Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Ein- und Auslass- ventilen bei Brennkraftmaschinen durch Flüssigkeit, die unter Druck und intermittierend gesteuert für jedes Ventil die Stirn fläche eines mindestens mittelbar auf den Ventilschaft wirken der.
Arbeitskolbens in Öffnungsrichtung des Ventils entgegen der Kraft einer Schliessfeder beaufschlagt, wobei die Flüssig keit weitgehend kontinuierlich zugeführt wird, und die inter- mittierende Steuerung durch ein Magnetventil erfolgt und zur Änderung des Ventilhubes das zur Wirkung kommende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der Last der Brennkraftmaschine änderbar ist.
Für das Starten und Warmlaufen des Motors wird bekannt lich eine sogenannte Kraftstoffmehrmenge eingegeben, wobei die Verbrennungsluft weit über das stöchiometrisch notwen dige :Mass hinaus mit Kraftstoff angereichert wird. Dies ist erforderlich, weil bei kaltem Motor einerseits eine erhöhte Motorreibung besteht und andererseits die Verbrennungsluft mit relativ niedriger Geschwindigkeit in den Motorzylinder eintritt und dadurch eine mangelhafte Gemischbildung und Aufbereitung des Kraftstoffes bewirkt und weil bei Warmstart des Motors der Kraftstoff in der vorhergehenden Stillstandzeit im Saugrohr ausgedampft ist.
Die Folge davon ist, dass für diese Betriebszustände in den Abgasen unzulässig hohe Anteile an Schadstoffen wie CO und CH enthalten sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oben genannte Steuerung derart weiterzuentwickeln, dass auch in diesen Betriebszuständen eine gute Kraftstoffaufbereitung erfolgt, d. h. die durch die tiefen Lufttemperaturen verursachte man gelhafte Kraftstoffverdampfung kompensiert wird durch feine res Aufspalten der Kraftstofftröpfchen bei gleichzeitig guter Durchmischung mit der Luft oder der bei warmem Motor im Saugrohr vorgelagerte Kraftstoffdampf schneller und turbulen ter in den Motorzylinder gesaugt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das zur Wirkung kom mende Arbeitsvermögen der Flüssigkeit mittels eines thermo- statischen Steuerelements in Abhängigkeit der Motortempera tur änderbar ist, so dass bei kaltem Motor der Öffnungshub des Ventils kleiner ist als bei warmem und insbesondere bei heissem Motor. Hierdurch wird erreicht, dass beim kalten :Motor bis zu einer bestimmten Temperatur, die höher ist als die Warmstarttemperatur, eine hohe Einströmgeschwindigkeit besteht, so dass die Kraftstofftropfen feiner aufgeteilt werden.
Ausserdem wird aufgrund der hohen Luftgeschwindigkeit am Ventildurchgang eine turbulente Strömung erreicht, die eine gute Gemischbildung garantiert. Diese Turbulenz bleibt im Motorzylinder auch während des Verdichtungshubs erhalten, so dass weniger Kondensatbildung und damit weniger Schmier ölverdünnung eintritt. Aufgrund dieser Vorteile kann auf eine Kraftstoffmehrmenge bei kaltem Motor verzichtet werden. Um trotzdem noch die erforderliche Zusatzluftmenge für den Warmlauf zu erhalten, wird die Öffnungszeit des Einlassventils entsprechend verlängert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Arbeitsvermögen in Abhängigkeit von der Ausgangsgrösse eines vom thermostatischen Steuerelement beeinflussbaren elektronischen Steuergerätes änderbar. Hier wird durch Änder ung der Förderleistung bzw. des Drucks der die Flüssigkeit fördernden Pumpe das Arbeitsvermögen der Flüssigkeit, die nach Aufsteuerung des Magnetventils den Arbeitskolben des Ein- oder Auslassventils beaufschlagt, geändert.
Diese Lei stungsänderung ist besonders einfach mit diesem elektroni schen Steuergerät erreichbar, da hier ohne grossen Aufwand an mechanischen Teilen die einzelnen Istwerte wie Druck der Flüssigkeit, Stellung des Gas- oder Bremspedals, Motordreh zahl und insbesondere hier die Motortemperatur sowie son stige Motorkenngrössen für eine Sollwertstellung ausgewertet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung zur Steuerung von Ein- und Auslass- ventilen im Schnitt, Fig. 2 ein Schaltbild des elektronischen Reglers und Fig. 3 ein Schaubild des Ventilöffnungszeitquerschnitts. In einem nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine arbeitet ein Ein- oder Auslassventil 2, das mit seinem Ventilschaft 3 in einer Büchse 4 axial verschiebbar geführt ist. Am einen Ende des Ventilschaftes ist ein Federtel ler 5 angeordnet.
Zwischen Federteller 5 und Kopf 1 ist eine Schliessfeder 6 eingespannt. An dem Kopf 1 ist eine Konsole 7 befestigt, die ein Magnetventil 8 und einen hydraulisch betätig ten Arbeitskolben 9 aufnimmt. Der Arbeitskolben 9 ist in einer an die Konsole 7 geschraubten Buchse 10 möglichst dicht und axial verschiebbar geführt. Die eine Stirnseite des Arbeits kolbens 9 ist während der Ventilbewegung mit dem Ventil schaft 3 in kraftschlüssiger Verbindung. Das andere Ende des Arbeitskolbens 9 taucht in einen Raum 11 ein, der zum Magnetventil 8 hin offen ist. Aus einem Flüssigkeitsbehälter 13 wird dem Magnetventil 8 mittels einer Druckförderpumpe 14 durch eine Leitung 15 Flüssigkeit, die Kraftstoff sein kann, unter Druck z. B. 100 atü zugeführt.
Von der Leitung 15 zweigt stromabwärts der Pumpe 14 eine Leitung 16 ab, in die ein Drucksteuerventil 17 (Druckbegrenzungsventil) geschaltet ist und die zurück zum Behälter 13 führt.
Ausserdem zweigen von der Leitung 15 Leitungen 18 ab, die zu den nicht dargestellten Ventilsteuereinheiten der Brenn- kraftmaschine führen und durch die gleiche Druckförder- pumpe 14 versorgt werden.
Der Kraftstoff gelangt über ein Anschlussteil 19 in eine Bohrung 20, die in einen Steuerraum 21 des Magnetventils 8 mündet. Die Mündung der Bohrung 20 wird durch eine Kugel 22 gesteuert, die im Steuerraum 21 beweglich angeordnet ist. Vom Steuerraum 21 führt eine Bohrung 23 zu dem Raum 11, der den Arbeitskolben 9 aufnimmt. Weiterhin zweigt vom Steuerraum 21 eine Bohrung 24 ab, von der ein Entlastungs kanal 25 und daran anschliessend eine Rücklaufleitung 26 zum Behälter 13 führt. Die Öffnung des Steuerraums 21 zur Boh rung 24 ist ebenfalls als Ventilsitz für die Kugel 22 ausgebildet. Die Kugel 22 wird durch eine Feder 27 in einer Lage gehalten, in der sie die Bohrung 20 schliesst, wobei zwischen Feder 27 und Kugel 22 ein Anker 28 (mit Dorn 18 ) eines Elektroma gneten angeordnet ist.
Steuerraum 21, Bohrung 24 und Anker 28 sind in einem Ventileinsatz 29 gelagert, der im Gehäuse der Konsole 7 ange ordnet ist und durch das Gehäuse 30 des Elektromagneten in seiner Einbaulage gehalten wird. Der die Feder 27 aufneh mende Raum im Elektromagneten sowie die Bohrung 20 am Eingang des Magnetventils sind durch einen Kanal 31 mitein ander verbunden, so dass in beiden Räumen der gleiche Druck herrscht. Weiterhin ist der Durchmesser des Ankers 28 im Bereich seiner Dichtung in der Bohrung 24 gleich dem Durch messer der beiden Ventilsitze der Kugel 22.
Solange also die Kugel 22 die in der Fig. 1 dargestellte Lage einnimmt, ist die an ihr in Offnungsrichtung aufgrund des in der Bohrung 20 herrschenden Drucks wirkende Kraft gleich der in Schliessrich tung der Kugel über den Anker wirkenden Kraft. Zusätzlich wirkt noch die Feder 27 in Schliessrichtung, so dass die Kugel 22 auf ihrem Sitz verharrt. Sobald die Spule 33 des Elektroma gneten erregt wird, z. B. durch ein elektronisches Steuergerät, wird die Kraft der Feder 27 überwunden und Anker 28 ver schoben. Durch den über die Bohrung 20 nachströmenden Kraftstoff wird die Kugel auf den gegenüberliegenden Sitz gepresst, dabei die Bohrung 24 verschliessend, so dass der unter Druck zugeführte Kraftstoff über die Bohrung 23 in den Raum 11 gelangen kann.
Hierdurch wird der Arbeitskolben 9 verschoben, was ein Öffnen des Ventils 2 zur Folge hat. Sobald die Spule 33 abgeschaltet wird, wird durch die Feder 27, Anker 28 und Kugel 22 zurückgeschoben, bis wiederum die Bohrung 20 gesperrt ist. Durch das Öffnen der Bohrung 24 kann die Flüssigkeit aus dem Raum 11 über die Bohrung 24, den Kanal 25 und von dort über die Rücklaufleitung 26 in den Behälter 13 gelangen, was ein Schliessen des Ventils 2 zur Folge hat.
Die Verstellbewegung des Arbeitskolbens 9 kann gegen Ende des jeweiligen Hubes hydraulisch gebremst werden. Hierfür ist am Mantel des Arbeitskolbens 9 ein Bund 34 ange ordnet, der zur Dämpfung der Stellbewegung jeweils in Aus- nehmungen 35, 35 taucht, die nahezu den gleichen Durchmes ser haben wie der Bund. Sobald der Bund 34 in eine der Ausnehmungen 35, 35 taucht, verdrängt er die in der Ausneh- mung befindliche Flüssigkeit durch den zwischen ihm und der Wandung der Ausnehmung gebildeten radialen Drosselspalt, was eine Dämpfung zur Folge hat.
Die Leistung der Förderpumpe 14 ist mittels einer Stellvor richtung 37 änderbar. Diese Stellvorrichtung 37 kann ein hydraulischer Stellkolben, es kann aber auch ein elektrischer Stellmotor oder sonst eine Stellvorrichtung sein. Diese Stell vorrichtung 37 erhält ihre Steuergrösse von einem elektroni schen Steuergerät 38. Dieses elektronische Steuergerät 38 verwertet die Isteingaben, insbesondere der Motorkenngrössen, z. B. der Stellung des Gaspedals 40 oder des Bremspedals, des Drucks der Flüssigkeit im Stellsystem, die über eine Leitung 41 zugeführt wird, sowie der Motortemperatur zu einem Soll wert für die Pumpenleistung, der dann in die Stellvorrichtung 37 eingegeben wird.
Der Öffnungshub des Ventils 2 ist dadurch bestimmt, dass je nach Druck der Flüssigkeit, d. h. je nach Leistung der Pumpe 14 das Ventil nur so weit verschoben wird, bis durch die damit bedingte Änderung der Kraft der Schliessfeder 6 des Ventils und in Abhängigkeit von dem Querschnitt des Kolbens 9 ein Kräftegleichgewicht erreicht ist. Unabhängig davon kann durch das möglicherweise gleiche elektronische Steuergerät die Öffnungszeit oder Schliesszeit sowie der Öffnungs- oder Schliessbeginn des Ventils 2 durch das Magnetventil bestimmt werden.
Die Motortemperatur wird mittels eines thermostatischen Gliedes 43 - hier in Form eines Dehnstoffreglers dargestellt gemessen, das in das Gehäuse 44 des Motors eingebaut ist. Ein Stellstift 45 des Dehnstoffreglers 43 wirkt auf eine Stellvor richtung 46, deren elektrische Ausgangsgrösse dem Regelgerät 38 zugeführt wird und sich entsprechend mit der Temperatur ändert.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines möglichen Aufbaues des Steuergeräts 38. Das Steuergerät 38 enthält dabei einen Reg ler 38R und einen Umformer 38F im Rückführungskreis zum Regler 38R. Der Regler 38R ist im einfachsten Fall als Ver stärker ausgebildet, dessen Ausgangsgrösse das elektromagne- tisch arbeitende Mengenstellwerk 37 der Pumpe 14 ansteuert.
Damit der Ausgangsdruck der Pumpe 14 den durch das Fahr pedal 40 vorgegebenen Wert genau einhält, bildet der Rück führungskreis 41 mit dem Umformer 38F einen geschlossenen Druckregelkreis. Der Umformer 38F erzeugt aus der am Aus gang der Pumpe 14 vorhandenen Druckgrösse eine elektrische Grösse, die mit der als Steuergrösse wirkenden Ausgangs- grösse des Fahrpedales 40 vergleichbar ist. Die von der Tem peratur abhängige, durch die Stellvorrichtung 46 erzeugte elektrische Grösse beeinflusst den Regler 38R in der Weise, dass bei zunehmender Temperatur die Förderleistung der Pumpe auch zunimmt, wodurch ein entsprechend grösserer Öffnungshub des Ventils 2 bewirkt wird.
Durch das in Fig. 3 dargestellte Diagramm wird der Vorteil dieser thermostatischen Steuerung deutlich. In diesem Dia gramm ist der Hub S des Motorventils über den Drehwinkel a der Motornockenwelle dargestellt. Der Hub Si gibt den maximal möglichen konstruktiv bedingten Hub des Motorven tils an, wie er bei Normalbetrieb erreichbar ist. Hierbei schliesst die Kurve I den Öffnungszeitquerschnitt ein, den das Ventil bei Normalbetrieb erreicht. Die Kurven II und III entsprechen hingegen dem Öffnungshub des Motorventils bei Warmlauf bzw. bei Start.
Infolge des geringen Hubes S2 bei Warmlauf und Warmstart und S; bei Kaltstart entsteht am Eingang zum Motorzylinder eine hohe Luftgeschwindigkeit, so dass eine turbulente Strömung entsteht. Infolge dieser turbu lenten Strömung werden einerseits die Kraftstofftropfen aus einandergerissen und andererseits Kraftstoff und Luft mitein ander vermischt, so dass der Nachteil der mangelnden Kraft stoffverdampfung bei kaltem Motor kompensiert wird.