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EP1415070B1 - Vorrichtung zur steuerung von gaswechselventilen - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung von gaswechselventilen Download PDF

Info

Publication number
EP1415070B1
EP1415070B1 EP02745076A EP02745076A EP1415070B1 EP 1415070 B1 EP1415070 B1 EP 1415070B1 EP 02745076 A EP02745076 A EP 02745076A EP 02745076 A EP02745076 A EP 02745076A EP 1415070 B1 EP1415070 B1 EP 1415070B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valves
control
gas exchange
case
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02745076A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1415070A1 (de
Inventor
Udo Diehl
Bernd Rosenau
Uwe Hammer
Volker Beuche
Peter Lang
Stefan Reimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1415070A1 publication Critical patent/EP1415070A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1415070B1 publication Critical patent/EP1415070B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

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

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling gas exchange valves in combustion cylinders of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • each valve actuator In a known device of this type (DE 198 26 047 A1) is each valve actuator, the actuator piston is integrally connected to the valve stem of the associated gas exchange valve, with its first working space constantly connected to a high pressure source and its second working space on the one hand to a supply to the High pressure source alternately closing or releasing first electrical control valve and on the other hand connected to a discharge line alternately releasing or closing second control valve.
  • the electrical control valves are designed as 2/2-way solenoid valves with spring return. With de-energized control valves, the first working space is still under high pressure, while the second working space is disconnected from the high pressure source and connected to the relief line. The gas exchange valve is closed. To open the gas exchange valve both control valves are energized.
  • the second working space of the valve actuator is on the one hand blocked by the second control valve with respect to the discharge line and on the other hand connected by the first control valve with the supply line to the high pressure source.
  • the gas exchange valve opens, wherein the size of the opening stroke depends on the formation of the voltage applied to the first electric control valve electrical control signal and the opening speed of the pressure supplied by the high pressure source.
  • the first control valve is then de-energized, so that it shuts off the supply line to the second working space of the valve actuator. In this way, all valve opening positions of the gas exchange valve can be adjusted by means of an electrical control unit for generating control signals.
  • two electrical control valves are required in each case, which act on the associated valve actuator according to hydraulic pressure.
  • the inventive device for controlling gas exchange valves with the features of claim 1 has the advantage that by the use of a composed of a first and a second electrical control valve control valve pair for the alternating control of total two valve actuators two electrical control valves per valve pair can be saved. Since the electrical control valves designed primarily as 2/2-way solenoid valves must realize extremely short switching times, in practice about 0.3 ms with an opening cross-section of 3 mm 2 , such control valves are very expensive, so that the reduction of the number of control valves in the control device brings a significant cost savings. Due to the smaller number of electrical control valves, the number of power amplifiers and the amount of electrical wiring for the control of the control valves is reduced, which leads to a further cost savings.
  • the switching of the control valves by means of two trained as 3/2-way valves switching valves is made, of which three controlled valve connections of the first with the first and second electrical control valve is connected and the two alternately alsschaltbaren on the first valve port further valve connections are connected to the second working spaces of the two valve actuators.
  • Simple change-over valves which can be controlled electrically or hydraulically, are very inexpensive as mass-produced articles, especially when no fast switching times are required.
  • the common closed state of two gas exchange valves in combustion cylinders with a 360 ° crank angle offset their ignition extends over a crank angle range of about 60 °, is a sufficiently large period of time for the reversal of the changeover valves available.
  • the switching valves are, especially if they are hydraulically controlled, compared to the 2/2-way solenoid valves quite small, so that also reduces the space required for the valve control device space requirement compared to the known valve control.
  • the invention is at the control input of the hydraulically controlled changeover valves' permanently on a hydraulic pressure, which is increased for reversing the change-over valves in their working position by means of a reciprocating piston.
  • the reciprocating piston can be driven by a cam which rotates with respect to the rotational speed of the crankshaft and can be driven to rotate in a pressure chamber communicating with the respective control input.
  • the illustrated in the circuit diagram in Fig. 1 apparatus for controlling gas exchange valves in combustion cylinders of an internal combustion engine is used to control a total of four gas exchange valves 10 (Fig. 2), of which one is arranged in a combustion cylinder of a four-cylinder four-stroke engine.
  • the gas exchange valves 10 may be the intake valves or the exhaust valves of the combustion cylinders.
  • the combustion cylinders, not shown here are symbolic with I, II, III and IV, which are assigned in Fig. 1 the valve actuators 11 for the gas exchange valves 10 of the respective combustion cylinder.
  • the device has a total of four hydraulic valve actuator 11, one of which is associated with a gas exchange valve 10 in the combustion cylinders I - IV.
  • Each valve actuator 11 has a working cylinder 12 in which an actuating piston 13 is guided axially displaceable.
  • the actuating piston 13 divides the working cylinder 12 in two limited by him, hydraulic working spaces 121 and 122 and is fixedly connected to the valve stem 14 of the gas exchange valve 10.
  • a valve plate 11 is shown schematically in conjunction with a gas exchange valve 10 in an enlarged view.
  • the valve stem 14 carries at its end remote from the actuating piston 13 a plate-shaped valve sealing surface 15 which cooperates to control an opening cross section with a formed on the housing 16 of the combustion cylinder of the engine valve seat surface 17.
  • the working cylinder 12 has a total of three hydraulic connections, of which two hydraulic connections 122a and 122b open in the second working space 122 and a hydraulic connection 121a in the first working space 121.
  • the device further comprises a pressure supply device 22, which consists of a fluid reservoir 18, a prefeed pump 29, a high pressure pump 19, a check valve 20 and a memory 21 for pulsation damping and energy storage.
  • a pressure supply device 22 which consists of a fluid reservoir 18, a prefeed pump 29, a high pressure pump 19, a check valve 20 and a memory 21 for pulsation damping and energy storage.
  • the tapped between the check valve 20 and the memory 21 output 221 of Pressure supply device 22 is connected via a line 23 to all hydraulic ports 121a of the four valve actuators 11, so that the first working chambers 121 of the valve plate 11 are constantly acted upon by the output 221 of the pressure supply device 22 pending hydraulic pressure.
  • the second working chambers 122 of the working cylinders 12 are connected on the one hand via first electrical control valves 24 and 26 to the output 221 of the pressure supply device 22 and on the other hand via second electrical control valves 25 and 27 to a discharge line 28, which in turn opens into the fluid reservoir 18.
  • All control valves 24-27 are designed as 2/2-way solenoid valves with spring return. In each case, a first control valve 24 or 26 and a second control valve 25 and 27 form a control valve pair, with the respective two valve actuators 11 are controlled alternately.
  • the two valve actuators 11 controlled by the control valve pairs 24, 25 and 26, 27 are each associated with gas exchange valves 10 in combustion cylinders of this type whose ignition times are offset by 360 ° crank angle from one another.
  • control valve pair 24, 25 controls the two valve actuators 11 of the gas exchange valves 10 in the first and third combustion cylinders I and III and the control valve pair 26, 27, the valve plate 11 for the gas exchange valves 10 in the second and fourth combustion cylinder II and IV, wherein the control of each two valve actuator 11 takes place alternately and the switching of the control valve pair 24, 25 or 26, 27 of the one valve actuator 11 to the other valve actuator 11 during the closed state of the two of the Valve actuators 11 actuated gas exchange valves 10 is performed.
  • the Umschaltüng the two control valves 24 and 25 or 26 and 27 of each control valve pair is synchronous.
  • switching valves 30 - 33 For switching the two control valve pairs 24, 25 and 26, 27 of the one valve actuator 11 to the other valve actuator 11 is effected by switching valves 30 - 33, which are formed in the embodiment of FIG. 1 as a hydraulically controlled 3/2-way valves with spring return.
  • Each switching valve 30-33 has two switching positions and three controlled valve ports 34-36, of which the first valve port 34 is connected to the respective associated control valves 24 and 25 or 26 and 27 and the two connectable to the first valve port 34 further valve ports 35th and 36 are connected to the second working spaces 122 of the valve actuator 11.
  • the first valve port 34 to the first control valve 24, the second valve port 25 to the second working chamber 122 of the valve actuator 11 for the first combustion cylinder I and the second valve port 36 to the second working space 122 of the valve actuator 11 for the third combustion cylinder III connected.
  • the first valve port 34 of the switching valve 31 is connected to the second control valve 25, the second valve port 35 to the second working space 122 of the valve actuator 11 for the first combustion cylinder I and the third valve port 36 to the working space 122 of the valve actuator 11 for the third combustion cylinder III.
  • the control of the changeover valves 30-33 is hydraulically against the spring force of a return spring, to which the control inputs of the changeover valves 30 and 31 via a check valve 37 and the control inputs of the changeover valves 32 and 33 are connected via a check valve 38 to the outlet of the prefeed pump 29.
  • the switching valves 30-33 are designed so that they can not be moved out of their rest position shown in Fig. 1 by the pending at the outlet of the prefeed pump 29 hydraulic pressure.
  • the hydraulic pressure at the control inputs of the changeover valves 30-34 is increased by means of a reciprocating piston 40 and 41.
  • Each reciprocating piston 40 and 41 defines a fluid-filled pressure chamber 42 or 43 communicating with the outlet of the prefeed pump 29 and is driven by a cam 44 or 45 for lifting movement.
  • the pressure chamber 42 is connected to the control inputs of the changeover valves 30 and 31 and the pressure chamber 43 to the control inputs of the changeover valves 32, 33.
  • the two cams 44, 45 run at half the speed of the crankshaft, with each cam rotation of the voltage applied to the control inputs hydraulic pressure from the pressure level at the outlet of the feed pump 29 increases to a required to switch the switching valves 30 - 33 maximum pressure and back to the original pressure level is reduced.
  • By moving the pistons 41 and 42 in Fig. 1 upwards the pressure is increased and the associated changeover valves 30 - 33 switch over.
  • the provision of the piston 41, 42 takes place by the restoring force of the return springs of the changeover valves and by the permanently applied pressure of the prefeed pump 29.
  • the prefeed pump 29 also provides for the compensation of leakage losses.
  • Fig. 3 respectively shows the valve lift in dependence on the crank angle for the various valves.
  • Diagram a, b, f and g shows respectively the valve lift of the here intake valves forming gas exchange valves 10 in the first, third, second and fourth combustion cylinder I, III, II and IV, diagram c the valve lift of the changeover valves 30 31, diagram h the valve lift of Changeover valves 32 and 33, diagram d the valve lift of the control valve 24, diagram e the valve lift of the control valve 25, diagram i the valve lift of the control valve 26 and diagram k the valve lift of the control valve 27.
  • each gas exchange valve 10 is controlled by the associated valve actuator 11 in such a way that for closing the gas exchange valve 10 of the second working chamber 122 of the valve actuator 11 via the second electrical control valve 25 and 27 connected to the discharge line 28 and via the first electric control valve 24 and 26 is shut off from the outlet 221 of the pressure supply device 22.
  • pressure of the actuating piston 13 in Fig. 2 is shifted upward until the valve sealing surface 15 of the gas exchange valve 10 rests on the valve seat surface 17 on the housing 16 of the combustion cylinder of the internal combustion engine.
  • the actuating piston 13 takes the in Fig. 1 shown position within the working cylinder 12 of the valve actuator 11 a.
  • All control valves 24 - 27 are de-energized and assume their basic or rest position.
  • the second electric control valve 25 and 27 is transferred to its blocking position in which the second working space 122 is shut off from the discharge line 28, and the first electric control valve 24 and 26 is transferred to its working position, so that the second working space 122 is connected to the output 221 of the pressure supply device 22 and the system pressure is now present in the second working chamber 122 of the valve actuator 11. Since the piston area of the actuating piston 13, which delimits the first working space 121, is smaller than the area of the actuating piston 13, which delimits the second working space 122, a displacement force is produced which moves the actuating piston 13 in FIG. 1 to the right or in FIG moved down, whereby the gas exchange valve 10 is opened. The.
  • the size of the opening stroke of the gas exchange valve 10 is dependent on the opening duration and opening speed of the first control valve 24 and 26, respectively.
  • valve actuator 11 For the control of the gas exchange valve 10 in the combustion cylinder I associated valve actuator 11 are the switching valves 30, 31 in the rest or basic position A shown in Fig. 1, as shown in diagram c in Fig. 3.
  • the valve lift of the gas exchange valve 10 in the cylinder I as a function of the crank angle is shown in diagram a.
  • the switching valves 30, 31 and 32, 33 each have a crankangle range of approximately 300.degree. In position A and in position B. The corresponding changeover is effected by the cams 44, 45, which rotate at half crankshaft speed.
  • the changeover valves can not be operated hydraulically but electrically, the currentless changeover valve occupying position A and the energized changeover valve occupying position B or vice versa. It is also possible, in the described hydraulically controlled switching valves 30 - 33 instead of the spring return, a second hydraulic control input, counteracting the first.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Fluid-Driven Valves (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen in Verbrennungszylindern einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 A1) ist jeder Ventilsteller, dessen Stellkolben einstückig mit dem Ventilstößel des zugeordneten Gaswechselventils verbunden ist, mit seinem ersten Arbeitsraum ständig mit einer Hochdruckquelle verbunden und mit seinem zweiten Arbeitsraum einerseits an einem eine Zuführleitung zu der Hochdruckquelle wechselweise schließenden oder freigebenden ersten elektrischen Steuerventil und andererseits an einem eine Entlastungsleitung wechselweise freigebenden oder schließenden zweiten Steuerventil angeschlossen. Die elektrischen Steuerventile sind als 2/2-Wegemagnetventile mit Federrückstellung ausgebildet. Bei stromlosen Steuerventilen steht der erste Arbeitsraum nach wie vor unter Hochdruck, während der zweite Arbeitsraum von der Hochdruckquelle getrennt und mit der Entlastungsleitung verbunden ist. Das Gaswechselventil ist geschlossen. Zum Öffnen des Gaswechselventils werden beide Steuerventile bestromt. Durch die umschaltenden Steuerventile wird der zweite Arbeitsraum des Ventilstellers einerseits durch das zweite Steuerventil gegenüber der Entlastungsleitung gesperrt und andererseits durch das erste Steuerventil mit der Zuführleitung zur Hochdruckquelle verbunden. Das Gaswechselventil öffnet, wobei die Größe des Öffnungshubs von der Ausbildung des an das erste elektrische Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Hochdruckquelle eingesteuerten Druck abhängt. Um das Gaswechselventil in einer bestimmten Offenstellung zu halten, wird das erste Steuerventil anschließend stromlos geschaltet, so daß es die Zuführleitung zum zweiten Arbeitsraum des Ventilstellers absperrt. Auf diese Weise lassen sich mittels eines elektrischen Steuergeräts zur Steuersignalerzeugung sämtliche Ventilöffnungspositionen des Gaswechselventils einstellen. Zur Steuerung eines Gaswechselventils sind jeweils zwei elektrische Steuerventile nötig, die den zugeordneten Ventilsteller entsprechend mit Hydraulikdruck beaufschlagen.
  • Weitere bekannte Vorrichtungen gehen aus den Dokumenten EP 0 905 361 und EP 0 721 055 hervor.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Nutzung eines sich aus einem ersten und einem zweiten elektrischen Steuerventil zusammensetzenden Steuerventilpaars zur wechselnden Ansteuerung von insgesamt zwei Ventilstellern zwei elektrische Steuerventile pro Ventilstellerpaar eingespart werden. Da die vornehmlich als 2/2-Wegemagnetventile ausgebildeten elektrischen Steuerventile extrem kleine Schaltzeiten realisieren müssen, in der Praxis ca. 0,3 ms bei einem Öffnungsquerschnitt von 3 mm2, sind solche Steuerventile sehr teuer, so daß die Verringerung der Zahl der Steuerventile in der Steuervorrichtung eine deutliche Kosteneinsparung mit sich bringt. Durch die geringere Zahl von elektrischen Steuerventilen reduziert sich auch die Zahl der Endstufen und der Aufwand an elektrischer Verkabelung für die Ansteuerung der Steuerventile, was zu einer weiteren Kostenersparnis führt.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umschaltung der Steuerventile mittels zweier als 3/2-Wegeventile ausgebildeter Umschaltventile vorgenommen, von deren jeweils drei gesteuerten Ventilanschlüsse der erste mit dem ersten bzw. zweiten elektrischen Steuerventil verbunden ist und die wechselweise auf den ersten Ventilanschluß aufschaltbaren beiden weiteren Ventilanschlüsse an den zweiten Arbeitsräumen der beiden Ventilsteller angeschlossen sind. Einfache Umschaltventile, die elektrisch oder hydraulisch angesteuert werden können, sind als Massenartikel sehr preiswert, insbesondere dann, wenn keine schnellen Schaltzeiten gefordert werden. Da beispielsweise bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor der gemeinsame Schließzustand zweier Gaswechselventile in Verbrennungszylindern mit einem 360°-Kurbelwinkelversatz ihrer Zündzeitpunkte sich über eine Kurbelwinkelbereich von ca. 60° erstreckt, steht eine ausreichend große Zeitspanne für die Umsteuerung der Umschaltventile zur Verfügung. Durch den Einsatz der preiswerten Umschaltventile wird zwar die Ventilzahl insgesamt wieder erhöht, doch bleibt dabei ein wesentliches Kosteneinsparpotential zurück. Die Umschaltventile sind, insbesondere wenn sie hydraulisch angesteuert sind, im Vergleich zu den 2/2-Wegemagnetventilen recht bauklein, so daß sich auch der für die Ventilsteuervorrichtung erforderliche Bauraumbedarf gegenüber der bekannten Ventilsteuerung reduziert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht am Steuereingang der hydraulisch gesteuerten Umschaltventile ' permanent ein hydraulischer Druck an, der zur Umsteuerung der Umschaltventile in ihre Arbeitsstellung mittels eines Hubkolbens vergrößert wird. Der Hubkolben ist hierzu von einem mit gegenüber der Drehzahl der Kurbelwelle halbierter Drehzahl umlaufenden Nocken zur Hubbewegung in einer mit dem jeweiligen Steuereingang in Verbindung stehenden Druckkammer antreibbar. Durch diese konstruktive Maßnahme wird in einfacher Weise die Umschaltung der Umschaltventile mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung von vier in verschiedenen Verbrennungszylindern einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine angeordneten Gaswechselventilen,
    Fig. 2
    eine schematisierte Darstellung eines Gaswechselventils in einem Verbrennungszylinder der Brennkraftmaschine,
    Fig. 3
    ein Diagramm des Ventilhubs verschiedener Ventile in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die in Fig. 1 im Schaltbild dargestellte Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen in Verbrennungszylindern einer Brennkraftmaschine dient zur Steuerung von insgesamt vier Gaswechselventilen 10 (Fig. 2), von denen jeweils eins in einem Verbrennungszylinder einer Vierzylinder-ViertaktBrennkraftmaschine angeordnet ist. Bei den Gaswechselventilen 10 kann es sich dabei um die Einlaßventile oder um die Auslaßventile der Verbrennungszylinder handeln. Die hier nicht dargestellten Verbrennungszylinder sind symbolisch mit I, II, III und IV bezeichnet, die in Fig. 1 den Ventilstellern 11 für die Gaswechselventile 10 des jeweiligen Verbrennungszylinders zugeordnet sind.
  • Die Vorrichtung weist insgesamt vier hydraulische Ventilsteller 11 auf, von denen jeweils einer einem Gaswechselventil 10 in den Verbrennungszylindern I - IV zugeordnet ist. Jeder Ventilsteller 11 weist einen Arbeitszylinder 12 auf, in dem ein Stellkolben 13 axial verschieblich geführt ist. Der Stellkolben 13 unterteilt den Arbeitszylinder 12 in zwei von ihm begrenzte, hydraulische Arbeitsräume 121 und 122 und ist mit dem Ventilstößel 14 des Gaswechselventils 10 fest verbunden. In Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung ein Ventilsteller 11 in Verbindung mit einem Gaswechselventil 10 schematisiert dargestellt. Der Ventilstößel 14 trägt an seinem vom Stellkolben 13 abgekehrten Ende eine tellerförmige Ventildichtfläche 15, die zur Steuerung eines Öffnungsquerschnitts mit einer am Gehäuse 16 des Verbrennungszylinders der Brennkraftmaschine ausgebildeten Ventilsitzfläche 17 zusammenwirkt. Der Arbeitszylinder 12 weist insgesamt drei Hydraulikanschlüsse auf, von denen zwei Hydraulikanschlüsse 122a und 122b im zweiten Arbeitsraum 122 und ein Hydraulikanschluß 121a im ersten Arbeitsraum 121 münden.
  • Die Vorrichtung weist weiter eine Druckversorgungseinrichtung 22 auf, die aus einem Fluidreservoir 18, einer Vorförderpumpe 29, einer Hochdruckpumpe 19, einem Rückschlagventil 20 und einem Speicher 21 zur Pulsationsdämpfung und Energiespeicherung besteht. Der zwischen dem Rückschlagventil 20 und dem Speicher 21 abgegriffene Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 ist über eine Leitung 23 mit allen Hydraulikanschlüssen 121a der vier Ventilsteller 11 verbunden, so daß die ersten Arbeitsräume 121 der Ventilsteller 11 ständig mit dem am Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 anstehenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind.
  • Die zweiten Arbeitsräume 122 der Arbeitszylinder 12 sind einerseits über erste elektrische Steuerventile 24 und 26 an den Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 und andererseits über zweite elektrische Steuerventile 25 und 27 an eine Entlastungsleitung 28 anschließbar, die ihrerseits im Fluidreservoir 18 mündet. Alle Steuerventile 24 - 27 sind als 2/2-Wegemagnetventile mit Federrückstellung ausgebildet. Jeweils ein erstes Steuerventil 24 bzw. 26 und ein zweites Steuerventil 25 bzw. 27 bilden ein Steuerventilpaar, mit dem jeweils zwei Ventilsteller 11 wechselweise angesteuert werden. Die beiden von den Steuerventilpaaren 24, 25 bzw. 26, 27 angesteuerten Ventilsteller 11 sind jeweils Gaswechselventilen 10 in solchen Verbrennungszylindern zugeordnet, deren Zündzeitpunkte um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt sind. So steuert das Steuerventilpaar 24, 25 die beiden Ventilsteller 11 der Gaswechselventile 10 in dem ersten und dritten Verbrennungszylinder I und III und das Steuerventilpaar 26, 27 die Ventilsteller 11 für die Gaswechselventile 10 in dem zweiten und vierten Verbrennungszylinder II und IV, wobei die Steuerung der jeweils beiden Ventilsteller 11 wechselweise erfolgt und die Umschaltung des Steuerventilpaars 24, 25 bzw. 26, 27 von dem einen Ventilsteller 11 auf den anderen Ventilsteller 11 während des Schließzustandes der beiden von den Ventilstellern 11 betätigten Gaswechselventile 10 durchgeführt wird. Die Umschaltüng der beiden Steuerventile 24 und 25 bzw. 26 und 27 eines jeden Steuerventilpaars erfolgt synchron.
  • Zur Umschaltung der beiden Steuerventilpaare 24, 25 bzw. 26, 27 von dem einen Ventilsteller 11 auf den anderen Ventilsteller 11 erfolgt durch Umschaltventile 30 - 33, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als hydraulisch gesteuerte 3/2-Wegeventile mit Federrückstellung ausgebildet sind. Jedes Umschaltventil 30 - 33 weist zwei Schaltstellungen und drei gesteuerte Ventilanschlüsse 34 - 36 auf, von denen der erste Ventilanschluß 34 mit den jeweils zugeordneten Steuerventilen 24 und 25 bzw. 26 und 27 verbunden ist und die beiden auf den ersten Ventilanschluß 34 aufschaltbaren weiteren Ventilanschlüsse 35 und 36 an den zweiten Arbeitsräumen 122 der Ventilsteller 11 angeschlossen sind. So ist bei dem Umschaltventil 30 der erste Ventilanschluß 34 mit dem ersten Steuerventil 24, der zweite Ventilanschluß 25 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den ersten Verbrennungszylinder I und der zweite Ventilanschluß 36 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den dritten Verbrennungszylinder III verbunden. Der erste Ventilanschluß 34 des Umschaltventils 31 ist mit dem zweiten Steuerventil 25, der zweite Ventilanschluß 35 mit dem zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den ersten Verbrennungszylinder I und der dritte Ventilanschluß 36 mit dem Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 für den dritten Verbrennungszylinder III verbunden. Entsprechendes gilt für die Umschaltventile 32, 33 in Verbindung mit dem Steuerventilpaar 26, 27 und den Ventilstellern 11 für den zweiten und vierten Verbrennungszylinder II und IV.
  • Die Steuerung der Umschaltventile 30 - 33 erfolgt hydraulisch gegen die Federkraft einer Rückstellfeder, wozu die Steuereingänge der Umschaltventile 30 und 31 über ein Rückschlagventil 37 und die Steuereingänge der Umschaltventile 32 und 33 über ein Rückschlagventil 38 mit dem Auslaß der Vorförderpumpe 29 verbunden sind. Die Umschaltventile 30 - 33 sind dabei so ausgelegt, daß sie durch den am Auslaß der Vorförderpumpe 29 anstehenden Hydraulikdruck nicht aus ihrer in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung herausbewegbar sind. Zum Schalten der Umschaltventile 30 - 33 wird mittels eines Hubkolbens 40 und 41 der Hydraulikdruck an den Steuereingängen der Umschaltventile 30 - 34 vergrößert. Jeder Hubkolben 40 bzw. 41 begrenzt eine mit dem Auslaß der Vorförderpumpe 29 in Verbindung stehende, fluidgefüllte Druckkammer 42 bzw. 43 und wird durch einen Nocken 44 bzw. 45 zur Hubbewegung angetrieben. Die Druckkammer 42 ist mit den Steuereingängen der Umschaltventile 30 und 31 und die Druckkammer 43 mit den Steuereingängen der Umschaltventile 32, 33 verbunden. Die beiden Nocken 44, 45 laufen mit halber Drehzahl der Kurbelwelle um, wobei bei jeder Nockenumdrehung der an den Steuereingängen anliegende Hydraulikdruck von dem Druckniveau am Auslaß der Vorförderpumpe 29 auf einen zum Umschalten der Umschaltventile 30 - 33 erforderlichen Maximaldruck anwächst und wieder auf das ursprüngliche Druckniveau reduziert wird. Durch Verschieben der Kolben 41 und 42 in Fig. 1 nach oben wird der Druck erhöht und die zugeordneten Umschaltventile 30 - 33 schalten um. Die Rückstellung der Kolben 41, 42 erfolgt durch die Rückstellkraft der Rückstellfedern der Umschaltventile und durch den permanent anliegenden Druck der Vorförderpumpe 29. Die Vorförderpumpe 29 sorgt ebenfalls für den Ausgleich von Leckageverlusten.
  • Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird anhand der Fig. 3 im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 3 jeweils den Ventilhub in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel für die verschiedenen Ventile. Diagramm a, b, f und g zeigt jeweils den Ventilhub der hier Einlaßventile bildenden Gaswechselventile 10 in dem ersten, dritten, zweiten und vierten Verbrennungszylinder I, III, II und IV, Diagramm c den Ventilhub der Umschaltventile 30 31, Diagramm h den Ventilhub der Umschaltventile 32 und 33, Diagramm d den Ventilhub des Steuerventils 24, Diagramm e den Ventilhub des Steuerventils 25, Diagramm i den Ventilhub des Steuerventils 26 und Diagramm k den Ventilhub des Steuerventils 27.
  • Grundsätzlich wird jedes Gaswechselventil 10 von dem zugeordneten Ventilsteller 11 in der Weise gesteuert, daß zum Schließen des Gaswechselventils 10 der zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 über das zweite elektrische Steuerventil 25 bzw. 27 an die Entlastungsleitung 28 angeschlossen und über das erste elektrische Steuerventil 24 bzw. 26 von dem Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 abgesperrt wird. Durch den im ersten Arbeitsraum 121 des Ventilstellers 11 herrschenden Systemdruck wird der Stellkolben 13 in Fig. 2 nach oben verschoben, bis die Ventildichtfläche 15 des Gaswechselventils 10 auf der Ventilsitzfläche 17 am Gehäuse 16 des Verbrennungszylinders der Brennkraftmaschine aufliegt. Der Stellkolben 13 nimmt die in Fig. 1 dargestellte Lage innerhalb des Arbeitszylinders 12 des Ventilstellers 11 ein. Alle Steuerventile 24 - 27 sind stromlos und nehmen ihre Grund- oder Ruhestellung ein. Zum Öffnen des Gaswechselventils 10 wird das zweite elektrische Steuerventil 25 bzw. 27 in seine Sperrstellung überführt, in welcher der zweite Arbeitsraum 122 gegenüber der Entlastungsleitung 28 abgesperrt ist, und wird das erste elektrische Steuerventil 24 bzw. 26 in seine Arbeitsstellung überführt, so daß der zweite Arbeitsraum 122 mit dem Ausgang 221 der Druckversorgungseinrichtung 22 verbunden ist und der Systemdruck nunmehr auch im zweiten Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 ansteht. Da die Kolbenfläche des Stellkolbens 13, die den ersten Arbeitsraum 121 begrenzt, kleiner ist als die Fläche des Stellkolbens 13, die den zweiten Arbeitsraum 122 begrenzt, entsteht eine Verschiebekraft, die den Stellkolben 13 in Fig. 1 nach rechts bzw. in Fig. 2 nach unten bewegt, wodurch das Gaswechselventil 10 geöffnet wird. Die. Größe des Öffnungshubs des Gaswechselventils 10 ist von der Öffnungsdauer und Öffnungsgeschwindigkeit des ersten Steuerventils 24 bzw. 26 abhängig.
  • Ist der gewünschte Hub des Gaswechselventils 10 erreicht, so wird die Bestromung des ersten Steuerventils 24 bzw. 26 aufgehoben, und das erste Steuerventil 24 bzw. 26 fällt in seine Sperrstellung zurück. Der Druck im zweiten Arbeitsraum 122 wird gehalten, so daß das Gaswechselventil 10 den eingenommenen Öffnungshub unverändert beibehält. Zum Schließen des Gaswechselventils 10 wird dann das zweite Steuerventil 25 bzw. 27 stromlos geschaltet. Diagramm d zeigt die Ansteuerung des ersten Steuerventils 24, Diagramm e die Ansteuerung des zweiten Steuerventils 25. Diagramm i zeigt die Ansteuerung des ersten Steuerventils 26 und Diagramm k die Ansteuerung des zweiten Steuerventils 27. Die ersten Steuerventile 24 und 26 sind stromlos gesperrt während die zweiten Steuerventile 25, 27 stromlos offen sind.
  • Zur Steuerung des dem Gaswechselventil 10 im Verbrennungszylinder I zugeordneten Ventilstellers 11 befinden sich die Umschaltventile 30, 31 in der in Fig. 1 dargestellten Ruhe- oder Grundstellung A, wie dies Diagramm c in Fig. 3 zeigt. Der Ventilhub des Gaswechselventils 10 im Zylinder I in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel zeigt Diagramm a.
  • Zum Ansteuern des Ventilstellers 11 zum Betätigen des dem dritten Verbrennungszylinder III zugeordneten Gaswechselventils 10 werden die beiden Umschaltventile 30, 31 in ihrer Arbeitsstellung B umgesteuert. Hierdurch wird der zweite Arbeitsraum 122 des Ventilstellers 11 zur Betätigung des Gaswechselventils 10 im dritten Verbrennungszylinder III an die beiden Steuerventile 24, 25 angeschlossen. Der Ventilsteuervorgang für das Gaswechselventil 10 im Verbrennungszylinder III läuft dann in gleicher Weise ab wie vorstehend zu Verbrennungszylinder I beschrieben worden ist. Diagramm b zeigt den Hub des Gaswechselventils 10 im Verbrennungszylinder III in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, während sich die Umschaltventile 30, 31 in der Stellung B befinden (Diagramm c). Wie aus den Diagrammen a, b und c zu erkennen ist, sind die Schließzeitpunkte der Gaswechselventile 10 in den Verbrennungszylindern I und III, die etwa den Zündzeitpunkten in den Verbrennungszylindern I und III entspricht, um 360° Kurbelwinkel versetzt. Bei einem maximalen Öffnungswinkel der Gaswechselventile 10 von ca. 240° steht für die Umschaltung der beiden Umschaltventile 30, 31 in dem Kurbelwinkelbereich, in.dem beide Gaswechselventile 10 im Zylinder I und III geschlossen sind, genügend Zeit zur Verfügung. Dieser Umschaltbereich ist in Diagramm c mit S bezeichnet und überdeckt etwa 60° Kurbelwinkel.
  • In dem unteren Teil der Fig. 3 mit den Diagrammen f - k sind die entsprechenden Verhältnisse zur Steuerung der Gaswechselventile 10 in den Verbrennungszylindern II und IV dargestellt. Die Diagramme entsprechen den beschriebenen Diagrammen a - e und sind lediglich um einen Kurbelwinkel von 180° verschoben. Insoweit gelten die vorstehenden Ausführungen auch für die Steuerventile 26 und 27 in Verbindung mit dem Umschaltventilen 32, 33.
  • Wie aus den Diagrammen c und h in Fig. 3 hervorgeht, stehen die Umschaltventile 30, 31 bzw. 32, 33 jeweils über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 300° in Stellung A und in Stellung B. Die entsprechende Umschaltung wird durch die Nocken 44, 45 bewirkt, die mit halber Kurbelwellendrehzahl rotieren.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise die Umschaltventile nicht hydraulisch sondern elektrisch betätigt werden, wobei das stromlose Umschaltventil Stellung A und das bestromte Umschaltventil Stellung B einnimmt oder umgekehrt. Es ist auch möglich, bei den beschriebenen hydraulisch gesteuerten Umschaltventilen 30 - 33 anstelle der Federrückstellung einen zweiten hydraulischen Steuereingang, der dem ersten entgegenwirkt, vorzusehen.

Claims (10)

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