DE102018101937A1 - Engine for an internal combustion engine, method for operating a motor, control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Motor (300) für eine Brennkraftmaschine (400), insbesondere Brennkraftmaschine mit einem Motor (300), wobei der Motor (300) aufweist: eine Anzahl Zylinder (11, 12, 13, 14), wobei ein Zylinder (11, 12, 13, 14) der Anzahl mindestens ein Gaswechselventil (141-144) aufweist, eine um eine Nockenachse (AN) drehbar gelagerte Nockenwelle (101), ausgebildet zum Antreiben des Gaswechselventils (141-144), wobei die Nockenwelle (101) in Richtung der Nockenachse (AN) axial verschiebbar ist, wobei das Gaswechselventil (141-144) von einem benachbarten Gaswechselventil (141-144) in Richtung der Nockenachse (AN) entsprechend einer Gesamtanzahl Ventilebenen (VE1-4) beabstandet ist,- die Nockenwelle (101) eine Mehrzahl von entlang der Nockenachse (AN) angeordneten Nockengruppen (111-114) aufweist, wobei eine Nockengruppe (111-114) jeweils einem Gaswechselventil (141-144) zugeordnet ist, jede Nockengruppe (111-114) eine Mehrzahl von sequentiell angeordneten Nockenbahnen (121A-C, 122A-C, 123A-C, 124A-C) aufweist, wobei- das Gaswechselventil (141-144) über die Mehrzahl von Nockenbahnen (121A-C, 122A-C, 123A-C, 124A-C) betätigbar ist.The invention relates to an engine (300) for an internal combustion engine (400), in particular an internal combustion engine having an engine (300), the engine (300) comprising: a number of cylinders (11, 12, 13, 14), a cylinder (11 , 12, 13, 14) of the number comprises at least one gas exchange valve (141-144), one about a cam axis (AN) rotatably mounted camshaft (101) adapted to drive the gas exchange valve (141-144), wherein the camshaft (101) axially displaceable in the direction of the cam axis (AN), wherein the gas exchange valve (141-144) is spaced from an adjacent gas exchange valve (141-144) in the direction of the cam axis (AN) corresponding to a total number of valve levels (VE1-4), - the camshaft (101) has a plurality of cam groups (111-114) arranged along the cam axis (AN), wherein one cam group (111-114) is associated with a gas exchange valve (141-144), each cam group (111-114) has a plurality of Sequentially arranged cam tracks (121A -C, 122A-C, 123A-C, 124A-C), wherein the gas exchange valve (141-144) is operable over the plurality of cam tracks (121A-C, 122A-C, 123A-C, 124A-C) ,
Description
Die Erfindung betrifft einen Motor für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit einem Motor, wobei der Motor aufweist: eine Anzahl Zylinder, wobei ein Zylinder der Anzahl mindestens ein Gaswechselventil aufweist, eine um eine Nockenachse drehbar gelagerte Nockenwelle, ausgebildet zum Antreiben des Gaswechselventils, wobei die Nockenwelle in Richtung der Nockenachse axial verschiebbar ist, wobei das Gaswechselventil von einem benachbarten Gaswechselventil in Richtung der Nockenachse entsprechend einer Gesamtanzahl Ventilebenen beabstandet ist, die Nockenwelle eine Mehrzahl von entlang der Nockenachse angeordneten Nockengruppen aufweist, wobei eine Nockengruppe jeweils einem Gaswechselventil zugeordnet ist, jede Nockengruppe eine Mehrzahl von sequentiell angeordneten Nockenbahnen aufweist, wobei das Gaswechselventil über die Mehrzahl von Nockenbahnen betätigbar ist.The invention relates to an engine for an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine with an engine, wherein the engine comprises: a number of cylinders, wherein a cylinder of the number comprises at least one gas exchange valve, a cam shaft rotatably mounted about a cam shaft, adapted for driving the gas exchange valve, wherein the Camshaft is axially displaceable in the direction of the cam axis, wherein the gas exchange valve is spaced from an adjacent gas exchange valve in the direction of the cam axis corresponding to a total number of valve planes, the camshaft having a plurality of arranged along the cam axis cam groups, wherein a cam group is associated with a gas exchange valve, each cam group a plurality of sequentially arranged cam tracks, wherein the gas exchange valve is actuated via the plurality of cam tracks.
Motoren mit verstellbaren Nockenwellen, insbesondere axial verstellbaren Nockenwellen, sind allgemein bekannt.Motors with adjustable camshafts, in particular axially adjustable camshafts, are well known.
Die
Trotz der grundsätzlich vorteilhaften axialen Verstellbarkeit einer Nockenwelle ist der oben genannte Ansatz weiterhin verbesserungswürdig, insbesondere hinsichtlich eines zuverlässigen und stabilen Umschaltvorgangs. Wünschenswert ist es daher, einen Motor dahingehend zu verbessern, dass die Funktion des Umschaltens von Nockenbahnen verbessert, insbesondere zuverlässiger gestaltet wird.Despite the fundamentally advantageous axial adjustability of a camshaft, the abovementioned approach can still be improved, in particular with regard to a reliable and stable switching operation. It is therefore desirable to improve an engine in that the function of switching cam tracks is improved, in particular made more reliable.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen Motor anzugeben, der ein verbessertes, insbesondere zuverlässigeres, Umschalten von Nockenbahnen zur Anpassung des Öffnungsverhaltens eines Gaswechselventils ermöglicht.At this point, the invention is based, whose task is to provide an engine that allows an improved, in particular more reliable, switching cam tracks to adjust the opening behavior of a gas exchange valve.
Die Aufgabe, betreffend den Motor, wird durch die Erfindung mit einem Motor des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung geht aus von einem Motor für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit einem Motor, wobei der Motor aufweist: eine Anzahl Zylinder, wobei ein Zylinder der Anzahl mindestens ein Gaswechselventil aufweist, eine um eine Nockenachse drehbar gelagerte Nockenwelle, ausgebildet zum Antreiben des Gaswechselventils, wobei die Nockenwelle in Richtung der Nockenachse axial verschiebbar ist, wobei das Gaswechselventil von einem benachbarten Gaswechselventil in Richtung der Nockenachse entsprechend einer Gesamtanzahl Ventilebenen beabstandet ist, die Nockenwelle eine Mehrzahl von entlang der Nockenachse angeordneten Nockengruppen aufweist, wobei eine Nockengruppe jeweils einem Gaswechselventil zugeordnet ist, jede Nockengruppe eine Mehrzahl von sequentiell angeordneten Nockenbahnen aufweist, wobei das Gaswechselventil über die Mehrzahl von Nockenbahnen betätigbar ist.The object relating to the engine is solved by the invention with an engine of
Erfindungsgemäß ist bei dem Motor vorgesehen, dass in einer ersten Nockengruppe und einer zweiten Nockengruppe jeweils eine sequentiell korrespondierend angeordnete Nockenbahn zu einer axial benachbarten jeweils sequentiell korrespondierend angeordneten Nockenbahn übergeht, wobei ein dementsprechender erster Übergang in der ersten Nockengruppe und ein dementsprechender zweiter Übergang in der zweiten Nockengruppe in einem Wechselebenenabstand beabstandet ist, derart, dass sich eine Anzahl an Übergängen solcher Art gegenüber einer Anzahl Gaswechselventilen der Anzahl Zylinder befindet, wobei beim axialen Verschieben stets nur ein einziger Übergang solcher Art gegenüber einem der Gaswechselventile ist oder beim axialen Verschieben stets die Anzahl an Übergängen solcher Art gegenüber einer Anzahl Gaswechselventile geringer ist als die Gesamtanzahl an Ventilebenen.According to the invention it is provided in the engine that in a first cam group and a second cam group in each case a sequentially arranged corresponding cam path merges with an axially adjacent respectively sequentially arranged cam track, wherein a corresponding first transition in the first cam group and a corresponding second transition in the second Cam group is spaced apart in a change plane distance, such that there is a number of transitions of such kind compared to a number of gas exchange valves of the number of cylinders, wherein the axial displacement is always only a single transition of such kind to one of the gas exchange valves or axial displacement always the number Transitions of this kind compared to a number of gas exchange valves is less than the total number of valve levels.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein gemeinsames Betätigen mehrerer Gaswechselventile über eine Nockenwelle, insbesondere eine einzige Nockenwelle mit mehreren Nockengruppen, grundsätzlich vorteilhaft ist.The invention is based on the consideration that a common actuation of a plurality of gas exchange valves via a camshaft, in particular a single camshaft with a plurality of cam groups, is fundamentally advantageous.
Die Erfindung geht von der weiteren Überlegung aus, dass eine Anpassbarkeit des Öffnungsverhaltens eines Gaswechselventils, insbesondere zur Anpassung des Motors an unterschiedliche Betriebsbedingungen, grundsätzlich vorteilhaft ist.The invention is based on the further consideration that an adaptability of the opening behavior of a gas exchange valve, in particular for adapting the engine to different operating conditions, is fundamentally advantageous.
Die Erfindung hat erkannt, dass es bei einem Wechsel einer Nockenbahn zur Anpassung des Öffnungsverhaltens eines Gaswechselventils, insbesondere durch Verschieben einer Nockenwelle, insbesondere aufgrund eines stufenartigen Übergangs zwischen zwei Nockenbahnen, zu einem Behindern der Verschiebebewegung kommen kann. Ein derartiges Behindern kann insbesondere in Form eines Blockierens vorliegen, weil bei der Relativbewegung zwischen Ventilstößel und Nockenwelle der Ventilstößel den stufenartigen Übergang zwischen zwei Nockenbahnen nicht überwinden kann.The invention has recognized that, when changing a cam track to adapt the opening behavior of a gas exchange valve, in particular by displacing a camshaft, in particular due to a step-like transition between two cam tracks, the displacement movement can be impeded. Such obstruction may be present in particular in the form of blocking, because during the relative movement between the valve tappet and the camshaft, the valve tappet can not overcome the step-like transition between two cam tracks.
Die Erfindung hat weiter erkannt, dass dieses Risiko eines Blockierens insbesondere bei einem Betätigen mehrerer Gaswechselventile über eine einzige Nockenwelle mit mehreren Nockengruppen signifikant erhöht ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass der Nockenbahnwechsel mehrerer Ventilstößel bei einem Verschieben der Nockenwelle nahezu gleichzeitig erfolgt. The invention has further recognized that this risk of jamming is significantly increased, in particular when several gas exchange valves are actuated via a single camshaft having a plurality of cam groups. This is due in particular to the fact that the cam track change of several valve tappets takes place almost simultaneously when the camshaft is displaced.
Die Erfindung sieht daher vor, die axialen Abstände zwischen den Übergängen von jeweils zwei Nockenbahnen derart festzulegen, dass sich - insbesondere bei einem axialen Verschieben der Nockenwelle - stets nur ein Gaswechselventil gegenüber einem Übergang befindet. Dies bedeutet, dass sich aufgrund der Geometrie der Nockenwelle zu einem Zeitpunkt stets nur ein Übergang in einer Ventilebene eines Gaswechselventils befinden kann. Eine Ventilebene stellt hierbei eine Ebene dar, in der sich das Gaswechselventil, insbesondere die Längsachse des Ventilstößels, befindet und welche senkrecht zur Nockenachse verläuft. Durch einen solchen vorteilhaften Effekt eines versetzten Nockenbahnwechsels kann insbesondere das Öffnungsverhalten mehrerer Gaswechselventile nacheinander, insbesondere unmittelbar nacheinander, umgeschaltet werden und die Gefahr eines Blockierens somit - insbesondere im Gegensatz zu einem gleichzeitigen Umschalten - vorteilhaft verringert werden.The invention therefore provides for the axial distances between the transitions of two cam tracks to be determined in such a way that - in particular with an axial displacement of the camshaft - there is always only one gas exchange valve with respect to a transition. This means that due to the geometry of the camshaft at a time always only one transition can be located in a valve plane of a gas exchange valve. A valve plane in this case represents a plane in which the gas exchange valve, in particular the longitudinal axis of the valve stem, is located and which runs perpendicular to the cam axis. As a result of such an advantageous effect of an offset cam lane change, in particular the opening behavior of a plurality of gas exchange valves can be switched one after the other, in particular immediately one after the other, and the danger of blockage can thus advantageously be reduced, in particular in contrast to simultaneous switching.
Gemäß dem Konzept der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass sich nicht nur stets ein einziger Übergang gegenüber einem Gaswechselventil befindet, sondern eine begrenzte Anzahl an Übergängen, wobei diese Anzahl an Übergängen jedoch geringer ist als die Gesamtanzahl an Gaswechselventilen eines Motors. In derartigen Weiterbildungen wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass nicht alle Gaswechselventile, die einer Nockenwelle zugeordnet sind, gleichzeitig einen Nockenbahnwechsel vollziehen, und somit das Risiko eines Blockierens minimiert oder jedenfalls besonders vorteilhaft reduziert wird.According to the concept of the invention, it is also possible that not only is there always a single transition to a gas exchange valve, but a limited number of transitions, but this number of transitions is less than the total number of gas exchange valves of an engine. In such developments, the advantage is also achieved that not all gas exchange valves, which are assigned to a camshaft, simultaneously perform a cam track change, and thus minimizes the risk of blocking or at least particularly advantageous reduced.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors und eine Steuereinrichtung für einen Motor.The invention also relates to a method for operating an engine and a control device for a motor.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben eines Motors für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, weist der Motor auf: eine Anzahl Zylinder, wobei ein Zylinder der Anzahl mindestens ein Gaswechselventil aufweist, eine um eine Nockenachse drehbar gelagerte Nockenwelle, ausgebildet zum Antreiben des Gaswechselventils, wobei die Nockenwelle in Richtung der Nockenachse axial verschiebbar ist, wobei ein Gaswechselventil jeweils von einem benachbarten Gaswechselventil in Richtung der Nockenachse um einen Ventilebenenabstand beabstandet ist, die Nockenwelle eine Mehrzahl von entlang der Nockenachse angeordneten Nockengruppen aufweist, wobei eine Nockengruppe jeweils einem Gaswechselventil zugeordnet ist, jede Nockengruppe eine Mehrzahl von Nockenbahnen aufweist, wobei das Gaswechselventil über die Mehrzahl von Nockenbahnen betätigbar ist, und eine Nockenbahn zu einer axial benachbarten Nockenbahn --mit Übergängen jeweils in einem Wechselebenenabstand beabstandet-- übergeht, aufweisend die Schritte: Betreiben eines Motors in einer ersten Axialposition der Nockenwelle, axiales Verstellen der Nockenwelle in Richtung der Nockenachse in eine zweite Axialposition Betreiben eines Motors in der zweiten Axialposition der Nockenwelle. Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass sich bei dem axialen Verstellen der Nockenwelle stets nur ein einzelner Übergang gegenüber einem Gaswechselventil befindet.With regard to the method of operating an engine for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims, the engine comprises: a number of cylinders, wherein a cylinder of the number comprises at least one gas exchange valve, a camshaft rotatably mounted about a cam axis and configured to drive the gas exchange valve the camshaft is axially displaceable in the direction of the cam axis, wherein a gas exchange valve is in each case spaced from a neighboring gas exchange valve in the direction of the cam axis by one valve plane distance, the camshaft has a plurality of cam groups arranged along the cam axis, one cam group being associated with a gas exchange valve, each Cam group having a plurality of cam tracks, wherein the gas exchange valve is actuated via the plurality of cam tracks, and a cam track to an axially adjacent cam track - with transitions spaced in each case at a spacing plane distance-- Transitioning comprising the steps of: operating an engine in a first axial position of the camshaft, axially adjusting the camshaft toward the cam axis to a second axial position operating an engine in the second axial position of the camshaft. According to the invention, it is provided in the method that there is always only a single transition with respect to a gas exchange valve during the axial adjustment of the camshaft.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Motors für eine Brennkraftmaschine werden die Vorteile der Vorrichtung, insbesondere der vorteilhafte Effekt eines versetzten Nockenbahnwechsels, vorteilhaft genutzt.In the method according to the invention for operating an engine for an internal combustion engine, the advantages of the device, in particular the advantageous effect of an offset cam track change, are advantageously utilized.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei dem axialen Verstellen der Nockenwelle eine Anzahl an Übergängen zu einem Zeitpunkt praktisch in Deckung mit einer Anzahl an Ventilebenen ist, wobei die Anzahl geringer ist als die Gesamtanzahl an Ventilebenen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sich bei dem axialen Verstellen nicht nur stets ein einziger Übergang gegenüber einem Gaswechselventil befindet, sondern eine begrenzte Anzahl an Übergängen, wobei diese Anzahl an Übergängen jedoch geringer ist als die Gesamtanzahl an Gaswechselventilen eines Motors. In derartigen Weiterbildungen wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass nicht alle Gaswechselventile, die einer Nockenwelle zugeordnet sind, gleichzeitig einen Nockenbahnwechsel vollziehen, und somit das Risiko eines Blockierens minimiert oder jedenfalls besonders vorteilhaft reduziert wird.In a development of the method, it is provided that in the axial adjustment of the camshaft, a number of transitions at a time is practically in coincidence with a number of valve levels, the number being less than the total number of valve levels. This may in particular mean that in the axial adjustment not only is there always a single transition with respect to a gas exchange valve, but a limited number of transitions, but this number of transitions is less than the total number of gas exchange valves of an engine. In such developments, the advantage is also achieved that not all gas exchange valves, which are assigned to a camshaft, simultaneously perform a cam track change, and thus minimizes the risk of blocking or at least particularly advantageous reduced.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Steuereinrichtung für einen Motor einer Brennkraftmaschine gemäß dem Konzept der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung. Eine derartige Steuereinrichtung kann als eigenständige Einheit, beispielsweise als Electronic Control Unit (ECU), gebildet sein, oder als Teil einer weiteren, insbesondere übergeordneten, Steuerung.The invention also leads to the solution of the problem to a control device for an engine of an internal combustion engine according to the concept of the invention for carrying out a method according to the concept of the invention. Such a control device can be formed as an independent unit, for example as an electronic control unit (ECU), or as part of another, in particular superordinate, control.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims and specify in particular advantageous ways to realize the above-described concept within the scope of the problem and with regard to further advantages.
Eine Weiterbildung des Verfahrens weist weiter die Schritte auf: Ermitteln der Winkelposition der Nockenwelle und/oder Kurbelwelle, Bestimmen eines Umschaltzeitpunktes, mit dem das axiale Verschieben der Nockenwelle beginnt. In einer derartigen Weiterbildung kann vorteilhaft ein optimaler Zeitpunkt für den Nockenbahnwechsel bestimmt werden, insbesondere ein Zeitpunkt, bei dem die Nockenwelle derart um die Nockenachse gedreht ist, dass sich der Ventilstößel bei einem axialen Verschieben der Nockenwelle in oder an der Wechselfläche befindet. Auch kann in einer derartigen Weiterbildung des Verfahrens vermieden werden, dass ein schädlicher Betriebszustand auftritt, insbesondere das Risiko einer Kollision eines Gaswechselventils mit einem in einem Zylinder befindlichen Kolben minimiert werden. A further development of the method further comprises the steps of determining the angular position of the camshaft and / or crankshaft, determining a switching time with which the axial displacement of the camshaft begins. In such a refinement, an optimum point in time for the cam track change can advantageously be determined, in particular a point in time at which the camshaft is rotated about the cam axis in such a way that the valve tappet is in or on the change surface when the camshaft is displaced axially. It can also be avoided in such a development of the method that a detrimental operating state occurs, in particular the risk of a collision of a gas exchange valve with a piston located in a cylinder can be minimized.
In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Anzahl an Übergängen zu einem Zeitpunkt im Betrieb des Motors praktisch in Deckung mit dieser Anzahl an Ventilebenen ist, wobei die Anzahl geringer ist als die Gesamtanzahl an Ventilebenen. Dies kann insbesondere konkret bedeuten, dass die Übergänge zwischen den Nockenbahnen und somit die Nockenwechselebenen derart angeordnet sind, dass zwei Gaswechselventile bei einem axialen Verstellen der Nockenwelle, gleichzeitig die Nockenbahn wechseln, das heißt gleichzeitig einen Übergang passieren. Beispielsweise können in einer Ausführungsform der erste und dritte Wechselebenenabstand gleich dem jeweils zugeordneten Ventilebenenabstand sein, und der zweite Wechselebenenabstand ungleich dem zugeordneten Ventilebenenabstand. Auf diese Weise wird erreicht, dass das erste und zweite Gaswechselventil gleichzeitig die Nockenbahn wechseln, und das dritte und vierte Gaswechselventil ebenfalls gleichzeitig - jedoch zu einem anderen Zeitpunkt als das erste und zweite Gaswechselventil - die Nockenbahn wechseln. In einer derartigen Weiterbildung wird ebenfalls der Vorteil erreicht, dass nicht alle Gaswechselventile, die einer Nockenwelle zugeordnet sind, gleichzeitig einen Nockenbahnwechsel vollziehen, und somit das Risiko eines Blockierens minimiert wird.In a development of the device it is provided that the number of transitions at a time during operation of the engine is practically in coincidence with this number of valve levels, the number being less than the total number of valve levels. Specifically, this may specifically mean that the transitions between the cam tracks and thus the cam change planes are arranged such that two gas exchange valves simultaneously change the cam track during an axial adjustment of the camshaft, that is, at the same time pass through a transition. For example, in one embodiment, the first and third interplanar spacing may be equal to the respective associated interplanar spacing, and the second interplanar spacing may be different than the associated interplanar spacing. In this way it is achieved that the first and second gas exchange valve simultaneously change the cam track, and the third and fourth gas exchange valve also simultaneously - but at a different time than the first and second gas exchange valve - change the cam. In such a development, the advantage is also achieved that not all gas exchange valves, which are assigned to a camshaft, simultaneously perform a cam track change, and thus the risk of blocking is minimized.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Wechselebenenabstand zwischen zwei benachbarten Nockengruppen von dem Ventilebenenabstand zwischen den zwei zugeordneten Ventilebenen verschieden ist. Hierbei bezieht sich der Wechselebenenabstand insbesondere auf den Abstand zwischen zwei Wechselebenen aus zwei benachbarten Nockengruppen, wobei die beide Wechselebenen jeweils zwischen einer Nockenbahn einer ersten Nockenklasse und einer Nockenbahn einer zweiten Nockenklasse angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft, dass bei einem axialen Verstellen der Nockenwelle stets nur ein Gaswechselventil, das heißt insbesondere nur ein Ventilstößel dieses Gaswechselventils, einen Übergang passiert.In particular, it is provided that the exchange plane distance between two adjacent cam groups is different from the valve plane distance between the two associated valve planes. In this case, the exchange plane distance refers in particular to the distance between two alternating planes of two adjacent cam groups, wherein the two alternating planes are each arranged between a cam track of a first cam class and a cam track of a second cam class. This results in advantageous that with an axial adjustment of the camshaft always only a gas exchange valve, that is, in particular only a valve stem of this gas exchange valve, a transition happens.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass jede Nockengruppe voneinander um einen Nockengruppenabstand beabstandet ist, wobei jeder Nockengruppenabstand verschieden ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Referenzebene einer jeweiligen Nockengruppe um einen Nockengruppenabstand zu einer Referenzebene einer benachbarten Nockengruppe beabstandet ist. In einer derartigen Weiterbildung wird insbesondere vorteilhaft erreicht, dass die jeweils von den Ventilebenenabständen abweichenden Wechselebenenabstände, welche gemäß dem Konzept der Erfindung zu dem vorteilhaften Effekt eines versetzten Nockenbahnwechsels führen, nicht notwendigerweise über unterschiedlich breite Nockenbahnen realisiert werden müssen, sondern über unregelmäßige, insbesondere von den Ventilebenenabständen abweichende, Nockengruppenabstände. Somit können die Nockengruppen, insbesondere die Breiten der jeweiligen Nockenbahnen sämtlicher Nockengruppen, gleich ausgebildet werden, und die Konstruktion und Herstellung einer Nockenwelle somit vorteilhaft vereinfacht werden.In a further development, it is provided that each cam group is spaced from each other by a cam group spacing, each cam group spacing being different. This means, in particular, that the reference plane of a respective cam group is spaced apart by a cam group spacing to a reference plane of an adjacent cam group. In such a development is achieved particularly advantageous that each deviating from the valve plane intervals interplanar spacing, which lead according to the concept of the invention to the advantageous effect of a staggered cam lane change, not necessarily on different width cam tracks must be implemented, but on irregular, in particular of the Valve plane distances deviating, cam group distances. Thus, the cam groups, in particular the widths of the respective cam tracks of all cam groups, can be made the same, and thus the design and manufacture of a camshaft can be advantageously simplified.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sequentiell korrespondierend angeordnete Nockenbahnen verschiedener Nockengruppen Nockenbahnen einer Nockenklasse sind und die Nockenbahnen einer Nockenklasse voneinander verschiedene Breiten aufweisen. In einer derartigen Weiterbildung können insbesondere verschiedene Nockengruppenabstände gleich zueinander und/oder gleich der jeweils zugeordneten Ventilebenenabstände ausgebildet sein. Hierbei wird die Abweichung zwischen Wechselebenenabstand und Ventilebenenabstand - zum Erreichen des versetzten Umschaltens gemäß dem Konzept der Erfindung - dadurch erreicht, dass die einzelnen Nockenbahnen, insbesondere die Nockenbahnen einer Nockenklasse, unterschiedlich breit ausgebildet sind.In a further development, it is provided that sequentially correspondingly arranged cam tracks of different cam groups are cam tracks of a cam class and the cam tracks of a cam class have mutually different widths. In such a development, in particular different cam group spacings may be formed equal to each other and / or equal to the respectively associated valve plane spacings. In this case, the deviation between the alternating plane distance and the plane of the valve plane - to achieve the offset switching according to the concept of the invention - is achieved in that the individual cam tracks, in particular the cam tracks of a cam class, have different widths.
Eine Weiterbildung ist gekennzeichnet durch eine Anzahl von Wechselebenenabständen entsprechend einer Mehrzahl von sequentiell angeordneten Nockenbahnen jeder Nockengruppe, wobei der Wechselebenenabstand zwischen dem ersten Übergang in der ersten Nockengruppe und dem zweiten Übergang in der zweiten Nockengruppe von sämtlichen anderen einer Nockenklasse zugeordneten Wechselebenenabständen verschieden ist, insbesondere von sämtlichen anderen Wechselebenenabständen verschieden ist. Hierbei werden zwei Wechselebenenabstände zu einer Nockenklasse zugeordnet betrachtet, wenn beide jeweils den Abstand zwischen zwei Wechselebenen bezeichnen und in beiden Fällen beide Wechselebenen jeweils zwischen einer Nockenbahn einer ersten Nockenklasse und einer Nockenbahn einer zweiten Nockenklasse angeordnet sind. Dies trifft beispielsweise für zwei Wechselebenenabstände zu, die jeweils den Abstand von zwei Wechselebenen zwischen der jeweils ersten und zweiten sequentiell angeordneten Nockenbahn einer Nockengruppe bezeichnen. Indem sämtliche Wechselebenenabstände voneinander verschieden sind, und weiter insbesondere auch sämtliche Wechselebenenabstände von sämtlichen Ventilebenenabständen verschieden sind, wird vorteilhaft erreicht, dass sich stets nur ein einziges Gaswechselventil gegenüber einem Übergang von Nockenbahnen, das heißt in einer Wechselebene, befindet.A further development is characterized by a number of alternating plane spacings corresponding to a plurality of sequentially arranged cam tracks of each cam group, wherein the change plane distance between the first transition in the first cam group and the second transition in the second cam group is different from all other cam level distances associated with a cam class, in particular all other interplanar spacing is different. In this case, two exchange plane distances are considered to be assigned to a cam class, if both designate respectively the distance between two change planes and in both cases both change planes are each arranged between a cam track of a first cam class and a cam track of a second cam class. This is the case, for example, for two exchange plane distances, each of which is the distance between two change planes between the first one and second sequentially arranged cam track of a cam group. By all Wechselebenenabstände are different from each other, and further in particular all alternating plane distances are different from all valve plane intervals, is advantageously achieved that there is always only a single gas exchange valve with respect to a transition of cam tracks, that is in a plane of change.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Motor einen Verschiebeantrieb zum axialen Verstellen der Nockenwelle aufweist. Ein derartiger Verschiebeantrieb kann insbesondere mechanisch, beispielsweise in Form einer Stift-Kulisse-Paarung, elektromechanisch, beispielsweise in Form eines Kugelgewindetriebs mit Elektromotor, oder hydraulisch ausgebildet sein. Der Verschiebeantrieb kann entweder als Direktantrieb ausgebildet sein, oder im Sinne eines Getriebes die rotatorische (Haupt-)Antriebsbewegung für die Nockenwelle, insbesondere die auf die Nockenwelle übertragene Antriebsbewegung der Kurbelwelle, zum Erzeugen einer Axialbewegung der Nockenwelle, in eine translatorische Bewegung umwandeln. Für Letzteres kommt insbesondere eine Stift-Kulisse-Paarung in Frage, welche in steuerbarer Weise miteinander in Eingriff gebracht werden kann, um die vorhandene Antriebsdrehbewegung in eine definierte Verschiebebewegung umzuwandeln. Auf diese Weise kann die Abhängigkeit von einem zusätzlichen Direktantrieb, und somit insbesondere von einer zusätzlichen Energiequelle verringert werden.Advantageously, it is provided that the motor has a displacement drive for axially adjusting the camshaft. Such a displacement drive can in particular be designed mechanically, for example in the form of a pin-and-link pairing, electromechanically, for example in the form of a ball screw drive with an electric motor, or hydraulically. The displacement drive can be designed either as a direct drive, or in the sense of a transmission, the rotary (main) drive movement for the camshaft, in particular the transmitted to the camshaft drive movement of the crankshaft, for generating an axial movement of the camshaft, convert into a translational movement. For the latter, in particular a pin-and-link pairing comes into question, which can be brought into controllable manner with each other in order to convert the existing drive rotary motion in a defined displacement movement. In this way, the dependence on an additional direct drive, and thus in particular of an additional energy source can be reduced.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Motor einen Kurbelwellenpositionssensor aufweist. Mittels eines Kurbelwellenpositionssensors kann vorteilhaft die momentane Winkelposition der Kurbelwelle ausgelesen werden und auf Basis dieser Information die axiale Position der Nockenwelle zur Einstellung einer Nockenbahn wiederum zur selektiven Einstellung des Öffnungsverhaltens eines Gaswechselventils vorgenommen werden. Durch eine Einstellung der Axialposition der Nockenwelle in Abhängigkeit der Winkelposition der Kurbelwelle kann insbesondere das Öffnungsverhalten der Gaswechselventile an den Betriebszustand des Motors und insbesondere den Zustand innerhalb der Zylinder angepasst werden. Außerdem kann vorteilhaft das Risiko eines schädlichen Betriebszustandes, insbesondere das Risiko einer Kollision eines Gaswechselventils mit einem in einem Zylinder befindlichen Kolben, minimiert werden.It is advantageously provided that the engine has a crankshaft position sensor. By means of a crankshaft position sensor can advantageously be read out the instantaneous angular position of the crankshaft and based on this information, the axial position of the camshaft for setting a cam track in turn be made for selective adjustment of the opening behavior of a gas exchange valve. By adjusting the axial position of the camshaft as a function of the angular position of the crankshaft, in particular the opening behavior of the gas exchange valves can be adapted to the operating state of the engine and in particular the state within the cylinder. In addition, the risk of a damaging operating state, in particular the risk of a collision of a gas exchange valve with a piston located in a cylinder, can be advantageously minimized.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mindestens zwei, insbesondere sämtliche, benachbarte Nockenbahnen einer Nockengruppe eine Wechselfläche aufweisen, an der eine Nockenbahn in Richtung der Nockenachse stetig, insbesondere eben, in die benachbarte Nockenbahn übergeht. Über eine derartige Wechselfläche kann die Nockenwelle - bei einem axialen Verschieben zum Wechsel der Nockenbahn - vorteilhaft über den Ventilstößel gleiten. Insbesondere kann die Wechselfläche derart sein, dass der gemeinsame Nockenradius ein jeweils minimaler Nockenradius der Nockenbahnen ist. Dies bedeutet konkret insbesondere, dass die Wechselfläche an der Winkelposition angeordnet ist, an der mehrere oder sämtliche Bahnen ihren jeweils minimalen Radius aufweisen. Dies kann zu dem Vorteil führen, dass bei einem Wechsel der Druck des Ventilstößels auf die Wechselfläche und die jeweilige Nockenbahn möglichst gering ist, da das Gaswechselventil, das in der Regel gegen eine Federkraft geöffnet wird, nur in einem relativ geringen Maße ausgelenkt ist.In particular, it is provided that at least two, in particular all, adjacent cam tracks of a cam group have an alternating surface on which a cam track in the direction of the cam axis continuously, in particular flat, merges into the adjacent cam track. About such a change surface, the camshaft - in an axial displacement for changing the cam track - slide advantageous over the valve lifter. In particular, the change surface may be such that the common cam radius is a respective minimum cam radius of the cam tracks. Specifically, this means in particular that the change surface is arranged at the angular position at which several or all tracks have their respective minimum radius. This can lead to the advantage that when changing the pressure of the valve tappet on the change surface and the respective cam path is as low as possible, since the gas exchange valve, which is usually opened against a spring force, is deflected only to a relatively small extent.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
-
1 eine ausschnittsweise Darstellung eines Motors gemäß dem Konzept der Erfindung mit einer Nockenwelle, vier Gaswechselventilen und entsprechend vier Nockengruppen, -
2 eine Darstellung des Ablauf eines Wechsels der Nockenbahn in vier Nockengruppen gemäß dem Konzept der Erfindung, -
3A, B jeweils eine Ansicht einer Nockengruppe in zwei unterschiedlichen Perspektiven, -
4A-D jeweils eine Darstellung unterschiedlicher, mit verschiedenen Nockenbahnen zu erreichender Ventilhübe, -
5A-E eine Darstellung des Ablauf eines Wechsels der Nockenbahn.
-
1 a partial representation of an engine according to the concept of the invention with a camshaft, four gas exchange valves and corresponding four cam groups, -
2 a representation of the process of a change of the cam track in four cam groups according to the concept of the invention, -
3A, B each a view of a cam group in two different perspectives, -
4A-D an illustration of different, with different cam tracks to be reached valve lifts, -
5A-E a representation of the course of a change of the cam track.
Die Nockenwelle
Aus Gründen der Darstellung sind sämtliche Nockengruppen
Vorliegend ist gemäß dem Konzept der Erfindung jedem Gaswechselventil
Weiterhin ist es auch möglich, dass ein Antreiben der Nockenwelle über einen Direktantrieb erfolgt, der beispielsweise eine bauliche Einheit mit dem Verschiebeantrieb
Auf diese Weise kann gemäß dem Konzept der Erfindung das Öffnungsverhalten von einem oder mehreren Gaswechselventilen
Gemäß dem Konzept der Erfindung kann durch ein axiales Verschieben
Die einzelnen Nockengruppen
Vorliegend sind die Nockengruppenabstände
Jede Nockengruppe
Gemäß dem Konzept der Erfindung weisen die Nockenbahnen
Zwischen zwei benachbarten Nockenbahnen
Durch die unterschiedlichen Breiten
Der vorteilhafte Effekt eines versetzten Nockenbahnwechsels, d. h. insbesondere eines nicht gleichzeitigen Wechsels von Nockenbahnen einer Nockenklasse
Neben der hier dargestellten Weiterbildung mit unterschiedlich breiten Nockenbahnen
In einer ersten Position
Im Folgenden wird nun der Vorgang dargestellt, in dem sämtliche Gaswechselventile
Ein derartiger Wechsel erfolgt insbesondere vorteilhaft zu einem Zeitpunkt, wenn sich die Nockenwelle
In einem Zustand
In einer zweiten Axialbewegung
Im Zustand
In einer dritten Axialbewegung
Schließlich geht die dargestellte Anordnung von dem Zustand
Im Zustand
Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass - wie am Beispiel erläutert - die Nockenbahnen
Selbstverständlich kann durch eine entsprechende, abweichende Wahl der Breiten der Nockenbahnen und/oder durch eine unterschiedliche Anordnung der Nockenwechselebenen, der vorteilhafte Effekt - insbesondere der vorteilhafte Effekt eines nicht gleichzeitigen Wechsels der Nockenbahnen, d. h. eines versetzten Nockenbahnwechsels - erreicht werden.Of course, by a corresponding, different choice of the widths of the cam tracks and / or by a different arrangement of the cam change planes, the advantageous effect - in particular the beneficial effect of non-simultaneous change of the cam tracks, d. H. an offset cam track change - be achieved.
Insbesondere kann beispielsweise in einer Weiterbildung der Erfindung die Nockenwelle
Allgemein ist es vorteilhaft, insbesondere erforderlich, dass zunächst alle Nockenbahnen
Weiter weisen alle drei Nockenbahnen
In
Die
In
In
In
Die
In
In
Dies hat zur Folge, wie in
Die Wechselfläche
Auch ist es möglich, dass sich eine Wechselfläche
In
Das Verschieben auf die Nockenbahn
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11, 12, 13, 1411, 12, 13, 14
- Zylinder, erster bis vierter ZylinderCylinder, first to fourth cylinder
- 101101
- Nockenwellecamshaft
- 111, 112, 113, 114111, 112, 113, 114
- Nockengruppe, erste bis vierte NockengruppeCam group, first to fourth cam group
- 111.1, 112.1, 113.1,111.1, 112.1, 113.1,
- Erste bis vierte Referenzebene, Referenzebene der ersten bis viertenFirst to fourth reference plane, reference plane of the first to fourth
- 114.1114.1
- Nockengruppecam group
- 111.2, 112.2, 113.2,111.2, 112.2, 113.2,
- Erste bis vierte Abschlussebene, Abschlussebene der ersten bis viertenFirst to fourth level of completion, final level of the first to fourth
- 114.2114.2
- Nockengruppecam group
- 121A-C121A-C
- Erste bis dritte Nockenbahn der ersten NockengruppeFirst to third cam track of the first cam group
- 122A-C122A-C
- Erste bis dritte Nockenbahn der zweiten NockengruppeFirst to third cam track of the second cam group
- 123A-C123A-C
- Erste bis dritte Nockenbahn der dritten NockengruppeFirst to third cam track of the third cam group
- 124A-C124A-C
- Erste bis dritte Nockenbahn der vierten NockengruppeFirst to third cam track of the fourth cam group
- 131, 132, 133, 134131, 132, 133, 134
- Erste bis vierte WechselflächeFirst to fourth change surface
- 141, 142, 143, 144141, 142, 143, 144
- Gaswechselventil, erstes bis viertes GaswechselventilGas exchange valve, first to fourth gas exchange valve
- 141.1, 142.1, 143.1,141.1, 142.1, 143.1,
- Stößel des Gaswechselventils, Stößel des ersten bis viertenPlunger of the gas exchange valve, plunger of the first to fourth
- 144.1144.1
- GaswechselventilsGas exchange valve
- 167167
- Riemenbelt
- 169169
- Riemenscheibepulley
- 169.1 169.1
- RiemenscheibenbreitePulley width
- 171171
- Verschiebeantriebdisplacement drive
- 180180
- Riementriebbelt drive
- 190190
- AntriebsriemenscheibeDrive pulley
- 300300
- Motorengine
- 400400
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 420420
- KurbelwellenpositionssensorCrankshaft position sensor
- 430430
- Kurbelwellecrankshaft
- 500500
- Steuereinrichtungcontrol device
- ADAD
- Anzahl an NockenwechselebenenNumber of cam change planes
- AGAG
- Gesamtanzahl an VentilebenenTotal number of valve levels
- ANON
- Nockenachsecam axis
- AB1-3,AB1-3,
- Wechselebenenabstand zwischen den jeweils ersten Nockenwechselebenen der ersten bis dritten NockengruppeInterchangeable plane distance between the respective first cam switching planes of the first to third cam group
- BC1-3BC1-3
- Wechselebenenabstand zwischen den jeweils zweiten Nockenwechselebenen der ersten bis dritten NockengruppeInterchangeable plane distance between the respective second cam switching planes of the first to third cam group
- AP1, AP2AP1, AP2
- Erste, zweite Axialposition der NockenwelleFirst, second axial position of the camshaft
- B11, B12, B13B11, B12, B13
- Breite der ersten bis dritten Nockenbahn der ersten NockengruppeWidth of the first to third cam tracks of the first cam group
- B21, B22, B23B21, B22, B23
- Breite der ersten bis dritten Nockenbahn der zweiten NockengruppeWidth of the first to third cam tracks of the second cam group
- B31, B32, B33B31, B32, B33
- Breite der ersten bis dritten Nockenbahn der dritten NockengruppeWidth of the first to third cam tracks of the third cam group
- B41, B42, B43B41, B42, B43
- Breite der ersten bis dritten Nockenbahn der vierten NockengruppeWidth of the first to third cam tracks of the fourth cam group
- BABA
- Axialbewegungaxial movement
- BA1, BA2, BA3, BA4BA1, BA2, BA3, BA4
- Erste bis vierte AxialbewegungFirst to fourth axial movement
- BNBN
- Nockenwellen-DrehbewegungCamshaft rotational movement
-
NGA 1, NGA 2, NGA 3
NGA 1, NGA 2, NGA 3 -
Nockengruppenabstand
1 -3 Cam group distance1 -3 - NK1-3NK1-3
- Erste bis dritte NockenklasseFirst to third cam class
- NW1AB, NW2AB,NW1AB, NW2AB,
- Nockenwechselebene des ersten Übergangs der ersten bis viertenCam change plane of the first transition of the first to fourth
- NW3AB, NW4ABNW3AB, NW4AB
- Nockengruppecam group
- NW1BC, NW2BC,NW1BC, NW2BC,
- Nockenwechselebene des zweiten Übergangs der ersten bis viertenCam change plane of the second transition of the first to fourth
- NW3BC, NW4BCNW3BC, NW4BC
- Nockengruppecam group
- RA, RB, RCRA, RB, RC
- Erster bis dritter maximaler NockenradiusFirst to third maximum cam radius
- RAGRAG
- Gemeinsamer NockenwellenradiusCommon camshaft radius
- RMINR MIN
- Minimaler NockenwellenradiusMinimum camshaft radius
- SKSK
- Stößelkontaktfollower contact
- U11, U12U11, U12
- Erster und zweiter Übergang der ersten NockengruppeFirst and second transition of the first cam group
- U21, U22U21, U22
- Erster und zweiter Übergang der zweiten NockengruppeFirst and second transition of the second cam group
- U31, U32U31, U32
- Erster und zweiter Übergang der dritten NockengruppeFirst and second transition of the third cam group
- U41, U42U41, U42
- Erster und zweiter Übergang der vierten NockengruppeFirst and second transition of the fourth cam group
- VA1-3VA1-3
- VentilebenenabstandValve spacing
- VE1-4VE1-4
- Ventilebene, erste bis vierte VentilebeneValve level, first to fourth valve level
- VHVH
- Ventilhubvalve
- VHA, VHB, VHCVHA, VHB, VHC
- Erster bis dritter maximaler VentilhubFirst to third maximum valve lift
- WPGWPG
- Gemeinsame WinkelpositionCommon angular position
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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ID=67224209
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DE102011054218A1 (en) | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Internal combustion engine i.e. multi-cylinder internal combustion engine, has rotatably mounted camshaft operating gas shuttle valves of cylinders, and common actuator effectuating axial displacement of sliding cams arranged on camshaft |
-
2018
- 2018-01-29 DE DE102018101937.8A patent/DE102018101937B4/en active Active
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DE102018101937B4 (en) | 2023-01-19 |
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
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Owner name: ROLLS-ROYCE SOLUTIONS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |