Die Erfindung betrifft eine Steuerwelle einer Nockenwellenverstelleinheit zur

Einlassventilabschaltung bei einem Verbrennungsmotor mit axial beabstandeten Verstellnocken sowie die Nockenwellenverstelleinheit.

Die Einlassventilabschaltung ist eine Variante einer Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Mittels Deaktivierung der Einlass- und Auslassventile in Kombination mit einer Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr werden die Hälfte der Zylinder abgeschaltet und somit der Betriebspunkt des Motors auf Grund der Mitteldruckerhöhung in einen Bereich besseren Wirkungsgrades verschoben.

Aus dem Stand der Technik sind zur Zylinderabschaltung neben mechanischen Lösungen mit mehr als einer Kurbelwelle beispielsweise auch Lösungen bekannt, bei denen die Kraftstoffeinspritzung und Gemischzündung kontrolliert ermöglicht oder abgeschaltet wird.

Auch ist aus dem Stand der Technik eine mögliche Ventilhubverstellung bekannt, die eine kontinuierliche Verstellung des Ventilhubs von Minimalhüben bis hin zum Maximalhub in Abhängigkeit von der jeweiligen Lastanforderung des Verbrennungsmotors ermöglicht. Bei den bekannten variablen Ventilsteuerungen wirken die Nocken der Nockenwelle auf einen Zwischenhebel, der die Einlassventile mittelbar oder unmittelbar öffnet und schließt. Der Zwischenhebel wird über eine Steuerwelle und insbesondere auf der Steuerwelle ausgebildete Verstellnocken in verschiedene Betriebspositionen bewegt und über eine Rückstellfeder in eine Ursprungsposition gezogen. Je nach Betriebsposition der Steuerwelle wirken die Nocken der Nockenwelle stärker oder schwächer auf den Zwischenhebel ein und verstellen somit den erreichten Ventilhub.

Auf dem Bekannten aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderabschaltung über eine spezielle Ventilhubsteuerung, insbesondere eine speziell geformte Steuerwelle zur Steuerung der Nockenwellenwirkung bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß der Patentansprüche 1, 9 und 10 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Steuerwelle einer Nockenwellenverstelleinheit für einen Verbrennungsmotor mit axial beabstandeten Verstellnocken, die in einem ersten axialen Abschnitt der Steuerwelle für einen Zylinderdauerbetrieb und in einem zweiten axialen Abschnitt für eine Zylinderabschaltung ausgebildet sind, vorgeschlagen. Die Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb weisen über ihren gesamten Umfang des Nockenkreises eine Radialerstreckung auf, die größer ist als eine Nullhuberstreckung. Die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung weisen in Umfangsrichtung einen Abschaltabschnitt des Nockenkreises mit einer Radialerstreckung auf _» die kleiner oder gleich der ullhuberstreckung ist, wobei die Steuerwelle einen die Rotation in beide Umfangsrichtungen beschränkenden Anschlag aufweist, der als Kalibrierungspunkt für eine Motorelektronik dient. Das System kann somit bei nicht plausiblen Werten in der Motorelektronik neu kalibriert werden. Die Nullhuberstreckung ist als die radiale Erstreckung der Verstellnocken bis zum Grundkreis der Steuerwelle definiert. Bei einer Nullhuberstreckung zeigt der der jeweilige Verstellnocken im entsprechenden Abschnitt keine mechanische Wirkung auf andere Bauteile und verhindert somit einen Ventilhub.

Für den mechanischen Anschlag wird ein Versteilbereich von 30° Verstellnocken frei gelassen, so dass der Verstellbereich der Steuerwelle bei 330° liegt. In einer möglichen Ausführung ist der Anschlag in der Lagerung der Steuerwelle integriert. An der Steuerwelte kann zusätzlich ein Stift angeordnet sein, der in den jeweiligen Endpositionen an einer an der Lagerung, beispielsweise der Lagerbrücke, sitzenden Nase anschlägt. Der mechanische Anschlag ist in einer vorteilhaften Ausführung durch zwei mechanische Endanschläge ausgeführt, die beide Drehrichtungen der Steuerwelle beschränken.

Die Zylinderabschaitung erfolgt erfindungsgemäß durch unterschiedlich geformte Verstellnocken auf der Steuerwelle, die bei den nicht abzuschaltenden Zylindern so ausgebildet sind, dass in jeder Position der Steuerwelle eine Öffnung der Einlassventile erfolgt, und bei den abzuschaltenden Zylindern so ausgebildet sind, dass in einer Position eine Öffnung der Einlassventile (keine Abschaltung) und in einer vorbestimmten Abschaltposition (Abschaltung) keine Öffnung der Einlassventile erfolgt. Bei nicht geöffneten Einlassventilen erfolgen keine Zylinderfüllung und keine Kraftstoffeinspritzung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerwelle für einen Reihensechszylinderverbrennungsmotor mit je einem Verstellnocken pro Einlassventil ausgebildet, wobei drei Randzylinder abschaltbar sind und die entsprechend zugehörigen Verstellnocken entsprechend mit einem Abschaltabschnitt mit Radialerstreckung bis maximal zum Grundkreis ausgebildet sind.

In einer Ausführungsvariante ist bei der Steuerwelle vorgesehen, dass sie einen rotatorischen Verstellbereich in Umfangsrichtung (im Nockenkreis) von 330- 360° aufweist. Die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung weisen bei einer 360°-Verstellbarkeit günstigerweise in Umfangsrichtung über erste 180° eine Radialerstreckung auf, die durchgängig größer ist als eine Nullhuberstreckung, und in Umfangsrichtung über zweite 180° eine Radialerstreckung auf, die durchgängig kleiner oder gleich ist der Nullhuberstreckung. Eine Erstreckung kleiner der Nullhuberstreckung ist jedoch als Ausnahmefall zu sehen, da hierdurch der Durchmesser der Steuerwelle im Bereich der Verstellnocken stark reduziert wird. Die Formgebung in Umfangsrichtung im Nockenkreis bei den Verstellnocken für die Zylinderabschaltung ist demzufolge in Umfangsrichtung eine Zweiteilung vorgesehen. Durch die Verstellung der Steuerwelle können die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung in eine Position gebracht werden, dass sie keine Wirkung nach außen auf andere Bauteile zeigen und die Einlassventile geschlossen bleiben. Gleichzeitig entfalten die Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb aufgrund ihrer anderen Form ihre Wirkung und ermöglichen das Öffnen der Einlassventüe. Durch die axiale Aufteilung der Steuerwelle mit teilweise vorgesehenen Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb und Verstellnocken für die Zylinderabschaltung ist je nach Steuerwellenrotationsposition ein Betrieb mit allen Zylindern nur einem Teil der Zylinder ermöglicht.

Die unterschiedlichen Positionen der Steuerwelle werden über einen Stellmotor realisiert. Durch die aufgeteilte Form der Versteilnocken für die Zylinderabschaltung kommt es zu einem Anstieg des Drehmoments am Steilmotor, Dieser Drehmomentanstieg kann durch eine spezielle Ausbildung der Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb reduziert werden. Hierfür ist in einer Erfindungsvariante vorgesehen, dass die Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb in einem Abschnitt des Nockenkreises, der zu dem Abschalfabschnitt der Verstellnocken für die Zylinderabschaltung korrespondiert, eine Radialerstreckung autweisen, die geringer ist als eine Maximalhuberstreckung. Das hat zur Folge, dass beim Betrieb mit teilweise abgeschalteten Zylindern keine maximalen Ventilhübe erreicht werden. Diese werden in dieser Betriebsphase jedoch ohnehin kaum benötigt.

Die Steuerwelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch Rotation in zumindest zwei Betriebspositionen einstellbar ist, wobei die erste Betriebsposition einen Zylinderdauerbetrieb bei allen Verstellnocken und die zweite Betriebsposition eine teilweise Zylinderabschaltung an den Versteilnocken für die Zylinderabschaltung und einen Zylinderdauerbetrieb bei den Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb gewährleistet.

Zur Ermöglichung des aus dem Stand der Technik bekannten Phasing ist in einer günstigen Ausführung vorgesehen, dass an der Steuerwelle pro Zylinder des Verbrennungsmotors zwei Verstellnocken vorgesehen sind. Die Geometrie und Anordnung in Umfangsrichtung der Verstellnocken auf der Steuerwelle ist individuell anpassbar, um für jedes Einlassventil jedes Zylinders eine eigene Öffnungscharakteristik zu gewährleisten.

Die Erfindung betrifft ferner eine Nockenwellenverstelfeinheit für einen Verbrennungsmotor mit einer Nockenwelle mit mehreren axial beabstandeten Nocken, mehreren Übertragungsmitteln, die ausgebildet sind, eine Nockenwellenrotation und Einwirkung der Nocken in eine translatorische Bewegung auf jeweils den Übertragungsmitteln zugehörige Motor-Einlassventile zu übertragen, um diese zu Öffnen und zu Schließen, wobei eine Position der Übertragungsmittel und somit deren Wirkung auf die Einlassventile durch eine oben beschriebene Steuerwelle anpassbar ist, indem deren Verstellnocken auf je ein Übertragungsmittel einwirken, wobei die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung im Abschaltabschnitt des Nockenkreises auf die Übertragungsmittel wirkungsfrei sind, so dass diese bei Beaufschlagung durch die Nocken der Nockenwelle keine Öffnung der Einlassventile bewirken, wobei die Steuerweile einen die Rotation in beide Umfangsrichtungen beschränkenden Anschlag aufweist, der als Kalibrierungspunkt für eine Motorelektronik dient. Sämtliche vorstehend für die Steuerwelle beschriebenen Merkmale sind unmittelbar für die Nockenwellenverstelleinheit anwendbar und gültig.

Auch umfasst die Erfindung das entsprechende Verfahren zum Abschalten von Einlassventilen bei einem Motor unter Verwendung der beschriebenen Nockenwellenverstelleinheit, wobei die Position der Übertragungsmittel und somit deren Wirkung auf die Einlassventile dadurch angepasst, dass deren Verstellnocken auf je ein Übertragungsmittel einwirken, wobei die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung im Abschaltabschnitt im Nockenkreis auf die Übertragungsmittel wirkungsfrei sind, so dass diese bei Beaufschlagung durch die Nocken der Nockenwelle keine Öffnung der Einlassventile bewirken. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für einen Reihensechszylinderverbrennungsmotor, bei dem drei der sechs Zylinder abzuschalten sind. Ein erfindungsgemäßer Reihensechszylinderverbrennungsmotor umfasst eine vorstehend beschriebene Nockenwellenverstelleinheit und ist dadurch gekennzeichnet, dass drei der sechs Zylinder dadurch abschaltbar sind, dass die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung im Abschaltabschnitt im Nockenkreis auf die Übertragungsmittel der abzuschaltenden drei Zylinder wirkungsfrei sind, so dass die Übertragungsmittel bei Beaufschlagung durch die Nocken der Nockenwelle keine Öffnung der Einlassventile der drei abzuschaltenden Zylinder bewirken.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unferansprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Elemente der Nockenwellenverstelleinheit;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Steuerwelle;

Fig. 3 axiale Querschnittsansichten der unterschiedlichen Verstellnocken auf der Steuerwelle.

Figur 1 zeigt beispielhaft schematisch die Elemente der Nockenwellenverstelleinheit 30, die auf ein Einlassventil 8 öffnend und schließend einwirkt. Zwischen einer Kulisse 2 und dem Einlassventil 8 ist ein als Zwischenhebel ausgebildetes Übertragungsmittel 5 vorgesehen, auf das die Nocken der Nockenwelle 4 einwirken. In Abhängigkeit von der Position des Übertragungsmittels 5 gegenüber der Nockenwelle 4 öffnet oder schließt sich das Einlassventil 8, wenn der Nocken der Nockenwelle 4 auf das Übertragungsmittel 5 einwirkt. Über die Steuerwelle 1 und darauf angeordnete Verstellnocken (wie gezeigt) ist diese Position des Übertragungsmittels für jedes Einlassventil 8 individuell einstellbar. Eine Rücksteilfeder 3 spannt das Übertragungsmittel 5 vor und rückt es im von Verstellnocken der Steuerwelle 1 unbelasteten Zustand in eine Ausgangsposition, bei der die Nocken der Nockenwelle 4 keine Öffnung des Einlassventils 8 bewirken können. Je nach Rotationsstellung der Steuerwelle 1 wird das Übertragungsmittel 5 stärker oder schwächer in Richtung der Nockenwelle 4 gedrückt und die Einwirkung der Nocken der Nockenweile 4 verstärkt oder reduziert.

Figur 2 zeigt die Steuerwelle 1 in perspektivischer Ansicht mit Bereich D für den Zylinderdauerbetrieb und dem Bereich A für die Einlassventil- bzw. Zylinderabschaltung. Am axialen Ende der Steuerwelle 1 ist ein Verstellrad 25 befestigt, an dem der Stellmotor eingreifen und die Rotation ermöglichen kann. Die Steuerwelle 1 ist für einen Reihensechszylinderverbrennungsmotor ausgebildet und weist für jeden Zylinder zwei Verstellnocken auf. Dabei sind pro Zylinder im Bereich D für den Zylinderdauerbetrieb je zwei identisch geformte Verstellnocken 22, 22' für den Zylinderdauerbetrieb und im Bereich A für die Einlassventil- bzw, Zylinderabschaltung je zwei identisch geformte Verstellnocken für die Zylinderabschaltung 21 , 21 ' ausgebildet.

In Figur 3 sind axiale Schnittansichten der Verstellnocken 21 und 22 auf der Steuerwelle 1 eines Reihensechszylinderverbrennungsmotors gezeigt. Die linke Ansicht betrifft die über die Verstellnocken zur Zylinderabschaltung 21 abschaltbaren Zylinder 1-3 (Bereich A), die rechte Ansicht die für den Dauerbetrieb vorgesehenen Zylinder 4-6 (Bereich D), Die Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb 22, 22' weisen über ihren gesamten Umfang des Nockenkreises eine Radiaferstreckung auf, die durchgängig größer ist als eine Nullhuberstreckung entlang des Grundkreises 12, und die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung 21 , 21 ' umfassen in Umfangsrichtung den Abschaltabschnitt 10 mit einer Radialerstreckung, die gleich der Nullhuberstreckung ist. Die Nockenform wird jeweils durch die Nockenkontur 11 gekennzeichnet. Die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung 21 , 21' bleiben im Abschaltabschnitt 10 ohne Wirkung auf das als Hebel ausgebildete Übertragungsmittel 5 und die Einlassventile 8 bleiben geschlossen. Ebenfalls gekennzeichnet sind der Beginn der Zylinderabschaltung (ZAS) bei dem Verstellnocken für die Zylinderabschaltung 21 sowie der Maximalhub Verstellnocken für den Zylinderdauerbetrieb 22 während der Zylinderabschaltung, jeweils bei einem Winkel a2. Im Abschnitt 13 ist das durch die Verstellnocken für die Zylinderabschaltung 21 auf den Stellmotor wirkende Drehmoment am größten. Durch eine korrespondierende Formgebung der Verstelinocken für den Zylinderdauerbetrieb 22 im entsprechenden Bereich wird der Maximalhub nicht vollständig genutzt bzw. reduziert und der Drehmomentverlauf somit geglättet. Die gezeigte Ausführung betrifft einen rotatorischen Verstellbereich in Umfangsrichtung von 360°. Dieser kann durch das Vorsehen eines Anschlags in beide Richtungen um je 15°, d.h. insgesamt um 30° reduziert werden. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargesteilten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann das Übertragungsmittel unmittelbar auf das Einlassventil einwirken.