DE102008049181A1

DE102008049181A1 - Elektrohydraulische Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE102008049181A1
Application number: DE102008049181A
Authority: DE
Inventors: Michael Haas; Nicola Morelli
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-01
Also published as: EP2329116B1; KR101581068B1; CN102165148B; EP2329116A1; WO2010034643A1; US20110277712A1; CN102165148A; KR20110059627A

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

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 Brennkraftmaschine angeschlossen 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 Bypassleitung 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 0 931 912 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 Stilllegung 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 Ventilsteuerung 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 Stromunterbrechung 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 Notlaufbetriebs 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 Gaswechselventils 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 stromlos 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 Öffnungshubs 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 Bypassleitung 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 Ursache 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 Hydraulikventil 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 genannten 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.

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0931912 A2 [0002]

Claims

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 ansteuerbares 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 Hydraulikmittelfluss durch die Steuerleitung (11) in den Druckentlastungsraum (12) sperrt.
Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (13) stromlos offen ausgebildet ist.
Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Hydraulikventil (19) ebenfalls elektrisch ansteuerbar und stromlos offen ausgebildet ist.
Elektrohydraulische Ventilsteuerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (13) deutlich schneller schaltend als das weitere Hydraulikventil (19) ausgebildet ist.