DE19855984A1

DE19855984A1 - Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19855984A1
Application number: DE19855984A
Authority: DE
Inventors: Claus Bruestle; Van-Khanh Tran; Stephan Mueller
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-06-15

Abstract

Vorgestellt wird eine Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens fünf Einlaßventilen, von welchen mindestens eines in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vermittels schaltbarer Betätigungsmittel wahlweise antreibbar oder stillsetzbar ist und bei welcher einerseits eine Drallerzeugung im Brennraum auch im unteren Drehzahlbereich gewährleistet und andererseits zugleich das Entstehen einer Ansammlung von Treibstoff vor dem dem höchsten Drehzahlbereich zugeordneten Einlaßventil dadurch entgegengewirkt ist, daß dasjenige Einlaßventil, dessen reguläre Betätigung dem am wenigsten häufig auftretenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, im abgeschalteten Zustand noch einen geringen Hub ausführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für eine wenigstens drei Einlaßventile aufweisende Brennkraftmaschine.

In Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter umschaltbare Ventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlaß und Auslaßventilen sind an sich mit unterschiedlichsten Zielsetzungen und in entsprechend unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.

Beispielsweise ist aus der DE-OS 32 33 683 eine Brennkraftmaschine mit bis zu acht Ventilen je Zylinder bekannt, wobei in der Ausführungsform mit acht Ventilen je Zylinder je zwei Einlaß und zwei Auslaßventile einander paarweise gegenüberliegend angeordnet und die Ventile in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine unterschiedlich betätigbar sind. Darüber hinaus weisen die Auslaßventile unterschiedlich große Durchmesser der Ventilteller auf, und sie sind dahingehend ansteuerbar, daß die Ventile mit den größeren Ventiltellern in Abhängigkeit eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine stillsetzbar sind. Der die Ansteuerung der Ventile beherrschende Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ist hierbei die Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Stillsetzung der Ventile mit sinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Um bei Anwendung einer solchen Ansteuerung der Ventilbetätigung auch im untersten Drehzahlbereich, nämlich im Leerlauf der Brennkraftmaschine, in welchem die meisten Ventile stillgesetzt sind, noch eine stabile Verbrennung zu erreichen, ist bei der bekannten Ventilsteuerung vorgesehen, daß immer einander diagonal gegenüberliegende Ventile in Betrieb bleiben, wodurch in der Brennkammer des Zylinders erzwungenermaßen eine gewisse Verwirbelung aufrechterhalten und dadurch ein stabiler Leerlauf der Brennkraftmaschine gewährleistet wird.

Bei einer anderen, beispielsweise aus der US-PS 5 081 971 bekannten Ausgestaltung einer Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen ist, allerdings bei einer mit lediglich vier Ventile je Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine vorgesehen, daß einem ersten von insgesamt zwei untereinander - bezüglich Ventilteller-Durchmesser - gleich groß ausgebildeten Einlaßventilen im zugeordneten Saugrohrbereich eine drallerzeugende Einrichtung bzw. Ausbildung vorgeschaltet ist, während dem zweiten stillsetzbaren Einlaßventil ein glatter Saugrohrbereich vorgeschaltet ist und daß die Ansteuerung des zweiten stillsetzbaren Einlaßventiles in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt, in der Weise, daß das zweite Einlaßventil bei im unteren Drehzahlbereich arbeitender Brennkraftmaschine in einer zumindest im Wesentlichen einer Schließstellung entsprechenden Lage gehalten und erst bei im höheren Drehzahlbereich arbeitender Brennkraftmaschine betätigt wird.

Keine der bekannten Betriebsarten einer Ventilsteuerung berücksichtigt, daß sich bei einer mit mehreren Einlaßventilen ausgestatteten Brennkraftmaschinen insbesondere bei längerer Betriebszeit im unteren Drehzahlbereich in dem diesem zugeordneten Saugrohrbereich und vor dem dem obersten Drehzahlbereich zugeordneten Einlaßventil Restmengen von Treibstoff sammeln und mit einsetzendem Öffnen des Ventiles als zusätzlicher Treibstoff in den Brennraum gelangen können, was dann zwangsläufig zumindest vorübergehend zu einer Erhöhung des Schadstoffausstoßes der Brennkraftmaschine führt.

Der Erfindung liegt daher ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde eine Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens drei Einlaßventilen aufzuzeigen, welche einerseits auch im unteren Drehzahlbereich eine Drallerzeugung im Brennraum gewährleistet und andererseits zugleich das Entstehen einer Ansammlung von Treibstoff vor dem dem höchsten Drehzahlbereich zugeordneten Einlaßventil ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine für eine mit lediglich drei Einlaßventilen ausgestattete Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft erscheinende Ausgestaltungsform der Ventilsteuerung ist in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Die in der bevorzugten Verwirklichungsform dem im abgeschalteten Zustand befindlichen, für den Einsatz lediglich im höchsten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine vorgesehenen dritten Einlaßventil zugeordnete Teilhubbetätigung ist dabei bezüglich des kleiner ausgebildeten ersten Einlaßventiles derart ausgelegt, daß sie zuerst in Verbindung mit dem ständig angetriebenen, dem niedrigsten Drehzahlbereich, insbesondere dem dem Leerlauf der Brennkraftmaschine entsprechenden Drehzahlbereich zugeordneten ersten Einlaßventil auch bei im Leerlauf betriebener Brennkraftmaschine eine Drallerzeugung innerhalb des Brennraumes und damit eine stabile Verbrennung bewirkt, ohne daß hierfür besondere Einrichtungen in den verschiedenen Saugrohrbereichen erforderlich wären. Im Weiteren ergibt sich aus dieser ständigen Teilhubbetätigung des sich im abgeschalteten Zustand befindenden dritten Einlaßventiles der Vorteil, daß sich in dem diesem Einlaßventil vorgeschalteten Saugrohrbereich auch dann kein Kraftstoffstau bilden kann, wenn die Brennkraftmaschine über lange Zeit hin nicht im höheren bzw. höchsten Drehzahlbereich betrieben wird, und zwar in der Weise, daß das Auftreten von Schadstoffspitzen im Abgas zumindest reduziert wird.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen beschrieben.

In der Zeichnung zeigt die

Fig. 1 schematisch eine V6-Brennkraftmaschine und der Anordnung der jeweils 5 Ventilen je Zylinder sowie eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Ventilbetätigung bei im Leerlauf betriebener Brennkraftmaschine,

Fig. 2 gleichfalls schematisch eine V6-Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 und eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Ventilbetätigung bei im mittleren Drehzahlbereich betriebener Brennkraftmaschine und

Fig. 3 ebenfalls schematisch eine V6-Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 oder 2 und eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Ventilbetätigung bei im höchsten Drehzahlbereich betriebener Brennkraftmaschine.

Die in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellte V6-Brennkraftmaschine - sie kann auch Boxer-Bauart sein - umfaßt zwei Zylinderbänke 1 und 2 mit jeweils drei Zylindern 3. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder Zylinder 3 mit insgesamt 5 Ventilen, E1 bis E3 und A1, A2, ausgestattet, welche in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, hier der an die Brennkraftmaschine gestellten Leistungsanforderung bzw. der Drehzahl der Brennkraftmaschine, über in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellte Antriebsmittel antreibbar und vermittels im Einzelnen gleichfalls nicht dargestellter, schaltbarer Betätigungsmittel wahlweise antreibbar oder stillsetzbar sind. Wie dies insbesondere aus der Darstellung der Anordnung der Ventile ersichtlich ist, ist ein erstes dem Betrieb der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich bzw. im Leerlauf zugeordnetes Einlaßventil E1 - bezüglich Ventilteller-Durchmesser - verhältnismäßig klein ausgebildet und sind die beiden übrigen dem Betrieb der Brennkraftmaschine im mittleren und hohen Drehzahlbereich zugeordneten Einlaßventile E2 und E3 untereinander gleich groß und größer - Durchmesser der Ventilteller - als das Einlaßventil E1 ausgebildet. Die Durchmesser der Ventilteller der beiden Auslaßventile A1 und A2 sind untereinander gleich groß ausgebildet und arbeiten ständig mit gleichem Hub. Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 sind bei mit geringer Leistungsanforderung im unteren Drehzahlbereich arbeitender bzw. bei im Leerlauf betriebener Brennkraftmaschine die beiden großen - Ventilteller-Durchmesser - Einlaßventile E1 und E2 zumindest im wesentlichen geschlossen und wird lediglich das kleine - Ventilteller-Durchmesser - Einlaßventil E1 entsprechend der Kurve E1a in der Diagrammdarstellung der Fig. 1 mit vollem Hub betätigt. Zugleich wird aber auch das dem Betrieb der Brennkraftmaschine im höchsten Drehzahlbereich zugeordnete dritte Einlaßventil E3 gemäß der Kurve E3a in der Diagrammdarstellung der Fig. 1 mit einem geringen Teilhub betrieben, teils um einen Kraftstoffstau vor dem Ventil zu vermeiden und teils um eine bestmögliche Wirbelbildung bzw. eine Ladungsschichtung auch im unteren Drehzahlbereich bzw. im Leerlauf zu gewährleisten. Mit steigender Leistungsanforderung und damit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird gemäß der Diagrammdarstellung in der Fig. 2 das erste E2 der beiden großen Einlaßventile E2 und E3 zugeschaltet und entsprechend der Kurve E2a in der Diagrammdarstellung der Fig. 2 mit vollem Hub betrieben, wobei jedoch der Teilhubbetrieb des dritten Einlaßventiles E3 gemäß der Kurve E3a in der Diagrammdarstellung der Fig. 2 beibehalten wird. Bei weiter steigender Leistungsanforderung und damit bis zur Höchstdrehzahl zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird gemäß der Diagrammdarstellung in der Fig. 3 schließlich auch noch das dritte Einlaßventil E3 voll angetrieben, so daß nunmehr sämtliche Einlaßventile E1 bis E3 mit maximalem Hub arbeiten. In dieser Betriebsweise sind gemäß den zueinander deckungsgleichen Kurven E2a und E3a in der Diagrammdarstellung der Fig. 3 die beiden großen Einlaßventile E2 und E3 mit gleichem Hub angetrieben. Bei sinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt die Abschaltung der beiden großen Einlaßventile E3 und E2 in entsprechender Reihenfolge, wobei die zuerst eintretende Abschaltung des dritten Einlaßventiles E3 unter Belassung eines der Kurve E3a in den Diagrammdarstellungen der Fig. 1 und 2 entsprechenden geringen Teilhubes erfolgt.

Claims

1. Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens fünf Einlaßventilen, von welchen mindestens eines in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vermittels schaltbarer Betätigungsmittel wahlweise antreibbar oder stillsetzbar ist, derart, daß letztlich bei niedriger Drehzahl lediglich ein und bei hoher Drehzahl sämtliche Einlaßventile betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Einlaßventil, dessen reguläre Betätigung dem am wenigsten häufig auftretenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zugeordnet ist im abgeschalteten Zustand noch einen geringen Hub ausführt.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit drei, mit steigender Drehzahl nacheinander zuschaltbaren Einlaßventilen je Zylinder ein erstes klein ausgebildetes Einlaßventil dem niedrigsten Drehzahlbereich zugeordnet ist und ein zweites dem mittleren sowie ein drittes dem höchsten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zugeordnetes Einlaßventil jeweils groß ausgebildet ist, und daß das erste und das dritte Einlaßventil ständig betrieben werden, in der Weise, daß das erste Einlaßventil ständig mit seinem maximalen Hub angetrieben wird, während das dritte Einlaßventil im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine lediglich mit einem extrem kleinen Hub angetrieben wird sind.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei im niedrigen oder mittleren Drehzahlbereich betriebener Brennkraftmaschine die höchste Erhebung des dritten, mit einem extrem kleinen Hub angetrieben Einlaßventiles der höchsten Erhebung des einen oder der beiden anderen Ventile gegenüber vorlaufend angeordnet ist.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Erhebung des zweiten und dritten Einlaßventiles jeweils größer als die maximale Erhebung des ersten Einlaßventiles ist und daß die maximale Erhebung der beiden anderen Einlaßventile untereinander gleich groß ist.