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WO2007060096A1 - Verfahren zur entlüftung einer steuerdruckleitung - Google Patents

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Publication number
WO2007060096A1
WO2007060096A1 PCT/EP2006/068266 EP2006068266W WO2007060096A1 WO 2007060096 A1 WO2007060096 A1 WO 2007060096A1 EP 2006068266 W EP2006068266 W EP 2006068266W WO 2007060096 A1 WO2007060096 A1 WO 2007060096A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
valve
internal combustion
combustion engine
pressure line
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/068266
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Von Schimonsky
Arne Manteufel
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.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
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 Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
Publication of WO2007060096A1 publication Critical patent/WO2007060096A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0005—Deactivating valves
    • 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0031—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of tappet or pushrod length
    • 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction

Definitions

  • the invention relates to a method for venting a control pressure line between a hydraulically actuated coupling element of a switchable valve train component, which serves for the variable transmission of a stroke generated by one or more cam lobes on at least one gas exchange valve of an internal combustion engine, and an electromagnetic Hydraulikven- til, the one with a pressure medium supply connected pressure port and a connected to the control pressure line working port and the pressure port and the working port during a first operating mode of the internal combustion engine at least almost completely separated from each other and connects during a second mode of the internal combustion engine, so that the coupling element occupies a respective operating mode switching state, in which mutually movable transmission elements of the valve train component either separated from each other or by means of Koppeleleme nts are positively connected to each other in the transmission direction.
  • Switchable valve train components with hydraulically actuated coupling elements are known in the art as effective means to optimize the fuel consumption performance and exhaust emission behavior of internal combustion engines targeted.
  • these valve train components include the switchable cam followers arranged in the force flow between a camshaft of the internal combustion engine and the gas exchange valves. With these can be discreet, on The camshafts which have been tuned to the operating state of the internal combustion engine are selectively transmitted to a gas exchange valve or completely shut down to shut down the gas exchange valve.
  • switchable cam followers can be obtained by the person skilled in the art, for example, with the manual "Combustion Engine”, which was published in the first edition in April 2002 at Vieheg-Verlag, where the series production is described in chapter 10.4.2, page 357 ff Shown are switchable rocker and rocker arms and a switchable bucket tappets, all of which have hydraulically actuated coupling elements for locking the transmission elements and serve for switching over or switching off the gas exchange valve lift No.
  • 094791 A1 discloses a switchable drag lever and, in DE 102 04 673 A1, a switchable roller plunger for a pushrod valve drive - both with hydraulically actuated coupling elements - proposed by a person skilled in the art also means a brake in the internal combustion engine nd stored support element, as proposed for example in DE 44 04 145 A1.
  • the generic valve train components also include the control times of gas exchange valves changing camshaft adjuster having one or more hydraulically actuated coupling elements for locking a stator as antheb discoveredes transmission member with a rotor as abtriebseiti- ges transmission member.
  • a coupling element holds in hydraulically actuated Nockenwellenverstellem primarily the time required for the starting process of the internal combustion engine control times, as in this operating condition is still no sufficient hydraulic fluid pressure to supply the camshaft adjuster available. Further details and designs are described, for example, in the book “Camshaft Adjustments for Gasoline Engines" on page 44 ff., This book was published in 2002 by Verlag Moderne Industrie.
  • switchable camshafts are to be mentioned, which via cams with mutually adjustable and by means of hydraulically operated coupling elements lockable cam segments as transmission members.
  • Such a camshaft is evident inter alia from WO 2004/109068 A1.
  • the success and the reproducibility of the switching state change of the coupling element are known to depend essentially on the quality of the upstream hydraulic system and its control.
  • the influencing factors that have a variable effect on the beginning, duration and course of the switching state change include, among other things, the speed and temperature of the internal combustion engine, the viscosity of the hydraulic fluid, the state of wear of the valve train and electrical and mechanical tolerances of the components involved.
  • a particularly significant influencing factor on the part of the hydraulic system is the hydraulic rigidity of the control pressure line between the hydraulic valve and the coupling element, wel che is significantly affected due to gas bubble inclusions due to a partial idling of the control pressure line or an operational foaming of the hydraulic fluid.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for venting the control pressure line, by which on the one hand the aforementioned limitations and disadvantages are eliminated and, on the other hand, to the manufacture of ment and installation of additional components can be dispensed with.
  • the hydraulic valve during the first mode of the internal combustion engine is electrically controlled such that the working port and the pressure port within one or more short-term intervals with unchanged switching state of the coupling element for generating at least one pressure surge in the control pressure line temporarily interconnected become.
  • the control pressure line can be vented consistently taking into account the current viscosity of the hydraulic fluid by means of the pressure surges.
  • the implementation of the method is exhausted in a suitable control of the hydraulic valve, so that the invention advantageously without or at least without significant additional costs can be used.
  • the duration of each short-term interval should be such that the hydraulic medium pressure in the control pressure line always remains below a limiting pressure between the two switching states of the coupling element.
  • a pulse-width-modulated voltage control is provided for controlling the hydraulic valve. Due to the fact that, in this case, the working connection and the pressure connection are connected to one another and separated from one another several times, it is possible to keep the hydraulic medium pressure in the control pressure line below the limiting pressure over a comparatively long period of time. Under certain conditions, it is still also possible that the hydraulic fluid pressure in the control pressure line exceeds the limit pressure for a short time, without causing a switching state change of the coupling element. However, this requires an exact triggering of the hydraulic valve triggered in relation to the camshaft angle or crankshaft angle such that the switching state change would take place exactly during a cam lift acting on the gas exchange valve.
  • a 3/2-way switching valve is to be provided as the hydraulic valve, which has a tank connection connected to a return line, which is connected to the working connection during the first operating mode of the internal combustion engine for pressure relief of the control pressure line.
  • FIG. 1 shows a hydraulic system in a schematic representation with a designed as a switchable roller tappet valve drive component
  • Figure 2 shows the course of the gas bubble content in the control pressure line with and without inventive method
  • Figure 3 shows the pressure curve when venting the control pressure line without exceeding the limit pressure
  • Figure 4 shows the pressure curve when venting the control pressure line with exceeding the limit pressure.
  • Figure 1 discloses a schematic representation of a hydraulic system for supplying a switchable valve train component 1, which is designed here as a roller tappet 2 of a push rod valve train of an internal combustion engine. Shown is an electromagnetic hydraulic valve 3 in the form of a 3/2-way switching valve 4 with a connected to a pressure medium supply 5 pressure port P, connected to a control pressure line 6 working port A and connected to a return line 7 Tank- connection T. On the pressure side of the Pressure medium supply 5 symbolizing lubricant pump 8 of the internal combustion engine branches off from a further hydraulic channel 9, which leads to a hydraulic valve clearance compensation device 10 of the roller tappet 2.
  • the roller tappet 2 has with a telescoping in a housing inner part to each other movable transmission members 1 1 and 12, which form-fitting manner by means of coupling elements 13 in the transmission direction connected to each other.
  • This switching state of the coupling elements 13 corresponds to a first operating mode of the internal combustion engine in which a cam lobe acting on a cam roller 14 of the roller tappet 2 is completely transferred to an unillustrated gas exchange valve.
  • a switching state deviating therefrom occurs when the coupling elements 13 are acted on externally by hydraulic medium pressure in the control pressure line 6 and are displaced against the force of a compression spring 15 into the inner part 12.
  • This switching state in which the positive connection of the housing 1 1 to the inner part 12 is canceled, corresponds to a second operating mode of the internal combustion engine.
  • the transfer of the cam lobe on the gas exchange valve is interrupted and the gas exchange valve shut down.
  • the hydraulic valve 3 is located during the first operating mode of the internal combustion engine in the illustrated switching position, in which the working connection A for the pressure relief of the control pressure line 6 is connected to the tank connection T.
  • it may optionally be provided to connect the control pressure line 6 to the hydraulic channel 9 with a throttle duct 16 shown in dashed lines in order to maintain a minimum pressure in the control pressure line 6 by means of a flushing flow.
  • a pressure-regulating valve 17, also shown in dotted lines can be arranged in the return line 7 for maximum limitation of the minimum pressure.
  • both the throttle channel 16 and the pressure regulating valve 17 may be arranged internally in the hydraulic valve 3.
  • the hydraulic valve 3 changes due to electrical current in its second switching position in which the control pressure line 6 is pressurized by connecting the working port A to the pressure port P.
  • the pressure-relieving connection of the control pressure line 6 to the tank connection T is interrupted.
  • a renewed change in the first operating mode of the internal combustion engine takes place by switching off the energization of the hydraulic valve 3, which then again assumes the switching position shown.
  • the optional throttle channel 16 and the optional pressure control valve 17 are provided for maintaining the minimum pressure in the control pressure line 6, a gradual accumulation of gas bubbles in the control pressure line 6 during the first mode of the internal combustion engine can not be completely excluded.
  • the purge flow through the throttle channel 16 is to be limited so that even with cold and thus highly viscous hydraulic fluid, the emergence of an impermissibly high hydraulic fluid pressure in the control pressure line 6 is reliably prevented.
  • the throttle channel 16 must have a narrow and thus contamination-sensitive cross-section, so that under operating conditions and thus low-viscosity hydraulic fluid under certain circumstances insufficient purge flow can not prevent a partial emptying of the control pressure line 6.
  • the throttle channel 16 and the pressure control valve 17 is omitted for reasons of contamination-related failure risk and the manufacturing costs of the hydraulic system, it can come sen in the pressure-relieved control pressure line 6 to an increased accumulation of gas bubbles. As a result, the hydraulic rigidity of the control pressure line 6 is affected so far that a reproducible change in the switching state of the coupling elements 13 is no longer guaranteed.
  • the valve train component 1 is designed as a switchable roller tappet 2 according to FIG. 1 and is used for deactivating the cylinder of the internal combustion engine with complete shutdown of both the intake valves and the exhaust valves. Because for a functioning charge change during the switching off and on of the cylinders, it is essential that always the exhaust valves are shut down or reactivated before the intake valves.
  • FIG. 2 shows the time profile of a volumetric degree of filling V / V max of the control pressure line. 6, as he can adjust after switching from the second to the first operating mode of the internal combustion engine after switching off the energization i of the hydraulic valve 3 with subsequent pressure relief of the control pressure line 6, applied simplified.
  • the degree of filling V / V max is the ratio of the hydraulic fluid volume in the control pressure line 6 to its volume as a measure of the gas bubble content or the hydraulic rigidity of the control pressure line 6.
  • pressure surges 19 are generated by which the gas bubbles from the control pressure line 6 with simultaneous increase in the degree of filling V / V max are partially or completely displaced.
  • a hydraulic fluid pressure p in the control pressure line 6 the concomitant increase in their hydraulic stiffness results in a steep and advantageous for the switching state change of the coupling elements 13 pressure gradient dp, as he after renewed energization i of the hydraulic valve 3 when switching to the second mode of the internal combustion engine.
  • a dashed line shown hydraulic fluid pressure p ' is applied, which has a comparatively shallow pressure gradient dp' in the absence of insects the invention according to the invention.
  • a limiting pressure ps is further applied. Under this limit pressure p s is that hydraulic fluid pressure in the control pressure line 6 to understand its passage in the stationary case to a switching state change of the coupling elements 13 leads.
  • the respective duration of the short-term intervals 18 is so dimensioned in FIG. 3 that the pressure surges 19 always remain below the limit pressure ps.
  • the activation can take place on the one hand with an unregulated current supply i, which is switched off again after a very short time.
  • an unregulated current supply i which is switched off again after a very short time.
  • the pressure peak then acts on the coupling elements 13, if they are during the collection of the associated gas exchange valve in a clamped state between the transmission elements 1 1 and 12, or that the time interval between the pressure peak and the subsequent survey of the gas exchange valve is smaller than the time required for the change of the switching state reaction time of the coupling elements 13 to the pressure peak.
  • the invention can be used independently of the switching characteristic of the coupling element.
  • the coupling element can connect the transmission elements of the valve train component with a pressure-relieved control pressure line, while a pressurization of the control pressure line leads to a separation of the transmission elements. This is the case with the roller tappet according to FIG.
  • switchable valve train components are known, the transfer elements are separated from each other in pressure-relieved control pressure line and connected to each other when pressure is applied to the control pressure line.
  • the hydraulic valve may also be designed such that the working port A is connected to the pressure port P in the non-energized state of the hydraulic valve and is disconnected from the pressure port P in the energized state.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entlüftung einer Steuerdruckleitung (6) zwischen einem hydraulisch betätigten Koppelelement (13) eines schaltbaren Ventiltriebbauteils (1) einer Brennkraftmaschine und einem elektromagnetischen Hydraulikventil (3). Dabei soll das Hydraulikventil (3) während einer ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine elektrisch derart angesteuert werden, dass dessen Arbeitsanschluss (A) und Druckanschluss (P) innerhalb eines oder mehrerer Kurzzeitintervalle (18) bei unverändertem Schaltzustand des Koppelelements (13) zur Erzeugung eines Druckstoßes (19) in der Steuerdruckleitung (6) vorübergehend miteinander verbunden werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren zur Entlüftung einer Steuerdruckleitung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entlüftung einer Steuerdruckleitung zwischen einem hydraulisch betätigten Koppelelement eines schaltbaren Ventiltriebbauteils, das zur variablen Übertragung eines von einer oder mehreren Nockenerhebungen erzeugten Hubes auf wenigstens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine dient, und einem elektromagnetischen Hydraulikven- til, das einen mit einer Druckmittelversorgung verbundenen Druckanschluss und einen mit der Steuerdruckleitung verbundenen Arbeitsanschluss aufweist sowie den Druckanschluss und den Arbeitsanschluss während einer ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine zumindest nahezu vollständig voneinander trennt und während einer zweiten Betriebsart der Brennkraftmaschine miteinander verbindet, so dass das Koppelelement einen der jeweiligen Betriebsart entsprechenden Schaltzustand einnimmt, in welchem zueinander bewegliche Übertragungsglieder des Ventiltriebbauteils entweder voneinander getrennt oder mittels des Koppelelements in Übertragungsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Schaltbare Ventiltriebbauteile mit hydraulisch betätigten Koppelelementen sind im Stand der Technik als wirksame Mittel bekannt, des Kraftstoffverbrauchs- Leistungs- und Abgasemissionsverhalten von Brennkraftmaschinen gezielt zu optimieren. Zu diesen Ventiltriebbauteilen zählen zunächst die im Kraftfluss zwischen einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine und den Gaswechselventilen angeordneten schaltbaren Nockenfolger. Mit diesen können diskrete, auf den Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgestimmte Nockenerhebungen selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen oder zur Stilllegung des Gaswechselventils vollständig ausgeblendet werden. Einen guten Überblick über schaltbare Nockenfolger kann sich der Fachmann beispielsweise mit dem Handbuch „Verbrennungsmotor", das als erste Auflage im April 2002 im Vie- weg-Verlag erschien, verschaffen. Dort sind im Kapitel 10.4.2, Seite 357 ff. für den Serieneinsatz ausgeführte Systeme mit stufenweiser Hub- und Öffnungsdauervariation des Gaswechselventils beschrieben. Dargestellt sind schaltbare Schwing- und Kipphebel sowie ein schaltbarer Tassenstößel, die sämtlich über hydraulisch betätigte Koppelelemente zur Verriegelung der Übertragungsglieder verfügen und zur Umschaltung oder Abschaltung des Gaswechselventilhubs dienen. Weiterhin ist in der WO 2004/094791 A1 ein schaltbarer Schlepphebel sowie in der DE 102 04 673 A1 ein schaltbarer Rollenstößel für einen Stößelstangen-Ventiltrieb - beide mit hydraulisch betätigten Koppelelementen - vorge- schlagen. Unter einem schaltbaren Nockenfolger versteht der Fachmann schließlich auch ein in der Brennkraftmaschine ruhend gelagertes Abstützelement, wie es beispielsweise in der DE 44 04 145 A1 vorgeschlagen ist.
Zu den gattungsgemäßen Ventiltriebbauteilen gehören weiterhin auch die Steu- erzeiten von Gaswechselventilen verändernden Nockenwellenversteller, die ein oder mehrere hydraulisch betätigte Koppelelemente zur Verriegelung eines Stators als anthebseitiges Übertragungsglied mit einem Rotor als abtriebseiti- ges Übertragungsglied aufweisen. Ein solches Koppelelement hält bei hydraulisch betätigten Nockenwellenverstellem vorrangig die für den Startvorgang der Brennkraftmaschine erforderlichen Steuerzeiten aufrecht, da in diesem Betriebszustand noch kein ausreichender Hydraulikmitteldruck zur Versorgung des Nockenwellenverstellers zur Verfügung steht. Weitere Details und Ausführungen sind beispielsweise in dem Buch „Nockenwellenverstellungen für Ottomotoren" auf Seite 44 ff. beschrieben. Dieses Buch erschien im Jahr 2002 im Verlag Moderne Industrie.
Schließlich sind schaltbare Nockenwellen zu nennen, die über Nocken mit gegeneinander verstellbaren und mittels hydraulisch betätigter Koppelelemente miteinander verriegelbaren Nockensegmenten als Übertragungsglieder verfügen. Eine derartige Nockenwelle geht unter anderem aus der WO 2004/109068 A1 hervor.
Allen genannten Ventiltriebbauteilen liegt das Prinzip zugrunde, deren Übertragungsglieder betriebspunktabhängig durch Verlagerung der hydraulisch betätigten Koppelelemente entweder in Übertragungsrichtung formschlüssig miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Da der mit dem Schaltzustand der Koppelelemente veränderte Hub der Gaswechselventile einen erheblichen Einfluss auf das instationäre Motorbetriebsverhalten während dieser Schaltzu- standsänderung hat, werden an deren Reproduzierbarkeit höchste Anforderungen gestellt. So muss ein Umschaltvorgang von schaltbaren Nockenfolgern oder schaltbaren Nockenwellen auch bei höchsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine innerhalb der hubfreien Nockengrundkreisphase abgeschlossen sein, damit weder die thermodynamischen Prozesse während des Ladungswechsels und der Verbrennung beeinträchtigt werden noch die Gefahr einer unkontrollierten Fehlschaltung des Ventiltriebbauteils besteht. Unter einer solchen Fehlschaltung ist insbesondere ein unbeabsichtigtes Entriegeln der Übertragungsglieder während einer Erhebung des Gaswechselventils zu verstehen, welches in der Regel zu einem vorzeitigen Schließen des Gaswechselventils mit einer unkontrollierten und den Ventiltrieb mechanisch erheblich beanspruchenden Aufsetzgeschwindigkeit führt.
Der Erfolg und die Reproduzierbarkeit der Schaltzustandsänderung des Kop- pelelements hängen bekanntlich im wesentlichen von der Qualität des vorgeschalteten Hydrauliksystems und dessen Ansteuerung ab. Zu den Einflussfaktoren, die sich auf den Beginn, die Dauer und den Verlauf der Schaltzustandsänderung veränderlich auswirken, zählen unter anderem die Drehzahl und die Temperatur der Brennkraftmaschine, die Viskosität des Hydraulikmittels, der Verschleißzustand des Ventiltriebs sowie elektrische und mechanische Toleranzen der beteiligten Komponenten. Ein besonders bedeutsamer Einflussfaktor seitens des Hydrauliksystems ist jedoch die hydraulische Steifigkeit der Steuerdruckleitung zwischen dem Hydraulikventil und dem Koppelement, wel- che aufgrund von Gasblaseneinschlüssen infolge eines teilweisen Leerlaufens der Steuerdruckleitung oder einer betriebsbedingten Verschäumung des Hydraulikmittels erheblich beeinträchtigt wird.
Zu den bekannten Lösungsvorschlägen, die eine Entschärfung dieser Problematik durch Entlüften der Steuerdruckleitung zum Ziel haben, zählt unter anderem das in der US 4,537,164 offenbarte Hydraulikventil. Dieses verfügt über eine den Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss verbindende Spülbohrung, die bei druckentlasteter Steuerdruckleitung einen entlüftenden Spülstrom zu- lässt, ohne den Schaltzustand nachgeordneter Koppelelemente zu ändern. Weiterhin ist in der DE 101 19 366 A1 ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, bei welchem die Steuerdruckleitung über eine in der Nähe der Koppelelemente ausgebildete Drosselstelle zwischen einer nicht druckmodulierten Hydraulikmittelleitung und der Steuerdruckleitung entlüftet werden soll. Obwohl diese Lö- sungsvorschläge als Einzelmaßnahme bereits vorteilhaft anwendbar sind, ist deren Wirkungsweise dennoch in erheblichem Maße von der Viskosität des Hydraulikmittels abhängig. So ist es zur Vermeidung eines unzulässig hohen Hydraulikmitteldruckes in der Steuerdruckleitung bei kalter Brennkraftmaschine und hochviskosen Hydraulikmittel erforderlich, die Drosselstelle möglichst quer- schnittsarm auszubilden. Dies führt jedoch einerseits bei betriebswarmer Brennkraftmaschine und niedrigviskosem Hydraulikmittel zu einem für die Entlüftung unzureichenden Spüldruck in der Steuerdruckleitung und andererseits, je nach Ausbildung der Drosselstelle, zu deren erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Verstopfung durch Schmutzpartikel im Hydraulikmittel. Dieser Konflikt be- stünde auch im Falle von in die Steuerdruckleitung integrierten Entlüftungsdüsen, die darüber hinaus auch den Bauaufwand und die Herstellkosten der Brennkraftmaschine erheblich erhöhen würden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Entlüftung der Steuerdruckleitung zu schaffen, durch das einerseits die zuvor genannten Einschränkungen und Nachteile beseitigt sind und bei dem andererseits auf die Herstel- lung und Montage zusätzlicher Komponenten verzichtet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Hydraulikventil während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine elektrisch derart angesteuert wird, dass der Arbeitsanschluss und der Druckanschluss innerhalb eines oder mehrerer Kurzzeitintervalle bei unverändertem Schaltzustand des Koppelelements zur Erzeugung mindestens eines Druckstoßes in der Steuer- druckleitung vorübergehend miteinander verbunden werden. Dadurch, dass der Zeitpunkt, die Dauer und die Anzahl der Kurzzeitintervalle weitestgehend frei einstellbar sind, kann die Steuerdruckleitung unter Mitberücksichtigung der aktuellen Viskosität des Hydraulikmittels mittels der Druckstöße gleichbleibend wirksam entlüftet werden. Zudem erschöpft sich auch die Implementierung des Verfahrens in einer geeigneten Ansteuerung des Hydraulikventils, so dass die Erfindung vorteilhafterweise ohne oder zumindest ohne nennenswerte Zusatzkosten einsetzbar ist.
In zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung soll die Dauer jedes Kurzzeitinter- valls derart bemessen sein, dass der Hydraulikmitteldruck in der Steuerdruckleitung stets unterhalb eines Grenzdrucks zwischen den beiden Schaltzuständen des Koppelelements verbleibt. Obwohl es, wie nachfolgend erläutert, auch möglich ist, diesen Grenzdruck kurzzeitig zu überschreiten, ergibt sich durch einen Abstand des Hydraulikmitteldrucks vom schaltkritischen Grenzdruck ein beson- ders betriebssicheres Verfahren zur Entlüftung der Steuerdruckleitung.
Zu diesem Zweck kann es weiterhin vorgesehen sein, dass zur Ansteuerung des Hydraulikventils eine pulsweitenmodulierte Spannungssteuerung vorgesehen ist. Dadurch, dass in diesem Fall der Arbeitsanschluss und der Druckan- Schluss mehrmalig aufeinander folgend miteinander verbunden und voneinander getrennt werden, ist es möglich, den Hydraulikmitteldruck in der Steuerdruckleitung auch über einen vergleichsweise langen Zeitraum unterhalb des Grenzdrucks zu halten. Unter bestimmten Vorraussetzungen ist es dennoch auch möglich, dass der Hydraulikmitteldruck in der Steuerdruckleitung den Grenzdruck kurzzeitig überschreitet, ohne eine Schaltzustandsänderung des Koppelelements zu bewirken. Hierzu bedarf es jedoch einer exakten, in Bezug auf den Nockenwellen- oder Kurbelwellenwinkel getriggerten Ansteuerung des Hydraulikventils derart, dass die Schaltzustandsänderung genau während einer auf das Gaswechselventil einwirkenden Nockenerhebung stattfinden würde. Eine solche Schaltzustandsänderung wird jedoch dadurch ausgeschlossen, dass entweder im verriegelten Zustand des Ventiltriebbauteils das Koppelelement zwischen den Übertragungsgliedern verspannt ist oder dass im entriegel- ten Zustand des Ventiltriebbauteils die mit dem Koppelement zusammenwirkenden Ausnehmungen in den Übertragungsgliedern nicht miteinander fluchten. Während dieses alternative Verfahren aufgrund des höheren Druckniveaus des Druckstoßes eine noch wirksamere Entlüftung der Steuerdruckleitung verspricht, sind dessen Einsetzbarkeit aufgrund der erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit der zeitlichen Ansteuerung des Hydraulikventils Grenzen gesetzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Steuerdruckleitung zur Ansteuerung einer Vielzahl von schaltbaren Ventiltriebbauteilen dient, so dass das für die Triggerung des Hydraulikventils zur Verfügung stehende Zeitfenster auf die Größenordnung der sich aus mechanischen, elektrischen und hydraulischen Toleranzen ergebenden Unscharfe reduziert ist.
Als Hydraulikventil soll schließlich ein 3/2-Wegeschaltventil vorgesehen sein, welches einen mit einer Rücklaufleitung verbundenen Tankanschluss aufweist, der während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine zur Druckentlas- tung der Steuerdruckleitung mit dem Arbeitsanschluss verbunden ist. Gegenüber im Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen beispielsweise eine Reihenschaltung von zwei 2/2-Wegeschaltventilen vorgesehen ist, kann bei der Verwendung eines einzigen 3/2-Wegeschaltventils für das erfindungsgemäße Verfahren auf eine aufwändige Synchronisation mehrerer Schaltventile verzich- tet werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
Figur 1 ein Hydrauliksystem in schematischer Darstellung mit einem als schaltbarer Rollenstößel ausgebildeten Ventiltriebbauteil;
Figur 2 den Verlauf des Gasblasengehalts in der Steuerdruckleitung mit und ohne erfindungsgemäßes Verfahren;
Figur 3 den Druckverlauf beim Entlüften der Steuerdruckleitung ohne Überschreitung des Grenzdrucks und
Figur 4 den Druckverlauf beim Entlüften der Steuerdruckleitung mit Überschreitung des Grenzdrucks.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 offenbart in einer schematischen Darstellung ein Hydrauliksystem zur Versorgung eines schaltbaren Ventiltriebbauteils 1 , das hier als Rollenstößel 2 eines Stößelstangen-Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dargestellt ist ein elektromagnetisches Hydraulikventil 3 in Form eines 3/2- Wegeschaltventils 4 mit einem mit einer Druckmittelversorgung 5 verbundenen Druckanschluss P, einem mit einer Steuerdruckleitung 6 verbundenen Arbeits- anschluss A sowie einem mit einer Rücklaufleitung 7 verbundenen Tankan- schluss T. Druckseitig einer die Druckmittelversorgung 5 symbolisierenden Schmiermittelpumpe 8 der Brennkraftmaschine zweigt ein weiterer Hydraulik- kanal 9 ab, der zu einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung 10 des Rollenstößels 2 führt. Der Rollenstößel 2 weist mit einem in einem Gehäuse teleskopierbaren Innenteil zueinander bewegliche Übertragungsglieder 1 1 bzw. 12 auf, die mittels Koppelelementen 13 in Übertragungsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind. Dieser Schaltzustand der Koppelelemente 13 entspricht einer ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine, in der eine auf eine Nockenrolle 14 des Rollenstößels 2 einwirkende Nockenerhebung vollständig auf ein nicht dargestelltes Gaswechselventil übertragen wird. Ein davon abwei- chender Schaltzustand stellt sich dann ein, wenn die Koppelelemente 13 durch Hydraulikmitteldruck in der Steuerdruckleitung 6 außen beaufschlagt und gegen die Kraft einer Druckfeder 15 in das Innenteil 12 verlagert werden. Dieser Schaltzustand, bei dem die formschlüssige Verbindung des Gehäuses 1 1 zum Innenteil 12 aufgehoben ist, entspricht einer zweiten Betriebsart der Brenn- kraftmaschine. Die Übertragung der Nockenerhebung auf das Gaswechselventil ist dabei unterbrochen und das Gaswechselventil stillgelegt.
Das Hydraulikventil 3 befindet sich während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine in der dargestellten Schaltstellung, in welcher der Arbeitsan- Schluss A zur Druckentlastung der Steuerdruckleitung 6 mit dem Tankanschluss T verbunden ist. Hierbei kann es optional vorgesehen sein, die Steuerdruckleitung 6 mit einem -gepunktet dargestellten- Drosselkanal 16 mit dem Hydraulikkanal 9 zu verbinden, um mittels eines Spülstroms einen Mindestdruck in der Steuerdruckleitung 6 aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig kann in der Rücklauflei- tung 7 ein -ebenfalls gepunktet dargestelltes- Druckregelventil 17 zur Maximalbegrenzung des Mindestdruckes angeordnet sein. Dabei können sowohl der Drosselkanal 16 als auch das Druckregelventil 17 intern im Hydraulikventil 3 angeordnet sein.
Zur Umstellung auf die zweite Betriebsart der Brennkraftmaschine mit stillgelegtem Gaswechselventil wechselt das Hydraulikventil 3 infolge elektrischer Bestromung in seine zweite Schaltstellung, in der die Steuerdruckleitung 6 durch Verbinden des Arbeitsanschlusses A mit dem Druckanschluss P druckbeaufschlagt wird. Gleichzeitig wird die druckentlastende Verbindung der Steu- erdruckleitung 6 zum Tankanschluss T unterbrochen. Eine erneuter Wechsel in die erste Betriebsart der Brennkraftmaschine erfolgt durch Abschalten der Bestromung des Hydraulikventils 3, das dann wieder die dargestellte Schaltstellung einnimmt. Selbst dann, wenn der optionale Drosselkanal 16 sowie das optionale Druckregelventil 17 zur Aufrechterhaltung des Mindestdruckes in der Steuerdruckleitung 6 vorgesehen sind, kann ein allmähliches Ansammeln von Gasblasen in der Steuerdruckleitung 6 während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine nicht vollständig ausgeschlossen werden. Dies liegt im wesentlichen darin begründet, dass der Spülstrom durch den Drosselkanal 16 so zu begrenzen ist, dass auch bei kaltem und somit hochviskosem Hydraulikmittel die Entstehung eines unzulässig hohen Hydraulikmitteldrucks in der Steuerdruckleitung 6 sicher verhindert wird. Zu diesem Zweck muss der Drosselkanal 16 jedoch einen engen und insofern verschmutzungsempfindlichen Querschnitt aufweisen, so dass der bei betriebswarmem und somit niedrigviskosem Hydraulikmittel dann unter Umständen unzureichende Spülstrom ein teilweises Leerlaufen der Steuerdruckleitung 6 nicht verhindern kann.
Insbesondere in den Fällen, in denen auf den Drosselkanal 16 und das Druckregelventil 17 aus Gründen des verschmutzungsbedingten Ausfallrisikos und der Herstellkosten des Hydrauliksystems verzichtet wird, kann es in der druckentlasteten Steuerdruckleitung 6 zu einer verstärkten Ansammlung von Gasbla- sen kommen. Hierdurch wird die hydraulische Steifigkeit der Steuerdruckleitung 6 soweit beeinträchtigt, dass eine reproduzierbare Änderung des Schaltzustands der Koppelelemente 13 nicht mehr gewährleistet ist. Dies ist jedoch insbesondere dann von höchster Bedeutung, wenn das Ventiltriebbauteil 1 als schaltbarer Rollenstößel 2 gemäß Figur 1 ausgebildet ist und zur Zylinderab- Schaltung der Brennkraftmaschine mit vollständiger Stilllegung sowohl der Einlassventile als auch der Auslassventile eingesetzt wird. Denn für einen funktionierenden Ladungswechsel während des Ab- und Zuschaltens der Zylinder ist es wesentliche Vorraussetzung, dass stets die Auslassventile vor den Einlassventilen stillgelegt bzw. reaktiviert werden.
In Bezug auf das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 der zeitliche Verlauf eines volumethschen Befüllungsgrades V/Vmax der Steuerdrucklei- tung 6, wie er sich nach dem Wechsel von der zweiten in die erste Betriebsart der Brennkraftmaschine nach Abschalten der Bestromung i des Hydraulikventils 3 mit anschließender Druckentlastung der Steuerdruckleitung 6 einstellen kann, vereinfacht aufgetragen. Dabei ist unter dem Befüllungsgrad V/Vmax das Ver- hältnis des Hydraulikmittelvolumens in der Steuerdruckleitung 6 zu deren Volumen als Maß für den Gasblasengehalt oder die hydraulische Steifigkeit der Steuerdruckleitung 6 zu verstehen. Für den Fall, dass die gestrichelt dargestellte Bestromung i des Hydraulikventils 3 permanent abgeschaltet bliebe, würde der dann ebenfalls gestrichelt dargestellte Befüllungsgrad V/Vmax der allmählich leer laufenden Steuerdruckleitung 6 unter Zunahme des Gasblasengehalts kontinuierlich absinken. Gemäß der durchgezogen dargestellten Verläufe für Befüllungsgrad V/Vmax und Bestromung i wird dies jedoch dadurch verhindert, dass das Hydraulikventil 3 mehrfach zwischenbestromt wird, so dass der Arbeitsan- schluss A und der Druckanschluss P als Reaktion auf das Zwischenbestromen in Kurzzeitintervallen 18 jeweils vorübergehend miteinander verbunden werden.
Wie es aus unter Einbeziehung der nachfolgend beschriebenen Figuren 3 und 4 hervorgeht, werden dabei Druckstöße 19 erzeugt, durch welche die Gasblasen aus der Steuerdruckleitung 6 bei gleichzeitigem Anstieg des Befüllungsgrades V/Vmax teilweise oder vollständig verdrängt werden. Ausgehend von einem Hydraulikmitteldruck p in der Steuerdruckleitung 6 resultiert die damit einhergehende Erhöhung von deren hydraulischer Steifigkeit in einem steilen und für die Schaltzustandsänderung der Koppelelemente 13 vorteilhaften Druckgradienten dp, wie er sich nach erneuter Bestromung i des Hydraulikventils 3 beim Um- schalten in die zweite Betriebsart der Brennkraftmaschine einstellt. Als Referenz ist jeweils ein gestrichelt dargestellter Hydraulikmitteldruck p' aufgetragen, der mangels des erfindungsgemäßen Zwischenbestromens des Hydraulikventils 3 einen vergleichsweise flachen Druckgradienten dp' aufweist.
In den Diagrammen der Figuren 3 und 4 ist weiterhin ein Grenzdruck ps aufgetragen. Unter diesem Grenzdruck ps ist derjenige Hydraulikmitteldruck in der Steuerdruckleitung 6 zu verstehen, dessen Durchlaufen im stationären Fall zu einer Schaltzustandsänderung der Koppelelemente 13 führt. Die jeweilige Dauer der Kurzzeitintervalle 18 ist in Figur 3 so bemessen, dass die Druckstöße 19 stets unterhalb des Grenzdrucks ps verbleiben. Hierzu kann das Hydraulikventil
3 auf zweierlei Arten elektrisch angesteuert werden. Wie es anhand des ersten Kurzzeitintervalls 18 links im Diagramm veranschaulicht ist, kann die Ansteuerung einerseits mit einer ungeregelten Bestromung i erfolgen, die nach sehr kurzer Zeit wieder abgeschaltet wird. Zur Erzeugung eines länger andauernden Druckstoßes 19 besteht andererseits auch die Möglichkeit, die Bestromung ipwM mittels einer pulsweitenmodulierten Spannungssteuerung pulsieren zu lassen. Dies führt zu den im Diagramm rechts dargestellten Kurzzeitintervallen 18, bei denen der Hydraulikmitteldruck p in der Steuerdruckleitung 6 durch mehrmalig aufeinander folgendes Verbinden und Trennen des Arbeitsanschlusses A und des Druckanschlusses P ebenfalls unterhalb des Grenzdruckes ps verbleibt.
Im Gegensatz zu Figur 3 erfolgt die Bestromung i des Hydraulikventils 3 in Figur
4 derart, dass die Spitzendrücke der Druckstöße 19 den Grenzdruck ps überschreiten. Eine Änderung des Schaltzustands der Koppelelemente 13 wird jedoch dadurch verhindert, dass die elektrische Ansteuerung des Hydraulikventils 3 getriggert in Relation zum Nockenwellen- oder Kurbelwellenwinkel °CA der Brennkraftmaschine erfolgt. Dies sei mit dem unteren Diagrammteil der Figur 4 veranschaulicht, in denen die Gaswechselventile während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine noch öffnen und mit dem Wechsel in die zweite Betriebsart gemäß der gestrichelt dargestellten Hubverläufe stillgelegt werden. Die getriggerte Bestromung i des Hydraulikventils 3 erfolgt jeweils zu einem solchen Zeitpunkt, bei dem eine Schaltzustandsänderung der Koppelelemente 13 trotz der den Grenzdruck ps überschreitenden Druckspitze des Druckstoßes 19 ausgeschlossen ist. Voraussetzung hierfür ist es, dass die Druckspitze dann auf die Koppelelemente 13 einwirkt, wenn sich diese während der Erhebung des zugehörigen Gaswechselventils in verspanntem Zustand zwischen den Übertragungsgliedern 1 1 und 12 befinden, oder dass die Zeitspanne zwischen der Druckspitze und der darauf folgenden Erhebung des Gaswechselventils kleiner als die für die Änderung des Schaltzustands benötigte Reaktionszeit der Koppelelemente 13 auf die Druckspitze ist.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung unabhängig von der Schaltcharakteristik des Koppelelements einsetzbar ist. Zum einen kann das Koppelelement die Übertragungsglieder des Ventiltriebbauteils bei druckentlasteter Steuerdruckleitung verbinden, während eine Druckbeaufschlagung der Steuerdruckleitung zu einer Trennung der Übertragungsglieder führt. Dies ist bei dem Rollenstößel gemäß Figur 1 der Fall. Zum anderen sind auch schaltbare Ventiltriebbauteile bekannt, deren Übertragungsglieder bei druckentlasteter Steuerdruckleitung voneinander getrennt und bei Druckbeaufschlagung der Steuerdruckleitung miteinander verbunden sind.
Außerdem kann das Hydraulikventil alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten auch so ausgebildet sein, dass der Arbeitsanschluss A im nicht bestromten Zustand des Hydraulikventils mit dem Druckanschluss P verbunden und im bestromten Zustand von dem Druckanschluss P getrennt ist.
Liste der Bezugszeichen
1 Ventiltriebbauteil
2 Rollenstößel
3 Hydraulikventil
4 3/2-Wegeschaltventil
5 Druckmittelversorgung
6 Steuerdruckleitung
7 Rücklaufleitung
8 Schmiermittelpumpe
9 Hydraulikkanal
10 Ventilspielausgleichsvorrichtung
11 Übertragungsglied
12 Übertragungsglied
13 Koppelelement
14 Nockenrolle
15 Druckfeder
16 Drosselkanal
17 Druckregelventil
18 Kurzzeitintervall
19 Druckstoß
P Druckanschluss
A Arbeitsanschluss
T Tankanschluss v/vr nax Befüllungsgrad i Bestromung p.p1 Hydraulikmitteldruck dp,dp' Druckgradient
Ps Grenzdruck
0CA Nockenwellen- oder Kurbelwellenwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entlüftung einer Steuerdruckleitung (6) zwischen einem hydraulisch betätigten Koppelelement (13) eines schaltbaren Ventiltriebbauteils (1 ), das zur variablen Übertragung eines von einer oder mehreren Nockenerhebungen erzeugten Hubes auf wenigstens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine dient, und einem elektromagnetischen Hydraulikventil (3), das einen mit einer Druckmittelversorgung (5) verbunde- nen Druckanschluss (P) und einen mit der Steuerdruckleitung (6) verbundenen Arbeitsanschluss (A) aufweist sowie den Druckanschluss (P) und den Arbeitsanschluss (A) während einer ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine zumindest nahezu vollständig voneinander trennt und während einer zweiten Betriebsart der Brennkraftmaschine miteinander ver- bindet, so dass das Koppelelement (13) einen der jeweiligen Betriebsart entsprechenden Schaltzustand einnimmt, in welchem zueinander bewegliche Übertragungsglieder (1 1 , 12) des Ventiltriebbauteils (1 ) entweder voneinander getrennt oder mittels des Koppelelements (13) in Übertragungsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Hydraulikventil (3) während der ersten Betriebsart der
Brennkraftmaschine elektrisch derart angesteuert wird, dass der Arbeitsanschluss (A) und der Druckanschluss (P) innerhalb eines oder mehrerer Kurzzeitintervalle (18) bei unverändertem Schaltzustand des Koppelelements (13) zur Erzeugung mindestens eines Druckstoßes (19) in der Steuerdruckleitung (6) vorübergehend miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer jedes Kurzzeitintervalls (18) derart bemessen ist, dass der Hydraulikmitteldruck (p) in der Steuerdruckleitung (6) während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine stets unterhalb eines Grenzdrucks (ps) zwischen den beiden Schaltzuständen des Koppelelements (13) verbleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des Hydraulikventils (3) eine pulsweiten modulierte Spannungssteuerung vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikventil (3) ein 3/2-Wegeschaltventil (4) vorgesehen ist, welches einen mit einer Rücklaufleitung (7) verbundenen Tankanschluss (T) aufweist, der während der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine zur Druckentlastung der Steuerdruckleitung (6) mit dem Arbeitsanschluss (A) verbunden ist.
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