamten Ventilbetätigung, einzelner Ventile oder Komponenten. Die Geometrie ist vorteilhaft, weil keine Störung der Wege für Ansaugluft und Abgase zu erwarten ist und wenig Platzbedarf besteht.The advantages of the invention, in particular within the scope of the proposed construction, can be summarized as follows: With the proposed valve control a free control of the entire movement sequence for each valve is possible without further effort, eg the lifting height from 0 to maximum, accelerations, decelerations and speeds. This is the most diverse conditions and requirements met, such as starting without starter, throttle valve free operation, optimization of the air intake in the combustion chamber at all numbers of revolutions, premature closure of the exhaust valve to reduce NOx, valve position to enhance the engine braking effect, cylinder shutdown at part load, pressure-free state of rest with mechanical Furthermore, a high energy efficiency is achieved with short and aerodynamic paths for the fluid, low and the operating condition adaptable pressure in the high pressure system, low mass and thus low energy requirements for accelerating and decelerating the moving masses , top and bottom moving parts without bending stress, slender valve stem and low frictional resistance, small piston and hydraulic or pneumatic active surfaces and low wear. Operational safety is high, as it is technically simple, without amplifying the initial acceleration (thanks to low moving mass). Also advantageous is the control of the effective movement of the motor valve with the possibilities of automatically correcting shifts in the cycle due to thermal dilation, fluid viscosity, gas bubbles, manufacturing tolerances and mechanical wear as the seal between piston and cylinder wall decreases. The system is expected to be low maintenance due to low mechanical stress on the components, the closed system with few sealing surfaces, easy replacement of the entire valve actuation, individual valves or components. The geometry is advantageous because no disruption of the routes for intake air and exhaust gases is to be expected and there is little space.

Gemäss der Ausführung nach Anspruch 9 bzw. 10 zeichnet sich dieser Aspekt der Erfindung dadurch aus, dass der Bewegungsablauf des Motorenventils mit einem Sensor auf seiner Wegstrecke überwacht wird. Zu jedem Zeitpunkt wird die Abweichung des effektiven Standorts des Motorventils von seinem Soll-Standort gemäss Vorgabe ermittelt und durch eine Steuerungseinheit für dieses Motorventil erfasst. Es wird die Veränderung des Querschnitts des entsprechenden zweiten Fluidventilmittels errechnet, damit das Ventil die Position gemäss Vorgabe wieder erreicht. Gemäss diesem Aspekt der Erfindung ist das System durch diese Funktion selbst korrigierend und Einflüsse, welche die Bewegung des Motorventils ungünstig verändern könnten, müssen nicht beachtet werden.According to the embodiment according to claim 9 or 10, this aspect of the invention is characterized in that the movement sequence of the engine valve is monitored with a sensor on its route. At any time, the deviation of the effective location of the engine valve from its desired location is determined according to specification and detected by a control unit for this engine valve. It is calculated the change in the cross section of the corresponding second fluid valve means, so that the valve reaches the position according to specification again. According to this aspect of the invention, the system is self-correcting by this function, and influences which could adversely affect the movement of the engine valve need not be considered.

Die vorbenannten sowie die beanspruchten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäss zu verwendenden Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und ihrer technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The above-mentioned as well as the claimed and described in the following embodiments, according to the invention to be used elements are subject to their size, shape design, material usage and their technical conception no special conditions of exception, so that the well-known in the respective field of application selection criteria can apply without restriction.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazu gehörenden Zeichnungen, in denen - beispielhaft - erfindungsgemässe Vorrichtungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1
eine Darstellung eines Motorventils mit einer Ventilsteuerung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2
eine Darstellung eines Motorventils mit einer Ventilsteuerung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Further details, advantages and features of the subject matter of the present invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings, in which - exemplary - inventive devices will be explained. In the drawings shows:
FIG. 1
a representation of an engine valve with a valve control according to a first embodiment of the invention;
FIG. 2
a representation of an engine valve with a valve control according to a second embodiment of the invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

In Figur 1 ist eine Ventilanordnung zu einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Motorenventil 2 und einer Triebeinrichtung (Aktuator) für dieses Motorenventil dargestellt. Das Ventil 2 umfasst - nach herkömmlicher Weise - einen Ventilteller 3, der in einem Ventilsitzring 7 eingepasst ist, um damit den Motorenraum abzuschliessen. Bei geöffnetem Ventil 2, wenn also das Ventil gesenkt ist, ist der Verbrennungsraum 4 des Motors mit dem Verbrennungsgaskanal 6 verbunden. Diese Verbindung gilt es mit dem Ventiltrieb zu steuern bzw. zu regeln.In FIG. 1 a valve assembly is shown to a first embodiment of the present invention with an engine valve 2 and a drive (actuator) for this engine valve. The valve 2 comprises - according to a conventional manner - a valve disk 3, which is fitted in a valve seat ring 7 in order to close off the engine compartment. With the valve 2 open, that is, when the valve is lowered, the combustion chamber 4 of the engine is connected to the combustion gas channel 6. This connection must be controlled or regulated with the valve train.

Das Motorenventil 2 trägt auf seinem Ventilschaft 5 einen fest damit verbundenen Stellkolben 14, der eine obere, auf der Oberseite des Stellkolbens 14 ausgebildete Wirkfläche und weiterhin eine untere, auf der Unterseite des Stellkolbens 14 ausgebildete Wirkfläche aufweist. Zusammen mit dem Druckkammergehäuse 15, in dem der Stellkolben 14 auf- und abwärtsbewegbar angeordnet ist, bildet der Stellkoben 14 eine obere Druckkammer 10 und eine untere Druckkammer 12 aus. Beide Druckkammern 10 und 12 weisen jeweils ein erstes Fluidventil 20 bzw. 22 und ein zweites Fluidventil 24 bzw. 26 für ein Druckfluid, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Hydrauliköl oder der Treibstoff für den Motor, vorzugsweise ein Dieselkraftstoff, auf. Diese Fluidventile sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Magnetventile ausgebildet, wobei für die ersten Fluidventile 20 und 22 jeweils lediglich eine Offen- und eine Geschlossenstellung jeweils über die Fluidzuflussleitung 16 zum Druckreservoir P2 und über die Fluidabflussleitung 18 zum Druckreservoir P1 vorgesehen ist, während die zweiten Fluidventile 24 und 26 jeweils über die Fluidzu- und abflussleitung 19 zum Basisreservoir P0 verbindbar sind. Die zweiten Fluidventile 24 und 26 sind analog oder - alternativ - digital in einer Vielzahl von Stellungen steuerbar. Es sollte an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass diese analoge oder digitale modulierende Ausführung der Öffnung der zweiten Fluidventile 24 und 26 nur beispielhaft ist. Andere Modulationsverfahren, wie eine intermittierende Öffnung, allenfalls auch z.B. mit einer Pulsbreitenmodulation können, eine geeignete Bandbreite der Öffnung vorausgesetzt, ebenso zum Einsatz kommen.The engine valve 2 carries on its valve stem 5 a fixed thereto associated actuating piston 14, which has an upper, formed on the upper side of the actuating piston 14 effective area and further comprises a lower, formed on the underside of the actuating piston 14 effective area. Together with the pressure chamber housing 15, in which the actuating piston 14 is arranged to move up and down, the Stellkoben 14 forms an upper pressure chamber 10 and a lower pressure chamber 12 from. Both pressure chambers 10 and 12 each have a first fluid valve 20 or 22 and a second fluid valve 24 or 26 for a pressurized fluid, in the embodiment described here, a hydraulic oil or the fuel for the engine, preferably a diesel fuel on. These fluid valves are formed in the present embodiment as solenoid valves, wherein for the first fluid valves 20 and 22 only one open and one closed position is provided in each case via the fluid supply line 16 to the pressure reservoir P2 and the fluid drain line 18 to the pressure reservoir P1, while the second fluid valves 24th and 26 are each connectable via the fluid supply and discharge line 19 to the base reservoir P0. The second fluid valves 24 and 26 are analog or - alternatively - digitally controllable in a variety of positions. It should be noted at this point that this analog or digital modulating design of the opening of the second fluid valves 24 and 26th is only an example. Other modulation methods, such as an intermittent opening, possibly also, for example, with a pulse width modulation, assuming a suitable bandwidth of the opening, are also used.

Beide ersten Fluidventile 20 und 22 sind mit einem ersten Druckreservoir P2 für das unter Druck stehende Fluid sowie mit einem zweiten Druckreservoir P1 wahlweise verbindbar. Dabei ist vorgesehen, dass zum Beschleunigen des Motorventils 2 in jeweils eine Richtung eines der ersten Fluidventile 20 bzw. 22 geöffnet ist und damit das erste Druckreservoir P2 mit einer der beiden Druckkammern verbunden ist. Zum Beschleunigen zum Zwecke des Öffnens des Motorventils 2 wird dabei das obere erste Fluidventil 20 geöffnet. Um keinen Gegendruck zu erzeugen, wird gleichzeitig das untere zweite Fluidventil 26, welches mit dem Basisreservoir P0 in Verbindung steht, geöffnet. Zum Beschleunigen zum Zwecke des Schliessens des Motorventils 2 wird dabei das untere erste Fluidventil 22 geöffnet. Um keinen Gegendruck zu erzeugen, wird nunmehr gleichzeitig das obere zweite Fluidventil 24, welches mit dem Basisreservoir P0 in Verbindung steht, geöffnet.Both first fluid valves 20 and 22 are selectively connectable to a first pressure reservoir P2 for the pressurized fluid and to a second pressure reservoir P1. It is provided that for accelerating the engine valve 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the first pressure reservoir P2 is connected to one of the two pressure chambers. To accelerate for the purpose of opening the engine valve 2, the upper first fluid valve 20 is opened. In order not to generate a back pressure, the lower second fluid valve 26, which communicates with the base reservoir P0, is simultaneously opened. To accelerate for the purpose of closing the engine valve 2 while the lower first fluid valve 22 is opened. In order not to generate a back pressure, the upper second fluid valve 24, which communicates with the base reservoir P0, is now simultaneously opened.

Wie schon erwähnt, sind die ersten Fluidventile 20 und 22 weiterhin mit einem zweiten Druckreservoir P1 verbindbar. Dabei ist vorgesehen, dass zum Abbremsen des Motorventils 2 in jeweils eine Richtung eines der ersten Fluidventile 20 bzw. 22 geöffnet ist und damit das zweite Druckreservoir P1 mit einer der beiden Druckkammern verbunden ist.As already mentioned, the first fluid valves 20 and 22 can furthermore be connected to a second pressure reservoir P1. It is provided that for braking the motor valve 2 in each case one direction of the first fluid valves 20 and 22 is opened and thus the second pressure reservoir P1 is connected to one of the two pressure chambers.

Zum Abbremsen beim Öffnen des Motorventils 2 wird dabei das untere erste Fluidventil 22, in Verbindung stehend mit dem zweiten Druckreservoir P1, geöffnet. Um die obere Druckkammer 10 weiterhin mit Fluid zu füllen, wird gleichzeitig das obere zweite Fluidventil 24, welches mit dem Basisreservoir P0 in Verbindung steht, geöffnet. Dabei strömt das Fluid ohne Druck in die obere Druckkammer 10.For braking when opening the engine valve 2 while the lower first fluid valve 22, in conjunction with the second pressure reservoir P1, opened. In order to continue to fill the upper pressure chamber 10 with fluid, the upper second fluid valve 24, which communicates with the base reservoir P0, is simultaneously opened. In this case, the fluid flows without pressure in the upper pressure chamber 10th

Zum Abbremsen beim Schliessen des Motorventils 2 wird dabei das obere erste Fluidventil 20, in Verbindung stehend mit dem zweiten Druckreservoir P1, geöffnet. Um die untere Druckkammer 12 weiterhin mit Fluid zu füllen, wird gleichzeitig das untere zweite Fluidventil 26, welches mit dem Basisreservoir P0 in Verbindung steht, geöffnet. Dabei strömt das Fluid ohne Druck in die untere Druckkammer 12.To brake when closing the engine valve 2 while the upper first fluid valve 20, in conjunction with the second pressure reservoir P1, opened. In order to continue to fill the lower pressure chamber 12 with fluid, the lower second fluid valve 26, which communicates with the base reservoir P0, is simultaneously opened. In this case, the fluid flows without pressure into the lower pressure chamber 12.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen und die Steuerung ist auch so eingerichtet, dass zwischen dem Beschleunigen und dem Abbremsen jeweils eine unbeschleunigte Bewegung durchgeführt werden kann. Dabei sind die beiden ersten Fluidventile 20 und 22 geschlossen und die beiden zweiten Fluidventile 24 und 26 geöffnet, so dass das Motorventil 2 eine nahezu gleichförmige Bewegung ausführt und jeweils eine Druckkammer 10 bzw. 12 entleert und im gleichen Umfang die andere Druckkammer 10 bzw. 12 nachgefüllt wird. Es wird dem Fachmann klar sein, dass mit der Länge dieser unbeschleunigten Phase die Bewegung des Motorventils unter Verwendung von Messdaten über die aktuelle Position des Motorventils 2 geregelt werden kann. Dies ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen.In the present embodiment, it is provided and the control is also set up such that an unaccelerated movement can be carried out between acceleration and deceleration. The two first fluid valves 20 and 22 are closed and the two second fluid valves 24 and 26 open, so that the engine valve 2 performs a nearly uniform movement and each empties a pressure chamber 10 and 12 and to the same extent the other pressure chamber 10 and 12 respectively is refilled. It will be apparent to those skilled in the art that with the length of this unaccelerated phase, the movement of the engine valve may be controlled using measurement data on the current position of the engine valve 2. This is provided in the embodiment.

Weiterhin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass für eine kurze Zeit beide zweiten Fluidventile 24 und 26 geöffnet sind, während das erste Fluidventil 20 bzw. 22 noch offen sind. Dies bewirkt, dass durch das inkompressible Fluid keine Schläge auftreten.Furthermore, it is provided in the present embodiment that both second fluid valves 24 and 26 are open for a short time, while the first fluid valve 20 and 22 are still open. This causes no impact due to the incompressible fluid.

Aus diesem Basisreservoir P0 wird - wie nachfolgend beschrieben - die Zuführung für die ersten Fluidventile 20 und 22 gespeist.From this base reservoir P0 - as described below - the supply for the first fluid valves 20 and 22 fed.

Vorstehend wurde für die Fluidventilmittel gemäss der Erfindung jeweils einzelne Fluidventile 20, 22, 24, 26 beschrieben. Insbesondere die ersten Fluidventilmittel 20 und 22 mit den im Ausführungsbeispiel beschriebenen wahlweisen Verbindungen mit P1 bzw. P2 können aber - ohne Einschränkung der Allgemeinheit der Erfindung - aber jeweils auch als getrennte Fluidventile für P1 bzw. P2 ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, die zweiten Fluidventilmittel 24 bzw. 26 in jeweils ein lediglich schaltbares Fluidventil und zusätzlich ein bezüglich seiner Durchflussmenge steuerbares Fluidventil aufzuteilen, wenn die spezielle Auslegung der hydraulischen bzw. pneumatischen Verhältnisse und/oder die Regelbandbreite dies erfordern.In the above, individual fluid valves 20, 22, 24, 26 have been described for the fluid valve means according to the invention. In particular, the first fluid valve means 20 and 22 with the described in the exemplary embodiment optional compounds with P1 or P2 but can - without limiting the generality of Invention - but each also be designed as separate fluid valves for P1 and P2. Furthermore, it can be provided to divide the second fluid valve means 24 and 26 respectively into a fluid valve which can only be switched and additionally to a fluid valve which can be controlled with respect to its flow rate, if the special design of the hydraulic or pneumatic conditions and / or the control bandwidth necessitate this.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine zweistufige Druckerzeugung aus dem Basisreservoir P0 zunächst zum zweiten Druckresevoir P1 und von dort zum ersten Druckreservoir P2 durchgeführt, jeweils durch eine Druckstufe 31 und 32, die eine regelbare Hochdruckpumpe 33 bzw. 35 und ein Rückschlagventil 38 bzw. 39 umfasst.In the present embodiment, a two-stage pressure generation from the base reservoir P0 is first performed to the second pressure reservoir P1 and from there to the first pressure reservoir P2, in each case by a pressure stage 31 and 32, which includes a controllable high-pressure pump 33 and 35 and a check valve 38 and 39, respectively.

In diesem Ausführungsbeispiel wird also die durch das Abbremsen der Motorventile 2 zurück gewonnene Energie vollumfänglich zum Aufrechterhalten des Drucks im ersten Druckreservoir P2 verwendet, indem - nach einem Anfahrvorgang - die erste Pumpe von P0 nach P1 kaum noch Energie verbraucht und die Hochdruckpumpe von P1 nach P2 entsprechend entlastet wird. Es wird also ein optimales Rekuperationssystem vorgeschlagen.In this embodiment, therefore, the energy recovered by the deceleration of the engine valves 2 is used in full to maintain the pressure in the first pressure reservoir P2 by - after a start-up - the first pump from P0 to P1 hardly consumes energy and the high-pressure pump from P1 to P2 is relieved accordingly. Thus, an optimal recuperation system is proposed.

Eine zentrale, elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit 42 ermittelt für jedes Motorventil den aufgrund der Umgebungs- und der Betriebsbedingungen optimalen Bewegungsablauf und gibt diese Vorgabe an die elektronische Ventilsteuerungseinrichtung 40 weiter, welche die Befehle zur Öffnung der Fuidventile gibt. Jedes Motorventil 2 hat eine eigene elektronische Ventilsteuerungseinrichtung 40. Die Position des Motorventils 2 wird auf der gesamten Wegstrecke mit Hilfe eines Messsensors 50 festgestellt und der Ventilsteuerungsrichtung 40 übermittelt, die bei Abweichungen vom Sollwert die Öffnung des jeweiligen Auslass-Magnetventils 24 bzw. 26 zu P0 korrigiert. Der Hub der Motorventile 2 und der zeitliche Verlauf der Bewegung können frei bestimmt werden. Die zentrale, elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit 42 bestimmt den Druck im Hochdrucksystem, nämlich in den Druckreservoirs P2 und P1.A central electronic control unit 42 determines, for each engine valve, the optimum sequence of motion due to ambient and operating conditions, and passes this instruction to the electronic valve control device 40, which gives the commands to open the fluid valves. Each engine valve 2 has its own electronic valve control device 40. The position of the engine valve 2 is detected over the entire distance by means of a measuring sensor 50 and the valve control direction 40 is transmitted, the opening of the respective outlet solenoid valve 24 or 26 to P0 in case of deviations from the target value corrected. The stroke of the engine valves 2 and the time course of the movement can be freely determined. The central, electronic Control unit 42 determines the pressure in the high-pressure system, namely in the pressure reservoirs P2 and P1.

Im Fluiddrucksystem P2 herrscht der gleiche Druck für alle von ihm versorgten Motorenventile 2. Der Druck kann mittels Steuerung der regelbaren Hochdruckpumpe 33 an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst werden.In the fluid pressure system P2, the same pressure prevails for all engine valves 2 supplied by it. The pressure can be adjusted by means of control of the controllable high-pressure pump 33 to different operating conditions.

Als Parameter für die Regelung durch die zentrale Regeleinrichtung 42 werden z.B. verwendet: Gaspedalstellung, Bremsbetätigung, Gangwahl, Programmwahl Automat, Temperaturen von Motorenöl bzw. Wasser, Stellung des Fahrzeugs (Steigung, Gefälle), Aussenlufttemperatur.As parameters for control by the central controller 42, e.g. used: accelerator pedal position, brake control, gear selection, program selection automat, temperatures of engine oil or water, position of the vehicle (incline, gradient), outside air temperature.

Jedes Motorventil 2 verfügt über eine Ventilsteuerungseinrichtung 40, welche mittels Steuerbefehlen an die Fluidventile 20 und 22 sowie 24 und 26 die Bewegung des Motorenventils möglichst genau gemäss den Vorgaben der zentralen Ventilregelungseinrichtung 42 steuert.Each engine valve 2 has a valve control device 40, which controls the movement of the engine valve as accurately as possible in accordance with the specifications of the central valve control device 42 by means of control commands to the fluid valves 20 and 22 and 24 and 26.

Alle Ventilsteuerungseinrichtungen 40 eines Motors melden die Parameter der Ventilbewegung an die zentrale Regelungseinrichtung 42 zurück, die den Druck im Hochdrucksystem - insbesondere im ersten Druckreservoir P2 - anpassen kann. Mit diesem System des Vergleichs der Ist-Position des Motorventils 2 mit der Soll-Position werden Abweichungen von der Vorgabe korrigiert. Diese können verschiedene Ursachen haben, z.B. für das Fluid: Temperatur, Viskosität, Alterung, bezüglich der Abnützung: Spiel zwischen Kolben und Zylinderraum, Fertigungstoleranzen.All valve control devices 40 of an engine report the parameters of the valve movement back to the central control device 42, which can adjust the pressure in the high-pressure system - in particular in the first pressure reservoir P2. With this system of comparing the actual position of the engine valve 2 with the target position, deviations from the specification are corrected. These can have different causes, e.g. for the fluid: temperature, viscosity, aging, with regard to wear: clearance between piston and cylinder chamber, manufacturing tolerances.

Der Ventilschaft 5 des Motorventils 2 tritt am oberen Abschluss der oberen Druckkammer 10 durch die Abdeckung des Zylinders. Eine Spiralfeder 62 wirkt in einem Ventilfederraum 66 auf einen Federteller, der mit dem Ventilschaft 5 verbunden ist. Im Fall von Fehlern, die eine begrenzte Anzahl Motorenventile betreffen, kann der betreffende Zylinder - oder auch mehrere - teilabgeschaltet werden und der Kolben passiv bewegt werden. Damit wird ein Notlaufprogramm mit mechanischer Rückführung von Motorventilen 2 in einen Ruhezustand zur Verfügung gestellt. Im Ruhezustand kann das Fluid im Hochdrucksystem durch eine kurze Öffnung aller Fluidventile abgelassen werden. Die Motorventile 2 werden durch diese Federn 62 in ihre obere Position geführt, damit Wartung und Reparaturen in drucklosem Zustand ausgeführt werden können. Die Ventile geraten nicht in Kontakt mit den Kolben im Motor, die sich in der Nähe des oberen Totpunkts befinden. Der vom Motorblock abgehobene Zylinderkopf kann ohne die Gefahr von Beschädigung in der Einbaulage abgestellt werden. Montage und Demontage des Ventiltriebs werden dadurch erheblich vereinfacht. Fluid, das durch die obere Ventilführung 60 beim Übergang von der oberen Druckammer 10 zum Ventilfederraum 66 in letzteren gerät, wird durch eine Öffnung in das drucklose Basisreservoir P0 geleitet.The valve stem 5 of the engine valve 2 occurs at the upper end of the upper pressure chamber 10 through the cover of the cylinder. A coil spring 62 acts in a valve spring chamber 66 on a spring plate, which is connected to the valve stem 5. In the case of errors, a limited number of engine valves concern, the cylinder in question - or more - can be partially switched off and the piston to be moved passively. Thus, an emergency program with mechanical feedback of engine valves 2 is placed in a resting state. At rest, the fluid in the high pressure system can be vented through a short opening of all fluid valves. The engine valves 2 are guided by these springs 62 in their upper position, so that maintenance and repairs can be carried out in a pressureless state. The valves are not in contact with the pistons in the engine, which are near top dead center. The cylinder head lifted from the engine block can be parked without the risk of damage in the installation position. Assembly and disassembly of the valve train are thereby considerably simplified. Fluid entering the latter through the upper valve guide 60 at the transition from the upper pressure chamber 10 to the valve spring space 66 is directed through an orifice into the non-pressurized base reservoir P0.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 wird als Fluid der Motorkraftstoff verwendet und das erste Druckreservoir P2 dient als Zwischenstufe für die Bereitstellung P3 des notwendigen Kraftstoffdrucks für die Kraftstoffeinspritzung. Eine dritte Pumpe ist vorgesehen, die den notwendigen Kraftstoffdruck bereitstellt. Ansonsten sind die Betriebsbedingungen für die Steuerung und die Bewegung der Motorventile 2 unverändert.In a second embodiment according to FIG. 2 the motor fuel is used as the fluid, and the first pressure reservoir P2 serves as an intermediate stage for the provision of the necessary fuel pressure for fuel injection P3. A third pump is provided which provides the necessary fuel pressure. Otherwise, the operating conditions for the control and the movement of the engine valves 2 are unchanged.

Es wird dem Fachmann klar sein, dass im Rahmen der Patentansprüche weitere Modifikationen möglich sind, ohne die Grundidee optimaler Rekuperation verlassen zu müssen. Darunter zählt z.B. eine hier nicht im Bild dargestellte Ausführung, bei der das erste Druckreservoir P2 direkt aus dem Basisreservoir P0 gespeist wird, während das zweite Druckreservoir P1 nur beim Anfahren des Motors, wenn dort noch kein Fluiddruck herrscht, entweder mit einer Hilfspumpe oder eine Abzeigung aus dem ersten Druckreservoir P2 gespeist wird, dann aber seinen Druck alleine aus dem Abbremsen der Motorventile 2 bezieht. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der im zweiten Druckreservoir P1 durch das Abbremsen gewonnene Energieüberschuss - als Zwischenstufe zur oben beschriebenen Bereitstellung des notwendigen Kraftstoffdrucks für die Kraftstoff-It will be clear to the person skilled in the art that further modifications are possible within the scope of the patent claims without having to leave the basic idea of optimal recuperation. This includes, for example, an embodiment not shown here in the image, in which the first pressure reservoir P2 is fed directly from the base reservoir P0, while the second pressure reservoir P1 only when starting the engine, if there is no fluid pressure, either with an auxiliary pump or a Abzeigung is fed from the first pressure reservoir P2, but then its pressure solely from the deceleration of the engine valves 2 refers. In this case it can be provided that the in the second pressure reservoir P1 through the Braking energy surplus gained as an intermediate to the above-described provision of the necessary fuel pressure for the fuel

einspritzung dient.injection is used.

Es wird in der vorstehenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Drücke in den beiden Druckreservoirs P1 und P2 ungleich sein werden, wobei der Druck in P2 als grösser angenommen wird als in P1, wenn P1 als Zwischenstufe für P2 vorgesehen ist. Dies ist aber nicht notwendig. Grundsätzlich kann der Druck in P1 gleich sein wie im ersten Druckreservoir. Dann können die beiden Druckreservoirs P1 und P2 verbunden sein oder zusammen ausgeführt werden. In diesem Fall wäre also die Abbremskraft für die Motorenventile 2 in etwa gleich ihrer Beschleunigungskraft. Denkbar wäre sogar ein Vertauschen der Druckverhältnisse, so dass die Abbremskraft der Motorventile 2 grösser ist wie ihre Beschleunigungskraft, die dann länger ausgeübt würde als die Abbremskraft. Dies kann beispielsweise durch ein Vertauschen von P2 mit P1, mit denen ja beide ersten Fluidventile 20 und 22 beaufschlagt werden, bewirkt werden.It is assumed in the above description that the pressures in the two pressure reservoirs P1 and P2 will be unequal, the pressure in P2 being assumed to be greater than in P1 if P1 is provided as an intermediate for P2. This is not necessary. In principle, the pressure in P1 can be the same as in the first pressure reservoir. Then, the two pressure reservoirs P1 and P2 can be connected or executed together. In this case, therefore, the deceleration force for the engine valves 2 would be approximately equal to their acceleration force. It would even be conceivable interchanging the pressure conditions, so that the deceleration force of the engine valves 2 is greater than their acceleration force, which would then be exercised longer than the deceleration force. This can be effected, for example, by interchanging P2 with P1, which are both applied to both first fluid valves 20 and 22.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Motorenventilengine valve
33
Ventiltellervalve disc
44
Verbrennungsraumcombustion chamber
55
Ventilschaftvalve stem
66
VerbrennungsgaskanalFlue gas duct
77
VentilsitzringValve seat ring
88th
Dichtungpoetry
1010
obere Druckkammerupper pressure chamber
1212
untere Druckkammerlower pressure chamber
1414
Stellkolbenactuating piston
1515
DruckkammergehäusePressure chamber housing
1616
FluidzuflussleitungFluid inflow line
1717
Filterfilter
1818
FluidabflussleitungFluid drain line
1919
Fluidzufluss- und abflussleitungFluid inflow and outflow line
2020
oberes erstes Fluidventil, Fluidventilmittelupper first fluid valve, fluid valve means
2222
unteres erstes Fluidventil, Fluidventilmittellower first fluid valve, fluid valve means
2424
oberes zweites Fluidventil, Fluidventilmittelupper second fluid valve, fluid valve means
2626
unteres zweites Fluidventil, Fluidventilmittellower second fluid valve, fluid valve means
3131
Druckstufepressure stage
3232
Druckstufepressure stage
3333
Hochdruckpumpehigh pressure pump
3535
Hochdruckpumpehigh pressure pump
3838
Rückschlagventilcheck valve
3939
Rückschlagventilcheck valve
4040
VentilsteuerungseinrichtungValve control device
4242
zentrale Steuerungs-/Regelungseinrichtungcentral control / regulation device
5050
Messsensormeasuring sensor
6060
Ventilführungvalve guide
6262
Ventilfedervalve spring
6666
VentilfederraumValve spring chamber
P0P0
Basisreservoir für das FluidBase reservoir for the fluid
P1P1
zweites Druckreservoir für das Fluidsecond pressure reservoir for the fluid
P2P2
erstes Druckreservoir für das Fluidfirst pressure reservoir for the fluid
P3P3
zusätzliches Druckreservoir für Kraftstoffeinspritzungadditional pressure reservoir for fuel injection

Claims (11)

Fluidbetriebener Ventiltrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil (2) in einem Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine, mit - zumindest zwei fluidgefüllten Druckkammern (10, 12), mit - einem auf das Ventil (2) wirkenden, aus einer Ventilschliessstellung in eine Ventiloffenstellung und von einer Ventiloffenstellung in eine Ventilschliessstellung verschiebbaren Stellkolben (14), der zwei Wirkflächen aufweist, die jeweils eine der Druckkammern (10, 12) begrenzen, wobei - die Druckkammern (10, 12) mit jeweils zwei Fluidventilmitteln, nämlich ersten und zweiten Fluidventilmitteln (20, 22; 24,26), verbunden sind, - jeweils die ersten Fluidventilmittel (20, 22) mit einem ersten Druckreservoir (P2) beaufschlagbar sind, - jeweils die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) mit einem Basisdruckreservoir (P0) verbindbar sind, - weiterhin mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) zum Öffnen und Schliessen der Fluidventilmittel (20, 22; 24 26), dadurch gekennzeichnet, dass - die ersten Fluidventilmittel (20, 22) weiterhin mit einem zweiten Druckreservoir (P1) so verbindbar sind, dass die ersten Fluidventilmittel (20, 22) eine Stellung geschlossen, verbunden mit dem ersten Reservoir (P2) oder verbunden mit dem zweiten Reservoir (P1) einnehmen können, - die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) eine Stellung geschlossen oder verbunden mit dem Basisreservoir (P0) innehaben können, - und die Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) so eingerichtet ist, dass das Ventil (2), neben einer Ruhestellung ("offen" oder "geschlossen") zumindest in eine erste, beschleunigte Bewegungsphase schaltbar ist, die durch das Beaufschlagen eines der ersten Fluidventilmittel (20, 22) mit dem Druck des ersten Druckreservoirs (P2) und dem Öffnen eines der zweiten Fluidventilmittel (26, 24) zum Basisreservoir (P0) bewirkt wird, und in eine Abbremsphase schaltbar ist, die durch das Öffnen des anderen der ersten Fluidventilmittel (22, 20) zum zweiten Druckreservoir (P1) und dem Schliessen des zuerst geöffneten der zweiten Fluidventilmittel (26, 24) sowie dem Öffnen des anderen der zweiten Fluidventilmittel (24, 26) zum Basisreservoir (P0) bewirkt wird. Fluid operated valve train, in particular for a gas exchange valve (2) in a combustion cylinder of an internal combustion engine, with - At least two fluid-filled pressure chambers (10, 12), with - One on the valve (2) acting, from a valve closing position in a valve open position and a valve open position in a valve closing position displaceable actuating piston (14) having two active surfaces, each one of the pressure chambers (10, 12) limit, wherein the pressure chambers (10, 12) are each connected to two fluid valve means, namely first and second fluid valve means (20, 22, 24, 26), each of the first fluid valve means (20, 22) can be acted upon by a first pressure reservoir (P2), each of the second fluid valve means (24, 26) is connectable to a base pressure reservoir (P0), - further comprising a control or regulating device (40, 42) for opening and closing the fluid valve means (20, 22, 24, 26), characterized in that - The first fluid valve means (20, 22) further with a second pressure reservoir (P1) are connectable so that the first fluid valve means (20, 22) closed a position, connected to the first reservoir (P2) or connected to the second reservoir (P1 ), the second fluid valve means (24, 26) can occupy a position closed or connected to the base reservoir (P0), - And the control or regulating device (40, 42) is arranged so that the valve (2), in addition to a rest position ("open" or "closed") at least in a first, accelerated movement phase is switched, which by applying a the first fluid valve means (20, 22) with the pressure of the first pressure reservoir (P2) and the opening of one of the second fluid valve means (26, 24) to the base reservoir (P0) is effected, and in a deceleration phase is switched, by opening the other the first fluid valve means (22, 20) to the second pressure reservoir (P1) and the closure of the first opened second fluid valve means (26, 24) and the opening of the other of the second fluid valve means (24, 26) to the base reservoir (P0) is effected. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (40, 42) so eingerichtet ist, dass das Ventil (2) weiterhin in eine im wesentlichen unbeschleunigte Phase schaltbar ist, die durch das Öffnen beider zweiten Fluidventilmittel (24, 26) zum Basisreservoir (P0) bewirkt wird, wobei die ersten Fluidventilmittel (20, 22) geschlossen sind.Valve gear according to claim 1, characterized in that the control or regulating device (40, 42) is arranged so that the valve (2) is further switchable into a substantially unaccelerated phase, by the opening of both second fluid valve means (24, 26 ) to the base reservoir (P0), the first fluid valve means (20, 22) being closed. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckreservoir (P1) als Druckzwischenstufe zum Bereitstellen des Drucks im ersten Druckreservoir vorgesehen ist.Valve gear according to one of the preceding claims, characterized in that the second pressure reservoir (P1) is provided as a pressure intermediate stage for providing the pressure in the first pressure reservoir. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckreservoir (P1) einen kleineren Druck aufweist als das erste Druckreservoir (P2).Valve gear according to claim 3, characterized in that the second pressure reservoir (P1) has a lower pressure than the first pressure reservoir (P2). Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Druckreservoir (P3) vorgesehen ist, welches zur Treibstoffversorgung oder -aufbereitung dient und vom ersten oder vom zweiten Druckreservoir (P2, P1) als Druckzwischenstufe versorgt wird.Valve gear according to one of the preceding claims, characterized in that a third pressure reservoir (P3) is provided which serves for fuel supply or treatment and is supplied from the first or the second pressure reservoir (P2, P1) as a pressure intermediate stage. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid der in der Brennkraftmaschine verwendete Kraftstoff vorgesehen ist.Valve gear according to claim 5, characterized in that the fuel used in the internal combustion engine is provided as the fluid. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Fluidventilmittel (24, 26) bezüglich ihrer Öffnungsgrösse steuerbar sind.Valve gear according to one of the preceding claims, characterized in that the second fluid valve means (24, 26) are controllable with respect to their opening size. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung derart ausgelegt ist, dass während der Übergangsphase von der ersten zur zweiten Phase und/oder von der zweiten zur dritten Phase die beiden zweiten Fluidventilmittel (24, 26) für einen bestimmten Zeitraum mit dem Basisdruckreservoir (P0) verbindbar sind, während eines der ersten Fluidventilmittel (20, 22) geöffnet ist.Valve gear according to one of the preceding claims 2 to 7, characterized in that the control or regulating device is designed such that during the transition phase from the first to the second phase and / or from the second to the third phase, the two second fluid valve means (24, 26 ) are connectable to the base pressure reservoir (P0) for a certain period of time while one of the first fluid valve means (20, 22) is open. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messmittel (50) zur Messung der Stellung des Ventils, vorzugsweise zur Messung der Position des Stellkolbens (14), vorgesehen sind.Valve gear according to one of the preceding claims, characterized in that measuring means (50) are provided for measuring the position of the valve, preferably for measuring the position of the actuating piston (14). Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Ventils (2) unter Verwendung der Messwerte der Messmittel (50) geregelt wird, wobei die Regelung jeweils zumindest mittels der Länge der Beschleunigungsphase, der Länge der unbeschleunigten Phase, mit der Zeit, in der beide zweite Fluidventilmittel (24, 26) gleichzeitig geöffnet sind, und/oder der Öffnungsgrösse der zweiten Fluidventilmittel (24, 26) durchgeführt wird.Valve gear according to claim 9, characterized in that the movement of the valve (2) is controlled using the measured values of the measuring means (50), wherein the control in each case at least by means of the length of the acceleration phase, the length of the unaccelerated phase, with time, in the two second fluid valve means (24, 26) are opened simultaneously, and / or the opening size of the second fluid valve means (24, 26) is performed. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweistufige Druckerzeugung für das erste Druckreservoir (P2) aus dem zweiten Druckreservoir (P1).Valve gear according to one of the preceding claims, characterized by a two-stage pressure generation for the first pressure reservoir (P2) from the second pressure reservoir (P1).
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