DE102010005915B4

DE102010005915B4 - Device for operating a multi-cylinder internal combustion engine

Info

Publication number: DE102010005915B4
Application number: DE201010005915
Authority: DE
Inventors: Volker Ambrosius; Steffen Doller; Heiko Neukirchner; Dr. Roß Jörg; Andreas Werler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: DE102010005915A1

Abstract

Vorrichtung zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit folgender Bauart: – eine Zylinderreihe der Brennkraftmaschine wird aus einer ersten und einer zweiten Zylindereinheit (16; 17) gebildet, – die erste und die zweite Zylindereinheit (16; 17) besteht jeweils aus einem oder mehreren Zylindern, wobei die erste Zylindereinheit (16) eine mit einem Abtrieb verbundene erste Teilkurbelwelle (1) und die zweite Zylindereinheit (17) eine zweite Teilkurbelwelle (2) aufweist, – die zweite Teilkurbelwelle (2) ist gegenüber der ersten Teilkurbelwelle (1) unabhängig voneinander drehbar gelagert, – die zweite Teilkurbelwelle (2) ist über eine selbst synchronisierende Kupplung (4) mit der ersten Teilkurbelwelle (1) zur Zu- und Abschaltung der zweiten Zylindereinheit (17) zu der ersten Zylindereinheit (16) wahlweise verbindbar und trennbar, – der ersten und der zweiten Zylindereinheit (16; 17) sind eine oder mehrere durchgehende von der ersten Teilkurbelwelle (1) angetriebene Nockenwellen (23) zugeordnet, die in Wirkeingriff mit Gaswechselventilen (24) der ersten und...Device for operating a multi-cylinder internal combustion engine having the following construction: a cylinder bank of the internal combustion engine is formed by a first and a second cylinder unit (16, 17), the first and the second cylinder unit (16, 17) each consist of one or more cylinders, wherein the first cylinder unit (16) has a first partial crankshaft (1) connected to an output and the second cylinder unit (17) has a second partial crankshaft (2), - the second partial crankshaft (2) is rotatable independently of the first partial crankshaft (1) stored, - the second part of the crankshaft (2) via a self-synchronizing clutch (4) with the first part crankshaft (1) for connecting and disconnecting the second cylinder unit (17) to the first cylinder unit (16) selectively connectable and separable, - first and second cylinder units (16; 17) are driven by one or more continuous ones of the first partial crankshaft (1) associated camshafts (23), which in operative engagement with gas exchange valves (24) of the first and ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a device with the features mentioned in the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zur besseren Ausnutzung des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine bei Teillastbetrieb ein oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschaltet und bei Volllastbetrieb wieder zugeschaltet werden. Durch die Zylinderabschaltung im Teillastbetrieb werden gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch sowie der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine verringert.From the prior art it is known that for better utilization of the efficiency of an internal combustion engine at part-load operation, one or more cylinders of the internal combustion engine are switched off and switched on again at full load operation. By the cylinder deactivation in partial load operation of the fuel consumption and pollutant emissions of the internal combustion engine are simultaneously reduced.

Aus der DE 28 28 298 A1 ist es bekannt, bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in einer Zylinderreihe bei Teillastbetrieb einen Teil der Zylinder abzuschalten und bei Volllastbetrieb wieder zuzuschalten. Dieses erfolgt dadurch, dass zur Abschaltung ein den abzuschaltenden Zylindern zugeordnetes Kurbelwellenteil von dem den übrigen Zylindern zugeordneten, mit dem Abtrieb verbundenen Kurbelwellenteil abgetrennt und die abzuschaltenden Zylinder stillgesetzt werden und dass zur Wiederzuschaltung die beiden Kurbelwellenteile winkelgetreu und zündfolgerichtig miteinander verbunden werden. Zwischen den beiden Kurbelwellenteilen ist eine schaltbare Trennkupplung angeordnet, mit der die beiden Kurbelwellenteile miteinander verbunden und getrennt werden können. Die Nockenwelle zur Betätigung der Gaswechselventile ist entsprechend der abzuschaltenden Zylinderanzahl getrennt ausgeführt, wobei die beiden Teilnockenwellen durch die Teilkurbelwellen der jeweiligen betriebenen Zylinder angetrieben werden. Zur synchronen Verbindung der Teilkurbelwellen weist eine Zündfolgesteuervorrichtung einen die Winkelstellung der Teilnockenwellen der beiden Zylindereinheiten erfassenden und vergleichenden Signalgeber auf, der mit einem das Einschaltsignal der Trennkupplung unterbrechenden Unterbrecherschalter verbunden ist.From the DE 28 28 298 A1 It is known to turn off a part of the cylinder in a multi-cylinder internal combustion engine in a cylinder bank at partial load operation and switch back on at full load operation. This is done by disconnecting a cylinder part to be disconnected associated crankshaft part of the other cylinders associated with the output associated crankshaft part and shut down the cylinders are shut down and that the reconnection of the two crankshaft parts are angularly and in accordance with ignition connected together. Between the two crankshaft parts a switchable disconnect clutch is arranged, with which the two crankshaft parts can be connected and disconnected. The camshaft for actuating the gas exchange valves is designed separately according to the number of cylinders to be switched off, wherein the two partial camshafts are driven by the partial crankshafts of the respective operated cylinders. For synchronous connection of the partial crankshafts, a Zündfolgesteuervorrichtung a the angular position of the partial camshafts of the two cylinder units detected and comparative signal generator, which is connected to a switch-on signal of the disconnect disconnecting interruption switch.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass sowohl durch die zwischen den Teilnockenwellen angeordnete Trennkupplung als auch für die beiden Antriebe der Teilnockenwellen ein großer Platzbedarf benötigt wird, der in den Kraftfahrzeugen aber nicht vorhanden ist.A disadvantage of this device is that a large amount of space is required both by the separating coupling arranged between the partial camshafts and for the two drives of the partial camshafts, which is not present in the motor vehicles.

Aus der DE 31 32 368 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Zylinder einer Zylinderreihe in zwei Gruppen aufgeteilt sind, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Kurbelwelle einer Zylindereinheit ist mit einer Leistungsabnahmewelle mittels Transmissions- und Kupplungseinrichtung verbindbar. Die andere Kurbelwelle der anderen Zylindereinheit ist mit der Leistungsabnahmewelle mittels einer Transmissionsanordnung verbindbar, die parallel als Welle zu den Zylindern verläuft. Die Welle ist mit einem Drehmomentwandler zur Dämpfung der Torsionsschwingungen der Kurbelwellenteile versehen. Die Zu- und Abschaltung der Zylindereinheiten erfolgt durch eine Kupplung und einem Freilauf. Die Nebenaggregate werden von den betriebenen Zylindern über die Transmissionsanordnung angetrieben. Zusätzlich ist für jede Zylindereinheit eine Massenausgleichswelle angeordnet, die von den jeweiligen Teilkurbelwellen über eine Transmission angetrieben werden. Zur Reduzierung der Baulänge sind die beiden Teilkurbelwellenenden in einem gemeinsamen Lager gelagert.From the DE 31 32 368 A1 For example, an internal combustion engine is known, whose cylinders of a cylinder bank are divided into two groups, which can be operated independently of one another. The crankshaft of a cylinder unit is connectable to a power take-off shaft by means of transmission and clutch means. The other crankshaft of the other cylinder unit is connectable to the power take-off shaft by means of a transmission arrangement which extends in parallel as a shaft to the cylinders. The shaft is provided with a torque converter for damping the torsional vibrations of the crankshaft parts. The connection and disconnection of the cylinder units is done by a clutch and a freewheel. The accessories are driven by the operated cylinders via the transmission arrangement. In addition, a mass balance shaft is arranged for each cylinder unit, which are driven by the respective partial crankshaft via a transmission. To reduce the overall length of the two crankshaft shaft ends are stored in a common warehouse.

Nachteilig hierbei ist, dass durch die Anordnung eines Freilaufes und einer Kupplung an den jeweiligen Enden der Teilkurbelwellen der Bauraum vergrößert wird. Außerdem beansprucht die Anordnung der Massenausgleichswellen, der Transmissionswelle und der nicht dargestellten Nockenwelle zusätzlichen Freiraum.The disadvantage here is that is increased by the arrangement of a freewheel and a coupling at the respective ends of the crankshaft parts of the space. In addition, the arrangement of the mass balance shafts, the transmission shaft and the camshaft, not shown, claimed additional space.

In der DE 32 12 790 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit mehreren in einer Reihe angeordneten Zylindern und einer Einrichtung zur wahlweisen Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder beschrieben. Entsprechend der zu- und abschaltbaren Zylinder ist die Kurbelwelle geteilt ausgeführt, wobei die beiden Enden der Kurbelwellen ein gemeinsames Lager aufweisen. Die permanent betriebene Zylindereinheit ist direkt mit dem Abtrieb und über eine Getriebestufe mit einer für beide Zylindereinheiten durchgehenden Nockenwelle verbunden. Die zweite Kurbelwelle der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit ist über eine schaltbare Kupplung und einer zweiten Getriebestufe mit der Nockenwelle trenn- und verbindbar. Über die Nockenwelle erfolgt einerseits das Starten der zweiten Zylindereinheit und andererseits wird bei einem Betrieb von beiden Zylindereinheiten das erzeugte Drehmoment der zweiten Zylindereinheit über die Nockenwelle zum Abtrieb geleitet.In the DE 32 12 790 A1 An internal combustion engine having a plurality of cylinders arranged in a row and a device for selectively switching off one or more cylinders will be described. Corresponding to the cylinders which can be switched on and off, the crankshaft is split, with the two ends of the crankshafts having a common bearing. The permanently operated cylinder unit is directly connected to the output and via a gear stage with a continuous for both cylinder units camshaft. The second crankshaft of the cylinder unit which can be switched on and off is separable and connectable with the camshaft via a shiftable clutch and a second gear stage. On the one hand, the starting of the second cylinder unit takes place via the camshaft and, on the other hand, during an operation of both cylinder units, the generated torque of the second cylinder unit is led to the output via the camshaft.

Nachteilig ist, dass das erzeugte Drehmoment der zweiten Zylindereinheit über die Nockenwelle zum Abtrieb geleitet werden muss. Entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment muss die Nockenwelle und die Getriebestufen stark dimensioniert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Nockenwelle ständig betrieben wird, so dass auch bei stillgelegter zweiter Kurbelwelle die Gaswechselventile der abgeschalteten Zylindereinheit betätigt werden.The disadvantage is that the generated torque of the second cylinder unit must be passed through the camshaft to the output. According to the torque to be transmitted, the camshaft and the gear stages must be strongly dimensioned. A further disadvantage is that the camshaft is constantly operated, so that the gas exchange valves of the deactivated cylinder unit are actuated even when the second crankshaft is disengaged.

Die Patentschrift US 4 722 308 A zeigt eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit der wahlweise über selbst synchronisierende Kupplungen eine erste oder eine erste und zweite Zylindereinheit betrieben werden kann. Die selbst synchronisierenden Kupplungen sind auf einer Zusatzwelle angeordnet, die über ein Getriebe mit den Kurbelwellenteilen in Wirkverbindung steht. Die selbst synchronisierende Kupplung zur Zu- und Abschaltung der zweiten Zylindereinheit ist nicht auf einer Massenausgleichswelle angeordnet.The patent US 4,722,308 A shows a multi-cylinder internal combustion engine with which either a self-synchronizing clutches a first or a first and second cylinder unit can be operated. The self-synchronizing clutches are arranged on a supplementary shaft, which via a transmission with the crankshaft parts in Active compound is. The self-synchronizing clutch for connecting and disconnecting the second cylinder unit is not arranged on a mass balance shaft.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 28 14 185 A1 zeigt eine Ventilhubabschaltung, welche in einen Tassenstößel integriert ist.The German patent application DE 28 14 185 A1 shows a Ventilhubabschaltung, which is integrated in a tappet.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 024 361 A1 zeigt ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge, bei dem leistungsbedarfsabhängig über Kupplungen mehrere einzelne Brennkraftmaschinen miteinander verbunden werden können. Die Zuschaltung der einzelnen Brennkraftmaschinen wird durch Elektromotoren unterstützt. Die Kupplung der einzelnen Antriebsaggregate erfolgt über eine gemeinsame Abtriebswelle, welche als parallele, zusätzliche zur Kurbelwelle angeordnete Abtriebswelle ausgeführt sein kann.The German patent application DE 10 2005 024 361 A1 shows a drive unit for motor vehicles, in which can be connected to each other power demand-dependent via clutches several individual internal combustion engines. The connection of the individual internal combustion engines is supported by electric motors. The coupling of the individual drive units via a common output shaft, which can be designed as a parallel, additional arranged to the crankshaft output shaft.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 39 17 494 A1 zeigt einen aus verbindbaren Teilmotoren zusammengesetzten Split-Motor, dessen Teilmotoren über Kupplungen auf den jeweiligen Kurbelwellen gekoppelt werden.The German patent application DE 39 17 494 A1 shows a split motor composed of connectable part-motors whose part motors are coupled via clutches on the respective crankshafts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der die Effektivität bei der wahlweisen Zu- und Abschaltung von einer Zylindereinheit zu einer permanent betriebenen Zylindereinheit weiter verbessert und der benötigte Bauraum verringert wird.The invention has for its object to provide an apparatus for operating a multi-cylinder internal combustion engine, with the effectiveness of the selective connection and disconnection of a cylinder unit to a permanently operated cylinder unit further improved and the required space is reduced.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a device having the characterizing features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Zu- und Abschaltung der zweiten Zylindereinheit zu einer permanent betrieben ersten Zylindereinheit durch eine synchronisierende Kupplung erfolgt die auf einer Massenausgleichswelle der permanent angetriebenen Zylindereinheit angeordnet ist und durch die eine Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle der zweiten Zylindereinheit und der Massenausgleichswelle herstellbar und trennbar ist. Während der Abschaltung der zweiten Zylindereinheit wird die Betätigung der Gaswechselventile der abgeschalteten zweiten Zylindereinheit durch eine Ventilhubabschaltung bis zu einer Wiederzuschaltung der zweiten Zylindereinheit zu der ersten Zylindereinheit und bis zu einer Erreichung einer synchronen Drehzahl und einer synchronen Winkellage zwischen der ersten Kurbelwelle und der zweiten Kurbelwelle unterbrochen.According to the invention this is achieved in that the connection and disconnection of the second cylinder unit to a permanently operated first cylinder unit is effected by a synchronizing clutch which is arranged on a mass balance shaft of the permanently driven cylinder unit and through which an operative connection between the crankshaft of the second cylinder unit and the mass balance shaft can be produced and separated. During the deactivation of the second cylinder unit, the actuation of the gas exchange valves of the deactivated second cylinder unit is interrupted by a valve lift shut-off until the second cylinder unit is reconnected to the first cylinder unit and until a synchronous rotational speed and a synchronous angular position between the first crankshaft and the second crankshaft are reached ,

Durch die Unterbrechung der Betätigung der durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigten Gaswechselventile bei einer abgeschalteten Zylindereinheit einer mehrzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine durch Stilllegung der Kurbelwelle mittels einer Ventilhubabschaltung werden nicht notwendige Ventilbetätigungen vermieden. Zur Unterbrechung der Betätigung der Gaswechselventile der abschaltbaren Zylindereinheit stehen diese Gaswechselventile mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur Ventilhubabschaltung in Wirkverbindung. Durch die Ventilhubabschaltung erfolgt einerseits eine Energieeinsparung durch die Nichtbetätigung der Gaswechselventile und andererseits wird die Lebensdauer der Gaswechselventile verlängert. Bei Wiederzuschaltung der abgeschalteten Zylindereinheit wird die Ventilhubabschaltung so lange aufrecht erhalten, bis die abgeschaltete Zylindereinheit die Synchrondrehzahl der permanent betriebenen Zylindereinheit erreicht hat und eine synchrone Winkellage zwischen der Kurbelwelle der permanent betriebenen Zylindereinheit und der Kurbelwelle der wieder zugeschalteten Zylindereinheit vorliegt. Dadurch werden Fehlzündungen der wieder zugeschalteten Zylindereinheit und spürbare Lastschläge beim anlassen der abgeschalteten Zylindereinheit vermieden.By interrupting the operation of actuated by a common camshaft gas exchange valves in a deactivated cylinder unit of a multi-cylinder series internal combustion engine by decommissioning the crankshaft by means of a Ventilhubabschaltung unnecessary valve actuations are avoided. To interrupt the operation of the gas exchange valves of the turn-off cylinder unit, these gas exchange valves are in operative connection with a device known per se for valve lift-off. On the one hand, the valve lift shutdown saves energy due to the non-actuation of the gas exchange valves and, on the other hand, extends the service life of the gas exchange valves. When the deactivated cylinder unit is reconnected, the valve lift-off is maintained until the deactivated cylinder unit has reached the synchronous speed of the permanently operated cylinder unit and there is a synchronous angular position between the crankshaft of the permanently operated cylinder unit and the crankshaft of the reconnected cylinder unit. This avoids misfires of the reconnected cylinder unit and noticeable load impacts when starting the deactivated cylinder unit.

Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Effektivität beim Zuschalten der Teilzylindereinheit zu der permanent betriebenen Zylindereinheit besteht darin, dass durch eine separate elektrische Maschine der Kurbelwelle der zuzuschaltenden Zylindereinheit ein zusätzliches Schleppmoment zugeführt wird, so dass die Synchrondrehzahl zwischen den beiden Kurbelwellen schneller erreicht wird.A further measure for improving the effectiveness when connecting the sub-cylinder unit to the permanently operated cylinder unit is that an additional drag torque is supplied to the crankshaft of the zuzuschapenden cylinder unit by a separate electric machine, so that the synchronous speed between the two crankshafts is reached faster.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die zur Zu- und Abschaltung der Teilzylindereinheit benötigte synchronisierende Kupplung auf der Massenausgleichswelle der permanent betriebenen Zylindereinheit angeordnet ist, mit der über eine Getriebestufe die Massenausgleichswelle und somit die Kurbelwelle der permanent betriebenen Zylindereinheit mit der Kurbelwelle der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit verbindbar und trennbar ist. Durch wird eine Reduzierung der benötigten Bauraumlänge erreicht. Außerdem wird keine Zusatzwelle zur Betätigung der Zylinderzu- und Zylinderabschaltung mehr benötigt, wodurch ebenfalls Bauraum eingespart wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Massenausgleichswelle größere Drehmomente von der Teilzylindereinheit übertragen werden können als durch die Nockenwelle.Another feature of the solution according to the invention is that the time required for connection and disconnection of the sub-cylinder unit synchronizing clutch is arranged on the mass balance shaft of the permanently operated cylinder unit, via a gear stage, the mass balance shaft and thus the crankshaft of the permanently operated cylinder unit with the crankshaft connectable and disconnectable cylinder unit connectable and separable. By a reduction in the required installation space length is achieved. In addition, no additional wave for actuating the Zylinderzu- and cylinder shutdown is more needed, which also space is saved. Another advantage is that larger torques can be transmitted by the mass balance shaft of the sub-cylindrical unit than by the camshaft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are described in the subclaims, they are explained in the description together with their effects.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:With reference to drawings, the invention will be closer to exemplary embodiments described. In the accompanying drawings show:

1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung zur wahlweisen Zu- und Abschaltung einer Zylindereinheit zu einer permanent betriebenen Zylindereinheit bei einem Sechszylinder-Reihenmotor, 1 : a schematic representation of the inventive solution for selectively switching on and off a cylinder unit to a permanently operated cylinder unit in a six-cylinder in-line engine,

2: eine Einzelheit x gemäß 1 im Schnitt, 2 : a detail x according to 1 on average,

3: eine andere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung bei einem Vierzylinder-Reihenmotor und 3 : Another schematic representation of the inventive solution in a four-cylinder inline engine and

4: eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung. 4 : a variant of the solution according to the invention.

Die erfindungsgemäße Lösung wird erläutert an einem mehrzylindrigen Reihenmotor der zur Zu- und Abschaltung von einem oder mehreren Zylindern einen geteilten Kurbeltrieb aufweist. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch für mehrzylindrige V-Motoren und Boxermotoren angewendet werden. Die Unterteilung der Zylinderanzahl die für eine permanent betriebene Zylindereinheit und für die zu- und abschaltbare Zylindereinheit genutzt werden kann ist beliebig variierbar. So kann beispielsweise bei einem Vierzylinder-Reihenmotor jeweils zwei Zylinder der permanent betrieben Zylindereinheit und der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit zugeordnet werden. Es ist auch denkbar, dass nur ein Zylinder permanent betrieben wird und die restlichen drei Zylinder zu- und abschaltbar sind.The solution according to the invention is explained on a multi-cylinder in-line engine which has a split crank drive for connecting and disconnecting one or more cylinders. The solution according to the invention can also be used for multi-cylinder V-engines and boxer engines. The subdivision of the number of cylinders which can be used for a permanently operated cylinder unit and for the cylinder unit which can be switched on and off can be varied as desired. Thus, for example, in a four-cylinder in-line engine, two cylinders each of the permanently operated cylinder unit and the cylinder unit which can be switched on and off can be assigned. It is also conceivable that only one cylinder is operated permanently and the remaining three cylinders can be switched on and off.

In der 1 ist ein Sechszylinder-Reihenmotor schematisch dargestellt, wobei in der Zeichnung zur besseren Übersicht nur die Kurbelwellen und die Massenausgleichswellen sowie die dazugehörigen Getriebestufen dargestellt sind. Der in 1 gezeigte Sechszylinder-Reihenmotor besteht aus einer nicht weiter dargestellten ersten permanent betrieben Zylindereinheit 16 und einer wahlweise zur ersten Zylindereinheit 16 zu- und abschaltbaren nicht weiter dargestellten zweiten Zylindereinheit 17, wobei die beiden Zylindereinheiten 16; 17 jeweils aus drei Zylindern gebildet werden. Die beiden Zylindereinheiten 16; 17 bilden den Gesamtmotor in einem gemeinsamen nicht dargestellten Motorengehäuse. In der 1 sind die Lagerzapfen des Kurbeltriebs der ersten Zylindereinheit 16 mit 19 und die Pleuellagerzapfen mit 18 bezeichnet. In der zweiten Zylindereinheit 17 sind die Lagerzapfen mit 21 und die Pleuellagerzapfen des Kurbeltriebs mit 20 gekennzeichnet.In the 1 a six-cylinder in-line engine is shown schematically, in the drawing for clarity only the crankshaft and the balancer shafts and the associated gear stages are shown. The in 1 shown six-cylinder in-line engine consists of a non-illustrated first permanently operated cylinder unit 16 and one optional to the first cylinder unit 16 switched on and off not shown second cylinder unit 17 , where the two cylinder units 16 ; 17 each formed from three cylinders. The two cylinder units 16 ; 17 form the entire engine in a common engine housing, not shown. In the 1 are the journals of the crank mechanism of the first cylinder unit 16 With 19 and the connecting rod journal with 18 denotes. In the second cylinder unit 17 are the journals with 21 and the connecting rod journal of the crank mechanism with 20 characterized.

Die erste permanent betriebene Zylindereinheit 16 weist eine erste Teilkurbelwelle 1 auf, die mit einer Abtriebsseite 22 versehen ist. Der zweiten Zylindereinheit 17 ist eine zweite Teilkurbelwelle 2 zugeordnet, wobei zur Reduzierung der Baulänge die zweite Teilkurbelwelle 2 in einem hohl gebohrten Hauptlagerzapfen 13 der ersten Teilkurbelwelle 1 gelagert ist. Dabei ist zwischen dem Lagerzapfen der zweiten Teilkurbelwelle 2 und der Bohrung des Hauptlagerzapfens 13 eine Lagerbuchse 11 angeordnet. Die Lagerung des Hauptlagerzapfens 13 der ersten Teilkurbelwelle 1 erfolgt bekannter Weise im Hauptlagerstuhl 12 des Motorgehäuses. Durch die Anordnung sind die beiden Teilkurbelwellen 1; 2 unabhängig voneinander drehbar gelagert. In der 2 ist diese Lagerung dargestellt.The first permanently operated cylinder unit 16 has a first partial crankshaft 1 on, with an output side 22 is provided. The second cylinder unit 17 is a second partial crankshaft 2 associated with, to reduce the overall length of the second partial crankshaft 2 in a hollow drilled main journal 13 the first part crankshaft 1 is stored. It is between the bearing pin of the second partial crankshaft 2 and the bore of the main journal 13 a bearing bush 11 arranged. The bearing of the main journal 13 the first part crankshaft 1 is known manner in the main bearing chair 12 of the motor housing. Due to the arrangement, the two partial crankshafts 1 ; 2 independently rotatably mounted. In the 2 this storage is shown.

Parallel zu der ersten Teilkurbelwelle 1 ist eine erste Massenausgleichswelle 3 zum Ausgleich der freien Massenkräfte oder der Massenmomente des Kurbeltriebes der ersten Zylindereinheit 16 angeordnet. Die erste Massenausgleichswelle 3 ist durch eine erste Getriebestufe 8 mit der ersten Teilkurbelwelle 1 drehfest verbunden, so dass die erste Massenausgleichswelle 3 ständig angetrieben wird. Zum Ausgleich der freien Massenkräfte oder der Massenmomente des Kurbeltriebes der zweiten Zylindereinheit 17 ist die zweite Teilkurbelwelle 2 über eine dritte Getriebestufe 10 mit einer zweiten Massenausgleichswelle 7 verbunden. Dabei kann die dritte Getriebestufe 10, wie in 1 dargestellt, am Ende der zweiten Teilkurbelwelle 2 angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass der Antrieb der zweiten Massenausgleichswelle 7 über das Festrad 15 der zweiten Getriebestufe erfolgt. Durch die Verbindung der zweiten Massenausgleichswelle 7 mit der zweiten Teilkurbelwelle 2 wird erreicht, dass bei einer still gesetzten zweiten Zylindereinheit 17 die zweite Massenausgleichswelle 7 nicht betrieben wird. Auf den Massenausgleichwellen 3; 7 sind entsprechend den auszugleichenden Massenkräften die Ausgleichsmassen 6 angeordnet.Parallel to the first partial crankshaft 1 is a first mass balance shaft 3 to compensate for the free mass forces or the mass moments of the crank mechanism of the first cylinder unit 16 arranged. The first mass balance shaft 3 is through a first gear stage 8th with the first part crankshaft 1 rotatably connected, so that the first mass balance shaft 3 is constantly driven. To compensate for the free mass forces or the mass moments of the crank mechanism of the second cylinder unit 17 is the second partial crankshaft 2 via a third gear stage 10 with a second mass balance shaft 7 connected. In this case, the third gear stage 10 , as in 1 represented, at the end of the second partial crankshaft 2 be arranged. It is also conceivable that the drive of the second mass balance shaft 7 over the fixed wheel 15 the second gear stage takes place. By the connection of the second mass balance shaft 7 with the second partial crankshaft 2 is achieved that when a quiet second cylinder unit 17 the second mass balance shaft 7 not operated. On the mass balance waves 3 ; 7 are the balancing weights according to the mass forces to be compensated 6 arranged.

In der 3 ist ein Vierzylinder-Reihenmotor dargestellt, bei dem jeweils zwei Zylinder die erste Zylindereinheit 16 und die zweite Zylindereinheit 17 bilden. Aus der 3 ist ersichtlich, dass den Zylindereinheiten 16; 17 eine gemeinsame Nockenwelle 23 zugeordnet ist, die von der ersten Teilkurbelwelle 1 in bekannter Weise angetrieben wird. Entsprechend der Ausführung der Brennkraftmaschine können den Zylindern auch mehrere Nockenwellen 23 zugeordnet sein. Durch die Nockenwelle 23 werden die Gaswechselventile 24 zur Zuführung eines Gas-Kraftstoffgemisches zu den einzelnen Zylindern und zur Abführung der Abgase aus den Zylindern betätigt. Erfindungsgemäß wird bei einer abgeschalteten zweiten Zylindereinheit 17 die Betätigung der Gaswechselventile 24 der abgeschalteten zweiten Zylindereinheit 17 durch eine Ventilhubabschaltung 25 unterbrochen. Bei einer Wiederzuschaltung der zweiten Zylindereinheit 17 zu der ersten Zylindereinheit 16 wird die Betätigung der Gaswechselventile 24 solange unterbrochen bis eine synchrone Drehzahl zwischen der ersten Teilkurbelwelle 1 und der zweiten Teilkurbelwelle 2 erreicht wird und eine synchrone Winkellage zwischen der ersten Teilkurbelwelle 1 und der zweiten Teilkurbelwelle 2 sowie zwischen der ersten Teilkurbelwelle 1 und der Nockenwelle 24 vorliegt. Durch die Herstellung der synchronen Winkellage der zweiten Teilkurbelwelle 2 zur ersten Teilkurbelwelle 1 bei der Zuschaltung der zweiten Zylindereinheit 17 zu der ersten Zylindereinheit 16 wird erreicht, dass die Nocken der Nockenwelle 23 gegenüber der zweiten Teilkurbelwelle 2 sich in der richtigen Winkellage befinden.In the 3 is a four-cylinder in-line engine shown, in each case two cylinders, the first cylinder unit 16 and the second cylinder unit 17 form. From the 3 it is evident that the cylinder units 16 ; 17 a common camshaft 23 is assigned by the first partial crankshaft 1 is driven in a known manner. According to the embodiment of the internal combustion engine, the cylinders can also have a plurality of camshafts 23 be assigned. Through the camshaft 23 become the gas exchange valves 24 operated to supply a gas-fuel mixture to the individual cylinders and to exhaust the exhaust gases from the cylinders. According to the invention, when the second cylinder unit is switched off 17 the actuation of the gas exchange valves 24 the deactivated second cylinder unit 17 through a valve lift shutdown 25 interrupted. When reconnecting the second cylinder unit 17 to the first cylinder unit 16 becomes the actuation of the gas exchange valves 24 as long as interrupted until a synchronous speed between the first part of the crankshaft 1 and the second part crankshaft 2 is reached and a synchronous angular position between the first part of the crankshaft 1 and the second partial crankshaft 2 as well as between the first partial crankshaft 1 and the camshaft 24 is present. By producing the synchronous angular position of the second partial crankshaft 2 to the first partial crankshaft 1 at the connection of the second cylinder unit 17 to the first cylinder unit 16 is achieved that the cam of the camshaft 23 opposite the second partial crankshaft 2 are in the correct angular position.

Die Ventilhubabschaltung 25 ist an den jeweiligen Gaswechselventilen 24 der zu- und abschaltbaren zweiten Zylindereinheit 17 angeordnet und steht mit diesen in Wirkverbindung. Die Ventilhubabschaltung 25 sind bekannte Bauelemente. So können zum Beispiel die in der DE 10 2007 033 757 A1 beschriebenen Schaltelemente als Ventilhubabschaltungen 25 eingesetzt werden. Die Stilllegung der Gaswechselventile 24 der abgeschalteten zweiten Zylindereinheit 17 mittels Ventilhubabschaltung 25 wird bei einer durchgehenden Nockenwelle 23 eingesetzt. Dabei kann eine synchronisierende Kupplung 4 mit der die beiden Teilkurbelwellen 1; 2 miteinander verbunden oder getrennt werden, wie nachfolgend als Vorzugsvariante beschrieben, auf der ersten Massenausgleichswelle 3 oder, wie in 4 dargestellt, zwischen der ersten Teilkurbelwelle 1 und der zweiten Teilkurbelwelle 2 angeordnet sein.The valve lift shutdown 25 is at the respective gas exchange valves 24 the second cylinder unit which can be switched on and off 17 arranged and is in operative connection with these. The valve lift shutdown 25 are known components. For example, in the DE 10 2007 033 757 A1 described switching elements as Ventilhubabschaltungen 25 be used. The decommissioning of the gas exchange valves 24 the deactivated second cylinder unit 17 by means of valve lift shutdown 25 is at a continuous camshaft 23 used. This can be a synchronizing clutch 4 with the two partial crankshafts 1 ; 2 interconnected or disconnected, as described below as a preferred variant, on the first mass balance shaft 3 or, as in 4 shown, between the first part crankshaft 1 and the second partial crankshaft 2 be arranged.

Die Vorzugsvariante zur Anordnung der synchronisierenden Kupplung 4 gemäß 1 und 3 sieht vor, dass eine selbst synchronisierende Kupplung 4 auf der ständig betriebenen ersten Massenausgleichswelle 3 angeordnet ist und über eine zweite Getriebestufe 9 mit der zweiten zu- und abschaltbaren Teilkurbelwelle 2 in Wirkverbindung steht. Die zweite Getriebestufe 9 besteht aus einem mit der zweiten Teilkurbelwelle 2 drehfest verbundenen Festrad 15 und einem auf der ersten Massenausgleichswelle 3 gelagerten Losrad 14. Das Losrad 14 steht mit der selbst synchronisierenden Kupplung 4 in Wirkverbindung, wobei bei entsprechender Betätigung der Kupplung 4 entweder das Losrad 14 drehfest mit der ersten Massenausgleichswelle 3 verbunden wird, oder die Verbindung zwischen Losrad 14 und Massenausgleichswelle 3 unterbrochen wird, so dass keine Drehmomentübertragung durch die zweite Getriebestufe erfolgt.The preferred variant for the arrangement of the synchronizing clutch 4 according to 1 and 3 provides that a self-synchronizing clutch 4 on the constantly operated first mass balance shaft 3 is arranged and via a second gear stage 9 with the second part crankshaft which can be switched on and off 2 is in active connection. The second gear stage 9 consists of one with the second part crankshaft 2 rotatably connected fixed wheel 15 and one on the first mass balance shaft 3 stored loose wheel 14 , The idler wheel 14 stands with the self-synchronizing clutch 4 in operative connection, wherein with appropriate actuation of the clutch 4 either the idler gear 14 rotatably with the first mass balance shaft 3 connected, or the connection between idler gear 14 and mass balance shaft 3 is interrupted, so that no torque transmission takes place by the second gear stage.

Zusätzlich ist auf der ersten Massenausgleichswelle 3 ein Torsionsschwinger 5 fest angeordnet, mit der eine Dämpfung der Torsionsschwingungen der ersten und der zweiten Teilkurbelwelle 1; 2 erfolgt. In vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt der Antrieb der Nebenaggregate, wie beispielsweise Nockenwelle, Öl-, Wasser-, Vakuumpumpe, Hochdruckpumpe, Klimakompressor oder der gleichen, durch die erste Massenausgleichswelle 3. Es ist auch denkbar, dass die erste Massenausgleichswelle 3 mit einem Elektrogenerator zur Erzeugung von Elektroenergie verbunden wird.In addition, on the first mass balance shaft 3 a torsional oscillator 5 fixed, with the damping of the torsional vibrations of the first and the second partial crankshaft 1 ; 2 he follows. In an advantageous embodiment, the drive of the ancillaries, such as camshaft, oil, water, vacuum pump, high-pressure pump, air conditioning compressor or the like, carried by the first mass balance shaft 3 , It is also conceivable that the first mass balance shaft 3 is connected to an electric generator for generating electrical energy.

Bei einem Motorbetrieb mit einer abgeschalteten zweiten Zylindereinheit 17 wird über die erste Teilkurbelwelle 1 der Abtriebsseite 22 das Abtriebsmoment der ersten Zylindereinheit zur Nutzung zugeführt. Gleichzeitig wird über die erste Getriebestufe 8 die erste Massenausgleichswelle 3 angetrieben. Die Kupplung 4 ist bei einer abgeschalteten zweiten Zylindereinheit so geschaltet, dass kein Drehmoment durch die zweite Getriebestufe 9 übertragen wird. Die Betätigung der Gaswechselventile 24 der abgeschalteten zweiten Zylindereinheit 17 ist durch die Ventilhubabschaltung 25 unterbrochen.In an engine operation with a deactivated second cylinder unit 17 is about the first part crankshaft 1 the output side 22 the output torque of the first cylinder unit supplied for use. At the same time, the first gear stage is used 8th the first mass balance shaft 3 driven. The coupling 4 is switched in a switched-off second cylinder unit so that no torque through the second gear stage 9 is transmitted. The actuation of the gas exchange valves 24 the deactivated second cylinder unit 17 is through the valve lift off 25 interrupted.

Über eine an sich bekannte Steuerung wird bei einer entsprechend hohen Momentanforderung die Zuschaltung der zweiten Zylindereinheit 17 durch Ansteuerung der sich selbst synchronisierenden Kupplung 4 veranlasst. Über die Kupplung 4 wird das Losrad 14 der zweiten Getriebestufe 9 mit der ersten Massenausgleichswelle 3 verbunden. Dabei wird das durch die erste Zylindereinheit 16 erzeugte Drehmoment von der ersten Teilkurbelwelle 1 über die erste Getriebestufe 8, der ersten Massenausgleichswelle 3, der aktivierten Kupplung 4 und der zweiten Getriebestufe 9 auf die zweite Teilkurbelwelle 2 der zuzuschaltenden zweiten Zylindereinheit 17 übertragen, wobei die zweite Teilkurbelwelle 2 hochgeschleppt wird. Erfindungsgemäß kann das Hochschleppen der zweiten Teilkurbelwelle 2 durch ein zusätzlich aufgebrachtes Drehmoment unterstützt werden. Dabei ist entweder an der ersten Massenausgleichswelle 3 eine zusätzliche elektrische Maschine 26, wie in 3 dargestellt, angeordnet, oder die elektrische Maschine 26 wird direkt mit der zweiten Teilkurbelwelle 2, wie in 4 gezeigt, verbunden. Bei Erreichen einer synchronen Drehzahl zwischen der ersten Teilkurbelwelle 1 und der hochgeschleppten zweiten Teilkurbelwelle 2 und einer synchronen Winkelstellung zwischen den beiden Teilkurbelwellen 1; 2 wird eine starre Verbindung der zweiten Teilkurbelwelle 2 über die Kupplung 4 mit der ersten Massenausgleichswelle 3 hergestellt. Dabei ist die Kupplung 4 derart ausgebildet, dass die Passfähigkeit der formschlüssigen Konturen der Kupplung 4 nur zum Zeitpunkt der Synchronisation gegeben ist. Gleichzeitig mit erfolgte Synchronisation erfolgt eine Abschaltung der Ventilhubabschaltung 26, so dass die zweite Teilzylindereinheit 17 zum Betrieb des Verbrennungsmotors wieder zugeschaltet ist. Dabei wird das durch die zweite Zylindereinheit erzeugte Drehmoment von der zweiten Teilkurbelwelle 2 über das durch die Kupplung 4 mit der ersten Massenausgleichswelle 3 verbundenen zweiten Getriebestufe 9 auf die Massenausgleichswelle 3 und von dort über die erste Getriebestufe zur Abtriebsseite 22 der Brennkraftmaschine übertragen.About a known control is the connection of the second cylinder unit at a correspondingly high torque demand 17 by controlling the self-synchronizing coupling 4 causes. About the clutch 4 becomes the loose wheel 14 the second gear stage 9 with the first mass balance shaft 3 connected. This is the through the first cylinder unit 16 generated torque from the first partial crankshaft 1 over the first gear stage 8th , the first mass balance shaft 3 that activated clutch 4 and the second gear stage 9 on the second partial crankshaft 2 the zuzuschaltenden second cylinder unit 17 transmitted, wherein the second partial crankshaft 2 being towed up. According to the invention, the lugging of the second partial crankshaft 2 be supported by an additionally applied torque. It is either on the first mass balance shaft 3 an additional electric machine 26 , as in 3 represented, arranged, or the electric machine 26 gets directly to the second part crankshaft 2 , as in 4 shown connected. Upon reaching a synchronous speed between the first part of the crankshaft 1 and the towed second crankshaft 2 and a synchronous angular position between the two sub crankshafts 1 ; 2 becomes a rigid connection of the second partial crankshaft 2 over the clutch 4 with the first mass balance shaft 3 produced. Here is the clutch 4 designed such that the fit of the positive contours of the coupling 4 only given at the time of synchronization. Simultaneously with the synchronization takes place a shutdown of the valve lift 26 , so that the second sub-cylinder unit 17 is switched on again to operate the internal combustion engine. In this case, the torque generated by the second cylinder unit of the second partial crankshaft 2 about that through the clutch 4 with the first mass balance shaft 3 connected second gear stage 9 on the mass balance shaft 3 and from there via the first gear stage to the output side 22 transferred to the internal combustion engine.

Als Kupplung 4 wird eine an sich bekannte sich selbst synchronisierende Kupplung eingesetzt, wie sie in Bekannter Weise zur Verbindung und Trennung von zwei Teilkurbelwellen verwendet werden.As a clutch 4 a self-synchronizing coupling known per se is used, as used in a known manner for connecting and disconnecting two partial crankshafts.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erste Teilkurbelwellefirst part crankshaft
22: zweite Teilkurbelwellesecond partial crankshaft
33: erste Massenausgleichswellefirst mass balance shaft
44: Kupplungclutch
55: Torsionsschwingungsdämpfertorsional vibration damper
66: AusgleichsmasseLeveling compound
77: zweite Massenausgleichswellesecond mass balance shaft
88th: erste Getriebestufefirst gear stage
99: zweite Getriebestufesecond gear stage
1010: dritte Getriebestufethird gear stage
1111: Lagerbuchsebearing bush
1212: HauptlagerstuhlMain bearing block
1313: HauptlagerzapfenMain bearing journal
1414: LosradLosrad
1515: Festradfixed gear
1616: erste Zylindereinheitfirst cylinder unit
1717: zweite Zylindereinheitsecond cylinder unit
1818: Pleuellagerzapfen der ersten TeilkurbelwelleConnecting rod journal of the first part crankshaft
1919: Lagerzapfen der ersten TeilkurbelwelleBearing journal of the first partial crankshaft
2020: Pleuellagerzapfen der zweiten TeilkurbelwelleConnecting rod journal of the second partial crankshaft
2121: Lagerzapfen der zweiten TeilkurbelwelleBearing pin of the second partial crankshaft
2222: Abtriebseiteoutput side
2323: Nockenwellecamshaft
2424: GaswechselventilGas exchange valve
2525: VentilhubabschaltungVentilhubabschaltung
2626: elektrische Maschineelectric machine

Claims

Device for operating a multi-cylinder internal combustion engine with the following construction: a cylinder bank of the internal combustion engine is composed of a first and a second cylinder unit ( 16 ; 17 ), - the first and the second cylinder unit ( 16 ; 17 ) consists respectively of one or more cylinders, wherein the first cylinder unit ( 16 ) a first partial crankshaft connected to an output ( 1 ) and the second cylinder unit ( 17 ) a second partial crankshaft ( 2 ), - the second partial crankshaft ( 2 ) is opposite the first partial crankshaft ( 1 ) rotatably mounted independently of each other, - the second partial crankshaft ( 2 ) is via a self-synchronizing coupling ( 4 ) with the first partial crankshaft ( 1 ) for connecting and disconnecting the second cylinder unit ( 17 ) to the first cylinder unit ( 16 ) optionally connectable and separable, - the first and the second cylinder unit ( 16 ; 17 ) are one or more continuous from the first part crankshaft ( 1 ) driven camshafts ( 23 ), which are in operative engagement with gas exchange valves ( 24 ) of the first and second cylinder units ( 16 ; 17 ), - the gas exchange valves ( 24 ) of the second cylinder unit which can be switched on and off ( 17 ) are available with a valve lift switch-off ( 25 ) in operative connection, characterized in that the self-synchronizing coupling ( 4 ) on one of the first part crankshaft ( 1 ) driven first mass balance shaft ( 3 ) is arranged, with the first mass balance shaft ( 3 ) via a second gear stage ( 9 ) with the second partial crankshaft ( 2 ) is connectable and separable.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first mass balance shaft ( 3 ) with a torsional vibration damper ( 5 ) for damping the torsional vibrations of the first partial crankshaft ( 1 ) and the second partial crankshaft ( 2 ) connected is.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the second partial crankshaft ( 2 ) via a third gear stage ( 10 ) with a second mass balance shaft ( 7 ) to compensate for the free mass forces or the mass moments of the crank mechanism of the second cylinder unit ( 17 ) connected is.

Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the first mass balance shaft ( 3 ) With an electric generator or with a drive of the ancillaries, such as camshaft, oil, water, vacuum pump, high pressure pump, air conditioning compressor, is connectable.

Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that for increasing one to the second partial crankshaft ( 2 ) transmissible drag torque at a connection of the second cylinder unit ( 17 ) to the first cylinder unit ( 16 ) the first mass balance wave ( 3 ) or the second partial crankshaft ( 2 ) with an electric machine ( 26 ) is connectable.