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Title:
METHOD FOR THE VARIABLE VALVE ACTUATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/054430
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the variable valve actuation of an internal combustion engine. According to said method, the valve actuation times of the controlled gas exchange valves of the internal combustion engine are varied according to engine speed by means of adjusting means for adjusting at least one camshaft in relation to a crankshaft, and the internal combustion engine comprises hydraulic valve play compensation elements which are used to compensate valve play of the gas exchange valves and are embodied as free movement elements at least on the inlet side or on the outlet side, respectively generating a free movement depending on the engine speed upon activation thereof. The aim of the invention is to provide a method for the variable valve actuation of internal combustion engines, using camshaft adjustment and hydraulic valve play compensation with a free movement function, ensuring favourable valve actuation times in all operating modes of the internal combustion engine, and simultaneously improving the thermodynamic yield of such internal combustion engines. To this end, the respective free movement of the valve play compensation elements is taken into account during a respective adjustment of the at least one camshaft.

Inventors:
SCHNELL OLIVER (DE)
SAILER PETER (DE)
SCHEIDT MARTIN (DE)
Application Number:
EP2006/067756
Publication Date:
May 18, 2007
Filing Date:
October 25, 2006
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER KG (DE)
SCHNELL OLIVER (DE)
SAILER PETER (DE)
SCHEIDT MARTIN (DE)
International Classes:
F01L1/24; F01L1/245; F01L1/344
Foreign References:
US4491098A1985-01-01
JPS61185607A1986-08-19
US4054109A1977-10-18
US5758613A1998-06-02
EP0945598A21999-09-29
Attorney, Agent or Firm:
SCHAEFFLER KG (Herzogenaurach, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, bei dem mit Stellmitteln zur Verstellung wenigstens einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle die Ventilsteuerzeiten der angesteuerten Gaswechselventile des Verbrennungsmotors drehzahlabhängig variiert werden, und bei dem der Verbrennungsmotor hydraulische Ventilspiel- ausgleichselemente zum Ausgleich eines Ventilspiels der Gaswechselventile aufweist, die wenigstens auf einer der Einlassseite und der Auslassseite als Leerhubelemente ausgebildet sind, welche jeweils bei einer Beaufschlagung zunächst einen drehzahlabhängigen Leerhub (2) erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer jeweiligen Verstellung der wenigstens einen Nockenwelle der jeweilige Leerhub (2) der Ventil- spielausgleichselemente berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Nockenwellen, über die die Einlassven- tilsteuerzeiten und die Auslassventilsteuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig einstellbar sind, und bei dem der Leerhub (2) der Leerhubelemente auf eine maximale Drehzahl ausgelegt ist, mittels einer Nachführung der Nockenwellenverstellung im Leerlauf, eine vorgegebene minimale Ventilüberschneidung (13') im Leerlauf nicht unterschritten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einlassventile steuernde Nockenwelle in Richtung (12) eines frühen Ein- lassöffnens nachgeführt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Nockenwellen, über die die Einlassventilsteuerzeiten und die Auslassventilsteuer- zeiten der Gaswechselventile unabhängig einstellbar sind, bei einem Kaltstart, mittels einer Nachführung der Nockenwellenverstellung im

Leerlauf eine vorgegebene maximale Ventilüberschneidung (13') im Leerlauf nicht überschritten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einlassventile steuernde Nockenwelle in Richtung (11 ) eines späten Ein- lassöffnens nachgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor mit nur einer Nockenwelle, über die die Einlassven- tilsteuerzeiten und die Auslassventilsteuerzeiten der Gaswechselventile abhängig voneinander einstellbar sind, und bei dem auf der Einlassseite und auf der Auslassseite Ventilspielausgleichselemente mit einem Leerhub (2) vorgesehen sind, in einem mittleren Drehzahlbereich, in Wirkverbindung mit einem durch den Leerhub (2) der Gaswechselventile vorgezogenen Ein- und Auslassschließen (9', 10'), eine Nockenwellenverstellung in Richtung (11 , 11 ') spätes Ein- und Auslassschließen erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor mit nur einer Nockenwelle, über die die Einlassventilsteuerzeiten und die Auslassventilsteuerzeiten der Gaswechselventile abhängig voneinander einstellbar sind, und bei dem nur auf der Einlassseite Ventilspielausgleichselemente mit einem Leerhub (2) vorgesehen

sind, in einem mittleren Drehzahlbereich, in Wirkverbindung mit einem durch den Leerhub (2) der Gaswechselventile vorgezogenen Einlassschließen (10'), eine Nockenwellenverstellung in Richtung (11 , 11 ') spätes Ein- und Auslassschließen erfolgt.

Description:

Bezeichnung der Erfindung

Verfahren zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, bei dem mit Stellmitteln zur Verstellung wenigstens einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle die Ventilsteuerzeiten der angesteuerten Gaswechselventile des Verbrennungsmotors drehzahlabhängig variiert werden, und bei dem der Verbrennungsmotor hydraulische Ventilspiel- ausgleichselemente zum Ausgleich eines Ventilspiels der Gaswechselventile aufweist, die wenigstens auf einer der Einlassseite und der Auslassseite als Leerhubelemente ausgebildet sind, die jeweils bei einer Beaufschlagung zunächst einen drehzahlabhängigen Leerhub erzeugen.

Hintergrund der Erfindung

Nockenwellenversteller zur Variierung der Ventilsteuerzeiten der Gaswechselventile in Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind an sich bekannt. Durch die Variierung der Steuerzeiten sollen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verschiedene Betriebsparameter, insbesondere Motordreh- moment, Leerlaufqualität, Kraftstoffverbrauch sowie Schadstoffemissionen optimiert werden.

Bei Motoren mit einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle, beispielsweise in der DOHC (Double Overhead Camshaft) - Bauweise mit zwei oben liegenden Nockenwellen, können dazu über die meist als elektrohydrauli-

sehe Steller ausgebildeten Nockenwellenversteller die Auslass- und Einlassvorgänge in Abhängigkeit von der Motordrehzahl relativ zueinander verstellt werden. üblicherweise wird dazu die Einlassnockenwelle um einen bestimmten Winkel gegenüber der Kurbelwelle, über die beide Nockenwellen angetrieben werden, verstellt. Dabei kommt es im Bereich des oberen Ladungswechsel - Totpunktes zu einer Variation der überschneidung der Ein- und Auslassvorgänge, bei der die Ein- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind. Während dieser überschneidung kommt es zu einem Spülvorgang, bei dem Frischladung zugeführt und Restgas ausgeschoben wird. Gleichzeitig findet durch Rück- Strömvorgänge von Abgas eine „innere" Abgasrückführung statt, die die Restgasmasse im Kompressionsraum verändert. Die Abgasrückführung reduziert die Verbrennungstemperatur und trägt dadurch zur Reduktion der NO x - Schadstoffemissionen bei. Andererseits führt eine zu große Restgasmasse zu einer Beeinträchtigung der Leerlaufqualität (unruhiges Leerlaufverhalten). Daher wird im Leerlauf mit Hilfe der Nockenwellenverstellung eine Verstellung auf ein „spätes" Einlassschließen vorgenommen, um durch eine geringere Ventilüberschneidung die Leerlaufqualität zu erhöhen bzw. eine hohe Leerlaufqualität sicherzustellen.

Bei hohen Drehzahlen erfolgt ebenfalls eine Verstellung auf spätes Einlassschließen. Eine insbesondere bei hohen Drehzahlen sich ausprägende schwingende Luftsäule in dem Motorzylinder führt durch das spätere Einlassschließen zu einem gasdynamischen Nachladeeffekt im Brennraum, der zur Erhöhung der Motorleistung führt. Hingegen erfolgt bei mittleren Drehzahlen eine No- ckenwellenverstellung auf ein „frühes" Einlassschließen, um eine bessere Zylinderfüllung zu erreichen, welches eine Drehmomentsteigerung bewirkt.

Auch bei Motoren mit nur einer Nockenwelle, beispielsweise in der OHV (O- verhead Valves) - Bauweise mit einer unten liegenden Nockenwelle oder in der SOHC (Single Overhead Camshaft) - Bauweise mit einer obenliegenden No-

ckenwelle, kann eine Nockenwellenverstellung, insbesondere zur Schadstoffreduzierung, sinnvoll sein. Allerdings ist dabei durch die konstant bleibende Ventilüberschneidung stets nur ein Kompromiss bei der Einstellung der Ventilsteuerzeiten möglich.

Weiterhin sind hydraulische Ventilspielausgleichselemente bekannt, die ein Ventilspiel, welches sich durch die Wärmeausdehnung und den Verschleiß der übertragungselemente des von einer Nockenwelle ausgehenden Nockenhubs auf die Gaswechselventile ergibt, selbständig ausgleichen, um eine einwand- freie Arbeitsweise des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Die Ausgleichselemente sind üblicherweise als hydraulische Stößel ausgebildet, mit einem Steuerventil, das über eine Feder in Schließrichtung beaufschlagt wird. Dies bedeutet, dass das Steuerventil im Grundkreisbereich des Nockens durch die Kraft der Feder überwiegend geschlossen ist. Dadurch geben diese Aus- gleichselemente einen Nockenhub unmittelbar, als quasi starre Elemente, an die Gaswechselventile weiter.

In zunehmendem Maße werden Ventilspielausgleichselemente eingesetzt, bei denen das Steuerventil in öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Derartige Aus- gleichselemente sind als RSHVA (Reverse Spring Hydraulische Ventilspiels- ausgleichselemente) oder NOLA (Normally Open Lash Adjuster) beispielsweise aus der US 4 054 109, der US 5 758 613 und der JP 61 185607 A bekannt. Bei diesen Ausgleichselementen wird das Steuerventil im Nocken-Grundkreisbereich durch die Kraft der Feder offen gehalten. Da das Ausgleichselement erst durch einen mit Beginn der Nockenerhebung von einem Hochdruckraum zu einem Niederdruckraum des Stößels fließenden ölstrom durch hydrodynamische und hydrostatische Kräfte geschlossen werden kann, erzeugt das Ausgleichselement zunächst einen Leerhub, bevor der eigentliche Ventilhub einsetzt. Insbesondere verhindert der Leerhub zuverlässig ein negatives Ventil- spiel und kann zum Ausgleich mechanischer Unzulänglichkeiten, insbesondere

flexibler Nockenwellen in Fahrzeugen mit verstellbaren Nocken bzw. Nockenwellen herangezogen werden.

Der Leerhub derartiger Ausgleichselemente kann die Ventilüberschneidung und damit die Steuerzeiten der Gaswechselventile beeinflussen. üblicherweise ist der Leerhub bei der Leerlaufdrehzahl des Motors am größten und nimmt mit steigender Drehzahl näherungsweise linear ab. Der relativ große Leerhub im

Leerlauf reduziert die Ventilüberschneidung, wodurch sich der Restgasgehalt bei der Verbrennung im Zylinderbrennraum verringert. Dies wirkt sich positiv auf die Leerlaufqualität des Motors im Hinblick auf einen stabilen Leerlauf aus.

Nockenwellenversteller dienen zum ändern der Ventilüberschneidung in verschiedenen Drehzahlbereichen. Leerhubelemente ändern ebenfalls die Ventilüberschneidung. Nachteilig wirkt sich aus, dass thermodynamische Potenziale, welche die Nockenwellenverstellung und der Ventilspielausgleich mit Leerhub bieten, bisher nicht ausgeschöpft werden. Insbesondere ist bisher kein Verfahren zur variablen Ventilsteuerung bekannt, bei dem ein Einfluss von hydraulischen Ventilspielausgleichselementen mit Leerhub auf die Ventilsteuerzeit für Verbrennungsmotoren mit Nockenwellenverstellern adäquat geregelt ist. In Verbrennungsmotoren mit Nockenwellenverstellung und Leerhubelementen können sich dadurch auch Verschiebungen der Ventilsteuerzeiten ergeben, die sich ungünstig in bestimmten Betriebssituationen auswirken.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur variablen Ventilsteuerung für Verbrennungsmotoren mit einer Nockenwellenverstellung und einem hydraulischen Ventilspielausgleich mit einer Leerhubfunktion an- zugeben, das in allen Betriebssituationen des Verbrennungsmotors günstige

Ventilsteuerzeiten gewährleistet, und das gleichzeitig die thermodynamische Ausnutzung derartiger Verbrennungsmotoren verbessert.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem Leerhub von hydraulischen Ventilspielausgleichselementen ein zusätzlicher Parameter zur Verfügung steht, der die Ventilsteuerzeiten im Verbrennungsmotor beeinflusst und der gezielt bei einer variablen Ventilsteuerung mit Hilfe einer Nockenwellenverstellung mit einbezogen werden kann, um die Effektivität des Verbrennungsprozesses zu steigern.

Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur variablen Ventilsteue- rung eines Verbrennungsmotors, bei dem mit Stellmitteln zur Verstellung wenigstens einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle die Ventilsteuerzeiten der angesteuerten Gaswechselventile des Verbrennungsmotors drehzahlabhängig variiert werden, und bei dem der Verbrennungsmotor hydraulische Ventilspielausgleichselemente zum Ausgleich eines Ventilspiels der Gaswech- selventile aufweist, die wenigstens auf einer der Einlassseite und der Auslassseite als Leerhubelemente ausgebildet sind, die jeweils bei einer Beaufschlagung zunächst einen drehzahlabhängigen Leerhub erzeugen. Zudem ist vorgesehen, dass bei einer jeweiligen Verstellung der wenigstens einen Nockenwelle, der jeweilige Leerhub der Ventilspielausgleichselemente berücksichtigt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft erreicht, dass der

Funktionsbereich der Nockenwellenverstellung erweitert wird. Der Leerhub der

RSHVAs bzw. NOLAs wird aktiv in die Steuerung der Ventilsteuerzeiten, insbe- sondere der Ventilschließzeiten, eingebunden. Dadurch wird in verschiedenen

signifikanten Betriebzuständen des Verbrennungsmotors, insbesondere im Leerlauf und bei Kaltstart, also bei niedrigen öltemperaturen, eine verbesserte Ausnutzung der thermodynamischen Potentiale des Verbrennungsmotors ermöglicht.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Nockenwellen, über die die Einlassventilsteuerzeiten und die Auslassven- tilsteuerzeiten der Gaswechselventile unabhängig einstellbar sind, und bei dem der Leerhub der Leerhubelemente auf eine maximale Drehzahl ausgelegt ist, mittels einer Nachführung der Nockenwellenverstellung im Leerlauf, eine vorgegebene minimale Ventilüberschneidung im Leerlauf nicht unterschritten wird. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die die Einlassventile steuernde Nockenwelle in Richtung eines frühen Einlassöffnens nachgeführt wird.

Bei Verbrennungsmotoren mit zwei unabhängig verstellbaren Nockenwellen (Dual Independent - System), wobei die Nockenwellen flexibel ausgebildet sind, kann in Kombination mit Reverse Spring - Leerhubelementen, der Leerhub so ausgelegt werden, dass dieser im gesamtem Drehzahlbereich, also insbesondere auch bei hohen Drehzahlen, noch ausreicht, um Nockenwellen- Verlagerungen oder Nockendurchbiegungen der flexiblen Nockenwellen zu kompensieren.

Da der Leerhub des Ausgleichselementes mit zunehmender Drehzahl aufgrund des zunehmenden Volumenstroms, der den Ventilschließkörper des Steuerven- tils bei einem Ventilhub beaufschlagt, und der damit verbundenen kürzeren Schließzeit des Steuerventils abnimmt, hat die Auslegung des Leerhubs auf eine maximale Drehzahl im Umkehrschluss einen sehr hohen Leerhub im Leerlauf zur Folge. Ein großer Leerhub im Leerlauf ist zwar grundsätzlich erwünscht, da die damit verbundene geringe Ventilüberschneidung eine hohe Leerlaufqualität sicherstellt.

Um am Verbrennungsmotor möglichst hohe Drehzahlen einstellen zu können, kann der Leerhub bei der maximalen Drehzahl unter Umständen jedoch so hoch ausgelegt sein, dass im Leerlauf nur noch eine verschwindend geringe oder gar keine Ventilüberschneidung erzeugt wird. Dies wiederum bedeutet, dass keine innere Abgasrückführung mehr stattfindet. Aus Emissions- und Verbrauchsgründen soll jedoch stets eine geringe innere Abgasrückführung auch im Leerlauf aufrechterhalten werden.

Dies wird mit Hilfe des Nockenwellenverstellers erreicht werden, indem erfindungsgemäß durch eine Nachführung der Nockenwelle eine Einlassverstellung in Richtung „frühes" Einlassschließen erfolgt. Dadurch kann einerseits ein Verbrennungsmotor mit flexibler Nockenwelle relativ verschleiß- und geräusch- arm bei sehr hohen Drehzahlen betrieben werden, andererseits wird ein für eine ausreichende Leerlaufqualität akzeptabler und für Verbrauch und Schadstoffausstoß günstiger Restgasgehalt im Leerlauf eingeregelt.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einem derartigen Verbrennungsmo- tor bei einem Kaltstart, mittels einer Nachführung der Nockenwellenverstellung im Leerlauf eine vorgegebene maximale Ventilüberschneidung im Leerlauf nicht überschritten wird. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die die Einlassventile steuernde Nockenwelle in Richtung eines späten Ein- lassöffnens nachgeführt wird.

Dadurch wird eine weitere erfindungsgemäße Ventilsteuerzeitregelung mit einer Kombination eines „Dual Independent" Nockenwellenverstellers mit Reverse Spring - Leerhubelementen ermöglicht. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des öls im Ausgleichelement, erzeugen Leerhubelemente bei sehr niedrigen öltemperaturen, insbesondere bei einem Kaltstart nur noch

einen geringen Leerhub und damit eine eher zu große Ventilüberschneidung. Dies wiederum hat einen relativ instabilen Leerlauf zur Folge. Um dies auszugleichen, könnte die Leerlaufdrehzahl zusätzlich erhöht werden. Aus Emissionsgründen ist dies jedoch unerwünscht. Abhilfe kann erfindungsgemäß bei einem Kaltstart durch eine Nockenwellennachführung in Richtung auf ein „spätes" Einlassöffnen geschaffen werden. Dadurch wird die überschneidungsfläche reduziert und eine gute Leerlaufqualität ohne zusätzliche Drehzahlanhe- bung erzielt.

Eine verbesserte Ventilsteuerung wird auch bei Verbrennungsmotoren mit nur einer verstellbaren Nockenwelle („Dual Equal" - System) und Leerhubelementen erreicht. Dazu kann vorgesehen sein, dass bei einem Verbrennungsmotor mit nur einer Nockenwelle, über die die Einlassventilsteuerzeiten und die Aus- lassventilsteuerzeiten der Gaswechselventile abhängig voneinander einstellbar sind, und bei dem auf der Einlassseite und auf der Auslassseite Ventilspiel- ausgleichselemente mit einem Leerhub vorgesehen sind, in einem mittleren Drehzahlbereich, in Wirkverbindung mit einem durch den Leerhub der Gaswechselventile vorgezogenen Ein- und Auslassschließen, eine Nockenwellenverstellung in Richtung spätes Ein- und Auslassschließen erfolgt.

Bei Dual Equal - Systemen ist eine Phasenverstellung von Einlass zu Auslass nicht möglich. Die eingestellte Ventilüberschneidung ist in einer Normalstellung an der Leerlaufqualität orientiert und bildet einen Kompromiss für alle anderen Drehzahlbereiche.

Im Teillastbereich (bei mittleren Drehzahlen) kann eine Verstellung nach „spät", also Einlassventil und Auslassventil schließen später als in der Normalstellung, die NO x - Emissionen senken. Dies wird dadurch bewirkt, dass durch das späte Schließen des Auslassventils während des Abwärtshubes des Kolbens Abgas in den Brennraum nachströmt. Dabei wird die Verbrennungstemperatur und

damit die NO x - Produktion gesenkt. Da der Einlass jedoch auch spät schließt, wird ein Teil der Zylinder - Ladung im Kompressionstakt wieder ausgeschoben, so dass die erzielte Verdichtung sinkt, was in der Folge zu einer schlechteren Entflammung bzw. Verbrennung und einer sinkenden Motorleistung führt. Eine Verstellung auf „zu spät" bei einem herkömmlichen Dual Equal - System wäre daher mit erheblichen Nachteilen behaftet.

Bei dem Dual Equal - System besteht das Ziel, durch spätes Schließen des Einlassventils zu entdrosseln, also ein Ausschieben von Ladung aus den Zy- lindern vorzunehmen. Der Restgasgehalt der Ladung stellt sich dabei durch zwei Effekte ein, nämlich durch die unveränderliche überschneidung (Auslassventil schließt während Einlassventil öffnet) sowie durch die von der Nockenwellenverstellung abhängige Verschiebung der überschneidung nach „spät" und damit zu höheren Geschwindigkeiten des sich abwärts bewegenden KoI- bens. Dadurch kann es geschehen, dass die mögliche Entdrosselung durch ein Zuviel an Restgas begrenzt wird.

Der Einsatz von Leerhubelementen verkürzt die genannte überschneidung der Ventilbetätigung und verringert demnach so den Restgasgehalt in den ZyMn- dem. Auf diese Weise ist eine maximale Spätverstellung ohne Nachteile hinsichtlich des Verbrennungsvorgangs möglich.

Schließlich führt die Nockenwellenverstellung bei einem Dual Equal - System mit Leerhubelementen auf „spät" auch zu einem unkritischeren Verhalten des Systems im Leerlauf und bei niedrigen Lasten. Während bei einem System ohne Leerhubelemente in der Normalstellung, also ohne Nockenwellenverstellung, eine gute Leerlaufqualität gewährleistet ist, führt eine Verstellung auf „spät" zu einer zu relativ hohen Restgasmenge im Leerlauf und im Niedriglastbereich, was einen unrunden Motorlauf zur Folge hat und sogar zu Fehlzün- düngen mit schlechteren Abgaswerten führen kann.

Bei einem Dual Equal - System unter Ausnutzung des Leerhubes von Leerhubelementen können diese Nachteile vermieden werden. Durch den Leerhub verringert sich bei abnehmender Drehzahl die Ventilüberschneidung zuneh- mend. Folglich wird die Restgasmenge verringert und die Leerlaufqualität wieder erhöht. Dies bedeutet, dass selbst bei einer Spät-Verstellung bei relativ niedrigen Drehzahlen immer noch eine ausreichende Leerlaufqualität sichergestellt ist. Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstellung auf „spät" sorgt dann bei steigender Last für die vorteilhafte korrekte Restgaseinstellung.

Insgesamt lassen sich somit unter Abwägung der jeweiligen, teilweise gegenläufigen Auswirkungen, durch sinnvolle Kombinationen der Nockenwellenverstellung mit dem durch die Ventilspielausgleichselemente mit Leerhub jeweils erzeugten Leerhub, Ventilsteuerzeiten einstellen, die über den gesamten Dreh- zahlbereich des Verbrennungsmotors zusätzliche thermodynamische Potenziale mit vorteilhaften Auswirkungen auf Motorlaufqualität, Leistungsentfaltung und unter Berücksichtigung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen erschließen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der beiliegenden Diagramme an einigen Ausführungsformen veranschaulicht. Darin zeigt

Fig. 1 ein Ventil-Steuerdiagramm bei einer erfindungsgemäßen

Nockenwellenverstellung, bei einem Verbrennungsmotor mit zwei unabhängig voneinander verstellbaren Nockenwellen für Ein- und Auslassventile und mit hydraulischen Ventilspielausgleichselementen mit einem Leerhub im Leerlauf,

Fig. 2 ein entsprechendes Ventil-Steuerdiagramm bei einem

Kaltstart,

Fig. 3 ein Ventil-Steuerdiagramm bei einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellung, bei einem Verbrennungsmotor mit einer verstellbaren Nockenwelle für Ein- und Auslassventile und mit hydraulischen Ventilspielausgleichselemen- ten mit einem Leerhub auf der Einlassseite und der Auslassseite bei mittleren Drehzahlen, und Fig. 4 ein entsprechendes Ventil-Steuerdiagramm bei einem

Verbrennungsmotor, bei dem nur auf der Einlassseite Leerhubelemente vorgesehen sind.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die Ventil-Steuerdiagramme in den Figuren 1 bis 4 zeigen Ventilhubverläufe, wobei ein Ventilhub 1 eines Gaswechselventils gegen einen Kurbelwinkel 3 einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aufgetragen ist. Der Kurbelwinkel 3 dient als Maß für den zeitlichen Verlauf des Ventilhubs 1 und zur Veran- schaulichung einer Verstellung der Aus- und Einlasszeiten der Gaswechselventile über einen Nockenwellenversteller.

Fig. 1 zeigt in der oberen Bildhälfte einen Auslassverlauf 4 eines Auslassventils und einen Einlassverlauf 5 eines Einlassventils bei einem Verbrennungs- motor ohne Leerhub im Ventilspielausgleich. Die innerhalb der Kurven 4 und 5 liegenden Kurven 4' und 5' zeigen hingegen einen Auslassverlauf beziehungsweise einen Einlassverlauf bei einem Ventilspielausgleich mit einem Leerhub 2.

Der Auslass öffnet bei einem Zeitpunkt (Aö) respektive Kurbelwinkel 7 bzw. T und schließt bei einem Zeitpunkt (AS) 9 bzw. 9'. Der Einlass öffnet bei einem Zeitpunkt (Eö) 8 bzw. 8' und schließt bei einem Zeitpunkt (ES) 10 bzw. 10'. Die Kurven 4 und 5 zeigen die Situation im Leerlauf ohne Leerhubelemente. In einem oberen Totpunkt 6, der im Bereich eines Ladungswechsels liegt, sind Auslass und Einlass gleichzeitig geöffnet. Daraus ergibt sich eine bestimmte Ventilüberschneidung 13 (überschneidungsfläche bzw. überschneidungswinkel in einem Ausgangszustand).

Bei der Auslass- und Einlasskurve 4', bzw. 5' mit Leerhubelementen ist der Leerhub 2 zur Kompensation von Nockenwellenverlagerungen oder Nockenwellendeformationen auf eine maximale Motordrehzahl ausgelegt. Dies bewirkt einen sehr hohen Leerhub 2 im Leerlauf. Folglich verschwindet die Ventilüber- schneidung 13 derart, dass keine Ventilüberschneidung mehr vorhanden ist.

Um dies zu verhindern, wird die Einlass-Nockenwelle in Richtung 12 eines „frühen" Einlass-Schließens verstellt. Dies ist in der unteren Bildhälfte von Fig. 1 dargestellt. Die Auslassnockenwelle wird dabei festgehalten. Folglich ergibt sich durch die Nockenwellennachführung wieder eine geringe Ventilüberschneidung 13' (überschneidungsfläche bzw. überschneidungswinkel in einem Endzustand), die einen akzeptablen Restgasgehalt für eine ausreichende Leerlaufqualität zur Verfügung stellt und somit einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Abgasemission sowie Verbrauch und stabilem Leerlauf erzielt.

Fig. 2 zeigt eine Betriebssituation bei einem Kaltstart. Durch eine niedrige öltemperatur ist der Leerhub der Leerhubelemente im Leerlauf sehr klein. Es ergibt sich im Ausgangszustand eine relativ große Ventilüberschneidung 13 mit der (unverstellten) Einlasskurve, die gestrichelt angedeutet ist. Dabei ist ein hoher Restgasgehalt im Zylinder, mit der Folge eines schlechten Leerlaufs.

Durch eine Verstellung in Richtung 11 , also nach „spät" wird die Anfangs - Ventilüberschneidung 13 reduziert zu einer geringeren End - Ventilüberschneidung 13', wodurch sich die Leerlaufqualität wieder verbessert. Eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl wird somit überflüssig.

Fig. 3 zeigt eine Betriebsituation bei mittleren Drehzahlen bei einem Verbrennungsmotor mit nur einer Nockenwelle. Eine Verstellung nach „spätes" Schließen 11 ' bewirkt vom Auslass her, dass der Kolben beim abwärts tauchen zusätzliches Abgas in den Brennraum nachzieht. Diese Restgaserhöhung lässt die Verbrennungstemperatur im Zylinder sinken mit der Folge reduzierter Stickoxid (NO x ) - Emission. Der gleichzeitig schließende Einlass schiebt im Kompressionstakt des Motors Ladung aus dem Zylinder, wodurch sich die Entflammbarkeit des Brennstoff-Luft-Gemischs verschlechtert, was einen Leistungsverlust des Motors zur Folge hat.

Die Ventilhubverläufe 4 und 5 zeigen die Spätverstellung ohne Leerhubelemente. Zum Vergleich sind die Kurvenverläufe vor der Verstellung in Fig. 3 gestrichelt angedeutet. Mit Leerhubelementen auf der Einlassseite und der Auslassseite ergeben sich nach der Spätverstellung die Hubverläufe 4', bzw. 5'. Als Folge des Leerhubs 2 wird sowohl das Schließen des Auslass als auch des Einlass vorverlegt. Der Auslass schließt jetzt schon bei 9' statt bei 9, der Einlass schließt schon bei 10' statt bei 10. Dadurch reduziert sich zwar die überschneidungsfläche 13 zu der überschneidungsfläche 13', und damit auch der Restgasgewinn und die Schadstoffreduzierung. Durch das vorgezogene Einlassschließen werden die ungünstigen Folgen der Verstellung auf „spät" seitens der Einlassseite aber teilweise kompensiert, also der Leistungsverlust verringert.

Die Fig. 4 zeigt schließlich eine Nockenwellen-Spätverstellung, die vergleich- bar mit dem Beispiel von Fig. 3 ist, wobei jedoch nur am Einlass Leerhubele-

mente verbaut sind. Die resultierende überschneidungsfläche 13' bleibt in diesem Fall größer, im Vergleich zu der überschneidungsfläche 13' von Fig. 3 und annähernd so groß wie die überschneidungsfläche 13 ohne Leerhubelemente. Demnach wird annähernd die gleiche Schadstoffreduzierung wie ohne Leerhubelemente erreicht und dennoch gleichzeitig der Leistungsverlust in dem Maße begrenzt wie im Beispiel von Fig. 3.

Bezugszeichenliste

1 Ventilhub 2 Leerhub

3 Kurbelwinkel

4 Auslasskurve ohne Leerhub 4' Auslasskurve mit Leerhub

5 Einlasskurve ohne Leerhub 5' Einlasskurve mit Leerhub

6 Oberer Totpunkt (Ladungswechsel)

7 Auslass öffnet (Aö) ohne Leerhub T Auslass öffnet (Aö) mit Leerhub

8 Einlass öffnet (Eö) ohne Leerhub 8' Einlass öffnet (Eö) mit Leerhub

9 Auslass schließt (AS) ohne Leerhub 9' Auslass schließt (AS) mit Leerhub

10 Einlass schließt (ES) ohne Leerhub 10' Einlass schließt (ES) mit Leerhub 11 Einlassverstellung „spät"

11 ' Auslassverstellung „spät"

12 Einlassverstellung „früh"

13 Ventilüberscheidung Ausgangszustand 13' Ventilüberschneidung Endzustand