DE4322212A1 - Cam-controlled valve actuation for a 4-stroke/8-stroke internal combustion engine - Google Patents

Cam-controlled valve actuation for a 4-stroke/8-stroke internal combustion engine

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Abstract

Two cams, which are arranged offset by 180 degrees on a camshaft, are assigned to an internal combustion engine lifting valve. The first cam acts directly on the lifting valve by way of a first rocker arm, the second cam acts on a second rocker arm, which can be coupled to the first rocker arm. If the two rocker arms are coupled to one another, both cams are operative and the lifting valve is actuated twice per camshaft revolution. If the rocker arms are separated from one another, only the first cam acts so that the lifting valve is actuated only once per camshaft revolution. If the camshaft rotates at one quarter of the crankshaft speed, the internal combustion engine is operated with rocker arms coupled to one another in 4-stroke operation and with rocker arms uncoupled in 8-stroke operation. The said 8-stroke operation is equivalent to an alternating cylinder shut-off.

Description

Die Erfindung betrifft eine nockengesteuerte Hubventilbe­ tätigung einer Brennkraftmaschine mit einer Umschaltmög­ lichkeit zwischen 4-Takt- und 8-Takt-Betrieb oder zwi­ schen 2-Takt- und 4-Takt-Betrieb. Beschrieben ist die erstgenannte Umschaltmöglichkeit in der DE-Z Motortechni­ sche Zeitschrift 54 (1993) 5, Seite 240. Mit der wahlwei­ sen Umschaltung einer 4-Takt-Brennkraftmaschine auf 8- Takt-Betrieb läßt sich auf elegante Weise eine abwech­ selnde Zylinderabschaltung aller Zylinder einer mehrzy­ lindrigen Brennkraftmaschine erzielen. Da nach einer der­ artigen Umschaltung jeder Zylinder nur noch die Hälfte seiner Arbeitstakte ausführt, muß das daraus resultie­ rende Leistungsmanko durch eine höhere Last je Ar­ beitstakt ausgeglichen werden. Bei höherer Belastung stellt sich daraufhin - wie erwünscht und bekannt - ein höherer Wirkungsgrad ein.The invention relates to a cam-controlled lift valve actuation of an internal combustion engine with a Umschaltmög between 4-stroke and 8-stroke operation or between 2-stroke and 4-stroke operation. It is described First-mentioned switchover option in DE-Z Motortechni Sche Zeitschrift 54 (1993) 5, page 240. With the optional Switching a 4-stroke internal combustion engine to 8- Clock mode can be elegantly alternated Selective cylinder deactivation of all cylinders in a multi-cycle Achieve tedious internal combustion engine. Because after one of the like switching each cylinder only half of his work cycles must result from this performance deficit due to a higher load per area be clocked balanced. At higher loads then adjusts itself - as desired and known higher efficiency.

Die im oben genannten Zeitschriftenartikel beschriebene Vorrichtung zur Umschaltung zwischen 4-Takt- und 8-Takt- Betrieb ist für den Großserieneinsatz insbesondere für höhere Brennkraftmaschinen-Drehzahlen nur eingeschränkt geeignet. Eine demgegenüber verbesserte Umschaltvorrich­ tung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Dabei kann mit dieser Umschaltvorrichtung selbstverständ­ lich nicht nur zwischen 4-Takt- und 8-Takt-Betrieb, son­ dern auch zwischen 2-Takt- und 4-Takt-Betrieb umgeschal­ tet werden. Es muß lediglich stets dafür gesorgt werden, daß das Hubventil entweder mit jedem Nockenhub oder mit jedem zweiten Nockenhub betätigt wird.The described in the magazine article mentioned above Device for switching between 4-stroke and 8-stroke Operation is for large series use especially for higher engine speeds only limited suitable. In contrast, an improved switching device  Show device is the object of the present invention. It can be taken for granted with this switching device Lich not only between 4-stroke and 8-stroke operation, son also switched between 2-stroke and 4-stroke operation be tested. You just have to make sure that the lift valve either with each cam lift or with every second cam stroke is actuated.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß dem Hubven­ til zwei Nocken zugeordnet sind, die auf einer Nocken­ welle um 180 Winkelgrade versetzt angeordnet sind, und daß an ein erstes Übertragungselement zwischen dem ersten Nocken und dem Hubventil ein zweites, dem zweiten Nocken zugeordnetes Übertragungselement ankoppelbar ist. In ei­ ner vorteilhaften Ausbildung, die im folgenden in nicht beschränkender Weise als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben wird, sind die Übertra­ gungselemente als Schwinghebel ausgebildet und erfolgt das Aneinanderkoppeln der Übertragungselemente durch Öl­ druckbeaufschlagung eines Querstiftes.To solve this problem it is provided that the Hubven til two cams are assigned to one cam wave are arranged offset by 180 degrees, and that to a first transmission element between the first Cam and the lift valve a second, the second cam assigned transmission element can be coupled. In egg ner advantageous training, the following in not restrictive as a preferred embodiment the invention is described in more detail are the transfers supply elements designed and implemented as a rocker arm the coupling of the transmission elements by oil pressurizing a cross pin.

Die beigefügte Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf erfindungs­ gemäße Hubventilbetätigung, Fig. 2 zeigt die Ansicht X, sowie Fig. 3 den Schnitt A-A aus Fig. 1.The attached FIG. 1 shows a plan view of the lifting valve actuation according to the invention, FIG. 2 shows the view X, and FIG. 3 shows the section AA from FIG. 1.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Hubventil eines Brenn­ kraftmaschinen-Zylinders bezeichnet. Betätigt wird dieses Hubventil, das nicht explizit dargestellt ist und selbst­ verständlich mit den bekannten Elementen, wie einer Ven­ tilfeder, sowie einem Federteller versehen ist, wie be­ kannt durch ein als Schwinghebel ausgebildetes erstes Übertragungselement 2a. Auf diesen Schwinghebel 2a, der wie bekannt auf einer Schwinghebelachse 3 drehbar gela­ gert ist, wirkt ein erster Nocken 4a einer Nockenwelle 5 ein.With the reference numeral 1 , a lift valve of an internal combustion engine cylinder is designated. This stroke valve is actuated, which is not explicitly shown and is of course provided with the known elements, such as a valve spring, and a spring plate, as is known by a trained as a rocker arm first transmission element 2 a. On this rocker arm 2 a, which, as is known, is rotatably mounted on a rocker arm axis 3 , acts on a first cam 4 a of a camshaft 5 .

Um 180 Winkelgrade versetzt zum ersten Nocken 4a ist ne­ ben diesem auf der Nockenwelle 5 ein zweiter Nocken 4b mit identischer Nockengeometrie vorgesehen. Dieser zweite Nocken 4b wirkt auf ein zweites Übertragungselement 2b, das ebenfalls schwinghebelartig ausgebildet und drehbar auf der Schwinghebelachse 3 gelagert ist, ein. Wie die aufgebrochene Darstellung der beiden Schwinghebel 2a, 2b zeigt, ist im ersten Schwinghebel 2a ein über eine Ver­ sorgungsbohrung 6 mit Öldruck beaufschlagbarer Querstift 7 in einer Aussparung 3 geführt. Eine konträre Aussparung 8 ist im zweiten Schwinghebel 2b vorgesehen, dabei befin­ det sich in dessen Aussparung 8 ein mit einem Federele­ ment 9 belasteter Gegenstift 10.Offset by 180 degrees to the first cam 4 a is ben ben this on the camshaft 5, a second cam 4 b is provided with an identical cam geometry. This second cam 4 b acts on a second transmission element 2 b, which is also designed as a rocker arm and is rotatably mounted on the rocker arm axis 3 . As the broken representation of the two rocker arms 2 a, 2 b shows, in the first rocker arm 2 a a via a supply bore 6 with oil pressure Ver cross pin 7 is guided in a recess 3 . A contrasting recess 8 is provided in the second rocker arm 2 b, while there is a recess 8 with a spring element 9 loaded counter pin 10 .

Befindet sich der Querstift 7 sowie der Gegenstift 10 in der in Fig. 1 gezeigten Position, so sind die beiden Schwinghebel bzw. Übertragungselemente 2a, 2b entkoppelt, d. h. unabhängig voneinander um die Schwinghebelachse 3 verdrehbar. Mit Rotation der Nockenwelle 5 wird somit le­ diglich der Hub des ersten Nockens 4a über das erste Übertragungselement 2a auf das Hubventil 1 übertragen. Wird hingegen über die Versorgungsbohrung 6 Drucköl mit erhöhtem Öldruck herangeführt, so wird der Querstift 7 nach rechts verschoben und gelangt teilweise in die Aus­ sparung 8 des zweiten Schwinghebels 2b. Hierdurch sind die beiden Schwinghebel/Übertragungselemente 2a, 2b an­ einander angekoppelt. Dies bewirkt, daß nunmehr das Hub­ ventil 1 nicht nur durch den ersten Nocken 4a, sondern zusätzlich auch durch den zweiten Nocken 4b betätigt wird, da dessen Hub über dessen zugeordnetes zweites Übertragungselement 2b auf das erste Übertragungselement 2a und von diesem aus auf das Hubventil 1 übertragen wird. Da aber die beiden Nocken 4a, 4b auf der Nocken­ welle um 180 Winkelgrade versetzt angeordnet sind, wird bei aneinander angekoppelten Übertragungselementen 2a, 2b das Hubventil 1 nunmehr doppelt so oft betätigt wie bei voneinander entkoppelten Schwinghebeln 2a, 2b. Bei gekop­ pelten Übertragungselementen 2a, 2b wird somit das Hub­ ventil 1 zweimal je Nockenwellenumdrehung und bei entkop­ pelten Übertragungselementen nur einmal je Nockenwel­ lenumdrehung betätigt.If the cross pin 7 and the counter pin 10 are in the position shown in FIG. 1, then the two rocker arms or transmission elements 2 a, 2 b are decoupled, ie can be rotated independently of one another about the rocker arm axis 3 . With rotation of the camshaft 5 le diglich the stroke of the first cam 4 a is transmitted via the first transmission element 2 a to the lift valve 1 . On the other hand, if 6 pressure oil is brought in via the supply bore with increased oil pressure, then the cross pin 7 is shifted to the right and partially passes into the cutout 8 of the second rocker arm 2 b. As a result, the two rocker arms / transmission elements 2 a, 2 b are coupled to one another. This causes the stroke valve 1 to be actuated not only by the first cam 4 a, but also by the second cam 4 b, since its stroke via its associated second transmission element 2 b to the first transmission element 2 a and from this is transferred to the lift valve 1 . But since the two cams 4 a, 4 b on the cam shaft are offset by 180 degrees, the coupling valve 1 is now actuated twice as often with coupled transmission elements 2 a, 2 b as with decoupled rocker arms 2 a, 2 b. With gekop pelte transmission elements 2 a, 2 b, the lifting valve 1 is operated twice per camshaft revolution and with decoupled transmission elements only once per camshaft lenumdrehung.

Ist die gezeigte Hubventilbetätigung an den Ventilen ei­ ner Brennkraftmaschine oder auch nur eines Brennkraftma­ schinen-Zylinders vorgesehen, so wird dieser Zylinder bzw. die gesamte Brennkraftmaschine im üblichen 4-Takt- Betrieb betrieben, wenn die beiden Übertragungselemente 2a, 2b aneinander angekoppelt sind und die Nockenwelle 5 mit einem Viertel der Brennkraftmaschinen-Drehzahl ro­ tiert. Werden unter diesen Randbedingungen die beiden Übertragungselemente 2a, 2b entkoppelt - dies erfolgt durch Rücknahme des Öldruckes in der Versorgungsbohrung 6, wodurch der Gegenstift 10 aufgrund der Vorspannung des Federelementes 9 den Querstift 7 wieder vollständig in die Aussparung 8 des ersten Übertragungselementes 2a hi­ neinschiebt -, so wirkt alleinig der erste Nocken 4a auf das Hubventil 1 ein, so daß nun dieses Hubventil 1 nur­ mehr halb so oft geöffnet wird und somit ein 8-Takt-Be­ trieb vorliegt. Dabei kann es ausreichend sein, nur die Einlaßventile mit einer erfindungsgemäßen Ventilbetäti­ gung zu versehen.If the lifting valve actuation shown is provided on the valves of an internal combustion engine or even only one internal combustion engine cylinder, this cylinder or the entire internal combustion engine is operated in the usual 4-stroke mode when the two transmission elements 2 a, 2 b are coupled to one another and the camshaft 5 with a quarter of the engine speed ro tiert. Are the two transmission elements 2 a, 2 b decoupled under these boundary conditions - this is done by reducing the oil pressure in the supply bore 6 , whereby the counter pin 10 due to the bias of the spring element 9, the cross pin 7 again completely in the recess 8 of the first transmission element 2 a hi neinschiebt -, acts solely the first cam 4a on the poppet valve 1 so that now this lift valve 1 is only half opened so often, and thus an 8-clock-be drive is present. It may be sufficient to provide only the inlet valves with a valve actuation according to the invention.

Mit der beschriebenen Konstruktion wird durch den mögli­ chen Übergang von 4-Takt-Betrieb auf 8-Takt-Betrieb eine Möglichkeit der Zylinderabschaltung mit vollständiger Ventilstill-Legung an einer Brennkraftmaschine geschaf­ fen, bei der sämtliche Zylinder im gleichen Zustand be­ trieben werden. Keiner der Brennkraftmaschinen-Zylinder wird vollständig über mehrere Arbeitsspiele hinweg abge­ schaltet. Die Last wird somit gleichmäßig auf alle Zylin­ der verteilt, wodurch sich eine bessere Laufruhe gegen­ über anderen bekannten Systemen der Zylinderabschaltung erzielen läßt. Aufwendige Maßnahmen, die das Auskühlen abgeschalteter Zylinder verhindern sollen, können somit entfallen. Dabei ist auch im 8-Takt-Betrieb, d. h. bei Zylinderabschaltung, ein Betrieb mit stöchiometrischem Gemisch möglich.With the construction described by the poss Chen transition from 4-stroke operation to 8-stroke operation Possibility of cylinder deactivation with complete Valve shutdown done on an internal combustion engine fen where all cylinders are in the same condition be driven. None of the engine cylinders will be dealt with in full over several work cycles switches. The load is thus evenly on all cylinders which distributes, which results in a better smoothness against over other known systems of cylinder deactivation can be achieved. Elaborate measures to cool down should prevent the cylinder from being switched off  omitted. It is also in 8-stroke mode, i.e. H. at Cylinder deactivation, an operation with stoichiometric Mixture possible.

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist die gezeigte Konstruk­ tion aber auch besonders vorteilhaft, um wahlweise zwi­ schen 2-Takt-Betrieb und 4-Takt-Betrieb umzuschalten. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus die Nockenwelle 5 aufgrund der um 180 Winkelgrade versetzten Anordnung der Nocken 4a, 4b bereits gewuchtet. Mechanisch auch bei hö­ heren Brennkraftmaschinen-Drehzahlen zuverlässig arbeitet ferner die gezeigte Koppelvorrichtung für die beiden Übertragungselemente 2a, 2b. Jedoch kann sowohl diese Koppelvorrichtung, als auch jedes Übertragungselement durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ge­ staltet sein, ohne den Inhalt des unabhängigen Pa­ tentanspruches zu verlassen.As already mentioned several times, the construction shown is also particularly advantageous for switching between 2-stroke operation and 4-stroke operation. In addition, the camshaft 5 is advantageously already balanced due to the arrangement of the cams 4 a, 4 b offset by 180 degrees. The coupling device shown for the two transmission elements 2 a, 2 b also works mechanically reliably even at higher internal combustion engine speeds. However, both this coupling device, as well as each transmission element can be designed entirely differently from the exemplary embodiment shown, without leaving the content of the independent patent claim.

Claims (2)

1. Nockengesteuerte Hubventilbetätigung einer Brenn­ kraftmaschine mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen 4-Takt- und 8-Takt-Betrieb oder zwischen 2-Takt- und 4-Takt-Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hubventil (1) zwei Nocken (4a, 4b) zugeordnet sind, die auf einer Nockenwelle (5) um 180 Winkelgrade versetzt angeord­ net sind, und daß an ein erstes Übertragungselement (2a) zwischen dem ersten Nocken (4a) und dem Hubven­ til (1) ein zweites, dem zweiten Nocken (4b) zuge­ ordnetes Übertragungselement (2b) ankoppelbar ist.1. Cam-controlled stroke valve actuation of an internal combustion engine with a switchover option between 4-stroke and 8-stroke operation or between 2-stroke and 4-stroke operation, characterized in that the stroke valve ( 1 ) has two cams ( 4 a, 4 b) are assigned, which are offset on a camshaft ( 5 ) by 180 angular degrees, and that to a first transmission element ( 2 a) between the first cam ( 4 a) and the Hubven valve ( 1 ) a second, the second Cam ( 4 b) assigned transmission element ( 2 b) can be coupled. 2. Hubventilbetätigung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:
  • - die Übertragungselemente (2a, 2b) sind als Schwing­ hebel ausgebildet
  • - das Aneinanderkoppeln der Übertragungselemente (2a, 2b) erfolgt durch Öldruckbeaufschlagung eines Quer­ stiftes (7)
  • - die Nockenwelle (5) rotiert bei wahlweisem 4-Takt- oder 8-Takt-Betrieb mit einem Viertel der Kurbelwel­ len-Drehzahl
  • - zumindest alle Einlaß-Hubventile einer mehrzylindri­ gen Brennkraftmaschine weisen zur Erzielung einer abwechselnden Zylinderabschaltung eine derartige Um­ schaltmöglichkeit auf.
2. globe valve actuation according to claim 1, characterized by at least one of the following features:
  • - The transmission elements ( 2 a, 2 b) are designed as rocking levers
  • - The coupling of the transmission elements ( 2 a, 2 b) is carried out by applying oil pressure to a cross pin ( 7 )
  • - The camshaft ( 5 ) rotates in either 4-stroke or 8-stroke operation with a quarter of the crankshaft len speed
  • - At least all intake lift valves of a multi-cylinder internal combustion engine have such an order to achieve an alternating cylinder deactivation.
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