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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können. Aus der
DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mindestens einem, mehrere Nockenbahnen aufweisenden Nockenabschnitt drehfest aber axial verschieblich gelagert, der eine Hubkontur aufweist, in die ein Aktuator in Form eines Stifts von radial außen zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens eingeführt wird. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Der Schiebenocken wird nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwellen dadurch in seiner axialen Relativposition auf der Nockenwelle rastiert, dass abhängig von der axialen Relativposition mindestens eine federbeaufschlagte Rastkugel, die in der Nockenwelle aufgenommen und gelagert ist, in mindestens eine Rastnut eingreift. Die axiale Verschiebung des Schiebenockens zur Veränderung des Ventilhubs erfolgt ausschließlich im sogenannten Grundkreis des oder jedes Nockenabschnitts bzw. der Nockenbahnen desselben. Hierdurch wird die Schaltdrehzahl des Ventiltriebs beschränkt.
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Aus der
DE 10 2007 016 977 A1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem grundsätzlich anderen Aufbau bekannt. So ist nach diesem Stand der Technik ein Schiebenocken entlang einer Nockenwelle mit Hilfe einer Verstelleinrichtung axial verschiebbar, die innerhalb der Nockenwelle angeordnet ist. Für einen solchen Ventiltrieb bzw. für eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb ist es bekannt, eine Umschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Ventilhüben auch in dem Grundkreis benachbarten Bereichen des jeweiligen Nockenabschnitts bzw. der jeweiligen Nockenbahnen auszuführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens abhängig von der axialen Verschieberichtung desselben und/oder abhängig von einem Ventilspiel außerhalb eines Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts desselben durchgeführt.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, bei einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, bei dem zur axialen Verschiebung eines Schiebenockens ein betätigbarer Stift eines Aktuators von radial außen in eine Nut eines Kulissenabschnitts des jeweiligen Schiebenockens eingeführt wird, die axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens außerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts desselben durchzuführen, nämlich abhängig von der axialen Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens und/oder abhängig von einem Ventilspiel der Gaswechselventile. Hierdurch ist es möglich, Schaltdrehzahlen für den Ventiltrieb zu erhöhen und zwar unter Einhaltung mechanisch zulässiger Belastungen abhängig von der axialen Verschieberichtung und/oder abhängig vom Ventilspiel.
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Vorzugsweise wird das Ventilspiel fortlaufend bestimmt, wobei eine axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens außerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts nur dann zugelassen wird, wenn das Ventilspiel in einem definierten Bereich liegt. Hiermit ist es möglich, die axiale Verschiebung der Schiebenocken und damit eine Hubumschaltung in Bereiche außerhalb des Grundkreises der Nockenbahnen zu verlagern, jedoch kritische Betriebszustände für die Brennkraftmaschine infolge eines unzulässigen Ventilspiels der Gaswechselventile zu vermeiden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens ausgehend von einem relativ kleinen Ventilhub in Richtung auf einen relativ großen Ventilhub erfolgt, ein Beginn der axialen Verschiebung innerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts. Dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens ausgehend von dem relativ kleinen Ventilhub in Richtung auf den großen Ventilhub erfolgt, wird ein Ende der axialen Verschiebung in einen Bereich außerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts verschoben.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens ausgehend von einem relativ großen Ventilhub in Richtung auf einen kleinen Ventilhub erfolgt, ein Beginn der axialen Verschiebung in einen Bereich außerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts verschoben. Dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens ausgehend von dem relativ großen Ventilhub in Richtung auf den kleinen Ventilhub erfolgt, erfolgt ein Ende der axialen Verschiebung innerhalb des Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts.
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Die beiden erfindungsgemäßen Weiterbildungen erlauben abhängig von der axialen Verschieberichtung des Schiebenockens und damit abhängig von der Schaltrichtung der Hubumschaltung eine Verlagerung des Beginns der Hubumschaltung oder des Endes der Hubumschaltung in einen Bereich außerhalb des Grundkreises der jeweiligen Nockenabschnitte bzw. Nockenbahnen. Dies erlaubt eine Erhöhung der Schaltdrehzahl des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine unter Einhaltung mechanisch zulässiger Belastungen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Ausschnitt aus einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine in Seitenansicht;
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2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, wie er nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wird. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist über nicht gezeigte Nockenwellenlager in einem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert, der vorzugsweise aus einem Zylinderkopfunterteil und einem Nockenwellengehäuse zusammengesetzt ist. Zylinderkopfunterteil und Nockenwellengehäuse können auch einstückig ausgebildet sein.
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Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist als Einlassnockenwelle ausgeführt und dient der Steuerung von Einlassventilen 2 der Brennkraftmaschine mit Hilfe von nicht gezeigten Rollenschlepphebeln. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle vorhanden. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile 2 der Brennkraftmaschine.
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Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 2 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 2 von der Einlassnockenwelle 1 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die Einlassnockenwelle 1 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 3 auf.
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Der Schiebenocken 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 4 und zwei äußeren Nockenabschnitten 5 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 5 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Nockenbahnen 6, wobei mit jeder der Nockenbahnen 6 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der Schiebenocken 3 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 5 mit drei Nockenbahnen 6, der axial verschiebbar ist. Die Nockenabschnitte 5 bzw. Nockenbahnen 6 verfügen im Bereich ihres sogenannten Grundreises über den geringsten Durchmesser. Im Bereich des Grundkreises werden die jeweiligen Gaswechselventile 2 der Brennkraftmaschine von den Nockenbahnen 6 nicht angesteuert. Nur diejenigen Abschnitte der Nockenbahnen 6, die außerhalb des Grundkreises liegen, können die Gaswechselventile 2 öffnen.
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Jedem Schiebenocken 5 ist ein Aktuator 7 zugeordnet, der Stifte 8 aufweist, die mit mindestens einer an einer Mantelfläche des Kulissenabschnitts 4 ausgebildeten Nut 9 des Schiebenockens 3 derart zusammenwirken, dass der jeweilige Stift 8 des Aktuators 7 von radial außen in die jeweilige Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 eingeführt werden kann. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 wird das jeweilige Gaswechselventil 2 gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 6 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt. Das Zusammenwirken der Stifte 8 des Aktuators 7 mit der oder jeder Nut 9 des Kulissenabschnitts 4 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
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Nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 wird die axiale Relativposition des jeweiligen Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil 2 arretiert bzw. rastiert.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb, mit Hilfe dessen es möglich ist, unter Einhaltung zulässiger mechanischer Belastungen die Schaltdrehzahl des Ventiltriebs zu erhöhen.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 zur Ausführung einer Hubumschaltung des Ventiltriebs abhängig von der axialen Verschieberichtung des Schiebenockens 3 und/oder abhängig von einem Ventilspiel der Gaswechselventile 2 außerhalb eines Grundkreises des oder jedes Nockenabschnitts 5 bzw. der an der Hubumschaltung beteiligten Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 des jeweiligen Schiebenockens 3 auszuführen.
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Vorzugsweise wird das Ventilspiel der Gaswechselventile 2 von einer Steuerungseinrichtung 10 fortlaufend bestimmt, insbesondere berechnet, wobei die axiale Verschiebung der Schiebenocken 3 außerhalb des Grundkreises der von der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 betroffenen Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 nur dann zugelassen wird, wenn das Ventilspiel in einen definierten Bereich bzw. Intervall liegt.
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Liegt hingegen das Ventilspiel außerhalb des definierten Bereichs, so wird die axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 außerhalb des Grundkreises der von der axialen Verschiebung betroffenen Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 nicht zugelassen.
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Hierbei wird von der Steuerungseinrichtung 10 das Ventilspiel vorzugsweise abhängig von einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Öltemperatur und/oder einer Motordrehzahl und/oder einer Motorlast und/oder einer Umgebungstemperatur und/oder einer Abgastemperatur und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, entweder rechnerisch auf Grundlage einer Formel oder empirisch auf Grundlage von in der Steuerungseinrichtung 10 hinterlegter Kennfelder ermittelt.
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Dann, wenn die Hubumschaltung für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine derart durchgeführt wird, dass die Hubumschaltung abhängig vom aktuellen Ventilspiel der Gaswechselventile 2 der Brennkraftmaschine außerhalb des Grundkreises der beteiligten Nockenbahnen 6 des Schiebenockens 3 verlagert wird, ist es möglich, die Schaltdrehzahl für den Ventiltrieb zu erhöhen, jedoch kritische Betriebszustände für die Brennkraftmaschine zu vermeiden, die sich durch ein unzulässiges Ventilspiel bei der Hubumschaltung ausbilden können. Hierdurch können unzulässig hohe mechanische Belastungen an den Gaswechselventilen 2 sowie an den Schiebenocken 3 des Ventiltriebs vermieden werden. Hierdurch ist es demnach möglich, eine Hubumschaltung außerhalb es Grundkreises der Nockenbahnen 6 durchzuführen, jedoch Beschädigungen an der Brennkraftmaschine zu vermeiden.
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Weiterhin wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Hubumschaltung des Ventiltriebs und damit die axiale Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 abhängig von der axialen Verschieberichtung desselben zu gestalten.
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Dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens 3 ausgehend von einer Nockenbahn 6 mit einem relativ kleinen Ventilhub in Richtung auf eine Nockenbahn 6 mit einem relativ großen Ventilhub erfolgt, erfolgt ein Beginn der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 innerhalb des Grundkreises der beteiligten Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5. In diesem Fall, also dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens 3 ausgehend von der Nockenbahn 6 mit dem relativ kleinen Ventilhub in Richtung auf die Nockenbahn 6 mit dem relativ großen Ventilhub erfolgt, wird ein Ende der axialen Verschiebung in den Bereich außerhalb des Grundkreises der beteiligten Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 verschoben.
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Dann, wenn die axiale Verschieberichtung des jeweiligen Schiebenockens 3 ausgehend von der Nockenbahn 6 mit einem relativ großen Ventilhub in Richtung auf eine
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Nockenbahn 6 mit einem relativ kleinen Ventilhub erfolgt, wird ein Beginn der axialen Verschiebung und damit Hubumschaltung in einem Bereich außerhalb des Grundkreises der beteiligten Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 des jeweiligen Schiebenockens 3 verschoben, das Ende der axialen Verschiebung erfolgt jedoch innerhalb des Grundkreises der beteiligten Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 des jeweiligen Schiebenockens 3.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung erfolgt demnach eine Hubumschaltung durch axiale Verschiebung eines Schiebenockens 3 relativ zu einer Nockenwelle 1 durch Einführen eines betätigbaren Stifts 8 eines Aktuators 7 von radial außen in eine Nut eines Kulissenabschnitts 4 des Schiebenockens 3 außerhalb des sogenannten Grundkreises der von der axialen Verschiebung betroffenen Nockenbahnen 6 des oder jedes Nockenabschnitts 5 des jeweiligen Schiebenockens 3, und zwar abhängig von der axialen Verschieberichtung des Schiebenockens 3 und/oder abhängig von einem Ventilspiel der Gaswechselventile 2.
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2 verdeutlich die Details der Erfindung nochmals anhand eines Diagramms, wobei im Diagramm der 2 über dem Nockenwellenwinkel α ein Ventilhub H aufgetragen ist. Eine Hubkurve 11 dient der Bereitstellung eines großen Ventilhubs und eine Hubkurve 12 der Bereitstellung eines kleinen Ventilhubs, wobei die Hubkurve 11 durch eine Nockenbahn 6 einer relativ großen radialen Erhebung außerhalb des Grundkreises des jeweiligen Nockenabschnitts 6 bereitgestellt wird, und wobei die Hubkurve 12 durch die Nockenbahn 6 mit einer relativ kleinen radialen Erhebung außerhalb des Grundkreises der jeweiligen Nockenbahn 6 bereitgestellt wird.
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In 2 ist mit einem Doppelpfeil 13 derjenige Bereich visualisiert, der nach dem Stand der Technik für eine Hubumschaltung zwischen den Hubkurven 11 und 12 genutzt werden kann, wobei dieser Bereich 13 durch den sogenannten Grundkreis der an den Hubkurven 11, 12 beteiligten Nockenbahnen 6 definiert ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den für die Hubumschaltung nutzbaren Bereich und damit die Schaltdrehzahl zu vergrößern, wobei dann, wenn eine Hubumschaltung von einem relativ großen Ventilhub (Hubkurve 11) auf einen relativ kleinen Ventilhub (Hubkurve 12) erfolgen soll, gemäß dem Doppelpfeil 14 der Beginn der axialen Verschiebung und damit Hubumschaltung in einen Bereich außerhalb des Grundkreises verschoben wird, das Ende der axialen Verschiebung jedoch innerhalb des Grundkreises erfolgt.
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Dann hingegen, wenn eine Hubumschaltung von einem relativ kleinen Ventilhub (Hubkurve 12) auf einen relativ großen Ventilhub (Hubkurve 11) erfolgen soll, beginnt die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 innerhalb des Grundkreises und das Ende der axialen Verschiebung kann außerhalb des Grundkreises gemäß dem Doppelpfeil 15 vorgeschoben werden.
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Dann, wenn eine Hubumschaltung von einem relativ kleinen Ventilhub auf einen relativ großen Ventilhub erfolgt, erfolgt, wie bereits ausgeführt, der Beginn der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 im Grundkreis, vorzugweise frühestens bei einem Ventilspiel größer als Null.
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Dann, wenn eine Umschaltung von einem relativ großen Ventilhub auf einen relativ kleinen Ventilhub erfolgt, liegt das Ende der Hubumschaltung wie bereits ausgeführt innerhalb des Grundkreises, das Ende dieser Umschaltung ist vorzugweise spätestens bei einem Ventilspiel von Null abgeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002]
- DE 102007016977 A1 [0003]
