WO2007085246A1 - Fully variable valve controller for internal combustion engines - Google Patents

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WO2007085246A1
WO2007085246A1 PCT/DE2007/000173 DE2007000173W WO2007085246A1 WO 2007085246 A1 WO2007085246 A1 WO 2007085246A1 DE 2007000173 W DE2007000173 W DE 2007000173W WO 2007085246 A1 WO2007085246 A1 WO 2007085246A1
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WO
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camshaft
cam
valve
gas exchange
exchange valve
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/000173
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andrzej Pluta
Original Assignee
Andrzej Pluta
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Andrzej Pluta filed Critical Andrzej Pluta
Publication of WO2007085246A1 publication Critical patent/WO2007085246A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts
    • F01L1/053Camshafts overhead type
    • F01L1/0532Camshafts overhead type the cams being directly in contact with the driven valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0021Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio
    • F01L13/0026Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio by means of an eccentric

Definitions

  • the components Interlinked with each other and monitored and controlled by processors, the components together formed tailor-made, complex and performance-enhancing drive concepts.
  • valvetrain with its elements and their arrangement could be continuously and timely communicated with representatives, e.g. Further development of multi-valve technology, overhead camshafts or toothed belt drive.
  • a s.g. Phase converters with helical teeth used between the camshaft and the chain drive gear.
  • An oil pressure controlled by an electromagnet caused an axial displacement of one of the helical elements and thus also a relative rotation of the intake camshaft to the exhaust camshaft.
  • a change in the control functions was carried out by the change of the available frictional connection between the valve and one of the available cams whose height and arrangement angle was different on the camshaft.
  • the cylinder head construction with two overhead camshafts of a four-cylinder in-line engine has been very expensive.
  • the low fuel consumption or the greater torque increase in the lower speed range could be mainly by using a s.g. VarioCam Plus Systems can be achieved on the inlet side, with a switchable bucket tappets, known from DE 199 13 290A1 played a central role.
  • variable functions enabled the development of different control strategies adapted to the respective situation and targeted implementation during operation.
  • variable valve control it was possible to intervene much more efficiently in the combustion process and one step closer to the goal of being able to control a gasoline engine throttle-valve-free.
  • this extended objective could only be realized with considerable effort.
  • the complicated design of the composite of several parts and responsible for a single valve switchable bucket tappet required a likewise complex and special construction of the cooperating, three-piece inlet cam. In both cases it was necessary to apply increased precision and a special surface treatment.
  • BMW managed with the s.g. VALVETRONIC System made a breakthrough in the development of variable valve control technology and for the first time converted a throttle valve-free controlled gasoline engine into series production.
  • This principle was mainly thanks to one known from DE 199 13 742 A1, arranged in the cylinder head of an internal combustion engine device for Hubver ein a gas exchange valve possible, the fact that the size of the stroke could be adjusted from zero to a maximum of infinitely variable, b a key role played.
  • This device consists of an intake valve arranged Hubübertragungselement / cam follower / which is in line contact with a valve control track whose profile is composed of a Leerhub- and lift curve, and wherein the two curves form a lower pivotal end of a pivot lever.
  • the pivot lever hangs on two mutually parallel articulation levers.
  • the two upper bow-shaped Anlenkhebelenden are coaxial and rotatably mounted on the control shaft / eccentric shaft, while the two lower ends are connected by a hinge pin with the pivot lever.
  • the arrangement of the hinge pin in the pivot lever is defined by a pivot point, which is located in the lower region of the upper half on the Leerhubkurvenseite.
  • a preloaded return spring acts from the Leerhubkurvenseite on the lower end of the pivot lever and ensures its permanent contact with the cam of the camshaft and at the same time by Hebelarm für with the / the cam / eccentric of the control shaft / eccentric shaft.
  • the pivot lever is equipped with control shaft / eccentric shaft and camshaft pulley.
  • the valve control track also acts on an integrated in Hubübertragungselement / cam follower roller, which projects upwards and between the two ends of the element, which are formed on one side as a valve operating surface and on the other side as a support surface for a lash adjuster on the other side.
  • the periodic swinging amount of the valve control path of the swing lever is related to the fixed size of the cam elevation curve, and is substantially always the same.
  • the adjustment of the stroke size is effected by rotation of the control shaft / eccentric shaft with the / the cam / eccentric, which causes a lateral displacement of the upper end and the entire pivoting range of the lower pivot lever end. It can thus specifically a cooperative mode of the control track curve with the role of the Hubübertragungsiatas be determined, for a minimum to maximum valve lift a corresponding combination of Leerhubkurve the lift curve, and for a zero stroke, a selective use of Leerhubkurve is adjustable.
  • this device in particular its mode of operation characterized by a special design, it is noticeable that each stroke quantity is assigned a specific valve duration window and the two values can only be increased or reduced jointly together. It is understandable that the timing of a stroke adjustment process is also affected.
  • first of all the valve lift size is reduced to meet the requirements, which automatically results in a corresponding reduction in the valve opening duration window size, which in turn consequently leads to an opposite movement of the control times.
  • the control times including the cam spread are shifted directly and in the same direction by the camshaft adjuster, whereby in order to restore the optimum for the overlapping / flushing phase design, the opening time is reduced by one talking back correction value is adjusted back to early and because the partner control times are permanently related to a hold constant valve lift, make the closing time adjustment parameters are identical.
  • This example embodiment clearly shows a special parallel behavior of the closing time shift to the Hubstednver selectedung, which helps the principle of throttle-free load control to function.
  • the decisive factor is that a simple reduction of the stroke size follows a double closing time adjustment, which is aligned in the first and second step to early.
  • the inlet valve can close much earlier and thus also significantly increase the controllability and efficiency of the gas exchange process. Furthermore, in order to avoid the malfunction in a real operating mode with constantly fluctuating load component, it seems particularly appropriate to achieve also transient transition phases, perform the adjustment steps virtually simultaneously and as continuously as possible.
  • the opening time on the other hand, would tend to keep its position constant in each stroke regardless of the stroke size.
  • the Hub convincednverstellvortechnische and the camshaft adjuster must be classified here as a control actuators, between which there is no direct connection and its settings must be virtually continuously re-coordinated in operation. In addition, this also increases the demands on the adjustment and actuation technology, with more precise speed and flexibility playing a particularly important role.
  • the exhaust camshaft In order to achieve the required functionality of valve timing variability on the intake side of the new BMW engine in terms of camshaft timing and to ensure residual gas control, the exhaust camshaft must also be adjusted as needed.
  • a so-called double VANOS system is used, in which the rotation of the two camshafts is regulated by a respective vane-cell adjuster loaded with engine oil.
  • This system allows stepless variation of the intake and exhaust cam spreading in an adjustment range of 60 ° CA ' and thus also timing adjustment of the intake and exhaust valves according to the selected intake stroke size.
  • the combination of BMW's lift and camshaft adjustment offers unprecedented functionality in the variable valve control technology sector, but on the other hand, it increases the complexity of the overall concept enormously.
  • each of the eight intake valves of the BMW engine needs its own stroke adjustment device whose mode of action and design structure is characterized by complex, geometric relationships.
  • tolerances must be maintained for the processing of the valve control track of the pivot lever, which are otherwise usual only in a diesel injection plant production.
  • BMW set new standards for the development and production of new internal combustion engines.
  • the pursued optimization goals could be achieved.
  • this variable function is to be controlled by adjusting a pivoting "rocker" in which the camshaft is mounted.
  • this solution provides that an arrangement of a reference plane / surface in a space is determined such that a variable designable distance of a rotation axis of a camshaft to the reference plane / surface an entire spectrum of a variable stroke size of a gas exchange valve is definable, and thereby the device with one too the camshaft arrangement variability compatible as well as Steuermonyver eins- and / or controllable, the camshaft, which is arranged / stored in a correspondingly adjustable cam carrier, with a rotatably mounted, fixed and force-connected to a crankshaft of the internal combustion engine, intermediate / drive shaft, connecting intermediate gear is equipped, a Hubübertragu ⁇ gselement, or when using several, all Hubübertragungsetti with each other or
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that allow the targeted applied and assembled in a separate way to a mechanical control unit device components with their old and redefined functional properties, by means of an initiated as needed change the variable camshaft assembly alone and thus in a single control step , At the same time a continuous adjustment of the stroke size, opening duration and, to perform by the generated effect of the intermediate gear, an adjustment of the opening and closing time of a gas exchange valve.
  • the invention in conjunction with a specially defined and structurally implemented pivoting ability of the camshaft , to be extended.
  • variable control parameters In contrast to other solutions, the adjustment and coordination measures of the variable control parameters, which are also present here, must be taken into account and defined de facto once and only during the development / design phase.
  • the bottom line is a fully variable valve control with a simple control procedure, which is paired with a mainly common mechanical engineering, is able to effectively provide the necessary for a throttle valve-free control of an internal combustion engine functionalities, without involvement of the exhaust side available. Consequently, it is obvious that the scope of the invention, in spite of the extensive possibilities, can in principle be limited to the inlet or outlet side, which in turn allows a further functional upgrade of the entire valve control system. In practical terms, it means that, for example, in addition to the full variability of the intake valve and an independent or coupled application of another Wirkrozen or other suitable device / control measure for the exhaust valve can be realized.
  • a conventional camshaft could be replaced by, for example, a simple shaft, possibly ball and / or roller bearing, or a smaller diameter tube equipped with a valve actuating arm.
  • valve actuating arm which would replace the profile of the survey curve of a conventional cam, would then also, according to the requirements, rounded or even preferably, to minimize the frictional forces during operation, equipped with a rotatably mounted roller.
  • the other, opposite end e.g. firmly connected to the shaft by a suitable screw connection would make the valve actuating arm an independent and thus also exchangeable component, which can also be regarded as potential with positive utility value.
  • the essence of the invention allows optionally, albeit under considerably increased effort and increased system complexity, to constructively separate the functions of the individual valves or valve groups from one another, which is especially the case with larger ones It may be desirable for units to perform such tasks as valve / cylinder deactivation or precise balancing of conditions in different cylinders.
  • valve control variant in which, for example, was preferred to be able to control each cylinder of a multi-cylinder independently of the other inlet or outlet side, it would be necessary to assign each cylinder in the same row a separate proposed here, independently adjustable and fixable device , Consequently, as a solution results in a parallel connection of a plurality of juxtaposed devices, which are driven by an intermediate / drive shaft, of appropriate length, uniformly and one, responsible for each cylinder, part of one, usually made in one piece however, in this case necessarily split, camshaft control.
  • FIG. 1 is a preferred because of the shortest Hubkraftübertragungsweges variant of a device according to the invention for variable lifting and timing adjustment of a gas exchange valve of an internal combustion engine in a cross-sectional view of a cylinder head
  • Fig. 2 is a functional example diagram of a variably controlled valve of FIG .. 1
  • this embodiment of the solution proposed here despite full functionality, rather has a character of a visual object with basic status.
  • FIG. 1 shows a device 1 for infinitely variable and fully variable control of the timing and the lift size of an intake valve 2 in a cross-sectional view of a cylinder head 3 of a 4-stroke engine not shown here in a precisely determined state.
  • a bearing block 17 is arranged / mounted with a construction structure of a thick-walled, inwardly projecting tube and fastened by a half-shell element 18 and in each case with a screw 19 on each of the two sides.
  • / Drive shaft 4 uses the tube opening, which is shown as an intermediate / drive shaft pivot bearing 20.
  • the construction of the intermediate gear 13 accordingly results in an arrangement co-axiality of the pivot bearing 21 and intermediate / drive shaft pivot bearing 20, and consequently a matching to the intermediate / drive shaft 4 parallel arrangement of the camshaft 12, in a second, smaller and dimensioned as a Nockenwellen loftla - ger 23 marked opening is mounted on the pivotable end of the camshaft carrier 22.
  • the camshaft carrier 22 is designed only as a simple link, which in particular, in order to ensure a necessary stability, a sufficient dimensioning of not shown in Fig. 1 depth of each and only simply existing NockenweHenfitlager 23, pivot bearing 21 and intermediate / Antriebwe) lefit! Ager 20, and the strength of the camshaft carrier 22 requires.
  • the cam carrier 22 whose contours are similar to those of a conventional cam, practically holds the o.g. Components together to form a compact and variable valve gear unit, which is in combination with a suitable adjustment directly capable of changing the driving parameters as needed and / or to fix. Consistent Werwer, the constructive arrangement of the camshaft 12 in the pivotable cam carrier 22 after, camshaft assembly coordinates, which are variable here, initially not be defined.
  • the tappet 25 with an integrated valve stem receptacle 28 is not only in contact with the inlet valve 2, but is bolted to it directly by means of a threaded connection 29 and secured with a lock nut 30.
  • variable valve lift value results directly from a calculation of a distance value of a camshaft axis 31 to the reference plane 26 with the height of the cam 16. Accordingly, as a result of the cam 16 being modified and having virtually no cam base circle active in the control process, the cam height naturally loses its stroke size determining significance in the conventional sense and will be replaced by a new quantity, viz in Fig. 1 as a ⁇ cam rotation radius / 2 designated distance value of a tip of the modified - cam 16 to the camshaft axis 31, replaced.
  • the intake valve 2 may be determined whether the intake valve 2 should remain closed or be opened within a work cycle of the engine.
  • the only requirement is that the distance between the camshaft axis 31 and the reference plane 26 must be smaller than the cam rotation radius 12.
  • FIG. 1 also shows that whenever the intermediate / drive shaft 4 is in the "inlet open” position, a different arrangement position of the modified cam occurs correspondingly for each marked position of the camshaft carrier 22 16 results, but in any case, except SP6, ensures that in each case another part of its rounded and defined by a radius A3 (cam tip radius) working surface, while still remaining inlet valve 2, in contact with the engagement surface 27 of the tappet 25 is.
  • A3 cam tip radius
  • a direct comparison of the o.g. Survey curves in the diagram of FIG. 2 indicate, in view of the relatively low technical complexity for the implementation of the system variability, an overall very high efficiency of the device 1, in particular the adaptive capabilities of the control timing must be taken into account and shows on the one hand that the time of Opening of the intake valve 2 is the same for all five lift sizes and therefore exists only once on the time axis as E ⁇ marked crank angle value, on the other hand, however, that the valve closing time, for'each of the five lift sizes, is always different and its on the time
  • Each axis as ES marked crank angle value when changing the setting position of the cam carrier 22, with the stroke value as a pair together one, in terms of size, same direction behavior, which always positively leads to simultaneous increase or decrease of the two values.
  • the device 1 is not only able to ensure the constancy of the "inlet opening" phase required for the cylinder flushing by a timing shift process acting parallel to an adjustment of the lift quantity, but also the already mentioned, to the load change controllability to have a positive effect, to fully implement the "previous entry deadline" procedure.
  • an opening duration of the intake valve 2 corresponding to SP6 is equal to "zero" and therefore represented on the time axis only by a single EK (inlet contact) marking point defining a crank angle position at which the tip of the modified cam 16 is in the above-mentioned contact state with the Attack surface 27 of the tappet 25 is located and her while it is exactly perpendicular.
  • EK inlet contact
  • AS outlet closes
  • This behavior is further characterized by the conflicting value symbol assignment for two cam position angles respectively corresponding to the configuration, namely + (SP6) [positive position angle (beta) of the center line of the modified cam 16 to the center line of the cam carrier 22 at SP6] and - (SP1) (negative position angle of the center line of the modified cam 16 to the center line of the cam carrier 22 at SP1) of the modified cam 16 illustrates. 1 ' ' 1
  • the key role thereby plays an arrangement of a pivot axis 32 [pivot axis of the camshaft carrier 22 (also defines the intermediate / drive shaft rotation axis)] of the camshaft carrier 22, in Fig. 1 by the valve axis 24, but with special consideration of, by the diameter d limited, available attack surface 27 of the tappet 25, as well as on the reference plane 26 related coordinates x and y is defined.
  • the distance of the cam tip is minimized to the pivot axis 32, which in turn deliberately causes that one, initially imagined without involvement of the intermediate gear 13 and associated with a change in the parking position of the cam carrier 22, and on the reference plane 26th related cam levitation dependency of a cam tip midpoint 33 [cam tip midpoint on the centerline of the modified cam 16 (defined by A2 shortened by / 3)] compared to that of the camshaft axis 31 by a so-called pseudoscillation arm shortening that is used in such a particular situation, can be significantly reduced.
  • each lowering, lifting or holding the camshaft 12 in a specific position as a task is possibly next to the vertical also at the same time, which is obvious and up to here directly has not been addressed, the horizontal arrangement position of the camshaft axis 31 in connection with a pivoting track course about the pivot axis 32, which corresponds to a definable by a NocRenwellenachsschwenkradius r, part of a circle changed.
  • the noted thus corresponds to an arrangement distance of the camshaft 12 to the intermediate / drive shaft 4, which must be selected in terms of the entire Hubassinenspktrum and matching the reference plane 26 and attack surface 27, as well as the x and y coordinates so that by a related sizing for the two gears 14 and 15, the intermediate gear 13 in a manner consistent with the adapted and defined by / 2 and A3 profile shaping of the modified cam 16, in each situation, by means of a simple resulting camshaft relative rotation as
  • secondary functional task of the pivotable camshaft carrier 22, a requirement Ventilsteumony- control in an effective pivoting range of the camshaft axis 31, which can be defined and in Fig. 1 by an angle (S'p ⁇ ) and an angle (SP1) [on the reference plane 26 related inclination angle (alpha) of the camshaft carrier 22 at (SP6) and (SP1)] is limited.
  • this structure provides a guideline for the development phase, in which primarily a sensitive and in terms of variability instable property network of the design-relevant factors, virtually all, influenced by a multi-dimensionally varying construction geometry, mutually influence and therefore also in their own way directly or indirectly closely related to each other.
  • the control time configuration should then be checked consistently, with the other intermediate positions of the camshaft carrier 22 available for selection. It may turn out that, depending on which factor or factors have been changed and to what extent, the results may, if especially in the EE phase, in design with a surprisingly unexpected profile, not withstand every stroke size requirements. In such a case it would then be necessary to re-chen by a different combination to be searched for •.
  • the device 1 would rely on a chain transmission as an intermediate gear 13, which in turn would require a relatively complicated chain guide with multiple Umlenkkettenganizan.
  • Another big problem lies with a, in this case, technically complex task, namely the assurance of a solid and requirement-oriented stability, the would have to be provided upon adjustment or holding a particular position of a corresponding cam carrier, together.
  • this is mainly a, the trajectory corresponding adjustment and a guide device, which would be able to catch up in any case a tilting of the camshaft carrier and always, especially in the control of several gas exchange valves, a parallel arrangement of the camshaft axis 31 to Guarantee reference plane 26.
  • the solution described in the main part and disclosed in claim 3 is best suited.
  • the cam carrier 22, with the implemented intermediate gear 13 at least two sufficiently sized pivot bearing 21 and have a structural structure about a frame or open to the attack surface 27 housing to sufficient rigidity and To provide stability and reliability for the entire construction, especially in the control of several gas exchange valves in a row, also with regard to an adjustment, for the realization of several common solutions are potentially in question.
  • a pivot axis 32 as shown in FIG. 1, can be arranged very compactly and even below the reference plane 26, which ultimately advantageously contributes significantly to increasing the efficiency of the timing control of the intake valve 2 and permits it , in contrast to the chain drive variant, to dispense with a camshaft speed correction gearbox.
  • the device 1 can in principle, if no special or additional functions are provided, such as e.g. Forced operation of a finger lever on the profile of a cam, both with a conventional, and with the modified cam 16 can be operated.
  • camshaft adjuster can be achieved.
  • this constructive expansion measure can also be combined with a second camshaft adjuster installed on the outlet side.
  • the timing shift capabilities thus obtained and independent of the device 1 could, for example, allow a heating process of a catalyst to be significantly accelerated by a direct application possibility of an exact residual gas control after a cold start in order to help it achieve full functionality sooner.
  • the decisive role plays a valve side arranged working surface of the pivot lever, which is designed in the form of a Leerhub- / Hubkurvenkombination, and with the help of a laterally applied spring force, in a similar manner such.

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Abstract

The invention relates to a device for the continuously variable adjustment and/or regulation of the lift magnitude and of the control times of a gas exchange valve of an internal combustion engine, preferably having a pivotable camshaft. The invention is characterized in that an arrangement of a reference plane/face (2) in a space is determined such that an entire spectrum of a variable lift magnitude of the gas exchange valve (2) can be defined by means of a variably configurable spacing of a rotational axis (31) of the camshaft (12) to the reference plane/face (26), and here, the device (1) is equipped with an intermediate gearing (13) which is compatible with the camshaft arrangement variability, which is capable of control time adjustment and/or regulation and which connects the camshaft (12), which is arranged/mounted in a correspondingly adjustable camshaft support (22), to a rotatably mounted, fixedly arranged intermediate/drive shaft (4) which is drive-connected to a crankshaft of the internal combustion engine.

Description

Vollvariable Ventilsteuerung für BrennkraftmaschinenFully variable valve control for internal combustion engines
Beschreibungdescription
Es ist allgemein bekannt, dass beim Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen neben Zünd- und Kraftstoffzufuhrkonzepten auch Gaswechselorgane und darunter die am meisten im Motorenbau verbreiteten Hubventilsteuerungen die Schlüsselrolle spielen. Anfang der 80er-Jahre, durch Transfer moderner Elektronik und Computertechnik in die Produktion von Großserienmotoren, ist es den Motorenbauern gelungen zunächst bei Otto- und später auch bei Dieselmotoren die Abgasschadstoffemission drastisch zu senken und die Effizienz und das Instationärverhalten kontinuierlich zu verbessern. Zunächst aber profitierten nur die Zünd- und Kraftstoffanlagen gemeinsam mit modernen Ansauganlagen, Auspuffanlagen und anderen Baugruppen von der neuen Entwicklungswelle.It is well known that in the operation of internal combustion engines in addition to ignition and fuel supply concepts also gas exchange organs and including the most widely used in engine Hubventilsteuerungen play the key role. At the beginning of the 1980s, by transferring modern electronics and computer technology into the production of high-volume engines, the engine builders succeeded in drastically reducing exhaust gas emissions initially in petrol engines and later also in diesel engines and continuously improving their efficiency and transient behavior. Initially, however, only the ignition and fuel systems, along with modern intake systems, exhaust systems and other components benefited from the new developmental wave.
Miteinander vernetzt und von Prozessoren überwacht und gesteuert, bildeten die Komponenten gemeinsam maßgeschneiderte, komplexe und leistungssteigernde Antriebskonzepte.Interlinked with each other and monitored and controlled by processors, the components together formed tailor-made, complex and performance-enhancing drive concepts.
Der Ventiltrieb mit seinen Elementen und deren Anordnung konnte sich kontinuierlich und zeitgemäß mit Vertretern, wie z.B. Mehrventiltechnik, obenliegende Nockenwellen oder Zahnriemenantrieb weiter entwickeln.The valvetrain with its elements and their arrangement could be continuously and timely communicated with representatives, e.g. Further development of multi-valve technology, overhead camshafts or toothed belt drive.
Das inzwischen weit über 100 Jahre alte Steuerungsprinzip mit fixen Ventilhub- und Steuerzeiten dagegen galt noch vor wenigen Jahren, trotz der Tatsache, dass die ersten Überlegungen zum Thema „variable Ventilsteuerung" bereits aus der Wende zum 20. Jahrhundert datieren, mit wenigen Ausnahmen als absoluter Standard.By contrast, the control principle with fixed valve lift and timing times, which is well over 100 years old, was still valid a few years ago, despite the fact that the first considerations on variable valve timing date back to the turn of the twentieth century, with few exceptions Default.
Ungeachtet dessen, der Gedanke, das alte Steuerprinzip bezwingen zu können, gewann immer mehr an Gewicht und schon vor mehreren Jahren begannen die Entwickler intensiv nach einer brauchbaren Alternative zu suchen.Regardless, the idea of being able to overcome the old control principle gained more and more importance and many years ago, the developers began to search intensively for a viable alternative.
Hohe Beteiligung bei der Weiterentwicklung schaffte große Anzahl und Vielfalt an Vorschlägen.High participation in the development resulted in large numbers and variety of proposals.
Um Steuerungsvariabilität des Hubes und/oder der Steuerzeiten zu erreichen, schreckte man auch nicht vor Ideen zurück, deren Realisierungsaufwand bei oft nur begrenzten Möglichkeiten erheblich groß war. Auf verschiedenen Wegen wurde die Weiterentwicklung konsequent voran getrieben. Um Steuerungsvariabilität des Hubes und/oder der Steuerzeiten zu erreichen, schreckte man auch nicht vor Ideen zurück, deren Realisierungsaufwand bei oft nur begrenzten Möglichkeiten erheblich groß war.In order to achieve control variability of the stroke and / or the timing, one did not shy away from ideas whose realization effort was often considerable with often limited possibilities. In various ways, the further development was consistently pushed forward. In order to achieve control variability of the stroke and / or the timing, one did not shy away from ideas whose realization effort was often considerable with often limited possibilities.
Auf verschiedenen Wegen wurde die Weiterentwicklung konsequent voran getrieben. Lösungen mit elektrohydraulischem und elektromagnetischem Wirkprinzip, s.g. freie Ventilsteuerungen, die zwar bis heute aus verschiedenen Gründen keine Serienreife erlangen konnten, haben trotzdem einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der komplexen Vorgänge während des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit variablen Hub- und/oder Steuerzeiten geleistet.In various ways, the further development was consistently pushed forward. Solutions with Electrohydraulic and Electromagnetic Action, s.g. free valve controls, which until today could not achieve series maturity for various reasons, have nevertheless made an important contribution to understanding the complex processes during operation of an internal combustion engine with variable lifting and / or timing.
Mit Hilfe moderner Untersuchungsmethoden gelang es, die vielseitigen Möglichkeiten des aktiven Eingreifens in den Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine durch Ventilfunktionsveränderung ausführlich zu erforschen und deren Auswirkungen detailliert auszuwerten.With the help of modern investigation methods it was possible to extensively explore the versatile possibilities of active intervention in the combustion process of an internal combustion engine by changing the valve function and to evaluate their effects in detail.
Es war klar, dass vor allem die Ottomotoren von dem vorhandenen Potenzial profitieren könnten.It was clear that above all the gasoline engines could profit from the existing potential.
Mit ständig wachsender Popularität und Verbreitung der Mehrventiltechnik und der daraus resultierenden Verwendung von zwei obenliegenden Nockenwellen, stiegen auch die Anwendungschancen für variable Ventilsteuerungen erheblich.With ever-increasing popularity and proliferation of multi-valve technology and the resulting use of two overhead camshafts, the opportunities for variable valve timing applications have also increased significantly.
Durch eine derartige Verknüpfung war es einerseits möglich die Einlass- und Auslassfunktionen des Ventiltriebes von einander zu trennen, was für die effektive Umsetzung der variablen Maßnahmen unerlässlich war, andererseits konnte durch Strömungsquerschnittvergrößerung die Effizienz noch mal gesteigert werden.By such a link it was possible on the one hand to separate the inlet and outlet functions of the valve train from each other, which was essential for the effective implementation of the variable measures, on the other hand could be increased by flow cross-sectional enlargement efficiency again.
Alle diese wichtigen Faktoren zusammen führten dazu, dass einige Hersteller, wie z.B. Mercedes oder Honda, mit ihren Lösungen in Serie gingen und damit eine Wende einleiteten. Mercedes realisierte eine einfache Lösung, die nur als Steuerzeitenverstellung der Einlassventile ausgelegt war.All of these important factors together have led some manufacturers, such as Mercedes or Honda, with their solutions went into series and thus initiated a turn. Mercedes implemented a simple solution that was designed only as a timing adjustment of the intake valves.
Zwischen der Nockenwelle und dem Kettenantriebszahnrad wurde ein s.g. Phasenwandler mit Schrägverzahnung eingesetzt.Between the camshaft and the chain drive gear, a s.g. Phase converters with helical teeth used.
Ein durch einen Elektromagnet gesteuerter Öldruck bewirkte eine axiale Verschiebung eines der schrägverzahnten Elemente und damit auch eine relative Verdrehung der Einlassnockenwelle zu der Auslassnockenwelle.An oil pressure controlled by an electromagnet caused an axial displacement of one of the helical elements and thus also a relative rotation of the intake camshaft to the exhaust camshaft.
Trotz relativ einfachen Aufbaus und einfacher Funktionsweise war eine Anpassung des Systems an die wechselnden Betriebsbedingungen problematisch. Weil die Öffnungs- und Schließzeit der Einlassventile nur gemeinsam um gleiche Winkel in die Endpositionen nach früh oder nach spät verstellt werden konnte, waren die Folgen je nach Motordrehzahl und Last mal positiv, mal negativ.Despite its relatively simple construction and simple operation, adapting the system to changing operating conditions was problematic. Because the opening and closing times of the intake valves could only be adjusted together by equal angles in the end positions to early or late, the consequences were sometimes positive, sometimes negative, depending on the engine speed and load.
Mit der Veränderung der Öffnungszeiten kam es z.B. zwangsweise zur Veränderung der Überschneidungs-/Spülphase, was zum Teil zu negativen Auswirkungen auf die innere Abgasrückführung und damit auch auf den Verbrennungsprozess führte. Um die negativen Nebeneffekte so gering wie möglich zu halten, musste die Einlassnockenwelle innerhalb des ganzen Drehzahlbereiches und lastabhängig mehrmals vor und zurück verstellt werden.With the change of the opening times, there were e.g. Forced to change the overlapping / rinsing phase, which led in part to negative effects on the internal exhaust gas recirculation and thus also on the combustion process. In order to keep the negative side effects as low as possible, the intake camshaft had to be moved back and forth several times within the entire speed range and load-dependent.
Trotz allen Schwierigkeiten und bescheidenen Möglichkeiten dieses Systems erreichte Mercedes mit einem V8 Motor deutlichen Leistungs- und Drehmomentzuwachs bei gleichzeitiger Verbesserung der Abgaswerte.Despite all the difficulties and modest possibilities of this system Mercedes achieved with a V8 engine significant power and torque increase while improving the exhaust emissions.
Mit einer Lösung von Honda konnten gleichzeitig die Hubgröße und die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile je nach Last und Drehzahl stufenweise mit Hilfe von schaltbaren Schlepphebeln verstellt werden.With a solution from Honda, the stroke size and the timing of the intake and exhaust valves could be adjusted at the same time, depending on load and speed, with the aid of switchable drag levers.
Eine Veränderung der Steuerungsfunktionen erfolgte durch den Wechsel der zur Verfügung stehenden Kraftschlussverbindung zwischen dem Ventil und einer der zur Auswahl stehenden Nocken, deren Höhe und Anordnungswinkel auf der Nockenwelle unterschiedlich war. Mit vier Ventilen, sechs Nocken und entsprechend sechs Schlepphebeln mit zwei integrierten öldruckgesteuerten Schaltmechanismen pro Zylinder, ist vor allem die Zylinderkopfkonstruktion mit zwei obenliegenden Nockenwellen eines vierzylindrigen Reihenmotors sehr aufwendig gewesen.A change in the control functions was carried out by the change of the available frictional connection between the valve and one of the available cams whose height and arrangement angle was different on the camshaft. With four valves, six cams and correspondingly six rocker arms with two integrated oil pressure-controlled switching mechanisms per cylinder, the cylinder head construction with two overhead camshafts of a four-cylinder in-line engine has been very expensive.
Ungeachtet dessen erreichte Honda im Jahr 1989 mit der als 1 ,6i VTEC-Motor bekannten Lösung auf Anhieb die sehr hohe spezifische Leistung von rund 100 PS/Liter. Beispiele wie diese haben die Tauglichkeit für die Serie bewiesen und einige Vorteile der variablen Ventilsteuerungen konnten in der Alltagspraxis angewendet und bestätigt werden. Es waren aber längst nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft und die Suche nach einer Lösung, mit möglichst vielen variablen Ventilfunktionen und möglichst ohne Kompromisse, ging weiter.Despite this, Honda achieved the very high specific power of around 100 hp / l in 1989 with the solution known as the 1.6i VTEC engine. Examples such as these have proven the suitability for the series and some advantages of the variable valve controls could be applied and confirmed in everyday practice. But by no means all possibilities had been exhausted and the search for a solution with as many variable valve functions as possible and without any compromises continued.
Eine praktische Umsetzung eines mittlerweile klar definierten Ziels, bei dem ein Ottomotor nur mit Ventilfunktionen und ohne Drosselklappe effizient geregelt werden sollte, war zu diesem Zeitpunkt aber weiterhin nicht möglich.A practical implementation of a meanwhile clearly defined goal, with which a gasoline engine with valve functions and without throttle valve should be regulated efficiently, was still not possible at this time.
Auch wenn die Entwickler im Stande waren, die zu erwartenden Vorteile detailliert vorherzusehen, setzten ungelöste Probleme, wie z.B. stufenlose Verstellung der Hubgröße oder Öffnungsdauer der Ventile, die Grenzen des Machbaren fest und es war zu diesem Zeitpunkt nicht abzusehen, wann und mit welchem Mittel der Durchbruch gelingen könnte (Buch „Mehrventilmotoren" von Gert Hack und Fritz Indra, Motorbuch-Verlag Stuttgart, 1. Auflage 1991 , Seiten 179-191 und 206-211).Although the developers were able to foresee in detail the expected benefits, unresolved issues such as stepless adjustment of the stroke size or opening time of the valves set the limits of feasibility and it was at this time not foreseen when and with what means the breakthrough could succeed (book "Mehrventilmotoren" by Gert Hack and Fritz Indra, Motorbuch-Verlag Stuttgart, 1st edition 1991, pages 179-191 and 206-211).
In den folgenden Jahren hat sich bei der Serienproduktion nichts grundlegendes verändert und die Motorenbauer haben auf bewährte Technik, gesetzt, indem sie vor allem das einfache Prinzip der Steuerzeitenverstellung nutzten. .In the following years, nothing fundamental has changed in mass production and the engine manufacturers have relied on proven technology, in particular using the simple principle of timing adjustment. ,
Diese anfänglich von Mercedes verwendete Technologie ist auch von anderen Firmen übernommen und auf verschiedenen Wegen weiter entwickelt worden.This technology, initially used by Mercedes, has been adopted by other companies and developed in various ways.
Durch mehrere Varianten und Ausführungen vertreten, konnte sich diese Nockenwellenver- stelltechnik dynamisch verbreiten und die Führungsposition auf dem Markt annehmen. Erst nach der Jahrtausendwende frischte Porsche mit einem modernen Boxer-Motor die Entwicklung der variablen Ventilsteuerungen in neuer Qualität auf. Der neue Porsche 911 Turbo, zum ersten Mal mit Wasserkühlung und Vierventiltechnik umgesetzt, erreichte hohe Leistung und hohe Alltagstaüglichkeit bei deutlich geringerem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Abgasemissionen.Represented by several variants and designs, this camshaft adjustment technology was able to spread dynamically and assume the leading position on the market. Only after the turn of the millennium did Porsche, with a modern boxer engine, refresh the development of variable valve control systems in a new quality. Implemented for the first time with water cooling and four-valve technology, the new Porsche 911 Turbo achieved high performance and high everyday traffic with significantly lower fuel consumption and low exhaust emissions.
Die günstigen Verbrauchswerte oder der größere Drehmomentzuwachs im unteren Drehzahlbereich konnten vor allem durch Einsatz eines s.g. VarioCam Plus Systems auf der Einlassseite erreicht werden, wobei ein schaltbarer Tassenstößel, aus DE 199 13 290A1 bekannt, eine zentrale Rolle spielte.The low fuel consumption or the greater torque increase in the lower speed range could be mainly by using a s.g. VarioCam Plus Systems can be achieved on the inlet side, with a switchable bucket tappets, known from DE 199 13 290A1 played a central role.
Im Gegensatz zum VTEC-Motor von Honda konnten hier die Steuerzeiten und die Hubgröße voneinander unabhängig verstellt werden, was die Ausführung von mehreren Steuergesetzen möglich machte.In contrast to Honda's VTEC engine, the timing and the stroke size could be adjusted independently of each other, which made it possible to implement several tax laws.
Die Umstellung der Nockenwelle durch einen Phasenwandler und Umschaltung des Hubes durch den schaltbaren Tassenstößel wurde mit Öldruck betätigt und es standen zwei Steuerzeiten mit Früh- und Spätstellung und zwei Hubgrößen mit einem 3mm-kleinen und einem 10mm-großen Hub zur Verfügung.The conversion of the camshaft by a phase converter and switching of the stroke by the switchable bucket tappet was operated with oil pressure and there were two timing with early and late position and two stroke sizes with a 3mm small and a 10mm-sized stroke available.
Die Kompensierung der abrupten Durchflussquerschnittsveränderungen bei der Umschaltung des Hubes ist von der elektrisch verstellbaren Drosselklappe als zusätzliche Aufgabe übernommen worden.The compensation of the abrupt flow cross-section changes in the switching of the stroke has been taken over by the electrically adjustable throttle as an additional task.
Durch verschiedene Schaltkombinationen der variablen Funktionen konnten unterschiedliche, der jeweiligen Situation angepasste, Steuerungsstrategien entwickelt und im Betrieb gezielt umgesetzt werden.Various switching combinations of the variable functions enabled the development of different control strategies adapted to the respective situation and targeted implementation during operation.
Mit dieser Variante der variablen Ventilsteuerung war es möglich, viel effizienter in den Ver- brennungsprozess einzugreifen und man ist dem Ziel, einen Ottomotor drosselklappenfrei regeln zu können, einen Schritt näher gekommen. Diese erweiterte Zielsetzung konnte aber nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden. Die komplizierte Konstruktion des aus mehreren Teilen zusammengesetzten und nur für ein einzelnes Ventil zuständigen schaltbaren Tassenstößels forderte einen ebenfalls aufwendigen und speziellen Aufbau des zusammenwirkenden, dreiteiligen Einlassnockens. Auch bei der Fertigung war es in beiden Fällen erforderlich, eine erhöhte Präzision und eine besondere Oberflächenbehandlung anzuwenden.With this variant of the variable valve control, it was possible to intervene much more efficiently in the combustion process and one step closer to the goal of being able to control a gasoline engine throttle-valve-free. However, this extended objective could only be realized with considerable effort. The complicated design of the composite of several parts and responsible for a single valve switchable bucket tappet required a likewise complex and special construction of the cooperating, three-piece inlet cam. In both cases it was necessary to apply increased precision and a special surface treatment.
Außerdem waren, um die VarioCam Plus Technik in das Gesamtsteuerungskonzept zu integrieren, zusätzliche Ölkanäle und die Erweiterung der Sensorik und Aktuatorik nötig. Allen Maßnahmen zur Folge musste schließlich der schnellen Verarbeitung und Verwertung der vergrößerten, komplexen Datenmenge mit einer neuen Ausbaustufe des Steuergerätes Rechnung getragen werden (Zeitschrift „MTZ Motorentechnische Zeitschrift" Jahrgang 61 in dem Heft 11/2000 auf den Seiten 730 bis 745).In addition, in order to integrate the VarioCam Plus technology into the overall control concept, additional oil channels and the expansion of sensors and actuators were necessary. All measures had to be taken into account the rapid processing and utilization of the enlarged, complex amount of data with a new expansion stage of the control unit finally (magazine "MTZ engine technology magazine" year 61 in issue 11/2000 on pages 730-745).
Im Jahre 2001 schaffte BMW mit dem s.g. VALVETRONIC System einen Durchbruch in der Entwicklung variabler Ventilsteuerungstechnik und setzte zum ersten Mal einen drosselklappenfrei geregelten Ottomotor in Serienproduktion um.In 2001 BMW managed with the s.g. VALVETRONIC System made a breakthrough in the development of variable valve control technology and for the first time converted a throttle valve-free controlled gasoline engine into series production.
Die Umsetzung dieses Prinzips war vor allem Dank eines aus DE 199 13 742 A1 bekannten, im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneten Vorrichtung zur Hubverstellung eines Gaswechselventils möglich, wobei die Tatsache, dass die Größe des Hubes von Null bis maximal stufenlos verstellt werden konnte, einebSchlüsselrolle spielte. Diese Vorrichtung besteht aus über einem Einlassventil angeordneten Hubübertragungselement/Schlepphebel, das/der in Linienberührung mit einer Ventilsteuerbahn steht, deren Profil aus einer Leerhub- und Hubkurve zusammengesetzt ist, und wobei die beiden Kurven ein unteres schwenkbares Ende eines Schwenkhebels bilden.The implementation of this principle was mainly thanks to one known from DE 199 13 742 A1, arranged in the cylinder head of an internal combustion engine device for Hubverstellung a gas exchange valve possible, the fact that the size of the stroke could be adjusted from zero to a maximum of infinitely variable, b a key role played. This device consists of an intake valve arranged Hubübertragungselement / cam follower / which is in line contact with a valve control track whose profile is composed of a Leerhub- and lift curve, and wherein the two curves form a lower pivotal end of a pivot lever.
Ebenfalls in Linienberührung ist das obere Ende des Schwenkhebels auf der Leerhubkur- venseite mit einer/einem Kurvenscheibe/Exzenter, einer dreh- und fixierbareir Steuerwelle/Exzenterwelle und auf der Hubkurvenseite zwischen den beiden Hebelenden im oberen Bereich der unteren Hälfte mit einem Nocken einer parallel zur Steuerwelle angeordneten Nockenwelle.Also in line contact is the upper end of the swing lever on the Leerhubkur- venseite with a / a cam / eccentric, a rotatable and fixierbareir control shaft / eccentric shaft and on the Hubkurvenseite between the two lever ends in the upper region of the lower half with a cam parallel to Control shaft arranged camshaft.
Der Schwenkhebel hängt auf zwei zueinander parallel angeordneten Anlenkhebeln. Die beiden oberen bügeiförmigen Anlenkhebelenden sind koaxial und drehbeweglich auf der Steuerwelle/Exzenterwelle gelagert, während die beiden unteren Enden durch einen Gelenkbolzen mit dem Schwenkhebel verbunden sind.The pivot lever hangs on two mutually parallel articulation levers. The two upper bow-shaped Anlenkhebelenden are coaxial and rotatably mounted on the control shaft / eccentric shaft, while the two lower ends are connected by a hinge pin with the pivot lever.
Die Anordnung des Gelenkbolzen in dem Schwenkhebel ist durch einen Anlenkpunkt definiert, der sich im unteren Bereich der oberen Hälfte auf der Leerhubkurvenseite befindet. Eine vorgespannte Rückholfeder wirkt von der Leerhubkurvenseite auf das untere Ende des Schwenkhebels und sorgt für dessen Permanentkontakt mit dem Nocken der Nockenwelle und gleichzeitig durch Hebelarmwirkung auch mit der/dem Kurvenscheibe/Exzenter der Steuerwelle/Exzenterwelle.The arrangement of the hinge pin in the pivot lever is defined by a pivot point, which is located in the lower region of the upper half on the Leerhubkurvenseite. A preloaded return spring acts from the Leerhubkurvenseite on the lower end of the pivot lever and ensures its permanent contact with the cam of the camshaft and at the same time by Hebelarmwirkung with the / the cam / eccentric of the control shaft / eccentric shaft.
Um die Zusammenwirkung zu optimieren und die Reibungskräfte zu minimieren ist der Schwenkhebel mit Steuerwellen-/Exzenterwellen~ und Nockenwellenrolle ausgerüstet. Die Ventilsteuerbahn wirkt ebenfalls auf eine im Hubübertragungselement/Schlepphebel integrierte Rolle, die nach oben ragt und zwischen den beiden Enden des Elementes, die nach unten auf der einer Seite als Ventilbetätigungsfläche und auf der anderer Seite als Auflagefläche für ein Ventilspielausgleichselement ausgebildet sind, angeordnet ist. Die periodische Schwenkbewegungsgröße der Ventilsteuerbahn des Schwenkhebels hängt mit der festen Größe der Erhebungskurve des Nockens zusammen und ist im Wesentlichen, immer gleich.In order to optimize the interaction and to minimize the frictional forces, the pivot lever is equipped with control shaft / eccentric shaft and camshaft pulley. The valve control track also acts on an integrated in Hubübertragungselement / cam follower roller, which projects upwards and between the two ends of the element, which are formed on one side as a valve operating surface and on the other side as a support surface for a lash adjuster on the other side. The periodic swinging amount of the valve control path of the swing lever is related to the fixed size of the cam elevation curve, and is substantially always the same.
Die Verstellung der Hubgröße erfolgt durch Verdrehung der Steuerwelle/Exzenterwelle mit der/dem Kurvenscheibe/Exzenter, die eine seitliche Verlagerung des oberen Endes sowie des ganzen Schwenkbereiches des unteren Schwenkhebelendes bewirkt. Es kann damit gezielt ein Zusammenwirkungsmodus der Steuerbahnkurve mit der Rolle des Hubübertragungselementes bestimmt werden, wobei für eine minimale bis maximale Ventilhubausführung eine entsprechende Einsatzkombination der Leerhubkurve mit der Hubkurve, und für einen Nullhub ein selektiver Einsatz der Leerhubkurve einstellbar ist. Bei etwas genauerer Betrachtung dieser Vorrichtung, insbesondere deren durch eine spezielle Konstruktion geprägten Wirkungsweise, fällt es auf, dass jeder Hubgröße ein bestimmtes Ventilöffnungsdauerfenster zugeordnet ist und die beiden Werte zusammenhängend können nur gemeinsam vergrößert oder verkleinert werden. Foiglich ist es nachvollziehbar, dass die Steuerzeiten bei einem Hubverstellungsvorgang ebenfalls betroffen sind.The adjustment of the stroke size is effected by rotation of the control shaft / eccentric shaft with the / the cam / eccentric, which causes a lateral displacement of the upper end and the entire pivoting range of the lower pivot lever end. It can thus specifically a cooperative mode of the control track curve with the role of the Hubübertragungselementes be determined, for a minimum to maximum valve lift a corresponding combination of Leerhubkurve the lift curve, and for a zero stroke, a selective use of Leerhubkurve is adjustable. Upon closer inspection of this device, in particular its mode of operation characterized by a special design, it is noticeable that each stroke quantity is assigned a specific valve duration window and the two values can only be increased or reduced jointly together. It is understandable that the timing of a stroke adjustment process is also affected.
Da dabei die Nockenspreizung aber nicht mitverstellt werden kann, ist dies zunächst als „negativer Nebeneffekt" zu bewerten.However, since the cam spread can not be adjusted along with this, this is initially to be assessed as a "negative side effect".
Wenn man in diesem Zusammenhang bei einem festen Nockenspreizungswert beispielsweise eine Größthubperiode mit einer Kleinsthubperiode des selben Ventils vergleicht, kommt zwangsweise dabei raus, dass das Ventil bei dem größten Hub sehr viel früher öffnet und sehr viel später schließt, als bei dem kleinsten Hub.For example, comparing a maximum lift period with a minimum lift period of the same valve at a fixed cam spread value, it is inevitable that the valve will open much earlier at the largest stroke and close much later than at the smallest stroke.
Konsequenterweise sind auch die Differenzwerte zwischen den beiden Öffnungszeitpunkten und zwischen den beiden Schließungszeitpunkten - in Kurbelwellenwinkeln ausgedrückt - so groß, dass es möglich wäre, nur einem sehr kleinen Hubgrößenspektrum, die für einen optimalen Gaswechselprozess notwendigen Voraussetzungen zu garantieren. Bei Hubgrößenwerten, die außerhalb dieses Optimums liegen, wäre die Verschiebung der Öffnungszeit des Einlassventils oder ggf. auch der Schließzeit des Auslassventils zu groß, um daraus eine funktionsfähige Überschneidungs-/Spülphase bilden zu können. Das Ausmaß der möglichen Fehlfunktidnen in diesem Bereich wird z.B. bei Ausführung einer Kleinsthubperiode mit einer auf Volllast/Maximalhub abgestimmten Nockenspreizung besonders deutlich.Consequently, the difference values between the two opening times and between the two closing times are also expressed in crankshaft angles - so large that it would be possible to guarantee the necessary conditions for an optimal gas exchange process, only a very small range of lifting sizes. At Hubgrößenwerten that are outside of this optimum, the shift of the opening time of the intake valve or possibly also the closing time of the exhaust valve would be too large to be able to form a functional overlapping / purging. The extent of the possible Fehlfunktidnen in this area, for example, when executing a Kleinsthubperiode with a full load / Maximalhub tuned cam spread particularly clear.
Diese Parameterkombination stellt nämlich eine Extremsituation dar, in der die Bildungsmöglichkeit einer Überschneidungs-/Spülphase gänzlich ausgeschlossen ist. Unter diesen Umständen wird es offensichtlich, dass die praktische Umsetzung der Hubgrößenvariabilität, unabhängig davon, ob auf der Einlass- oder Auslassseite, nur in Verbindung mit einer variabel gestaltbaren Nockenspreizung möglich ist.This parameter combination represents an extreme situation in which the possibility of forming an overlapping / rinsing phase is completely excluded. Under these circumstances, it will be apparent that the practical implementation of lift variable variability, whether on the intake or exhaust side, is only possible in conjunction with a variably configurable cam spread.
Demzufolge ist durch eine Aufrüstung des Ventiltriebes mit einer Nockenwellenverstellung die Möglichkeit gegeben, die funktionellen Defizite/„negativen Nebeneffekte" der Hubverstellvorrichtung auszugleichen.Consequently, by upgrading the valve train with a camshaft adjustment, it is possible to compensate for the functional deficits / "negative side effects" of the stroke adjustment device.
Mit dieser notwendigen Erweiterungsmaßnahme ist aber nicht nur die angestrebte Korrigierbarkeit der für die Überschneidungs-/Spülphasegestaltύhg so wichtigen Steuerzeiten möglich, sondern gleichzeitig auch eine Beeinflussung der Partnersteuerzeit des jeweils in dieser Kombination betrachteten Einlass- oder Auslassventils in erheblichem Maße. Diese spezielle Verhaltensweise der Partnersteuerzeiten bietet äußerst nützliche Eigenschaften, die wirkungsvoll verwertet werden können, insbesondere als eine Grundlage zur Umsetzung des Verfahrens eines „früheren Einlassschlusses". Dem Beispiel folgend, lässt sich mit der auf Volllast abgestimmten Einlassseite als Ausgangszustand, bei einem Wechsel zur Teillastabstimmung, die Veränderung der Parameter in zwei separat betrachteten Schritten darstellen.With this necessary extension measure, however, not only the desired correctability of the control times that are so important for the overlapping / flushing phase design are possible, but at the same time also a considerable influence on the partner control time of the inlet or outlet valve considered in each case in this combination. This particular partner timing behavior offers extremely useful features that can be effectively utilized, in particular, as a basis for implementing the "early intake deadline." Following the example, the intake side tuned to full load can be considered an initial state when switching to partial load tuning , which represent changes in the parameters in two separately considered steps.
Im ersten Schritt wird zunächst die Ventilhubgröße den Anforderungen gerecht verkleinert, woraus sich automatisch eine dementsprechende Verkleinerung der Ventilöffnungsdauer- fenstergröße ergibt, was wiederum konsequenterweise zu einer gegensinnigen Zueinander- verschiebung der Steuerzeiten führt.In the first step, first of all the valve lift size is reduced to meet the requirements, which automatically results in a corresponding reduction in the valve opening duration window size, which in turn consequently leads to an opposite movement of the control times.
De facto wird dabei erstmals die Öffnungszeit nach Spät und die Schließzeit nach Früh verstellt.In fact, for the first time the opening time is changed to late and the closing time to early.
Im zweiten Schritt dagegen werden die Steuerzeiten samt Nockenspreizung direkt und gleichsinnig durch den Nockenwellenversteller verschoben, wobei, um wieder das Optimum für die Überschneidungs-/Spülphasegestaltung zu schaffen, die Öffnungszeit um einen ent- sprechenden Korrekturwert zurück nach Früh verstellt wird und weil bei einer konstant gehalteneren Ventilhubgröße die Partnersteuerzeiten fest zusammenhängen, gestalten sich dabei die Schließzeitenverstellungsparameter identisch.In the second step, on the other hand, the control times including the cam spread are shifted directly and in the same direction by the camshaft adjuster, whereby in order to restore the optimum for the overlapping / flushing phase design, the opening time is reduced by one talking back correction value is adjusted back to early and because the partner control times are permanently related to a hold constant valve lift, make the closing time adjustment parameters are identical.
Diese Beispielausführung zeigt deutlich ein besonderes Parallelverhalten der Schließzeitverschiebung zu der Hubgrößenveränderung, die dem Prinzip der drosselklappenfreien Lastregelung zur Funktion verhilft.This example embodiment clearly shows a special parallel behavior of the closing time shift to the Hubgrößenveränderung, which helps the principle of throttle-free load control to function.
Entscheidend dabei ist, dass einer einfachen Verkleinerung der Hubgröße eine zweifache Schließzeitverstellung folgt, die in dem ersten sowie zweiten Schritt nach Früh ausgerichtet ist.The decisive factor is that a simple reduction of the stroke size follows a double closing time adjustment, which is aligned in the first and second step to early.
Durch diesen Umstand kann das Einlassventil viel früher schließen und somit auch die Regelbarkeit sowie Effizienz des Gaswechselprozesses erheblich steigern. Ferner, um in einem reellen Betriebsmodus mit ständig schwankendem Lastanteil die Fehlfunktionen zu vermeiden, erscheint es besonders sinnvoll, auch um nebenbei fließende Übergangsphasen zu erreichen, die Verstellungsschritte praktisch gleichzeitig und möglichst stufenlos auszuführen.Due to this circumstance, the inlet valve can close much earlier and thus also significantly increase the controllability and efficiency of the gas exchange process. Furthermore, in order to avoid the malfunction in a real operating mode with constantly fluctuating load component, it seems particularly appropriate to achieve also transient transition phases, perform the adjustment steps virtually simultaneously and as continuously as possible.
Die Reihenfolge der Schritte würde dabei ihre Bedeutung verlieren, die Korrektur-/An-pas- sungslogik dagegen bliebe in dem gesamten Variabilitätsspektrum der beiden Verstellsysteme verbindlich und als übergeordnete Steuerungsstrategie bestehen. Eine Anwendung solcher Strategie bedingt ein klares Verhaltensmuster der Steuerzeiten und Hubgröße eines Ventils.The order of the steps would lose their significance here, but the correction / adaptation logic would remain binding in the entire variability spectrum of the two adjustment systems and be a superordinate control strategy. An application of such a strategy requires a clear pattern of control valve timing and stroke size.
Demnach würde ein Einlassventil im wesentlichem um so später/früher schließen, je größer/kleiner sein eingestellter Hubwert ist.Thus, an intake valve would substantially close later / earlier the greater / lesser its adjusted stroke value is.
Der Öffnungszeitpunkt dagegen würde in jeder Hubperiόde, unabhängig von der Hubgröße, tendenziell seine Position konstant halten.The opening time, on the other hand, would tend to keep its position constant in each stroke regardless of the stroke size.
Die Hubgrößenverstellvorrichtung und der Nockenwellenversteller müssen hier als Steuerungsstellglieder klassifiziert werden, zwischen denen keine direkte Verbindung besteht und dessen Einstellungen im Betrieb praktisch durchgehend neu koordiniert werden müssen. Das lässt zusätzlich auch die Anforderungen an die Verstellungs- und Betätigungstechnik steigern, wobei mehr präzise Schnelligkeit und Flexibilität eine besonders große Rolle spielen.The Hubgrößenverstellvorrichtung and the camshaft adjuster must be classified here as a control actuators, between which there is no direct connection and its settings must be virtually continuously re-coordinated in operation. In addition, this also increases the demands on the adjustment and actuation technology, with more precise speed and flexibility playing a particularly important role.
Um in punkto Nockenwellenverstellung die erforderliche Funktionalität der Ventilsteuerungsvariabilität auf der Einlassseite des neuen BMW-Motors zu erreichen und um die Restgassteuerung zu sichern, muss die Auslassnockenwelle ebenfalls nach Bedarf verstellt werden. Es kommt ein sog. Doppel-VANOS System zum Einsatz, bei dem die Verdrehung der beiden Nockenwellen durch jeweils einen motoröldruckbeaufschlagten Flügelzellenversteller geregelt wird.In order to achieve the required functionality of valve timing variability on the intake side of the new BMW engine in terms of camshaft timing and to ensure residual gas control, the exhaust camshaft must also be adjusted as needed. A so-called double VANOS system is used, in which the rotation of the two camshafts is regulated by a respective vane-cell adjuster loaded with engine oil.
Dieses System ermöglicht eine stufenlose Veränderung der Einlass- und Auslassnocken- , spreizung in .einem Verstellbereich von jeweils 60° KW'ύnd somit auch eine Steuerzeitenanpassung des Einlass- und Auslassventils, entsprechend der gewählten Einlasshubgröße. Die Kombination der Hub- und Nockenwellenverstellung von BMW bietet einerseits eine beispiellose Funktionalität auf dem Sektor der variablen Ventilsteuerungstechnik, steigert aber andererseits die Komplexität des gesamten Konzepts enorm.This system allows stepless variation of the intake and exhaust cam spreading in an adjustment range of 60 ° CA ' and thus also timing adjustment of the intake and exhaust valves according to the selected intake stroke size. On the one hand, the combination of BMW's lift and camshaft adjustment offers unprecedented functionality in the variable valve control technology sector, but on the other hand, it increases the complexity of the overall concept enormously.
Um die Steuerung der beiden Nockenwellenversteller und der, durch einen Elektromotor mit Schneckengetriebe, betätigbaren Steuer-/Exzenterwelle, sowie einer immer noch vorhandenen, aber nur auf Hilfs- oder Notfunktionen beschränkten und im Normalbetrieb von der Lastregelung ausgeschlossenen Drosselklappe zu realisieren, müssten schon bei den Entwicklungsmethoden völlig neue Wege beschritten und erarbeitet werden. Die Erhöhung der Stellgliederzahl auf vier, die den Gaswechselprozess regeln und deren spezielle Wirkungsweise brachte einen dramatischen Anstieg der möglichen Einstellkombinationen mit sich, was die Anforderungen an das Motorsteuerungssystem in großem Maße steigerte.In order to realize the control of the two camshaft adjuster and, by an electric motor with worm gear, operable control / eccentric shaft, as well as a still existing, but limited only to auxiliary or emergency functions and excluded in normal operation of the load control throttle, should already in the Development methods completely new paths are taken and worked out. Increasing the number of actuators to four, which governs the gas exchange process, and their specific mode of operation has resulted in a dramatic increase in possible setting combinations, greatly increasing the demands on the engine management system.
Aus diesen Gründen war es notwendig, ebenfalls die Sensorik und Aktuatorik, sowie Hardware und Software erheblich zu erweitern, wobei in Anbetracht der neuen Herausforderungen die Ingenieure nur begrenzt auf Altbewährtes zurückgreifen konnten und viele Komponenten neu entwickelt werden mussten.For these reasons, it was also necessary to significantly expand the sensors and actuators, as well as the hardware and software, and in view of the new challenges, the engineers had only limited use of the tried and tested and many components had to be redeveloped.
Um die sehr große Datenmenge von den vielen in Frage kommenden Netzsystemen/Komponenten permanent zu erfassen und sie dann schnell auszuwerten, sowie schließlich in präzise und logisch aufeinander abgestimmte Steuerbefehle verwandeln zu können, mussten auch einige neuentwickelte Datenverarbeitungsmethoden und Rechenmodelle, wie das „Inverse Fühlungsmodell" oder das „Adaptive physikalisch-neuronale Korrekturmodell" in das System appliziert werden.In order to be able to permanently record the very large amount of data from the many network systems / components in question and then evaluate them quickly, and finally to be able to convert them into precise and logically coordinated control commands, also some newly developed data processing methods and calculation models, such as the "inverse sensing model" or the "adaptive physical-neuronal correction model" are applied to the system.
Diese hochkomplexen Strukturen bilden einige der wichtigsten Funktionsfähigkeiten der Motorsteuerung, deren Wirkung letztendlich die effektive Beherrschung von zunehmender Systemkomplexität, sowie die maximale Ausschöpfung des großen Potenzials der VALVE- TRONIC erst möglich macht.These highly complex structures represent some of the most important functional capabilities of motor control, the ultimate effect of which is the effective mastery of increasing system complexity and the maximum exploitation of the great potential of VALVTRONIC.
Außerdem muss die reelle Umsetzung der Systemmechanik ebenfalls als umfangreiche, technische Herausforderung angesehen werden. Der bauliche, sowie konstruktive Aufwand ist spezieil für die Realisierung des variablen Ventilhubes besonders groß.In addition, the real implementation of system mechanics must also be seen as a major technical challenge. The structural and design effort is spezieil for the realization of the variable valve lift particularly large.
Bei der 4-zylindrigen Variante braucht jeder der acht Einlassventile des BMW-Motors eine eigene Hubverstellvorrichtung, deren Wirkungsweise und Konstruktionsstruktur durch komplexe, geometrische Zusammenhänge geprägt ist.In the 4-cylinder variant, each of the eight intake valves of the BMW engine needs its own stroke adjustment device whose mode of action and design structure is characterized by complex, geometric relationships.
Und um die notwendige Ausführbarkeit von kleinsten und maßgenauen Ventilhuben sicher zu stellen, müsste konsequenterweise auch der Präzisionsstandard für die Fertigung und Montage einiger Bauteile drastisch angehoben werden.And to ensure the necessary executability of the smallest and dimensionally accurate valve gates, consequently, the precision standard for the production and assembly of some components would have to be drastically increased.
Beispielsweise müssen für die Bearbeitung der Ventilsteuerbahn des Schwenkhebels Toleranzwerte eingehalten werden, die sonst nur bei einer Dieseleinspritzanlagenproduktion üblich sind.For example, tolerances must be maintained for the processing of the valve control track of the pivot lever, which are otherwise usual only in a diesel injection plant production.
Ferner ist zu bemerken, dass es den Ingeunieren nur durch gestalterisch aufwendiges Zusammenwachsen der Maschinenbau-, Steuerungs- und Regelungstechnik, sowie des Elektrik/Elektronik Know-hows möglich war, die mit der Umsetzung der drosselklappenfreien Lastregelung eines Ottomotors zusammenhängenden Aufgaben und Probleme sicher zu lösen.It should also be noted that it was only possible for the engineers to reliably solve the tasks and problems associated with the implementation of the throttle valve-free load control of a gasoline engine through design-intensive integration of the mechanical engineering, control and regulation technology, as well as the electrical / electronic know-how ,
Somit setzte BMW durch Ausstattung ihrer hauseigenen Motorenfamilie mit der VALVE- TRONIC-technologie neue Maßstäbe für die Entwicklung und Produktion von neuen Verbrennungsmotoren. Dabei konnten trotz in jeder Hinsicht komplizierter und aufwendiger Bauweise die verfolgten Optimierungsziele erreicht werden.Thus, by equipping its in-house engine family with VALVETRONIC technology, BMW set new standards for the development and production of new internal combustion engines. In spite of the complexity and complexity of the construction, the pursued optimization goals could be achieved.
So konnte z.B. mit der ersten 4-zylindrigen Version für das BMW 3er Compact Model im Allgemeinen ein erheblicher Leistungs- und Drehmomentzuwachs bei gleichzeitiger Kraftstoffverbrauchsreduzierung in zweistelliger Höhe erreicht werden.For example, With the first 4-cylinder version for the BMW 3 Series Compact model, a significant increase in power and torque is achieved, with two-digit fuel savings at the same time.
Darüber hinaus konnten auch umweltpolitisch so wichtige Spitzenwerte bei der Abgasemissionsreduzierung erreicht werden, sowie weitere verbraucherrelevante Vorteile, wie ungewöhnliche Spontaneität, robustes Betriebsverhalten, hohe Laufruhe oder exzellentes Kaltstartverhalten.In addition, it was also possible to achieve environmentally important peak values for reducing exhaust emissions, as well as other consumer-relevant advantages, such as unusual spontaneity, robust operating behavior, smooth running or excellent cold start behavior.
Nach der erfolgreichen Einführung der VALVETRON IC-Technologie bei den Vierzylinder- Motoren folgten bald Acht- und Zwölfzylinder-Motoren bis konsequenterweise auch die letzten der BMW Otto-Motorenfamilie, nämlich die Reihensechszylinder-Motoren im Jahre 2004, die jedoch schon mit einer neuüberarbeiteten Entwicklungsstufe der VALVETRONIC ausgerüstet worden sind (Zeitschrift „MTZ Motortechnische Zeitschrift" insbesondere Jahrgang 62 in den Heften: 6/2001 auf den Seiten 450 bis 463 sowie 482 bis 489; 7-8/2001 auf den Seiten 516 bis 527 sowie 570 bis 579; 9/2001 auf den Seiten 630 bis 640; 10/2001 auf den Seiten 826 bis 835 und im Jahrgang 65 in den Heften: 11/2004 auf den Seiten 868 bis 880; 12/2004 auf den Seiten 1008 bis 1017 sowie im Jahrgang 66 in Heft 9/2005 auf den Seiten 650 bis 658).After the successful introduction of the VALVETRON IC technology in the four-cylinder engines soon followed by eight and twelve-cylinder engines and consequently also the last of the BMW Otto engine family, namely the straight-six engines in 2004, but already with a newly revised stage of development of the VALVETRONIC (magazine "MTZ Motortechnische Zeitschrift" especially year 62 in the booklets: 6/2001 on pages 450 to 463 and 482 to 489; 7-8 / 2001 on pages 516 to 527 and 570 to 579; 9 / 2001 on pages 630 to 640, 10/2001 on pages 826 to 835 and in the year 65 in the booklets: 11/2004 on pages 868 to 880; 12/2004 on pages 1008 to 1017 and in year 66 in issue 9/2005 on pages 650 to 658).
Unter der sonst sehr großen Anzahl der Offenlegungsschriften, die sich mit der variablen Regelung der Funktionen eines Hubventils während des Betriebes einer Verbrennungskraftmaschine befassen, wurde auch in DE 32 13 565 A1 eine Lösung zur Verstellung der Steuerzeiten vorgeschlagen, bei dar vorgesehen war, dies zunächst durch spezielle Konstruktionsgestaltung, sowie Anordnung und sich daraus ergebender Zusammenwirkung eines über einem Ventil angeordneten „Tassenstößels" mit einem von der Nockenwelle hubkraft- übertragenden und verstellbaren Hebel zu erreichen.Among the otherwise very large number of publications, which deal with the variable control of the functions of a lift valve during operation of an internal combustion engine, a solution for adjusting the timing has been proposed in DE 32 13 565 A1, was provided in this, first by special design design, as well as arrangement and the resulting interaction of a arranged over a valve "bucket tappet" with a camshaft lifting force-transmitting and adjustable lever to achieve.
Im Weiteren, als eine Alternativlösung zu dem verstellbaren Hebel, wurde, um ebenfalls nur die Verstellung der Ventilsteuerzeiten zu erreichen, eine relative Verdrehung der Nockenwelle zu der Kurbelwelle vorgeschlagen.Furthermore, as an alternative solution to the adjustable lever, in order to likewise achieve only the adjustment of the valve timing, a relative rotation of the camshaft to the crankshaft has been proposed.
Demnach soll die praktische Umsetzung dieser variablen Funktion mittels Verstellung einer schwenkbaren „Wippe", in der die Nockenwelle gelagert ist, geregelt werden. Dabei wird für die eigentliche Relativverdrehung ein Abrolleffekt genutzt, der zwischen den eingesetzten Nockenwellenantriebselementen während einer Schwenkpositionsänderung der Nockenwelle zustande kommt.Accordingly, the practical implementation of this variable function is to be controlled by adjusting a pivoting "rocker" in which the camshaft is mounted.
Nach einer Auswertung dieses Vorschlages wird jedoch offensichtlich, dass eine Umsetz- barkeit unter den reellen Bedingungen praktisch nicht gegeben ist, dennoch von der in diesem Zusammenhang simpel erscheinenden Idee ausgehend, die sich folglich, um die Steuerzeitenverstellung zu erreichen, eine Anordnungsvariabilität einer Nockenwelle zu Nutze macht und insbesondere wenn dazu noch diese durch deren Schwenkbarkeit erreicht werden soll, lässt sich in Verbindung mit gezielter Anwendung zusätzlicher Konstruktionsmaßnahmen und/oder unter bestimmten Vorraussetzungen eine vielseitige Wirkprinzipkombination, mit erheblich erweiterten Ventilsteuerungsfunktionspotenzial, ableiten und definieren.After an evaluation of this proposal, however, it becomes obvious that there is practically no feasibility under the real conditions, nevertheless starting from the idea appearing simple in this context, which consequently uses a camshaft arrangement variability in order to achieve the control timing adjustment makes and in particular if this is still to be achieved by their pivoting, can be in conjunction with targeted application of additional design measures and / or under certain conditions, a versatile combination of action principle, with significantly expanded valve control function potential, deduce and define.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung vorzuschlagen, deren Eigenschaften erlauben würden, die insbesondere mit der drosselklappenfreien Lastregelung eines Ottomotors zusammenhängenden Probleme platzsparend, mit möglichst geringem Aufwand und einfachen Mitteln sicher zu lösen. Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß sieht diese Lösung vor, dass eine Anordnung einer Bezugsebene/Fläche in einem Raum so bestimmt ist, dass durch einen variabel gestaltbaren Abstand einer Drehachse einer Nockenwelle zu der Bezugsebene/Fläche ein ganzes Spektrum einer variablen Hubgröße eines Gaswechselventils definierbar ist, und dabei die Vorrichtung mit einem zu der Nockenwellenanordnungsvariabilität kompatiblen sowie Steuerzeitenverstellungs- und/oder regelungsfähigen, die Nockenwelle, die in einem entsprechend verstellbaren Nockenwellenträger angeordnet/gelagert ist, mit einer drehbar gelagerten, fest angeordneten und mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kraftverbundenen, Zwischen/Antriebswelle, verbindenden Zwischengetriebe ausgerüstet ist, wobei ein Hubübertraguηgselement, oder bei Anwendung mehrerer, alle Hubübertragungselemente miteinander oder verteilt, an einem Profil eines Nocken und/oder an dem Gaswechselventil, durch eine/mehrere Feder- krafteinwirkung/en und/oder mittels einer/mehrerer Verbindung/en zwangsgeführt und/oder gehalten ist/sind.The invention had the object of providing a device for variable valve timing, whose properties would allow the particular associated with the throttle-free load control of a gasoline engine problems to save space, with the least possible effort and simple means safely. This object is achieved by the features listed in claim 1. According to the invention, this solution provides that an arrangement of a reference plane / surface in a space is determined such that a variable designable distance of a rotation axis of a camshaft to the reference plane / surface an entire spectrum of a variable stroke size of a gas exchange valve is definable, and thereby the device with one too the camshaft arrangement variability compatible as well as Steuerzeitenverstellungs- and / or controllable, the camshaft, which is arranged / stored in a correspondingly adjustable cam carrier, with a rotatably mounted, fixed and force-connected to a crankshaft of the internal combustion engine, intermediate / drive shaft, connecting intermediate gear is equipped, a Hubübertraguηgselement, or when using several, all Hubübertragungselemente with each other or distributed, on a profile of a cam and / or on the gas exchange valve, forcibly guided and / or held by one / more spring force / s and / or by means of one / more compound / s is / are.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die zielgerecht angewendeten und auf eine eigene Art zu einer mechanischen Regelungseinheit zusammengesetzten Vorrichtungsbauelemente mit ihren alt und neu definierten Funktionseigenschaften erlauben, mittels einer nach Bedarf initiierten Veränderung der variablen Nockenwellenanordnung allein und somit in einem einzigen Regelungsschritt, gleichzeitig eine stufenlose Verstellung der Hubgröße, Öffnungsdauer sowie, durch die dabei erzeugte Wirkung des Zwischengetriebes, eine Anpassung der Öffnungs- und Schließzeit eines Gaswechselventils durchzuführen.The advantages achieved by the invention are, in particular, that allow the targeted applied and assembled in a separate way to a mechanical control unit device components with their old and redefined functional properties, by means of an initiated as needed change the variable camshaft assembly alone and thus in a single control step , At the same time a continuous adjustment of the stroke size, opening duration and, to perform by the generated effect of the intermediate gear, an adjustment of the opening and closing time of a gas exchange valve.
Des weiteren, wie schon angedeutet, um einer angestrebten Steuerungsvollvariabilität eines Gaswechselventils näher zu kommen und die Multifunktionalität der hier vorgeschlagenen Lösung effizienter zu gestalten sowie die Auswirkung diverser Vorteile zu optimieren, kann die Erfindung, in Verbindung mit einer speziell definierten und konstruktiv umgesetzten Schwenkfähigkeit der Nockenwelle, erweitert werden.Furthermore, as already indicated, in order to come closer to a desired control full variability of a gas exchange valve and to make the multifunctionality of the proposed solution more efficient and to optimize the effect of various advantages, the invention, in conjunction with a specially defined and structurally implemented pivoting ability of the camshaft , to be extended.
Folglich ist es zweckdienlich solche Konfiguration für die nachfolgende Ausführung dieser Beschreibung als Standardlösung zu definieren, was ferner übernommen auch so zu betrachten ist.Consequently, it is useful to define such a configuration as a standard solution for the subsequent implementation of this description, which is also to be considered as such.
Diese auf eine besondere Weise miteinander kombinierten Fähigkeiten erlauben dann z.B. bei Konstruktion eines Reihenvierzylindermotors auf die Verwendung eines beispielsweise in jeder Hinsicht aufwendigen und mit vier Stellgliedern ausgerüsteten VALVETRO N IC-Systems zu verzichten, um stattdessen den hohen Anforderungen durch Verbauung einer relativ kompakten und einfachen, sowie nur mit einem Stellglied ausgestatteten Ventilsteuerung vollständig zu genügen.These capabilities combined in a particular way then allow e.g. in designing a four-cylinder in-line engine, to dispense with the use of a VALVETRO N IC system, which is elaborate, for example, in every respect and equipped with four actuators, to fully meet the stringent requirements of obstructing a relatively compact and simple valve actuator equipped with only one actuator.
Dabei kann praktisch, dank des rein mechanischen Wirkprinzips der Vorrichtung, an dem hochkomplexen Motorsteuerungs- und Regelungstechnikaufgebot entscheidend gespart werden. Die klassische Drosselklappenquerschnittregelungsaufgabe wird hier ebenfalls mit Hilfe der Hubgrößenvariabilität gelöst, aber genau wie auch die übrigen Ventilsteuerungsfunktionen durch Positionsveränderung eines schwenkbaren Nockenwellenträgers erwirkt, das mit Hilfe einer dafür geeigneten Verstellvorrichtung verstellbar und fixierbar ist. Die für einen sicheren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Ventilsteuerungslogik mit geeigneten Ansteuerungsparametern ergibt sich dank der mechanisch bedingten Zusammenhänge zwischen den verwendeten Bauelementen bei einer Positionsverstellung des Nockenwellenträgers automatisch.It can be practically saved, thanks to the purely mechanical principle of action of the device to the highly complex engine control and regulation technology. The classic throttle cross-section control task is also solved here with the help of Hubgrößenvariabilität, but exactly like the other valve control functions obtained by changing the position of a pivotable cam carrier, which is adjustable and fixable with the aid of a suitable adjustment. The required for a safe operation of the internal combustion engine valve control logic with suitable control parameters results automatically thanks to the mechanical relationships between the components used in a position adjustment of the cam carrier.
Dieser Tatsache vorausgehend müssen, im Gegensatz zu anderen Lösungen, die hier ebenfalls vorhandenen Anpassungs- und Abstimmungsmaßnahmen der variablen Ansteue- rungsparametergrößen de facto einmalig berücksichtigt und definiert werden und zwar lediglich in der Entwicklungs-/Konstruktionsphase.In contrast to other solutions, the adjustment and coordination measures of the variable control parameters, which are also present here, must be taken into account and defined de facto once and only during the development / design phase.
Folglich können somit hochkomplexe Aufwendungen, die beispielsweise auch bei VALVE- TRONIC für einen sicheren Betrieb unerlässlich sind und üblicherweise mit der permanenten Neukoordinierung und/oder Neuausrichtung von mehreren unabhängigen Stellgliedern unverzichtbar zusammenhängen, effizient umgangen werden.Consequently, highly complex expenditures, which are indispensable for safe operation, for example, in VALVTRONIC, and which are usually indispensable for the permanent re-coordination and / or realignment of several independent actuators, can be efficiently avoided.
Unter dem Strich bleibt eine vollvariable Ventilsteuerung mit einer simplen Regelungsprozedur, die gepaart mit einer hauptsächlich gängigen Maschinenbautechnik, im Stande ist, effektiv die für eine drosselklappenfreie Regelung einer Brennkraftmaschine nötigen Funktionalitäten, ohne Beteiligung der Auslassseite, zur Verfügung zu stellen. Folglich liegt es nahe, dass der Einflussbereich der Erfindung trotz der umfangreichen Möglichkeiten prinzipiell auf die Einlass- oder Auslassseite begrenzt werden kann, was wiederum eine weitere funktionelle Aufrüstung des gesamten Ventilsteuerungssystems erlaubt. Im Praktischen bedeutet es, dass beispielsweise neben der Vollvariabilität des Einlassventils auch eine unabhängige oder gekoppelte Anwendung einer weiteren Wirkprinzipgleichen oder aber einer anderen geeigneten Vorrichtung/Regelungsmaßnahme für das Auslassventil realisiert werden kann.The bottom line is a fully variable valve control with a simple control procedure, which is paired with a mainly common mechanical engineering, is able to effectively provide the necessary for a throttle valve-free control of an internal combustion engine functionalities, without involvement of the exhaust side available. Consequently, it is obvious that the scope of the invention, in spite of the extensive possibilities, can in principle be limited to the inlet or outlet side, which in turn allows a further functional upgrade of the entire valve control system. In practical terms, it means that, for example, in addition to the full variability of the intake valve and an independent or coupled application of another Wirkprinzipgleichen or other suitable device / control measure for the exhaust valve can be realized.
Des Weiteren, um den möglichen negativen Auswirkungen des Wesens der Erfindung betreffenden Umstandes, bei dem das herkömmliche Ventilspiel im klassischen Sinne nicht mehr existiert und praktisch durch den variablen Abstand ersetzt ist, dessen Wert die Maximalhubgröße des Ventils übersteigen kann, entgegenwirken zu können, sind im allgemeinen verhältnismäßig ebenfalls nur relativ bescheidene Mittel nötig. Ferner, unabhängig davon, wie lang der konzeptgebundene und ggf. auch umgelenkte Ven- tilhubkraftübertragungsweg sein soll und ob folglich die Vorrichtung im Motorblockbereich oder im Zylinderkopf direkt über dem Ventil oder versetzt angeordnet ist, reicht es aus, wenn ein, oder, je nach Variante und Ausführung, mehrere Hubkraftübertragungselement/e mit solchen Maßnahmen, wie z.B. Wirkung einer Federkraft und/oder einer festen und/oder beweglichen Verbindung prinzipiell gehindert wird/werden, sich während des Betriebes in dem Raum zwischen dem Nocken und dem Ventil unkontrolliert zu bewegen. Sekundär gestattet die Anwendung von solchen Hubübertragungselementstabilisierungs- maßnahmen aber auch weitgehende Veränderungen bei konstruktiver Gestaltung der Nockenwelle und hilft somit beispielsweise die Abmessungen und damit auch die rotierende Masse zu verringern und/oder Vorteile bei der Fertigung zu erzielen. Bedingt durch die o.g. Zusammenhänge, sowie die Tatsache, dass konventionellerweise praktisch das Öffnen und Schließen eines Ventils, von der Federkraftwirkung abgesehen, ausschließlich durch Einwirkung des abgerundeten Profils der Erhebungskurve eines Nocken gesteuert wird, kann hier bei dessen Gestaltung auf die sonst unverzichtbare Nocken- gmndkreisfläche gänzlich verzichtet werden.Furthermore, in order to counteract the possible negative effects of the essence of the invention circumstance in which the conventional valve clearance in the classical sense no longer exists and is practically replaced by the variable distance whose value may exceed the maximum stroke size of the valve, are in the In general, relatively only relatively modest means are needed. Furthermore, irrespective of how long the concept-linked and possibly also deflected valve lift transmission path should be and consequently whether the device in the engine block area or in the cylinder head is arranged directly above the valve or offset, it is sufficient if a, or, depending on the variant and design, several Hubkraftübertragungselement / e with such measures, such as the effect of a spring force and / or a fixed and / or movable connection is in principle prevented /, during operation in the space between the cam and move the valve uncontrolled. Secondarily, the application of such Hubübertragungselementstabilisierungs- measures but also allows extensive changes in the design of the camshaft and thus helps, for example, to reduce the dimensions and thus the rotating mass and / or to achieve advantages in the production. Due to the above-mentioned contexts, as well as the fact that practically the opening and closing of a valve, apart from the spring force effect, is controlled exclusively by the action of the rounded profile of the elevation curve of a cam, the otherwise essential cam surface may be used in its design be completely dispensed with.
Im Praktischen bedeutet es, dass eine herkömmliche Nockenwelle beispielsweise durch eine einfache, gegebenenfalls auch kugel- und/oder rollengelagerte Welle oder ein Rohr geringeren Durchmessers, das mit einem Ventilbetätigungsarm ausgerüstet ist, ersetzt werden könnte.In practical terms, it means that a conventional camshaft could be replaced by, for example, a simple shaft, possibly ball and / or roller bearing, or a smaller diameter tube equipped with a valve actuating arm.
Das Ende des Ventilbetätigungsarmes, das dabei das Profil der Erhebungskurve eines herkömmlichen Nocken ersetzen würde, wäre dann ebenfalls, den Anforderungen entsprechend, abgerundet ausgebildet oder sogar vorzugsweise, um die Reibungskräfte bei Betätigung zusätzlich zu minimieren, mit einer drehbar gelagerten Rolle bestückt. Das andere, gegenüberliegende Ende, z.B. durch eine geeignete Verschraubung fest mit der Welle verbunden, würde den Ventilbetätigungsarm zum eigenständigen und somit auch austauschbaren Bauteil machen, was ebenfalls als Potenzial mit positiven Nutzwert betrachtet werden kann.The end of the valve actuating arm, which would replace the profile of the survey curve of a conventional cam, would then also, according to the requirements, rounded or even preferably, to minimize the frictional forces during operation, equipped with a rotatably mounted roller. The other, opposite end, e.g. firmly connected to the shaft by a suitable screw connection would make the valve actuating arm an independent and thus also exchangeable component, which can also be regarded as potential with positive utility value.
Wie oben angedeutet, eine weitere wichtige Vereinfachung, den anderen Lösungen gegenüber, besteht darin, dass alle Einlass- oder ggf. Auslassventile, die der selben Zylinderreihe einer Verbrennungskraftmaschine angehören, prinzipiell mit einer gemeinsam in vorzugsweise einem schwenkbaren Nockenwellenträger zu einem Block zusammengefassten Baugruppe, die im Grunde nur aus einer Nockenwelle, einer Zwischen-/Antriebswelle sowie einem Zwischengetriebe, die die beiden Wellen verbindet, zusammen gesetzt ist, vollvariabel gesteuert werden können.As indicated above, another important simplification, compared to the other solutions, is that all inlet or possibly exhaust valves that belong to the same row of cylinders of an internal combustion engine, in principle with a combined in preferably a pivotable cam carrier in a block assembly, the Basically only from a camshaft, an intermediate / drive shaft and an intermediate gear that connects the two shafts, put together, can be controlled fully variable.
Alternativ dazu erlaubt das Wesen der Erfindung optional, wenn auch unter erheblich vergrößertem Aufwand und gesteigerter Systemkomplexität, die Funktionen der einzelnen Ventile oder Ventilgruppen konstruktiv voneinander zu trennen, was speziell bei größeren Einheiten besonderes zweckmäßig erscheint und womit Aufgaben wie Ventil-/Zylinderab- schaltung oder einem präzisen Ausgleich der Bedingungen in verschiedenen Zylindern begegnet werden kann.Alternatively, the essence of the invention allows optionally, albeit under considerably increased effort and increased system complexity, to constructively separate the functions of the individual valves or valve groups from one another, which is especially the case with larger ones It may be desirable for units to perform such tasks as valve / cylinder deactivation or precise balancing of conditions in different cylinders.
Wohl um etwa solche Ventilsteuerungsvariante, bei der beispielsweise vorgezogen wurde, jeden Zylinder eines Mehrzylinders von den anderen unabhängig einlass- oder auslasssei- tig regeln zu können, wäre es nötig jedem Zylinder in der selben Reihe eine eigene hier vorgeschlagene, unabhängig verstellbare und fixierbare Vorrichtung zuzuordnen. Folglich also ergibt sich als Lösung eine Parallelschaltung mehrerer, in einer Reihe nebeneinander angeordneter Vorrichtungen, die durch eine Zwischen-/Antriebwelle, mit entsprechender Länge, einheitlich angetrieben sind und jeweils einem, für jeden einzelnen Zylinder zuständiges, Teilstück einer, normalerweise aus einem Stück gefertigten jedoch in diesem Fall notwendigerweise geteilten, Nockenwelle steuern.Probably about such a valve control variant, in which, for example, was preferred to be able to control each cylinder of a multi-cylinder independently of the other inlet or outlet side, it would be necessary to assign each cylinder in the same row a separate proposed here, independently adjustable and fixable device , Consequently, as a solution results in a parallel connection of a plurality of juxtaposed devices, which are driven by an intermediate / drive shaft, of appropriate length, uniformly and one, responsible for each cylinder, part of one, usually made in one piece however, in this case necessarily split, camshaft control.
Darüber hinaus, trotz Erreichung einer hohen, durch die klare Zielsetzung definierter Funktionalität, kann bei der hier vorgeschlagenen Lösung eine Betriebssicherheit geboten werden, die im Grunde einer herkömmlichen und nichtvariablen Ventilsteuerung gleichkommt. Folglich bedeutet es, dass bei einer parallelen einlass- und auslassseitigen Umsetzung ebenfalls, auf Grund des speziellen Wirkprinzips und der speziellen Wirkungsweise der Vorrichtung, kann, bei derartigen Anordnungen ein sonst durchaus denkbares Szenario einer Steuerungsfehlfunktion, die zu mechanischen Motorschäden durch ungewollte Kollision der beweglichen Bauteile wie Kolben und Ventile führen könnte und in der Entwicklungsphase als mögliche Gefahr vor allem bei hoher System komplexität und/oder Stellgliederanzahl zumindest berücksichtigt werden muss, praktisch mit einer einfachen Maßnahme/Zusatzvorrichtung zur Begrenzung des Nockenwellenträgerschwenkbereiches von vornherein ausgeschlossen sein.In addition, despite achieving a high, defined by the clear objective functionality, in the proposed solution here, a reliability can be offered, which is basically a conventional and non-variable valve control. Consequently, it means that in a parallel inlet and outlet side implementation also, due to the special principle of action and the special mode of action of the device, in such arrangements an otherwise quite conceivable scenario of a control malfunction, the mechanical engine damage due to accidental collision of the moving components how pistons and valves could lead and in the development phase as a potential risk, especially at high system complexity and / or number of actuators at least must be considered, practically be excluded with a simple measure / additional device for limiting the camshaft carrier pivot range from the outset.
Schließlich selbst eine Implementierung der Erfindung in ein reelles Vorhaben erscheint in Anbetracht der o.g. Merkmale und Vorteile, sowie der Tatsache, dass diese Vorrichtung prinzipiell auf die Elektronik nicht angewiesen ist und dabei trotzdem eine recht universelle Komplettlösung einer vollvariablen Ventilsteuerung bietet, als eine vergleichsweise relativ aufwendungsarme Aufgabe.Finally, even an implementation of the invention into a real project appears in view of the above mentioned. Features and advantages, as well as the fact that this device is not dependent on the electronics in principle and still offers a fairly universal complete solution of a fully variable valve control, as a relatively relatively low-cost task.
Dementsprechend kann auch der Ressourcenverbrauch und die Zeit in der Entwicklungsund Konstruktionsphase eines neuen Motors eingespart werden.Accordingly, the resource consumption and the time in the development and design phase of a new engine can be saved.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine wegen des möglichst kürzesten Hubkraftübertragungsweges bevorzugte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Hub- und Steuerzeitenverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine in einer Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes und Fig. 2 ein Funktionsbeispielsdiagramm, eines variabel gesteuerten Ventils nach Fig. 1.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Show it: 1 is a preferred because of the shortest Hubkraftübertragungsweges variant of a device according to the invention for variable lifting and timing adjustment of a gas exchange valve of an internal combustion engine in a cross-sectional view of a cylinder head and Fig. 2 is a functional example diagram of a variably controlled valve of FIG .. 1
Bei der in Fig. 1 behandelten Konstruktion wurden zum Vorteil des Verständnisses dieser Beschreibung Details absichtlich vereinfacht und/oder so gestaltet, dass dadurch wichtige Aufbaumerkmale sowie die Bedeutung der einzelnen Bauelemente, die der Vorrichtung zur jeweilig gewünschten Funktion verhelfen, in der zeichnerischen Darstellung klar erkennbar sind.In the construction discussed in FIG. 1, details have been purposely simplified and / or designed for the benefit of understanding this description, thereby clearly recognizing important structural features and the meaning of the individual components that provide the device with the desired function are.
Dadurch bedingt, besitzt diese Ausführung der hier vorgeschlagenen Lösung, trotz voller Funktionsfähigkeit, eher einen Charakter eines Anschauungsobjektes mit Grundlagenstatus.As a result, this embodiment of the solution proposed here, despite full functionality, rather has a character of a visual object with basic status.
Auch bei der Darstellung selbst wurden Details, die das eigentliche Wesen der Erfindung nicht berühren, wie z.B. Schwenkbereichbegrenzungs- und Verstellvorrichtung für den Nockenwellenträger oder eine Tassenstößelführung sowie teilweise vollständige Positionsmarkierungen der beweglichen Bauteile, um darauf vor allem eine bessere Auflösung und Überschaubarkeit der überaus wichtigen und komplexen geometrisch dynamischen Zusammenhängen zu erreichen, weggelassen.Also in the illustration itself, details which do not affect the very essence of the invention, e.g. Schwenkbereichbegrenzungs- and adjustment device for the camshaft carrier or a bucket tappet guide and partially complete position markings of the moving components, in order to achieve a better resolution and clarity of extremely important and complex geometric dynamic relationships, omitted.
Folglich zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung 1 zur stufenlos regelbaren und vollvariablen Steuerung der Steuerzeiten und der Hubgröße eines Einlassventils 2 in einer Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes 3 eines hier nichtgezeigten 4-Takt Motors in einem exakt bestimmten Zustand.1 shows a device 1 for infinitely variable and fully variable control of the timing and the lift size of an intake valve 2 in a cross-sectional view of a cylinder head 3 of a 4-stroke engine not shown here in a precisely determined state.
Demzufolge befindet sich ein Ventiltrieb mit einem auf einer Zwischen-/Antriebswelle 4 fest angeordneten Antriebsrad 5, das durch einen Zahnriemen 6 mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kraftverbunden ist, direkt vor dem Eintritt in eine Phase, in der das Öffnen des Einlassventils 2 eingeleitet werden kann, was im Folgenden dargelegt wird. Aus der Anordnung kann klar abgeleitet werden, dass bei einer Situation, bei der eine der drei Mobilmarkierungen auf dem Antriebsrad 5, nämlich die OT (oberer toter Punkt) Markierung 7 mit einer, durch eine Schraube 8 am Zylinderkopf 3 befestigten OT Markierung 9, die gleiche Position teilen würde, käme es in Bezug auf eine herkömmliche Ventilsteuerung einer aktiven Zylinder~/Brennkammerspülphase gleich.Accordingly, there is a valve train with a fixed on an intermediate / drive shaft 4 drive wheel 5, which is connected by a toothed belt 6 with a crankshaft of the internal combustion engine, just before entering a phase in which the opening of the intake valve 2 can be initiated , which is outlined below. From the arrangement, it can be clearly understood that in a situation where one of the three mobile marks on the drive wheel 5, namely the TDC (top dead center) mark 7 with a TDC mark 9 fastened to the cylinder head 3 by a screw 8, the sharing the same position, it would be equivalent to an active cylinder / combustor phase with respect to conventional valve control.
Tatsächlich zeigt aber eine, durch den gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehrichtungs- markierungspfei! 10, geklärte Positionsordnung, dass die OT Markierung 7 einen Schritt da- vor steht, um stattdessen den Platz gegenüber der OT Markierung 9 einer EÖ (Einlass öffnet) Markierung 11 zu überlassen, wobei vorerst betrachtend der Begriff „Einlass öffnet" nur der so definierten Stellung der Zwischen-/Antriebswelle 4 allein eindeutig zugeordnet werden kann.In fact, however, a directional arrow pointing through the counterclockwise direction! 10, clarified positional order that the OT mark 7 is a step is in front to leave instead the space opposite the TDC marking 9 a EÖ (inlet opens) mark 11, for now considering the term "inlet opens" only the so defined position of the intermediate / drive shaft 4 alone can be clearly assigned.
Anforderu-ngsgemäß, wie sonst bei jeder anderen variablen Ventilsteuerung auch, muss hier ebenfalls, und das trotz der Tatsache, dass im Gegensatz zu der Zwischen/Antriebswelle 4 eine Nockenwelle 12 in dem Zylinderkopf 3 keine feste Anordnung hat, sondern schwenkbar ist, die „Einlass öffnet" Phase durch den Hubkraftübertragungsstrang, unabhängig von der eingestellten Ventilhubgröße, konstant oder ggf. höchstens davon in zumutbaren Grenzen abweichend, gehalten werden, um nach Bedarf auf das Einlassventil 2, der Ventilsteuerungslogik entsprechend, final übertragen werden zu können. Um die sonst aufwendige Aufgabe zu lösen und jeder vorgesehenen Hubgröße diese fundamentale Funktion zur Verfügung zu stellen, wurde ein Zwischengetriebe 13, das als Stirnzahnradgetriebe mit Übersetzungsverhältnis 1:1 ausgelegt ist, eingesetzt. Darauf aufbauend wird im Betrieb eine Treibkraft der Zwischen-/Antriebswelle 4 starr, weiter durch ein treibendes Zahnrad 14, auf ein getriebenes Zahnrad 15, zur Nockenwelle 12 und schließlich auf einen modifizierten Nocken 16 der Reihe nach übertragen. Die Nockenwelle 12 mit dem Nocken 16 und dem getriebenen Zahnrad 15 ist genau wie die Zwischen-/Antriebswelle 4 mit dem treibenden Zahnrad 14 jeweils, Drehlagergleitfläche inklusive, aus einem Stück gefertigt.According to the requirements, as with any other variable valve control, too, and despite the fact that unlike the intermediate / drive shaft 4, a camshaft 12 in the cylinder head 3 does not have a fixed arrangement but is pivotable, the " Inlet opens "phase through the Hubkraftübertragungsstrang, regardless of the set Ventilhubgröße, constant or possibly at most deviating from this within reasonable limits, held to be transmitted according to demand on the intake valve 2, the valve control logic, final, to the otherwise complex To solve this problem and to provide this fundamental function to each intended stroke size, an intermediate gear 13 designed as a spur gear transmission with a gear ratio of 1: 1 has been used a driving gear 14, on a driven tooth wheel 15, to the camshaft 12 and finally transferred to a modified cam 16 in turn. The camshaft 12 with the cam 16 and the driven gear 15 is exactly like the intermediate / drive shaft 4 with the driving gear 14 each, Drehlagergleitfläche included, made in one piece.
Auf dem Zylinderkopf 3 ist ein Lagerbock 17 mit einer Konstruktionsstruktur eines dickwandigen, nach innen rausragenden Rohrs angeordnet/gelagert und, durch ein Halbschalenele- ment 18 sowie jeweils mit einer Schraube 19 auf jeder der beiden Seiten befestigt, dabei wird für eine Lagerung der Zwischen-/Antriebswelle 4 die Rohröffnung verwendet, die als ein Zwischen-/Antriebswellendrehlager 20 dargestellt ist.On the cylinder head 3 a bearing block 17 is arranged / mounted with a construction structure of a thick-walled, inwardly projecting tube and fastened by a half-shell element 18 and in each case with a screw 19 on each of the two sides. / Drive shaft 4 uses the tube opening, which is shown as an intermediate / drive shaft pivot bearing 20.
Ein nicht abgedeckter Teil des Rohraußenmantels des Lagerbocks 17 dagegen definiert ein Schwenklager 21 eines Nockenwellenträgers 22, dessen Stellung durch den Verlauf seiner eigenen Mittellinie aufgezeigt und als SP6 (Stellpositionsmarkierung 6 des Nockenwellenträgers 22) ausgewiesen ist.An uncovered part of the outer tube shell of the bearing block 17, however, defines a pivot bearing 21 of a cam carrier 22 whose position is indicated by the course of its own center line and SP6 (positioning position marking 6 of the cam carrier 22) is designated.
Der Bauweise des Zwischengetriebes 13 entsprechend ergibt sich so eine Anordnungsko- axialität des Schwenklagers 21 und Zwischen-/Antriebswellendrehlagers 20, sowie konsequenterweise eine zu der Zwischen-/Antriebswelle 4 passende Parallelanordnung der Nockenwelle 12, die in einer zweiten, kleiner dimensionierten und als ein Nockenwellendrehla- ger 23 gekennzeichneten Öffnung an dem schwenkbaren Ende des Nockenwellenträgers 22 gelagert ist. Es gilt an dieser Stelle zu erwähnen, dass in diesem Fall der Nockenwellenträger 22 nur als einfaches Verbindungsglied ausgestaltet ist, was insbesondere, um eine nötige Stabilität gewährleisten zu können, eine ausreichende Dimensionierung der in Fig. 1 nichtgezeigten Tiefe der jeweils und nur einfach vorhandenen NockenweHendrehlager 23, Schwenklager 21 und Zwischen-/Antriebswe)ledreh!ager 20, sowie der Stärke des Nockenwellenträgers 22 voraussetzt.The construction of the intermediate gear 13 accordingly results in an arrangement co-axiality of the pivot bearing 21 and intermediate / drive shaft pivot bearing 20, and consequently a matching to the intermediate / drive shaft 4 parallel arrangement of the camshaft 12, in a second, smaller and dimensioned as a Nockenwellendrehla - ger 23 marked opening is mounted on the pivotable end of the camshaft carrier 22. It should be noted at this point that in this case the camshaft carrier 22 is designed only as a simple link, which in particular, in order to ensure a necessary stability, a sufficient dimensioning of not shown in Fig. 1 depth of each and only simply existing NockenweHendrehlager 23, pivot bearing 21 and intermediate / Antriebwe) ledreh! Ager 20, and the strength of the camshaft carrier 22 requires.
Der Nockenwellenträger 22, dessen Konturen denen eines herkömmlichen Nocken ähneln, fasst praktisch die o.g. Bauelemente zu einer kompakten und variablen Ventiltriebgebereinheit zusammen, die in Verbindung mit einer geeigneten Verstellvorrichtung direkt fähig ist, die Ansteuerungsparameter nach Bedarf zu verändern und/oder zu fixieren. Konsequenterwerse, der konstruktiven Anordnung der Nockenwelle 12 in dem schwenkbaren Nockenwellenträger 22 nach, können Nockenwellenanordnungskoordinaten, die hier variabel sind, zunächst nicht definiert werden.The cam carrier 22, whose contours are similar to those of a conventional cam, practically holds the o.g. Components together to form a compact and variable valve gear unit, which is in combination with a suitable adjustment directly capable of changing the driving parameters as needed and / or to fix. Consistent Werwer, the constructive arrangement of the camshaft 12 in the pivotable cam carrier 22 after, camshaft assembly coordinates, which are variable here, initially not be defined.
Um in dieser Situation Abhilfe zu schaffen, wird an dieser Stelle vorgeschlagen, eine neue Konstante zu benennen, die helfen soll, die konstruktive Gestaltung der Vorrichtung 1 zu definieren und deren Wirkungsgesetzmäßigkeiten eindeutig zu bestimmen. Dabei wird angenommen, dass im Vorfeld wichtige Zylinderkopfkonstruktionsmerkmale wie z.B. Ventilwinkel, Brennkammerform, Verlauf und Ausgestaltung des Einlasskanals oder der Anordnung der Führung, Federung und Zubehörbauelemente für das Einlassventil 2 definiert sind.In order to remedy this situation, it is proposed at this point to name a new constant, which should help to define the structural design of the device 1 and to clearly determine their laws of action. It is assumed that in advance important cylinder head design features such as e.g. Valve angle, combustion chamber shape, course and configuration of the intake port or the arrangement of the guide, suspension and accessory components for the intake valve 2 are defined.
Folglich, wenn auch in diesem Fall die o.g. Faktoren keine prinzipielle Bedeutung für die Funktionsweise der Vorrichtung 1 haben, die daher hier nicht ausführlicher behandelt werden brauchen, bestimmen sie jedoch, wie bei jeder anderen praktischen Implementierung einer Hubventilsteuerung, die Ausrichtung sowie Gesamthöhe des Einlassventils 2 mit. Nach einer konstruktiven Verwertung dieser Daten, können dann die Anordnungskoordinaten einer Ventilachse 24 festgelegt sowie ein aktueller Ventilfunktionsstatus, der in Fig. 1 auf eine Position des nach oben ragenden Endes des Einlassventils 2 bezogen ist, ermittelt werden.Consequently, although in this case the o.g. However, as with any other practical implementation of a lift valve control, factors such as those that do not have a principal meaning to the operation of the device 1, which need not be discussed in more detail herein, determine the orientation and overall height of the intake valve 2. After a constructive utilization of these data, the arrangement coordinates of a valve axis 24 can then be determined and a current valve function status, which is referenced in FIG. 1 to a position of the upwardly projecting end of the inlet valve 2, determined.
Als universelles Beispiel angenommen und in Fig. 1 zeichnerisch dargestellt sind diese Größen als logischer Anfang sowie Aufbaufundament für die Konstruktionsgestaltung der Vorrichtung 1 zu betrachten.Assumed as a universal example and shown diagrammatically in FIG. 1, these quantities are to be considered as a logical starting point as well as a structural foundation for the design of the device 1.
Da es sich in diesem Fall um eine Ventilsteuerungsvariante handelt, bei der die mit der Ventilachse 24 parallel wirkende Hubkraft von der Nockenwelle 12 mit dem modifizierten Nocken 16 direkt über ein Hubübertragungselement, in diesem Fall ein Tassenstößel 25, auf dem Einlassventil 2, ähnlich wie bei einem großen Teil der modernen Verbrennungsmo- toren, übertragen wird, ist es vorteilhaft eine virtuelle Bezugsebene 26 zu bestimmen, deren Ausrichtung und Niveau, mit denen einer, durch einen Durchmesserwert d (Durchmesser der Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25) definierten, Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25 gleich ist.Since in this case it is a valve timing variant in which the lifting force acting in parallel with the valve axis 24 from the camshaft 12 with the modified cam 16 directly via a Hubübertragungselement, in this case a bucket tappet 25, on the intake valve 2, similar to a large part of modern combustion It is advantageous to determine a virtual reference plane 26 whose orientation and level at which a contact surface 27 of the cup tappet 25 defined by a diameter value d (diameter of the engagement surface 27 of the tappet 25) is the same.
Um dabei einen eindeutigen Ergebniswert zu erhalten, muss allerdings für diesen Zweck sicher gestellt werden, dass-das Einlassventil 2 geschlossen ist und in einem, insbesondere in Wirkrichtung der Hubkräfte, spiellosen Kontakt zu dem Tassenstößel 25 steht. Dieser Zustand und das Positionsniveau der Bezugsebene 26 und der Angriffsfläche 27 ist mittels einer Hubgrößenmarkierungslinie H0/5(SP6) [Ventilhubwert = null(0/5) bei Stellposition SP6 des Nockenwellenträgers 22] dargestellt und definiert. Die gewählte Anordnung der Bezugsebene 26 mit einem direkten Zugriff auf die Anordnungskoordinaten der Ventilachse 24 bietet letztendlich eine feste und exakte Bezugsplattform für den konstruktiven Aufbau der Vorrichtung 1 und hilft auch, im Sinne der Steuerungslogik des Einlassventils 2, bei einer Bestimmung und Anbindung der zusammenhängenden Funktionseigenschaften der in Fig. 1 gezeigten Bauelemente. Des Weiteren ist es aus der Fig. 1 ersichtlich, dass der Tassenstößel 25 mit einer integrierten Ventilschaftaufnahme 28 sich nicht nur in Kontaktzustand mit dem Einlassventii 2 befindet, sondern mit ihm direkt mittels einer Gewindeverbindung 29 verschraubt und mit einer Kontermutter 30 gesichert ist.In order to obtain a clear result value, however, it must be ensured for this purpose that the intake valve 2 is closed and is in a play-free contact with the tappet 25, in particular in the direction of action of the lifting forces. This state and the positional level of the reference plane 26 and the engagement surface 27 are represented and defined by means of a lift amount mark line H0 / 5 (SP6) [valve lift value = zero (0/5) at the parking position SP6 of the cam carrier 22]. The selected arrangement of the reference plane 26 with a direct access to the arrangement coordinates of the valve axis 24 ultimately provides a firm and accurate reference platform for the structural design of the device 1 and also helps, in terms of the control logic of the intake valve 2, in a determination and connection of the related functional properties the components shown in Fig. 1. Furthermore, it can be seen from FIG. 1 that the tappet 25 with an integrated valve stem receptacle 28 is not only in contact with the inlet valve 2, but is bolted to it directly by means of a threaded connection 29 and secured with a lock nut 30.
Mit dieser Lösungsvariante können einerseits unkontrollierte Bewegungen des Tassenstößels 25 zwischen dem modifizierten Nocken 16 und dem Einlassventil 2, die im Betrieb und insbesondere bei kleineren Ventilhubeinstellungen unweigerlich zu Verkantung und mechanischen Schäden der Bauteile führen würden, verhindert werden, andererseits bietet sich die ideale Möglichkeit einer Niveaufeinanpassung der Angriffsfläche 27 auf die Bezugsebene 26' an.On the one hand uncontrolled movements of the bucket tappet 25 between the modified cam 16 and the inlet valve 2, which would inevitably lead to jamming and mechanical damage of the components during operation and especially with smaller valve lift settings, can be prevented on the one hand with this solution variant, on the other hand offers the ideal possibility of Niveaufeinanpassung the engagement surface 27 on the reference plane 26 ' at.
An dieser Stelle ist zu beachten, dass eine nach dem Zusammenbau erforderliche Konzen- trizität der Führungsflächen des Einlassventils 2 und Tassenstößels 25 schon bei der Fertigung berücksichtigt und sicher gestellt werden muss.It should be noted at this point that a concentricity of the guide surfaces of the inlet valve 2 and the tappet 25 required after assembly must already be taken into account and ensured during production.
Jetzt erst kann, mit Hilfe der Bezugsebene 26, eine Beziehung der Position der Nockenwelle 12 zu der Hubgröße des Einlassventils 2 klar definiert und so ein fehlendes Glied in einer logischen Funktionskette des Ventilhubkraftstranges nachgereicht werden. In Anbetracht dessen liegt es dann nah, dass sich bei der Vorrichtung 1 der variable Ventilhubwert direkt aus einer Verrechnung eines Entfernungswertes einer Nockenwellenachse 31 zu der Bezugsebene 26 mit der Höhe des Nocken 16 ergibt. Dem entsprechend sowie bedingt dadurch, dass der Nocken 16 modifiziert ist und praktisch keinen, in dem Steuerungsverfahren aktiven, Nockengrundkreis aufweisen kann, verliert natürlich, im herkömmlichen Sinne betrachtend, die Nockenhöhe ihre hubgrößenbestimmende Bedeutung und wird an dieser Stelle durch eine neue Größe, nämlich ein in Fig. 1 als ein Nockenrotationsradius /2 ausgewiesener Entfernungswert einer Spitze des modifizierten - Nocken 16 zu der Nockenwellenachse 31 , ersetzt.Only now, with the aid of the reference plane 26, a relationship of the position of the camshaft 12 to the lift size of the intake valve 2 can be clearly defined and so a missing link in a logical function chain of the valve lift is submitted. In view of this, it is then obvious that in the device 1, the variable valve lift value results directly from a calculation of a distance value of a camshaft axis 31 to the reference plane 26 with the height of the cam 16. Accordingly, as a result of the cam 16 being modified and having virtually no cam base circle active in the control process, the cam height naturally loses its stroke size determining significance in the conventional sense and will be replaced by a new quantity, viz in Fig. 1 as a cam rotation radius / 2 designated distance value of a tip of the modified - cam 16 to the camshaft axis 31, replaced.
Generell gesehen, kann je nach Einstellung der Schwenkposition des Nockenwellenträgers 22 bestimmt werden, ob das Einlassventil 2 innerhalb eines Arbeitszyklus des Motors geschlossen bleiben oder geöffnet werden soll.Generally speaking, depending on the setting of the swing position of the camshaft carrier 22, it may be determined whether the intake valve 2 should remain closed or be opened within a work cycle of the engine.
Um das Öffnen des Einlassventils 2 einleiten zu können, gilt verbindlich als einzige Vorraussetzung, dass die Entfernung der Nockenwellenachse 31 zu der Bezugsebene 26 kleiner sein muss als der Nockenrotationsradius ι2.In order to be able to initiate the opening of the inlet valve 2, the only requirement is that the distance between the camshaft axis 31 and the reference plane 26 must be smaller than the cam rotation radius 12.
Für den Fall, dass das Einlassventil 2 geschlossen bleiben soll, gibt es dagegen zwei Möglichkeiten, bei welchen die o.g. Entfernung entweder, vom Wert her, mit dem Nockenrotationsradius A2 identisch oder größer sein muss.In the event that the inlet valve 2 should remain closed, however, there are two possibilities in which the o.g. Distance either, by value, must be identical or greater than the cam rotation radius A2.
Um die Zusammenhänge in dem variablen Ventilhubkraftstrang anschaulicher und eindeutiger darstellen zu können, wurde eine Entfernung der Nockenwellenachse 31 zu der Bezugsebene 26 gewählt, die in der Fig. 1 mit dem Nockenrotationsradius /2 identisch ist. Folglich, wenn auch, in der als Ausgangszustand dargestellten Konfiguration, das Öffnen des Einlassventils 2 nicht möglich ist, käme es jedoch in jedem Arbeitszyklus eines drehenden Motors zwangsläufig zu Kontakt zwischen der Spitze des Nocken 16 und der Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25.In order to be able to represent the relationships in the variable valve lift power train more clearly and unambiguously, a distance of the camshaft axis 31 was selected to the reference plane 26, which is identical to the Nockenrotationsradius / 2 in Fig. 1. As a result, although in the configuration shown as the initial state, it is not possible to open the intake valve 2, contact would inevitably be made between the tip of the cam 16 and the engagement surface 27 of the bucket tappet 25 in each cycle of operation of a rotating engine.
Darauf basierend lässt sich schließen, dass jede Veränderungsaktion der SP6, die eine Abstandsverkleinerung, um einen beliebigen Wert im Rahmen des vorgesehenen, zwischen der Nockenwellenachse 31 und der Bezugsebene 26 zur Folge hätte, im Betrieb automatisch eine vom Größenverhältnis her analoge und direkt in Hubgröße umgewandelte Öffnungsreaktion des Einlassventils 2 nach sich ziehen würde.Based on this, it can be concluded that any change action of the SP6 that would result in a reduction in distance, by any amount within the provided, between the camshaft axis 31 and the reference plane 26, will automatically be analogous in size and directly converted into lift size Opening reaction of the intake valve 2 would entail.
Um diese direkte Auswirkung der Schwenkpositionsveränderung des Nockenwellenträgers 22 auf die effektive Hubgröße des Einlassventils 2 aufzuzeigen, sind in Fig. 1 außer der dargestellten Ausgangsposition SP6, die mit einer Hubgrößenmarkierungslinie H0/5(SP6) zusammen hängt, zusätzlich fünf weitere Positionen markiert.In order to show this direct effect of the swing position change of the camshaft carrier 22 on the effective lift amount of the intake valve 2, in addition to the illustrated home position SP6, which is associated with a lift amount mark line H0 / 5 (SP6), an additional five positions are marked in FIG.
Somit, neben der „Null Hub" Ausgangsposition, kann beispielsweise hubwertaufsteigend die SP5 bis SP1 gewählt und damit, der Hubgrößenmarkierungslinien H1/5(SP5) bis.H5/5(SP1) entsprechend, eine Ventilhubgröße von ein Fünftel bis fünf Fünftel angesteuert werden, wobei ggf. die SP1 zugleich eine maximale Hubgröße des Einlassventils 2 definiert. Nach den bis jetzt vorgetragenen Einsichten, die durch die Beschreibung der konstruktiven Merkmale mit Funktions-^, Anordnungs-, und Fertigungshinweisen erweitert, der einzelnen und/oder zu diversen Bau-/Funktionsgruppen zusammengefassten Bauelemente der Vorrichtung 1 oder Erklärung zu der für die Fig. 1 gezielt gewählten Situation mit der festgelegten Stellung der Zwischen-/Antriebswelle 4 und dem Status des Einlassventils 2 sowie bis hier insbesondere auf die Ventilhubvariabilitätsbildung, bei einer Veränderung der Stellkonfiguration, bezogene Auswirkungsdarlegung erläutert worden sind, kann jetzt als nächstes auch ein komplexes Verhalten des modifizierten Nocken 16, hinsichtlich der variablen Steuerzeitengestaltung, explizit definiert werden.Thus, in addition to the "zero stroke" starting position, for example, increasing the stroke value can be selected SP5 to SP1 and thus, the Hubgrößenmarkierungslinien H1 / 5 (SP5) bis.H5 / 5 (SP1) accordingly, a Ventilhubgröße of one-fifth to five-fifths are controlled where appropriate, the SP1 at the same time defines a maximum lift size of the intake valve 2. According to the previously presented insights, which by the description of the constructive features with functional ^ , Anordnungs-, and manufacturing hints expanded, the individual and / or to various construction / functional groups combined components of the device 1 or explanation to that for Figs. 1 specifically selected situation with the specified position of the intermediate / drive shaft 4 and the status of the intake valve 2 and up to here in particular on the Ventilhubvariabilitätsbildung, with a change in the Stellkonfiguration, related impact assessment have been explained, can now next a complex behavior of the modified Cam 16, with regard to the variable timing control, be defined explicitly.
Unter dem Aspekt der Steuerzeitengestaltung also, lässt die Darstellung der Fig. 1 ebenfalls erkennen, dass immer wenn sich die Zwischen/Antriebswelle 4 in der „Einlass öffnet" Position befindet, sich entsprechend bei jeder markierten Stellung des Nockenwellenträgers 22 eine andere Anordnungslage des modifizierten Nocken 16 ergibt, die aber in jedem Fall, außer SP6, sicher stellt, dass jeweils ein anderer Teil seiner abgerundeten und durch einen Radius A3 (Nockenspitzenradius) definierten Arbeitsfläche, bei noch geschlossenbleibendem Einlassventil 2, in Kontakt mit der Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25 steht. Damit unter einem Vorbehalt minimaler Abweichungen innerhalb des ganzen Ventilhubgrö- ßenspektrums, die aber in Bezug auf das Konstanzprinzip zu vernachlässigen sind, ist es aus der Fig. 1 eindeutig zu entnehmen, dass die s.g. „Einlass öffnet" Phase für jede angewählte Hubgröße des Einlassventils 2 mit einem reellen Wert, als ein universales und ohne zusätzlichen Aufwand reproduzierbares Produkt, zur Verfügung steht. Dem gegenüber definiert ausnahmsweise die Anordnungslage des modifizierten Nocken 16 bei SP6 eine rein virtuelle Variante der „Einlass öffnet" Phase, was explizit den Anforderungen und somit den Tatsachen, dass bei dieser Stellung das Einlassventil 2 immer geschlossen bleibt und dem entsprechend auch der Kontaktzeitpunkt des modifizierten Nocken 16 mit der Angriffsfläche 27 keine Rolle spielt, entgegen kommt.1, the representation of FIG. 1 also shows that whenever the intermediate / drive shaft 4 is in the "inlet open" position, a different arrangement position of the modified cam occurs correspondingly for each marked position of the camshaft carrier 22 16 results, but in any case, except SP6, ensures that in each case another part of its rounded and defined by a radius A3 (cam tip radius) working surface, while still remaining inlet valve 2, in contact with the engagement surface 27 of the tappet 25 is. With a reservation of minimal deviations within the entire valve lift range, which however are negligible with regard to the principle of constancy, it can be seen clearly from FIG. 1 that the so-called "intake opens" phase for each selected lift quantity of the intake valve 2 with a real value, as a universal and without additional additional expense of reproducible product is available. By contrast, exceptionally, the arrangement position of the modified cam 16 at SP6 defines a purely virtual variant of the "inlet opens" phase, which explicitly meets the requirements and thus the facts that in this position, the inlet valve 2 always remains closed and, accordingly, the contact time of the modified Cam 16 with the attack surface 27 plays no role, comes opposite.
Wie dann die komplette Steuerzeitgestaltung des Einlassventils 2 während des Betriebs durch die Vorrichtung 1 schließlich realisiert wird, zeigt übersichtlich ein Funktionsdiagramm in der Fig. 2.How then the complete control timing of the intake valve 2 during operation by the device 1 is finally realized, clearly shows a functional diagram in FIG. 2.
Folglich finden sich alle Hubgrößen von H0/5(SP6) bis H5/5(SP1), aus der Fig. 1 übernommen, markiert auf einer senkrechten Hub-Achse des Funktionsdiagramms wieder, sowie auf einer waagerecht angeordneten und auf einen Drehiaufprozess der Kurbelwelle eines arbeitenden Motors bezogenen Zeit-Achse, ais ein EÖ (Einlass öffnet) bzw. ES (Einlass schließt) Markierungspunkt ausgewiesen, alle Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 2 fixiert zu sehen sind. Eine klare, nach Hubgrößeneinstellung differenzierte, Diagrammauflösung zeigen fünf sogenannte Erhebungskurven, die einzeln einer, durch die Zeit-/Hubachsenkoordinaten, der hintereinander in ausreichend kleinen Schritten gewählten Kurbelwellendrehpositionen [Zeit-Standard in Grad Kurbelwinkel (0KW)] und der dabei, jeweils aus der Wirkung des modifizierten Nocken -16 resultierenden Hubdimensionen [Hub-Standard in Millimeter (mm)], . vorgegebenen Linienführung folgend, eine grafische Abbildung eines Steuerungsverlauf- . sprofils des Einlassventils 2, zwischen den EÖ und ES Markierungspunkten der Zeit-Achse dar stellen.Consequently, all stroke sizes from H0 / 5 (SP6) to H5 / 5 (SP1), taken from FIG. 1, are marked on a vertical stroke axis of the function diagram again, as well as on a horizontally arranged and rotational rotation process of the crankshaft working engine related time axis, as a EÖ (inlet opens) and ES (inlet closes) marked point, all opening and closing times of the intake valve 2 are fixed to see. A clear, differentiated by Hubgrößeneinstellung, diagram resolution show five so-called survey curves, the one individually, by the time / Hubachsenkoordinaten, successively selected in sufficiently small increments crankshaft rotational positions [time standard in degrees crank angle ( 0 KW)] and the case, respectively the effect of the modified cam -16 resulting stroke dimensions [stroke standard in millimeters (mm)],. following a predetermined line, a graphic illustration of a control course. Sprofils the inlet valve 2, between the EÖ and ES mark points of the time axis represent.
Ein direkter Verlaufsvergleich der o.g. Erhebungskurven in dem Diagramm der Fig. 2 weist, in Anbetracht des relativ geringen technischen Aufwands zur Umsetzung der Systemvariabilität, auf eine insgesamt sehr hohe Effizienz der Vorrichtung 1 hin, wobei insbesondere die Anpassungsfähigkeiten der Steuerzeitenregelung zu beachten sind und zeigt einerseits, dass der Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils 2 für alle fünf Hubgrößen gleich und daher auf der Zeit-Achse als EÖ markierter Kurbelwinkelwert nur einmal vorhanden ist, andererseits aber auch, dass der Ventilschließzeitpunkt, für'jede einzelne der fünf Hubgrößen, immer ein anderer ist und dessen auf der Zeit-Achse jeweils als ES markierter Kurbelwinkelwert, beim Verändern der Stellposition des Nockenwellenträgers 22, mit dem Hubwert als ein Paar gemeinsam eine, der Größe betreffend, gleichsinnige Verhaltensweise aufweist, was positiver Weise immer zu gleichzeitiger Zunahme bzw. Abnahme der beiden Werte führt.A direct comparison of the o.g. Survey curves in the diagram of FIG. 2 indicate, in view of the relatively low technical complexity for the implementation of the system variability, an overall very high efficiency of the device 1, in particular the adaptive capabilities of the control timing must be taken into account and shows on the one hand that the time of Opening of the intake valve 2 is the same for all five lift sizes and therefore exists only once on the time axis as EÖ marked crank angle value, on the other hand, however, that the valve closing time, for'each of the five lift sizes, is always different and its on the time Each axis as ES marked crank angle value, when changing the setting position of the cam carrier 22, with the stroke value as a pair together one, in terms of size, same direction behavior, which always positively leads to simultaneous increase or decrease of the two values.
Den Zielvorgaben entsprechend also, ist die Vorrichtung 1 nicht nur im Stande, durch einen parallel zu einer Verstellung der Hubgröße wirkenden Steuerzeitenverschiebungsprozess, die für die Zylinderspülung erforderliche Konstanz der „Einlass öffnet" Phase sicher zu stellen, sondern ebenfalls das schon erwähnte, auf die Lastwechselsteuerbarkeit positiv wirkende, Verfahren „früheren Einlassschlusses" voll umzusetzen.In accordance with the objectives, therefore, the device 1 is not only able to ensure the constancy of the "inlet opening" phase required for the cylinder flushing by a timing shift process acting parallel to an adjustment of the lift quantity, but also the already mentioned, to the load change controllability to have a positive effect, to fully implement the "previous entry deadline" procedure.
Zusätzlich als funktionsvergleichsergänzender Parameter ist in dem Diagramm δfach ein Öffnungsdauerwert des Einlassventils 2, der jeweils aus einer Winkelwertdifferenz der, durch die Hubgrößeneinstellung bedingten, ES- sowie EÖ-Steuerzeit resultiert, aufgezeigt und als VÖZF(SP5) bis VOZF(SPI) (Ventilöffnungszeitfenster bei SP5 bis SP1) ausgewiesen.In addition, as a function comparison supplementary parameter in the diagram δfach an opening duration value of the intake valve 2, each resulting from an angular difference of the, caused by the Hubgrößeneinstellung, ES and EÖ control time results shown and as VÖZF (SP5) to VOZF (SPI) (valve opening time window at SP5 to SP1).
Konsequenterweise ist eine der SP6 entsprechende Öffnungsdauer des Einlassventils 2 gleich „Null" und daher auf der Zeitachse nur durch einen einzigen EK (Einlass Kontakt) Markierungspunkt vertreten, der eine Kurbelwinkelstellung definiert, bei dem sich die Spitze des modifizierten Nockens 16 im o.g. Kontaktzustand mit der Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25 befindet und ihr dabei auch exakt senkrecht gegenüber steht. Als Beispiel für eine funktionslogische Verbindung der Vorrichtung 1 zur Auslassseite, um vor allem die hier ebenfalls variable Gestaltung der Ventilüberschneidungsphase aufzuzeigen, liefert ein Teil einer weiteren Erhebungskurve, deren Ende die Zeitachse deckungsgleich mit der EK-Markierung trifft und als ein Schließwinkelwert AS (Auslass Schließt) eines in Fig. 1 nichtgezeigten und mit einer fixen Hubgröße sowie einer fixen Öffnungs- und Schließzeit gesteuerten Auslassventils ausgewiesen ist.Consequently, an opening duration of the intake valve 2 corresponding to SP6 is equal to "zero" and therefore represented on the time axis only by a single EK (inlet contact) marking point defining a crank angle position at which the tip of the modified cam 16 is in the above-mentioned contact state with the Attack surface 27 of the tappet 25 is located and her while it is exactly perpendicular. As an example of a functional logical connection of the device 1 to the outlet side, to show above all the here also variable design of the valve overlap phase, provides a part of another survey curve, the end of the time axis coincides with the EC marking and as a closing angle value AS (outlet closes ) is shown in Fig. 1, not shown and controlled with a fixed stroke size and a fixed opening and closing time exhaust valve.
Eine der wichtigsten Aufgaben der Fig. 1 ist die, die von der Wahl der Hubgrößeneinstellung des Einlassventils 2 unabhängig konstantbleibende „Einlass öffnet" Phase und die dazu nötige Anordnungslageveränderung des modifizierten Nocken 16 zu zeigen. Ferner, bei Betrachtung der gegebenen Endstellpositionen, ist es deutlich erkennbar, dass die Nockenspitze bei der Einstellung H0/5(SP6), dem Drehrichtungsmarkierungspfeil 10 nach, die Mittellinie SP6 des Nockenwellenträgers 22 schon passiert hat, während vergleichsweise bei H5/5(SP1) die Spitze der Nockenkonturmarkierung davon, die markierte Mittellinie SP1 zu ereichen, noch ziemlich weit entfernt ist.One of the most important tasks of Figure 1 is to show the "inlet open" phase, which remains constant independent of the choice of the lift size setting of the inlet valve 2, and to show the required positional change of the modified cam 16. Further, considering the given end position, it is clear recognizable that the cam tip has already passed the center line SP6 of the cam carrier 22 at the setting H0 / 5 (SP6), the rotational direction mark arrow 10, while comparatively at H5 / 5 (SP1) the tip of the cam contour mark thereof, the marked center line SP1 is still pretty far away.
Dieses Verhalten ist zusätzlich durch gegensätzliche Wertsymbolzuweisung für zwei, jeweils der Konfiguration entsprechend, ausgewiesene Nockenpositionswinkel, nämlich + (SP6) [positiver Positionswinkel '(Beta) der Mittellinie des modifizierten Nockens 16 zu der Mittelinie des Nockenwellenträgers 22 bei SP6] sowie - (SP1) (negativer Positionswinkel der Mittellinie des modifizierten Nockens 16 zu der Mittelinie des Nockenwellenträgers 22 bei SP1) des modifizierten Nockens 16 verdeutlicht.1''1 This behavior is further characterized by the conflicting value symbol assignment for two cam position angles respectively corresponding to the configuration, namely + (SP6) [positive position angle (beta) of the center line of the modified cam 16 to the center line of the cam carrier 22 at SP6] and - (SP1) (negative position angle of the center line of the modified cam 16 to the center line of the cam carrier 22 at SP1) of the modified cam 16 illustrates. 1 '' 1
Die in sechs Einstellungsvarianten zeichnerisch dargestellte Situation aus der Fig. 1 , die in dem Diagramm der Fig. 2 einem durch den EÖ-Kurbelwinkelmarkierungspunkt definierten Ventilsteuerungsfunktionsstand entspricht, zeigt eine zu der Nockenwellenträgerverstellung parallel wirkende und für die Konstanz der EÖ-Phase nötige Einlasssteuerzeitenkorrekturar- beit, die, in Form einer relativen Verdrehung der Nockenwelle 12 zu der Zwischen-/An- triebswelle 4, durch die Vorrichtung 1 bedarfsentsprechend verrichtet wird. Dieses reinmechanische Wirkprinzip des relativen Verdrehens der Nockenwelle 12 behält seine Gültigkeit immer und somit während einer Hubausführungsphase oder bei einem Durchlauf einer Leerlaufphase des modifizierten Nocken 16 gleichermaßen sowie ggf. in einem Stellbereich des Nockenwellenträgers 22, bei dem das Öffnen des Einlassventils 2 nicht möglich ist.1, which in the diagram of FIG. 2 corresponds to a valve control function level defined by the EO crank angle marking point, shows an intake control time correction work which is parallel to the cam carrier adjustment and necessary for the consistency of the EO phase which, in the form of a relative rotation of the camshaft 12 to the intermediate / drive shaft 4, is performed by the device 1 as needed. This purely mechanical action principle of the relative rotation of the camshaft 12 is always valid and thus during a stroke execution phase or during a run of an idle phase of the modified cam 16 equally and possibly in a control range of the camshaft carrier 22, in which the opening of the intake valve 2 is not possible.
In dem Diagramm der Fig. 2 ist das auf die Zeitachse bezogene Verhalten der Nockenwelle 12 übersichtlich anhand der unterschiedlichen Nockenspreizungswinkelwertangaben NS(SPI) bis NS(SP6) (Nockenspreizungswinkelwert bei SP1 bis SP6) ausgewiesen, wobei wie üblich ein Schnittpunkt der Koordinatenachsen, der einen OT-Kurbeiwinkelmarkierungs- punkt (oberer toter Punkt) definiert, und ein am höchsten liegender Punkt der jeweils betrachteten Einlass-Erhebungskurve oder im Falle der SP6 der EK-Markierungspunkt, für die Bemessung als Bezugsparameter herangezogen sind.In the diagram of FIG. 2, the behavior of the camshaft 12 relative to the time axis is clearly indicated on the basis of the different cam spread angle values NS (SPI) to NS (SP6) (cam spread angle value at SP1 to SP6), as usual an intersection of the coordinate axes, the one OT-Kurbeiwinkelmarkierungs- point (upper dead point), and a highest point of the considered inlet elevation curve or, in the case of SP6, the EK marker point for which design is used as a reference parameter.
Um ein den Anforderungen entgegenkommendes Ergebnis wie in dem Diagramm der Fig. 2 zu erreichen, müssen während der Entwicklungsphase neben den schon besprochenen, weitere erfindungsspezifische Merkmale der Vorrichtung 1 konstruktiv umgesetzt werden. Die Schlüsselrolle spielt dabei eine Anordnung einer Schwenkachse 32 [Schwenkachse des Nockenwellenträgers 22 (definiert zugleich auch die Zwischen-/Antriebswellendrehachse)] des Nockenwellenträgers 22, die in Fig. 1 durch die auf die Ventilachse 24, aber unter spezieller Berücksichtigung der, durch den Durchmesser d begrenzt, zur Verfügung stehenden Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25, sowie auf die Bezugsebene 26 bezogenen Koordinaten x und y definiert ist.In order to achieve a result which satisfies the requirements, as in the diagram of FIG. 2, further design-specific features of the device 1 must be implemented constructively during the development phase in addition to those already discussed. The key role thereby plays an arrangement of a pivot axis 32 [pivot axis of the camshaft carrier 22 (also defines the intermediate / drive shaft rotation axis)] of the camshaft carrier 22, in Fig. 1 by the valve axis 24, but with special consideration of, by the diameter d limited, available attack surface 27 of the tappet 25, as well as on the reference plane 26 related coordinates x and y is defined.
Als eine Art „leitende Richtlinie" für die Anordnungsbestimmung gilt es dabei, die Koordina- ten x und y so zu definieren, dass in der überaus wichtigen und sensiblen „Einlass öffnet" Phase die Nockenspitze sich im wesentlichen möglichst zwischen der Schwenkachse 32 und der Nockenwellenachse 31 befindet.As a kind of "guiding guideline" for the arrangement determination, it is important to define the coordinates x and y such that in the very important and sensitive "inlet opening" phase, the cam tip substantially as far as possible between the pivot axis 32 and the camshaft axis 31 is located.
Ist dies erst mal umgesetzt, dann wird die Entfernung der Nockenspitze zu der Schwenkachse 32 minimiert, was wiederum gezielt herbeiführt, dass eine, zunächst auch ohne Beteiligung des Zwischengetriebes 13 gedachte und mit einer Veränderung der Stellposition des Nockenwellenträgers 22 zusammenhängende, sowie auf die Bezugsebene 26 bezogene Niveauschwankungsabhängigkeit eines Nockenspitzenmittelpunkts 33 [Nockenspitzenmittelpunkt auf der Mittellinie des modifizierten Nocken 16 (definiert, durch A2 verkürzt um /3)] im Vergleich mit der der Nockenwellenachse 31, durch eine sozusagen Pseu- doschwenkarmverkürzung, die in einer solchen speziellen Situation zum Tragen kommt, bedeutend reduziert werden kann.Once this has been implemented, then the distance of the cam tip is minimized to the pivot axis 32, which in turn deliberately causes that one, initially imagined without involvement of the intermediate gear 13 and associated with a change in the parking position of the cam carrier 22, and on the reference plane 26th related cam levitation dependency of a cam tip midpoint 33 [cam tip midpoint on the centerline of the modified cam 16 (defined by A2 shortened by / 3)] compared to that of the camshaft axis 31 by a so-called pseudoscillation arm shortening that is used in such a particular situation, can be significantly reduced.
Praktisch in die Steuerungsfunktionsstruktur der Vorrichtung 1 , in einer Kombination mit einem Abrolleffekt des getriebenen Zahnrades 15 auf dem treibenden Zahnrad 14, aufgenommen, steigert diese Funktionsbesonderheit, wie die Darstellung der Fig. 1 und das Diagramm der Fig. 2 übersichtlich zeigen, die Öffnungszeitenkorrektureffizienz des Einlassventils 2 enorm.Conveniently incorporated in the control function structure of the device 1, in combination with a rolling effect of the driven gear 15 on the driving gear 14, this functional feature, as the illustration of Fig. 1 and the diagram of Fig. 2 clearly shows, increases the opening time correction efficiency of the Intake valve 2 enormous.
Noch mal deutlich wird es, wenn unter diesem Aspekt die schon analysierten Funktionsvorgänge rund um die beiden Winkel + (SP6) und - (SP1) im Vergleich herangezogen werden.Once again, it becomes clearer when, compared to this aspect, the already analyzed functional processes around the two angles + (SP6) and - (SP1) are compared in comparison.
Daraufhin ist es festzustellen, dass beispielsweise während eines Verstellungsvorganges des Nockenwellenträgers 22 von SP6 zu SP1 der effektive Abstand der Nockenwellenach- se 31 zu der Bezugsebene 26 kontinuierlich verkleinert wird, dem entgegenwirkend jedoch gleichzeitig, durch gezielte Anwendung des Zahnradabrolleffektes mit der o.g. Pseu- doschwenkarmverkürzung zusammen und wenn auch mit einer horizontalen Verschiebung, die ungünstigerweise wegen der Nockenwellenschwenkbarkeit nicht zu vermeiden ist und als ein Nebenprodukt dabei zu Stande kommt, aber dennoch im konstruktiv zulässigen Rahmen bleibend, mit der Angriffsfläche 27 des Tassenstößels 25 problemlos abgefangen werden kann, bleibt die Position des Nockenspitzenmittelpunktes 33 vom Niveau her im wesentlichen (SP6 ausgenommen) konstant.It should then be noted that, for example, during a displacement operation of the camshaft carrier 22 from SP6 to SP1, the effective distance of the camshaft axis 31 to the reference plane 26 is continuously reduced, the counteracting, however, at the same time, together by targeted application of Zahnradabrolleffektes with the above Pusudowenkarmverkürzung and although with a horizontal displacement, which unfavorable because of the Nockenwellenschwenkbarkeit is unavoidable and as a by-product to Resistant comes, but remaining within the constructive permissible frame, can be easily intercepted with the engagement surface 27 of the tappet 25, the position of the cam tip center 33 from the level substantially (SP6 excepted) remains constant.
Konsequenterweise wird die Niveaukonstanz des Nockenspitzenmittelpunktes 33 senkrecht nach unten auf ein Teil der durch /3 definierten Arbeitsfläche des modifizierten Nocken 16 übertragen, was wiederum dem vorgegebenen Ziel, einen gemeinsamen EÖ-Zeitpunkt für jede zur Auswahl stehende Hubgrößeneinstellung zu erzwingen (siehe EÖ-Kurbelwinkel- markierungs-punkt Fig. 2), entgegenkommt.Consequently, the constant level of the cam tip center 33 is transmitted vertically downwards to a part of the working surface of the modified cam 16 defined by / 3, which in turn forces the predetermined target to force a common EO timing for each available stroke size setting (see EÖ-Kurbelwinkel- Marking point Fig. 2), accommodates.
Bei der primären Funktion des schwenkbaren Nockenwellenträgers 22, nämlich der Ventil- hubgrößenregelung, die jeweils Senken, Heben oder Halten der Nockenwelle 12 in einer bestimmten Position als Aufgabe hat, wird ggf. neben der Vertikal- auch gleichzeitig, was offensichtlich ist und bis hierhin direkt nicht angesprochen wurde, die Horizontalanord- nungslage der Nockenwellenachse 31 in Zusammenhang mit einem Schwenkbahnverlauf um die Schwenkachse 32, der einem, durch einen NocRenwellenachsschwenkradius r\ definierbaren, Teil eines Kreises entspricht, verändert.In the primary function of the pivotable camshaft carrier 22, namely the valve stroke size control, each lowering, lifting or holding the camshaft 12 in a specific position as a task is possibly next to the vertical also at the same time, which is obvious and up to here directly has not been addressed, the horizontal arrangement position of the camshaft axis 31 in connection with a pivoting track course about the pivot axis 32, which corresponds to a definable by a NocRenwellenachsschwenkradius r, part of a circle changed.
Weiter folgend entspricht der ή also einer Anordnungsentfernung der Nockenwelle 12 zu der Zwischen-/Antriebswelle 4, die in Hinblick auf das gesamte Hubgrößenspektrum sowie passend zur Bezugsebene 26 und Angriffsfläche 27, wie die x und y Koordinaten auch, so gewählt sein muss, dass, durch eine damit zusammenhängende Dimensionierungsvorgabe für die beiden Zahnräder 14 und 15, das Zwischengetriebe 13 in einer Zusammenwirkung mit der entsprechend angepassten und durch /2 und A3 definierten Profilformgebung des modifizierten Nocken 16, bei jeder Situation in der Lage ist, mittels einer einfach resultierenden Nockenwellenrelativverdrehung als generell betrachtend sekundäre Funktionsaufgabe des schwenkbaren Nockenwellenträgers 22, eine anforderungsgemäße Ventilsteuerzeiten- regelung in einem effektiven Schwenkbereich der Nockenwellenachse 31 , der dabei definiert werden kann und in Fig. 1 durch einen Winkel (S'pδ) und einen Winkel (SP1) [auf die Bezugsebene 26 bezogenen Neigungswinkel (Alpha) des Nockenwellenträgers 22 bei (SP6) und (SP1)] begrenzt ist, zur Verfügung zu stellen.Further below, the entspricht thus corresponds to an arrangement distance of the camshaft 12 to the intermediate / drive shaft 4, which must be selected in terms of the entire Hubgrößenenspktrum and matching the reference plane 26 and attack surface 27, as well as the x and y coordinates so that by a related sizing for the two gears 14 and 15, the intermediate gear 13 in a manner consistent with the adapted and defined by / 2 and A3 profile shaping of the modified cam 16, in each situation, by means of a simple resulting camshaft relative rotation as In general, secondary functional task of the pivotable camshaft carrier 22, a requirement Ventilsteuzeiten- control in an effective pivoting range of the camshaft axis 31, which can be defined and in Fig. 1 by an angle (S'pδ) and an angle (SP1) [on the reference plane 26 related inclination angle (alpha) of the camshaft carrier 22 at (SP6) and (SP1)] is limited.
Daraufhin zeichnet sich deutlich ab, dass die erforderlichen konstruktiven Vorbedingungen eine vielschichtige Struktur bilden, deren Dichte und Komplexität vor allem auf Grund der Tatsache, dass die Vorrichtung 1 erfindungsgemäß nur mit Hilfe eines einzigen Stellgliedes geregelt werden soll, zurück zu führen ist.As a result, it becomes clear that the required structural preconditions form a complex structure whose density and complexity are mainly due to the The fact that the device 1 according to the invention is to be controlled according to the invention only with the help of a single actuator is to be led back.
Letztendlich liefert diese Struktur einen Leitfaden für die Entwicklungsphase, in der vorrangig auf ein sensibles und unter dem Aspekt der Variabilität instabiles Eigenschaftsnetzwerk der konstruktionsrelevanten Faktoren, die sich praktisch alle, geprägt durch eine mehrdimensional variierende Konstruktionsgeometrie, gegenseitig beeinflussen und daher auch auf eigene Art und Weise direkt oder indirekt eng miteinander zusammenhängen, hingewiesen wird.Ultimately, this structure provides a guideline for the development phase, in which primarily a sensitive and in terms of variability instable property network of the design-relevant factors, virtually all, influenced by a multi-dimensionally varying construction geometry, mutually influence and therefore also in their own way directly or indirectly closely related to each other.
Weiter interpretiert müssen normalerweise, mit Ausnahme eines „Glückstreffers", mehrere Formgestaltungs- und/oder Anordnungsparameter solange konsequent in einem konstruktiven Anpassungsprozeß, durch Veränderung ihrer Werte aufeinander abgestimmt und miteinander in jeder potenziell möglichen Situation, auf ihre Wirkung überprüft werden, bis alle Funktionen der Vorrichtung 1 erwartungsgemäß, wie in dem Diagramm der Fig. 2, abrufbar zur Verfügung stehen.Further interpreted, usually with the exception of a "hit of luck", several design and / or arrangement parameters must be consistently checked for their effect in a constructive adaptation process, by changing their values and being in each potentially possible situation, until all the functions of the Device 1 as expected, as available in the diagram of Fig. 2, are available.
Es gilt also dabei, und das bevor alle wichtigen Eckdaten der Konstruktion endgültig definiert sind, eine optimale Dimensionierung, insbesondere der ή bis A3 sowie x und y, zu ermitteln und sie entsprechend einzeln so zu bestimmen, dass dadurch eine gewünschte Wirkungskombination der damit zusammenhängenden Bauteile erzielt wird. Welche Konsequenzen eine Veränderung der Konstruktion in dem Anpassungsprozeß auf den Ventilsteuerungsablauf haben kann, verdeutlicht ein Beispiel, in dem, von der Gegebenheiten der Fig. 1 ausgehend, das rotierende Ende des modifizierten Nocken 16 breiter gestaltet wird.It is therefore necessary, and before all the important basic data of the construction are finally defined, to determine an optimal dimensioning, in particular the ή to A3 and x and y, and to individually determine them in such a way that thereby a desired combination of effects of the components associated therewith is achieved. The consequences that a change of the construction in the adaptation process can have on the valve control sequence are illustrated by an example in which, starting from the circumstances of FIG. 1, the rotating end of the modified cam 16 is made wider.
Wenn also nur der /3 beispielsweise vergrößert wird, dabei aber der r2 unverändert bleibt, so führt das, bei den sechs zur Auswahl stehenden Stellungen des Nockenwellenträgers 22, zu keiner Veränderung der Hubgröße, dafür nimmt aber generell die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 2, außer SP6, in jedem Fall zu.Thus, if only the / 3 is increased, for example, but the r2 remains unchanged, this leads, in the six available positions of the camshaft carrier 22, to no change in the stroke size, but generally takes the valve opening duration of the intake valve 2, except SP6 , in any case too.
Ein Ausmaß dieser Ventilöffnungsdauerveränderungen ist jedoch nockenwellenträgerstel- lungsabhängig und fällt daher unterschiedlich aus.However, a degree of these valve opening duration changes is camshaft carrier position-dependent and therefore different.
Folglich, auch mit bemerkbar größer dimensioniertem A3, wäre der Unterschied bei SP5 im Gegensatz zu SP1 minimal.Consequently, even with a noticeably larger sized A3, the difference in SP5 would be minimal, as opposed to SP1.
Grund dafür ist die Tatsache, dass für das Öffnen und Schließen des Einlassventils 2 bei SP5 sowieso nur, die auf diese Maßnahme, sofern der r2 unverändert bleibt, weitgehend unempfindlich reagierende Spitze des modifizierten Nocken 16 in Anspruch genommen wird. Bei SP1 dagegen, auf Grund der anderen Werte der Winkel und , kommt die ganze Nockenarbeitsfläche mit ihren äußersten, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventils 2 definierenden und im Fall einer Veränderung der A3 am meisten betroffenen, Flanken zum Einsatz.The reason for this is the fact that for the opening and closing of the inlet valve 2 at SP5, anyway, only the tip of the modified cam 16 reacting to this measure, provided that the r2 remains unchanged, is taken up to be largely insensitive. In contrast, in SP1, due to the other values of the angles and, the entire cam surface is used with its outermost edges defining the opening and closing timing of the intake valve 2 and most affected in the case of a change in the A3.
Bei einer Vergrößerung des r3 bedeutet es also, dass in einer dadurch symmetrisch veränderten Konstruktion des modifizierten Nocken 16 die beiden Flanken weiter von einander entfernt liegen würden.With an increase in r3, it therefore means that in a symmetrically modified construction of the modified cam 16, the two flanks would be further apart from one another.
Dieser Faktor mal auf die Fig. 1 übertragen und/oder praktisch umgesetzt, würde dann eine Zunahme der Breite, insbesondere des ventilsteuerungsprozessaktiven Teils, des modifizierten Nocken 16 verursachen und damit zu früherer Öffnung sowie konsequenterweise späterer Schließung des Einlassventils 2 führen.This factor, once transferred to and / or practiced in FIG. 1, would then cause an increase in the width, particularly of the valve control process active portion, of the modified cam 16, resulting in earlier opening and, consequently, later closure of the intake valve 2.
Und so z.B., zunächst betrachtend, bei einer geringfügigen und was durchaus denkbar ist, auch als Zielsetzung angestrebten Ventiiöffnungswinkeldifferenz, die dabei, auf den Vergleich zwischen der SP1 und SP5 bezogen, zustande käme, könnte, um ein optimales Ergebnis zu erlangen, mittels einer korrigierenden Nockenspreizungsvergrößerung in einer festdefinierten Grundeinstellung Abhilfe geschaffen werden.And so, for example, considering initially, with a minor and what is quite conceivable, also target aspired Ventiliiöffnungswinkeldifferenz, which, based on the comparison between the SP1 and SP5, came about, could, in order to obtain an optimal result, by means of a corrective Cam spreading magnification in a well-defined default setting remedied.
Im Falle einer größeren Ventiiöffnungswinkeldifferenz, bei der die zulässigen Toleranzen bezüglich der Ventilsteuerungslogik in der EÖ-Phase nicht eingehalten werden können, wäre dagegen die Nockenspreizungskorrekturmaßnahme, höchstwahrscheinlich auch wegen zu starker „nach Spät-Verschiebung" des Einlassschlusses, ungeeignet. Wenn also eine solche /3-Vergrößerung, um beispielsweise die maximale Drehzahl der Brennkraftmaschine, durch Verlängerung der Ventilsöffnungsdauer, zu erhöhen, wofür alternativ auch eine Verkleinerung des /2 als Lösungsschritt in Frage käme, trotzdem umgesetzt werden sollte, wäre darauf ein Folgeschritt, in dem versucht werden müsste, die übrigein konstruktionsrelevanten Faktoren der Vorrichtung 1 auf die neudefinierte Vorgabe, wie oben vorgeschlagen, bedarfsentsprechend abzustimmen/anzupassen, unumgänglich. Um bei einer Durchführung eines solchen Anpassungsprozesses einen groben Überblick zu gewinnen, ist es einfacher, sich zunächst auf einen Ventilöffnungszeitenvergleich, nur bei einer minimalen und einer maximalen Hubeinstellung des Einlassventils 2, zu beschränken. Ist das Ergebnis, auch hinsichtlich des Einlassschlusses bei maximalem Hub, mal zufriedenstellend, sollte dann konsequent die Steuerzeitengestaltung, bei den übrigen zur Auswahl stehenden Zwischenstellungen des Nockenwellenträgers 22, überprüft werden. Es kann sich dabei herausstellen, dass je nach dem welcher Faktor oder welche Faktoren und in welchem Umfang verändert worden ist/sind, die Ergebnisse gegebenenfalls, insbe- sondere was die EÖ-Phase betrifft, in Gestaltung mit überraschend unerwartetem Profil, nicht bei jeder Hubgröße den Anforderungen standhalten können. In einem solchen Fall wäre es dann nötig, erneut nach einer anderen Kombination zu su- chen. Generell stellt einerseits eine Findung einer ausgewogenen Kompromisslösung, durch maßgenaue Formgestaltung der einzelnen Bauelemente der Vorrichtung 1 und deren zweckmäßig präzise Anordnung, die bei voller Systemvariabilität gleichzeitig eine fehlerfreie Ausführung aller Steuerungsfunktionen des Einlassventils 2 erlaubt, vor allem wegen der vielen, nötigen Funktionsverknüpfungen und daraus resultierenden Abhängigkeitsstrukturkomplexität im Gesamten, eine anspruchsvolle Aufgabe dar.In the case of a larger valve orifice angle difference, however, where the allowable valve control logic tolerances in the EE phase can not be met, the cam spreading correction measure would most likely be inappropriate because of excessive "after-late" intake closure. 3-magnification, for example, to increase the maximum speed of the internal combustion engine, by extending the valve opening duration, which would alternatively be a reduction of the / 2 as a solution step in question, would still be implemented, it would be a subsequent step in the attempt to It is therefore essential to adapt the remaining design-relevant factors of device 1 to the newly defined specification, as suggested above, in order to obtain a rough overview when carrying out such an adaptation process f to limit a valve opening time comparison, only at a minimum and a maximum stroke setting of the intake valve 2. If the result is satisfactory even with regard to the inlet closing at the maximum stroke, then the control time configuration should then be checked consistently, with the other intermediate positions of the camshaft carrier 22 available for selection. It may turn out that, depending on which factor or factors have been changed and to what extent, the results may, if especially in the EE phase, in design with a surprisingly unexpected profile, not withstand every stroke size requirements. In such a case it would then be necessary to re-chen by a different combination to be searched for •. In general, on the one hand a finding of a balanced compromise solution, by dimensionally accurate design of the individual components of the device 1 and their expediently precise arrangement that allows full system variability at the same time a flawless execution of all control functions of the intake valve 2, mainly because of the many, necessary function links and resulting Dependency structure complexity as a whole, a challenging task.
Andererseits im Anpassungsprozess, der auch mit relativ einfachen Mitteln, wie einem umgestaltungsfähigen Modell der Vorrichtung 1 , ohne weiteres durchführbar ist, mal erfolgreich abgeschlossen, liefert diese Findung Eckdaten einer mechanischen Konstruktion mit einer konsequenterweise zwangsläufig implementierten Funktionsprozesssteuerung und damit sozusagen „Hardware und Software in Einem" als ein Lösungspaket für eine vollvariable Ventilsteuerung, die ein zusätzliches, bei anderen Ventilsteuerungsvorrichtungen standardmäßig verwendetes und gewöhnlich aufwendiges, variabilitätssichemdes Steuerungssoftwareprogramm oder sogar mehrere davon, samt entsprechend nötiger Umfeldtechnik, wie schon erwähnt, überflüssig macht.On the other hand, in the adaptation process, which is readily feasible even with relatively simple means, such as a redesigned model of the device 1, this finding provides key data of a mechanical design with a logically inevitably implemented functional process control and thus, so to speak, "hardware and software in one "as a solution package for a fully variable valve control, which makes additional, as usual, unnecessary additional control software program used by other valve control devices and usually expensive, variability-proof control software program or even several thereof, together with the necessary environmental technology.
Zur Vervollständigung dieser Beschreibung folgen ergänzende Erläuterungen sowie zusätzliche Hinweise und Informationen.To complete this description, supplementary explanations and additional information and instructions follow.
Was nicht unmöglich scheint und durch den Patentanspruch 1 nicht ausgeschlossen ist, wäre z.B. eine Lösung, bei der die Nockenwellenachse 31, bei einer Hubgrößenverstellung, sich auf einer geradlinigen Bahn bewegen würde.What does not seem impossible and is not excluded by claim 1 would be e.g. a solution in which the camshaft axis 31, at a Hubgrößenverstellung, would move in a straight line.
Eine praktische Verwirklichung einer solchen Variante ist jedoch von vornherein mit mehreren Nachteilen und konstruktiven Problemen verbunden.However, a practical implementation of such a variant is associated from the outset with several disadvantages and design problems.
Folglich wäre die Vorrichtung 1 praktisch auf ein Kettengetriebe als Zwischengetriebe 13 angewiesen, was wiederum eine relativ komplizierte Kettenführung mit mehreren Umlenkkettenrädern bedürfte.Consequently, the device 1 would rely on a chain transmission as an intermediate gear 13, which in turn would require a relatively complicated chain guide with multiple Umlenkkettenrädern.
Außerdem, um dabei den Anforderungen der Steuerzeitenregelung nachzukommen, wäre es nötig, ein, zu dem Größenwert des /2, verhältnismäßig sehr kleines Kettenrad auf der Nockenwelle 12 zu verwenden, was, bei einer praktischen Umsetzung, ebenfalls unter mehreren Aspekten als ein schwieriges Hindernis einzustufen ist.In addition, in order to meet the requirements of control timing, it would be necessary to use a relatively small sprocket on the camshaft 12, to the size of the / 2, which, in practice, is also a difficult obstacle in several aspects is.
Ein weiteres großes Problembündel hängt mit einer, in diesem Fall, technisch aufwendigen Aufgabe, nämlich der Sicherstellung einer soliden und anforderungsgerechten Stabilität, die bei Verstellung oder bei Halten einer bestimmten Position eines entsprechenden Nockenwellenträgers zur Verfügung gestellt werden müsste, zusammen. Speziell handelt es sich hier vor allem um eine, der Bewegungsbahn entsprechende, Verstell- sowie eine Führungsvorrichtung, die zusammen in der Lage wären in jedem Fall eine Verkantung des Nockenwellenträgers aufzuschließen und stets, insbesondere bei Steuerung von mehreren Gaswechselventilen, eine Anordnungsparallelität der Nockenwellenachse 31 zur Bezugsebene 26 zu garantieren.Another big problem lies with a, in this case, technically complex task, namely the assurance of a solid and requirement-oriented stability, the would have to be provided upon adjustment or holding a particular position of a corresponding cam carrier, together. Specifically, this is mainly a, the trajectory corresponding adjustment and a guide device, which would be able to catch up in any case a tilting of the camshaft carrier and always, especially in the control of several gas exchange valves, a parallel arrangement of the camshaft axis 31 to Guarantee reference plane 26.
Dem gegenüber können größtenteils solche Probleme bei einer in dem Patentanspruch 2 explizit beschriebenen Vorrichtung 1 , durch Umsetzung der Schwenkbarkeit der Nockenwelle 12, vermieden werden.On the other hand, for the most part, such problems can be avoided in a device 1 explicitly described in claim 2, by implementing the pivotability of the camshaft 12.
Allerdings, bei Verwendung eines einfachen Kettengetriebes, das beispielsweise hier ebenfalls denkbar wäre, hätte man, was die Größe des vorhin erwähnten Kettenrades auf der Nockenwelle 12 betrifft, mit einem ähnlichen Problem zu tun, weil ggf. ein zweites Partnerkettenrad auf der Zwischen-/Antriebswelle 4, bei möglichst geringer Anordnungsentfernung der beiden Wellen 4 und 12 zueinander, unverhältnismäßig viel größer sein müsste, um einer erwarteten Steuerzeitenregelbarkeit in gewünschter Größe näher zu kommen. Und um dabei die Effizienz, und dazu noch in einem entsprechenden Verhältnis zu der gegebenenfalls gewählten Position der Nockenwellenachse 31 auf ihrer Bewegungsschwenkbahn, weiter steigern zu können, wäre es nötig, die Zwischen-/Antriebswelle 4, verglichen mit der Anordnung in der Fig. 1 , oberhalb der Nockenwelle 12 anzuordnen, was sich konsequenterweise zusätzlich auf den Platzbedarf und somit auch auf die Abmessungen einer solchen Variante der Vorrichtung 1 negativ auswirken würde.However, when using a simple chain transmission, which would also be conceivable here, for example, one would have, as regards the size of the aforementioned sprocket on the camshaft 12 to do with a similar problem, because possibly a second Partnerkettenrad on the intermediate / drive shaft 4, with the smallest possible arrangement distance of the two shafts 4 and 12 to each other, would have to be disproportionately larger in order to come closer to an expected control timing in the desired size. And in order to be able to further increase the efficiency, and in addition in a corresponding relationship to the optionally selected position of the camshaft axis 31 on its Bewegungsschwenkbahn, it would be necessary, the intermediate / drive shaft 4, compared with the arrangement in FIG to arrange above the camshaft 12, which would consequently also adversely affect the space required and thus also on the dimensions of such a variant of the device 1.
Um die in diesem Vervollständigungsteil der Beschreibung aufgezeigten Probleme zu umgehen bzw. sie auf effiziente Weise zu minimieren, eignet sich daher am besten die im Hauptteil beschriebene und im Patentanspruch 3 ausgewiesene Lösung. Selbstverständlich sollte schon dabei, in einem reellen Anwendungsfall der Vorrichtung 1, der Nockenwellenträger 22, mit dem implementierten Zwischengetriebe 13, mindestens zwei ausreichend dimensionierte Schwenklager 21 besitzen und eine Konstruktionsstruktur etwa eines Rahmens oder einem zu der Angriffsfläche 27 offenen Gehäuse haben, um genügend Eigensteifigkeit sowie Stabilität und Betriebssicherheit für die gesamte Konstruktion, insbesondere bei Steuerung von mehreren Gaswechselventilen in einer Reihe, bieten zu können, auch in Hinblick auf eine Verstellvorrichtung, für deren Realisierung sicher mehrere gängige Lösungsmöglichkeiten potenziell in Frage kommen.Therefore, in order to obviate the problems pointed out in this completed part of the description or to minimize them in an efficient manner, the solution described in the main part and disclosed in claim 3 is best suited. Of course, even in this case, in a real application of the device 1, the cam carrier 22, with the implemented intermediate gear 13, at least two sufficiently sized pivot bearing 21 and have a structural structure about a frame or open to the attack surface 27 housing to sufficient rigidity and To provide stability and reliability for the entire construction, especially in the control of several gas exchange valves in a row, also with regard to an adjustment, for the realization of several common solutions are potentially in question.
Ferner auch, bedingt durch die Tatsache, dass bei dieser Lösung die Stirnzahnräder 14 und 15, wie beschrieben, direkt ineinander greifen und so die gegensinnige Drehrichtung der Zwischen-/Antriebswelle 4 und der Nockenwelle 12 vorgeben, kann eine Schwenkachse 32, wie die Fig. 1 zeigt, sehr kompakt und sogar unterhalb der Bezugsebene 26 angeordnet werden, was letztendlich vorteilhafterweise einerseits erheblich zur Effizienzsteigerung der Steuerzeitenregelbarkeit des Einlassventils 2 beiträgt und andererseits erlaubt, im Gegensatz zu der Kettenantriebsvariante, auf ein Nockenwellendrehzahlkorrekturgetriebe zu verzichten.Furthermore, due to the fact that in this solution, the spur gears 14 and 15, as described, directly engage each other and so the opposite direction of rotation Predicting the intermediate / drive shaft 4 and the camshaft 12, a pivot axis 32, as shown in FIG. 1, can be arranged very compactly and even below the reference plane 26, which ultimately advantageously contributes significantly to increasing the efficiency of the timing control of the intake valve 2 and permits it , in contrast to the chain drive variant, to dispense with a camshaft speed correction gearbox.
Es gilt auch an dieser Stelle zu bemerken, dass obwohl eine ursprüngliche Verwendungsabsicht eines herkömmlichen Nocken, vor allem in den Patentansprüchen, die allgemein gehalten sind, fest zu stellen ist, wurde dieser in Konsequenz der schon ausführlich erläu- teilen Vereinfachung seiner Konstruktionsstruktur und Einschränkung seiner Funktionseigenschaften, im Beschreibungstext vorwiegend als modifizierter Nocken 16 ausgewiesen sowie dem entsprechend in der Fig. 1 als solcher dargestellt.It should also be noted at this point that, although an original intended use of a conventional cam, especially in the claims, which are held in general, has to be fixed, this was in consequence of already simplifying simplify its design structure and limitation of his Functional properties, in the text of the description mainly identified as a modified cam 16 and as shown in FIG. 1 as such.
Im Sinne dessen ist daraus abzuleiten, dass die Vorrichtung 1 prinzipiell, wenn keine speziellen oder zusätzlichen Funktionen vorgesehen sind, wie z.B. eine Zwangsführung eines Schlepphebels an dem Profil eines Nocken, sowohl mit einem herkömmlichen, als auch mit dem modifizierten Nocken 16 betrieben werden kann.In the sense of this, it can be deduced that the device 1 can in principle, if no special or additional functions are provided, such as e.g. Forced operation of a finger lever on the profile of a cam, both with a conventional, and with the modified cam 16 can be operated.
Des weiteren, um den Schwierigkeitsgrad bei einer Durchführung des oben beschriebenen Anpassungsprozesses von Anfang an möglichst niedrig zu halten und dabei gleichzeitig mehr konstruktive Flexibilität bei der Formgestaltung und/oder Anordnung der Bauelemente während der Entwicklungsphase der Vorrichtung 1 zu erreichen, ist es von Vorteil für die Angriffsfläche 27, generell betrachtend und damit unabhängig davon welche Art oder welcher Typ eines Hubkraftübertragungselementes verwendet wird, relativ zu einem Wert der, mit der Anordnungsvariabilität der Nockenwelle 12 zusammenhängend, vertikalen Verschiebung der Nockenwellenachse 31 , eine maximal mögliche Gestaltungsgröße, wie z.B. in diesem Fall den Durchmesserwert d des Tassenstößels 25, zu bestimmen. Die in dieser Beschreibung erläuterten Nutzeigenschaften sowie die Anzahl der Funktionen der Vorrichtung 1 können außerdem, einerseits durch eine geringe Veränderung der in der Fig. 1 gezeigten Grundkonstruktion und/oder, andererseits durch eine Aufrüstung mit einem zusätzlichen Nockenwellenversteller, erweitert bzw. erhöht werden. So zum ersten, bei beispielsweise zwei Einlassventilen 2 pro Zylinder, kann entsprechend auf der Einlassseite, durch Anwendung zweier Nocken 16, die jeweils eine andere Höhe bzw. einen anderen /2 Wert haben und/oder, durch eine, in Bezug auf die Bezugsebene 26, vom Niveau her unterschiedliche Anordnung der Angriffsflächen 27 gegebenenfalls der beiden verwendeten Tassenstößel 25, bewirkt werden, dass im Leerlauf oder bei niedrigen Lasten eines der beiden Einlassventile 2 geschlossen bleibt bzw. seine Hubgröße im Ver- gleich zu dem anderen kleiner gehalten wird, um schließlich zwecks Verbrennungsprozessoptimierung eine verstärkte Bildung eines Dralls und/oder einer Verwirbelung einer Ladung in dem Brennraum bei einem Gaswechsel zu erzwingen.Furthermore, in order to keep the level of difficulty in carrying out the above-described adaptation process from the beginning as low as possible and at the same time to achieve more design flexibility in the design and / or arrangement of the components during the development phase of the device 1, it is advantageous for the Attack surface 27, generally and thus regardless of which type or type of Hubkraftübertragungselementes is used, relative to a value of, with the arrangement variability of the camshaft 12 contiguous, vertical displacement of the camshaft axis 31, a maximum possible design size, such as in this case the Diameter d of the tappet 25 to determine. The useful properties explained in this description as well as the number of functions of the device 1 can also be extended or increased on the one hand by a slight change in the basic construction shown in FIG. 1 and / or on the other hand by an upgrade with an additional camshaft adjuster. Thus, for example, in the case of, for example, two intake valves 2 per cylinder, correspondingly on the intake side, by using two cams 16, each having a different height or value, and / or by one, with respect to the reference plane 26 , the level of different arrangement of the attack surfaces 27 optionally of the two tappets 25 used to be effected that remains closed at idle or at low loads of the two intake valves 2 or its stroke size in the United equal to the other is kept smaller in order to finally enforce for the purpose of combustion process optimization an increased formation of a swirl and / or a turbulence of a charge in the combustion chamber during a gas exchange.
Zum zweiten, um die immer komplexer werdenden Anforderungen, bezüglich der Verbrennungseffizienz oder der Schadstoffemission, in jeder Situation und bei jedem Betriebszustand eines Motors differenzierter und besser zu erfüllen„kann dieses mit einer Variabilitätserweiterung der Vorrichtung 1 durch einen zusätzlichen, der Nockenwelle 12 vorgeschalteten sowie vorzugsweise auf der Zwischen-/Antriebswelle 4 angeordneten, Nocken- wellenversteller erreicht werden.Second, to meet the increasingly complex requirements, in terms of combustion efficiency or pollutant emission, differentiated and better in any situation and in any operating condition of an engine "this can with a Variabilitätserweiterung of the device 1 by an additional, the camshaft 12 upstream and preferably arranged on the intermediate / drive shaft 4, camshaft adjuster can be achieved.
Diese konstruktive Erweiterungsmaßnahme kann natürlich auch mit einem zweiten auf der Auslassseite zusätzlich verbauten Nockenwellenversteller kombiniert werden. Die so dazugewonnenen und von der Vorrichtung 1 unabhängigen Steuerzeitenverschie- bungsfähigkeiten könnten beispielsweise erlauben, durch eine direkte Anwendungsmöglichkeit einer exakten Restgasregelung, nach einem Kaltstart einen Aufheizungsprozess eines Katalysators deutlich zu beschleunigen, um ihm damit gezielt früher zu einer Vollfunktions- fähigkeit zu verhelfen.Of course, this constructive expansion measure can also be combined with a second camshaft adjuster installed on the outlet side. The timing shift capabilities thus obtained and independent of the device 1 could, for example, allow a heating process of a catalyst to be significantly accelerated by a direct application possibility of an exact residual gas control after a cold start in order to help it achieve full functionality sooner.
Vor einem Abschluss der Entwicklungsarbeit sind noch zahlreiche Erprobungstests durchgeführt worden, und obwohl die in dem Beschreibungsteil sehr präzise dargelegte, mit nur einem einzigen Stellglied zusammenhängende Multifunktionalität der Vorrichtung 1 unumstritten bliebe, hat sich bei einer sehr detaillierten Auswertung und Analise der Steuerungsfunktionen herausgestellt und/oder ist erst erkannt worden, dass in einem reellen Motorbetrieb, bezüglich der Ausführung aus der Fig. 1 , die Werte der positiven und negativen Beschleunigung des Gaswechseiventils oder Einlassventils 2, insbesondere bei einer mittleren bis maximalen Hubgrößeneinstellung, sehr problematisch bzw. sogar unzulässig sind, was auch in dem Diagramm der Fig. 2 zu erkennen ist. Mit dieser Tatsache konfrontiert, wurde intensiv nach einer brauchbaren Alternative zu demNumerous testing tests have been carried out before completion of the development work, and although the multi-functionality of the device 1, which is very precisely described in the description section, would remain undisputed, a very detailed evaluation and analysis of the control functions has been found and / or 1, the values of the positive and negative acceleration of the gas exchange valve or inlet valve 2, especially at a medium to maximum Hubgrößeneinstellung are very problematic or even inadmissible, which can also be seen in the diagram of FIG. 2. Faced with this fact, has been intensively looking for a viable alternative to the
AtAt
Problem, das zunächst scheinbar nicht zu lösen war, gesucht, wobei schließlich überraschend fest gestellt werden konnte, dass die Schwierigkeiten bei einer Kombination der Vorrichtung 1 , im Bereich der Hubübertragung, mit einem einfachen Schwenkhebel einfach und sicher umgegangen werden können.Problem that was initially apparently impossible to solve, sought, and finally could be surprisingly found that the difficulties in a combination of the device 1, in the range of stroke transmission, can be handled easily and safely with a simple pivoting lever.
Die entscheidende Rolle spielt dabei eine ventilseitig angeordnete Arbeitsfläche des Schwenkhebels, welche in Form einer Leerhub-/Hubkurvenkombination gestaltet ist, und mit Hilfe einer seitlich angelegten Federkraft, auf ähnliche Art und Weise wie z. B. bei der Valvertronic-Lösung von BMW, einen Kontaktabriss zwischen den Bauelementen in dem gesamten Hubkraftübertragungsstrang praktisch verhindert. Es können auch andere Hubübertragungselemente, wie z. B. ein Schieber mit einer kombinierten Arbeitsfläche, dessen Profil die Form einer. Verbindung einer Erhebungskurve mit einer Linie aufweißt, eingesetzt werden.The decisive role plays a valve side arranged working surface of the pivot lever, which is designed in the form of a Leerhub- / Hubkurvenkombination, and with the help of a laterally applied spring force, in a similar manner such. As in the Valvertronic solution from BMW, a contact separation between the components in the entire Hubkraftübertragungsstrang practically prevented. There may also be other Hubübertragungselemente such. B. a slider with a combined work surface whose profile is the shape of a. Connection of a survey curve with a line welißt be used.
Schließlich bleiben alle Vorteile der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 und 2, bei gleichbleibendem Funktionsprinzip, vollständig erhalten; dabei können. gleichzeitig auch die Beschleunigungen des Einlassventils 2 kontrolliert reduziert und gesteuert werden. Finally, all the advantages of the device 1 according to FIGS. 1 and 2, with the same functional principle, are completely retained; can do it. at the same time the accelerations of the intake valve 2 are controlled reduced and controlled.
1. Vorrichtung1. Device
2. Einlassventil2. inlet valve
3. Zylinderkopf3. Cylinder head
4. Zwischen-/Antriebswelle4. intermediate / drive shaft
5. Antriebsrad5th drive wheel
6. Zahnriemen6. Timing belt
7. OT Markierung (mobil)7. OT marking (mobile)
8. Schraube8. screw
9. OT Markierung (fest)9. OT marking (fixed)
10.Drehrichtungsmarkierungspfeii (mobil)10. Direction marker arrow (mobile)
11.EÖ Markierung (mobil) l2.Nockenweϊle11.EÖ mark (mobile) l2.Nockenweϊle
13.Zwischengetriebe . 14.treibendes Zahnrad13.Intermediate transmission. 14.drive gear
15. getriebenes Zahnrad15. driven gear
1 β.Nocken (modifiziert)1 β-cam (modified)
17.Lagerbock17.Lagerbock
1 δ.Halbschalenelement1 δ.Halbschalenelement
19.Schraube19.Schraube
2O.Zwischen-/Antriebswelledrehlager2O.Zwischen- / drive shaft bearing
21. Schwenklager21st swivel bearing
22.Nockenwellenträger22.Nockenwellenträger
23.Nockenwelledrehlager23.Nockenwelledrehlager
24. Ventilachse24. Valve axis
25.Tassenstößel25.Tassenstößel
26.Bezugsebene26.Bezugsebene
27.Angriffsfläche27.Angriffsfläche
28.Ventilschaftaumahme28.Ventilschaftaumahme
29.Gewindeverbindung29.Gewindeverbindung
30.Kontermutter30.Kontermutter
31.Nockenwellenachse31.Nockenwellenachse
32. Schwenkachse32. pivot axis
33.Nockensρitzemittelpunkt 33.Nockensρitzemittelpunkt

Claims

Patentansprüche claims
A . Mechanische Vorrichtung als eine vollvariable Ventilsteuerung zu einer stufenlosen Ver- . Stellung und/oder Regelung einer Hubgröße, einer Öffnungs- sowie einer Schließsteuerzeit mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, das prinzipiell nur mit einem einzigen Stellglied ausgerüstet ist und wodurch bedingt alle Funktionen auf einmal in einem Verstellungsschritt, unter anderem aber insbesondere den Anforderungen einer Ventilsteuerungslogik bei einer drosselklappenfreien Lastregelung eines Otto-Motors entsprechend, ansteuerbar sind, vorzugsweise mit einer schwenkbaren Nockenwelle, wobei eine Anordnung einer Bezugsebene/Fläche (26) in einem Raum so bestimmt ist, dass durch einen variabel gestaltbaren Abstand einer Drehachse (31) der Nockenwelle (12) zu der Bezugsebene/Fläche (26) ein ganzes Spektrum einer variablen Hubgröße des Gaswechselventils (2) definierbar ist, und dabei die Vorrichtung (1) mit einem zu der Nockenwellenanordnungsvariabilität kompatiblen sowie steuerzeitenverstellungs- und/oder regelungsfähigen, die Nockenwelle (12), die in einem entsprechend verstellbaren Nockenwellenträger (22) angeordnet/gelagert ist, mit einer drehbar gelagerten, fest angeordneten und mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kraftverbundenen, Zwischen-/Antriebswelle (4), verbindenden Zwischengetriebe (13) ausgerüstet ist, wobei ein Hubübertragungselement, oder bei Anwendung mehrerer, alle Hubübertragungselemente miteinander oder verteilt, an einem Profil eines Nocken (16) und/oder an dem Gaswechselventil (2), durch eine/mehrere Federkrafteinwirkung/en und/oder mittels einer/mehrerer Verbindung/en und/oder ein/mehrere Bewegungsbegrenzύngselement/e zwangsgeführt und/oder gehalten ist/sind und, wenn erforderlich, ist durch eine Anwendung einer/mehreren Zusatz- und/oder Ersatzkon- struktionslösungsmaßname/n welche jedoch der, als variabel definierter, Anordnungslage der Drehachse (31) der Nockenwelle (12) untergeordnet und/oder dadurch vorbedingt ist/sind, eine bedarfsentsprechende Steuerung und/oder Gestaltung einer positiven Beschleunigung beim Öffnen und negativer Beschleunigung beim Schließen des Gaswechselventils (2), für jede zur Verfügung stehende und jeweils angewählte Hubgröße, sichergestellt.A. Mechanical device as a fully variable valve control to a stepless Ver. Position and / or control of a stroke size, an opening and a closing control of at least one gas exchange valve of an internal combustion engine, which is in principle equipped with only a single actuator and which requires all functions at once in an adjustment step, but in particular the requirements of a valve control logic at a Throttle-valve-free load control of a gasoline engine accordingly, are controlled, preferably with a pivotable camshaft, wherein an arrangement of a reference plane / surface (26) is determined in a space so that by a variable designable distance of an axis of rotation (31) of the camshaft (12) to the reference plane / surface (26) an entire spectrum of a variable stroke size of the gas exchange valve (2) is definable, and the device (1) with a compatible to the camshaft assembly variability as Steuerzeitenverstellungs- and / or controllable, the camshaft (12) in one em correspondingly adjustable cam carrier (22) is arranged / mounted, with a rotatably mounted, fixed and force-connected to a crankshaft of the internal combustion engine, intermediate / drive shaft (4), connecting intermediate gear (13) is equipped, wherein a Hubübertragungselement, or in use a plurality of, all Hubübertragungselemente with each other or distributed, on a profile of a cam (16) and / or on the gas exchange valve (2), by one / more Federkrafteinwirkung / s and / or by means of one / more compound / s and / or one / more Bewegungsbegrenzύngselement / e is forcibly guided and / or held and, if necessary, by applying one or more additional and / or replacement design solution measures / s which, however, the, as variably defined, arrangement position of the rotation axis (31) of the camshaft (12 ) is subordinate and / or preconditioned by / are, a demand-related control and / or design of a positive Be Acceleration when opening and negative acceleration when closing the gas exchange valve (2), for each available and selected each stroke size, ensured.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bei der die Nockenwelle (12)' schwenkbar ist, eine Anordnung einer Schwenkachse (32) des Nockenwellenträgers (22) mit einem/mehreren Schwenklager/n (21), in einem Querschnitt, bei einer vordefinierten Drehrichtung der Kur- belwelle der Brennkraftmaschine, bei einer vordefinierten Funktion des Gaswechselventils (2) und mit Hinblick auf die Bezugsebene/Fläche (26), abhängend von einem Ergebnis einer gegenseitigen Aufeinanderabstimmung und/oder eines auf eine bestimmte Ventilsteue- rungsfunktionslogik bezogenen Ermittlungs- und/oder Definitionsprozesses der übrigen kon- struktionsgestaltungsrelevanten Faktoren wie, der Eigenschaften der jeweils angewendeten Art und Ausführung einer oder mehrerer Hubübertragungselemente und des Zwischengetriebes (13), sowie den Werten der Größen einer mit dem Nocken (16) zusammenwirkenden Angriffsfläche (27) des Hubübertragungselementes, einem, eine Anordnung der Nockenwelle (12) in dem Nockenwellenträger (22) definierenden, Nockenwellenschwenkradi- us, sowie einer Nockenhöhe oder einem Nockenrotationsradius und einer Profilgestaltung einer Arbeitsfläche des Nocken (16), so in der Brennkraftmaschine konstruktiv festgelegt ist, dass bei einer Veränderung einer variablen Schwenkposition des Nockenwellenträgers (22), der durch eine geeignete Verstellvorrichtung verstellbar und fixierbar ist, das ganze vorgesehene Spektrum der variablen Hubgröße und einer Öffnungsdauer des Gaswechselventils (2) einstellbar und dabei der jeweiligen Schwenkposition des Nockenwellenträgers (22) und dem mit diesem zusammenhängenden Wert der Hubgröße und Öffnungsdauer, ein angepasster Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Gaswechselventils (2) durch Wirkung des Zwischengetriebes (13) ansteuerbar ist.2. Device according to claim 1, wherein the camshaft (12) 'is pivotable, an arrangement of a pivot axis (32) of the camshaft carrier (22) with one / more pivot bearing (s) (21), in a cross section, in a predefined direction of rotation Kur belwelle of the internal combustion engine, in a predefined function of the gas exchange valve (2) and with respect to the reference plane / surface (26), depending on a result of mutual succession and / or related to a certain Ventilsteu- tion function logic determination and / or definition process of other design-relevant factors such as, the characteristics of each type used and execution of one or more Hubübertragungselemente and the intermediate gear (13), and the values of the sizes of a cam (16) cooperating engagement surface (27) of the Hubübertragungselementes, one, an arrangement the camshaft (12) in the camshaft carrier (22) defining, Nockenwellenschwenkradi- us, as well as a cam height or a cam rotation radius and a profile design of a working surface of the cam (16), so constructively determined in the internal combustion engine, that in a change of a va riablen pivotal position of the camshaft carrier (22), which is adjustable and fixable by a suitable adjustment, the whole intended spectrum of the variable stroke size and an opening period of the gas exchange valve (2) adjustable while the respective pivot position of the camshaft carrier (22) and the value associated with this the stroke size and opening duration, an adapted opening and closing time of the gas exchange valve (2) by the action of the intermediate gear (13) can be controlled.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, bei der eine Anordnungskoaxialität des Schwenklagers (21) des Nockenwellenträgers (22) und eines oder mehrerer Drehlager (20) der Zwi- schen-/Antriebswelle (4) vordefiniert ist, das Zwischengetriebe (13) durch ein Paar gleichdimensionierter und ineinandergreifender Stirnzahnräder, und somit jeweils einem treibenden, fest angeordneten Zahnrad (14) auf der Zwischen-/Antriebswelle (4) und einem getriebenen, fest angeordneten Zahnrad (15) auf der Nockenwelle (12), definiert ist.3. A device according to claim 2, wherein an arrangement coaxiality of the pivot bearing (21) of the camshaft carrier (22) and one or more pivot bearing (20) of the intermediate / drive shaft (4) is predefined, the intermediate gear (13) by a pair equally dimensioned and meshing spur gears, and thus each a driving, fixed gear (14) on the intermediate / drive shaft (4) and a driven, fixed gear (15) on the camshaft (12) is defined.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bei der eine Anordnung der Nockenwelle (12) direkt über dem Gaswechselventil (2) definiert ist, vorzugsweise ein Tassenstößel (25) als das Hubübertragungselement angewendet und mit vorzugsweise einer Ventilschaftaufnahme (28) ausgerüstet sowie über vorzugsweise eine Gewindeverbindung (29) mit dem Gaswechselventil (2) fest verschraubt ist.4. Device according to claim 1, wherein an arrangement of the camshaft (12) directly above the gas exchange valve (2) is defined, preferably a cup tappet (25) used as the Hubübertragungselement and preferably with a valve stem receiving (28) equipped and preferably via a threaded connection (29) with the gas exchange valve (2) is firmly screwed.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bei der ein Dimensionierungsunterschied zwischen dem treibenden und getriebenen Zahnrad (14; 15) vordefiniert und dem Zwischengetriebe (13) bedarfentsprechend ein Nockenwellendrehzahlkorrekturgetriebe vorgeschaltet ist. 5. The device according to claim 1, wherein a sizing difference between the driving and driven gear (14; 15) predefined and the intermediate gear (13) according to a camshaft speed correction gear is connected upstream.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, bei der mehrere Gaswechselventile (2) in einer Reihe angeordnet sind, ist optional jedem Gaswechselventil (2) oder bei dessen Aufteilung in Gruppen jeder Gaswechselventilgruppe eine eigene und unabhängig verstellbare Vorrichtung (1) zugeordnet, wodurch dementsprechend eine Parallelschaltung mehrerer, in einer Reihe nebeneinander angeordneter, Vorrichtungen (1), die einheitlich von einer, auf die Länge bezogen, durchgehenden Gemeinschaftszwischen-/Antriebswelle angetrieben sind, definiert ist.6. The device according to claim 1, wherein a plurality of gas exchange valves (2) are arranged in a row, optionally each gas exchange valve (2) or its division into groups each Gaswechselventilgruppe assigned its own and independently adjustable device (1), which accordingly a parallel circuit a plurality of juxtaposed devices (1) uniformly driven by a longitudinally continuous commutator / drive shaft.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bei der.hinsichtlich Konstruktion und Funktionsweise, alternativ zu einem herkömmlichen Nocken mit einer Nockengrundkreisfläche, auf der Nockenwelle (12) der Nocken (16), mit einer, durch eine Anpassung seines Querschnittprofils auf die Konstruktionseigenschaften der Vorrichtung (1), ausschließlich auf seine Erhebungskurvenseite begrenzten, sich auf eine Phase, in der das Gaswechselventil (2) geöffnet ist, beziehende, Funktionsfähigkeit sowie, dadurch bedingt, reduzierten Arbeitsfläche, die dabei durch eine frühste Ventilöffnungszeit und eine späteste Ventilschließzeit markiert und definiert ist, angeordnet ist.Device according to claim 1, wherein, in terms of construction and operation, as an alternative to a conventional cam having a cam base surface, on the camshaft (12) the cam (16), with one, by adapting its cross-sectional profile to the structural characteristics of the device ( 1), limited only to its elevation curve side, refers to a phase in which the gas exchange valve (2) is open, functioning, and, consequently, reduced working surface, which is marked and defined by an earliest valve opening time and a valve closing time, is arranged.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, bei der der Nocken (16) mit einem, durch die Begrenzung seiner Funktionsfähigkeiten bedingten Status eines einfachen, rotierenden Betätigungsarmes, mit seiner, an seinem äußeren Ende definierten, abgerundeten Arbeitsfläche, zusammen mit der Nockenwelle (12) aus einem Werkstück gefertigt, oder als eigenständiger. Teil ausgestaltet ist, und auf ihm, vorzugsweise mittels einer Verschraubung, befestigt ist.8. The device according to claim 7, wherein the cam (16) with a conditional by the limitation of its functional capabilities status of a simple, rotating actuating arm, with its, defined at its outer end, rounded working surface, together with the camshaft (12) made of a workpiece, or as a stand-alone. Part is designed, and is mounted on it, preferably by means of a screw.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, bei der die abgerundete Arbeitsfläche des Nockens (16), durch eine entsprechende, drehbar gelagerte Rolle, ersetzt ist.9. Device according to claim 8, wherein the rounded working surface of the cam (16) is replaced by a corresponding, rotatably mounted roller.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, mit mindestens zwei auf der Einlassseite angewendeten Gaswechselventilen (2) pro Zylinder und mit für deren Betätigung zuständigen und auf der Nockenwelle (12) angeordneten Nocken (16), die optional zwecks Nutzung einer leerlauf- bis niedriglastabhängigbegrenzten Abschaltung von mindestens einem Gaswechselventil (2), in mindestens zwei unterschiedlichen Ausführungsvarianten einer, sich, je nach Konstruktionsgestaltung, auf die Nockenhöhe oder Nocken-Rotationsradius-Größe beziehenden, Formdimensionierung gefertigt sind. 10. The device according to claim 1, with at least two applied on the inlet side gas exchange valves (2) per cylinder and with their actuation and on the camshaft (12) arranged cam (16), optionally for the purpose of using a idle to low load dependent limited shutdown of at least one gas exchange valve (2), in at least two different embodiments of a, depending on the design, on the cam height or cam rotational radius size related, dimensional dimensioning are made.
11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , bei der zusätzlich, zwecks einer Steuerzeitenvaria- bilitätserweiterung, der Nockenwelle (12) ein unabhängig regelbarer Nockenwellenversteller vorgeschaltet und vorzugsweise auf der Zwischen/Antriebswelle (4) angeordnet ist.11. The device according to claim 1, wherein in addition, for the purpose of Steuerzeitenvaria- bilitätserweiterung, the camshaft (12) upstream of an independently controllable camshaft adjuster and preferably on the intermediate / drive shaft (4) is arranged.
12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, bei der, um eine bessere Steuerbarkeit und/oder eine Minimierung der positiven sowie negativen Beschleunigung in einer Öff- nungs- sowie Schließphase des Gaswechselventils (2) zu erreichen, vorzugsweise in einem Hubkraftübertragungsstrang zwischen einem Nocken und dem Gaswechselventil (2) mindestens ein Hubübertragungselement, das aus einem Teil besteht oder aus mehreren zusammen gesetzt ist, allein, mit einem anderen oder mehreren Hubübertragungselementen und/oder anderen Zubehörteilen zusammen angewendet und damit imstande ist, bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in jeder Situation einen ventilspiellosen Kontakt zwischen dem Nocken und dem Gaswechselventil (2) sicherzustellen.12. The device according to claim 1 or 2, wherein in order to achieve better controllability and / or minimization of the positive and negative acceleration in an opening and closing phase of the gas exchange valve (2), preferably in a Hubkraftübertragungsstrang between a cam and the gas exchange valve (2) at least one Hubübertragungselement, which consists of a part or is composed of several, alone, with a different or more Hubübertragungselementen and / or other accessories used together and is capable of, in an operation of the internal combustion engine in any situation to ensure valveless contact between the cam and the gas exchange valve (2).
13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, mit vorzugsweise einem Schwenkhebel, der als ventilspiellosübertragendes Hubübertragungselement definiert und mit seinem ventilabge- wandten Ende auf einem fest angeordneten Bolzen oder eine Welle mit, bezüglich einer Vertikalausrichtung der Ventilachse (24), einer horizontalen Achsanordnung schwenkbar gelagert, vertikal über dem Gaswechselventil (2) angeordnet ist, wobei sein ventilzugewandtes Ende, das mit einer aus der Kombination einer Leerhub- und einer Hubkurve bestehenden Arbeitsfläche mit einer horizontalen Ausrichtung, vorzugsweise durch Anwendung eines Schwinghebels mit einer drehbargelagerten Rolle und eines hydraulischen Ven- tilspielausgleichselement.es, mit dem Gaswechselventil (2) gleichzeitig durch eine seitlich wirkende Federkraft in einem permanenten Kontaktzustand ist, so dass eine auf einer gegenüberliegenden Seite entsprechend angeordnete Nockenangriffsfläche des Schwenkhebels gezwungen ist, einem den Anforderungen angepassten Profil des auf der schwenkbaren Nockenwelle (12) angeordneten Nockens, bei einer anforderungsgerecht definierten Anordnung der Schwenkachse (32), permanent zu folgen.13. The device according to claim 12, preferably with a pivot lever defined as Ventilspiellosübertragendes Hubübertragungselement and with its ventilabge- wandten end on a fixed bolt or a shaft with respect to a vertical orientation of the valve axis (24), a horizontal axle pivotally mounted vertically is disposed above the gas exchange valve (2), wherein its valve-facing end, with a consisting of the combination of a Leerhub- and a lift curve working surface with a horizontal orientation, preferably by using a rocker arm with a rotatably mounted roller and a hydraulic valve tilspielausgleichsel.es in that the gas exchange valve (2) is simultaneously in a permanent contact state by a laterally acting spring force, so that a cam engagement surface of the pivot lever correspondingly arranged on an opposite side is forced to meet the requirements epprofessional profile of the arranged on the pivotable camshaft (12) cam, at a request-defined arrangement of the pivot axis (32), to follow permanently.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, bei der eine gekrümmte oder geradlinige Nockenangriffsfläche des Schwenkhebels durch eine drehbar gelagerte Rolle ersetzt ist.14. The device according to claim 13, wherein a curved or straight cam surface of the pivot lever is replaced by a rotatably mounted roller.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 14, bei der, um gegebenenfalls bei Verstellung der Stellposition der Nockenwellenträger (22), eine unter Umständen ungünstige Verlagerungen der Nockenwelle (12) auszugleichen, an Stelle der Rolle ein Schwenkarm an einem seiner Enden, schwenkbar, durch einen Lagerbolzen mit dem Schwenkhebel verbunden, angeordnet ist, während das andere, dem Nocken zugewandte Ende, an einer Schub-/Drehgelenk- verbindungskombination, vorzugsweise um die Nockenwellenachse (31) herum und an der selben vorbei, gelenkig und verschiebbar gelagert ist und wobei die drehbare Rolle dementsprechend mit dem Schwenkarm, bei einer Anordnung direkt gegenüber dem Nocken, mittels eines zweiten Lagerbolzen verbunden ist. 15. The device according to claim 14, wherein, optionally, when adjusting the setting position of the cam carrier (22), a possibly unfavorable displacements the camshaft (12), instead of the roller, a pivot arm at one of its ends, pivotally, by a bearing pin connected to the pivot lever, is arranged, while the other, the cam end facing, on a push / swivel combination combination, preferably about the camshaft axis (31) around and on the same past, articulated and slidably mounted and wherein the rotatable roller is accordingly connected to the pivot arm, in an arrangement directly opposite the cam, by means of a second bearing pin.
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