DE102013222820B4

DE102013222820B4 - Hubvariabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102013222820B4
Application number: DE102013222820.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Engelhardt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: CN105683514B; US9856762B2; WO2015067269A3; WO2015067269A2; US20160290183A1; CN105683514A; DE102013222820A1

Abstract

Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors in Vierzylinderreihenanordnung mit hubvariabler Betätigung der Gaswechselventile (4), mit einer ersten Nockenwelle (8, 8'), die eine Trägerwelle (1) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete erste Nockenstücke (10, 11) umfasst, die jeweils mit zumindest zwei ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, M, N) die Ein- oder Auslassventile zweier benachbarter Motorzylinder (I und II, III und IV) betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb eine zweite Nockenwelle (9) aufweist, die eine Trägerwelle (1) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete zweite Nockenstücke (12, 13) umfasst, die jeweils mit zumindest einer zweiten Nockengruppe (I-1 und I-2, IV-1 und IV-2) benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, N) die jeweils anderen Aus- oder Einlassventile von lediglich einem Motorzylinder (I, IV) betätigen, wobei die Erhebungen (H, N bzw. M, N) von gleichzeitig betätigenden Nocken der ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) unterschiedlich sind und einen Nullhub (N) enthalten und wobei die zweiten Nockengruppen (I-1 und I-2, IV-1 und IV-2) jeweils einen Nocken mit einem Nullhub (N) enthalten, um die Ein- und Auslassventile der beiden Motorzylinder (I, IV) stillzulegen, deren Aus- beziehungsweise Einlassventile von den zweiten Nockenstücken (12, 13) betätigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors in Vierzylinderreihenanordnung mit hubvariabler Betätigung der Gaswechselventile. Der Ventiltrieb umfasst eine erste Nockenwelle mit einer Trägerwelle und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordneten ersten Nockenstücken, die jeweils mit zumindest zwei ersten Nockengruppen benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen die Ein- oder Auslassventile zweier benachbarter Motorzylinder betätigen.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Schiebenocken-Ventiltrieb, bei dem die Gaswechselventile zweier benachbarter Motorzylinder von einem gemeinsamen Nockenstück betätigt werden, ist aus der DE 10 2005 006 489 A1 , der DE 10 2009 016 902 A1 und der DE 10 2012 004 420 A1 bekannt. Voraussetzung für die dabei verringerte Komplexität der Nockenwelle ist die ausreichende Größe des gemeinsamen Grundkreiswinkels aller Nocken eines Nockenstücks, da für dessen betriebliche Verschiebung nur dieser Winkelbereich zur Verfügung steht. Folglich sind hierfür insbesondere Reihenvierzylindermotoren (R4) mit zwei oben liegenden Nockenwellen (DOHC) und der Standardzündfolge 1-3-4-2 geeignet.
Im Zuge der sich weiterhin verschärfenden Emissionsvorschriften befindet sich mittlerweile auch ein R4-Motor mit Schiebenocken-Ventiltrieb und Zylinderabschaltung (ZAS) in Serie - siehe MIDDENDORF, Hermann [u.a.]: Der 1,4-L-TSI-Ottomotor mit Zylinderabschaltung, in: MTZ -Motortechnische Zeitschrift, Bd. 73, H. 3, 2012, S. 186-193, ISSN 0024-8525.
Aus der DE 10 2012 002 026 A1 ist ebenfalls ein R4-Motor mit einem Schiebenocken-Ventiltrieb und Zylinderabschaltung bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Hubvariabilität eines Ventiltriebs der eingangs genannten Art im Hinblick auf die weitere Emissionsreduzierung des Verbrennungsmotors in dessen unterschiedlichen Betriebsmoden anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach soll der Ventiltrieb eine zweite Nockenwelle aufweisen, die eine Trägerwelle und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete zweite Nockenstücke umfasst, die jeweils mit zumindest einer zweiten Nockengruppe benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen die jeweils anderen Aus- oder Einlassventile von lediglich einem Motorzylinder betätigen. Dabei sollen die Erhebungen von gleichzeitig betätigenden Nocken der ersten Nockengruppen unterschiedlich sein und einen Nullhub enthalten, und die zweiten Nockengruppen sollen jeweils einen Nocken mit einem Nullhub enthalten, um die Ein- und Auslassventile der beiden Motorzylinder stillzulegen, deren Aus- beziehungsweise Einlassventile von den zweiten Nockenstücken betätigt sind.
Im Ergebnis erhält man einen lediglich vier Nockenstücke aufweisenden DOHC-Schiebenocken-Ventiltrieb für einen R4-Motor, der zum einen im ZAS-Modus betrieben werden kann und dessen Ein- oder Auslassventile der nicht abschaltbaren Motorzylinder mit zwei unterschiedlichen Nockenerhebungen betrieben werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

1 einen Ausschnitt eines bekannten Schiebenocken-Ventiltriebs in Seitenansicht;
2a die Ein- und Auslasswellen des ersten erfindungsgemäßen Ventiltriebs in schematischer Ansicht;
2b die drei Betriebsmoden des ersten Ventiltriebs in tabellarischer Form;
3a die Ein- und Auslasswellen des zweiten erfindungsgemäßen Ventiltriebs in schematischer Ansicht;
3b die drei Betriebsmoden des zweiten Ventiltriebs in tabellarischer Form.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sei ausgehend von 1 erläutert, in der ein bekannter hubvariabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors dargestellt ist. Das grundlegende Funktionsprinzip des Ventiltriebs lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine außenverzahnte Trägerwelle 1 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und axialverschiebbar gelagerte Nockenstücke 2 ersetzt ist. Jedes Nockenstück 2 weist zwei Gruppen axial unmittelbar benachbarter Nocken mit zwei unterschiedlich großen Erhebungen H und M auf, die mittels Schlepphebeln 3 selektiv auf die Gaswechselventile 4 übertragen werden. Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens erforderliche Verschiebung des Nockenstücks 2 auf der Trägerwelle 1 erfolgt über zwei auf dem Nockenstück 2 verlaufende Axialkulissen mit nutförmigen Kulissenbahnen 5 und 6, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks 2, jeweils ein Betätigungsstift 7 eines Aktuators (nicht dargestellt) einspurt.
2a zeigt die beiden Nockenwellen eines ersten erfindungsgemäßen DOHC-Ventiltriebs für einen R4-Motor mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen pro Motorzylinder und mit der Zündfolge 1-3-4-2. Die erste, in der Figur obere Nockenwelle ist die Einlasswelle 8, und die zweite, in der Figur untere Nockenwelle ist die Auslasswelle 9.
Die Einlasswelle 8 ist aus der außenverzahnten Trägerwelle 1 und zwei ersten Nockenstücken 10 und 11 zusammengesetzt, die mittels deren Innenverzahnung drehfest und zwischen drei Positionen axialverschiebbar auf der Trägerwelle 1 gelagert sind. Das eine erste Nockenstück 10 betätigt die Einlassventile der beiden Motorzylinder I und II, und das andere erste Nockenstück 11 betätigt die Einlassventile der beiden Motorzylinder III und IV. Jedes dieser Nockenstücke 10, 11 hat vier erste Nockengruppen 1-1 bis IV-2 mit jeweils drei benachbarten Einlassnocken unterschiedlicher Erhebungen. Die Bezeichnung 1-1 bis IV-2 der ein- und auslassseitigen Nockengruppen bezieht sich mit der römischen Ziffer auf den jeweiligen Motorzylinder und mit der arabischen Ziffer auf das erste oder zweite Ventil dieses Motorzylinders, die jeweils mit der gleichen Erhebung öffnen. Zwischen zwei benachbarten Nockengruppen jedes Motorzylinders verlaufen die axial gegenläufig orientierten Kulissenbahnen 5 und 6, in die jeweils einer von zwei Betätigungsstiften eingreift, um die ersten Nockenstücke 10, 11 in jede der drei Axialpositionen verschieben zu können.
Die Auslasswelle 9 ist aus der außenverzahnten Trägerwelle 1 und zwei zweiten Nockenstücken 12 und 13 zusammengesetzt, die mittels deren Innenverzahnung drehfest und zwischen zwei Positionen axialverschiebbar auf der Trägerwelle 1 gelagert sind. Das eine zweite Nockenstück 12 betätigt die Auslassventile des Motorzylinders I, und das andere zweite Nockenstück 13 betätigt die Auslassventile des Motorzylinders IV. Jedes dieser Nockenstücke 12, 13 hat zwei zweite Nockengruppen 1-1, 1-2 bzw. IV-1, IV-2 mit jeweils zwei benachbarten Auslassnocken unterschiedlicher Erhebungen. Anders als die axial verschiebbaren Nockenstücke sind die Auslassnockenpaare II-1, II-2 und III-1, III-2 der Motorzylinder II bzw. III fest mit der Trägerwelle 1 gefügt. Die zwischen den zweiten Nockengruppen angeordneten Kulissenbahnen 5 und 6 kreuzen sich, so dass für die Verschiebung dieser Nockenstücke 12 ,13 in die beiden Axialpositionen jeweils nur ein Betätigungsstift erforderlich ist.
Die qualitative Größe der einzelnen Nockenerhebungen und die drei dementsprechenden Betriebsmoden A bis C des Verbrennungsmotors sind in 2b tabellarisch gelistet. Die ersten Nockengruppen 1-1 bis IV-2 der Einlasswelle 8 weisen gleichzeitig betätigende Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen auf. Denn bei den mit N bezeichneten Nocken der Nockengruppen 1-1 und 1-2 sowie IV-1 und IV-2 handelt es sich um Nocken mit Nullhub N zur Stilllegung der Einlassventile der Motorzylinder I und IV, während gleichzeitig die Einlassventile der Motorzylinder II und III von den Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden. In diesem ZAS-Modus C befinden sich die zweiten Nockenstücke 12, 13 der Auslasswelle 9 ebenfalls in der linken Axialposition L, so dass deren Nocken mit Nullhub N auch die Auslassventile der Motorzylinder I und IV stilllegen. Die Auslassventile der nicht abgeschalteten Motorzylinder II und III werden hingegen von den Festnocken mit großer Erhebung H betätigt.
Modus B: Ausgehend von Modus C bewirkt eine Verschiebung der ersten und zweiten Nockenstücke 10, 11 bzw. 12, 13 um eine Axialposition (in 2a nach rechts in die Position M), dass sämtliche Einlassventile von Nocken mit mittelgroßer Erhebung M betätigt werden und dass sämtliche Auslassventile von Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden.
Modus A: Ausgehend von Modus B bewirkt eine weitere Verschiebung der ersten Nockenstücke 10, 11 um eine Axialposition (in 2a nach rechts in die Position R), dass auch die Einlassventile von Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden.
Der zweite erfindungsgemäße Ventiltrieb gemäß den 3 unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten Ventiltrieb lediglich durch die Konfiguration der Einlasswelle 8': in diesem Fall werden im ZAS-Modus C die Einlassventile der Motorzylinder II und III von Nocken mit mittelgroßer Erhebung M betätigt.
Nicht dargestellte, alternative Ausgestaltungen der Erfindungen können sein:

- Stilllegung der Motorzylinder II und III anstelle I und IV im ZAS-Modus
- in den Figuren ist die erste Nockenwelle die Auslasswelle, und die zweite Nockenwelle ist die Einlasswelle
- Nockenstücke mit anderen bekannten Kulissenbahnen
- beide Nockenwellen sind entweder dreistufig oder nur zweistufig hubvariabel

Claims

Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors in Vierzylinderreihenanordnung mit hubvariabler Betätigung der Gaswechselventile (4), mit einer ersten Nockenwelle (8, 8'), die eine Trägerwelle (1) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete erste Nockenstücke (10, 11) umfasst, die jeweils mit zumindest zwei ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, M, N) die Ein- oder Auslassventile zweier benachbarter Motorzylinder (I und II, III und IV) betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb eine zweite Nockenwelle (9) aufweist, die eine Trägerwelle (1) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete zweite Nockenstücke (12, 13) umfasst, die jeweils mit zumindest einer zweiten Nockengruppe (I-1 und I-2, IV-1 und IV-2) benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, N) die jeweils anderen Aus- oder Einlassventile von lediglich einem Motorzylinder (I, IV) betätigen, wobei die Erhebungen (H, N bzw. M, N) von gleichzeitig betätigenden Nocken der ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) unterschiedlich sind und einen Nullhub (N) enthalten und wobei die zweiten Nockengruppen (I-1 und I-2, IV-1 und IV-2) jeweils einen Nocken mit einem Nullhub (N) enthalten, um die Ein- und Auslassventile der beiden Motorzylinder (I, IV) stillzulegen, deren Aus- beziehungsweise Einlassventile von den zweiten Nockenstücken (12, 13) betätigt sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nockenwelle (8, 8') die Einlasswelle ist und dass die zweite Nockenwelle (9) die Auslasswelle ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) jeweils genau drei Nocken aufweisen und dass die zweiten Nockengruppen (I-1 und I-2, IV-1 und IV-2) jeweils genau zwei Nocken aufweisen.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) jeweils einen Nocken mit einer mittelgroßen Erhebung (M) und einen Nocken mit einer großen Erhebung (H) aufweisen, wobei der Nocken mit Nullhub (N) und der Nocken mit der mittelgroßen Erhebung (M) gleichzeitig betätigen.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (I-1 bis IV-2) jeweils einen Nocken mit einer mittelgroßen Erhebung (M) und einen Nocken mit einer großen Erhebung (H) aufweisen, wobei der Nocken mit Nullhub (N) und der Nocken mit der großen Erhebung (H) gleichzeitig betätigen.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb die Gaswechselventile (4) des ersten und des vierten Motorzylinders (I, IV) stilllegt.