-
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für eine Ventilabschaltung und Ventilhubumschaltung.
-
Für ein Hebelsystem werden in der
EP2653673A1 der Aufbau und in der
W02015181264A1 die Aktorik beschrieben. Die Rollenachse des Innenhebels ist als Buchse ausgeführt, deren Durchgang derart konstruiert ist, dass die Rollenachse des Außenhebels innerhalb der Buchse beweglich angeordnet ist. Die Betätigung eines Verriegelungsstifts erfolgt über eine zusätzliche Nockenwelle. Dabei wird der Verriegelungsstift durch eine Federkraft in Entkopplungsstellung gedrückt und durch die Nockenbetätigung in Kopplungsstellung verschoben.
-
Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung umfasst zumindest ein Ventil, einen ersten Hebel, eine Nockenwelle mit einem ersten Nocken, eine Stellwelle und einen Kopplungskörper, wobei der Kopplungskörper durch Verstellen der Stellwelle so positionierbar ist, dass mit dem zumindest einen Nocken abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers Vollhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub koppelt der Kopplungskörper den ersten Hebel mit dem zu schaltenden Ventil, so dass das Ventil über den ersten Hebel durch den ersten Nocken aktuiert werden kann. Für den Nullhub koppelt der Kopplungskörper den ersten Hebel nicht mit dem Ventil, so dass das Ventil nicht über den ersten Hebel durch den ersten Nocken aktuiert werden kann.
-
Die Ventilsteuerung ist maßbeglich für den Betrieb von Verbrennungsmotoren. Die Ventilsteuerzeiten beeinflussen auftretende Ladungswechselarbeit, Zylinderfüllung und Gemischbildung. Bei einem konventionellen, nicht variablen Ventiltrieb stellt die Auslegung der Steuerzeiten einen Kompromiss unter anderem zwischen Teil- und Volllastverhalten, sowie dem Kaltstart und dem Warmbetrieb dar. Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung ermöglicht einen vorteilhaften Wirkungsgrad und Kraftstoffeinsparungen, indem sie die Möglichkeit bietet insbesondere im Teillastbereich eine Ventilabschaltung durchzuführen, wodurch Drosselverluste verringert und die Zylinderfüllung verbessert werden können.
-
Eine vorteilhafte erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Ventilsteuerung einen zweiten und einen dritten Hebel umfasst. Die Nockenwelle weist einen zweiten und einen dritten Nocken auf. Dabei weist der zweite Nocken eine zum ersten Nocken verschiedene Kontur und der dritte Nocken eine zum ersten Nocken identische Kontur auf. Der zweite Nocken ist zwischen dem ersten und dritten Nocken angeordnet. Der Kopplungskörper ist durch Verstellen der Stellwelle so positionierbar, dass mit den zumindest drei Nocken abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers Vollhub, Teilhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub koppelt der Kopplungskörper den ersten Hebel und den dritten Hebel mit dem zu schaltenden Ventil, so dass das Ventil über die beiden Hebel durch den ersten und dritten Nocken aktuiert werden kann. Für den Teilhub koppelt der Kopplungskörper den zweiten Hebel mit dem zu schaltenden Ventil, so dass das Ventil über den zweiten Hebel durch den zweiten Nocken aktuiert werden kann. Für den Nullhub koppelt der Kopplungskörper keinen Hebel mit dem Ventil, so dass das Ventil über keinen Hebel durch zumindest einen der zumindest drei Nocken aktuiert werden kann. Die erfinderische Ventilsteuerung ermöglicht zusätzlich zur Ventilabschaltung eine Ventilhubumschaltung. Dadurch wird eine dreifache Variabilität hinsichtlich der Ventilstellmöglichkeiten erreicht, wodurch beispielsweise die Abgasrückführungsrate, Frischladung oder Ladungsbewegung abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors angepasst werden können. Hieraus können Vorteile hinsichtlich der Bildung unerwünschter Abgase oder des Wirkungsgrads resultieren.
-
In einer vorteilhaften zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ventilsteuerung ein elastisches Verbindungselement. Das elastische Verbindungselement ist an der Stellwelle befestigt und mit dem Kopplungskörper wirkverbunden, so dass der Kopplungskörper über das elastische Verbindungselement positionierbar ist. Die Verwendung eines elastischen Verbindungselementes ist vorteilhaft, da es Variabilität für das hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselement (HVA) ermöglicht. Das HVA korrigiert temperaturabhängige Änderungen in der Länge des Ventilschafts. Durch die Korrektur können sich Abstände und Winkel bei der Kraftübertragung zwischen elastischem Verbindungselement und Kopplungskörper verändern. Aufgrund der Elastizität des Verbindungselementes können diese kompensiert werden.
-
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Erfindung ein weiteres Ventil und zumindest einen weiteren Hebel, einen weiteren Kopplungskörper und ein weiteres elastisches Verbindungselement. Die Nockenwelle weist zumindest einen weiteren Nocken auf. Die Stellwelle ist als Hohlwelle mit einer weiteren, inneren Stellwelle ausgeführt. Das weitere elastische Verbindungselement ist an der inneren Stellwelle befestigt und mit dem weiteren Kopplungskörper wirkverbunden, so dass das Ventil und das weitere Ventil gleichzeitig und individuell voneinander aktuiert werden können. Damit wird der Vorteil erreicht, dass der innermotorische Betriebszustand noch genauer an den jeweiligen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors angepasst werden kann. Wird die erfindungsgemäße Ventilsteuerung beispielsweise für zwei Einlassventile eines Verbrennungsmotors angewendet, kann in der Teillast ein Ventil geschlossen werden, während das zweite Ventil geöffnet bleibt. So lassen sich beispielsweise Abgasrückführungsrate, Frischladung oder Ladungsbewegung in möglichst feiner Abstimmung an den Betriebszustand des Motors anpassen. Analog kann bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung für zwei Auslassventile eines Verbrennungsmotors ein Auslassventil geschlossen und das zweite Auslassventil ganz oder teilweise geöffnet werden. Dies ermöglicht die Realisierung unterschiedlicher Betriebsstrategien, wie beispielsweise das teilweise oder vollständige Schließen eines oder beider Auslassventile, um ein vorteilhaftes Aufheizen des Abgasstrangs zu ermöglichen.
-
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Ventilsteuerung mit einem Ventil, drei Hebeln und drei Nocken, wobei die beiden äußeren Nocken eine identische Kontur aufweisen,
- 2 eine erfindungsgemäße Ventilsteuerung in Explosionsdarstellung mit einem Ventil, drei Hebeln und drei Nocken, wobei die beiden äußeren Nocken eine identische Kontur aufweisen,
- 3 eine weitere erfindungsgemäße Ventilsteuerung für zwei Zylinder eines Verbrennungsmotors mit jeweils zwei Ein- und Auslassventilen für jeden Zylinder und individueller Aktuierung aller Ventile.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuerung. Diese umfasst einen ersten Hebel 2, einen zweiten Hebel 7, einen dritten Hebel 9 und eine Nockenwelle 3. Die Nockenwelle 3 weist einen ersten Nocken 5, einen zweiten Nocken 8 und einen dritten Nocken 10 auf. Dabei weist der dritte Nocken 10 eine zum ersten Nocken 4 identische Vollhubnockenkontur auf. Der zweite Nocken 8 ist zwischen dem ersten 4 und dritten 10 Nocken angeordnet und weist eine auf den Umfang bezogene, kleinere Teilhubnockenkontur auf. Der Kopplungskörper 6 ist durch Verstellen der Stellwelle 5 so positionierbar, dass mit den drei Nocken 4, 8, 10 abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers 6 Vollhub, Teilhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub wird der Kopplungskörper in die Endposition gebracht, so dass er den ersten Hebel 2 und den dritten Hebel 9 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über die beiden Hebel 2 und 9 durch den ersten 4 und dritten 10 Nocken aktuiert werden. Für den Teilhub wird der Kopplungskörper 6 in die mittlere Position gebracht, so dass er den zweiten Hebel 7 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über den zweiten Hebel 7 durch den zweiten Nocken 8 aktuiert werden. Für den Nullhub wird der Kopplungskörper 6 in seine Ausgangsposition gebracht, so dass keiner der drei Hebel 2, 7 und 9 mit dem Ventil 1 gekoppelt ist. Dadurch besteht keine Möglichkeit der Kraftübertragung zwischen einem der drei Hebel 2, 7 und 9 und dem Ventil 1. Das Ventil 1 kann also nicht durch einen der drei Hebel 2, 7 und 9 über einen der drei Nocken 4 ,8 und 10 aktuiert werden.
-
2 zeigt eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung, so dass die Ausführung der einzelnen Merkmale besser erkennbar ist. Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung ermöglicht eine dreifache Variabilität hinsichtlich der Ventilansteuerung, was insbesondere hinsichtlich thermodynamischer Anforderungen vorteilhaft ist. Die dreifache Variabilität wird erreicht, indem eine Verstellung des Kopplungskörpers 6 in drei diskrete Stellungen ermöglicht wird. Über den Kopplungskörper 6 wird die Kopplung der drei Hebel 2, 7, 9 mit dem Rahmen 18, der auf dem Ventil 1 und dem Hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselement 19 sitzt, durchgeführt. Der Rahmen 18 und die drei Hebel 2, 7 und 9 sind derart ausgeführt, dass mit zwei unterschiedlichen Nockenkonturen eine dreifache Variabilität erzielbar ist. Dies wird im Zusammenspiel mit dem Kopplungskörper 6 und der Stellwelle 5 erreicht, die in zwei entgegengesetzte Richtungen verdreht werden kann, um drei unterschiedliche Stellungen einzunehmen.
-
Die Verstellung durch die Stellwelle 5 ist in beide Richtungen zu jedem Nockenwellenwinkel möglich, ohne dass der Kopplungskörper 6 während des Nockeneingriffs ungewollt verstellt wird.
-
Alternativ weist der dritte Nocken 10 eine zum zweiten Nocken 8 identische Teilhubnockenkontur auf. Der erste Nocken 4 ist zwischen dem zweiten 8 und dritten 10 Nocken angeordnet und weist eine auf den Umfang bezogene, größere Vollhubnockenkontur auf. Der Kopplungskörper 6 ist durch Verstellen der Stellwelle 5 so positionierbar, dass mit den drei Nocken 4, 8, 10 abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers 6 Vollhub, Teilhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub wird der Kopplungskörper 6 in die Endposition gebracht, so dass er den ersten Hebel 2 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil über den ersten Hebel 2 durch den ersten Nocken 4 aktuiert werden. Für den Teilhub wird der Kopplungskörper 6 in die mittlere Position gebracht, so dass er den zweiten Hebel 7 und den dritten Hebel 9 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über die beiden Hebel 7 und 9 durch den zweiten 8 und dritten 10 Nocken aktuiert werden. Für den Nullhub wird der Kopplungskörper 6 in seine Ausgangsposition gebracht, so dass keiner der drei Hebel mit dem Ventil 1 gekoppelt ist. Dadurch besteht keine Möglichkeit der Kraftübertragung zwischen einem der drei Hebel 2, 7 und 9 und dem Ventil 1. Das Ventil 1 kann also nicht durch einen der drei Hebel 2, 7 und 9 über einen der drei Nocken 4, 8, 10 aktuiert werden.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kopplungskörper 6 als Gleitschuh ausgeführt, der von der Stellwelle 5 in die Ausgangs-, Mittel- oder Endposition gebracht werden kann. Abhängig von seiner Positionierung blockiert der Gleitschuh keinen Hebel, zwei Hebel oder einen Hebel. Hierzu ist er T-förmig gestaltet. Andere denkbare Ausführungen des Kopplungskörpers 6 umfassen weitere Formen, die für eine translatorische Bewegung geeignet sind, wie beispielsweise einen Kopplungsstift, oder die für eine rotatorische Bewegung geeignet sind. Für letztere sind Kopplungselemente wie Wellen für eine Rotation um die Querachse vorstellbar oder Kopplungselemente, die um die Hochachse verdreht werden.
-
Um den Kopplungskörper 6 durch Verstellen der Stellwelle 5 positionieren zu können, umfasst die Ventilsteuerung als elastisches Verbindungselement eine Blattfeder 11. Diese ist an der Stellwelle 5 befestigt und mit dem Kopplungskörper 6 wirkverbunden.
-
Der Kopplungskörper 6 ist über die Blattfeder 11 positionierbar, indem die Blattfeder 11 von der Stellwelle 5 verdreht wird und in den Kopplungskörper 6 eintaucht. Sie weist zwei entgegen gerichtete Anlageflächen auf, um die Bewegung des Kopplungskörpers 6 in beide Richtungen zu ermöglichen. Anstelle einer Blattfeder können auch andere elastische, insbesondere federelastische Verbindungselemente wie andere metallische und nicht-metallische Federtypen verwendet werden.
-
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hebel 2, 7 und 9 als Schlepphebel ausgeführt. Die Verwendung von Kipphebeln oder Tassenstößeln wäre ebenfalls denkbar. Hinsichtlich der Anforderungen wie Masse, Elastizität und Kennfrequenz erweist sich der Schlepphebel als vorteilhafte Lösung.
-
Alternativ kann die erfindungsgemäße Ventilsteuerung in vereinfachter Form ausgeführt werden. Beispielsweise umfasst sie einen Hebel 2 und die Nockenwelle 3 weist einen Nocken 4 auf. Der Kopplungskörper 6 ist durch Verstellen der Stellwelle 5 so positionierbar, dass mit dem Nocken 4 abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers 6 Vollhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub wird der Kopplungskörper 6 in die Endposition gebracht, so dass er den Hebel 2 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil über den Hebel 2 durch den Nocken 4 aktuiert werden. Für den Nullhub wird der Kopplungskörper 6 in seine Ausgangsposition gebracht, so dass der Hebel 2 nicht mit dem Ventil 1 gekoppelt ist. Dadurch besteht keine Möglichkeit der Kraftübertragung zwischen dem Hebel 2 und dem Ventil 1. Das Ventil 1 kann also nicht durch den Hebel 2 über den Nocken 4 aktuiert werden.
-
In einer weiteren Variante umfasst die erfindungsgemäße Ventilsteuerung einen zweiten Hebel 9 und die Nockenwelle 3 weist einen zweiten Nocken 8 auf. Dabei weist der zweite Nocken 8 eine zum ersten Nocken 4 verschiedene Teilhubnockenkontur auf. Der Kopplungskörper 6 ist durch Verstellen der Stellwelle 5 so positionierbar, dass mit den zwei Nocken 4 und 8 abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers 6 Vollhub, Teilhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub wird der Kopplungskörper 6 in die Endposition gebracht, so dass er den ersten Hebel 2 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über den ersten Hebel 2 durch den ersten Nocken 4 aktuiert werden. Für den Teilhub wird der Kopplungskörper 6 in die Ausgangsposition gebracht, so dass er den zweiten Hebel 7 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über den zweiten Hebel 7 durch den zweiten Nocken 8 aktuiert werden.
-
Alternativ ist der Kopplungskörper 6 durch Verstellen der Stellwelle 5 so positionierbar, dass mit den zwei Nocken 4 und 8 abhängig von der Positionierung des Kopplungskörpers 6 Vollhub, Teilhub und Nullhub ermöglicht werden. Für den Vollhub wird der Kopplungskörper 6 in die Endposition gebracht, so dass er den ersten Hebel 2 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über den ersten Hebel 2 durch den ersten Nocken 4 aktuiert werden. Für den Teilhub wird der Kopplungskörper 6 in die Mittelposition gebracht, so dass er den zweiten Hebel 7 mit dem zu schaltenden Ventil 1 koppelt. Dadurch kann das Ventil 1 über den zweiten Hebel 7 durch den zweiten Nocken 8 aktuiert werden. Für den Nullhub wird der Kopplungskörper 6 in seine Ausgangsposition gebracht, so dass keiner der zwei Hebel mit dem Ventil 1 gekoppelt ist. Dadurch besteht keine Möglichkeit der Kraftübertragung zwischen einem der zwei Hebel 2 und 7 und dem Ventil 1. Das Ventil 1 kann also nicht durch einen der beiden Hebel 2 und 9 über einen der Nocken 4 und 8 aktuiert werden. Diese drei alternativen Ausführungsformen weisen gegenüber der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform Vorteile hinsichtlich Komplexität, Gewicht und Platzbedarf auf. Allerdings ermöglichen sie entweder nur eine zweifache Variabilität hinsichtlich der Ventilaktuierung und/oder sind unvorteilhaft hinsichtlich der entstehenden Momente bei der Ventilaktuierung, woraus eine erhöhte Belastung des Rahmens 6 resultiert.
-
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ventilsteuerung für zwei Zylinder eines Verbrennungsmotors mit jeweils zwei Ein- und Auslassventilen für jeden Zylinder und individueller Aktuierung aller Ventile. Insgesamt umfasst diese Ausführungsform vier Ventilsteuerungen, so dass jede Ventilsteuerung zwei Ein- beziehungsweise Auslassventile aktuiert. Gegenüber der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfasst eine Ventilsteuerung in diesem Ausführungsbeispiel ein weiteres Ventil 13, drei weitere Hebel 14, einen weiteren Kopplungskörper 15 und ein weiteres elastisches Verbindungselement 16. Die Nockenwelle 3 weist drei weitere Nocken 17 auf und die Stellwelle 5 ist als Hohlwelle mit einer weiteren, inneren Stellwelle 12 ausgeführt. Das weitere elastische Verbindungselement 16 ist an der inneren Stellwelle 12 befestigt und mit dem weiteren Kopplungskörper 15 wirkverbunden. Das Ventil 1 und das weitere Ventil 13 können gleichzeitig und individuell voneinander aktuiert werden. Mit dieser Ausführungsform lassen sich unterschiedliche Öffnungs- und Schließzeitpunkte für zu einem Zylinder gehörenden Ein- und oder Auslassventilen realisieren. Darüber hinaus ist eine zylinderindividuelle Ventilschaltung möglich. Wie in 4 gezeigt, kann eine Stellwelle 5, 12 auch Ventile mehrerer Zylinder gleichzeitig aktuieren. Gegenüber zylinderindividuellen Stellwellen 5, 12 verringert sich die Flexibilität hinsichtlich möglicher Ventilschaltung, die Aktuierung wird aber vereinfacht, robuster und weniger fehleranfällig. Insgesamt kann mit der in 4 gezeigten, erfindungsgemäßen Ventilsteuerung ein vorteilhaftes Maß an Flexibilität hinsichtlich der Einstellung von Abgasrückführungsrate, Frischladung oder Ladungsbewegung erreicht werden, so dass diese und andere Größen abhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors eingestellt werden können.
-
Der in den Ausführungsbeispielen betrachtete Verbrennungsmotor ist nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt. Er kann beispielsweise ein Otto-, Diesel- oder Gasmotor sein. Für eine andere Anzahl an Zylindern und jeweiligen Ein- und Auslassventilen ist die erfindungsgemäße Ventilsteuerung ebenfalls anwendbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2653673 A1 [0002]
- WO 2015181264 A1 [0002]
