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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zumindest eines Zylinders eines
Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um
den Energieverbrauch von Kraftfahrzeugen weiter reduzieren zu können, wird
insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit einer größeren Zylinderanzahl
erwogen, einzelne oder mehrere davon bei einem Teillastbetrieb des
Kraftfahrzeuges, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, abzuschalten.
Die Abschaltung einzelner oder mehrere Zylinder bewirkt eine signifikante
Reduzierung des Kraftstoffverbrauches, da ein passives Mitlaufen
der abgeschalteten Zylinder deutlich weniger Kraftstoff erfordert,
wie nicht abgeschaltete Zylinder. Einrichtungen zum Abschalten einzelner
Zylinder sind dabei aus einer großen Anzahl von Veröffentlichungen
bekannt, wovon nachfolgend die nächstliegenden
kurz erwähnt
sind.
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Aus
der
US 4,305,356 ist
eine Einrichtung zur Zylinderabschaltung bekannt, wobei die Einrichtung
mit einem Kipphebel verbunden ist, der über seine beiden Arme mit einer
Stößelstange
und einem Einlassventil des zugehörigen Zylinders wirkungsverbunden
ist. Im aktiven Zylinderbetrieb führt da bei der Kipphebel eine
oszillierende Kippbewegung um eine im Bereich der Anbindung an den
Zylinderkopf liegende Schwenkachse aus und öffnet bzw. schließt damit
das Einlassventil des Zylinders. Bei abgeschaltetem, zugehörigem Zylinder,
ermöglicht
die Einrichtung ein Abheben des Kipphebels vom Zylinderkopf und
dadurch eine Verlagerung der Schwenkachse in Richtung der Anbindung
des Kipphebels an das Einlassventil des zugehörigen Zylinders. Die Einrichtung zum
Abschalten des Zylinders ist dabei im wesentlichen oberhalb des
Kipphebels angeordnet, wodurch die erforderliche Bauhöhe ansteigt.
Die Betätigung der
Einrichtung erfolgt über
mechanisch arbeitende Lochplatten.
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Aus
der
US 4,169,449 ist
eine Einrichtung zum Abschalten zumindest eines Zylinders eines Verbrennungsmotors
bekannt, welche zum einen Teil oberhalb des Kipphebels und zum anderen
Teil in einem dem Nocken folgenden Stößelgestänge angeordnet ist. Die beschriebene
Einrichtung wird dabei hydraulisch betätigt, was eine Hydraulikpumpe
erforderlich macht.
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Generell
steigt eine Bauhöhe
des Verbrennungsmotors bei einer Anordnung der Einrichtung zum Abschalten
eines Zylinders oberhalb des Kipphebels, während bei einer Anordnung der
Einrichtung in der Stößlstange
die bewegte Masse sowohl bei aktiviertem als auch bei deaktiviertem
Zylinder steigt.
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Weitere
Einrichtungen zur Zylinderabschaltung sind beispielsweise aus der
US 4,380,219 , der
US 4,337,738 , der
US 4,227,494 , der
US 4,249,488 , der
US 4,411,229 , der
US 4,414,935 sowie der
US 4,462,353 bekannt.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art eine
Ausführungsform
anzugeben, welche sich insbesondere durch eine geringe Bauhöhe, eine
einfache Zufuhr der zu ihrer Betätigung
erforderlichen Energie und der Beibehaltung der bewegten Bauteilmassen
im aktivierten, das heißt
zugeschalteten Zustand der angesteuerten Zylinder auszeichnet.
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Dieses
Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine gattungsgemäße Einrichtung
zum Abschalten zumindest eines Zylinders eines Verbrennungsmotors
im wesentlichen zwischen dem Kipphebel und dem Zylinderkopf anzuordnen
und die Einrichtung so auszubilden, dass sie ein fest mit dem Zylinderkopf
verbundenes Führungselement
sowie ein am Führungselement
verlagerbar angeordnetes Schwenkachsenelement zur schwenkbaren Lagerung
des Kipphebels umfasst. Des weiteren umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung
eine zwischen zwei Widerlagern gespannte Feder, wobei das erste Widerlager
fest mit dem Führungselement
und das zweite Widerlager fest mit der Schwenkachse verbunden ist
und dadurch das Schwenkachsenelement in Richtung einer Arretierlage
vorspannt. Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist somit platzsparend und bau raumminimierend zwischen dem Kipphebel
und dem Zylinderkopf angeordnet, wodurch die Bauhöhe des Verbrennungsmotors
im Vergleich zu einer Anordnung der Einrichtung oberhalb des Kipphebels
reduziert werden kann. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Einrichtung
fest am Zylinderkopf angeordnet, so dass beispielsweise ein hydraulisch
arbeitender Arretiermechanismus über
im Zylinderkopf verlaufende Hydraulikleitungen versorgt bzw. betätigt werden
kann. Demnach entfallen Hydraulikleitungen an bewegte Komponenten
der Einrichtung, wodurch sich ein wesentlicher, konstruktiver Vorteil
ergibt. Darüber
hinaus können
die Kosten für
die erfindungsgemäße Einrichtung
durch das Entfallen von externen Hydraulikleitungen an bewegte Teile
der Einrichtung deutlich reduziert und dadurch Wettbewerbsvorteile
erreicht werden. Des weiteren muss der Grundaufbau des Verbrennungsmotors,
zum Beispiel eine Gussform des Motorgehäuses, nicht geändert werden,
da die erfindungsgemäße Einrichtung
nicht integriert, sondern wahlweise hinzugefügt werden kann. Hierdurch ergeben
sich vor allem für
bestehende Motorkonzepte weitergehende Einsatzmöglichkeiten.
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Zweckmäßig sind
in einem Einsatz, in welchem das Schwenkachsenelement verschieblich
gelagert ist, in einem diesen umgebenden Gehäuse und in einem Zylinderkopf
eine Hydraulikversorgung für ein
Arretierelement vorgesehen. Dieses Arretierelement ist in dem Einsatz
quer zur Achse des Führungselementes
verschiebbar gelagert und so ausgerichtet, dass es bei Betätigung in
eine Öffnung
des Schwenkachsenelementes eingreift. Die in den Einsatz bzw. in
das Gehäuse
und in den Zylinderkopf integrierten Hydraulikleitungen bewirken,
dass diese im Unterschied zu frei verlegten Leitungen keinem äußerlichen
Verschleiß ausgesetzt
sind und zudem platzsparend im Zylinderkopf bzw. innerhalb der Einrichtung
zumindest eines Zylinders untergebracht sind. Derartige Hydraulikversorgungen
beispielsweise Hydraulikkanäle,
lassen sich bereits mit dem Zylinderkopf herstellen oder bestehen
bereits, so dass erst bei der Fertigung oder der Montage des Verbrennungsmotors
entschieden werden muss, ob am Zylinderkopf eine erfindungsgemäße Einrichtung
angeordnet wird oder nicht. Für
beide Fälle
sind dieselben Zylinderköpfe
einsetzbar, wodurch die Teilevielfalt reduziert werden kann und
dadurch Kostenvorteile gegenüber
Wettbewerbern erreicht werden können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
das Arretierelement hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbar. Wie
im vorangegangenen Absatz beschrieben, können dabei die das Arretierelement
mit Hydraulikmedium versorgenden Hydraulikleitungen in die Einrichtung
selbst bzw. in den Zylinderkopf integriert sein, während bei
einem elektrisch oder pneumatisch betätigbaren Arretierelement ein
elektrischer oder pneumatischer Stellantrieb in gleicher Weise entweder
in der Einrichtung, beispielsweise dem Einsatz, oder dem Zylinderkopf
integriert werden kann. In beiden Fällen ist die Betätigungseinrichtung
für das
Arretierelement platzsparend und verschleißgeschützt in den Zylinderkopf bzw.
in die Einrichtung integriert.
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Vorteilhafte,
nachstehend näher
erläuterte Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Schnittdarstellung durch eine an einem Zylinderkopf angeordnete
erfindungsgemäße Einrichtung,
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2 ein
Einrichtungsmodul mit zwei erfindungsgemäßen Einrichtungen,
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3 ein
Einrichtungsmodul und eine Einrichtung jeweils in einer Explosionsdarstellung,
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4 eine
Detaildarstellung im Bereich eines Arretierelementes bei abgeschaltetem
Zylinder,
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5 eine
Darstellung wie in 4, jedoch bei aktiviertem Zylinder.
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Gemäß 1 ist
eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 zum
Abschalten zumindest eines Zylinders eines im übrigen nicht gezeigten Verbrennungsmotors
dargestellt. Die Einrichtung 1 ist dabei mit einem Kipphebel 2 verbunden,
der einen ersten Arm 3 sowie einen zweiten Arm 4 aufweist. Über den
ersten Arm 3 ist der Kipphebel 2 mit einer Stößelstange 5 verbunden,
welche an ihrem dem ersten Arm 3 abgewandten Ende einen
Nockenfolger aufweist und mit diesem einer oszillierenden Bewegung
eines nicht dargestellten Nockens folgt. Über seinen zweiten Arm 4 ist
der Kipphebel 2 mit einem Ein-/Auslassventil 6 des zugehörigen Zylinders
wirkungsverbunden. Beim aktiven Zylinderbetrieb bewegt sich die
Stößelstange 5 aufgrund
eines auf einer Nockenwelle angeordneten Nockens entlang der Bewegungsrichtung 7 auf
und ab und bewirkt dabei beispielsweise bei einer Aufwärtsbewegung
eine Aufwärtsbewegung
des ersten Armes 3 des Kipphebels 2 und damit
eine Abwärtsbewegung
des zweiten Armes 4 des Kipphebels 2, woraufhin
dieser das Ventil 6 entgegen einer von einer Feder 8 ausgeübten Federkraft
nach unten drückt
und dadurch öffnet.
Bei einer Abwärtsbewegung
der Stößelstange 5 erfolgt
demnach eine Abwärtsbewegung
des ersten Armes 3 und eine Aufwärtsbewegung des zweiten Armes 4 des
Kipphebels 2, woraufhin sich das Ventil 6 nach
oben bewegt und dadurch schließt.
Beim aktiven Zylinderbetrieb führt
der Kipphebel 2 somit eine oszillierende Kippbewegung um
eine im Bereich der Anbindung an einen Zylinderkopf 9 liegende
Schwenkachse 10 aus.
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Generell
ist die Einrichtung 1 so ausgebildet, dass sie bei abgeschaltetem,
zugehörigem
Zylinder ein Abheben des Kipphebels 2 vom Zylinderkopf 9 und
dadurch eine Verlagerung der Schwenkachse 10 in Richtung
der Anbindung des Kipphebels 2 an das Ein-/Auslassventil 6 des
zugehörigen
Zylinders ermöglicht,
so dass bei abgeschaltetem Zylinder der Kipphebel 2 um
die Schwenkachse 10' verschwenkt wird
und dadurch ein Öffnen
des Ventiles 6 unterbleibt.
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Erfindungsgemäß ist nun
die Einrichtung 1 im wesentlichen unterhalb des Kipphebels 2,
das heißt
zwischen dem Kipphebel 2 und dem Zylinderkopf 9 angeordnet,
was im Vergleich zu einer Anordnung oberhalb des Kipphebels die
Bauhöhe
reduziert und dadurch den gesamten vom Verbrennungsmotor benötigten Bauraumbedarf
verkleinert.
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Anhand
der 2 und 3 sollen nun die einzelnen Komponenten
der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zum
Abschalten des zumindest einen Zylinders erläutert werden. Die Einrichtung 1 umfasst gemäß 3 ein
Führungselement 11,
welches auch als Bolzen ausgebildet sein kann, und welches in montiertem
Zustand fest mit dem Zylinderkopf 9 verbunden, insbesondere
verschraubt ist (vgl. 1). Des weiteren umfasst die
Einrichtung 1 ein am Führungselement 11 verlagerbar
angeordnetes Schwenkachsenelement 12 zur schwenkbaren Lagerung
des Kipphebels 2, wobei das Schwenkachsenelement 12 für den aktiven
Zylinderbetrieb arretierbar ist. Darüber hinaus umfasst die Einrichtung 1 eine zwischen
zwei Widerlagern 13, 14 gespannte Feder 15,
von denen das erste Widerlager 13 fest mit dem Führungselement 11 und
das zweite Widerlager 14 fest mit der Schwenkachse 10 verbunden
ist und wobei die Feder 15 das Schwenkachsenelement 12 in Richtung
einer Arretierlage (gemäß 3 nach
unten) vorspannt. Die Schwenkachse 10 wird dabei von einer
Zylinderhälfte
gebildet, wobei eine Mantelfläche 16 der
Zylinderhälfte
eine Gleitfläche
für den
Kipphebel 2 bildet (vgl. auch 1). In 3 weist
das Schwenkachsenelement 12 unterhalb der Schwenkachse 10 ein
Gleitelement 17 auf, welches rohr- bzw. hülsenförmig ausgebildet
ist und an seinem unteren Ende eine Öffnung 18 (vgl. 4 und 5)
für ein Arretierelement 19 und
einen dazu gegenüberliegend
angeordneten und axial endseitig offenen Axialschlitz 20 aufweist.
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Das
Führungselement 11 ist
koaxial innerhalb des Gleitelementes 17 bzw. des Schwenkachsenelementes 12 angeordnet,
wobei das Schwenkachsenelement 12 über sein hülsenförmiges Gleitelement 17 axial
verschiebbar zum Führungselement 11 ausgebildet
ist.
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Darüber hinaus
ist ein Führungsstift 21 vorgesehen,
welcher quer zur Achse des Führungselementes 11 in
einem Einsatz 22 angeordnet ist und in den endseitig offenen
Axialschlitz 20 des Gleitelements 17 eingreift
und dieses führt.
Betrachtet man 3 so ist ersichtlich, dass der
Einsatz 22 das Schwenkachsenelement 12 umgibt
bzw. das Schwenkachsenelement 12 verschiebbar im Einsatz 22 gelagert
ist. Umgeben ist der Einsatz 22 in montiertem Zustand von
einem Gehäuse 23,
welches vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet ist. Im Unterschied
dazu ist der Einsatz 22 vorzugsweise aus Stahl ausgebildet.
Der Einsatz 22 ist dabei nötig, um den Führungsstift 21 bzw.
das Arretierelement 19 montieren zu können. Denkbar ist hierbei auch,
dass der Einsatz 22 und das Gehäuse 23 einteilig,
das heißt
aus einem Stück
hergestellt sind.
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Wie
eingangs erwähnt,
ist die Einrichtung 1 zum Abschalten zumindest eines Zylinders
eines Verbrennungsmotors ausgebildet, wobei auch denkbar ist, dass
zwei Einrichtungen 1 in einem Einrichtungsmodul 24 zusammengefasst
sind. Ein derartiges Einrichtungsmodul 24 ist beispielsweise
in 2 dargestellt.
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Entsprechend
den 4 und 5 ist das Arretierelement 19 in
dem Einsatz 22 quer zur Achse des Führungselementes 11 verschiebbar
gelagert und so ausgerichtet, dass es bei Betätigung in die Öffnung 18 des
hülsenförmigen Gleitelementes 17 des
Schwenkachsenelementes 12 eingreift. Wie darüber hinaus
den 4 und 5 zu entnehmen ist, ist das
Arretierelement 19 in Richtung der Öffnung 18 über eine
Feder 15' vorgespannt.
Denkbar ist hierbei aber auch, dass das Arretierelement 19 in
entgegengesetzter Richtung vorgespannt ist oder dass das Arretierelement 19 beidseitig
mit Hydraulikmedium beaufschlagt ist, so dass eine Feder 15' entfallen kann. Die
Feder 15' stützt sich
dabei einerseits am Arretierelement 19 und andererseits
an einem dritten Widerlager 25 ab, welches im Bereich eines Überganges zwischen
dem Einsatz 22 und dem Gehäuse 23 angeordnet
ist.
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Betätigt wird
das Arretierelement 19 über
ein Schalteinrichtung 26, vorzugsweise hydraulisch, wobei
aber auch eine elektrische oder pneumatische Betätigung denkbar ist. Eine derartige
elektrische oder pneumatische Betätigung kann beispielsweise über eine
Spule bzw. ein Magnet oder einen pneumatischen Zylinder, wie in 2 dargestellt,
bewerkstelligt werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung
der Einrichtung 1 zwischen dem Kipphebel 2 und
dem Zylinderkopf 9 ist denkbar, dass bei einem hydraulisch
betätigten
Arre tierelement 19 eine Hydraulikversorgung beispielsweise
im Einsatz 22, im Gehäuse 23 und
im Zylinderkopf 9 vorgesehen ist, so dass keine externe
Hydraulikleitung vorgesehen werden muss. Dies bietet den großen Vorteil,
dass die Hydraulikversorgung des Arretierelementes 19 platzsparend
und verschleißgeschützt in die
Einrichtung 1 integriert ist und insbesondere eine Hydraulikversorgung
von sich bewegenden Bauteilen, welche üblicherweise große Schwierigkeiten
bereitet, vermieden werden kann. Denkbar ist selbstverständlich auch eine
externe Hydraulikzuführung,
welche aber ebenfalls nur an nicht bewegte Bauteile angeschlossen
ist.
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Gemäß der 4 ist
nun ein Zustand gezeigt, bei welchem der zugehörige Zylinder abgeschaltet
ist, das heißt
bei welchem sich der Kipphebel 2 um die Schwenkachse 10' (vgl. 1)
dreht. Dies wird erreicht, indem das Arretierelement 19 so
weit aus der Öffnung 18 ausgefahren
ist, dass sich das Gleitelement 17 des Schwenkachsenelementes 12 gemäß der Bewegungsrichtung 7' in 4 auf
und ab bewegen kann. Demgegenüber
ist das Arretierelement 19 gemäß 5 in die Öffnung 18 eingefahren
und hindert das Gleitelement 17 respektive das Schwenkachsenelement 12 an
einer Auf- und Abbewegung, so dass der Kipphebel 2 gemäß 1 um die
Schwenkachse 10 schwenkt und dadurch das Ein-/Auslassventil 6 periodisch öffnet bzw.
schließt.
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Im
Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderabschaltungen
bietet die erfindungsgemäße Einrichtung 1 den
großen
Vorteil, das bei aktiviertem Zylinderbetrieb keine Mehrmasse bewegt
werden muss, wodurch sich höhere
Drehzahlen erreichen lassen und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch
reduziert werden kann. Des weiteren kann durch die zwischen dem
Kipphebel 2 und dem Zylinderkopf 9 angeordnete
Einrichtung 1 eine geringere Bauhöhe erreicht werden, was aufgrund
der beengten Motorraumverhältnisse
ebenfalls von großem Vorteil
ist. Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Einrichtung 1 in
einem Einrichtungsmodul 24 derart konzipiert bzw. bereitgestellt
werden, dass auch herkömmliche
Verbrennungsmotoren mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 bzw.
dem erfindungsgemäßen Einrichtungsmodul 24 nachrüstbar sind. Selbstverständlich ist
es möglich, über die
erfindungsgemäße Einrichtung
entweder lediglich einen Zylinder oder mit mehreren Einrichtungen 1 mehrere Zylinder
im Bedarfsfalle abzuschalten.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich
sein.