DE10219786A1

DE10219786A1 - Druckversorgungseinrichtung für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10219786A1
Application number: DE10219786A
Authority: DE
Inventors: Udo Diehl; Karsten Mischker; Bernd Rosenau; Juergen Schiemann; Simon Kieser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-13
Also published as: US20040211378A1; EP1504173A1; WO2003093655A1

Abstract

Es wird eine Druckversorgungseinrichtung für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen angegeben, die ein Fluidreservoir (12), einen Fluidausgang (11) zum Anschließen der Ventilsteuerung und eine Hochdruckpumpe aufweist, die Fluid aus dem Fluidreservoir (12) entnimmt und unter Hochdruck zu dem Fluidausgang (11) fördert. Zur Erzielung eines hohen Pumpenwirkungsgrads und einer hohen Systemdynamik ist die Hochdruckpumpe als Konstantpumpe (14) mit einem Pumpenein- und einem Pumpenauslaß (141, 142) ausgebildet und der Pumpenauslaß (142) mittels eines Umschaltventils (19) wechselweise an den Fluidausgang (11) und unter Absperrung des Fluidausgangs (11) an das Fluidreservoir (12) anschließbar (Fig. 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Druckversorgungseinrichtung für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Druckversorgungseinrichtung dieser Art (DE 198 26 047 A1) ist die Hochdruckpumpe als eine druck- oder saugseitig geregelte Verstellpumpe ausgebildet, die einen variablen Druck und einen variablen Volumenstrom liefert. Die Verstellpumpe liegt mit ihrem Pumpeneinlaß direkt an dem Fluidreservoir und ist mit ihrem Pumpenauslaß über ein Rückschlagventil mit zum Pumpenauslaß weisender Sperrichtung mit dem Fluidausgang der Druckversorgungseinrichtung verbunden, an dem ein der Energiespeicherung und Druckpulsationsdämpfung dienender Hochdruckspeicher angeschlossen ist. Über den Fluidausgang wird die elektrohydraulische Ventilsteuerung mit unter Hochdruck stehendem Fluid versorgt, wobei die an dem Fluidausgang angeschlossene Verteilerleitung oder Rail als Hochdruckkreis der elektrohydraulischen Ventilsteuerung bezeichnet wird. Die elektrohydraulische Ventilsteuerung weist pro zu steuerndem Ventil einen hydraulischen Aktor oder Ventilsteller auf, der einen Stellkolben zur Ventilbetätigung sowie zwei auf den Stellkolben wirkende, fluidgefüllte Arbeitsräume aufweist. Alle Ventilsteller sind an der unter Hochdruck stehenden Verteilerleitung oder Rail in der Weise angeschlossen, daß jeweils der in Ventilschließrichtung auf eine kleinere Wirkfläche des Stellkolbens wirkende, unter Arbeitsraum unmittelbar und der in Ventilöffnungsrichtung auf eine größere Wirkfläche des Stellkolbens wirkende, obere Arbeitsraum über ein erstes elektromagnetisches Steuerventil an der Rail liegt. Der obere Arbeitsraum eines jeden Ventilstellers ist zusätzlich über ein zweites elektronisches Steuerventil noch an einer zweiten, eine Rückführleitung bildenden Rail angeschlossen, die zum Fluidreservoir führt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Druckversorgungseinrichtung für die elektrohydraulische Ventilsteuerung von Gaswechselventilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Kombination von Konstantpumpe und Umschaltventil zwischen Hochdruckkreis und drucklosem Umlauf der sehr gute Wirkungsgrad der kostengünstigen Konstantpumpe genutzt werden kann und einer verbrauchsorientierte Kopplung zwischen Fluidnutz- und -umlaufstrom möglich ist, so daß der Druckverlauf in der an dem Fluidausgang der Druckversorgungseinrichtung angeschlossenen Hochdruck-Rail zu den elektrohydraulischen Ventilstellern direkt beeinflußt werden kann. Beispielsweise kann eine Pulsationsglättung des Drucks durch gezielte Überlagerung von Förderung von Fluid in einen an dem Fluidausgang angeschlossenen Hochdruckspeicher und Entnahme von Fluid aus dem Hochdruckspeicher durch die Ventilsteller herbeigeführt werden. Die Umschaltung zwischen Fördermenge Null und Vollförderung erfolgt, insbesondere bei Auslegung des Umschaltventils als elektrisch gesteuertes Magnetventil, außerordentlich schnell im Millisekunden- Bereich, so daß eine sehr hohe Systemdynamik erreicht wird. Die Umschaltung des Umschaltventils kann verbrauchs-, zeit- und/oder kurbelwinkelsynchron vorgenommen werden. Durch die Umschaltung der Konstantpumpe auf drucklosem Umlauf bei Förderpause wird auch eine ständige Kühlung und Schmierung der Konstantpumpe durch das Fluid sichergestellt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Druckversorgungseinrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Konstantpumpe selbstansaugend ausgebildet und liegt mit ihrem Pumpeneinlaß an dem Fluidreservoir. Alternativ kann dem Pumpeneinlaß der Konstantpumpe eine Fluid aus dem Fluidreservoir ansaugende Vorförderpumpe vorgeschaltet sein. Als Vorförderpumpe kann vorteilhaft die Ölpumpe der Brennkraftmaschine herangezogen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung setzt sich das Umschaltventil aus einem 2/2-Wegemagnetventil und einem Rückschlagventil zusammen. Das Rückschlagventil ist in einem Bypaß angeordnet, der den Pumpenauslaß der Konstantpumpe mit dem Fluidreservoir verbindet. Das Rückschlagventil ist mit zum Pumpenauslaß weisender Sperrrichtung eingangsseitig an dem Pumpenauslaß, an dem auch der Bypaß abzweigt, und ausgangsseitig an dem Fluidausgang angeschlossen und sperrt bei drucklosem Umlauf des Fluids den Hochdruckkreis gegenüber dem Bypaß und der Hochdruckpumpe ab.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Umschaltventil als 3/2-Wegemagnetventil ausgebildet, von dessen drei Ventilanschlüssen ein Ventilausgang mit dem den Hochdruck für die Ventilsteuerung zur Verfügung stellenden Fluidausgang der Druckversorgungseinrichtung und ein Ventilausgang mit dem Fluidreservoir verbunden ist und ein wechselweise auf die Ventilausgänge aufschaltbarer Ventileingang an dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe liegt, so daß je nach Schaltstellung des Magnetventils der Hochdruckkreis gegenüber der Hochdruckpumpe abgesperrt oder mit dieser verbunden ist.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Druckversorgungseinrichtung für die Ventilsteuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Druckversorgungseinrichtung dient zur Fluidversorgung einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine. Eine solche Ventilsteuerung ist beispielsweise in der DB 198 26 047 A1 beschrieben. Zur Druckversorgung ist die Ventilsteuerung über eine sog. Rail, die Fluid, vorzugsweise Hydrauliköl, zu allen Ventilstellern der Ventilsteuerung führt, an einem Fluidausgang 11 der Druckversorgungseinrichtung angeschlossen.
Die Druckversorgungseinrichtung weist ein Fluidreservoir 12, eine Vorförderpumpe 13, eine Konstantpumpe 14 und einen Hochdruckspeicher 15 auf, der unmittelbar an dem Fluidausgang 11 angeschlossen ist. Der Fluidausgang 11 ist über ein Druckbegrenzungsventil 16, das auf maximal zulässigem Hochdruck im Hochdruckspeicher 15 eingestellt ist, mit einer zum Fluidreservoir 12 führenden Rücklaufleitung 17 verbunden. In der Rücklaufleitung 17 ist noch eine Drossel 18 angeordnet. Die Vorförderpumpe 13 liegt ansaugseitig an dem Fluidreservoir 12 und ist mit ihrem Pumpenauslaß einerseits an dem Pumpeneinlaß der Konstantpumpe 14 und andererseits an der Rücklaufleitung 17 vor der Drossel 18 angeschlossen. Die Konstantpumpe 14 ist mit ihrem Pumpenauslaß über ein Umschaltventil 19 mit dem Hochdruckspeicher 15 bzw. dem Fluidausgang 11 verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Umschaltventil als 3/2-Wegemagnetventil 20 mit Federrückstellung ausgebildet, das von einem elektronischen Steuergerät 21 in Abhängigkeit von dem am Fluidausgang 11 bzw. im Hochdruckspeicher 15 herrschenden Fluiddruck gesteuert wird. Der Fluiddruck wird mittels eines als Druckmesser 22 ausgebildeten Sensors erfaßt. Das 3/2- Wegemagnetventil 20 weist einen an den Pumpenauslaß der Konstantpumpe 14 angeschlossenen Ventileingang 201 und zwei Ventilausgänge 202, 203 auf, auf die der Ventileingang 201 je nach Schaltstellung wechselweise aufschaltbar ist. Der Ventilausgang 202 ist mit dem Fluidausgang 11 und dem Hochdruckspeicher 15 und der Ventilausgang 203 mit der Rücklaufleitung 17 auf der Eingangsseite der Drossel 18 verbunden.
Befindet sich das 3/2-Wegemagnetventil 20 in der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung, so wird der Hochdruckspeicher 15 gespannt, d. h. die Konstantpumpe 14 fördert Fluid in den Hochdruckspeicher 15, bis der von dem Druckbegrenzungsventil 16 eingestellte Maximaldruck im Hochdruckspeicher 15 und am Fluidausgang 11 erreicht ist. Wird das 3/2-Wegemagnetventil 20 von dem Steuergerät 21 in seine andere Schaltstellung überführt, so werden Fluidausgang 11 und Hochdruckspeicher 15 gegenüber der Konstantpumpe 14 abgesperrt, und der Pumpenauslaß der Konstantpumpe 14 wird an die Rücklaufleitung 17 gelegt. Dadurch erfolgt ein nahezu druckloser Umlauf des Fluids, und es wird nur soviel Energie benötigt, wie zur Überwindung von Reibung notwendig ist. Der Betriebszustand, daß im Hochdruckzweig der Ventilsteuerung, also an dem Fluidausgang 11, keine Fluidmenge benötigt wird, tritt im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine ständig auf, da die Konstantpumpe 14 für den Vollastbedarf ausgelegt ist und so in weiten Bereichen des Betriebskennfelds, in denen immer nur kleine Mengen in die Rail nachgefördert werden muß, für den hier auftretenden Verbrauch überdimensioniert ist. Besteht ein erhöhter Bedarf von Fluidmenge, z. B. infolge der Entnahme von Fluid durch die Ventilsteller oder infolge einer notwendigen Druckerhöhung im Hochdruckspeicher 15 durch eine Betriebspunktänderung der Brennkraftmaschine, so wird über das Steuergerät 21 das 3/2-Wegemagnetventil 20 wieder in seine in Fig. 1 dargestellte Schaltstellung zurückgesetzt. Die Konstantpumpe 14 fördert nunmehr Fluid über den Fluidausgang 11 gegen den Systemdruck in der Ventilsteuerung 21 in die Rail. Die Leistungsaufnahme der Konstantpumpe 14 ist dann proportional dem Produkt aus Druck und Volumenstrom des Fluids.
Die in Fig. 2 im Schaltbild dargestellte Druckversorgungseinrichtung ist lediglich in Hinblick auf die Ausbildung des Umschaltventils 19 modifiziert. Die übrigen Bauteile stimmen mit denen in Fig. 1 überein und sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei der Druckversorgungseinrichtung gemäß Fig. 2 weist das Umschaltventil 19 ein 2/2-Wegemagnetventil 23 mit Federrückstellung sowie ein Rückschlagventil 24 auf. Das 2/2- Wegemagnetventil 23 besitzt einen Ventileingang 231 und einen Ventilausgang 232, die je nach Schaltstellung des 2/2- Wegemagnetventils 23 miteinander verbunden oder gegeneinander abgesperrt sind. Der Ventileingang 231 ist mit dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe 14 und der Ventilausgang 232 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden, so daß das 2/2- Wegemagnetventil 23 in einem Fluidausgang 11 und Hochdruckspeicher 15 umgehenden Bypaß 24 liegt und diesen wechselweise öffnet oder absperrt. Das Rückschlagventil 24 ist zwischen dem Pumpenauslaß der Konstantpumpe 14 und dem Fluidausgang 11 bzw. Hochdruckspeicher 15 mit zum Fluidausgang 11 bzw. Hochdruckspeicher 15 weisender Durchlaßrichtung angeordnet.
Befindet sich das 2/2-Wegemagnetventil 23 in seiner in Fig. 2 dargestellten Schaltstellung, so ist der Bypaß 25 gesperrt und die Konstantpumpe 15 fördert Fluid in den Hochdruckspeicher 15. Der maximale Druck, der an dem Fluidausgang 11 ansteht, wird wiederum durch das Druckbegrenzungsventil 16 festgelegt. Wird das 2/2- Wegemagnetventil 23 gegen die Rückstellkraft seiner Rückstellfeder in die andere Schaltstellung umgeschaltet, so ist über den Bypaß 25 der Pumpenauslaß der Konstantpumpe 14 an die Rücklaufleitung 17 angeschlossen und Fluid wird im drucklosem Umlauf aus dem Fluidreservoir 12 angesaugt und wieder zum Fluidreservoir 12 zurückgefördert. Das Rückschlagventil 24 sorgt dafür, daß der Druck im Hochdruckspeicher 15 bzw. am Fluidausgang 11 nicht durch den geöffneten Bypaß 25 zusammenbricht.
Eine Modifikation der Druckversorgungseinrichtung sieht vor, anstelle der in der Rücklaufleitung 17 angeordneten Drossel 18 ein Druckbegrenzungsventil 26 oder ein Rückschlagventil 27 mit definiertem Öffnungsdruck einzusetzen, wie dies in Fig. 1 und 2 durch die neben der Drossel 18 dargestellten Bauteile 26, 27 symbolisiert ist. Hierdurch kann man einen konstanten Zulaufdruck zur Vorförderpumpe 13 sicherstellen und Kavitationen bei der Absteuerung des Pumpenauslasses der Konstantpumpe 14 durch Öffnen des Umschaltventils 19 vermeiden.
Gemäß einer weiteren Abänderung der beschriebenen Druckversorgungseinrichtung ist die Konstantpumpe 14 selbstaussaugend ausgebildet und mit ihrem Pumpeinlaß unmittelbar an dem Fluidreservoir 12 angeschlossen, so daß die Vorförderpumpe eingespart werden kann.

Claims

1. Druckversorgungseinrichtung für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen, mit einem Fluidreservoir (12), mit einem unter Hochdruck stehenden Fluidausgang (11) zum Anschließen einer Verteilerleitung (Rail) der Ventilsteuerung und mit einer Fluid aus dem Fluidreservoir (12) fördernden und auf Hochdruck spannenden Hochdruckpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe als Konstantpumpe (14) mit einem Pumpenein- und einem Pumpenauslaß (141, 142) ausgebildet und der Pumpenauslaß (142) mittels eines Umschaltventils (19) wechselweise an den Fluidausgang (11) anschließbar und unter Absperrung des Fluidausgangs (11) mit dem Fluidreservoir (12) verbindbar ist.

2. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantpumpe (14) selbstansaugend ausgebildet ist und mit ihrem Pumpeneinlaß (141) an dem Fluidreservoir (12) liegt.

3. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Pumpeneinlaß (141) der Konstantpumpe (14) eine Fluid aus dem Fluidreservoir (12) ansaugende Vorförderpumpe (13) angeschlossen ist.

4. Druckversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (19) ein 2/2-Wegeventil (23), das in einem den Pumpenauslaß (142) mit dem Fluidreservoir (12) verbindenden Bypaß (25) angeordnet ist, und ein einerseits an dem Pumpenauslaß (142) und andererseits an dem Fluidausgang (11) angeschlossenes Rückschlagventil (24) mit zum Pumpenauslaß (142) weisender Sperrichtung umfaßt.

5. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das 2/2-Wegeventil (23) ein Magnetventil mit Federrückstellung ist.

6. Druckversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (19) als 3/2-Wegeventil (20) mit zwei Ventilausgängen (202, 203) und einem wechselweise auf die Ventilausgänge (202, 203) aufschaltbaren Ventileingang (201) ausgebildet ist und daß der Ventileingang (201) an dem Pumpenauslaß (142) der Konstantpumpe (14) liegt und von den Ventilausgängen (202, 203) einer mit dem Fluidausgang (11) und einer mit dem Fluidreservoir (12) verbunden ist.

7. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (20) ein Magnetventil mit Federrückstellung ist.

8. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (23, 20) an einem elektronischen Steuergerät (21) angeschlossen ist, das mit einem den Druck am Fluidausgang erfassenden Sensor (22) verbunden ist und abhängig von dem Über- oder Unterschreiten einer Druckschwelle das Magnetventil (23, 20) schaltet.

9. Druckversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidausgang (11) über ein Druckbegrenzungsventil (16) an einer zu dem Fluidreservoir (12) führenden Rücklaufleitung (17) angeschlossen ist.

10. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Umschaltventils (19) zum Fluidreservoir (12) auf der mit der Rücklaufleitung (17) verbundenen Ausgangsseite des Druckbegrenzungsventils (16) hergestellt ist.

11. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (17) eine Drossel (18) angeordnet ist.

12. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (17) ein Druckbegrenzungsventil (26) angeordnet ist.

13. Druckversorgungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (17) ein Rückschlagventil (27) mit definiertem Öffnungsdruck angeordnet ist.

14. Druckversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Fluidausgang (11) ein Hochdruckspeicher (15) verbunden ist.