DE10247516A1

DE10247516A1 - Einrichtung zur Steuerung der Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10247516A1
Application number: DE10247516A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Haas; Henning Dipl.-Ing. Karbstein
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US6920849B2; US20040112326A1

Abstract

Eine Einrichtung zur Steuerung der Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren, mit einer Schalteinrichtung, die in einem ihrer zwei Schaltzustände eine Betätigung des betreffenden Ventils erlaubt, mit Übertragungseinrichtungen, die in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Schalteinrichtung den Nockenhub auf das Ventil übertragen, und mit einer auf die Schalteinrichtung wirkenden Steuereinheit, soll derart weiterentwickelt werden, dass bei nur geringen Anforderungen an die eingesetzte Schalttechnik eine hohe Schaltsicherheit erreicht wird. DOLLAR A Hierfür weist die Einrichtung einen Datenspeicher (21) zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs des Bewegungsverhaltens der Gaswechselventile (1.1-6.1, 1.2-6.2) von Zylindern (1-6) der Brennkraftmaschine und eine Datenaufbereitungseinheit (22) auf, die eine Zusammenfassung von Gaswechselventilen zu Ventilgruppen hinsichtlich einer gemeinsamen Aktivierung bzw. Deaktivierung derselben bereitstellt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Im Teillastbereich eines Ottomotors ist nur ein vergleichsweise geringer Wirkungsgrad des Triebwerkes infolge geringer Turbulenz in den Brennräumen, geringer Zylinderfüllung und hoher Ladungswechselverluste gegeben. Eine Möglichkeit zur Steigerung des Wirkungsgrades im Teillastbereich besteht darin, die Drosselung der Zylinder zu verringern. Bevorzugt wird jedoch die Zylinderabschaltung zum Einsatz gebracht, bei der einzelne Brennräume des Motors für eine vorbestimmte Zeit abgeschaltet werden.

So ist aus der DE 196 28 024 A1 eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Nockenwelle und für jedes Gaswechselventil eine Übertragungseinrichtung aufweist, durch die der Nockenhub auf das Gaswechselventil übertragbar ist. Die Zylinder der Brennkraftmaschine sind in zwei Zylindergruppen aufgeteilt, wobei jeder Gruppe ein Aktor zugeordnet ist, der nur in einem seiner zwei Schaltzustände die Betätigung der Gaswechselventile zulässt.

Bei einer solchen Lösung werden zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Ventile einer Zylindergruppe geschaltet, was ein Wirksamwerden der Steuerung erst nach Durchlaufen des dem betreffenden Ventil zugeordneten Schaltfensters ermöglicht und zu diversen Problemen bei der Umschaltung der Ventiltriebe führt.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, eine Einrichtung zur Steuerung der Zylinderabschaltung derart weiter zu entwickeln, dass bei nur geringen Anforderungen an die eingesetzte Schalttechnik eine hohe Schaltsicherheit erreicht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Demnach ist vorgesehen, dass eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 einen Datenspeicher zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs des Bewegungsverhaltens der Gaswechselventile von Zylindern der Brennkraftmaschine und eine Datenaufbereitungseinheit aufweist, die eine Zusammenfassung von Gaswechselventilen zu Ventilgruppen hinsichtlich einer gemeinsamen Aktivierung bzw. Deaktivierung derselben bereitstellt und an die Steuereinheit weiterleitet, in der den Ventilgruppen ein Aktivierungs- bzw. Deaktivierungszeitpunkt zugeordnet wird und die die Schalteinrichtung ansteuert, von der die Schaltelemente der Ventilbetätigungen der zur Ventilgruppe gehörenden Ventile betätigt werden.

Die Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, dass infolge einer gezielten Zusammenfassung gemeinsam zu betätigender Gaswechselventile zu Ventilgruppen eine Optimierung der Größe der für die Durchführung eines Schaltprozesses bereitgestellten Schaltfenster erfolgen kann und die Schaltsicherheit bei vergleichsweise geringer Anzahl von Schalteinrichtungen gewährleistet ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist in der Datenaufbereitungseinheit zur Festlegung eines Parameters für die Auswahl und Zuordnung von Ventilen zu einer Ventilgruppe ein Auswahl-Programm zur Koinzidenzprüfung der Steuerzeiten der Gaswechselventile vorhanden, mit dem aus dem Grad der Koinzidenz auf die Größe eines Schaltfensters für die gleichzeitige Betätigung ausgewählter Ventile geschlossen wird.

Hierdurch werden die Voraussetzungen für eine Erhöhung der Anzahl von mit einer Schalteinrichtung schaltbaren Ventilen unter Beibehaltung einer ausreichenden Schaltsicherheit geschaffen.

Im Auswahl-Programm der Datenaufbereitungseinheit kann des Weiteren in Abhängigkeit von der Breite der Schaltfenster eine Festlegung der Minimalanzahl benötigter Schalteinrichtungen erfolgen.

Von der Datenaufbereitungseinheit werden in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung für eine Zusammenfassung von Ventilen zu einer Ventilgruppe nur solche zugelassen, die sich zum Zeitpunkt der Ansteuerung der Schaltelemente der Ventilbetätigungen in geschlossenem Zustand befinden.

Bei der Schalteinrichtung handelt es sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung um ein hydraulisch angesteuertes System, das bevorzugt zwei Schaltventile enthält. Denkbar und vorgesehen sind jedoch auch mechanische u. ä. Systeme.

Im Rahmen der Erfindung können von der Schalteinrichtung durch Beaufschlagung der den Ventilen zugeordneten Schaltelemente mindestens ein Einlass- und mindestens ein Auslassventil, die unterschiedlichen Brennräumen angehören, betätigt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles, das sich ^` auf einen 6-Zylinder-Verbrennungsmotor bezieht, in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Zylinderabschaltung mit hydraulisch betätigter Schalteinrichtung;
2 eine Schnittdarstellung eines von einer Schalteinrichtung angesteuerten Schaltstößels und
3 ein Steuerzeiten-Diagramm ausgewählter Zylinder mit einer Darstellung zugehöriger Schaltfenster.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist ein V-6-Motor die Zylinder 1, 2, 3, 4, 5 und 6 auf, die jeweils über zwei Einlassventile 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 5.1 und 6.1 und zwei Auslassventile 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2 und 6.2 vertilgen. Die Einlassventile und die Auslassventile werden von der Nockenwelle des Verbrennungsmotors über eine dem Nockenhub folgende Betätigungseinrichtung auf die Schaltstößel 7 übertragen.
Ein solcher Schaltstößel 7 ist in seinem Aufbau in 2 dargestellt. Er besteht im Wesentlichen aus zwei relativ zueinander axial verschiebbaren Bauteilen, dem Innenstößel 8 und dem Außenstößel 9. Zur Kopplung der Bewegung von Innenstößel 8 und Außenstößel 9 ist ein Verriegelungselement 10 vorgesehen, das sich quer zur axialen Bewegungsrichtung von Innenstößel 8 und Außenstößel 9 erstreckt und federkraftbeaufschlagt eine Ausgangslage einnimmt, in der die Bewegung des Außenstößels 9 die Lage des Innenstößels 8 unbeeinflusst lässt. Eine Bewegung des Außenstößels 9, verursacht durch die Einwirkung des Nockens auf die Nockenanlagefläche 11 des Außenstößels 9, führt daher nicht zu einer Betätigung des jeweiligen, durch den Innenstößel 8 angesteuerten Gaswechselventils. Wird dagegen das Verriegelungselement 10 gegen die Federwirkung soweit verschoben, dass es in eine im Innenstößel 8 vorgesehenen Ausnehmung 12 eingreift, folgt der Innenstößel 8 der Bewegung des Außenstößels 9 und betätigt das entsprechende Gaswechselventil.
Um die Aktivierung der Verriegelungselemente 10 der Schaltstößel 7 zu ermöglichen, sind die Schaltstößel 7 Bestandteil eines Hydraulikkreises. Von einem Druckspeicher 13 des Hydraulikkreises führen Hydraulikleitungen 14 und 15 zu Schaltventilen 16 und 17, die durch weitere Hydraulikleitungen 18 und 19 mit den Schaltstößeln 7 der abschaltbaren Zylinder verbunden sind. Dabei besteht im konkreten Fall eine Verbindung des Schaltventils 16 mit den Schaltstößeln 7 der Einlassventile 5.1 und der Auslassventile 5.2 des Zylinders 5 sowie mit den Auslassventilen 3.2 des Zylinders 3. Vom Schaltventil 17 ist eine Verbindung zu den Einlassventilen 3.1 des Zylinders 3 und zu den Einlassventilen 1.1 und den Auslassventilen 1.2 des Zylinders 1 hergestellt. Die hier gewählte Verteilung der Schaltstößel 7 auf die beiden Schaltventile 16 und 17 ist mit einer gleichmäßigen Verteilung der beim Schaltprozess zu leistenden Arbeit und somit reproduzierbaren Schaltbedingungen verbunden.
Im Ergebnis einer solchen Zuordnung für die gemeinsame Betätigung der betreffenden Gaswechselventile kann demnach bei Einsatz von nur zwei Schalteinrichtungen eine hohe Schaltsicherheit erreicht werden. Die als Maß für die Schaltsicherheit geltenden Schaltfenster 18 und 19 sind beispielhaft in 3 dargestellt. Weiterhin nimmt die Darstellung auch Bezug auf die in Korrelation zu den Schaltfenstern 18 und 19 stehenden Steuerzeiten 20.
Die den Gaswechselventilen zugeordneten Steuerzeiten 20 sind in einem Datenspeicher 21 dokumentiert und dienen einer Datenaufbereitungseinheit 22 als Grundlage für eine Zusammenfassung von Schaltstößeln 7 zu einer Gruppe, die gemeinsam von einem der Schaltventile 16, 17 angesteuert wird. Die Ansteuerung erfolgt, nachdem das betreffende Schaltventil von einer Steuereinheit 23 aktiviert worden ist, in der die Gruppe von Schaltstößeln 7 dem jeweiligen Schaltventil zugeordnet ist.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Datenspeicher 21 und die Datenaufbereitungseinheit 22 Bestandteile der Steuereinheit 23 sind, was einen effizienten Datenaustausch unterstützen kann.

1-6: Zylinder
1.1 – 6.1: Einlassventile
1.2 – 6.2: Auslassventile
7: Schaltstößel
8: Innenstößel
9: Außenstößel
10: Verriegelungselement
11: Nockenanlagefläche
12: Ausnehmung
13: Druckspeicher
14: Hydraulikleitung
15: Hydraulikleitung
16: Schaltventil
17: Schaltventil
18: Schaltfenster
19: Schaltfenster
20: Steuerzeiten
21: Datenspeicher
22: Datenaufbereitungseinheit
23: Steuereinheit

Claims

Einrichtung zur Steuerung der Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren, mit mindestens einer, auf ein Schaltelement der Ventilbetätigung von Ventilen einwirkenden Schalteinrichtung, die in einem ihrer zwei Schaltzustände eine Betätigung des betreffenden Ventils erlaubt, mit Übertragungseinrichtungen, die in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Schalteinrichtung den von der Nockenwelle erzeugten Nockenhub über die mit einem Schaltelement versehene Ventilbetätigung auf das Ventil übertragen, und mit einer auf die Schalteinrichtung wirkenden Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Datenspeicher (21) zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs des Bewegungsverhaltens der Gaswechselventile (1.1 – 6.1, 1.2 – 6.2) von Zylindern (1 – 6) der Brennkraftmaschine und eine Datenaufbereitungseinheit (22) aufweist, die eine Zusammenfassung von Gaswechselventilen zu Ventilgruppen hinsichtlich einer gemeinsamen Aktivierung bzw. Deaktivierung derselben bereitstellt und an die Steuereinheit (23) weiterleitet, in der den Ventilgruppen ein Aktivierungs- bzw. Deaktivierungszeitpunkt zugeordnet wird und die die Schalteinrichtung (16, 17) ansteuert, von der die Schaltelemente (7) der Ventilbetätigungen der zur Ventilgruppe gehörenden Ventile betätigt werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenaufbereitungseinheit (22) zur Festlegung eines Parameters für die Auswahl und Zuordnung von Ventilen zu einer Ventilgruppe ein Auswahl- Programm zur Koinzidenzprüfung der Steuerzeiten (20) der Gaswechselventile vorhanden ist, mit dem aus dem Grad der Koinzidenz auf die Größe eines Schaltfensters (18, 19) für die gleichzeitige Betätigung ausgewählter Ventile geschlossen wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Auswahl-Programm der Datenaufbereitungseinheit (22) in Abhängigkeit von der Breite der Schaltfenster (18, 19) eine Festlegung der Minimalanzahl benötigter Schalteinrichtungen (16, 17) erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Datenaufbereitungseinheit (22) für eine Zusammenfassung von Ventilen zu einer Ventilgruppe nur solche zugelassen werden, die sich zum Zeitpunkt der Ansteuerung der Schaltelemente (7) der Ventilbetätigungen in geschlossenem Zustand oder in ausreichend großem Abstand vom nächsten Hubbeginn befinden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schalteinrichtung (16, 17) um ein hydraulisch angesteuertes System handelt.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung zwei Schaltventile (16, 17) enthält.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einlass- und mindestens ein Auslassventil, die unterschiedlichen Brennräumen angehören, durch Beaufschlagung der den Ventilen zugeordneten Schaltelemente (7) von einer Schalteinrichtung (16, 17) betätigt werden.