DE102010005915B4 - Device for operating a multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit folgender Bauart: – eine Zylinderreihe der Brennkraftmaschine wird aus einer ersten und einer zweiten Zylindereinheit (16; 17) gebildet, – die erste und die zweite Zylindereinheit (16; 17) besteht jeweils aus einem oder mehreren Zylindern, wobei die erste Zylindereinheit (16) eine mit einem Abtrieb verbundene erste Teilkurbelwelle (1) und die zweite Zylindereinheit (17) eine zweite Teilkurbelwelle (2) aufweist, – die zweite Teilkurbelwelle (2) ist gegenüber der ersten Teilkurbelwelle (1) unabhängig voneinander drehbar gelagert, – die zweite Teilkurbelwelle (2) ist über eine selbst synchronisierende Kupplung (4) mit der ersten Teilkurbelwelle (1) zur Zu- und Abschaltung der zweiten Zylindereinheit (17) zu der ersten Zylindereinheit (16) wahlweise verbindbar und trennbar, – der ersten und der zweiten Zylindereinheit (16; 17) sind eine oder mehrere durchgehende von der ersten Teilkurbelwelle (1) angetriebene Nockenwellen (23) zugeordnet, die in Wirkeingriff mit Gaswechselventilen (24) der ersten und...Device for operating a multi-cylinder internal combustion engine having the following construction: a cylinder bank of the internal combustion engine is formed by a first and a second cylinder unit (16, 17), the first and the second cylinder unit (16, 17) each consist of one or more cylinders, wherein the first cylinder unit (16) has a first partial crankshaft (1) connected to an output and the second cylinder unit (17) has a second partial crankshaft (2), - the second partial crankshaft (2) is rotatable independently of the first partial crankshaft (1) stored, - the second part of the crankshaft (2) via a self-synchronizing clutch (4) with the first part crankshaft (1) for connecting and disconnecting the second cylinder unit (17) to the first cylinder unit (16) selectively connectable and separable, - first and second cylinder units (16; 17) are driven by one or more continuous ones of the first partial crankshaft (1) associated camshafts (23), which in operative engagement with gas exchange valves (24) of the first and ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a device with the features mentioned in the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zur besseren Ausnutzung des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine bei Teillastbetrieb ein oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschaltet und bei Volllastbetrieb wieder zugeschaltet werden. Durch die Zylinderabschaltung im Teillastbetrieb werden gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch sowie der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine verringert.From the prior art it is known that for better utilization of the efficiency of an internal combustion engine at part-load operation, one or more cylinders of the internal combustion engine are switched off and switched on again at full load operation. By the cylinder deactivation in partial load operation of the fuel consumption and pollutant emissions of the internal combustion engine are simultaneously reduced.
Aus der
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass sowohl durch die zwischen den Teilnockenwellen angeordnete Trennkupplung als auch für die beiden Antriebe der Teilnockenwellen ein großer Platzbedarf benötigt wird, der in den Kraftfahrzeugen aber nicht vorhanden ist.A disadvantage of this device is that a large amount of space is required both by the separating coupling arranged between the partial camshafts and for the two drives of the partial camshafts, which is not present in the motor vehicles.
Aus der
Nachteilig hierbei ist, dass durch die Anordnung eines Freilaufes und einer Kupplung an den jeweiligen Enden der Teilkurbelwellen der Bauraum vergrößert wird. Außerdem beansprucht die Anordnung der Massenausgleichswellen, der Transmissionswelle und der nicht dargestellten Nockenwelle zusätzlichen Freiraum.The disadvantage here is that is increased by the arrangement of a freewheel and a coupling at the respective ends of the crankshaft parts of the space. In addition, the arrangement of the mass balance shafts, the transmission shaft and the camshaft, not shown, claimed additional space.
In der
Nachteilig ist, dass das erzeugte Drehmoment der zweiten Zylindereinheit über die Nockenwelle zum Abtrieb geleitet werden muss. Entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment muss die Nockenwelle und die Getriebestufen stark dimensioniert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Nockenwelle ständig betrieben wird, so dass auch bei stillgelegter zweiter Kurbelwelle die Gaswechselventile der abgeschalteten Zylindereinheit betätigt werden.The disadvantage is that the generated torque of the second cylinder unit must be passed through the camshaft to the output. According to the torque to be transmitted, the camshaft and the gear stages must be strongly dimensioned. A further disadvantage is that the camshaft is constantly operated, so that the gas exchange valves of the deactivated cylinder unit are actuated even when the second crankshaft is disengaged.
Die Patentschrift
Die deutsche Offenlegungsschrift
Die deutsche Patentanmeldung
Die deutsche Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der die Effektivität bei der wahlweisen Zu- und Abschaltung von einer Zylindereinheit zu einer permanent betriebenen Zylindereinheit weiter verbessert und der benötigte Bauraum verringert wird.The invention has for its object to provide an apparatus for operating a multi-cylinder internal combustion engine, with the effectiveness of the selective connection and disconnection of a cylinder unit to a permanently operated cylinder unit further improved and the required space is reduced.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a device having the characterizing features of
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Zu- und Abschaltung der zweiten Zylindereinheit zu einer permanent betrieben ersten Zylindereinheit durch eine synchronisierende Kupplung erfolgt die auf einer Massenausgleichswelle der permanent angetriebenen Zylindereinheit angeordnet ist und durch die eine Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle der zweiten Zylindereinheit und der Massenausgleichswelle herstellbar und trennbar ist. Während der Abschaltung der zweiten Zylindereinheit wird die Betätigung der Gaswechselventile der abgeschalteten zweiten Zylindereinheit durch eine Ventilhubabschaltung bis zu einer Wiederzuschaltung der zweiten Zylindereinheit zu der ersten Zylindereinheit und bis zu einer Erreichung einer synchronen Drehzahl und einer synchronen Winkellage zwischen der ersten Kurbelwelle und der zweiten Kurbelwelle unterbrochen.According to the invention this is achieved in that the connection and disconnection of the second cylinder unit to a permanently operated first cylinder unit is effected by a synchronizing clutch which is arranged on a mass balance shaft of the permanently driven cylinder unit and through which an operative connection between the crankshaft of the second cylinder unit and the mass balance shaft can be produced and separated. During the deactivation of the second cylinder unit, the actuation of the gas exchange valves of the deactivated second cylinder unit is interrupted by a valve lift shut-off until the second cylinder unit is reconnected to the first cylinder unit and until a synchronous rotational speed and a synchronous angular position between the first crankshaft and the second crankshaft are reached ,
Durch die Unterbrechung der Betätigung der durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigten Gaswechselventile bei einer abgeschalteten Zylindereinheit einer mehrzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine durch Stilllegung der Kurbelwelle mittels einer Ventilhubabschaltung werden nicht notwendige Ventilbetätigungen vermieden. Zur Unterbrechung der Betätigung der Gaswechselventile der abschaltbaren Zylindereinheit stehen diese Gaswechselventile mit einer an sich bekannten Vorrichtung zur Ventilhubabschaltung in Wirkverbindung. Durch die Ventilhubabschaltung erfolgt einerseits eine Energieeinsparung durch die Nichtbetätigung der Gaswechselventile und andererseits wird die Lebensdauer der Gaswechselventile verlängert. Bei Wiederzuschaltung der abgeschalteten Zylindereinheit wird die Ventilhubabschaltung so lange aufrecht erhalten, bis die abgeschaltete Zylindereinheit die Synchrondrehzahl der permanent betriebenen Zylindereinheit erreicht hat und eine synchrone Winkellage zwischen der Kurbelwelle der permanent betriebenen Zylindereinheit und der Kurbelwelle der wieder zugeschalteten Zylindereinheit vorliegt. Dadurch werden Fehlzündungen der wieder zugeschalteten Zylindereinheit und spürbare Lastschläge beim anlassen der abgeschalteten Zylindereinheit vermieden.By interrupting the operation of actuated by a common camshaft gas exchange valves in a deactivated cylinder unit of a multi-cylinder series internal combustion engine by decommissioning the crankshaft by means of a Ventilhubabschaltung unnecessary valve actuations are avoided. To interrupt the operation of the gas exchange valves of the turn-off cylinder unit, these gas exchange valves are in operative connection with a device known per se for valve lift-off. On the one hand, the valve lift shutdown saves energy due to the non-actuation of the gas exchange valves and, on the other hand, extends the service life of the gas exchange valves. When the deactivated cylinder unit is reconnected, the valve lift-off is maintained until the deactivated cylinder unit has reached the synchronous speed of the permanently operated cylinder unit and there is a synchronous angular position between the crankshaft of the permanently operated cylinder unit and the crankshaft of the reconnected cylinder unit. This avoids misfires of the reconnected cylinder unit and noticeable load impacts when starting the deactivated cylinder unit.
Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Effektivität beim Zuschalten der Teilzylindereinheit zu der permanent betriebenen Zylindereinheit besteht darin, dass durch eine separate elektrische Maschine der Kurbelwelle der zuzuschaltenden Zylindereinheit ein zusätzliches Schleppmoment zugeführt wird, so dass die Synchrondrehzahl zwischen den beiden Kurbelwellen schneller erreicht wird.A further measure for improving the effectiveness when connecting the sub-cylinder unit to the permanently operated cylinder unit is that an additional drag torque is supplied to the crankshaft of the zuzuschapenden cylinder unit by a separate electric machine, so that the synchronous speed between the two crankshafts is reached faster.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die zur Zu- und Abschaltung der Teilzylindereinheit benötigte synchronisierende Kupplung auf der Massenausgleichswelle der permanent betriebenen Zylindereinheit angeordnet ist, mit der über eine Getriebestufe die Massenausgleichswelle und somit die Kurbelwelle der permanent betriebenen Zylindereinheit mit der Kurbelwelle der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit verbindbar und trennbar ist. Durch wird eine Reduzierung der benötigten Bauraumlänge erreicht. Außerdem wird keine Zusatzwelle zur Betätigung der Zylinderzu- und Zylinderabschaltung mehr benötigt, wodurch ebenfalls Bauraum eingespart wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Massenausgleichswelle größere Drehmomente von der Teilzylindereinheit übertragen werden können als durch die Nockenwelle.Another feature of the solution according to the invention is that the time required for connection and disconnection of the sub-cylinder unit synchronizing clutch is arranged on the mass balance shaft of the permanently operated cylinder unit, via a gear stage, the mass balance shaft and thus the crankshaft of the permanently operated cylinder unit with the crankshaft connectable and disconnectable cylinder unit connectable and separable. By a reduction in the required installation space length is achieved. In addition, no additional wave for actuating the Zylinderzu- and cylinder shutdown is more needed, which also space is saved. Another advantage is that larger torques can be transmitted by the mass balance shaft of the sub-cylindrical unit than by the camshaft.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are described in the subclaims, they are explained in the description together with their effects.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:With reference to drawings, the invention will be closer to exemplary embodiments described. In the accompanying drawings show:
Die erfindungsgemäße Lösung wird erläutert an einem mehrzylindrigen Reihenmotor der zur Zu- und Abschaltung von einem oder mehreren Zylindern einen geteilten Kurbeltrieb aufweist. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch für mehrzylindrige V-Motoren und Boxermotoren angewendet werden. Die Unterteilung der Zylinderanzahl die für eine permanent betriebene Zylindereinheit und für die zu- und abschaltbare Zylindereinheit genutzt werden kann ist beliebig variierbar. So kann beispielsweise bei einem Vierzylinder-Reihenmotor jeweils zwei Zylinder der permanent betrieben Zylindereinheit und der zu- und abschaltbaren Zylindereinheit zugeordnet werden. Es ist auch denkbar, dass nur ein Zylinder permanent betrieben wird und die restlichen drei Zylinder zu- und abschaltbar sind.The solution according to the invention is explained on a multi-cylinder in-line engine which has a split crank drive for connecting and disconnecting one or more cylinders. The solution according to the invention can also be used for multi-cylinder V-engines and boxer engines. The subdivision of the number of cylinders which can be used for a permanently operated cylinder unit and for the cylinder unit which can be switched on and off can be varied as desired. Thus, for example, in a four-cylinder in-line engine, two cylinders each of the permanently operated cylinder unit and the cylinder unit which can be switched on and off can be assigned. It is also conceivable that only one cylinder is operated permanently and the remaining three cylinders can be switched on and off.
In der
Die erste permanent betriebene Zylindereinheit
Parallel zu der ersten Teilkurbelwelle
In der
Die Ventilhubabschaltung
Die Vorzugsvariante zur Anordnung der synchronisierenden Kupplung
Zusätzlich ist auf der ersten Massenausgleichswelle
Bei einem Motorbetrieb mit einer abgeschalteten zweiten Zylindereinheit
Über eine an sich bekannte Steuerung wird bei einer entsprechend hohen Momentanforderung die Zuschaltung der zweiten Zylindereinheit
Als Kupplung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erste Teilkurbelwellefirst part crankshaft
- 22
- zweite Teilkurbelwellesecond partial crankshaft
- 33
- erste Massenausgleichswellefirst mass balance shaft
- 44
- Kupplungclutch
- 55
- Torsionsschwingungsdämpfertorsional vibration damper
- 66
- AusgleichsmasseLeveling compound
- 77
- zweite Massenausgleichswellesecond mass balance shaft
- 88th
- erste Getriebestufefirst gear stage
- 99
- zweite Getriebestufesecond gear stage
- 1010
- dritte Getriebestufethird gear stage
- 1111
- Lagerbuchsebearing bush
- 1212
- HauptlagerstuhlMain bearing block
- 1313
- HauptlagerzapfenMain bearing journal
- 1414
- LosradLosrad
- 1515
- Festradfixed gear
- 1616
- erste Zylindereinheitfirst cylinder unit
- 1717
- zweite Zylindereinheitsecond cylinder unit
- 1818
- Pleuellagerzapfen der ersten TeilkurbelwelleConnecting rod journal of the first part crankshaft
- 1919
- Lagerzapfen der ersten TeilkurbelwelleBearing journal of the first partial crankshaft
- 2020
- Pleuellagerzapfen der zweiten TeilkurbelwelleConnecting rod journal of the second partial crankshaft
- 2121
- Lagerzapfen der zweiten TeilkurbelwelleBearing pin of the second partial crankshaft
- 2222
- Abtriebseiteoutput side
- 2323
- Nockenwellecamshaft
- 2424
- GaswechselventilGas exchange valve
- 2525
- VentilhubabschaltungVentilhubabschaltung
- 2626
- elektrische Maschineelectric machine
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