EP1608852A1 - Vorrichtung zur variablen bet tigung der gaswechselventile v on verbrennungsmotoren und verfahren zum betreiben einer derartigen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur variablen bet tigung der gaswechselventile v on verbrennungsmotoren und verfahren zum betreiben einer derartigen vorrichtung

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EP1608852A1
EP1608852A1 EP04721188A EP04721188A EP1608852A1 EP 1608852 A1 EP1608852 A1 EP 1608852A1 EP 04721188 A EP04721188 A EP 04721188A EP 04721188 A EP04721188 A EP 04721188A EP 1608852 A1 EP1608852 A1 EP 1608852A1
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EP
European Patent Office
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valves
displacement
gas exchange
cam
cylinder
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EP04721188A
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English (en)
French (fr)
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Helmut Schön
Gordon KÖHNE
Peter Kuhn
Frank Obrist
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Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Automotive AG
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Publication date
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    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/13—Throttleless

Definitions

  • the invention relates to a device for variable actuation of the gas exchange valves of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are used to design the control of gas exchange valves so that it becomes possible to operate reciprocating engines without the otherwise usual throttle valve.
  • Such a device is known for example from DE 101 23 186 A1.
  • a rotating cam first drives an intermediate link, which carries out an oscillating, pure rotary movement and carries a control cam, which is composed of a latching area and a stroke area.
  • the control curve transfers the stroke curve required to actuate the valve to the role of a rocker arm-like output member, which in turn actuates the valve.
  • the desired, different valve lift curves are generated in that the center of rotation of the intermediate member is shifted on an arc-shaped path which is concentric with the role of the driven member in its position when the valve is closed.
  • the center of rotation is formed by a roller provided on the intermediate link, which is non-positively connected to an arc-shaped track in the housing supports, which is also concentric with the role of the output member, that is, forms an equidistant to the path of the turning center and is referred to as the backdrop.
  • the roller attached to the intermediate link is supported on a cam disc, the angular position of which determines the position of the center of rotation on its arc-shaped path.
  • DE 101 00 173 describes a fully variable valve train with a drive means, for example a cam, an intermediate element arranged between the drive means and the gas exchange valve, which acts indirectly on the gas exchange valve and the valve lift can be changed by adjusting an adjustable guide element.
  • a drive means for example a cam
  • an intermediate element arranged between the drive means and the gas exchange valve, which acts indirectly on the gas exchange valve and the valve lift can be changed by adjusting an adjustable guide element.
  • the prior art device still has some disadvantages. All known devices have the disadvantage in common that, due to tolerances, the valve strokes for the individual cylinders turn out to be relatively different the further they are reduced for the purpose of load control. Furthermore, the valve lift of the gas exchange valves of the same cylinder cannot be changed independently. A complete shutdown, that is to say constant keeping of gas exchange valves, as well as the possibility of a cylinder shutdown by completely shutting off all intake and / or exhaust valves of individual cylinders, is still not known. Another disadvantage arises from the fact that the valve lift curve is adjusted during the valve lift of at least individual gas exchange valves. This requires a high adjustment force or a high adjustment torque with a high adjustment performance. The object on which the present invention is based is to create a device which avoids the disadvantages of the prior art and offers additional variabilities for mechanically fully variable valve controls.
  • Claims 1 1 and 12 describe methods for operating the device according to the invention.
  • the shifting of transmission elements, which cause the valve lift curve to change, is carried out in separate units for each gas exchange valve or in separate units for a plurality of adjacent gas exchange valves, these units being adjusted at least temporarily independently of one another.
  • the position of the variable transmission element along the adjustment curve is preferably determined by direct or indirect contact with one or more cam disks which are attached in a rotationally fixed manner to one or more adjustment shafts.
  • the cams are attached to an axially displaceable adjustment axis.
  • the adjusting shaft or the adjusting axis can in turn be rotated or shifted by a adjusting motor via a suitable gear or a connecting element.
  • the adjustment can of course also be carried out by hydraulic elements. If the units are guided by a linearly adjustable slide, the adjustment can also be carried out directly from the adjusting motor via a spindle provided with a movement thread.
  • All embodiments have in common that the intermediate links or their cam rollers must be kept in contact with the cams by means of special springs. This is immediately apparent from the situation at zero stroke, which occurs when the cylinder is deactivated.
  • the device according to the invention including an adjusting motor or an adjusting device, can be provided separately for each valve of an engine, so that any combinations of valve strokes or opening angles of the individual valves of an engine are possible, including the deactivation of individual cylinders.
  • a common adjustment of several valves will be provided. This applies particularly to multi-valve engines for the intake and exhaust valves of a cylinder. For example, two intake valves can be actuated by a cam via an intermediate link which has a control curve for each valve.
  • both valves are adjusted together and in the same way.
  • two different control curves can also be provided on the common intermediate link, with the result of different lift curves on both valves despite common adjustment.
  • This variant opens the possibility of opening only one of the two valves, particularly in the lowest load range.
  • the particular advantage of this option is that very small cross-sections must be released in the lowest load range and these can be adhered to more precisely if they are only released by a valve.
  • variable valve control including the device according to the invention, to keep the adjustment performance low and because this is higher when the device or its sliding joints and joints are under load than when the valve is closed, when the valve is closed largely present, an adjustment is provided according to the invention essentially during the common rest phases of all valves to be adjusted together. These are derived from the signal from the crankshaft and the camshaft and become shorter and shorter the more valves are adjusted together. Their number is therefore limited.
  • the joint adjustment of the intake and exhaust valves of only one cylinder results in long, easy-to-adjust rest phases.
  • it also enables individual load control of the individual cylinders with an adjustment strategy according to the invention such that the torques of the individual cylinders are regulated for each load state of the overall engine. This is particularly important in the lower load range for quiet engine operation, since the valve lifts do not normally correspond sufficiently due to tolerances.
  • the signals required for this adjustment strategy are also supplied by the crankshaft angle encoder and assigned to the individual cylinders by the camshaft angle encoder.
  • the shifting of transmission elements which causes the valve lift curve to change, is carried out by means of a common, rotatable adjusting shaft with cam disks.
  • a common, rotatable adjusting shaft with cam disks With largely independent adjustment of all or at least several inlet and outlet valves, this offers the possibility of switching off selected valves by means of this continuous adjustment shaft, that is to say no longer opening or at least setting a smaller valve stroke.
  • sections of the described cam disks of the adjusting shaft are designed as a catch for the valves which cannot be switched off.
  • the latching area is a contour which is formed from a circular arc concentric to the center of rotation of the repelling shaft.
  • valve stroke of the displacement units controlled by the cam disks with rest is not changed within the effective range of the rest, while the valve stroke of the displacement units controlled by the cam disks without rest is changed. This change can be made until the valve or valves are completely closed. If all intake valves and / or exhaust valves of the same cylinder are actuated in this way, the charge exchange for selected cylinders is suspended.
  • the same function is achieved by using a straight wedge with a corresponding cam contour.
  • the latching area is then a contour which is formed from a parallel to the pushing direction of the drawing wedge.
  • Fig. 2 shows a cross section using the parts shown in Fig.1 with a pendulum support and adjusting shaft
  • Fig. 3 shows a cross section through the device with slide, adjusting shaft and adjusting motor
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of the device according to the invention with a slide and adjusting shafts in a 4-cylinder in-line engine
  • Fig. 5 shows schematically the interaction of engine management, accelerator pedal, angle encoder, adjusting motors and battery
  • Fig. 6 is a schematic representation of a continuous adjusting shaft and a section through one of two cams for the positioning of the displacement unit of a cylinder.
  • Fig. 1 shows a camshaft 1 which carries a cam 2. This moves the roller 3 in the end region of the intermediate member 4.
  • the intermediate member 4 has a control cam 5, which is composed of a latching region 5a and a lifting region 5b.
  • the intermediate member 4 is mounted on a bolt 6, the axis 7 of which is guided on an arc-shaped adjusting curve 8.
  • the center of the arc-shaped adjustment curve 8 lies on the axis 9 of the roller 10 of the output member 11, which is supported via a joint 12 in the housing (not shown) and actuates the valve 13. It is clearly evident that an adjustment of the axis 7 on the adjustment curve 8 in the direction of the arrow 14 results in a reduction in the opening angle and stroke of the valve 13.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the bolt 6 or its axis 7 is guided in a form-fitting manner on the circular-arc-shaped adjustment curve 8 by a pendulum support 15.
  • the cylinder head-side joint 16 of the pendulum support 15 or its axis coincides with the axis 9 of the roller 10 of the output member 1 1.
  • the adjusting shaft 17 carries cams 18, which determine the position of the bolt 6 or its axis 7 on the adjusting curve 8 via tappets 18a.
  • An adjustment of the axis 7 on the adjustment curve 8, as represented by the arrow 14, is caused by a rotation of the cam plate 18 or the adjustment shaft 17 in accordance with the directional arrow 14a.
  • the adjustment movement described results in a reduction in the stroke and opening angle of the valve 13.
  • FIG. 3 shows a cross section through an embodiment according to the invention using a slide 34 which can be used separately for each valve or pair of valves. Due to the separate application for individual valves, the longest possible rest phases or common rest phases result, so that an adjustment is easily possible only during the rest phases. The separate arrangement is even necessary for the regulation of the individual cylinders according to the invention.
  • the bolt 6 is guided in a form-fitting manner in the housing by the slide 34, so that its axis 7 is guided along the adjustment curve 35, a straight line. This straight line approximates as a tangent to an arc around the axis 9 of the roller 10 of the stationary output member 11 more or less well. The deviation is exaggerated in the figure.
  • the adjusting shaft 17 rotates and the cam disc 1 8 according to the arrow 38b and the slide 34 together with the bolt 6 shift by Amount 38c. Due to the deviation of the straight adjustment curve 35 from the circular arc shape, the play compensation element 31 must sink in by a certain amount, which is represented by the arrow 38d.
  • Fig. 4 shows a perspective view of the device according to the invention using a slide 34 which is used separately for each valve pair of a cylinder.
  • the bolt 6 is guided in a form-fitting manner in the valve drive housing (not shown) by the slide 34, so that its axis 7 is guided along the adjustment curve 35, a straight line.
  • This straight line only approximates a circular arc about the axis 9 of the roller 10 of the stationary output member 11 more or less well. Due to the deviation of the straight adjustment curve 35 from the circular arc shape, the play compensation element 31 must compensate for a certain amount.
  • the axis 7 is adjusted on the adjustment curve 35 by turning the cam 18 or the adjusting shaft 17.
  • FIG. 6 The figure shows that in each cylinder a pair of valves by means of a cam 2 and an intermediate member 4, which is mounted in a slide 34 on a pin 6, along its position in the valve drive housing an adjustment curve 35 is positively guided and positioned by means of an adjustment shaft 1 7 over cams 1 8, is actuated. If the adjusting shaft 17 of a cylinder rotates, the position of the slide 34 of this cylinder changes and thus the valve lift curve of both valves of this cylinder. The situation with the other cylinders does not change.
  • a common adjusting shaft could position the displacement units of a cylinder group or a cylinder head.
  • FIG. 5 schematically shows the interaction of accelerator pedal 40, adjusting motors 23, angle of rotation sensor 42 on the flywheel and angle of rotation sensor 43 on the camshaft with engine management 44.
  • a signal emanating from accelerator pedal 40 or a sensor for its position is input by engine management 44 Signal to the adjusting motors 23 converted to increase or decrease the valve lifts.
  • the engine management 44 evaluates the signals of the high-resolution rotation angle sensor 42 on the flywheel. These are assigned to the individual cylinders with the aid of the low-resolution rotation angle sensor 43 on the camshaft or on another shaft running at half the crankshaft speed.
  • signals are sent to the individual adjusting motors 23 for leveling the torque peaks or the crankshaft speed by correcting the valve strokes of the cylinders with smaller torques upwards and those of the cylinders with larger torques downwards.
  • adjustment takes place, with or without compensation, during the common rest phases of the valves operated by an adjustment motor.
  • their Engine management 44 takes phase position from sensor 43 on the camshaft.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a continuous adjusting shaft 45 of a 6-cylinder in-line engine, as well as a section through one of two cams for the positioning of the displacement unit of a cylinder.
  • the adjusting shaft carries cams 46, 47 for positioning the displacement units for the six cylinders.
  • the cam disks 46 for cylinders # 1, # 4 and # 5, and the cam disks 47 for cylinders # 2, # 3 and # 6 are each the same.
  • AA shows a cross section through the cam disks 46
  • BB shows a cross section through the cam disks 47.
  • the sector R of the cam disk 47 is formed by an arc 49 concentric to the center of rotation 48 of the adjusting shaft 45, while in the corresponding sector of the cam disk 46 the adjusting cam curve continuously increases leads to a smaller distance from the center of rotation 48.
  • Such a design of the cam disks 46 and 47 ensures that when the adjusting shaft 45 is rotated about its center of rotation 48, the displacement units for the valves of the cylinders # 1, # 4 and # 5 are displaced further in the effective range of the sector R, while the displacement units for the valves of cylinders # 2, # 3 and # 6 remain at rest.
  • valve gear By designing the valve gear accordingly, it can be achieved in this way, for example, that the valves of cylinders # 1, # 4 and # 5 remain permanently closed in the subsequent effective range of sector N, while the valves of cylinders # 2, # 3 and # 6 execute another stroke.

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Description

Vorrichtung zur variablen Betätigung der Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Betätigung der Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Derartige Vorrichtungen dienen dazu, die Steuerung von Gaswechselventilen so zu gestalten, dass es möglich wird, Hubkolbenmotoren ohne die sonst übliche Drosselklappe zu betreiben.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 101 23 186 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung treibt ein umlaufender Nocken zunächst ein Zwischenglied an, welches eine oszillierende, reine Drehbewegung ausführt und eine Steuerkurve trägt, die aus einem Rastbereich und einem Hubbereich zusammengesetzt ist. Die Steuerkurve überträgt die zur Betätigung des Ventils notwendige Hubkurve auf die Rolle eines schlepphebelartigen Abtriebsgliedes, welches seinerseits das Ventil betätigt. Die gewünschten, unterschiedlichen Ventilhubkurven werden dadurch erzeugt, dass das Drehzentrum des Zwischengliedes auf einer kreisbogenförmigen Bahn verschoben wird, die zur Rolle des Abtriebsgliedes in deren Lage bei geschlossenem Ventil konzentrisch ist. Das Drehzentrum wird durch eine am Zwischenglied vorgesehene Rolle gebildet, die sich auf eine kreisbogenförmige Laufbahn im Gehäuse kraftschlüssig abstützt, die ebenfalls zur Rolle des Abtriebsgliedes konzentrisch liegt, also eine Äquidistante zur Bahn des Drehzentrums bildet und die als Kulisse bezeichnet wird. Zusätzlich stützt sich die am Zwischenglied angebrachte Rolle an einer Kurvenscheibe ab, deren Winkelstellung die Lage des Drehzentrums auf seiner kreisbogenförmigen Bahn festlegt.
In der DE 101 00 173 wird ein voll variabler Ventiltrieb beschrieben mit einem Antriebsmittel, beispielsweise einem Nocken, einem zwischen dem Antriebsmittel und dem Gaswechselventil angeordneten Zwischenglied, das indirekt auf das Gaswechselventil einwirkt und der Ventilhub über die Verstellung eines verstellbaren Führungselementes veränderbar ist.
Es sind weitere Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art bekannt geworden, bei welchen der Drehmittelpunkt der vom Nocken angetriebenen Zwischenglieder auf einer Kreisbahn verstellt werden soll (OS 195 32 334 A1 ; EP 0717 174 A1 ; DE 101 64 493). Diese Vorveröffentlichungen enthalten jedoch keine Lehre zur konstruktiven Realisierung einer derartigen Verstellung.
Der Vorrichtung nach dem Stand der Technik haften allerdings noch einige Nachteile an. Allen bekannten Vorrichtungen ist der Nachteil gemeinsam, dass toleranzbedingt die Ventilhübe für die einzelnen Zylinder relativ immer unterschiedlicher ausfallen, je weiter diese zum Zwecke einer Laststeuerung herabgesetzt werden. Weiterhin kann der Ventilhub der Gaswechselventile des gleichen Zylinders nicht unabhängig verändert werden. Ein vollständiges Abschalten, das heißt ständiges Geschlossenhalten von Gaswechselventilen sowie die Möglichkeit einer Zylinderabschaltung durch vollständiges Abschalten aller Ein- oder/und Auslassventile einzelner Zylinder, ist weiterhin nicht vorbekannt. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die Verstellung der Ventilhubkurve während des Ventilhubes zumindest einzelner Gaswechselventile erfolgt. Hierdurch ist eine hohe Verstellkraft bzw. ein hohes Verstellmoment mit hoher Verstellleistung erforderlich. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet und zusätzliche Variabilitäten für mechanisch voll variable Ventilsteuerungen bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben. Die Ansprüche 1 1 und 12 beschreiben Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Verlagerung von Getriebegliedern, welche die Veränderung der Ventilhubkurve bewirken, wird in separaten Einheiten für jedes Gaswechselventil oder in separaten Einheiten für mehrere jeweils benachbarte Gaswechselventile durchgeführt, wobei diese Einheiten zumindest zeitweise unabhängig voneinander verstellt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Lage des veränderbaren Getriebegliedes entlang der Verstellkurve vorzugsweise durch die direkte oder indirekte Anlage an einer oder mehreren Kurvenscheiben festgelegt, die drehfest verbunden auf einer oder mehreren Verstellwellen angebracht sind. In einer weiteren Ausführungsform sind die Kurvenscheiben an einer axial verschiebbaren Verstellachse angebracht. Die Verstellwelle bzw. die Verstellachse kann ihrerseits über ein geeignetes Getriebe bzw. ein Verbindungselement von einem Versteilmotor verdreht bzw. verschoben werden. Selbstverständlich kann die Verstellung auch durch Hydraulikelemente erfolgen. Im Falle einer Führung der Einheiten durch einen linear verstellbaren Schieber kann die Verstellung vom Verstellmotor aus auch direkt über eine mit Bewegungsgewinde versehene Spindel erfolgen.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Zwischenglieder bzw. deren Nockenrollen durch besondere Federn mit den Nocken in Kontakt gehalten werden müssen. Dies wird anhand der Situation bei Nullhub, die bei Zylinderabschaltung vorliegt, unmittelbar einsichtig. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einschließlich eines Versteilmotors bzw. einer Verstellvorrichtung für jedes Ventil eines Motors separat vorgesehen werden, sodass beliebige Kombinationen von Ventilhüben bzw. Öffnungswinkeln der einzelnen Ventile eines Motors möglich sind, einschließlich der Abschaltung einzelner Zylinder. In der Regel wird man aber eine gemeinsame Verstellung mehrerer Ventile vorsehen. Dies gilt insbesondere bei mehrventiligen Motoren für die Ein- und Auslassventile eines Zylinders. Beispielsweise können zwei Einlassventile von einem Nocken über ein Zwischenglied betätigt werden, welches für jedes Ventil eine Steuerkurve aufweist. Da nur ein Zwischenglied und nur eine Führung der Einheiten vorhanden ist, werden beide Ventile gemeinsam und gleichartig verstellt. Erfindungsgemäß können an dem gemeinsamen Zwischenglied aber auch zwei unterschiedliche Steuerkurven vorgesehen werden, mit dem Ergebnis unterschiedlicher Hubkurven an beiden Ventilen trotz gemeinsamer Verstellung. Diese Variante eröffnet insbesondere im untersten Lastbereich die Möglichkeit der Öffnung nur noch eines der beiden Ventile. Der besondere Vorteil dieser Möglichkeit liegt darin, dass im untersten Lastbereich sehr kleine Querschnitte freigegeben werden müssen und sich diese genauer einhalten lassen, wenn sie nur durch ein Ventil freigegeben werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, durch die Öffnung nur eines der Einlassventile einen Drall der Zylinderladung zu erzeugen. Die Möglichkeiten der Erzeugung unterschiedlicher Ventilhubkurven für zwei Ein- oder auch Auslassventile eines Zylinders werden erfindungsgemäß dadurch erweitert, dass zwei unterschiedliche Nocken und zwei Zwischenglieder mit unterschiedlichen Steuerkurven verwendet werden. Dennoch können beide Ventile gemeinsam verstellt werden, da die beiden Zwischenglieder in einer gemeinsamen Einheit gelagert sein können.
Es ist weiter möglich, die Verlagerung von Getriebegliedern, welche die Veränderung der Ventilhubkurve bewirkt, bei einer größeren Zahl parallel liegender Ventile gemeinsam durch einen Verstellmotor bzw. Mechanismus zu verstellen, insbesondere dann, wenn diese in einer gemeinsamen Einheit gelagert sind.
Da es für die Akzeptanz einer variablen Ventilsteuerung, also auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung, von großer Bedeutung ist, die Verstellleistung gering zu halten und weil diese im belasteten Zustand der Vorrichtung bzw. deren Gleitfugen und Gelenke höher ist als im kraftfreien Zustand, der bei geschlossenem Ventil weitgehend vorliegt, ist erfindungsgemäß eine Verstellung im Wesentlichen während der gemeinsamen Ruhephasen aller gemeinsam zu verstellender Ventile vorgesehen. Diese werden vom Signal der Kurbelwelle und der Nockenwelle abgeleitet und werden immer kürzer, je mehr Ventile gemeinsam verstellt werden. Deren Zahl ist also begrenzt.
Die gemeinsame Verstellung der Ein- bzw. Auslassventile jeweils nur eines Zylinders ergeben lange, verstellfreundliche Ruhephasen. Sie ermöglicht aber auch eine individuelle Laststeuerung der einzelnen Zylinder mit einer erfindungsgemäßen Verstellstrategie derart, dass für jeden Lastzustand des Gesamtmotors die Drehmomente der einzelnen Zylinder geregelt werden. Dies ist insbesondere im unteren Lastbereich für einen ruhigen Motorlauf wesentlich, da toleranzbedingt die Ventilhübe normalerweise nicht genügend übereinstimmen. Die für diese Verstellstrategie erforderlichen Signale werden ebenfalls vom Drehwinkelgeber der Kurbelwelle geliefert und vom Drehwinkelgeber der Nockenwelle den einzelnen Zylindern zugeordnet.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Ausführung wird die Verlagerung von Getriebegliedern, welche die Veränderung der Ventilhubkurve bewirkt, mittels einer gemeinsamen, drehbaren Verstellwelle mit Kurvenscheiben ausgeführt. Dies bietet bei einer weitgehend unabhängigen Verstellung aller oder zumindest mehrerer Ein-, bzw. Auslassventile die Möglichkeit, mittels dieser durchgehenden Verstellwelle ausgewählte Ventile abzuschalten, also nicht mehr zu öffnen oder zumindest einen kleineren Ventilhub einzustellen. Hierzu werden Abschnitte der beschriebenen Kurvenscheiben der Verstellwelle bei den nicht abzuschaltenden Ventilen als Rast ausgebildet. Der Rastbereich ist eine Kontur, welche aus einem zur Drehmitte der Verstβllwelle konzentrischen Kreisbogen gebildet wird. Bei Verdrehung der Verstellwelle wird der Ventilhub der von den Kurvenscheiben mit Rast gesteuerten Verlagerungseinheiten innerhalb des Wirkungsbereiches der Rast nicht verändert, während der Ventilhub der von den Kurvenscheiben ohne Rast gesteuerten Verlagerungseinheiten verändert wird. Diese Veränderung kann bis zum vollständigen Geschlossenhalten des Ventils oder der Ventile ausgeführt werden. Werden alle Einlassventile oder/und Auslassventile des gleichen Zylinders auf diese Weise angesteuert, wird der Ladungswechsel für ausgewählte Zylinder ausgesetzt. Selbstverständlich wird durch Verwendung eines gerade geführten Ziehkeils mit entsprechender Nockenkontur die gleiche Funktion erreicht. Der Rastbereich ist dann eine Kontur, welche aus einem zur Schϊeberichtung des Ziehkeils Parallelen gebildet wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die in den Kraftfluss von der Nockenwelle zum Ventil eingeschalteten, beweglichen Teile der gattungsbildenden Vorrichtung
Fig. 2 einen Querschnitt unter Verwendung der in Fig.1 dargestellten Teile mit Pendelstütze und Verstellwelle
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit Schieber, Verstellwelle und Verstellmotor
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schieber und Verstellwellen bei einem 4-Zylinder-Reihen- motor Fig. 5 schematisch das Zusammenwirken von Motormanagement, Gaspedal, Drehwinkelgeber, VerStellmotoren und Batterie
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer durchgehenden Verstellwelle sowie jeweils einen Schnitt durch eine von zwei Kurvenscheiben für die Positionierung der Verlagerungseinheit eines Zylinders.
Fig. 1 zeigt eine Nockenwelle 1 , die einen Nocken 2 trägt. Dieser bewegt die Rolle 3 im Endbereich des Zwischengliedes 4. Das Zwischenglied 4 weist eine Steuerkurve 5 auf, die aus einem Rastbereich 5a und einem Hubbereich 5b zusammengesetzt ist. Das Zwischenglied 4 ist auf einem Bolzen 6 gelagert, dessen Achse 7 auf einer kreisbogenförmigen Verstellkurve 8 geführt ist. Der Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Verstellkurve 8 liegt auf der Achse 9 der Rolle 10 des Abtriebsgliedes 1 1 , welches sich über ein Gelenk 12 im nicht dargestellten Gehäuse abstützt und das Ventil 13 betätigt. Es ist klar ersichtlich, dass eine Verstellung der Achse 7 auf der Verstellkurve 8 in Richtung des Pfeils 14 eine Verringerung von Öffnungswinkel und Hub des Ventils 13 zur Folge hat.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Bolzen 6 bzw. dessen Achse 7 durch eine Pendelstütze 15 formschlüssig auf der kreisbogenförmigen Verstellkurve 8 geführt ist. Das zylinderkopfseitige Gelenk 16 der Pendelstütze 15 bzw. dessen Achse fällt mit der Achse 9 der Rolle 10 des Abtriebsgliedes 1 1 zusammen. Die Verstellwelle 17 trägt Kurvenscheiben 18, die über Stößel 18a die Lage des Bolzens 6 bzw. seiner Achse 7 auf der Verstellkurve 8 festlegen. Eine Verstellung der Achse 7 auf der Verstellkurve 8, wie durch den Pfeil 14 dargestellt, wird durch eine Verdrehung der Kurvenscheibe 18 bzw. der Verstellwelle 17 entsprechend dem Richtungspfeil 14a hervorgerufen. Die beschriebene Verstellbewegung hat eine Verringerung von Hub und Öffnungswinkel des Ventils 13 zur Folge. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform unter Benutzung eines Schiebers 34, der separat für jedes Ventil oder jedes Ventilpaar eingesetzt werden kann. Auf Grund der separaten Anwendung für einzelne Ventile ergeben sich die längstmöglichen Ruhephasen bzw. gemeinsamen Ruhephasen, sodass eine Verstellung nur während der Ruhephasen leicht möglich ist. Für die erfindungsgemäße Regelung der einzelnen Zylinder ist die separate Anordnung sogar notwendig. Der Bolzen 6 wird bei dieser Ausführungsform durch den Schieber 34 formschlüssig im Gehäuse geführt, sodass seine Achse 7 entlang der Verstellkurve 35, einer Geraden, geführt wird. Diese Gerade nähert sich als Tangente einem Kreisbogen um die Achse 9 der Rolle 10 des ruhenden Abtriebsgliedes 1 1 nur mehr oder weniger gut an. In der Fig. ist die Abweichung übertrieben dargestellt. Dreht sich nun die vom Verstellmotor 23 angetriebene Gewindespindel 36 und verschiebt die Zahnstange 37 um den durch den Pfeil 38a dargestellten Betrag, so dreht sich die Verstellwelle 1 7 und die Kurvenscheibe 1 8 entsprechend dem Pfeil 38b und Schieber 34 samt Bolzen 6 verschieben sich um den Betrag 38c. Auf Grund der Abweichung der geraden Verstellkurve 35 von der Kreisbogenform muss das Spielausgleichselement 31 um einen bestimmten Betrag einsinken, der durch den Pfeil 38d dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Benutzung eines Schiebers 34, der separat für jedes Ventilpaar eines Zylinders eingesetzt wird. Der Bolzen 6 wird bei dieser Ausführungsform durch den Schieber 34 formschlüssig in dem nicht dargestellten Ventiltriebgehäuse geführt, sodass seine Achse 7 entlang der Verstellkurve 35, einer Geraden, geführt wird. Diese Gerade nähert sich einem Kreisbogen um die Achse 9 der Rolle 1 0 des ruhenden Abtriebsgliedes 1 1 nur mehr oder weniger gut an. Auf Grund der Abweichung der geraden Verstellkurve 35 von der Kreisbogenform muss das Spielausgleichselement 31 einen bestimmten Betrag ausgleichen. Eine Verstellung der Achse 7 auf der Verstellkurve 35 erfolgt durch eine Verdrehung der Kurvenscheibe 18 bzw. der Verstellwelle 17. In der Figur ist gezeigt, dass bei jedem Zylinder ein Ventilpaar mittels eines Nockens 2 und eines Zwischengliedes 4, welches in einem Schieber 34 auf einem Bolzen 6 gelagert ist, dessen Lage im Ventiltriebsgehäuse entlang einer Verstellkurve 35 formschlüssig geführt und mittels einer Verstellwelle 1 7 über Kurvenscheiben 1 8 positioniert ist, betätigt wird. Dreht sich nun die Verstellwelle 1 7 eines Zylinders, so ändert sich die Position des Schiebers 34 dieses Zylinders und damit die Ventilhubkurve beider Ventile dieses Zylinders. Die Verhältnisse bei den anderen Zylindern ändern sich nicht. Auch hier könnte, wie später in Figur 6 gezeigt, eine gemeinsame Verstellwelle die Verlagerungseinheiten einer Zylindergruppe oder eines Zylinderkopfes positionieren.
Fig. 5 zeigt schematisch das Zusammenwirken von Fahrpedal 40, Verstell- motoren 23, Drehwinkelsensor 42 am Schwungrad und Drehwinkelsensor 43 an der Nockenwelle mit dem Motormanagement 44. Ein vom Fahrpedal 40 bzw. einem Sensor für dessen Stellung ausgehendes Signal wird vom Motormanagement 44 in ein Signal an die Versteilmotoren 23 zur Erhöhung oder Erniedrigung der Ventilhübe gewandelt. Nach Erreichen des gewünschten Lastzustandes für den Gesamtmotor wertet das Motormanagement 44 die Signale des hochauflösenden Drehwinkelsensors 42 am Schwungrad aus. Diese werden mit Hilfe des niedrig auflösenden Drehwinkelsensors 43 an der Nockenwelle oder an einer anderen, mit halber Kurbelwellendrehzahl laufenden Welle, den einzelnen Zylindern zugeordnet. Mit diesen Informationen gehen Signale an die einzelnen Versteilmotoren 23 zur Nivellierung der Drehmomentspitzen oder der Kurbelwellendrehzahl , in dem die Ventilhübe der Zylinder mit kleineren Drehmomenten nach oben korrigiert werden und diejenigen der Zylinder mit größeren Drehmomenten nach unten. Erfindungsgemäß findet eine Verstellung, ob mit oder ohne Ausgleich, während der gemeinsamen Ruhephasen der von einem Verstellmotor bedienten Ventile statt. Deren Phasenlage entnimmt das Motormanagement 44 dem Sensor 43 an der Nockenwelle.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer durchgehenden Verstellwelle 45 eines 6-Zylinder-Reihenmotors, sowie jeweils einen Schnitt durch eine von zwei Kurvenscheiben für die Positionierung der Verlagerungseinheit eines Zylinders. Die Verstellwelle trägt Kurvenscheiben 46, 47 zur Positionierung der Verlagerungseinheiten für die sechs Zylinder. Die Kurvenscheiben 46 für die Zylinder #1 , #4 und #5, sowie die Kurvenscheiben 47 für die Zylinder #2, #3 und #6 sind jeweils gleich. AA zeigt einen Querschnitt durch die Kurvenscheiben 46, BB zeigt einen Querschnitt durch die Kurvenscheiben 47. Der Sektor R der Kurvenscheibe 47 ist durch einen zur Drehmitte 48 der Verstellwelle 45 konzentrischen Kreisbogen 49 ausgebildet, während in dem entsprechenden Sektor der Kurvenscheibe 46 die Verstellnockenkurve kontinuierlich zu kleinerem Abstand zur Drehmitte 48 führt. Durch eine derartige Gestaltung der Kurvenscheiben 46 und 47 wird erreicht, dass bei Verdrehung der Verstellwelle 45 um deren Drehmitte 48 die Verlagerungseinheiten für die Ventile der Zylinder #1 , #4 und #5 im Wirkbereich des Sektors R weiter verlagert werden, während die Verlagerungseinheiten für die Ventile der Zylinder #2, #3 und #6 in Ruhe bleiben. Durch eine entsprechende Auslegung des Ventilgetriebes kann auf diese Weise beispielsweise erreicht werden, dass die Ventile der Zylinder #1 , #4 und #5 im anschließenden Wirkbereich des Sektors N ständig geschlossen bleiben, während die Ventile der Zylinder #2, #3 und #6 noch einen Hub ausführen. Bezugszeichenliste
1 Nockenwelle
2 Nocken
3 Rolle
4 Zwischenglied
5 Steuerkurve
5a Rastbereich
5b Hubbereich
6 Bolzen
7 Achse
8 Verstellkurve
9 Achse
10 Rolle
1 1 Abtriebsglied
12 Gelenk
13 Ventil
14 Pfeil
14a Richtungspfeil
15 Verlagerungseinheit
16 Gelenk
17 Verstellwelle
18 Kurvenscheibe
18a Stößel
19 Einlassventil 0 Auslassventil 1 Gleitstück 2 Gelenkwelle 3 Verstellmotor 1 Spielausgleichselement 34 Schieber, Verlagerungseinheit
35 Verstellkurve
36 Gewindespindel
37 Zahnstange
38a Pfeil
38b Pfeil
38c Betrag
38d Pfeil
40 Fahrpedal
42 Drehwinkelsensor
43 Drehwinkelsensor
44 Motormanagement, Steuereinheit
45 Verstellwelle
46 Kurvenscheibe
47 Kurvenscheibe
48 Drehmitte
# 1 Zylinder
# 2 Zylinder
# 3 Zylinder
# 4 Zylinder
# 5 Zylinder
# 6 Zylinder
R Sektor
N Sektor

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur variablen Betätigung von Gaswechselventilen für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, bei welchem sich (ein oder) mehrere Nocken (2) einer in einem Gehäuse gelagerten Nockenwelle (1 ), abhängig von der Motordrehzahl drehen, mit einem von diesem oder diesen Nocken (2) über ein erstes Kurvengelenk betätigbaren Zwischenglied (4) und mit einem Abtriebsglied (11), welches die Bewegung auf das Gaswechselventil (13) überträgt und mit dem Zwischenglied (4) direkt oder über weitere Zwischenglieder verbunden ist, und mit mindestens einem weiteren Kurvengelenk zwischen einem der Zwischenglieder (4) und dem Abtriebsglied (11 ), wobei dieses Kurvengelenk einen Abschnitt (5a) aufweist, in dem keine Hubbewegung für das Gaswechselventil (13) über das Abtriebsglied (11) übertragen wird und einen weiteren Abschnitt (5b) aufweist, in dem eine Hubbewegung für das Gaswechselventil (13) über das Abtriebsglied ( 1) übertragen wird, und mit der Möglichkeit der Verlagerung von mindestens einem der Getriebeglieder entlang einer Verlagerungsbahn (8, 35), wobei durch die Verlagerung des mindestens einen Getriebegliedes entlang der Verlagerungsbahn der Verlauf der Hubkurve der Gaswechselventile veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung für die Gaswechselventile eines Zylinders in einer Verlagerungseinheit (15, 34) gemeinsam und unabhängig von der Verlagerung der Verlagerungseinheiten der anderen Zylinder erfolgt, wobei jeder Verlagerungseinheit (15, 34) separate Aktuatoren zu deren Betätigung zugeordnet sind, dass Drehwinkelsensoren (42, 43) zur Erfassung von Drehwinkelsignalen der Kurbelwelle und der Nockenwelle oder einer anderen mit halber Kurbelwellendrehzahl laufenden Welle vorgesehen sind, aus denen die gemeinsame Ruhephase aller gemeinsam zu verstellender Ventile eines Zylinders ableitbar ist, und dass eine Steuereinheit (44) vorhanden ist, die die Verlagerung jeder Verlagerungseinheit (15, 34) im Wesentlichen während dieser gemeinsamen Ruhephase bewirkt. Vorrichtung zur variablen Betätigung von Gaswechselventilen für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, bei welchem sich (ein oder) mehrere Nocken (2) einer in einem Gehäuse gelagerten Nockenwelle (1), abhängig von der Motordrehzahl drehen, mit einem von diesem Nocken
(2) über ein erstes Kurvengelenk betätigbaren Zwischenglied (4) und mit einem Abtriebsglied (11), welches die Bewegung auf das Gaswechselventil (13) überträgt und mit dem Zwischenglied (4) direkt oder über weitere Zwischenglieder verbunden ist, und mit mindestens einem weiteren Kurvengelenk zwischen einem der Zwischenglieder (4) und dem Abtriebsglied (11), wobei dieses Kurvengelenk einen Abschnitt (5a) aufweist, in dem keine Hubbewegung für das Gaswechselventil (13) über das Abtriebsglied (11) übertragen wird und einen weiteren Abschnitt (5b) aufweist, in dem eine Hubbewegung für das Gaswechselventil (13) über das Abtriebsglied (11) übertragen wird, und mit der Möglichkeit der Verlagerung von mindestens einem der Getriebeglieder entlang einer Verlagerungsbahn (8, 35), wobei durch die Verlagerung des mindestens einen Getriebegliedes entlang der Verlagerungsbahn der Verlauf der Hubkurve der Gaswechselventile veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens eine Verlagerungseinheit (15, 34) vorhanden ist, mittels der die Verlagerung zur Beeinflussung der Hubbewegung mindestens eines Gaswechselventils (13) unabhängig von der Verlagerung anderer Verlagerungseinheiten zur Beeinflussung der Hubbewegung anderer Gaswechselventile (13) erfolgt,
- wobei eine gemeinsame Verstellwelle (45) vorgesehen ist, mit der für eine Mehrzahl von Gaswechselventilen (13) mittels mindestens einer Kurvenscheibe (46 oder 47) pro Verlagerungseinheit direkt oder indirekt die jeweils verlangte Position der entlang der Verlagerungsbahn (8, 35) verlagerbaren Getriebeglieder auf der Verlagerungsbahn (8, 35) einstellbar ist und diese Getriebeglieder im Wesentlichen in Verlagerungsrichtung abstützbar sind,
- die Kurvenscheibe (47) für mindestens eine Verlagerungseinheit einen als Rast ausgebildeten Abschnitt (49) aufweist, in welchem bei Verdrehung der Verstellwelle (45) keine Veränderung der Position der auf der Verlagerungsbahn (8, 35) geführten Getriebeglieder erfolgt,
- und die Kurvenscheibe (46) von mindestens einer anderen Verlagerungseinheit (15, 34) einen entsprechenden Abschnitt ohne Rast aufweist, in welchem bei dieser Verdrehung der Verstellwelle (45) eine Veränderung der Position der auf der Verlagerungsbahn (8, 35) geführten anderen Getriebeglieder bewirkt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ohne Rast der Kurvenscheibe (46) einen Sektor R aufweist, in welchem die Konturkurve (Verstellnockenkurve) kontinuierlich zu kleinerem Abstand zur Drehmitte (48) der Verstellwelle (45) führt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Kurvenscheibe (46) einen benachbart zum Sektor R angeordneten Sektor N aufweist, in dem die Konturkurve (Verstellnockenkurve) derart ausgebildet ist, dass die Ventile des Zylinders, die bei Wirksamwerden dieses Sektors N betätigt werden, ständig geschlossen bleiben, während die Kontur der Kurvenscheibe (47) einen entsprechenden Sektor N aufweist, in dem die Konturkurve derart ausgebildet ist, dass die Ventile des Zylinders, die bei Wirksamwerden dieses entsprechenden Sektors N betätigt werden, noch einen Hub ausführen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verstellwelle (45) mehrere gleiche Kurvenscheiben (46) und mehrere gleiche Kurvenscheiben (47) angeordnet sind, wobei die Kurvenscheiben (46) und die Kurvenscheiben (47) jeweils hinsichtlich ihrer Winkellage zueinander gleich, d.h. nicht verdreht zueinander, ausgerichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Nocken und zwei Zwischenglieder mit gleichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Nocken und zwei Zwischenglieder mit unterschiedlichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Nocken und zwei Zwischenglieder mit unterschiedlichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Nocken und zwei Zwischenglieder mit gleichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Zwischenglied mit zwei gleichen Steuerkurven für die Ein- oder Auslassventile eines Zylinders verwendet wird.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Zwischenglied mit zwei verschiedenen Steuerkurven für die Ventile verwendet wird.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellung bis zum ständigen Geschlossenhalten mindestens eines Ventils vorgenommen wird.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ein- oder Auslassventile eines Zylinders in einer Verlagerungseinheit (1 5, 34) zusammengefasst sind.
4. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern unter Verwendung einer oder mehrerer Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen eines gewünschten Lastzustandes für den Gesamtmotor
a) Drehwinkelsignale der Kurbelwelle mit einem ersten Drehwinkelsensor (42) am Schwungrad zur Detektierung von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle und/oder Drehmomentspitzen aufgenommen und von einem Motormanagement (44) ausgewertet werden,
b) diese mit Hilfe eines zweiten, an der Nockenwelle oder an einer anderen mit halber Kurbelwellendrehzahl laufenden Welle angeordneten Drehwinkelsensors (43) den einzelnen Zylindern zugeordnet werden, und
c) mit diesen Informationen Signale erzeugt werden, die an Antriebe für einzelne Verlagerungseinheiten zur Nivellierung der Drehmomentspitzen und/oder der Kurbelwellendrehzahl gehen, indem die Ventilhübe der Zylinder mit kleineren Drehmomenten nach oben korrigiert werden und diejenigen der Zylinder mit größeren Drehmomenten nach unten.
5. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern unter Verwendung einer oder mehrerer Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) jedem Zylinder eine separate Vorrichtung und ein Aktuator zur Betätigung der Vorrichtung zugeordnet sind,
b) die Phasenlage der Ruhephasen der einzelnen von einem Aktuator bedienten Ventile ermittelt wird, und
c) die Verstellbewegungen der jeweiligen Vorrichtungen im Wesentlichen während der gemeinsamen Ruhephasen der durch die jeweilige Verlagerungseinheit bedienten Ventile stattfinden.
16. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage der Ruhephasen der einzelnen Ventile durch ein Motormanagement (44) aus dem Signal eines an der Nockenwelle angeordneten Drehwinkelsensors (43) ermittelt wird.
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