DE102019112133A1

DE102019112133A1 - Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs, variabler Ventiltrieb und Ventiltriebsteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019112133A1
Application number: DE102019112133.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Hacker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) zur Steuerung eines einem Verbrennungsmotor (12) zugeordneten variablen Ventiltriebs (14) mit einem Betätigungselement (48), einem ersten Schaltübertragungselement (44) und einem zweiten Schaltübertragungselement (46), wobei das Betätigungselement (48), das erste Schaltübertragungselement (44) sowie das zweite Schaltübertragungselement (46) in Reihe geschaltet sind und das erste Schaltübertragungselement (44) wirksam zwischen dem zweiten Schaltübertragungselement (46) und dem Betätigungselement (48) angeordnet ist und eine Umschaltung der Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) von der Schaltstellung (SG1, SG2) des ersten Schaltübertragungselements (44) abhängig ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen variablen Ventiltrieb (14) mit einer derartigen Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) und ein Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs (14) über eine derartige Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen variablen Ventiltrieb nach Anspruch 9 und ein Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs nach Anspruch 10.
Eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung ist beispielsweise aus DE 10 2017 101 792 A1 bekannt. Die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung ist einem variablen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors zugeordnet. Der Verbrennungsmotor weist ein Gaswechselventil auf, dessen Ventilhub jeweils durch einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle vorgegeben und über einen schaltbaren Schlepphebel, der einen Primärhebel und einen Sekundärhebel aufweist, selektiv auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragbar ist. Der Primärhebel ist mit dem Sekundärhebel, der schwenkbar an dem Primärhebel gelagert ist, über einen durch eine Stellvorrichtung verstellbaren axial beweglichen Koppelbolzen koppelbar. Der Koppelbolzen ist durch einen axial beweglich gelagerten Schaltbolzen gegen die Rückstellkraft eines Federelementes verschiebbar. Das axial äußere Ende des Schaltbolzens ist mit einem Verbindungselement verbunden, das mit einer Schaltstange gekoppelt ist. Die Schaltstange ist oberhalb des Schlepphebels parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet und über einen Linearaktor gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ausgangsstellung in eine Schaltstellung entlang einer Längsachse verschiebbar.
In DE 10 2019 107 674.9 wird ein variabler Ventiltrieb mit zwei parallel liegenden Schubleisten beschrieben, die durch einen gemeinsamen Zweipinaktor betätigt werden, der hierfür zwei parallel liegende und der jeweiligen Schubleiste zugeordnete Schaltstifte aufweist. Damit ist es möglich, zwei Schubleisten mit einem Aktor, der zwei getrennt steuerbare Elektromagnete beinhaltet, zu steuern. Hierdurch können beispielsweise zwei Ventilgruppen des Verbrennungsmotors getrennt voneinander gesteuert werden. Der Zweipinaktor ist allerdings aufwendig aufgebaut und umständlich herstellbar und damit teuer. Eine der Schubleisten erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des Zylinderkopfs und ist dadurch toleranzanfällig. Insgesamt nehmen beide Schubleisten viel Bauraum in dem Zylinderkopf ein. Sollen die beiden Schubleisten zeitgesteuert aufeinander abgestimmt angesteuert werden, ist außerdem eine aufwendige Steuerschaltung hierfür erforderlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung und einen Ventiltrieb zu verbessern. Der Bauraum der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung soll verringert werden. Die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung soll zuverlässiger ausgeführt und kostengünstiger aufgebaut und herstellbar sein. Die Ventilhubsteuerung soll komfortabler und flexibler erfolgen.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann das erste und zweite Schaltübertragungselement über ein einzelnes Betätigungselement und dennoch getrennt voneinander geschaltet werden. Das zweite Schaltübertragungselement kann zeitlich nach dem ersten Schaltübertragungselement geschaltet werden. Die Ventilhubsteuerung der ersten und zweiten Ventilgruppe kann dadurch um einen Zeitversatz nacheinander erfolgen. Dadurch kann die Ventilhubsteuerung subjektiv unbemerkt erfolgen. Die Kosten und der Bauraum der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung können verringert werden. Die Anzahl an Bauteilen der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung können verringert werden.
Die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung kann in einem Fahrzeug eingebaut sein. Der Aktor kann ein Linearaktor, insbesondere ein Linearreluktanzaktor, sein. Der Aktor kann das Betätigungselement elektromagnetisch bewegen. Dadurch kann der Temperatureinfluss auf die Betätigung verringert werden. Die erste und zweite Betätigungsstellung kann eine Position entlang einer Längsachse sein. Die Nockenwelle kann in Bezug auf eine parallel zu der Längsachse verlaufenden Drehachse drehbar sein.
Das erste und/oder zweite Ventil kann ein Gaswechselventil, insbesondere ein Einlass- oder Auslassventil sein. Die erste Ventilgruppe kann mehrere erste Ventile aufweisen. Die zweite Ventilgruppe kann mehrere zweite Ventile aufweisen. Die erste Ventilgruppe kann einer ersten Zylinderbank und die zweite Ventilgruppe kann einer zweiten Zylinderbank des Verbrennungsmotors zugeordnet sein. Es können pro Zylinder des Verbrennungsmotors wenigstens zwei Ventile angeordnet sein. Der erste Ventilhub kann größer als der zweite Ventilhub sein. Der erste Ventilhub kann ein Vollhub und der zweite Ventilhub kann ein Nullhub sein. Dadurch kann eine selektive Zylinderabschaltung des Verbrennungsmotors ermöglicht werden. Der erste Ventilhub kann ein Vollhub und der zweite Ventilhub kann ein Nachhub sein, der zeitlich auf den Vollhub folgt und betragsmäßig kleiner als der Vollhub ist.
Zwischen dem jeweiligen Schaltübertragungselement und dem entsprechenden Hubübertragungselement kann ein elastisches Koppelelement wirksam angeordnet sein, mit dem der jeweilige Schaltzustand über die entsprechende Schaltstellung bewirkt werden kann. Bevorzugt wird der jeweilige Schaltzustand bei vorgegebener entsprechender Schaltstellung dann bewirkt, wenn der jeweilige Nockengrundkreis des dem entsprechenden Hubübertragungselement zugeordneten Nockens einem Gleitbereich des Hubübertragungselements zugewandt ist, insbesondere wenn das jeweilige Ventil unbetätigt ist. Das Koppelelement kann ein Betätigungsblech sein. Das Koppelelement kann unmittelbar zwischen dem jeweiligen Schaltübertragungselement und dem entsprechenden Hubübertragungselement angeordnet sein.
Der erste Schaltzustand des jeweiligen Hubübertragungselements kann der ersten Schaltstellung des entsprechenden Schaltübertragungselements und der zweite Schaltzustand des jeweiligen Hubübertragungselements kann der zweiten Schaltstellung des entsprechenden Schaltübertragungselements zugeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das jeweilige erste oder zweite Hubübertragungselement ein schaltbarer Schlepphebel und/oder das erste Schaltübertragungselement eine axial verschiebbare erste Schubleiste und/oder das zweite Schaltübertragungselement eine axial verschiebbare zweite Schubleiste und/oder die jeweilige erste oder zweite Schaltstellung eine Position entlang einer Längsachse. Der schaltbare Schlepphebel kann ein schaltbarer Rollenschlepphebel sein. Die Schaltvorrichtung kann einen Schaltstift umfassen. Der Schaltstift kann entlang einer parallel zu der Längsachse verlaufenden Achse verschiebbar sein. Der Schaltstift kann mit einem Verriegelungsstift verbunden sein, über den ein Primärhebel und ein Sekundärhebel des schaltbaren Rollenschlepphebels miteinander gekoppelt oder entkoppelt werden können. Das erste und zweite Schaltübertragungselement können, insbesondere bis auf einen Unterschied, der weniger als die Hälfte der jeweiligen Länge des Schaltübertragungselements in Bezug auf die Längsachse beträgt, gleich lang sein.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist das zweite Schaltübertragungselement über eine Kopplungsschaltvorrichtung mit dem ersten Schaltübertragungselement verbunden, durch die eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Schaltübertragungselement ermöglicht wird und eine Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements an eine Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements gekoppelt ist. Die Kopplungsschaltvorrichtung kann an dem zweiten Schaltübertragungselement angeordnet und mit diesem verschiebbar sein. Dadurch kann eine kurze Toleranzkette bewirkt werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Umschaltung von der ersten in die zweite Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements abhängig von einer ersten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen der zweiten Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements und einer zweiten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen einer vorgegebenen ersten Nockenstellung des ersten Nockens. Die erste Nockenstellung des ersten Nockens kann zeitlich nach Eintritt der ersten Bedingung, insbesondere nach Umschaltung der ersten Schaltstellung auf die zweite Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements, eingenommen werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann das zweite Schaltübertragungselement eine Sperrstellung, in der ein Umschalten der Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements gesperrt ist und eine Freigabestellung, in der eine Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements veränderbar ist, einnehmen. Das Umschalten kann durch die Kopplungsschaltvorrichtung bewirkt werden.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung kann die Kopplungsschaltvorrichtung eine Umschaltung zwischen der Sperrstellung und der Freigabestellung bewirken, wenn die erste und zweite Bedingung erfüllt sind.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegt zwischen einem ersten Zeitpunkt einer Umschaltung von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselement und einem zweiten Zeitpunkt einer Umschaltung von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselement eine erste Zeitspanne, wobei die Zeitspanne größer gleich der halben Umlaufzeit einer Nockenumdrehung zumindest eines der Nocken ist. Bevorzugt ist die erste Zeitspanne größer gleich der Umlaufzeit einer vollen Nockenumdrehung zumindest eines der Nocken.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Rückstellfeder mit einer ersten Federsteifigkeit wirksam mit dem zweiten Schaltübertragungselement verbunden und die Kopplungsschaltvorrichtung umfasst eine Kopplungsfeder mit einer zweiten Federsteifigkeit, wobei die zweite Federsteifigkeit größer als die erste Federsteifigkeit ist. Dadurch kann bei Vorliegen der Freigabestellung des zweiten Schaltübertragungselements eine Umschaltung der Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements über die umgeschaltete Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements bewirkt werden. Die Bewegungsenergie zur Umschaltung der Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements kann über die umgeschaltete Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements bezogen werden. Die Kopplungsfeder kann die bei Umschaltung der Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements eingebrachte Bewegungsenergie zwischenspeichern und bei Bewirken der Freigabestellung des zweiten Schaltübertragungselements an dieses zur Umschaltung der Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements abgeben.
Die Rückstellfeder kann eine Schraubenfeder oder Blattfeder sein. Die Rückstellfeder kann eine erste Rückstellkraft auf das zweite Schaltübertragungselement bewirken. Die erste Rückstellkraft kann über das zweite Schaltübertragungselement auch auf das erste Schaltübertragungselement wirken. Die erste Rückstellkraft kann bei abgeschaltetem Aktor eine Rückstellung des Betätigungselements bewirken.
Weiterhin wird zur Lösung wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben ein variabler Ventiltrieb mit einer Ventiltriebsteuerungsvorrichtung mit wenigstens einem der vorgenannten Merkmale und ein Verfahren zur Steuerung eines einem Verbrennungsmotor zugeordneten Ventiltriebs durch eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung mit wenigstens einem der vorgenannten Merkmale vorgesch lagen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

1: Eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
2a bis 5a: Eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung jeweils in unterschiedlichen Betriebszuständen.
2b bis 5b: Federkennlinien der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung aus den 2a bis 5a.
2c bis 5c: Eine jeweilige Schaltlogik der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung aus den 2a bis 5a.

1 zeigt eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 bewirkt eine Steuerung eines einem Verbrennungsmotor 12 zugeordneten variablen Ventiltriebs 14. Der Ventiltrieb 14 weist eine hier nicht dargestellte Nockenwelle mit jeweiligen Nocken auf und ist einer ersten Ventilgruppe 16 und einer zweiten Ventilgruppe 18 zugeordnet.
Die erste Ventilgruppe 16 weist zwei erste Ventile 20 und die zweite Ventilgruppe weist zwei zweite Ventile 22 auf. Die erste Ventilgruppe 16 ist einer ersten Zylinderbank 24 und die zweite Ventilgruppe 18 ist einer zweiten Zylinderbank 26 des Verbrennungsmotors 12 zugeordnet. Das jeweilige erste und zweite Ventil 20, 22 kann ein Gaswechselventil, insbesondere ein Einlass- oder Auslassventil sein. Der ersten Ventilgruppe 16 sind erste Nocken der Nockenwelle zugeordnet und der zweiten Ventilgruppe 18 sind zweite Nocken der Nockenwelle zugeordnet. Die erste Ventilgruppe 16 umfasst jeweils zwischen den ersten Nocken und den ersten Ventilen 20 angeordnete schaltbare erste Hubübertragungselemente 28, die als schaltbare Rollenschlepphebel ausgeführt sein können. Die zweite Ventilgruppe 18 umfasst jeweils zwischen den zweiten Nocken und den zweiten Ventilen 22 angeordnete schaltbare zweite Hubübertragungselemente 30, die als schaltbare Rollenschlepphebel ausgeführt sein können.
Das jeweilige schaltbare Hubübertragungselement 28, 30 bewirkt eine von der Nockenstellung der jeweiligen ersten oder zweiten Nocken abhängige Bewegung 32 zur Betätigung des jeweiligen ersten oder zweiten Ventils 20, 22. Das jeweilige schaltbare erste und zweite Hubübertragungselement 28, 30 weist eine Schaltvorrichtung 34 auf, die eine Ventilhubsteuerung durch Umschaltung zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand, bei dem ein maximaler erster Ventilhub 36 und einem zweiten Schaltzustand, bei dem ein maximaler zweiter Ventilhub 38 des jeweiligen ersten und zweiten Ventils 20, 22 einstellbar ist, bewirken kann. Der erste Ventilhub 36 ist bevorzugt größer als der zweite Ventilhub 38. Der erste Ventilhub 36 kann ein Vollhub und der zweite Ventilhub 38 kann ein Nullhub sein. Dadurch kann eine selektive Zylinderabschaltung des Verbrennungsmotors 12 ermöglicht werden. Der erste Ventilhub 36 kann auch ein Vollhub und der zweite Ventilhub 38 kann ein Nachhub sein, der zeitlich auf den Vollhub folgt und betragsmäßig kleiner als der Vollhub ist.
Die Schaltvorrichtung 34 umfasst einen Schaltstift 40, der entlang einer parallel zu einer Längsachse A1 verlaufenden Achse A2 verschiebbar ist. Die jeweilige Schaltvorrichtung 34 steht mit einem elastischen Koppelelement 42 in Eingriff, das als Betätigungs- oder Aktivierungsblech ausgeführt sein kann. Dabei ist ein erstes Schaltübertragungselement 44, das eine Schaltstellung zur Umschaltung des Schaltzustands des jeweiligen ersten Hubübertragungselements 28 einnehmen kann und ein zweites Schaltübertragungselement 46, das gegenüber dem ersten Schaltübertragungselement 44 verschiebbar ist und das eine Schaltstellung zur Umschaltung des Schaltzustands des jeweiligen zweiten Hubübertragungselements 30 einnehmen kann, angeordnet. Das Koppelelement 42 ist wirksam zwischen dem jeweiligen ersten oder zweiten Schaltübertragungselement 44, 46 und der entsprechenden Schaltvorrichtung 34 angeordnet.
Über das erste Schaltübertragungselement 44 kann der Schaltzustand der ersten Hubübertragungselemente 28 über die Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 und über das zweite Schaltübertragungselement 46 kann der Schaltzustand der zweiten Hubübertragungselemente 30 über die Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements 46 bewirkt werden. Bevorzugt wird der Schaltzustand bei vorgegebener Schaltstellung des jeweiligen ersten oder zweiten Schaltübertragungselements 44, 46 dann bewirkt, wenn das jeweilige erste oder zweite Ventil 20, 22 unbetätigt ist. Der erste Schaltzustand des jeweiligen ersten oder zweiten Hubübertragungselements 28, 30 ist der ersten Schaltstellung des entsprechenden ersten oder zweiten Schaltübertragungselements 44, 46 und der zweite Schaltzustand des jeweiligen ersten oder zweiten Hubübertragungselements 28, 30 ist der zweiten Schaltstellung des entsprechenden ersten oder zweiten Schaltübertragungselements 44, 46 zugeordnet.
Das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 ist jeweils als axial verschiebbare Schubleiste ausgeführt. Die jeweilige erste und zweite Schaltstellung ist dabei eine Position des jeweiligen Schaltübertragungselements 44, 46 entlang der Längsachse A1. Die Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 ist von einer Betätigungsstellung eines Betätigungselements 48 abhängig. Das Betätigungselement 48 ist einem Aktor 50 zugeordnet und kann zumindest eine erste und zweite Betätigungsstellung einnehmen. Der Aktor 50 ist ein Linearaktor, insbesondere ein Linearreluktanzaktor, und wird über eine Aktorsteuerung 52, insbesondere eine ECU angesteuert. Der Aktor 50 kann das Betätigungselement 48 elektromagnetisch entlang der Längsachse A1 bewegen. Die Betätigungsstellung ist eine Position des Betätigungselements 48 entlang der Längsachse A1.
Das Betätigungselement 48, das erste Schaltübertragungselement 44 sowie das zweite Schaltübertragungselement 46 sind in Reihe geschaltet und das erste Schaltübertragungselement 44 ist wirksam zwischen dem zweiten Schaltübertragungselement 46 und dem Betätigungselement 48 angeordnet. Eine Umschaltung der Schaltstellung SG1, SG2 des zweiten Schaltübertragungselement ist von der Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 abhängig. Dadurch können das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 über einen einzelnen Aktor 50 und dennoch getrennt voneinander und bevorzugt zeitlich nacheinander geschaltet werden. Das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 sind, insbesondere bis auf einen Unterschied, der weniger als die Hälfte der jeweiligen Länge des Schaltübertragungselement 44, 46 in Bezug auf die Längsachse A1 beträgt, gleich lang.
Das zweite Schaltübertragungselement 46 ist über eine Kopplungsschaltvorrichtung 54 mit dem ersten Schaltübertragungselement 44 verbunden. Durch die Kopplungsschaltvorrichtung 54 wird eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Schaltübertragungselement 44, 46 ermöglicht und eine Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements 46 an eine Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 gekoppelt. Die Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements 46 ist dabei abhängig von einer ersten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen einer zweiten Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 und einer zweiten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen einer vorgegebenen Nockenstellung des ersten Nockens. Dadurch kann eine Umschaltung einer ersten Schaltstellung zu einer zweiten Schaltstellung des zweiten Schaltübertragungselements 46 zeitlich um eine erste Zeitspanne versetzt nach einer Umschaltung von einer ersten zu einer zweiten Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44 erfolgen. Die Ventilhubsteuerung der ersten und zweiten Ventilgruppe 24, 26 kann dadurch um einen Zeitversatz nacheinander erfolgen, wodurch die Ventilhubsteuerung subjektiv unbemerkt erfolgt. Weiterhin werden die Kosten und der Bauraum sowie die Anzahl an Bauteilen der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 verringert. Die Kopplungsschaltvorrichtung 54 ist bevorzugt an dem zweiten Schaltübertragungselement 46 angeordnet und mit diesem verschiebbar. Dadurch kann eine kurze Toleranzkette bewirkt werden.
Mit dem zweiten Schaltübertragungselement 46 ist eine Rückstellfeder 56 mit einer ersten Federsteifigkeit wirksam verbunden. Die Rückstellfeder 56 kann eine Schraubenfeder oder Blattfeder sein. Die Rückstellfeder 56 bewirkt eine erste Rückstellkraft 58 auf das zweite Schaltübertragungselement 46. Die erste Rückstellkraft 58 wird über das zweite Schaltübertragungselement 46 und die Kopplungsschaltvorrichtung 54 auch auf das erste Schaltübertragungselement 44 übertragen und bewirkt bei abgeschaltetem Aktor 50 eine Rückstellung des Betätigungselements 48. Die Kopplungsschaltvorrichtung 54 weist eine Kopplungsfeder 60 mit einer zweiten Federsteifigkeit auf. Die Rückstellfeder 56 und die Kopplungsfeder 60 sind dabei mit dem zwischengeschalteten zweiten Schaltübertragungselement 46 in Reihe wirksam.
In den 2a bis 5a ist eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung jeweils in unterschiedlichen Betriebszuständen, in den 2b bis 5b sind Federkennlinien der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung aus den 2a bis 5a und in den 2c bis 5c ist eine jeweilige Schaltlogik der Ventiltriebsteuerungsvorrichtung aus den 2a bis 5a dargestellt.
In 2a ist die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 in einem Betriebszustand abgebildet, bei dem das erste Schaltübertragungselement 44 eine erste Schaltstellung SG1(1) und das in Reihe dazu geschaltete zweite Schaltübertragungselement 46 eine erste Schaltstellung SG1(2) aufweist und bei der das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 in Bezug auf die Längsachse A1 eine Ausgangsstellung einnehmen. In diesem Betriebszustand ist der Aktor 50 stromlos und das Betätigungselement 48 befindet sich in einer ersten Betätigungsstellung SB1.
Das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 sind über die Kopplungsschaltvorrichtung 54 miteinander gekoppelt. Das zweite Schaltübertragungselement 46 umfasst eine Klinke 62, die mit einem Festlager 64, beispielsweise einem Motorenblock des Verbrennungsmotors, in Eingriff stehen und dabei eine Sperrstellung des zweiten Schaltübertragungselements 46 bewirken kann.
In diesem Betriebszustand, bei dem die erste Schaltstellung SG1 (1), SG1 (2) jeweils bei dem ersten und zweiten Schaltübertragungselement 44, 46 vorliegt, weist auch das jeweils zugeordnete erste und zweite Hubübertragungselement 28, 30 einen ersten Schaltzustand SH1 auf, womit an dem jeweiligen ersten und zweiten Ventil 20, 22 ein maximaler erster Ventilhub SV1 eingestellt ist. Der dem ersten Hubübertragungselement 28 zugeordnete erste Nocken 66 und der dem zweiten Hubübertragungselement 30 zugeordnete zweite Nocken 68 ist jeweils drehbar und bewirkt abhängig von der jeweiligen Nockenstellung N eine Bewegung jeweils des ersten und zweiten Hubübertragungselements 28, 30, das davon abhängig wiederum das jeweilige erste oder zweite Ventil 20, 22 betätigt.
Die Kopplungsschaltvorrichtung 54 umfasst ein Freigabeelement 70, das eine Freigabebewegung abhängig von einem Eintritt der ersten und zweiten Bedingung ausführt und damit das zweite Schaltübertragungselement 46 in eine Freigabestellung überführt, bei der die Klinke 62 von dem Festlager ausgekoppelt ist. Weiterhin umfasst die Kopplungsschaltvorrichtung54 die Kopplungsfeder 60. Über die an dem zweiten Schaltübertragungselement 46 angeordnete Rückstellfeder 56 wirkt die erste Rückstellkraft auf das zweite Schaltübertragungselement 46 und über die Kopplungsfeder 60 auf das erste Schaltübertragungselement 44. Das erste Schaltübertragungselement 44 ist dabei auf Anschlag an dem Betätigungselement 48 ausgelenkt und das zweite Schaltübertragungselement 46 ist hier in einer Sperrstellung B1, bei dem die Klinke 62 in dem Festlager 64 eingerastet ist und befindet sich dabei auf Anschlag an dem Festlager 64. Die Rückstellfeder 56 und der Aktor 50 stützen sich dabei jeweils an dem Festlager 64 ab.
2b zeigt die der Rückstellfeder zugeordnete erste Federkennlinie F1 und die der Kopplungsfeder zugeordnete zweite Federkennlinie F2 als von dem Federweg H abhängige Federkraft F. Die Federsteifigkeit der Rückstellfeder ist dabei größer als die Federsteifigkeit der Kopplungsfeder. Der Federweg des ersten und zweiten Schaltübertragungselements ist in der Ausgangsstellung bei unbestromtem Aktor gleich Null. Bei H = 0 ist die Federkraft der Rückstellfeder größer als die Federkraft der Kopplungsfeder. Dadurch wird das zweite Schaltübertragungselement selbst bei einwirkender Kopplungsfeder auf Anschlag gegen das Festlager gedrückt.
In 2c ist die Schaltlogik abgebildet, gemäß welcher als erste Abfrage die erste Schaltstellung SG1(1) des ersten Schaltübertragungselements, die den ersten Schaltzustand SH1(1) des ersten Hubübertragungselements bewirkt und als zweite die Nockenstellung N(1) des ersten Nockens an dem Eingang einer UND-Logik anliegt. Wird durch die erste Abfrage die erste Bedingung, nach der der zweite Schaltzustand an dem ersten Schaltübertragungselement anliegt und die zweite Bedingung, nach der die Nockenstellung N(1) eine erste Nockenstellung ist wie vorliegend nicht erfüllt, wird die Sperrstellung B1 des zweiten Schaltübertragungselements bewirkt oder beibehalten, durch die die erste Schaltstellung SG1(2) an dem zweiten Schaltübertragungselement und damit der erste Schaltzustand SH1(2) an dem zweiten Hubübertragungselement bewirkt wird.
3a zeigt die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 mit bestromtem Aktor 50, der das Betätigungselement 48 in die zweite Betätigungsstellung SB2 einstellt. Wie aus 3b hervorgeht, ist die Kopplungsfeder um den Federweg H = 1 betätigt, da wie in 3a gezeigt, das erste Schaltübertragungselement 44 durch die zweite Betätigungsstellung SB2 des Betätigungselements 48 in die zweite Schaltstellung SG2(1) verschoben wurde und das zweite Schaltübertragungselement 46 nach wie vor in der Ausgangsstellung ist. Die Federkraft der Kopplungsfeder 60 bei H = 1 ist dabei größer als die Federkraft der Rückstellfeder 56, bei der der Federweg noch H = 0 ist.
Das erste Schaltübertragungselement 44 ist auf Anschlag an dem Festlager 64 und bewirkt durch die zweite Schaltstellung SG2(1) einen zweiten Schaltzustand SH2(1) an dem ersten Hubübertragungselement 28, der wiederum einen zweiten maximalen Ventilhub SV2(1) an dem ersten Ventil 20 einstellt. Im Hinblick auf die in 3c abgebildete Schaltlogik liegt an dem Eingang der UND-Logik die zweite Schaltstellung SG2(1), womit die erste Bedingung erfüllt ist und die Nockenstellung N(1) des ersten Nockens an, womit die zweite Bedingung noch nicht erfüllt ist und daher weiterhin die Sperrstellung B1 an dem zweiten Schaltübertragungselement bewirkt wird. Dadurch bleibt das zweite Schaltübertragungselement nach wie vor in der ersten Schaltstellung SG1 (2) und damit weist das zweite Hubübertragungselement 30 nach wie vor den ersten Schaltzustand SH1(2) auf, das an dem zweiten Ventil 22 den maximalen ersten Ventilhub SV1(2) einstellt.
Erst wenn auch die zweite Bedingung, nach der die Nockenstellung N(1) eine vorgegebene erste Nockenstellung N1 (1) ist, auch erfüllt ist, wird der Ausgang der UND-Schaltung umgeschaltet und die Freigabestellung B2 des zweiten Schaltübertragungselements 46 bewirkt, wie in 4a und 4c dargestellt. Dabei führt das Freigabeelement 70 eine Freigabebewegung aus und schaltet das zweite Schaltübertragungselement 46 von der Sperrstellung in die Freigabestellung B2. Dadurch dass die Federkraft der Kopplungsfeder, wie in 4b gezeigt, grösser als die Federkraft der Rückstellfeder ist, übt das erste Schaltübertragungselement 44 auf das zweite Schaltübertragungselement 46 eine Betätigungskraft entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder aus. Beispielsweise kann die vorgegebene Nockenstellung N1(1) vorliegen, wenn der erste Nocken 66 das erste Hubübertragungselement 28 gerade maximal betätigt hat und sich das erste Hubübertragungselement 28 wieder im Rückhub befindet.
5a bis 5c zeigt die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung 10 in einem Betriebszustand, bei dem auch das zweite Schaltübertragungselement 46 die zweite Schaltstellung SG2(2) um eine erste Zeitspanne nach dem ersten Schaltübertragungselement 44 eingenommen hat und dadurch den zweiten Schaltzustand SH2(2) an dem zweiten Hubübertragungselement 30 bewirkt, das wiederum an dem zweiten Ventil 22 den maximalen zweiten Ventilhub SV2(2) einstellt.
Wie in 5b erkennbar ist, sind die Rückstellfeder und die Kopplungsfeder jeweils um den Federweg H = 0,5 betätigt und es besteht ein Kräftegleichgewicht. Die Rückstellkraft 58 ist gleich der Federkraft der Kopplungsfeder 60.
Solange der Aktor 50 bestromt und das Betätigungselement 48 in der zweiten Betätigungsstellung SB2 ist, bleibt das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 jeweils in der zweiten Schaltstellung SG2(1), SG2(2). Die Schaltlogik ist dabei nicht mehr von Bedeutung, denn diese hat ausschließlich die Umschaltung zwischen der Sperrstellung B1 zu der Freigabestellung B2 bewirkt. Die eigentliche Umschaltung von der ersten in die zweite Schaltstellung SG2(2) des zweiten Schaltübertragungselements 46 erfolgte durch die Federkraft der Kopplungsfeder. Bei Bewegung des zweiten Schaltübertragungselements 46 zurück in die erste Schaltstellung würde die Klinke wieder einrasten und die Sperrstellung B1 bewirken.
Wird der Aktor 50 aus 5a stromlos geschaltet, dann stellen die Rückstellfeder 56 und die Kopplungsfeder 60 das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 jeweils wieder in die erste Schaltstellung zurück. Die Klinke des zweiten Schaltübertragungselements 46 rastet dabei wieder in das Festlager ein und das zweite Schaltübertragungselement 46 ist in der Sperrstellung. Das erste und zweite Schaltübertragungselement 44, 46 wären wieder in der in 3a gezeigten Ausgangsstellung.
Sollte ausgehend von 5a eine Umschaltung von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung zunächst bei dem zweiten Schaltübertragungselement 46 und zeitlich versetzt danach bei dem ersten Schaltübertragungselement 44 gewünscht sein, könnte eine hier nicht dargestellte zweite Klinke an dem zweiten Schaltübertragungselement 46 angeordnet werden, die dann weitere Bedingungen, beispielsweise eine Nockenstellung des zweiten Nockens und die Schaltstellung des ersten Schaltübertragungselements 44, abfragen könnte. Dadurch würde auch die Umschaltung zurück in die Ausgangsstellung mit einem Zeitversatz im Vergleich zwischen dem ersten und zweiten Schaltübertragungselement 44, 46 erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Ventiltriebsteuerungsvorrichtung
12: Verbrennungsmotor
14: Ventiltrieb
16: erste Ventilgruppe
18: zweite Ventilgruppe
20: erstes Ventil
22: zweites Ventil
24: erste Zylinderbank
26: zweite Zylinderbank
28: erstes Hubübertragungselement
30: zweites Hubübertragungselement
32: Bewegung
34: Schaltvorrichtung
36: erster Ventilhub
38: zweiter Ventilhub
40: Schaltstift
42: Koppelelement
44: erstes Schaltübertragungselement
46: zweites Schaltübertragungselement
48: Betätigungselement
50: Aktor
52: Aktorsteuerung
54: Kopplungsschaltvorrichtung
56: Rückstellfeder
58: Rückstellkraft
60: Kopplungsfeder
62: Klinke
64: Festlager
66: erster Nocken
68: zweiter Nocken
70: Freigabeelement
A1: Längsachse
A2: Achse
B1: Sperrstellung
B2: Freigabestellung
F1: erste Federkennlinie
F2: zweite Federkennlinie
SB1: erste Betätigungsstellung
SB2: zweite Betätigungsstellung
SG1: erste Schaltstellung
SG2: zweite Schaltstellung
SH1: erster Schaltzustand
SH2: zweiter Schaltzustand
SV1: maximaler erster Ventilhub
SV2: maximaler zweiter Ventilhub

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017101792 A1 [0002]
DE 102019107674 [0003]

Claims

Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) zur Steuerung eines einem Verbrennungsmotor (12) zugeordneten variablen Ventiltriebs (14) einer ersten Ventilgruppe (16) und zweiten Ventilgruppe (18), wobei die erste Ventilgruppe (16) wenigstens einen drehbaren ersten Nocken (66) und wenigstens ein erstes Ventil (20) sowie ein dazwischen wirksam angeordnetes schaltbares erstes Hubübertragungselement (28) und die zweite Ventilgruppe (18) wenigstens einen drehbaren zweiten Nocken (68) und wenigstens ein zweites Ventil (22) und ein dazwischen wirksam angeordnetes schaltbares zweites Hubübertragungselement (30) aufweist, wobei das jeweilige erste oder zweite Hubübertragungselement (28, 30) eine von einer Nockenstellung (N) abhängige Betätigung des entsprechenden ersten oder zweiten Ventils (20, 22) bewirkt und eine Schaltvorrichtung (34) aufweist, die eine Ventilhubsteuerung durch Umschaltung zwischen wenigstens einem ersten Schaltzustand (SH1), bei dem ein maximaler erster Ventilhub (SV1) und einem zweiten Schaltzustand (SH2), bei dem ein maximaler zweiter Ventilhub (SV2) des jeweiligen ersten oder zweiten Ventils (20, 22) eingestellt ist, bewirken kann, wobei die Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) einen Aktor (50) mit einem Betätigungselement (48) zur Bewirkung wenigstens einer ersten und zweiten Betätigungsstellung (SB1, SB2), ein erstes Schaltübertragungselement (44), das eine von der Betätigungsstellung (SB1, SB2) abhängige zumindest erste oder zweite Schaltstellung (SG1, SG2) zur Umschaltung des Schaltzustands (SH1, SH2) des ersten Hubübertragungselements (28) einnehmen kann und ein zweites Schaltübertragungselement (46), das gegenüber dem ersten Schaltübertragungselement (44) verschiebbar ist und das zumindest eine erste oder zweite Schaltstellung (SG1, SG2) zur Umschaltung des Schaltzustands (SH1, SH2) des zweiten Hubübertragungselements (30) einnehmen kann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (48), das erste Schaltübertragungselement (44) sowie das zweite Schaltübertragungselement (46) in Reihe geschaltet sind, das erste Schaltübertragungselement (44) wirksam zwischen dem zweiten Schaltübertragungselement (46) und dem Betätigungselement (48) angeordnet ist und eine Umschaltung der Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) von der Schaltstellung (SG1, SG2) des ersten Schaltübertragungselements (44) abhängig ist.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige erste oder zweite Hubübertragungselement (28, 30) ein schaltbarer Schlepphebel und/oder das erste Schaltübertragungselement (44) eine axial verschiebbare erste Schubleiste und/oder das zweite Schaltübertragungselement (46) eine axial verschiebbare zweite Schubleiste und/oder die jeweilige erste oder zweite Schaltstellung (SG1, SG2) eine Position entlang einer Längsachse (A1) ist.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltübertragungselement (46) über eine Kopplungsschaltvorrichtung (54) mit dem ersten Schaltübertragungselement (44) verbunden ist, durch die eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Schaltübertragungselement (44, 46) ermöglicht wird und eine Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) an eine Schaltstellung (SG1, SG2) des ersten Schaltübertragungselements (44) gekoppelt ist.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von der ersten in die zweite Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) abhängig von einer ersten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen der zweiten Schaltstellung (SG2) des ersten Schaltübertragungselements (44) und einer zweiten Bedingung, entsprechend dem Vorliegen einer vorgegebenen ersten Nockenstellung (N1) des ersten Nockens (66), ist.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltübertragungselement (46) eine Sperrstellung (B1), in der ein Umschalten der Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) gesperrt ist und eine Freigabestellung (B2), in der eine Schaltstellung (SG1, SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) veränderbar ist, einnehmen kann.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsschaltvorrichtung (64) eine Umschaltung zwischen der Sperrstellung (B1) und der Freigabestellung (B2) bewirken kann, wenn die erste und zweite Bedingung erfüllt sind.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Zeitpunkt einer Umschaltung von der ersten Schaltstellung (SG1) in die zweite Schaltstellung (SG2) des ersten Schaltübertragungselements (44) und einem zweiten Zeitpunkt einer Umschaltung von der ersten Schaltstellung (SG1) in die zweite Schaltstellung (SG2) des zweiten Schaltübertragungselements (46) eine erste Zeitspanne liegt, wobei die Zeitspanne größer gleich der halben Umlaufzeit einer Nockenumdrehung zumindest eines der Nocken (66, 68) ist.
Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (56) mit einer ersten Federsteifigkeit wirksam mit dem zweiten Schaltübertragungselement (46) verbunden ist und die Kopplungsschaltvorrichtung (56) eine Kopplungsfeder (60) mit einer zweiten Federsteifigkeit umfasst, wobei die zweite Federsteifigkeit größer als die erste Federsteifigkeit ist.
Variabler Ventiltrieb (14) mit einem schaltbaren ersten Hubübertragungselement (28), sowie einem schaltbaren zweiten Hubübertragungselement (30) und mit einer Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Steuerung eines einem Verbrennungsmotor (12) zugeordneten Ventiltriebs (14) über eine Ventiltriebsteuerungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, sich das erste und zweite Schaltübertragungselement (44, 46) zunächst jeweils in der ersten Schaltstellung (SG1) befinden, der Aktor (50) eine Umschaltung von einer ersten Betätigungsstellung (SB1) in eine zweite Betätigungsstellung (SB2) bewirkt und dadurch die erste Schaltstellung (SG1) des ersten Schaltübertragungselements (44) in eine zweite Schaltstellung (SG2) ändert, während das zweite Schaltübertragungselement (46) in der ersten Schaltstellung (SG1) verbleibt und anschließend nach einer ersten Zeitspanne das erste Schaltübertragungselement (44) die zweite Schaltstellung (SG2) bei dem zweiten Schaltübertragungselement (46) bewirkt.