EP1608852B1 - Vorrichtung zur variablen bet tigung der gaswechselventile v on verbrennungsmotoren und verfahren zum betreiben einer derartigen vorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for variable actuation of the gas exchange valves of internal combustion engines.
- Such devices serve to make the control of gas exchange valves so that it is possible to operate reciprocating engines without the usual throttle.
- Such a device is for example from the DE 101 23 186 A1 known.
- a rotating cam first drives an intermediate member, which performs an oscillating, pure rotary motion and carries a control cam, which is composed of a latching area and a stroke area.
- the control cam transmits the necessary for actuation of the valve lift curve on the role of a drag lever-like output member, which in turn actuates the valve.
- the desired, different Ventilhubkurven be generated by the fact that the center of rotation of the intermediate member is displaced on a circular arc-shaped path which is concentric with the role of the driven member in its position with the valve closed.
- the center of rotation is formed by a roller provided on the intermediate member, which is frictionally supported on a circular arc-shaped track in the housing, which is also concentric with the role of the output member, thus forming an equidistant to the path of the center of rotation and which is referred to as a backdrop.
- the roller mounted on the intermediate member is supported on a cam whose angular position determines the position of the center of rotation on its arcuate path.
- a fully variable valve train is described with a drive means, such as a cam, a arranged between the drive means and the gas exchange valve intermediate member which acts indirectly on the gas exchange valve and the valve is variable via the adjustment of an adjustable guide element.
- the object underlying the present invention is to provide a device which avoids the disadvantages of the prior art and provides additional variabilities for mechanically fully variable valve controls.
- the device according to the invention relates to a device for the variable actuation of gas exchange valves for internal combustion engines having a plurality of cylinders, in which one or more cams of a camshaft mounted in a housing, rotate depending on the engine speed.
- the device comprises an intermediate member which can be actuated by these cams via a first cam joint and an output member.
- the output member transmits the movement to the gas exchange valve.
- the output member is connected to the intermediate member directly or via further intermediate links in connection.
- the device further comprises at least one control cam. This control cam is located between the intermediate member or one of the further intermediate links and the output member. This control cam has a section in which no lifting movement for the gas exchange valve is transmitted via the output member.
- This control cam has a further section in which a lifting movement for the gas exchange valve is transmitted via the output member.
- the device offers the possibility of displacing the intermediate member or at least one of the further intermediate members along a displacement track. By this shift, the course of the lift curve of the gas exchange valves is changeable.
- At least one displacement unit is provided, with which the displacement takes place to influence the stroke movement of at least one gas exchange valve. This shift takes place independently of the displacement of the intermediate links of other gas exchange valves by means of other displacement units.
- the device further comprises a common adjusting shaft.
- the adjusting shaft has for this purpose at least one cam per displacement unit. With the adjusting shaft, the intermediate members are substantially supported in the displacement direction.
- the cam of at least one displacement unit has a trained as a detent portion. A rotation of the adjusting shaft in this section causes no change in the position of the guided on the displacement track intermediate links.
- the cam of at least one other displacement unit has a corresponding portion without detent.
- a rotation of the adjusting shaft in this section causes a change in the position of the guided on the displacement track other intermediate links.
- the method claims describe methods for operating the device according to the invention.
- the displacement of gear members, which cause the change of the valve lift curve is performed in separate units for each gas exchange valve or in separate units for a plurality of each adjacent gas exchange valves, these units are at least temporarily adjusted independently.
- the position of the variable transmission member along the Verstellkurve is preferably determined by the direct or indirect contact with one or more cams, which are rotatably mounted on a common adjustment shaft.
- the adjusting shaft or the adjusting axis can in turn be rotated or displaced by means of a suitable gear or a connecting element of an adjusting motor.
- the adjustment can also be done by hydraulic elements.
- the adjustment of the adjusting motor can also be done directly via a spindle provided with movement thread.
- the device according to the invention including an adjusting motor or an adjusting device for each valve of an engine, can be provided separately, so that any combinations of valve strokes or opening angles of the individual valves of an engine are possible, including the switching off of individual cylinders.
- two intake valves can be actuated by a cam via an intermediate member, which has a control cam for each valve. Since only one link and only one guide of the units is present, both valves are adjusted together and similar.
- two different cams can be provided on the common intermediate member, with the result of different lifting curves on both valves despite common adjustment.
- This variant opens up the possibility of opening only one of the two valves, especially in the lowest load range.
- the particular advantage of this option is that in the lowest load range very small cross-sections must be released and they can be maintained more precisely if they are released only by a valve.
- the possibilities of generating different valve lift curves for two intake or exhaust valves of a cylinder are inventively extended by the fact that two different cams and two intermediate links are used with different cams. Nevertheless, both valves can be adjusted together, since the two intermediate links can be stored in a common unit.
- the common adjustment of the inlet and outlet valves of only one cylinder give long, easy adjustment rest periods. But it also allows an individual load control of the individual cylinders with an adjustment strategy according to the invention such that the torques of the individual cylinders are controlled for each load condition of the entire engine. This is essential, especially in the lower load range, for smooth engine operation, since the valve lifts normally do not match sufficiently due to tolerances.
- the signals required for this adjustment strategy are also supplied by the rotary encoder of the crankshaft and assigned to the individual cylinders by the rotary encoder of the camshaft.
- the displacement of gear members which causes the change of the valve lift, carried out by means of a common, rotatable adjusting with cams.
- This offers at a largely independent adjustment of all or at least several inlet and outlet valves the ability to turn off by means of this continuous adjustment selected valves, so no longer open or at least set a smaller valve.
- portions of the cams described the adjusting shaft are formed in the non-shutdown valves as a catch.
- the latching area is a contour, which is formed from a concentric to the center of rotation of the adjusting circular arc.
- valve lift of the displacement units controlled by the cams with locking is not changed within the effective range of the latching while the valve lift of the displacement units controlled by the cams without latching is changed. This change can be carried out until the valve or valves are completely closed. If all intake valves and / or exhaust valves of the same cylinder are activated in this way, the charge cycle for selected cylinders is suspended. Of course, the same function is achieved by using a straight guided wedge with corresponding cam contour. The latching area is then a contour which is formed from a direction parallel to the sliding direction of the drawing wedge.
- 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 portion 5b.
- the intermediate member 4 is mounted on a pin 6, the axis 7 is guided on a circular arc-shaped Verstellkurve 8.
- the center of the arcuate Verstellkurve 8 lies on the axis 9 of the roller 10 of the output member 11, which is supported via a hinge 12 in the housing, not shown, and the valve 13 is actuated. It is clear that an adjustment of the axis 7 on the Verstellkurve 8 in the direction of arrow 14 has a reduction of the opening angle and stroke of the valve 13 result.
- Fig. 2 shows an embodiment in which the pin 6 and its axis 7 is guided by a pendulum support 15 positively on the circular arc-shaped Verstellkurve 8.
- the adjusting shaft 17 carries cams 18, which via plunger 18 a the
- Fig. 3 shows a cross section through an embodiment of the invention using a slide 34, which can be used separately for each valve or valve pair. Due to the separate application for individual valves, the longest possible rest periods or common resting phases result, so that an adjustment is easily possible only during the rest periods. For the inventive control of the individual cylinders, the separate arrangement is even necessary.
- the bolt 6 is guided in this embodiment by the slide 34 positively in the housing, so that its axis 7 along the Verstellkurve 35, a straight line, is performed. This straight line approaches as a tangent to a circular arc about the axis 9 of the roller 10 of the stationary output member 11 only more or less good. In the figure, the deviation is exaggerated.
- the clearance compensation element 31 must sink by a certain amount, which is indicated by the arrow 38 d.
- Fig. 4 shows a perspective view of a due to the individual, each displacement unit associated adjusting shafts 17 not belonging to the claimed invention device using a slide 34 which is used separately for each valve pair of a cylinder.
- the bolt 6 is guided in this embodiment by the slide 34 positively in the valve gear housing, not shown, so that its axis 7 along the Verstellkurve 35, a straight line is performed.
- This straight line approximates a circular arc about the axis 9 of the roller 10 of the stationary output member 11 only more or less well. Due to the deviation of the straight Verstellkurve 35 of the circular arc shape, the clearance compensation element 31 must compensate for a certain amount.
- An adjustment of the axis 7 on the Verstellkurve 35 is effected by a rotation of the cam 18 and the adjusting shaft 17.
- a pair of valves by means of a cam 2 and an intermediate member 4, which in a slide 34 on a Bolt 6 is mounted, whose position in the valve train housing along a Verstellkurve 35 positively guided and positioned by means of an adjusting 17 via cams 18 is actuated.
- the conditions in the other cylinders do not change.
- a common adjusting 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, rotation angle sensor 42 on the flywheel and rotation angle sensor 43 on the camshaft with the engine management 44.
- the engine management system 44 evaluates the signals of the high-resolution rotation angle sensor 42 on the flywheel. These are assigned to the individual cylinders by means of the low-resolution angle of rotation 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, in which the valve strokes of the cylinders are corrected with smaller torques up and those of the cylinder with larger torques down.
- an adjustment takes place, with or without compensation, during the common rest phases of the valves operated by an adjusting motor.
- Their phase position takes the engine management 44 the sensor 43 on the camshaft.
- Fig. 6 shows a schematic representation of a continuous adjusting shaft 45 of a 6-cylinder in-line engine, and in each case 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 cams 46 for the cylinders # 1, # 4 and # 5, and the cams 47 for the cylinders # 2, # 3 and # 6 are the same.
- AA shows a cross section through the cam 46
- BB shows a cross section through the cam 47.
- the sector R of the cam 47 is formed by a center of rotation 48 of the adjusting 45 concentric circular arc 49, while in the corresponding sector of the cam 46, the Verstellnockenkurve continuously smaller distance to the center of rotation 48 leads.
- Such a configuration of the cams 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 further displaced 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 appropriate design of the valve gear can be achieved in this way, for example, that the valves of the cylinder # 1, # 4 and # 5 in the subsequent effective range of the sector N remain permanently closed, while the valves of the cylinder # 2, # 3 and # 6 to do another stroke.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Betätigung der Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren.
- 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 des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- 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 des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Betätigung von Gaswechselventilen für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, bei welchem sich ein oder mehrere Nocken einer in einem Gehäuse gelagerten Nockenwelle, abhängig von der Motordrehzahl drehen. Die Vorrichtung umfasst ein von diesen Nocken über ein erstes Kurvengelenk betätigbares Zwischenglied und ein Abtriebsglied. Das Abtriebsglied überträgt die Bewegung auf das Gaswechselventil. Das Abtriebsglied steht mit dem Zwischenglied direkt oder über weitere Zwischenglieder in Verbindung. Die Vorrichtung umfasst weiter mindestens eine Steuerkurve. Diese Steuerkurve befindet sich zwischen dem Zwischenglied oder einem der weiteren Zwischenglieder und dem Abtriebsglied. Diese Steuerkurve weist einen Abschnitt auf, in dem keine Hubbewegung für das Gaswechselventil über das Abtriebsglied übertragen wird. Diese Steuerkurve weist einen weiteren Abschnitt auf, in dem eine Hubbewegung für das Gaswechselventil über das Abtriebsglied übertragen wird. Die Vorrichtung bietet die Möglichkeit zur Verlagerung des Zwischengliedes oder mindestens eines der weiteren Zwischenglieder entlang einer Verlagerungsbahn. Durch diese Verlagerung ist der Verlauf der Hubkurve der Gaswechselventile veränderbar.
- Um die vorstehende Aufgabe zu lösen ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung mindestens eine Verlagerungseinheit vorhanden ist, mit der die Verlagerung zur Beeinflussung der Hubbewegung mindestens eines Gaswechselventils erfolgt. Diese Verlagerung erfolgt unabhängig von der Verlagerung der Zwischenglieder anderer Gaswechselventile mittels anderer Verlagerungseinheiten.
- Die Vorrichtung umfasst weiter eine gemeinsame Verstellwelle. Mit der Verstellwelle ist für eine Mehrzahl von Gaswechselventilen direkt oder indirekt die jeweils verlangte Position der Zwischenglieder auf der Verlagerungsbahn einstellbar. Die Verstellwelle weist dazu mindestens eine Kurvenscheibe pro Verlagerungseinheit auf. Mit der Verstellwelle sind die Zwischenglieder im Wesentlichen in Verlagerungsrichtung abstützbar.
- Die Kurvenscheibe von mindestens einer Verlagerungseinheit weist einen als Rast ausgebildeten Abschnitt auf. Eine Verdrehung der Verstellwelle bei diesem Abschnitt bewirkt keine Veränderung der Position der auf der Verlagerungsbahn geführten Zwischenglieder.
- Die Kurvenscheibe von mindestens einer anderen Verlagerungseinheit weist einen entsprechenden Abschnitt ohne Rast auf. Eine Verdrehung der Verstellwelle bei diesem Abschnitt, bewirkt eine Veränderung der Position der auf der Verlagerungsbahn geführten anderen Zwischenglieder.
- Die Verfahrensansprüche 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 gemeinsamen Verstellwelle angebracht sind. Die Verstellwelle bzw. die Verstellachse kann ihrerseits über ein geeignetes Getriebe bzw. ein Verbindungselement von einem Verstellmotor 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 Verstellmotors 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 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 Verstellwelle 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 Schieberichtung 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 einer gegenüber
Fig. 1 abgewandelten Konfiguration der inFig.1 dargestellten Teile, zusätzlich mit Pendelstütze und Verstellwelle - Fig. 3
- einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit Schieber, Verstellwelle und Verstellmotor
- Fig. 4
- eine perspektivische Darstellung einer nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Vorrichtung mit einem Schieber und Verstellwellen bei einem 4-Zylinder-Reihenmotor
- 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 Posi- tionierung 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 11, 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 11 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 Ausführungsform der Erfindung 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 11 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 17 und die Kurvenscheibe 18 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 einer aufgrund der einzelnen, jeder Verlagerungseinheit zugeordneten Verstellwellen 17 nicht zu der beanspruchten Erfindung gehörenden 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 10 des ruhenden Abtriebsgliedes 11 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 17 über Kurvenscheiben 18 positioniert ist, betätigt wird. Dreht sich nun die Verstellwelle 17 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 inFigur 6 gezeigt und wie es der beanspruchten Erfindung entspricht, eine gemeinsame Verstellwelle die Verlagerungseinheiten einer Zylindergruppe oder eines Zylinderkopfes positionieren. -
Fig. 5 zeigt schematisch das Zusammenwirken von Fahrpedal 40, Verstellmotoren 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 Verstellmotoren 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 Verstellmotoren 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. -
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nocken
- 3
- Rolle
- 4
- Zwischenglied
- 5
- Steuerkurve
- 5a
- Rastbereich
- 5b
- Hubbereich
- 6
- Bolzen
- 7
- Achse
- 8
- Verstellkurve
- 9
- Achse
- 10
- Rolle
- 11
- Abtriebsglied
- 12
- Gelenk
- 13
- Ventil
- 14
- Pfeil
- 14a
- Richtungspfeil
- 15
- Verlagerungseinheit
- 16
- Gelenk
- 17
- Verstellwelle
- 18
- Kurvenscheibe
- 18a
- Stößel
- 19
- Einlassventil
- 20
- Auslassventil
- 21
- Gleitstück
- 22
- Gelenkwelle
- 23
- Verstellmotor
- 31
- 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 (15)
- 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 (K1) 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 in Verbindung steht, und- mit mindestens einer Steuerkurve (5) zwischen dem Zwischenglied (4) oder einem der weiteren Zwischenglieder (4) und dem Abtriebsglied (11), wobei diese Steuerkurve (5) 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 des Zwischengliedes (4) oder mindestens eines der weiteren Zwischenglieder (4) entlang einer Verlagerungsbahn (8, 35), wobei durch diese Verlagerung 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 der Zwischenglieder (4) anderer Gaswechselventile (13) mittels anderer Verlagerungseinheiten (15, 34) erfolgt,- wobei eine gemeinsame Verstellwelle (45) vorgesehen ist, mit der für eine Mehrzahl von Gaswechselventilen (13) mittels mindestens einer Kurvenscheibe pro Verlagerungseinheit direkt oder indirekt die jeweils verlangte Position der Zwischenglieder (4) auf der Verlagerungsbahn (8, 35) einstellbar ist und die Zwischenglieder (4) im Wesentlichen in Verlagerungsrichtung abstützbar sind,- eine erste Kurvenscheibe (47) von mindestens einer 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 Zwischenglieder (4) erfolgt,- und eine zweite 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 Zwischenglieder (4) bewirkt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ohne Rast der zweiten Kurvenscheibe (46) einen ersten Sektor (R) aufweist, in welchem die Konturkurve kontinuierlich zu kleinerem Abstand zur Drehmitte (48) der Verstellwelle (45) führt.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der zweiten Kurvenscheibe (46) einen benachbart zum ersten Sektor (R) angeoretneten zweiten Sektor (N) aufweist, in dem die Konturkurve derart ausgebildet ist, dass die Ventile des Zylinders, die bei Wirksamwerden dieses zweiten Sektors (N) betätigt werden, ständig geschlossen bleiben, während die Kontur der ersten 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.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verstellwelle (45) mehrere gleiche zweite Kurvenscheiben (46) und mehrere gleiche erste Kurvenscheiben (47) angeordnet sind, wobei die zweiten Kurvenscheiben (46) und die ersten Kurvenscheiben (47) jeweils hinsichtlich ihrer Winkellage zueinander gleich, d.h. nicht verdreht zueinander, ausgerichtet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Nocken und zwei Zwischenglieder mit gleichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Nocken und zwei Zwischenglieder mit unterschiedlichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Nocken und zwei Zwischenglieder mit unterschiedlichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Nocken und zwei Zwischenglieder mit gleichen Steuerkurven für die beiden Ventile eines Zylinders verwendet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Zwischenglied mit zwei gleichen Steuerkurven für die Ein- oder Auslassventile eines Zylinders verwendet wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Zwischenglied mit zwei verschiedenen Steuerkurven für die Ventile verwendet wird.
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellung bis zum ständigen Geschlossenhalten mindestens eines Ventils vorgenommen wird.
- Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ein- oder Auslassventile eines Zylinders in einer Verlagerungseinheit (15, 34) zusammengefasst sind.
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern unter Verwendung einer oder mehrerer Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen eines gewünschten Lastzustandes für den Gesamtmotora) 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, undc) mit diesen Informationen Signale erzeugt werden, die an einzelne Verstellmotoren (23) 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.
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern unter Verwendung einer oder mehrerer Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dassa) jedem Zylinder eine separate Vorrichtung und ein Verstellmotor (23) zur Betätigung der Vorrichtung zugeordnet sind,b) die Phasenlage der Ruhephasen der einzelnen von einem Verstellmotor (23) bedienten Ventile ermittelt wird, undc) die Verstellbewegungen der jeweiligen Vorrichtungen während der gemeinsamen Ruhephasen der von dem jeweiligen Verstellmotor (23) bedienten Ventile stattfinden.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage der Ruhephasen der einzelnen von einem Verstellmotor (23) bedienten Ventile durch ein Motormanagement (44) aus dem Signal eines an der Nockenwelle angeordneten Drehwinkelsensors (43) ermittelt wird.
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