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Patent Searching and Data


Title:
VARIABLE-STROKE VALVE TRAIN OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/067269
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a DOHC sliding cam valve train of an internal combustion engine with four-cylinder in-line arrangement and cylinder shutoff. One of the two camshafts (8, 9) has two shared cam pieces (10, 11) for the respective adjacent engine cylinders (I, II, and III, IV).

Inventors:
ENGELHARDT HELMUT (DE)
Application Number:
PCT/DE2014/200617
Publication Date:
May 14, 2015
Filing Date:
November 04, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F01L13/00
Foreign References:
DE102005006489A12006-08-24
DE102009016902A12010-10-14
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Claims:
Patentansprüche

1 . Ventiltneb eines Verbrennungsmotors in Vierzylinderreihenanordnung mit hubvariabler Betätigung der Gaswechselventile (4), mit einer ersten No- ckenwelle (8, 8'), die eine Trägerwelle (1 ) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete erste Nockenstücke (10, 1 1 ) umfasst, die jeweils mit zumindest zwei ersten Gruppen (1-1 bis IV-2) benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, M, N) die Ein- oder Auslassventile zweier benachbarter Motorzylin- der (I und II, III und IV) betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb eine zweite Nockenwelle (9) aufweist, die eine Trägerwelle (1 ) und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete zweite Nockenstücke (12, 13) umfasst, die jeweils mit zumindest einer zweiten Gruppe (1-1 und I-2, IV-1 und IV-2) benachbar- ter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen (H, N) die jeweils anderen

Aus- oder Einlassventile von lediglich einem Motorzylinder (I, IV) betätigen, wobei die Erhebungen (H, N bzw. M, N) von gleichzeitig betätigenden Nocken der ersten Nockengruppen (1-1 bis IV-2) unterschiedlich sind und einen Nullhub (N) enthalten und wobei die zweiten Nockengruppen (1-1 und I-2, IV- 1 und IV-2) jeweils einen Nocken mit einem Nullhub (N) enthalten, um die

Ein- und Auslassventile der beiden Motorzylinder (I, IV) stillzulegen, deren Aus- beziehungsweise Einlassventile von den zweiten Nockenstücken (12, 13) betätigt sind. 2. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nockenwelle (8, 8') die Einlasswelle ist und dass die zweite Nockenwelle (9) die Auslasswelle ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (10, 1 1 ) jeweils genau drei Nocken aufweisen und dass die zweiten Nockengruppen (12, 13) jeweils genau zwei Nocken aufweisen. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (10, 1 1 ) jeweils einen Nocken mit einer mittelgroßen Erhebung (M) und einen Nocken mit einer großen Erhebung (H) aufweisen, wobei der Nocken mit Nullhub (N) und der Nocken mit der mittelgroßen Erhebung (M) gleichzeitig betätigen.

Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nockengruppen (10, 1 1 ) jeweils einen Nocken mit einer mittelgroßen Erhebung (M) und einen Nocken mit einer großen Erhebung (H) aufweisen, wobei der Nocken mit Nullhub (N) und der Nocken mit der großen Erhebung (H) gleichzeitig betätigen.

Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb die Gaswechselventile (4) des ersten und des vierten Motorzylinders (I, IV) stilllegt.

Description:
Hubvariabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors in Vierzylinderreihenanordnung mit hubvariabler Betätigung der Gaswechselventile. Der Ventil- trieb umfasst eine erste Nockenwelle mit einer Trägerwelle und genau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordneten ersten Nockenstücken, die jeweils mit zumindest zwei ersten Gruppen benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen die Ein- oder Auslassventile zweier benachbarter Motorzylinder betätigen.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Schiebenocken-Ventiltrieb, bei dem die Gaswechselventile zweier benachbarter Motorzylinder von einem gemeinsamen Nockenstück betätigt wer- den, ist aus der DE 10 2005 006 489 A1 und der DE 10 2009 016 902 A1 bekannt. Voraussetzung für die dabei verringerte Komplexität der Nockenwelle ist die ausreichende Größe des gemeinsamen Grundkreiswinkels aller Nocken eines Nockenstücks, da für dessen betriebliche Verschiebung nur dieser Winkelbereich zur Verfügung steht. Folglich sind hierfür insbesondere Reihenvierzylindermoto- ren (R4) mit zwei oben liegenden Nockenwellen (DOHC) und der Standardzündfolge 1 -3-4-2 geeignet.

Im Zuge der sich weiterhin verschärfenden Emissionsvorschriften befindet sich mittlerweile auch ein R4-Motor mit Schiebenocken-Ventiltrieb und Zylinderab- Schaltung (ZAS) in Serie - siehe Motortechnische Zeitschrift MTZ 03/2012:„Der 1 ,4-L-TSI-Ottomotor mit Zylinderabschaltung".

Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, die Hubvariabilität eines Ventiltriebs der eingangs genannten Art im Hinblick auf die weitere Emissionsreduzierung des Verbrennungsmotors in dessen unterschiedlichen Betriebsmoden anzugeben. Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach soll der Ventiltrieb eine zweite Nockenwelle aufweisen, die eine Trägerwelle und ge- nau zwei darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete zweite Nockenstücke umfasst, die jeweils mit zumindest einer zweiten Gruppe benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen die jeweils anderen Aus- oder Einlassventile von lediglich einem Motorzylinder betätigen. Dabei sollen die Erhebungen von gleichzeitig betätigenden Nocken der ersten Nockengruppen unterschiedlich sein und einen Nullhub enthalten, und die zweiten Nockengruppen sollen jeweils einen Nocken mit einem Nullhub enthalten, um die Ein- und Auslassventile der beiden Motorzylinder stillzulegen, deren Ausbeziehungsweise Einlassventile von den zweiten Nockenstücken betätigt sind. Im Ergebnis erhält man einen lediglich vier Nockenstücke aufweisenden DOHC- Schiebenocken-Ventiltrieb für einen R4-Motor, der zum einen im ZAS-Modus betrieben werden kann und dessen Ein- oder Auslassventile der nicht abschaltbaren Motorzylinder mit zwei unterschiedlichen Nockenerhebungen betrieben werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

Figur 1 einen Ausschnitt eines bekannten Schiebenocken-Ventiltriebs in Seitenansicht;

Figur 2a die Ein- und Auslasswellen des ersten erfindungsgemäßen Ventiltriebs in schematischer Ansicht; Figur 2b die drei Betriebsmoden des ersten Ventiltriebs in tabellarischer Form;

Figur 3a die Ein- und Auslasswellen des zweiten erfindungsgemäßen Ventiltriebs in schematischer Ansicht;

Figur 3b die drei Betriebsmoden des zweiten Ventiltriebs in tabellarischer Form.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung sei ausgehend von Figur 1 erläutert, in der ein bekannter hubvariabler Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors dargestellt ist. Das grundlegende Funktionsprinzip des Ventiltriebs lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine außenverzahnte Trägerwelle 1 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und axialverschiebbar gelagerte Nockenstücke 2 ersetzt ist. Jedes Nockenstück weist zwei Gruppen axial unmittelbar benachbarter Nocken mit zwei unterschiedlich großen Erhebungen H und M auf, die mittels Schlepphebeln 3 selektiv auf die Gaswechselventile 4 übertragen werden. Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens erforderliche Verschiebung des Nockenstücks auf der Trägerwelle er- folgt über zwei auf dem Nockenstück verlaufende Axialkulissen mit nutförmigen Kulissenbahnen 5 und 6, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks, jeweils ein Betätigungsstift 7 eines Aktuators (nicht dargestellt) einspurt. Figur 2a zeigt die beiden Nockenwellen eines ersten erfindungsgemäßen DOHC- Ventiltriebs für einen R4-Motor mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen pro Motorzylinder und mit der Zündfolge 1 -3-4-2. Die erste, in der Figur obere Nockenwelle ist die Einlasswelle 8, und die zweite, in der Figur untere Nockenwelle ist die Auslasswelle 9.

Die Einlasswelle 8 ist aus der außenverzahnten Trägerwelle 1 und zwei ersten Nockenstücken 10 und 1 1 zusammengesetzt, die mittels deren Innenverzahnung drehfest und zwischen drei Positionen axialverschiebbar auf der Trägerwelle ge- lagert sind. Das eine erste Nockenstück 10 betätigt die Einlassventile der beiden Motorzylinder I und II, und das andere erste Nockenstück 1 1 betätigt die Einlassventile der beiden Motorzylinder III und IV. Jedes dieser Nockenstücke hat vier erste Gruppen mit jeweils drei benachbarten Einlassnocken unterschiedlicher Erhebungen. Die Bezeichnung 1-1 bis IV-2 der ein- und auslassseitigen Nockengruppen bezieht sich mit der römischen Ziffer auf den jeweiligen Motorzylinder und mit der arabischen Ziffer auf das erste oder zweite Ventil dieses Motorzylinders, die jeweils mit der gleichen Erhebung öffnen. Zwischen zwei benachbarten Nockengruppen jedes Motorzylinders verlaufen die axial gegenläufig orientierten Kulissenbahnen 5 und 6, in die jeweils ein von zwei Betätigungsstiften eingreift, um die ersten Nockenstücke in jede der drei Axialpositionen verschieben zu können.

Die Auslasswelle 9 ist aus der außenverzahnten Trägerwelle 1 und zwei zweiten Nockenstücken 12 und 13 zusammengesetzt, die mittels deren Innenverzahnung drehfest und zwischen zwei Positionen axialverschiebbar auf der Trägerwelle gelagert sind. Das eine zweite Nockenstück 12 betätigt die Auslassventile des Motorzylinders I, und das andere zweite Nockenstück 13 betätigt die Auslassventile des Motorzylinders IV. Jedes dieser Nockenstücke hat zwei zweite Nocken- gruppen 1-1 , I-2 bzw. IV-1 , IV-2 mit jeweils zwei benachbarten Auslassnocken unterschiedlicher Erhebungen. Anders als die axial verschiebbaren Nockenstücke sind die Auslassnockenpaare 11-1 , II-2 und 111-1 , III-2 der Motorzylinder II bzw. III fest mit der Trägerwelle gefügt. Die zwischen den zweiten Nockengruppen angeordneten Kulissenbahnen 5 und 6 kreuzen sich, so dass für die Verschiebung dieser Nockenstücke in die beiden Axialpositionen jeweils nur ein Betätigungsstift erforderlich ist.

Die qualitative Größe der einzelnen Nockenerhebungen und die drei dementspre- chenden Betriebsmoden A bis C des Verbrennungsmotors sind in Figur 2b tabel- larisch gelistet. Die ersten Nockengruppen 1-1 bis IV-2 der Einlasswelle 8 weisen gleichzeitig betätigende Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen auf. Denn bei den mit N bezeichneten Nocken der Nockengruppen 1-1 und I-2 sowie IV-1 und IV-2 handelt es sich um Nocken mit Nullhub N zur Stilllegung der Einlassventile der Motorzylinder I und IV, während gleichzeitig die Einlassventile der Motorzylinder II und III von den Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden. In diesem ZAS-Modus C befinden sich die zweiten Nockenstücke der Auslasswelle 9 ebenfalls in der linken Axialposition L, so dass deren Nocken mit Nullhub N auch die Auslassventile der Motorzylinder I und IV stilllegen. Die Auslassventile der nicht abgeschalteten Motorzylinder II und III werden hingegen von den Festnocken mit großer Erhebung H betätigt.

Modus B: Ausgehend von Modus C bewirkt eine Verschiebung der ersten und zweiten Nockenstücke 10, 1 1 bzw. 12, 13 um eine Axialposition (in Figur 2a nach rechts in die Position M), dass sämtliche Einlassventile von Nocken mit mittelgroßer Erhebung M betätigt werden und dass sämtliche Auslassventile von Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden. Modus A: Ausgehend von Modus B bewirkt eine weitere Verschiebung der ersten Nockenstücke 10, 1 1 um eine Axialposition (in Figur 2a nach rechts in die Position R), dass auch die Einlassventile von Nocken mit großer Erhebung H betätigt werden. Der zweite erfindungsgemäße Ventiltrieb gemäß den Figuren 3 unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten Ventiltrieb lediglich durch die Konfiguration der Einlasswelle 8': in diesem Fall werden im ZAS-Modus C die Einlassventile der Motorzylinder II und III von Nocken mit mittelgroßer Erhebung M betätigt. Nicht dargestellte, alternative Ausgestaltungen der Erfindungen können sein:

- Stillegung der Motorzylinder II und III anstelle I und IV im ZAS-Modus

- in den Figuren ist die erste Nockenwelle die Auslasswelle, und die zweite Nockenwelle ist die Einlasswelle

- Nockenstücke mit anderen bekannten Kulissenbahnen

- beide Nockenwellen sind entweder dreistufig oder nur zweistufig hubvariabel

Liste der Bezugszeichen 1 Trägerwelle

2 Nockenstück

3 Schlepphebel

4 Gaswechselventil

5 Kulissenbahn

6 Kulissenbahn

7 Betätigungsstift

8 erste Nockenwelle, Einlasswelle

9 zweite Nockenwelle, Auslasswelle 10 erstes Nockenstück

1 1 erstes Nockenstück

12 zweites Nockenstück

13 zweites Nockenstück