DE10230935A1

DE10230935A1 - Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb

Info

Publication number: DE10230935A1
Application number: DE2002130935
Authority: DE
Inventors: Thomas Ochott
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: DE10230935B4

Abstract

Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselventil und zumindest einer Ventilfeder, wobei die Hubhöhe des Gaswechselventils in einem schwingungskritischen Drehzahlbereich des hubvariablen Ventiltriebs verändert wird. DOLLAR A Durch das vorgeschlagene Betriebsverfahren werden Schwingungsprobleme in Ventiltrieben vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung geht von dem deutschen Patent DE 42 23 172 C1 aus. In diesem ist ein Ventilbetrieb beschrieben, in dem der Nocken einer Nockenwelle über einen Schwenkhebel mit einer Steuerbahn, die aus einer Leerhubkurve und einer Hubkurve besteht, auf ein Gaswechselventil einwirkt. Durch Verschwenken des Schwenkhebels über eine Verstelleinrichtung wird der Hubanteil von der Nullhubkurve und der Hubkurve der Steuerbahn variiert. Durch die Variation wird der Hub des Gaswechselventils entsprechend den aktuellen Anforderungen an die Brennkraftmaschine verstellt. Die Rückstellung des Schwenkhebels in Richtung kleiner Gaswechselventilhub erfolgt über ein im Zylinderkopf angeordnetes Federelement. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Ventilhub stufenlos zu regeln, wodurch zur lastabhängigen Steuerung der Brennkraftmaschine auf eine Drosselklappe verzichtet werden kann.

Ein weiterer hubvariabler Ventiltrieb ist aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 101 23 186 bekannt. In dieser ist eine Ventiltriebsvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei der Ventiltriebsvorrichtung steht das Gaswechselventil, unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle, in Wirkverbindung mit einer, eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels angeordnet ist. Der mittels einer Feder über eine Rolle dem Nocken spielfrei zugeordnete Schwenkhebel ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt. Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels um seinen Schwingdrehpunkt bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils ist eine, an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius „R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes zur gesteuerten lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels vorgesehen. Auch mit diesem Ventiltrieb ist es möglich, die Hubhöhe des Gaswechselventils stufenlos zu verstellen.

Hubvariable Ventiltriebe stellen ebenso wie konventionelle, dem Fachmann allgemein bekannte Ventiltriebe Feder-Massesysteme dar. Wie ferner allgemein bekannt ist, ist jedes Feder-Massesystem ein schwingfähiges System, welches zumindest eine Schwingungs-Resonanzspitze aufweist, in der eine Ventilfeder kein lineares Verhalten mehr aufweist. Derartige Resonanzüberhöhungen können zu Ventilfederbrüchen bzw. unkontrollierten Ventilbewegungen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Betriebsverfahren für einen gattungsgemäßen Ventiltrieb aufzuzeigen, das einen schwingungsunkritischen Betrieb erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Da die Drehzahl von Ventiltrieben zu hohen Drehzahlen hin neben weiteren Limitierungen auch durch das Schwingverhalten des Feder-Massesystems, Ventilfeder mit weiteren Bauteilen und Gaswechselventil, begrenzt ist, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Drehzahl zu höheren Drehzahlen hin in vorteilhafter Weise erhöht werden. Darüber hinaus können in allen Drehzahlbereichen der Brennkraft maschine, beispielsweise durch einen Ketten-, bzw. Riemensteuertrieb in Verbindung mit dem Ventiltrieb störende Resonanzphänome auftreten. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für die Brennkraftmaschine können sämtliche Schwingungsresonanzüberhöhungen vom Leerlauf bis zur Maximaldrehzahl reduziert werden. Die Veränderung des Ventilhubes kann in vorteilhafter Weise sowohl in Richtung Hubvergrößerung als auch in Richtung Hubverkleinerung erfolgen. Die Grenzen sind hierbei durch einen Minimal- und einen Maximalhub gesetzt. Durch die freie Auswahl der Richtung der Hubverstellung kann die Verstellung in schwingungskritischen Bereichen derart erfolgen, dass der Fahrer des Fahrzeuges mit der Brennkraftmaschine von der kurzfristigen Hubverstellung nichts bemerkt. Eine Vergrößerung des Ventilhubes führt zu einer Drehmoment- bzw. Leistungserhöhung, die beispielsweise durch ein Nachstellen einer Zusatz-Drosselklappe ausgeglichen werden kann. Demgegenüber kann eine Ventilhubverkleinerung beispielsweise im Teillastbereich bzw. im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Die Ventilhubverstellung kann, abhängig von der verwendeten Stelleinrichtung, in Stufen oder auch stufenlos erfolgen.

Bei einer Verkleinerung des Ventilhubes gemäß Patentanspruch 2, in einem Drehzahlbereich höher als der Nennleistungsdrehzahl, werden zum einen – wie oben bereits erwähnt – schwingungskritische Bereiche vorteilhaft beeinflusst, zum anderen ist auch eine gezielte Leistungsrücknahme oberhalb des Nennleistungsdrehzahlpunktes erzielbar. Dies liefert dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges in vorteilhafter Weise die direkte Rückmeldung, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine bereits sehr hoch ist, da er direkt den Leistungsabfall der Brennkraftmaschine bemerkt. Somit wird ein ständiges Betreiben der Brennkraftmaschine im obersten Drehzahlbereich vermieden, sowie auf ein mögliches Überdrehen der Brennkraftmaschine hingewiesen.

Die heute übliche Steuerung von Brennkraftmaschinen über zumindest ein Kennfeld gemäß der Patentansprüche 3 und 4 kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, dass auch Resonanzbereiche im Ventiltrieb im Kennfeld abgelegt werden, und somit die Korrektur des Ventilhubes direkt aus einem Kennfeld heraus erfolgt.

Die Ventilhubverstellung kann gemäß Patentanspruch 5 auf beliebige Art und Weise geschehen. Geeignete Systeme sind beispielsweise elektrische oder hydraulische bzw. pneumatische oder mechanische Systeme bzw. Kombinationen daraus, wie beispielsweise elektromechanische oder elektrohydraulische Systeme.

Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Betriebsverfahren eine Optimierung des Schwingungsverhaltens im Ventiltrieb, sowie im Steuertrieb, d. h. im Zusammenwirken des Ventiltriebs mit sämtlichen Nebenaggregaten über Steuerriemen oder Steuerketten. Darüber hinaus ist die Ventilfederauslegung wesentlich vereinfacht, da schwingungskritische Drehzahlbereiche durch die Variation der Hubhöhe des Gaswechselventils vorteilhaft beeinflusst werden. Ferner führt das Betriebsverfahren zu einer Reduzierung des Verschleißes im Ventiltrieb, da durch die Reduzierung des Hubes des Gaswechselventils die im Ventiltrieb auftretenden Kräfte verringert werden.

Im Praxisbetrieb kann eine Brennkraftmaschinensteuerung folgendermaßen ausgelegt werden. Nach einem Start der Brennkraftmaschine, entsprechend der Fahreranweisung über das Gaspedal, erfolgt eine Erhöhung der Drehzahl und ständiges Auslesen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine für deren Steuerung. Beim Erreichen einer für den Ventiltrieb kritischen Drehzahl, Verändern des Ventilhubs- beispielsweise kennfeldgesteuert- bis der schwingungskritische Drehzahlbereich überwunden ist, wobei die Regelung derart erfolgt, dass der Fahrer von diesem Eingriff nichts bemerkt. Anschließend Rückstellen des veränderten Ventilhubs auf einen Sollventilhub und evtl. weitere Drehzahlerhöhung. Nach Erreichen der Nenndrehzahl, Reduzierung des Ventilhubs, um die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine langsam zu reduzieren, damit der Fahrer das Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine, ohne Blick auf einen Drehzahlmesser, rückgemeldet bekommt und in den nächsten Gang schalten kann. Beim Reduzieren der Drehzahl wird ebenfalls in schwingungskritischen Drehzahlbereichen der Ventilhub entsprechend der Kennfelddaten verändert.

Claims

Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselventil und zumindest einer Ventilfeder, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhe des Gaswechselventils in einem schwingungskritischen Drehzahlbereich des hubvariablen Ventiltriebs verändert wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine eine Nennleistungsdrehzahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhe bei einer Drehzahl höher als der Nennleistungsdrehzahl verringert werden kann.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine betriebspunktabhängig aus zumindest einem Kennfeld gesteuert wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Hubhöhe aus einem Kennfeld ausgelesen wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstellung elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder mechanisch erfolgt.