DE102019004810A1 - Variable valve control for gasoline engines and diesel engines - Google Patents

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Abstract

Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nockenwelle 1 durch eine Verzahnung 6 gegenüber einem Nockenwellenzahnrad 4 axial verschiebbar ist 5 und ihre Nocken 9 in axialer Richtung rampenartige Nockenkonturen 8 senkrecht zur Nockenwellenachse aufweisen, die im Motorbetrieb durch axiale Verschiebung 5 sowohl variierende Ventilhübe 12 der Ventile 11, die von 0 mm bis zur maximalen Nockenhöhe 8 variieren können, oder/als auch durch unterschiedliche Umfangswinkel ihres Nockenprofils 14,15 unterschiedliche Ventilöffnungszeiträume erzeugen können.Variable valve control for gasoline and diesel engines, characterized in that at least one camshaft 1 is axially displaceable by a toothing 6 relative to a camshaft gear 4 5 and its cams 9 have ramp-like cam contours 8 in the axial direction perpendicular to the camshaft axis, which in engine operation by axial displacement 5 both varying valve lifts 12 of the valves 11, which can vary from 0 mm to the maximum cam height 8, and / or can also generate different valve opening periods through different circumferential angles of their cam profile 14, 15.

Description

Die Erfindung beschreibt eine variable Ventilsteuerung für Ottomotoren und Dieselmotoren.The invention describes a variable valve control for gasoline engines and diesel engines.

Ein Konstruktionsziel bei Ottomotoren mit Drosselklappe ist die Vermeidung von Verlusten an der Drosseklappe bei der Zuführung von Verbrennungsluft. Eingebaut im Ansaugtrakt, bestimmt ihr Öffnungswinkel das Volumen, respektive die Masse an Verbrennungsluft das in den Zylinder gelangt. Unbefriedigend an dieser Lösung sind die an ihr entstehenden Verluste.One of the design objectives for gasoline engines with a throttle valve is to avoid losses at the throttle valve when supplying combustion air. Built into the intake tract, its opening angle determines the volume or the mass of combustion air that gets into the cylinder. What is unsatisfactory about this solution are the losses it incurs.

Bei Motoren mit Drosselklappe muss beim Öffnen der Einlassventile das Volumen der Saugrohre zwischen Ventil und Drosselklappe überwunden werden bevor sich die Verbrennungsluftmasse in Richtung der Zylinder in Bewegung setzt. Das Saugrohrvolumen bildet somit einen Dämpfer, der das Ansprechverhalten des Motors verzögert. Werden die Widerstände von Drosselklappe und Dämpfungsvolumen ausgeschaltet und das Einlassventil zur Laststeuerung bewegt, sinkt der Kraftstoffverbrauch, steigt die Leistung und der Motor spricht drastisch besser auf die Anforderungen des Fahrpedals an.In engines with a throttle valve, the volume of the intake manifold between the valve and the throttle valve must be overcome when the intake valves are opened before the combustion air mass starts moving in the direction of the cylinders. The intake manifold volume thus forms a damper that delays the response of the engine. If the resistances of the throttle valve and damping volume are switched off and the inlet valve is moved to control the load, fuel consumption decreases, performance increases and the engine responds drastically better to the demands of the accelerator pedal.

Konstruktive Schritte zum Endziel der vollständigen Entdrosselung hin sind Phasenverstellung, Abgasrückführung, Schichtladebetrieb bei Direkteinspritzung, hubraumkleine aufgeladene Motoren, Abstimmung von Saugrohr und Abgasanlage, variable Verdichtung, Zylinderabschaltung.Structural steps towards the ultimate goal of complete dethrottling are phase adjustment, exhaust gas recirculation, stratified charge operation with direct injection, supercharged engines with small displacement, coordination of intake manifold and exhaust system, variable compression, cylinder deactivation.

Die maximale Entdrosselung wird jedoch erst beim vollvariablen Ventilhub, wie sie die Valvetronic von BMW und das Multi-Air-System von FIAT aufweisen, erreicht.The maximum dethrottling is only achieved with the fully variable valve lift, as shown by the Valvetronic from BMW and the Multi-Air system from FIAT.

Bei der Valvetronic wird die Verbrennungsluftzufuhr über den variablen Ventilhub ohne Drosselklappe gesteuert. Der vollvariable Ventilhub wird durch einen elektromotorisch verstellbaren Zwischenhebel bewirkt, der zwischen der Nockenwelle und dem Schlepphebel, der das Ventil betätigt, platziert ist. Im Ergebnis ist der Ventilhub variabel. Die Drosselklappe dient nur der Korrektur, nicht der Laststeuerung. Die geschieht ausschließlich über den variablen Hub der Einlassventile.With the Valvetronic, the combustion air supply is controlled via the variable valve lift without a throttle valve. The fully variable valve lift is brought about by an intermediate lever that can be adjusted by an electric motor and is placed between the camshaft and the rocker arm that actuates the valve. As a result, the valve lift is variable. The throttle valve is only used for correction, not for load control. This happens exclusively via the variable lift of the inlet valves.

Der Nachteil der Valvetronic ist ihr hoher Bauaufwand. Um die Bewegung der Nockenwelle auf das Einlassventil zu übertragen bedarf es des Zwischenhebels mit zwei zusätzlichen Reibrollen. Das erzeugt erhöhten Reibaufwand und mindert die Reaktionsschnelligkeit des Systems.The disadvantage of the Valvetronic is its high construction cost. The intermediate lever with two additional friction rollers is required to transfer the movement of the camshaft to the inlet valve. This creates increased friction and reduces the system's speed of reaction.

Ein weiterer Nachteil der Valvetronic ist die relative Trägheit der Ventilverstellung. Die Verstellzeit von 300 Millisekunden vom Minimal- zum Maximalhub der Einlassventile ist zu träge um zwischen aufeinanderfolgenden Einlasstakten zweier Zylinder oder gar innerhalb des Einlasstaktes eines Zylinders den Ventilhub oder die Ventilöffnungszeit zu beeinflussen.Another disadvantage of the Valvetronic is the relative inertia of the valve adjustment. The adjustment time of 300 milliseconds from the minimum to the maximum lift of the intake valves is too slow to influence the valve lift or the valve opening time between successive intake strokes of two cylinders or even within the intake stroke of a cylinder.

Beim Multi-Air-System wird der variable Hub der Einlassventile durch eine elektrohydraulische Übertragungseinheit bewirkt, die den Hub des Nockens einer Nockenwelle auf die Einlassventilschäfte überträgt. Der Multi-Air-Zylinderkopf besitzt eine obenliegende Nockenwelle, die die Auslassventile mechanisch mit den Auslassnocken über Tassenstößel betätigt. Auf dieser Nockenwelle gibt es aber pro Zylinder auch noch je einen Einlassnocken, der aber nicht unmittelbar auf die Einlassventile wirkt, sondern auf eine elektrohydraulische Übertragungseinheit, die aus einem Rollenschlepphebel und einer Hydraulik mit Geberkolben, Druckkammer, Magnetventil und Nehmerkolben an den beiden Einlassventilen besteht. Der Hub des Nockens wird durch die Ölhydraulik auf die Einlassventilschäfte übertragen. Bleibt das in der Druckkammer angeordnete Magnetventil während eines Ventilhubes geschlossen, kann kein Öl abfließen und die Ventile folgen der durch die Nockenform vorgegebenen Erhebungskurve der Nockenwelle. Wird hingegen das Magnetventil vom Motorsteuergerät geöffnet, kann ein Teil des Öls aus der Druckkammer in einen Niederdruckkreislauf entweichen; die jeweiligen Einlassventile öffnen kürzer und weniger weit als vom Nocken vorgegeben oder auch gar nicht. Das hat zur Folge, dass sowohl der Ventilhub als auch die Zeiten von Ventilöffnung und Ventilschließen, also die Einlass-Steuerzeit, durch die elektrische Ansteuerung des Magnetventils - in den durch die mechanische Form des Nockens vorgegebenen Grenzen - variabel gesteuert werden können. Allerdings kann die Elektro-Hydraulik, wenn sie aktiviert wird, den Ventilhub und die Ventilöffnungszeit immer nur verringern.In the multi-air system, the variable lift of the intake valves is effected by an electro-hydraulic transmission unit that transmits the lift of the cam of a camshaft to the intake valve stems. The Multi-Air cylinder head has an overhead camshaft that mechanically actuates the exhaust valves with the exhaust cams via bucket tappets. On this camshaft there is also one inlet cam per cylinder, which does not act directly on the inlet valves, but on an electro-hydraulic transmission unit, which consists of a roller rocker arm and a hydraulic system with a master piston, pressure chamber, solenoid valve and slave piston on the two inlet valves. The lift of the cam is transmitted to the intake valve stems by the oil hydraulics. If the solenoid valve arranged in the pressure chamber remains closed during a valve stroke, no oil can flow out and the valves follow the camshaft elevation curve predetermined by the cam shape. If, on the other hand, the solenoid valve is opened by the engine control unit, part of the oil can escape from the pressure chamber into a low-pressure circuit; the respective inlet valves open shorter and less than specified by the cam or not at all. As a result, both the valve lift and the times of valve opening and valve closing, i.e. the inlet control time, can be variably controlled by the electrical control of the solenoid valve - within the limits specified by the mechanical shape of the cam. However, when the electro-hydraulic system is activated, it can only ever reduce the valve lift and the valve opening time.

Geschlossen werden die Ventile, wie gewöhnlich, von Federn. Während der übrigen Takte des Viertaktmotors füllt das Niederdrucksystem der Ölhydraulik die Druckkammer auf und wirkt wie ein hydraulischer Ventilspielausgleich.As usual, the valves are closed by springs. During the remaining strokes of the four-stroke engine, the low-pressure system of the oil hydraulics fills the pressure chamber and acts like a hydraulic valve clearance compensation.

Ein bedeutsamer Nachteil dieser Lösung des voll variablen Ventiltriebs ist, dass eine regelbare Anpassung der Ventilüberschneidung von Auslassventil und Einlasstventil an den jeweils aktuellen Betriebspunkt nicht möglich ist.A significant disadvantage of this fully variable valve train solution is that it is not possible to adjust the valve overlap of the exhaust valve and intake valve to the current operating point.

Zusätzlicher Nachteil ist auch bei der Multi-Air der hohe Bauaufwand.Another disadvantage of the Multi-Air is the high construction costs.

Die Erfindung hebt die beschriebenen Nachteile der beiden Ventilsteuersysteme auf. Dadurch realisiert sie ohne Einschränkung die Vorteile eines voll variablen Einlassventilhubs gegenüber fest vorgegebenen Steuerzeiten, wie

  • • ein breiteres, nutzbares Drehzahlband,
  • • die Entdrosselung des Motors
  • • exzellentes Kaltstartverhalten
  • • geringerer Verbrauch
  • • verminderte Abgasemission
  • • besseres Ansprechverhalten
  • • Anhebung des Drehmomentes im unteren Drehzahlbereich durch eine erheblich bessere Verwirbelung der Verbrennungsluft bei Leerlauf und in der unteren Teillast, weil sie in dem engen Ventilspalt enorm beschleunigt wird
bei vergleichsweise geringerem Bauaufwand.The invention eliminates the disadvantages of the two valve control systems described. In this way she realizes the advantages of a without restriction fully variable intake valve lift compared to fixed control times, such as
  • • a wider, usable speed range,
  • • the de-throttling of the motor
  • • excellent cold start behavior
  • • lower consumption
  • • reduced exhaust emissions
  • • better responsiveness
  • • Increase of the torque in the lower speed range through a significantly better turbulence of the combustion air at idle and in the lower part load, because it is accelerated enormously in the narrow valve gap
with comparatively less construction costs.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der voll variable Ventilhub von 0 mm bis zum maximalen Hub außerdem, ohne eine zusätzliche Mechanik, eine Zylinderabschaltung erlaubt, indem er zwischen den Einlasstakten zweier Zylinder einen Ventilhub auf 0 mm zurückfährt und, darauf abgestimmt, den Ventilhub des anderen Zylinders für eine entsprechend höhere Füllung mit Verbrennungsluft desselben erhöht. Weiter lassen sich durch Nockenwellen mit unterschiedlichen Nockenkonturen der Nocken in der Rotationsebene variable Ventilöffnungszeiten erzeugen. Damit wird es erfindungsgemäß möglich, auch bei Verdichtungsverhältnissen die, nur durch eine, durch vorzeitiges Schließen des Einlassventils vor dem Ende des Einlasshubs, erzwungene Temperaturerniedrigung (Millerzyklus) in der Lage sind bei Volllast klopfende Verbrennung zu vermeiden, bei Lastanforderungen unterhalb der Volllast, die Einlassphase auf den vollständigen Einlasshub auszuweiten, vorzugsweise durch Klopfsensoren an die aktuelle Lastanforderung angepasst. Oder umgekehrt bei Erhöhung der Lastanforderung die Öffnungsphase der Einlassventile vom vollständigen Einlasshub auf den Millerzyklus mit vorzeitigem Einlassventilschließen entlang einer Kennlinie oder einem Kennfeld zurückzufahren.Another advantage of the invention is that the fully variable valve lift from 0 mm to the maximum lift also allows cylinder deactivation without additional mechanics by reducing a valve lift to 0 mm between the intake strokes of two cylinders and, depending on this, the valve lift of the other cylinder for a correspondingly higher filling with combustion air of the same increased. Furthermore, variable valve opening times can be generated by camshafts with different cam contours of the cams in the plane of rotation. This makes it possible according to the invention to avoid knocking combustion at full load, even with compression ratios that are only able to avoid knocking combustion at full load through a premature closing of the intake valve before the end of the intake stroke, and the intake phase for load requirements below full load to expand to the full intake stroke, preferably adapted to the current load requirement by knock sensors. Or, conversely, when the load requirement increases, the opening phase of the intake valves can be reduced from the full intake stroke to the Miller cycle with the intake valve closing prematurely along a characteristic curve or a map.

Es wird zudem möglich unterschiedliche effektive Kompressionsverhältnisse sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren zu realisieren. Ergebnis ist eine Erhöhung der Expansionsarbeit des Kolbens und eine Entdrosselung im Teillastbereich, mit dem Vorteil der Verbrauchsverringerung und frühem Drehmoment in voller Stärke.It is also possible to achieve different effective compression ratios for both gasoline engines and diesel engines. The result is an increase in the expansion work of the piston and a dethrottling in the partial load range, with the advantage of reduced consumption and early torque in full strength.

Weiter erlaubt die Erfindung durch das erfindungsgemäße axiale Verschieben der Einlassnockenwelle die für unterschiedliche Ottokraftstoffe geeignete Nockenwellenkontur anzusteuern. Beim Betrieb des Ottomotors mit Benzin mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis dessen Verdichtungsendtemperatur, bei Öffnung der Einlassventile über den gesamten Ansaugtakt, die Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoffs Benzin überschreiten würde, werden die Einlassnockenwellenkonturen so ausgeformt, dass die Einlassventile für die Verbrennungsluft schon schließen, lange bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht. Die dadurch erzwungene Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der restlichen Abwärtsphase des Kolbens kühlt das Kraftstoff-Luft-Gemisch, was den Druck und die Temperatur am Ende des darauf folgenden Verdichtungstakts mindert, sodass beim Betrieb des Motors mit dem Kraftstoff Benzin dessen Selbstentzündungstemperatur nicht überschritten wird (Millerzyklus).Furthermore, the invention enables the camshaft contour suitable for different gasoline fuels to be controlled by the axial displacement of the inlet camshaft according to the invention. When operating the gasoline engine with gasoline with a geometric compression ratio, the compression end temperature of which would exceed the self-ignition temperature of the gasoline fuel if the intake valves were to open over the entire intake stroke, the intake camshaft contours are shaped in such a way that the intake valves for the combustion air close long before the piston hits bottom dead center reached. The resulting expansion of the fuel-air mixture in the remaining downward phase of the piston cools the fuel-air mixture, which reduces the pressure and temperature at the end of the following compression stroke, so that when the engine is operated with gasoline, its auto-ignition temperature does not occur is exceeded (Miller cycle).

Die Selbstentzündungstemperaturen alternativer Ottokraftstoffe wie LPG, CNG oder Alkohol liegen um einiges höher als die Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoffs Benzin.The auto-ignition temperatures of alternative petrol such as LPG, CNG or alcohol are considerably higher than the auto-ignition temperature of gasoline.

Aus diesem Grunde benötigt ein mit diesen Kraftstoffen betriebener Ottomotor die Temperaturminderung durch die erzwungene Gemischexpansion wie beim Betrieb mit dem Kraftstoff Benzin nicht und kann deshalb durch das Abfahren einer geeigneten Nockenwellenkontur die vollständige Füllung des Brennraums mit Kraftstoff-Luft-Gemisch über den gesamten Ansaugtakt nutzen, mit den damit verbundenen Vorteilen bei Drehmoment und Leistung und geringerem Schadstoffausstoß.For this reason, a gasoline engine operated with these fuels does not require the temperature reduction due to the forced mixture expansion, as is the case with operation with gasoline, and can therefore use the complete filling of the combustion chamber with the fuel-air mixture over the entire intake stroke by following a suitable camshaft contour, with the associated advantages in terms of torque and power and lower pollutant emissions.

Beim Dieselmotor blieb die variable Ventilsteuerung lange unbeachtet, denn sie laufen ja mit maximalem Luftüberschuss und benötigten daher keine Drosselung. Erstmals in Serie kamen variable Steuerzeiten beim Diesel-Pkw daher erst 2010. In diesen Motoren ist die Rohabgasgüte der wichtigste Treiber für solche, in der Produktion bisher teure, Lösungen. Vorteil der variablen Ventilsteuerung ist hier die Möglichkeit, den Motor und die Katalysatoren schneller auf Betriebstemperatur zu bringen, sie weniger schnell auskühlen zu lassen und durch heraufsetzen der Abgastemperatur die Regeneration des Partikelfilters zu begünstigen. So bedeutet ein frühes Öffnen des Auslassventils eine zusätzliche Heizmaßnahme für die Abgasnachbehandlung zur Absenkung der NOx-Emission im kalten Motor. Variable Ventilsteuerzeiten ermöglichen auch eine Warmhaltefunktion in Leerlaufphasen, um unerwünschtes Auskühlen der Abgasreinigung zu verringern. Hinzu kommt die Möglichkeit im quasistationären Teillastbetrieb den, gegenüber dem Verdichtungshub, längeren Expansionshub des Miller-Zyklus zu nutzen und damit durch die verbesserte Effizienz den Kraftstoffverbrauch zu senken.The variable valve control was ignored for a long time in the diesel engine, because they run with maximum excess air and therefore do not require any throttling. Variable valve timing in diesel cars did not come into series production for the first time until 2010. In these engines, the raw exhaust gas quality is the most important driver for such solutions, which were previously expensive in production. The advantage of the variable valve control is the possibility to bring the engine and the catalytic converters to operating temperature more quickly, to let them cool down less quickly and to promote the regeneration of the particulate filter by increasing the exhaust gas temperature. An early opening of the exhaust valve means an additional heating measure for the exhaust gas aftertreatment to reduce the NOx emissions in the cold engine. Variable valve timing also enables a warming function in idle phases in order to reduce undesired cooling of the exhaust gas cleaning system. In addition, there is the option in quasi-stationary part-load operation to use the longer expansion stroke of the Miller cycle compared to the compression stroke, and thus to reduce fuel consumption through improved efficiency.

Es werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung exemplarisch und vereinfacht dargestellt und erläutert.

  • 1a zeigt eine erfindungsgemäß axial verschiebbare 5 Nockenwelle 1, mit einem Nocken 9 mit erfindungsgemäßer rampenförmigen Nockenkontur in axialer Richtung 8, der über den erfindungsgemäßen Kugelschlepphebel 10,13 ein Ventil 11 betätigt und einen Aktuator zur axialen Verschiebung 5 dieser Nockenwelle 1, hier ein Linearmotor 7.
  • 1b unterscheidet sich von 1a durch die Gabelung 16 des Kugelschlepphebels 10,13 in Richtung der paarigen Ventilschäfte 11 bei Vierventilmotoren.
  • 1c zeigt eine Variante mit Stütze 17 zur Aufnahme der auf den Kugelschlepphebel 10,13 einwirkenden axialen Kraft.
  • 2 zeigt ebenfalls eine erfindungsgemäß axial verschiebbare Nockenwelle 5 mit unterschiedlichen rotatorischen Konturen 14,15 eines Nockens 9 die durch einen Aktuator zur axialen Verschiebung 7 über eine axiale Rampe 8 angesteuert werden können.
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäß axial verschiebbare Nockenwelle 5 mit einem Nocken 9 mit erfindungsgemäßer Kombination unterschiedlicher rotatorischen Nockenkonturen 14,15, die durch ihre axiale Rampen 8 differentiell unterschiedliche Ventilhübe 12 bewirken.
In the following, exemplary embodiments of the invention are illustrated and explained in an exemplary and simplified manner.
  • 1a shows an axially displaceable camshaft according to the invention 1 , with a cam 9 with the inventive ramp-shaped cam contour in the axial direction 8th , the about the inventive ball rocker arm 10 , 13 a valve 11 operated and an actuator for axial displacement 5 this camshaft 1 , here a linear motor 7th .
  • 1b differs from 1a through the fork 16 of the rocker arm 10 , 13 towards the paired valve stems 11 with four-valve engines.
  • 1c shows a variant with a support 17th for receiving the on the rocker arm 10 , 13 acting axial force.
  • 2 also shows an axially displaceable camshaft according to the invention 5 with different rotatory contours 14th , 15th of a cam 9 by an actuator for axial displacement 7th via an axial ramp 8th can be controlled.
  • 3 shows an axially displaceable camshaft according to the invention 5 with a cam 9 with the inventive combination of different rotary cam contours 14th , 15th by their axial ramps 8th differentially different valve lifts 12 effect.

In 1a ist eine Nockenwelle 1 mit einem Nocken 9, aufweisend die erfindungsgemäße, axial rampenförmige Nockenkontur 8, in einem Nockenwellengehäuse 2 abgebildet. Durch axiale Verschiebung 5 der Nockenwelle 1 durch einen Aktuator, hier ein Linearmotor 7, wird über die schräge Ebene der Rampe 8 der vertikale Hub 12 des Kugelhebels 10 verändert, der wiederum den, vorzugsweise vom Motorsteuergerät errechneten, optimalen Hub 12 des Ventils 11 zwischen 0 und Maximum bewirkt. Der Kugelhebel 10 besitzt an Stelle einer Rolle auf der der Nocken 9 abläuft eine Kugel 13, die auf der Nockenkontur 8 sowohl rotatorisch als auch axial ablaufen kann (Kugelhebel).In 1a is a camshaft 1 with a cam 9 , having the inventive, axially ramp-shaped cam contour 8th , in a camshaft housing 2 pictured. By axial displacement 5 the camshaft 1 by an actuator, here a linear motor 7th , is on the inclined plane of the ramp 8th the vertical stroke 12 of the ball lever 10 changes, which in turn sets the optimum stroke, preferably calculated by the engine control unit 12 of the valve 11 between 0 and maximum. The ball lever 10 instead of a role on which the cam has 9 expires a ball 13 that are on the cam contour 8th can run both rotationally and axially (ball lever).

Die Nockenwelle 1 ist mit einer Verzahnung 6 mit dem Nockenwellenzahnrad 4 axial verschiebbar 5 verbunden. Über die Verzahnung 6 wird Drehkraft der (hier nicht gezeigten) Kurbelwelle des Motors zur Betätigung der Ventile auf die Nockenwelle 1 übertragen. Das Nockenwellenzahnrad 4 wiederum ist, vorzugsweise mit einem Rillenkugellager 3, gegen das Nockenwellengehäuse 2 gelagert. Die Lagerung 3 fixiert das Nockenwellenzahnrad 4 gegenüber dem Nockenwellengehäuse 2 und fängt die axiale Kraft auf, die beim Verschieben 5 der Nockenwelle 1 entsteht. Der Aktuator zum axialen Verschieben 5 ist in dieser Figur ein Linearmotor 7, der hier am anderen Ende der Einlassnockenwelle 1 positioniert ist.The camshaft 1 is with a toothing 6th with the camshaft gear 4th axially displaceable 5 connected. About the gearing 6th is the rotational force of the (not shown) crankshaft of the engine for actuating the valves on the camshaft 1 transfer. The camshaft gear 4th in turn, preferably with a deep groove ball bearing 3 , against the camshaft housing 2 stored. Warehousing 3 fixes the camshaft gear 4th opposite the camshaft housing 2 and absorbs the axial force that occurs when moving 5 the camshaft 1 arises. The actuator for axial displacement 5 is a linear motor in this figure 7th , the one here at the other end of the intake camshaft 1 is positioned.

Die Verschiebung 5 kann aber auch hydraulisch oder pneumatisch oder elektromechanisch erfolgen und der Aktuator 7 an anderer Stelle der Nockenwelle 1 positioniert sein. The postponement 5 but can also be done hydraulically or pneumatically or electromechanically and the actuator 7th elsewhere on the camshaft 1 be positioned.

1b unterscheidet sich von 1a dadurch, dass bei Vierventilmotoren aus Platzgründen die paarigen Ventile über einen in Richtung der Ventilschäfte 11 gegabelten Kugelhebel 16,13 nur von einer Nocke 9 betätigt werden. 1b differs from 1a in that in four-valve engines, for reasons of space, the paired valves have one in the direction of the valve stems 11 forked ball lever 16 , 13 only from one cam 9 be operated.

1c zeigt eine Variante bei der die, durch die rampenförmige Kontur 8 der Nocken 9, erzeugten axialen Kräfte, die beim Verschieben der Nockenwelle 1 auf den Kugelhebel 10,13 einwirken, durch eine dazu senkrecht stehende, mit dem Gehäuse 2 verbundene Lauffläche 17, gegen die sich die Kugeln 13 axial abstützen, aufgefangen werden. 1c shows a variant of the, through the ramp-shaped contour 8th the cam 9 , generated axial forces when moving the camshaft 1 on the ball lever 10 , 13 act through a perpendicular to the housing 2 connected tread 17th against which the bullets 13 support axially, be caught.

2 unterscheidet sich von den 1a,b dadurch, dass an Stelle der in axialer Richtung 5 linear ansteigenden Nockenkontur identischen rotatorischen Profils 8 Nockenkonturen verschiedenen rotatorischen Profils 14,15 durch axiale Verschiebung 5 der Nockenwelle 1 ansteuerbar sind. Das ermöglicht, anstatt differentiell unterschiedliche Hübe 12 der Ventile 11 zu erzeugen, unterschiedliche Ventilöffnungszeiten zu realisieren. Das erlaubt zum einen hochverdichtete Ottomotoren an der jeweiligen Selbstentzündungsgrenze von Kraftstoffen unterschiedlicher Oktanzahl zu betreiben und zum anderen auch bei Dieselmotoren den gegenüber dem Verdichtungshub längeren Expansionshub des Miller-Zyklus zu nutzen und damit, durch die verbesserte Effizienz, den Kraftstoffverbrauch zu senken. 2 differs from the 1a, b in that instead of in the axial direction 5 linearly increasing cam contour of identical rotary profile 8th Cam contours of various rotary profiles 14th , 15th by axial displacement 5 the camshaft 1 are controllable. This enables different strokes instead of differentially 12 of the valves 11 to generate different valve opening times. On the one hand, this allows high-compression gasoline engines to be operated at the respective auto-ignition limit of fuels of different octane numbers and, on the other hand, the longer expansion stroke of the Miller cycle compared to the compression stroke in diesel engines and thus, due to the improved efficiency, lower fuel consumption.

In 3 werden die erfindungsgemäßen Ausführungen der 1 und 2 in einer Konstruktion zusammengeführt. Die Nockenkonturen mit unterschiedlichem rotatorischen Profil 14,15 können jeweils über eine axiale Rampe 8 mit differentiell unterschiedlichen Ventilhüben 12 angesteuert werden. Das ermöglicht, einen Ottomotor mit Kraftstoffen unterschiedlicher Oktanzahl mit dem, zum aktuellen Betriebszustand des Motors optimal passenden Hub 12 seiner Ventile 11, an deren jeweiligen Selbstentzündungsgrenze zu betreiben. Alternativ kann an Stelle zweier nur eine axialen Rampe 8 vorhanden sein die sowohl die erfindungsgemäße, axial rampenförmige Nockenkontur 8 besitzt als auch mit erfindungsgemäßen unterschiedlichen rotatorischen Profilen 14,15 versehen ist.In 3 the embodiments of the invention 1 and 2 brought together in one construction. The cam contours with different rotatory profiles 14th , 15th can each use an axial ramp 8th with differentially different valve lifts 12 be controlled. This enables a gasoline engine with fuels of different octane numbers with the optimal stroke for the current operating state of the engine 12 its valves 11 to operate at their respective self-ignition limit. Alternatively, only one axial ramp can be used instead of two 8th be present both the inventive, axially ramp-shaped cam contour 8th possesses as well as with different rotational profiles according to the invention 14th , 15th is provided.

Claims (8)

Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nockenwelle 1 durch eine Verzahnung 6 gegenüber einem Nockenwellenzahnrad 4 axial verschiebbar ist 5 und ihre Nocken 9 in axialer Richtung rampenartige Nockenkonturen 8 senkrecht zur Nockenwellenachse aufweisen, die im Motorbetrieb durch axiale Verschiebung 5 sowohl variierende Ventilhübe 12 der Ventile 11, die von 0 mm bis zur maximalen Nockenhöhe 8 variieren können, oder/als auch durch unterschiedliche Umfangswinkel ihres Nockenprofils 14,15 unterschiedliche Ventilöffnungszeiträume erzeugen können.Variable valve control for gasoline and diesel engines, characterized in that at least one camshaft 1 is axially displaceable by a toothing 6 with respect to a camshaft gear 4 5 and its cams 9 in the axial direction Have ramp-like cam contours 8 perpendicular to the camshaft axis, which during engine operation by axial displacement 5 generate both varying valve lifts 12 of the valves 11, which can vary from 0 mm to the maximum cam height 8, or / and also produce different valve opening periods due to different circumferential angles of their cam profile 14,15 can. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Nockenkontur 8 bei der Drehbewegung der Nockenwelle 1 in einen Hub der Ventile 11 über Kugelhebel 10,13 erfolgt, die als Schlepphebel oder Kipphebel oder bei Tassenstößel als Zwischenhebel angeordnet sind, deren Kugeln 13 sich axial gegen dazu senkrechte Laufflächen 17 am Gehäuse 2 abstützen.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to Claim 1 characterized in that the conversion of the cam contour 8 during the rotary movement of the camshaft 1 into a stroke of the valves 11 takes place via ball levers 10, 13, which are arranged as rocker arms or rocker arms or in bucket tappets as intermediate levers, the balls 13 of which are axially against running surfaces perpendicular thereto Support 17 on housing 2. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei Vierventilmotoren die Kugelhebel 10,13 sich in Richtung der Ventile 11 hin gabeln können und dadurch, anstatt eines Nockens für jedes Ventil, jedes Ventilpaar 11 von nur einer Nocke 9 betätigt wird.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to Claim 2 characterized in that, in four-valve engines, the ball levers 10, 13 can fork in the direction of the valves 11 and, as a result, each valve pair 11 is actuated by only one cam 9 instead of a cam for each valve. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung 5 der Nokkenwelle 1 elektromagnetisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder elektromechanisch erfolgt.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to the preceding claims, characterized in that the axial displacement 5 of the camshaft 1 takes place electromagnetically or hydraulically or pneumatically or electromechanically. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung 5 der Nockenwelle 1 mindestens die Dauer zweier aufeinanderfolgenden Einlasshübe unterschreitet.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to Claim 4 characterized in that the axial displacement 5 of the camshaft 1 is at least less than the duration of two successive intake strokes. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass durch aufeinander folgendes Verschieben der Einlassnockenwelle zwischen einem Ventilhub mit 0 mm und dem nachfolgenden vergrößerten Ventilhub eine Zylinderabschaltung erreicht wird.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to Claim 5 characterized in that cylinder deactivation is achieved by successively displacing the intake camshaft between a valve lift of 0 mm and the subsequent increased valve lift. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach den Ansprüchen 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass bei Ottomotoren die Nockenkontur 8,14,15 einer Einlassnockenwelle angesteuert wird, die für jeden Ottokraftstoff die Einlassventilsteuerzeit erzeugt, mit der er auch bei Volllast ohne Kraftstoffklopfen betrieben werden kann.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to the Claims 1 - 5 characterized in that in gasoline engines the cam contour 8,14,15 of an intake camshaft is activated, which generates the intake valve control time for each gasoline fuel, with which it can be operated even at full load without fuel knocking. Variable Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass bei Dieselmotoren Nockenwellen Nockenkonturen 14,15 aufweisen die einen gegenüber dem Verdichtungshub längeren Expansionshub erzeugen.Variable valve control for gasoline and diesel engines according to the Claims 1 - 4th characterized in that, in diesel engines, camshafts have cam contours 14, 15 which generate a longer expansion stroke compared to the compression stroke.
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