DE10055595A1 - The cylinder shutoff has cylinders with gas exchange valves, cam shaft, driven by crank shaft, two cams, and valve drive element - Google Patents
The cylinder shutoff has cylinders with gas exchange valves, cam shaft, driven by crank shaft, two cams, and valve drive elementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylinderabschal tung bei Verbrennungsmotoren, insbesondere nach dem Oberbegriff des Ver fahrens- und des Vorrichtungsanspruchs 1 und 2.The invention relates to a method and a device for cylinder shutdown device in internal combustion engines, in particular according to the preamble of the method and the device claims 1 and 2 .
Zylinderabschaltung wird bei Otto-Motoren im Teillastbereich angewendet. Sie wird durch Abschalten der Kraftstoffeinspritzung und der Gaswechselventile bei den nicht feuernden Zylindern verwirklicht. Durch Zylinderabschaltung wird der Mitteldruck der feuernden Zylinder erhöht und ihre Ansaugseite entdrosselt. Dadurch und durch das Abschalten der Gaswechselventile sinken die Drossel- bzw. Gaswechselverluste. Mit steigendem Mitteldruck steigt auch der thermo dynamische Wirkungsgrad. Alle drei Faktoren führen zur Absenkung des Kraft stoffverbrauchs und der Schadstoffemission. Cylinder deactivation is used in Otto engines in the partial load range. she is by switching off the fuel injection and the gas exchange valves realized the non-firing cylinders. By switching off the cylinder Medium pressure of the firing cylinders increased and their intake side unthrottled. As a result of this and by switching off the gas exchange valves, the throttle or gas exchange losses. With increasing medium pressure, the thermo also increases dynamic efficiency. All three factors lead to a decrease in strength material consumption and pollutant emissions.
In der DE-30 46 402 wird eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors für Zy linderabschaltung beschrieben. Dieser weist neben konventionellen, einstüc kig mit der Nockenwelle ausgebildeten Nocken solche auf, die von der Noc kenwelle abkoppelbar und damit frei auf derselben drehbar sind. Letztere kön nen die zugehörigen Gaswechselventile nicht mehr antreiben, so dass die be troffenen Zylinder gaswechselseitig abgeschaltet sind. Dieser Zustand bleibt solange erhalten, bis die abgekoppelten Nocken wieder drehfest mit der Noc kenwelle verbunden sind.DE-30 46 402 describes a camshaft of an internal combustion engine for Zy shutdown described. This shows conventional, one-piece kig with the camshaft trained cam on those of the Noc can be uncoupled and thus freely rotated on the same. The latter can no longer drive the associated gas exchange valves, so that the be affected cylinders are switched off on the gas exchange side. This state remains received until the uncoupled cams turn again with the Noc kenwelle are connected.
Bei dieser Lösung bestehen während der Zylinderabschaltung dauernd akti vierte neben dauernd deaktivierten Zylindern. Letztere kühlen dabei immer weiter aus, was beim Reaktivieren zu Emissions-, Verbrauchs-, und Lei stungsproblemen führt.In this solution, there are continuously active during cylinder deactivation fourth in addition to permanently deactivated cylinders. The latter always cool further out what when reactivating to emissions, consumption, and lei problems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Verbren nungsmotor mit Zylinderabschaltung zu schaffen, der verbrauchsgünstig und emissions- sowie verschleißarm ist.The invention is based on the object of generic combustion Creating engine with cylinder deactivation, the most economical and is low in emissions and wear.
Die Aufgabe wird zum einen durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfah rensanspruchs 1 gelöst. Durch den zyklischen Wechsel von Aktivierung und Deaktivierung bleiben alle Zylinder betriebswarm. Dadurch sind optimale Ver hältnisse bezüglich Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission und Leistungsan nahme gegeben.The object is achieved on the one hand by the characterizing features of procedural claim 1 . The cyclical alternation of activation and deactivation keeps all cylinders warm. This ensures optimal conditions with regard to fuel consumption, pollutant emissions and power consumption.
Die Aufgabe wird auch durch die kennzeichnenden Merkmale des Vorrich tungsanspruchs 2 gelöst. Auf diese Weise ist während der Zylinderabschaltung der erste Nocken immer dem aktivierten, der zweite Nocken immer dem deakti vierten Zyklus zugeordnet. Der Verbrennungsmotor arbeitet dann gleichsam im 8-Takt. Dabei folgen den üblichen 4 Arbeitstakten 4 Leertakte, die wiederum von 4 Arbeitstakten abgelöst werden usw. Durch die erfindungsgemäße Anord nung und Ausbildung der beiden Nocken in Verbindung mit bekannten, schalt baren Ventiltriebselementen, funktioniert der erfindungsgemäße, alternierende Zünd-Aussetzerbetrieb ohne weitere Schaltvorgänge zwischen dem Ein- und Ausschalten der Zylinderabschaltung. Dadurch arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung weitgehend verschleißfrei.The object is also achieved by the characterizing features of the device claim 2 . In this way, the first cam is always assigned to the activated and the second cam to the deactivated fourth cycle during cylinder deactivation. The internal combustion engine then works as it were in 8-stroke. The usual 4 work cycles follow 4 idle cycles, which in turn are replaced by 4 work cycles, etc. By arranging and designing the two cams according to the invention in conjunction with known, switchable valve train elements, the alternating misfire operation according to the invention functions without further switching operations between the Switching the cylinder deactivation on and off. As a result, the device according to the invention operates largely without wear.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass die ersten und zweiten Nocken einen Drehwinkelabstand von 180° Nockenwinkel aufweisen und die Drehzahl der Nockenwelle 1/4 der Kurbelwellendrehzahl beträgt. Um eine gleichmäßige Abfolge der aktivierten und deaktivierten Zyklen zu verwirk lichen, müssen die ersten und zweiten Nocken auf der Nockenwelle symme trisch, d. h. um 180° Nockenwinkel drehversetzt angeordnet sein. Die Nocken welle hat demnach nur 180° Nockenwinkel für einen Motorzyklus zur Verfü gung. Da ein Motorzyklus jedoch 720° Kurbelwinkel = 4 × 180° Nockenwinkel umfasst, darf sich die Nockenwelle nur mit einem Viertel der Kurbelwellendreh zahl drehen.An advantageous embodiment of the invention is that the first and second cams have a rotation angle interval of 180 ° cam angle and is the rotational speed of the camshaft 1/4 of the crankshaft speed. In order to achieve a uniform sequence of the activated and deactivated cycles, the first and second cams on the camshaft must be symmetrical, ie rotated by 180 ° cam angle. The camshaft therefore only has 180 ° cam angle available for one engine cycle. However, since an engine cycle comprises 720 ° crank angle = 4 × 180 ° cam angle, the camshaft may only rotate at a quarter of the crankshaft speed.
Von Vorteil ist, dass das Ventiltriebselement vorzugsweise ein Schaltstößel in Gestalt eines schaltbaren Tassenstößels ist, der als hubkonstantes Bauteil einen zylindrischen Innenstößel und als auf Nullhub schaltbares Bauteil einen ringförmigen Außenstößel aufweist. Hierbei handelt es sich um ein bewährtes Bauelement, das sich der vorliegenden Aufgabe durch geringfügige Änderun gen anpassen lässt. Alternativ können auch schaltbare Kipp-, Schwing-, und Schlepphebel sowie Rollenstößel verwendet werden.It is advantageous that the valve drive element is preferably a switching plunger in The shape of a switchable tappet is a constant-stroke component a cylindrical inner tappet and a component that can be switched to zero stroke has annular outer plunger. This is a proven one Component that the present task by minor changes can be adjusted. Alternatively, switchable tilt, swing, and Rocker arms and roller tappets can be used.
Die Schaltbarkeit des Schaltstößels wird dadurch erreicht, dass beide Stößel zueinander axial bewegbar und durch Koppelelemente koppel- bzw. entkop pelbar sind, wobei die Koppelelemente gegen Federkraft hydraulisch in radialer Richtung zwischen den Stößeln verlagerbar sind.The switchability of the switching plunger is achieved in that both plungers axially movable with respect to one another and coupled or decoupled by coupling elements are pelbar, the coupling elements against spring force hydraulically in radial Direction between the plungers are shiftable.
Dadurch, dass der Innen- und der Außenstößel Nockenberührungsflächen von annähernd gleicher und für aktivierten Dauerbetrieb ausreichender Größe aufweisen, kann mit beiden Stößeln ein aktivierter Dauerbetrieb gefahren werden. Es ist vorteilhaft, dass der den Innenstößel antreibende erste Nocken als Ein zelnocken und der den Außenstößel antreibende zweite Nocken als Doppel nocken ausgebildet sind. Dadurch werden die Nockenberührungsflächen opti mal genutzt und der Tassenstößel symmetrisch beansprucht.The fact that the inner and outer tappet contact surfaces of have approximately the same size and are sufficient for activated continuous operation, activated continuous operation can be carried out with both plungers. It is advantageous that the first cam driving the inner tappet as an pin cam and the second cam driving the outer tappet as a double cams are formed. This makes the cam contact surfaces opti times used and the tappet stressed symmetrically.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Nockenberührungsfläche des Innenstößels recht eckig ausgebildet ist und die ringförmige Nockenberührungsfläche des Außen stößels mit Spiel übergreift. Auf diese Weise ist die erste Nockenberührungs fläche nach Form und Größe dem ersten Nocken optimal angepasst. Die Mit nahme des Außenstößels durch die diesen übergreifende Nockenberührungs fläche des Innenstößels im Falle der Zylinderabschaltung ist funktionsirrele vant.It is also advantageous if the cam contact surface of the inner tappet is right is angular and the annular cam contact surface of the outside ram overlaps with play. In this way the first cam contact is made surface optimally adapted to the first cam in terms of shape and size. The With taking the outer tappet through the overlapping cam contact surface of the inner tappet in the case of cylinder deactivation is functionally irrelevant vant.
Es hat Vorteile, dass bei 6-Zylindermotoren die Nocken des in Zündfolge je weils nächsten Zylinders gegenüber dem vorangegangenen um 30° Nocken winkel und zusätzlich um weitere 180° Nockenwinkel verdreht angeordnet sind. Der Zündabstand beträgt beim 6-Zylindermotor 720 : 6 = 120° Kurbelwinkel, was 30° Nockenwinkel bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle entspricht.It has advantages that in 6-cylinder engines, the cams of each in the firing order because next cylinder compared to the previous one by 30 ° cam angle and additionally rotated by a further 180 ° cam angle. The ignition distance for the 6-cylinder engine is 720: 6 = 120 ° crank angle, which corresponds to 30 ° cam angle in the camshaft according to the invention.
Beim Betrieb mit Zylinderabschaltung werden zur Minimierung der Drehun gleichförmigkeit die Zylinder in Zündfolge abwechselnd aktiviert und deakti viert. Dazu müssen abwechselnd der erste und der zweite Nocken in Zündfolge wirksam sein. Das bedingt zusätzlich zum Zündabstand von 30° Nockenwinkel ein Verdrehen der Nocken um weitere 180° Nockenwinkel.When operating with cylinder deactivation, the rotation is minimized uniformity the cylinders alternately activated and deactivated in the firing order fourth. To do this, the first and the second cam must alternate in firing order be effective. This means in addition to the ignition distance of 30 ° cam angle turning the cams by a further 180 ° cam angle.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eine elektronische Dreh zahlregelung zum Ausgleich von durch Zylinderabschaltung verursachten Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Hier kom men bekannte Lösungen wie z. B. E-Gas in Betracht, die den Bedienungskom fort und die Laufkultur des Verbrennungsmotors erhöhen.A further development of the invention is that an electronic rotation Number control to compensate for cylinder shutdown Speed fluctuations of the internal combustion engine is provided. Com here men known solutions such. B. E-gas into consideration that the Betriebskom and increase the running culture of the internal combustion engine.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung, den Patentansprüchen und der dazugehörigen Zeichnung, auf der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention result from the following description writing, the claims and the accompanying drawing on which Embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Fig. 1 Einen Querschnitt B-B der Fig. 3 durch einen erfindungsgemä ßen Schaltstößel; Fig. 1 shows a cross section BB of Figure 3 according to the invention by a SEN switching plunger.
Fig. 2 Einen Querschnitt A-A der Fig. 3 durch den Schaltstößel; FIG. 2 shows a cross section AA of FIG. 3 through the switching plunger;
Fig. 3 Eine teilgeschnittene Draufsicht auf den Schaltstößel; Fig. 3 is a partially sectioned plan view of the switching plunger;
Fig. 4 Einen Teil einer Nockenwelle mit ersten und zweiten Nocken zur Betätigung der Schaltstößel Fig. 4 shows a part of a camshaft with first and second cams for actuating the switching plunger
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Schaltstößel 1, der als schaltbarer Tassen stößel ausgebildet ist und der einen Innenstößel 2 und einen Außenstößel 3 aufweist. Da der Schaltstößel ein in der Fachwelt bekanntes Bauelement ist, werden nur seine wesentlichen Bauteile und deren erfindungsgemäße Modifi kationen erläutert. Figs. 1 to 3 show a switching plunger 1, which is formed as a switchable tappet cups and having an internal plunger 2 and an outer ram 3. Since the switching plunger is a component known in the technical field, only its essential components and their modifications according to the invention are explained.
Der Innenstößel 2 weist eine zylindrische Innenbüchse 4 auf, die in einer zylin drischen Außenbüchse 5 des Außenstößels verdrehfest geführt und axial ver schiebbar ist. Innen- und Außenstößel 2, 3 sind durch Koppelelemente 6 mit einander koppelbar, wobei die Koppelelemente 6 gegen Federkraft hydraulisch in radialer Richtung zwischen dem Innen- und Außenstößel 2, 3 verlagerbar sind.The inner plunger 2 has a cylindrical inner sleeve 4 , which is guided in a cylin drical outer sleeve 5 of the outer plunger and is axially slidable ver. Inner and outer plungers 2 , 3 can be coupled to one another by coupling elements 6 , the coupling elements 6 being hydraulically displaceable in the radial direction between the inner and outer plungers 2 , 3 against spring force.
Beide Stößel 2, 3 weisen an ihren nockenseitigen Enden Nockenberührungs flächen 7, 8 auf. Die erste Nockenberührungsfläche 7 des Innenstößels 2 ist rechteckig gestaltet und übergreift die ringförmige zweite Nockenberührungs fläche 8 des Außenstößels 3. Beide Nockenberührungsflächen 7, 8 besitzen die gleiche wirksame Fläche und sind für Dauerbetrieb bei vollem Ventilhub geeignet.Both plungers 2 , 3 have at their cam ends cam contact surfaces 7 , 8 . The first cam contact surface 7 of the inner plunger 2 is rectangular and engages over the annular second cam contact surface 8 of the outer plunger 3rd Both cam contact surfaces 7 , 8 have the same effective area and are suitable for continuous operation with a full valve lift.
Im Innenstößel 2 ist ventilseitig ein bekanntes hydraulisches Spielausgleich selement 9 vorgesehen.In the inner tappet 2 , a known hydraulic play compensation element 9 is provided on the valve side.
In Fig. 4 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Nockenwelle 10 dargestellt, die zwei identische Nockenpakete 11 für die Ein- oder Auslaßventile eines 4- Ventilkopfs aufweist. Die Nockenpakete 11 bestehen aus einem ersten und einem zweiten Nocken 12, 13, die beide gleichen Profilhub aufweisen und um 180° Nockenwinkel gegeneinander verdreht angeordnet sind.In FIG. 4, a portion of a camshaft 10 according to the invention comprising two identical cam packets 11 for the inlet or outlet valves of a 4-valve head. The cam packs 11 consist of a first and a second cam 12 , 13 , both of which have the same profile stroke and are arranged rotated relative to one another by 180 ° cam angle.
Der erste Nocken 12 ist als Einzelnocken zum Antrieb des Innenstößels 2, der zweite Nocken 13 als Doppelnocken zum Antrieb des Außenstößels 3 ausge bildet.The first cam 12 is formed as a single cam for driving the inner plunger 2 , the second cam 13 as a double cam for driving the outer plunger 3 .
Die erfindungsgemäße Nockenwelle 10 dreht sich mit 1/4 der Kurbelwellen drehzahl. Daraus ergibt sich für einen 6-Zylindermotor ein Zündabstand auf der Nockenwelle 10 von 120° Kurbelwinkel: 4 = 30° Nockenwinkel.The camshaft 10 according to the invention rotates at 1/4 of the crankshaft speed. For a 6-cylinder engine, this results in an ignition distance on the camshaft 10 of 120 ° crank angle: 4 = 30 ° cam angle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zylinderabschaltung funktioniert fol
gendermaßen:
Die Schaltstößel 1 werden von den Nockenpaketen 11 beaufschlagt. Der erste
Nocken 12 treibt den Innenstößel 2 an, der über das hydraulische Spielaus
gleichselement 9 ein Ein- oder Auslaßventil betätigt. Nach Drehen der Noc
kenwelle 10 um 180° Nockenwinkel (das entspricht 4 × 180 = 720° Kurbelwin
kel = einem Zyklus) treibt der zweite Nocken 13 den Außenstößel 3 an. Ist die
ser über die Öldruck beaufschlagten Koppelelemente 6 mit dem Innenstößel 2
gekoppelt, werden auch in diesem Fall die Ein- oder Auslaßventile über den
Innenstößel 2 betätigt, so dass ein normaler 4-Takt-Betrieb vorliegt.
The device for cylinder deactivation according to the invention works as follows:
The switching plungers 1 are acted upon by the cam packs 11 . The first cam 12 drives the inner plunger 2 , which actuates an inlet or outlet valve via the hydraulic play compensation element 9 . After turning the cam shaft 10 by 180 ° cam angle (this corresponds to 4 × 180 = 720 ° crank angle = one cycle), the second cam 13 drives the outer tappet 3 . If the water applied via the oil pressure coupling elements 6 coupled to the inner plunger 2 , the inlet or outlet valves are actuated via the inner plunger 2 , so that normal 4-stroke operation is present.
Ist der Außenstößel 3 vom Innenstößel 2 auf Grund fehlenden Öldrucks ent koppelt, führt die Betätigung des Außenstößels 3 zu einem Leerhub desselben, so dass die Ein- und Auslaßventile geschlossen bleiben und so eine Zylinder abschaltung bewirken. Nach einer Verdrehung der Nockenwelle 10 um weitere 180° Nockenwinkel = 720° Kurbelwinkel = einem Zyklus, kommt der erste Noc ken 12 wieder zum Einsatz und öffnet über die Innenstößel 2 ohne Schaltvor gang die Ein- und Auslaßventile. Auf diese Weise folgen alternierend ein akti vierter und ein deaktivierter Zyklus, ohne dass ein Schaltvorgang erforderlich ist. Der Verbrennungsmotor arbeitet gleichsam im 8-Takt, wobei die letzten 4 Takte als Leertakte fungieren. Da die Koppelelemente nicht bei jedem Zyklus wechsel, sondern nur beim Ein- und Ausschalten der Zylinderabschaltung be tätigt werden müssen, besteht keine Verschleißgefahr für dieselben. Durch den zwischen aktiviertem und deaktiviertem Betrieb alternierenden Zylindern kön nen diese nicht auskühlen. Dadurch werden die durch Auskühlen bedingten Nachteile bezüglich Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission und Leistungsver halten vermieden.If the outer tappet 3 is decoupled from the inner tappet 2 due to a lack of oil pressure, actuation of the outer tappet 3 leads to an idle stroke of the same, so that the intake and exhaust valves remain closed and thus cause a cylinder shutdown. After turning the camshaft 10 by a further 180 ° cam angle = 720 ° crank angle = one cycle, the first cam 12 is used again and opens the inlet and exhaust valves via the inner tappet 2 without switching operation. In this way, an activated fourth and a deactivated cycle follow alternately, without the need for a switching operation. The internal combustion engine works as it were in 8-stroke, the last 4 strokes acting as empty strokes. Since the coupling elements do not have to be changed every cycle, but only when the cylinder deactivation is switched on and off, there is no risk of wear for the same. Due to the alternating cylinders between activated and deactivated operation, they cannot cool down. This avoids the disadvantages caused by cooling with regard to fuel consumption, pollutant emissions and performance behavior.
Beim 6-Zylindermotor beträgt der Zündabstand 120° Kurbelwinkel, was auf der erfindungsgemäßen Nockenwelle 30° Nockenwinkel entspricht. Da bei Zylin derabschaltungen in der Zündfolge einem aktivierten ein deaktivierter Zylinder folgt, muss zur entsprechenden Betätigung bzw. Nichtbetätigung der Gaswech selventile einem ersten Nocken 12 ein zweiter Nocken 13 folgen. Das bedeutet aber, dass die Nockenpakete 11 des in Zündfolge nächsten Zylinders gegen über denen seines Vorgängers zusätzlich zu den 30° Nockenwinkel um weitere 180° Nockenwinkel verdreht sein müssen. In the 6-cylinder engine, the ignition interval is 120 ° crank angle, which corresponds to 30 ° cam angle on the camshaft according to the invention. Since Zylin derabschaltungen in the firing order an activated a deactivated cylinder follows, must to the corresponding actuation or non-actuation of the gas Wech selventile a first cam 12, a second cam 13 to follow. However, this means that the cam packs 11 of the next cylinder in firing order must be rotated by a further 180 ° cam angle in addition to the 30 ° cam angle in addition to those of its predecessor.
11
Schaltstößel
switching plunger
22
Innenstößel
interior follower
33
Außenstößel
outer slide
44
Innenbüchse
inner liner
55
Außenbüchse
outer sleeve
66
Koppelelement
coupling element
77
erste Nockenberührungsfläche
first cam contact surface
88th
zweite Nockenberührungsfläche
second cam interface
99
hydraulisches Spielausgleichselement
hydraulic lash adjuster
1010
Nockenwelle
camshaft
1111
Nockenpaket
cam package
1212
erster Nocken
first cam
1313
zweiter Nocken
second cam
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10055595A DE10055595A1 (en) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | The cylinder shutoff has cylinders with gas exchange valves, cam shaft, driven by crank shaft, two cams, and valve drive element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10055595A DE10055595A1 (en) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | The cylinder shutoff has cylinders with gas exchange valves, cam shaft, driven by crank shaft, two cams, and valve drive element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10055595A1 true DE10055595A1 (en) | 2002-05-29 |
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ID=7662726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10055595A Withdrawn DE10055595A1 (en) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | The cylinder shutoff has cylinders with gas exchange valves, cam shaft, driven by crank shaft, two cams, and valve drive element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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