EP2329116A1 - Elektrohydraulische ventilsteuerung - Google Patents

Elektrohydraulische ventilsteuerung

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EP2329116A1
EP2329116A1 EP09782988A EP09782988A EP2329116A1 EP 2329116 A1 EP2329116 A1 EP 2329116A1 EP 09782988 A EP09782988 A EP 09782988A EP 09782988 A EP09782988 A EP 09782988A EP 2329116 A1 EP2329116 A1 EP 2329116A1
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EP
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valve
hydraulic
hydraulic valve
pressure relief
control
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Michael Haas
Nicola Morelli
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • 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
    • F01L9/12—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 with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—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 with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve
    • 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
    • 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
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/12—Fail safe operation

Definitions

  • the invention relates to an electro-hydraulic valve control for the variable actuation of a gas exchange valve of an internal combustion engine.
  • the valve control comprises: a master piston driven by a camshaft,
  • control line connecting the pressure chamber with the pressure relief chamber and an electrically controllable hydraulic valve arranged therein, which releases or blocks a hydraulic fluid flow through the control line
  • valve control is apparent from the EP 0 931 912 A2 considered as generic.
  • the variability of the timing and the maximum stroke of the gas exchange valve is achieved in that a partial volume of acting as a so-called hydraulic linkage pressure chamber is continuously adjustable with the hydraulic valve open in the pressure relief chamber and accordingly the camshaft predetermined cam lift completely, partially or not at all to the gas exchange valve is transmitted.
  • a key responsibility for the reliability of the valve control therefore assumes the hydraulic valve whose switching function must be ensured under all operating conditions of the engine precise and reproducible.
  • the present invention is therefore based on the object, a Ventilsteue- tion of the type mentioned in such a way that it has a sufficient emergency running even in case of malfunction of the hydraulic valve. This is to be understood that even in run-flat operation sufficient for a successful change of charge of the internal combustion engine valve lift can be generated.
  • the valve control should comprise a further hydraulic valve which is arranged in the control line between the hydraulic valve and the pressure relief space and which blocks the hydraulic fluid flow through the control line into the pressure relief space when the hydraulic valve is open incorrectly.
  • the hydraulic valve is formed normally open
  • the further hydraulic valve is also designed to be electrically controlled and normally open.
  • a significant advantage of this design is the favorable energy balance of the valve control, since then the further hydraulic valve would be powered only during the emergency operation. Nevertheless, there is also the possibility of providing the further hydraulic valve as a normally closed version and / or instead of selecting electrical control of a hydraulic, pneumatic or mechanical control.
  • the hydraulic valve should be designed much faster switching than the other hydraulic valve. Since can be dispensed with the normal functionality of the valve control during the limited-time emergency operation, the other hydraulic valve can remain permanently closed and thus be designed as a comparatively slow-switching and cost-effective valve.
  • FIGURE shows a hydraulic circuit diagram of an electrohydraulic valve control according to the invention.
  • an electro-hydraulic valve control 1 for the variable actuation of a gas exchange valve 2 of an internal combustion engine are disclosed on the basis of a hydraulic circuit diagram. Shown are a master piston 3, which is driven by a cam-like cam follower 4 by a cam 5 of a camshaft 6, and a slave piston 7, by means of a valve bridge 8, a pair of identical gas exchange valves 2, i. Inlet or exhaust valves, against the force acting in the closing direction of the valve springs 9 drives.
  • the master piston 3 and the slave piston 7 define a hydraulic pressure chamber 10, which is connected via a control line 11 with a hydraulic pressure relief chamber 12.
  • An arranged in the control line 11 hydraulic valve 13 which is formed according to the drawn circuit symbol electrically energized and in open flow construction ensures that a hydraulic fluid flow is released or blocked by the control line 11 therethrough and accordingly the pressure chamber 10 a variable volume during having the operation of the master piston 3.
  • the stepless variability of the valve actuation produced thereby extends within the limits of the maximum opening stroke of the gas exchange valves 2 on the one hand, when the hydraulic valve 13 is in the closed position during the entire lifting phase of the master piston 3, and complete shutdown of the gas exchange valves 2, when the hydraulic valve 13 at least up to the maximum elevation of the master piston 3 is in the open position.
  • the pressure relief chamber 12 which is connected to a hydraulic fluid supply 14 of the internal combustion engine and in the present case to its lubricant supply by means of a check valve 15 has a spring-loaded pressure Memory 16 known construction and is for the purpose of balancing leakage-related hydraulic fluid losses from the pressure chamber 10 via a bypass line 17 to the pressure chamber 10 is connected.
  • a non-return valve 18 arranged in the bypass line 17 causes a flow of hydraulic fluid through the bypass pipe 17 to be released into the pressure chamber 10 and blocked in the pressure relief chamber 12.
  • the valve control 1 comprises a further hydraulic valve 19 which is arranged in the control line 11 between the hydraulic valve 13 and the pressure relief chamber 12 and during the normal, ie error-free operation of the valve control 1 is open.
  • the further hydraulic valve 19 allows emergency operation of the internal combustion engine.
  • the further hydraulic valve 19 which is also electrically controlled and normally open according to its switching symbol, significantly lower requirements than the hydraulic valve 13 can be made. This is due to the fact that the further hydraulic valve 19 only has to switch from the open position to the closed position once at the beginning of the emergency operation. Accordingly, the further hydraulic valve 19 be executed much cheaper than the much faster switching hydraulic valve 13.

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Abstract

Vorgeschlagen ist eine elektrohydraulische Ventilsteuerung (1) zur variablen Betätigung eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Hydraulikventil (13) und, zwecks Notlaufeigenschaft, ein weiteres Hydraulikventil (19).

Description

Bezeichnung der Erfindung
Elektrohydraulische Ventilsteuerung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Ventilsteuerung zur variablen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Die Ventilsteuerung umfasst: ■ einen von einer Nockenwelle angetriebenen Geberkolben,
■ einen das Gaswechselventil antreibenden Nehmerkolben,
■ einen von dem Geberkolben und dem Nehmerkolben begrenzten Druckraum mit veränderlichem Volumen,
■ einen an eine Hydraulikmittelversorgung der Brenn kraftmasch ine angeschlos- sen Druckentlastungsraum,
■ eine den Druckraum mit dem Druckentlastungsraum verbindende Steuerleitung und ein darin angeordnetes, elektrisch ansteuerbares Hydraulikventil, das einen Hydraulikmittelfluss durch die Steuerleitung freigibt oder sperrt,
■ eine den Druckraum mit dem Druckentlastungsraum verbindende Bypasslei- tung und ein darin angeordnetes Rückschlagventil, das einen Hydraulikmittelfluss durch die Bypassleitung in den Druckraum freigibt und in den Druckentlastungsraum sperrt. Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Ventilsteuerung geht aus der als gattungsbildend betrachteten EP O 931 912 A2 hervor. Die Variabilität der Steuerzeiten und des Maximalhubs des Gaswechselventils wird dadurch erzielt, dass ein Teilvolumen des als so genanntes hydraulisches Gestänge wirkenden Druckraums bei geöffnetem Hydraulikventil stufenlos in den Druckentlastungsraum abregelbar ist und dementsprechend der von der Nockenwelle vorgegebene Nockenhub vollständig, teilweise oder gar nicht auf das Gaswechselventil übertragen wird. Eine wesentliche Verantwortung für die Funktionssicherheit der Ventilsteuerung übernimmt folglich das Hydraulikventil, dessen Schaltfunktion unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine präzise und reproduzierbar gewährleistet sein muss.
Da jedoch ein nicht mehr schließendes Hydraulikventil mit einer Stillegung des oder der zugehörigen Gaswechselventile einhergeht und eine Fehlfunktion des Hydraulikventils nie vollständig ausgeschlossen werden kann, mangelt es der in der zitierten Druckschrift vorgeschlagenen Ventilsteuerung an Notlaufeigenschaften, die einen zumindest eingeschränkten Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilsteue- rung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass diese auch im Falle einer Fehlfunktion des Hydraulikventils eine ausreichende Notlaufeigenschaft aufweist. Hierunter ist zu verstehen, dass auch im Notlaufbetrieb ein für einen erfolgreichen Ladungswechsel der Brennkraftmaschine ausreichender Ventilhub erzeugt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 , während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Ventilsteuerung ein weiteres Hydraulikventil umfassen, das in der Steuerleitung zwischen dem Hydraulikventil und dem Druckentlastungsraum angeordnet ist und das bei fehlerhaft offenem Hydraulikventil den Hydraulikmittelfluss durch die Steuerleitung in den Druckentlastungsraum sperrt. Durch diese Maßnahme wird auch bei permanent offen stehendem Hydraulikventil - beispielsweise aufgrund einer elektrischen Strom Unterbrechung oder eines mechanischen Defekts am Hydraulikventil - ein für die Hubübertragung auf das Gaswechselventil ausreichender Druckaufbau im Druckraum ermöglicht, indem das weitere Hydraulikventil während des Notlaufbetriebs geschlossen und somit eine Druckentlastung des Druckraums verhindert wird.
Für den im Sinne der Erfindung zweckmäßigen Fall, dass das Hydraulikventil stromlos offen ausgebildet ist, kann es vorgesehen sein, dass das weitere Hydraulikventil ebenfalls elektrisch ansteuerbar und stromlos offen ausgebildet ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Auslegung ist die günstige Energiebilanz der Ventilsteuerung, da dann das weitere Hydraulikventil lediglich während des Notlaufbe- triebs zu bestromen wäre. Ungeachtet dessen besteht dennoch auch die Möglichkeit, das weitere Hydraulikventil als stromlos geschlossene Ausführung vorzusehen und/oder statt dessen elektrischer Ansteuerung eine hydraulische, pneumatische oder mechanische Ansteuerung zu wählen.
Außerdem soll das Hydraulikventil deutlich schneller schaltend als das weitere Hydraulikventil ausgebildet sein. Da während des zeitlich begrenzten Notlaufbetriebs auf die normale Funktionalität der Ventilsteuerung verzichtet werden kann, kann das weitere Hydraulikventil permanent geschlossen bleiben und folglich als vergleichsweise langsam schaltendes und kostengünstiges Ventil ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Ventilsteuerung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In der Figur sind die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Ventilsteuerung 1 zur variablen Betätigung eines Gas- wechselventils 2 einer Brennkraftmaschine anhand eines hydraulischen Schaltplans offenbart. Dargestellt sind ein Geberkolben 3, der mittels eines hebelartigen Nockenfolgers 4 von einem Nocken 5 einer Nockenwelle 6 angetrieben ist, und ein Nehmerkolben 7, der mittels einer Ventilbrücke 8 ein Paar gleichwirkender Gaswechselventile 2, d.h. Einlass- oder Auslassventile, entgegen der Kraft in Schließrichtung wirkender Ventilfedern 9 antreibt. Der Geberkolben 3 und der Nehmerkolben 7 begrenzen einen hydraulischen Druckraum 10, der über eine Steuerleitung 11 mit einem hydraulischen Druckentlastungsraum 12 verbunden ist. Ein in der Steuerleitung 11 angeordnetes Hydraulikventil 13, das gemäß dem eingezeichneten Schaltsymbol elektrisch ansteuerbar und in strom- los offener Bauweise ausgebildet ist, sorgt dafür, dass ein Hydraulikmittelfluss durch die Steuerleitung 11 hindurch freigegeben oder gesperrt wird und dementsprechend der Druckraum 10 ein veränderliches Volumen während der Betätigung des Geberkolbens 3 aufweist. Die hierdurch erzeugte stufenlose Variabilität der Ventilbetätigung erstreckt sich innerhalb der Grenzen maximalen Öff- nungshubs der Gaswechselventile 2 einerseits, wenn sich das Hydraulikventil 13 während der gesamten Hubphase des Geberkolbens 3 in Schließstellung befindet, und vollständiger Abschaltung der Gaswechselventile 2 andererseits, wenn sich das Hydraulikventil 13 zumindest bis zur Maximalerhebung des Geberkolbens 3 in Offenstellung befindet.
Der an eine Hydraulikmittelversorgung 14 der Brennkraftmaschine und vorliegend an deren Schmiermittelversorgung mittels eines Rückschlagventils 15 angeschlossene Druckentlastungsraum 12 weist einen federbelasteten Druck- Speicher 16 bekannter Bauweise auf und ist zwecks Ausgleich leckagebedingter Hydraulikmittelverluste aus dem Druckraum 10 über eine Bypassleitung 17 mit dem Druckraum 10 verbunden. Dabei bewirkt ein in der Bypassleitung 17 angeordnetes Rückschlagventil 18, dass ein Hydraulikmittelfluss durch die By- passleitung 17 hindurch in den Druckraum 10 freigegeben und in den Druckentlastungsraum 12 gesperrt wird.
Für den Fall, dass das Hydraulikventil 13 während des Betriebs der Brennkraftmaschine fehlerhaft offen stehen bleibt - wie oben erwähnt, kommt als Ur- sache hierfür insbesondere eine unterbrochene Stromversorgung des Hydraulikventils 13 in Betracht - und dies zur vollständigen Stilllegung der Gaswechselventile 2 bei entsprechend inakzeptablem Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine führen würde, umfasst die Ventilsteuerung 1 erfindungsgemäß ein weiteres Hydraulikventil 19, das in der Steuerleitung 11 zwischen Hydraulikven- til 13 und Druckentlastungsraum 12 angeordnet und während des normalen, d.h. fehlerfreien Betriebs der Ventilsteuerung 1 geöffnet ist. Das weitere Hydraulikventil 19 ermöglicht jedoch einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine. Dieser wird dadurch eingeleitet, dass das weitere Hydraulikventil 19 nach Detektion des fehlerhaft offen stehenden Hydraulikventils 13 schließt, so dass sich der im Druckraum 10 ausbildende Hydraulikmitteldruck nicht mehr in den Druckentlastungsraum 12 entlasten kann und die Gaswechselventile 2 ausreichend weit öffnen. Im theoretischen Falle eines vollständig inkompressiblen und leckagedichten Druckraums 10 würde so der vom Geberkolben 3 vorgegebene Hub vollständig auf die Gaswechselventile 2 übertragen werden und dem oben ge- nannten maximalen Öffnungshub entsprechen.
An die Umschaltgeschwindigkeit des weiteren Hydraulikventils 19, das gemäß seinem Schaltsymbol ebenfalls elektrisch ansteuerbar und stromlos offen ist, können deutlich geringere Anforderungen als an das Hydraulikventil 13 gestellt werden. Dies liegt darin begründet, dass das weitere Hydraulikventil 19 lediglich einmal zu Beginn des Notlaufbetriebs von der Offenstellung in die Schließstellung umschalten muss. Dementsprechend kann das weitere Hydraulikventil 19 wesentlich kostengünstiger als das deutlich schneller schaltende Hydraulikventil 13 ausgeführt sein.
Bezugszahlen
1 Ventilsteuerung
2 Gaswechselventil
3 Geberkolben
4 Nockenfolger
5 Nocken
6 Nockenwelle
7 Nehmerkolben
8 Ventilbrücke
9 Ventilfeder
10 Druckraum
11 Steuerleitung
12 Druckentlastungsraum
13 Hydraulikventil
14 Hydraulikmittelversorgung
15 Rückschlagventil
16 Druckspeicher
17 Bypassleitung
18 Rückschlagventil
19 weiteres Hydraulikventil

Claims

Patentansprüche
Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1 ) zur variablen Betätigung eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend
■ einen von einer Nockenwelle (6) angetriebenen Geberkolben (3),
■ einen das Gaswechselventil (2) antreibenden Nehmerkolben (7),
■ einen von dem Geberkolben (3) und dem Nehmerkolben (7) begrenzten Druckraum (10) mit veränderlichem Volumen,
■ einen an eine Hydraulikmittelversorgung (14) der Brennkraftmaschine angeschlossen Druckentlastungsraum (12),
■ eine den Druckraum (10) mit dem Druckentlastungsraum (12) verbindende Steuerleitung (11 ) und ein darin angeordnetes, elektrisch ansteu- erbares Hydraulikventil (13), das einen Hydraulikmittelfluss durch die
Steuerleitung (11 ) freigibt oder sperrt,
■ eine den Druckraum (10) mit dem Druckentlastungsraum (12) verbindende Bypassleitung (17) und ein darin angeordnetes Rückschlagventil (18), das einen Hydraulikmittelfluss durch die Bypassleitung (17) in den Druckraum (10) freigibt und in den Druckentlastungsraum (12) sperrt,
■ dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (1 ) ein weiteres Hydraulikventil (19) umfasst, das in der Steuerleitung (11 ) zwischen dem Hydraulikventil (13) und dem Druckentlastungsraum (12) angeordnet ist und das bei fehlerhaft offenem Hydraulikventil (13) den Hydraulikmittel- fluss durch die Steuerleitung (11 ) in den Druckentlastungsraum (12) sperrt.
2. Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (13) stromlos offen ausgebildet ist.
3. Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass das weitere Hydraulikventil (19) ebenfalls elektrisch ansteuerbar und stromlos offen ausgebildet ist.
4. Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (13) deutlich schneller schaltend als das weitere Hydraulikventil (19) ausgebildet ist.
EP09782988.1A 2008-09-26 2009-09-15 Elektrohydraulische ventilsteuerung Not-in-force EP2329116B1 (de)

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