Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 198 26 047 A1) weist jeder elektrohydraulische Ventilsteller einen auf ein Gaswechselventil wirkenden Stellkolben und zwei von dem Stellkolben begrenzte, hydraulische Arbeitsräume auf, von denen der das Gaswechselventil in Schließrichtung beaufschlagende erste Arbeitsraum ständig mit einem unter Hochdruck stehenden Fluid befüllt ist und der das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung beaufschlagende zweite Arbeitsraum über ein erstes und zweites elektrisches Steuerventil wechselweise mit einem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmedium oder Fluid befüllbar und entlastbar ist. Hierzu liefert eine Druckversorgungseinrichtung ein unter Hochdruck stehendes Fluid, das einerseits dem ersten Arbeitsraum und andererseits über das erste elektrische Steuerventil dem zweiten Arbeitsraum zugeführt ist. Der zweite Arbeitsraum ist über das zweite elektrische Steuerventil mit einer zum Fluidreservoir zurückführenden Rücklaufleitung verbunden. Die Druckversorgungseinrichtung umfaßt einen Arbeitsdruckspeicher und eine geregelte Verstellpumpe, die Fluid aus einem Fluidreservoir über ein Rückschlagventil in den Arbeitsdruckspeicher fördert. Im Schließzustand des Gaswechselventils ist der zweite Arbeitsraum durch das geschlossene erste Steuerventil von der Druckversorgungseinrichtung getrennt und durch das geöffnete zweite Steuerventil mit der Rücklaufleitung verbunden, so daß der Stellkolben durch den in dem ersten Arbeitsraum herrschenden Fluiddruck in seine Schließstellung überführt ist. Zum Öffnen des Gaswechselventils werden die Steuerventile umgeschaltet, wodurch der zweite Arbeitsraum von der Rücklaufleitung abgesperrt und an die Druckversorgungseinrichtung angeschlossen wird. Der Stellkolben verschiebt sich unter Öffnen des Gaswechselventil zum ersten Arbeitsraum hin, da die Kolbenfläche des Stellkolbens in dem zweiten Arbeitsraum größer ist als die Wirkfläche des Stellkolbens in dem ersten Arbeitsraum, wobei die Größe des Öffnungshubs von der Ausbildung des an das erste Steuerventil angelegten elektrischen Steuersignals und die Öffnungsgeschwindigkeit von dem von der Druckversorgungseinrichtung eingesteuerten Fluiddruck abhängt. Zum Schließen des Gaswechselventils schalten die Steuerventile wieder um. Dadurch liegt der gegenüber der Druckversorgungseinrichtung abgesperrte zweite Arbeitsraum an der Rücklaufleitung, und der in dem ersten Arbeitsraum herrschende Fluiddruck führt den Stellkolben in dessen Ventilschließstellung zurück, so daß das Gaswechselventil von dem Stellkolben geschlossen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Aufteilung der Druckspeichereinheit auf zwei Hochdruckspeicher zur getrennten Fluidversorgung der Ventilsteller für das mindestens eine Einlaßventil einerseits und für das mindestens eine Auslaßventil andererseits der Fluiddruck in den beiden Hochdruckkreisen für Ein- und Auslaßventil je nach Anforderung an die durch die elektrohydraulische Ventilsteuerung ermöglichten Freiheitsgrade bei der Ventilsteuerung, wie Zeitpunkt der Ventilbetätigung, Hub, Hubgeschwindigkeit und Ventilöffnungsdauer, unterschiedliche Druckniveaus realisiert werden können. Dadurch ist es z.B. möglich, den Fluiddruck in dem Hochdruckkreis für die Einlaßventile niedriger auszulegen als den Fluiddruck in dem Hochdruchspeicher für die Auslaßventile, der durch die am Auslaßventil benötigte, durch den Brennraumdruck vorgegebene Kraft vorgegeben ist. Durch diese Druckabsenkung in dem einen Hochdruckkreis läßt sich eine Reduzierung der benötigten Energie erreichen. Als Folge davon können die hydraulischen Ventilsteller für die Ein- und Auslaßventile vereinheitlicht werden, da die zum Betätigen der Auslaßventile gegen den Brennraumdruck erforderlichen, höheren Kräfte über den höheren Fluiddruck im zugeordneten Hochdruckkreis realisiert werden. Weiterhin ist durch entsprechende Ansteuerung des Umschaltglieds zur wechselweisen Versorgung der beiden Hochdruckspeicher ein Momentenausgleich bei der Energieaufnahme möglich. Damit wird ein homogenerer Momentabgriff mit reduzierter Auswirkung auf den Fahrkomfort erzielt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen möglich.
Die erfindungsgemäße Aufteilung der Druckversorgungseinrichtung auf zwei getrennte Hochdruckkreise für die Einlaßventile und für die Auslaßventile ermöglicht auch den Einsatz einer konstruktiv einfachen Konstantpumpe anstelle der bisher üblicherweise eingesetzten, technisch aufwendigeren Verstellpumpe; wodurch ein erheblicher Einsparungeeffekt bei den Fertigungskosten der Steuervorrichtung erreicht wird. Die bekannte Konstantpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß sie unabhängig vom Förderdruck einen nur von ihrer Antriebsdrehzahl abhängigen Förder- oder Volumenstrom liefert. Die Konstantpumpe kann entweder mit einer vorgeschalteten Förderpumpe, z.B. von der Ölpumpe der Brennkraftmaschine, betrieben oder als selbstansaugende Pumpe ausgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Umschaltglied zum wechselweisen Anschließen der beiden Hochdruckspeicher an die Konstantpumpe als 4/3-Wegemagnetventil mit Federrückstellung ausgebildet. Von den drei Ventilauslässen des Magnetventils ist einer mit dem einen und einer mit dem anderen Hochdruckspeicher und der dritte mit der Rücklaufleitung verbunden, während der Ventileinlaß des Magnetventils an dem Pumpenausgang der Konstantpumpe angeschlossen ist.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Mit der in Fig. 1 im Schaltbild dargestellten Vorrichtung zur Steuerung von Gaswechselventilen werden bei dem ausgewählten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Einlaßventile 11 und insgesamt vier Auslaßventile 12 einer Brennkraftmaschine über ein elektronisches Steuergeräts 13 gesteuert. Die Zahl der Einlaß- und Auslaßventile 11, 12 kann jedoch variieren. Jedes der Einlaß- oder Auslaßventile 11, 12 ist in einem in Fig. 2 ausschnittweise dargestellten Zylinderkopf 14 eines Verbrennungszylinders angeordnet und schließt einen im Verbrennungszylinder ausgebildeten Brennraum gasdicht ab. Jedes Gaswechselventil weist in bekannter Weise einen einen Öffnungsquerschnitt 15 im Zylinderkopf 14 umschließenden Ventilsitz 16 und ein Ventilglied 17 mit einem auf einem axial verschieblich geführten Ventilschaft 171 sitzenden Ventilschließkörper 172 auf, der mit dem Ventilsitz 16 zum Schließen und Freigeben des Öffnungsquerschnitts 15 zusammenwirkt. Durch Verschieben des Ventilschaft 171 in die eine oder andere Axialrichtung hebt der Ventilschließkörper 172 vom Ventilsitz 16 ab oder setzt sich auf den Ventilsitz 16 auf.
In der Steuervorrichtung für die Gaswechselventile ist jedem Gaswechselventil, also jedem Einlaßventil 11 und jedem Auslaßventil 12, ein elektrohydraulischer Ventilsteller 18 zu dessen Betätigung zugeordnet. Der an sich bekannte elektrohydraulische Ventilsteller 18 ist in Fig. 2 im Detail dargestellt. Er umfaßt einen doppeltwirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder 19 und zwei elektrische Steuerventile 20, 21, die vorzugsweise als 2/2-Wegemagnetventile mit Federrückstellung ausgebildet sind. Die elektrischen Steuerventile 20, 21 werden von dem elektronischen Steuergerät 13 angesteuert. Der hydraulische Arbeitszylinder 19 weist in bekannter Weise ein Zylindergehäuse 22 und einen darin axial verschieblich geführten, mit dem Ventilschaft 171 eines Gaswechselventils verbundenen Stellkolben 23 auf, der den Innenraum des Zylindergehäuses 25 in einen ersten Arbeitsraum 24 und einen zweiten Arbeitsraum 25 unterteilt. Der erste Arbeitsraum 24 ist unmittelbar und der zweite Arbeitsraum 25 über das erste elektrische Steuerventil 20 an einem Hydraulikeingang 181 des Ventilstellers 18 angeschlossen. Der zweite Arbeitsraum 25 ist über das zweite elektrische Steuerventil 21 mit einem Hydraulikausgang 182 des Ventilstellers 18 verbunden. Die Wirkungsweise der Ventilsteller 18 zum Öffnen und Schließen des zugeordneten Gaswechselventils ist bekannt und einleitend im Abschnitt "Stand der Technik" beschrieben.
Zur Versorgung der elektrohydraulischen Ventilsteller 18 mit einem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmedium oder Fluid, weist die Steuervorrichtung eine Druckversorgungseinrichtung 26 auf. Die Druckversorgungseinrichtung 26 umfaßt eine Konstantpumpe 27 zur Hochdruckerzeugung, die von einer Vorförderpumpe 28 aus einem Fluidreservoir 29 gespeist wird, ein an dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe 27 angeschlossenes Umschaltglied 30 und zwei Hochdruckspeicher 31, 32, die je nach Schaltstellung des Umschaltglieds 30 wechselweise über ein Rückschlagventil 33 bzw. 34 an den Pumpenauslaß der Konstantpumpe 27 anschließbar sind. Der erste Hochdruckspeicher 21 liegt an einem ersten Ausgang 261 der Druckversorgungseinrichtung und der zweite Hochdruckspeicher an einem zweiten Ausgang 262 der Druckversorgungseinrichtung 26, und jeder Hochdruckspeicher 31, 32 ist über den Ausgang 261 bzw. 262 der Druckversorgungseinrichtung 26 mit einem Druckbegrenzungsventil 35 bzw. 36 verbunden, dessen Ventilausgang an einer im Fluidreservoir 29 mündenden Rücklaufleitung 37 angeschlossen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Umschaltglied 30 als 4/3-Wegemagnetventil 41 mit Federrückstellung ausgebildet, das von dem elektronischen Steuergerät 13 angesteuert wird. Von den insgesamt drei Ventilauslässen des Magnetventils 41 liegt ein erster Ventilauslaß 412 unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils 33 an dem ersten Hochdruckspeicher 31, ein zweiter Ventilauslaß 413 unter Zwischenschaltung des Rückschlagventils 34 an dem zweiten Hochdruckspeicher 32 und ein dritter Ventilauslaß 414 über eine Verbindungsleitung 42 an der Rücklaufleitung 37 oder unmittelbar am Fluidreservoir 29, während der Ventileinlaß 411 mit dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe 27 verbunden ist.
Alle elektrohydraulischen Ventilsteller 18, die ein Einlaßventil 11 betätigen, sind mit ihrem Hydraulikeingang 181 an dem ersten Ausgang 261 der Druckversorgungseinrichtung 26 angeschlossen und damit mit dem ersten Hochdruckspeicher 31 verbunden. Alle Hydraulikausgänge 182 dieser Ventilsteller 18 sind über eine gemeinsame Verbindungsleitung 38 an der Rücklaufleitung 37 angeschlossen. Alle elektrohydraulischen Ventilsteller 18 zur Betätigung der Auslaßventile 12 sind mit ihren Hydraulikeingängen 181 an dem zweiten Eingang 262 der Druckversorgungseinrichtung 26 angeschlossen und damit mit dem zweiten Hochdruckspeicher 32 verbunden. Die Hydraulikausgänge 182 dieser Ventilsteller 18 sind wiederum über eine gemeinsame Verbindungsleitung 39 an der Rücklaufleitung 37 angeschlossen. In beiden Verbindungsleitungen 38, 39 kann jeweils noch ein Rückschlagventil 43 bzw. 44 angeordnet sein, das zur Rücklaufleitung 37 hin öffnet.
Die elektrohydraulischen Ventilsteller 18 für alle Gaswechselventile, also für alle Einlaßventile 11 und alle Auslaßventile 12, sind einheitlich ausgeführt. Die von den Ventilstellern 18 für die Auslaßventile 12 aufzubringende Verstellkraft, die durch den Brennraumdruck vorgegeben ist, ist jedoch wesentlich größer als die Verstellkraft, die die Ventilsteller 18 zum Betätigen der Einlaßventile 11 aufbringen müssen. Diese unterschiedlichen Kräfte werden durch unterschiedliche Druckniveaus in den Hochdruckspeichern 31, 32 realisiert. Die unterschiedlichen Druckniveaus werden durch entsprechende Einstellung der Druckbegrenzungsventile 35, 36 erzielt. Je nach Schaltstellung des 4/3-Wegemagnetventils 41 wird der Hochdruckspeicher 32 oder der Hochdruckspeicher 32 durch die Konstantpumpe 37 auf das durch das jeweilige Druckbegrenzungsventil 35 bzw. 36 vorgegebene Druckniveau gespannt. Da der Hochdruckspeicher 31 auf ein niedrigeres Druckniveau gespannt wird, wird die zur Druckerzeugung erforderliche Energie reduziert. Wird in den beiden Hochdruckkreisen kein Fluid über die Ventilsteller 18 entnommen, so wird das 4/3-Wegemagnetventil 41 in seine in Fig. 1 dargestellte Mittelstellung gesteuert, in welcher das Fluid drucklos über das Fluidreservoir 29 umläuft.
Die Konstantpumpe 27 kann alternativ als selbstansaugende Pumpe ausgeführt werden. In diesem Fall entfällt die Vorförderpumpe 28, und die Konstantpumpe 27 saugt Fluid unmittelbar aus dem Fluidreservoir 29 an.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann die Anzahl der mit der Steuervorrichtung betriebenen Einlaßventile 11 und Auslaßventile 12 variiert werden. Auch ist damit ein sog. 3-Ventilbetrieb möglich, bei dem jedem in einem Verbrennungszylinder ausgebildeten Brennraum der Brennkraftmaschine zwei Einlaßventile 11 und ein Auslaßventil 12 zugehörig sind.