DE102017104845B4 - Internal combustion engine with variable-displacement gas exchange valve actuation - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein Verbrennungsmotor mit zwei oder mehr in Reihe angeordneten Zylindern (CYL1 bis CYL4), zwei gleichartigen Gaswechselventilen pro Zylinder (CYL1 bis CYL4) und einer die Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle (1, 1'), die eine Trägerwelle (2, 2') und ein darauf drehfest und axial verschiebbares Nockenstück (CP2, CP3, CP4) umfasst, das zwei Nockengruppen axial benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen hat und Gaswechselventile unmittelbar benachbarter Zylinder hubvariabel betätigt. Dabei soll die Ventilbetätigung des Nockenstücks auf die zwei Gaswechselventile beschränkt sein, die unmittelbar benachbart sind.Proposed is an internal combustion engine with two or more cylinders arranged in series (CYL1 to CYL4), two similar gas exchange valves per cylinder (CYL1 to CYL4) and a camshaft actuating the camshaft valves (1, 1 '), a carrier shaft (2, 2') and a non-rotatably and axially displaceable cam piece (CP2, CP3, CP4), which has two groups of cams of axially adjacent cams with different cam lobes and actuates gas exchange valves of directly adjacent cylinders in a variable-stroke manner. The valve actuation of the cam piece should be limited to the two gas exchange valves, which are immediately adjacent.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und axial verschiebbares Nockenstück umfasst, das zwei Nockengruppen axial benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen hat und nur die beiden unmittelbar benachbarten Auslassventile unmittelbar benachbarter Zylinder hubvariabel betätigt, wobei jede Nockengruppe einen Nocken hat, dessen Nockenerhebung einen Auslasshub und einen nachgelagerten Restgashub umfasst.The invention relates to an internal combustion engine with a camshaft comprising a support shaft and a rotatably and axially displaceable cam piece, which has two cam groups axially adjacent cams with different cam lobes and only the two immediately adjacent exhaust valves directly adjacent cylinder actuated variable stroke, each cam group a cam whose cam lobe comprises an exhaust stroke and a downstream residual gas stroke.
Die mit einer derartigen Nockenwelle erzeugte Hubvariabilität an den Gaswechselventilen ist unter anderem aus der
Unter Berücksichtigung der Zündfolge des Verbrennungsmotors und der entsprechenden Winkelausrichtung der einzelnen Nockengruppen gegenüber der Trägerwelle sowie in Anbetracht dessen, dass das Verschieben eines Nockenstücks nur während des gemeinsamen Grundkreiswinkels aller Nocken des Nockenstücks technisch sinnvoll ist, umfasst eine solche Nockenwelle üblicherweise so viele Nockenstücke wie Motorzylinder, für deren Gaswechsel die Nockenwelle zuständig ist. So auch im Falle des in der
Gleichwohl ist es Stand der Technik, die gleichartigen Gaswechselventile, also entweder die Einlassventile oder die Auslassventile benachbarter Zylinder durch ein gemeinsames Nockenstück zu betätigen. Beispielsweise ist in der
Die
Die
Ein Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art ist aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Hubvariabilität der gleichartigen Gaswechselventile eines Zylinders erhöht ist.The present invention has for its object to provide an internal combustion engine of the type mentioned, in which the stroke variability of the same gas exchange valves of a cylinder is increased.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Verbrennungsmotor ein Vierventil-Vierzylinder-Reihenmotor ist, wobei die Nockenwelle drei der Nockenstücke mit zwei Nockengruppen und zwei weitere, axial verschiebbare Nockenstücke umfasst, die mit jeweils nur einer Nockengruppe axial benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen die verbleibenden Auslassventile des ersten und des vierten Zylinders hubvariabel betätigen.The solution of this problem arises from the features of
Die beiden gleichartigen Gaswechselventile, d.h. die beiden Auslassventile eines Zylinders werden nicht von demselben (zylinderübergreifenden) Nockenstück betätigt. Vielmehr wird das von diesem Nockenstück nicht betätigte, zweite Auslassventil von einem weiteren, verschiebbaren Nockenstück betätigt. Wie es später anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlicht ist, ermöglicht diese erfindungsgemäße Architektur des Ventiltriebs bei vergleichsweise geringer Komplexität eine hohe Variabilität der Gaswechselventilbetätigung.The two similar gas exchange valves, i. the two exhaust valves of a cylinder are not actuated by the same (cylinder-spanning) cam piece. Instead, the second outlet valve, which is not actuated by this cam piece, is actuated by a further, displaceable cam piece. As will be clarified later on the basis of an exemplary embodiment, this architecture of the valve drive according to the invention enables a high variability of the gas exchange valve actuation with comparatively low complexity.
Die hubvariabel betätigten Gaswechselventile sind die Auslassventile, wobei jede Nockengruppe einen Nocken hat, dessen Nockenerhebung einen Auslasshub und einen dazu nachgelagerten Restgashub umfasst. Ein derartiger Sekundärhub kann Basis für eine interne Abgasrückführung zwecks schnelleren Katalysatorheizens sein.The lift-variable actuated gas exchange valves are the exhaust valves, each cam group has a cam, the cam lobe comprises a Auslasshub and a residual gas to the downstream. Such a secondary stroke may be the basis for internal exhaust gas recirculation for faster catalyst heating.
Der Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Reihenmotor mit Vierventiltechnik, d.h. mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen.The internal combustion engine is a four-cylinder inline engine with four-valve technology, i. with two intake valves and two exhaust valves.
Dabei umfasst die Nockenwelle drei der Nockenstücke mit zwei Nockengruppen und zwei weitere, axial verschiebbare Nockenstücke, die mit jeweils nur einer Nockengruppe axial benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen die verbleibenden äußersten Auslassventile des ersten und des vierten Zylinders hubvariabel betätigen. Die Nockengruppen können bezüglich der Nockenerhebungen entweder identisch oder unterschiedlich sein. In this case, the camshaft comprises three of the cam pieces with two cam groups and two further, axially displaceable cam pieces which actuate the remaining outermost exhaust valves of the first and the fourth cylinder in a variable-displacement manner with only one cam group of axially adjacent cams with different cam elevations. The cam groups may be either identical or different in cam lobes.
In einer dazu alternativen und nicht erfindungsgemäßen Ausführung mit reduzierter Komplexität und Hubvariabilität umfasst die Nockenwelle drei der Nockenstücke mit zwei Nockengruppen und zwei auf der Trägerwelle fest angeordnete Einzelnocken, die die verbleibenden äußersten Auslassventile des ersten und des vierten Zylinders betätigen.In an alternative and non-inventive embodiment with reduced complexity and stroke variability, the camshaft comprises three of the cam members with two cam groups and two individual cams fixedly mounted on the carrier shaft, which actuate the remaining outermost exhaust valves of the first and fourth cylinders.
Eine hohe Hubvariabilität ergibt sich dadurch, dass sich der Restgashub der Nockenstücke, die die unmittelbar benachbarten Auslassventile des ersten und des zweiten Zylinders beziehungsweise des dritten und des vierten Zylinders betätigen, vom Restgashub des Nockenstücks unterscheidet, das die unmittelbar benachbarten Auslassventile des zweiten und des dritten Zylinders betätigt.A high stroke variability results from the fact that the Restgashub the cam pieces that actuate the immediately adjacent exhaust valves of the first and second cylinder and the third and the fourth cylinder, the Restgashub the cam piece that the immediately adjacent exhaust valves of the second and the third Cylinder actuated.
Der Restgashub der zwei weiteren Nockenstücke und der Restgashub des Nockenstücks, das die unmittelbar benachbarten Auslassventile des zweiten und des dritten Zylinders betätigt, sollen identisch sein.The residual gas stroke of the two further cam pieces and the residual gas stroke of the cam piece, which actuates the immediately adjacent exhaust valves of the second and third cylinders, should be identical.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors und ein zweites Ausführungsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors schematisch zeigen. Es handelt sich jeweils um einen Vierzylinder-Reihenmotor mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen, die von zwei obenliegenden Einlass- bzw. Auslass-Nockenwellen (DOHC) betätigt werden. Dargestellt sind jeweils die Auslass-Nockenwelle und die zugehörigen Ventilsterne. Sofern nicht anders angegeben, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
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1 das erste Ausführungsbeispiel mit fünf verschiebbaren Nockenstücken; -
2 eine Tabelle der beim ersten Ausführungsbeispiel zylinderselektiv einstellbaren Auslassventilhübe; -
3 das zweite Ausführungsbeispiel mit drei verschiebbaren Nockenstücken; -
4 eine Tabelle der beim zweiten Ausführungsbeispiel zylinderselektiv einstellbaren Auslassventilhübe.
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1 the first embodiment with five displaceable cam pieces; -
2 a table of the cylinder-selectively adjustable Auslaßventilhübe in the first embodiment; -
3 the second embodiment with three sliding cam pieces; -
4 a table of the cylinder selectively selectable in the second embodiment Auslassventilhübe.
Die in
Die Nockenwelle
Die Ventilbetätigung der Nockenstücke CP2, CP3 und CP4 ist zylinderübergreifend, dabei jedoch auf die beiden unmittelbar benachbarten Auslassventile EX1.2 und EX2.3, EX2.2 und EX3.3 sowie EX 3.2 und EX4.3 beschränkt. Folglich betätigt jedes der Nockenstücke CP2, CP3, CP4 mit zwei Nockengruppen die zwei unmittelbar benachbarten Auslassventile EX1.2 und EX2.3, EX2.2 und EX3.3 sowie EX
- • CP2 betätigt die Auslassventile EX1.2 und EX2.3 der Zylinder CYL1 und CYL2
- • CP3 betätigt die Auslassventile EX2.2 und EX3.3 der Zylinder CYL2 und CYL3
- • CP4 betätigt die Auslassventile EX3.2 und EX4.3 der Zylinder CYL3 und CYL4
- • CP2 operates exhaust valves EX1.2 and EX2.3 of cylinders CYL1 and CYL2
- • CP3 operates exhaust valves EX2.2 and EX3.3 of cylinders CYL2 and CYL3
- • CP4 operates exhaust valves EX3.2 and EX4.3 of cylinders CYL3 and CYL4
Die zwei weiteren Nockenstücke CP1 und CP5 haben jeweils nur eine Nockengruppe, die die verbleibenden äußersten Auslassventile EX1.3 und EX4.2 der Zylinder CYL1 bzw. CYL4 betätigt.The two further cam pieces CP1 and CP5 each have only one cam group which actuates the remaining outermost exhaust valves EX1.3 and EX4.2 of the cylinders CYL1 and CYL4, respectively.
Die ohne Schattierung dargestellten Nockenerhebungen sind jeweils ein reiner Auslasshub. Die schattiert dargestellten Nockenerhebungen setzen sich jeweils aus einem Auslasshub einem nachgelagerten Restgashub zusammen, der während der Einlassphase eine interne Abgasrückführung bewirkt. Die Restgashübe, die die Auslassventile EX1.3, EX2.2, EX3.3 und EX4.2 betätigen, haben einen geringeren Ventilhub als die Restgashübe, die die Auslassventile EX1.2, EX2.3, EX3.2 und EX4.3 betätigen. Die damit über die Aktuatoren A1 bis A4 einstellbare Variation der zylinderselektiven Ventilbetätigung ist in
- Stufe 1: sämtliche Auslassventile EX1.3, EX1.2, EX2.3, EX2.2, EX3.3, EX3.2, EX4.3, EX4.2 öffnen ohne Restgashub
- Stufe 2: jeweils eins der beiden Auslassventile EX1.2, EX2.3, EX3.2, EX4.3 eines Zylinders CYL1 bis CYL4 öffnet ohne Restgashub, und das andere Auslassventil EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 öffnet mit kleinem Restgashub
- Stufe 3: jeweils eins der beiden Auslassventile EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 eines Zylinders CYL1 bis CYL4 öffnet ohne Restgashub, und die unmittelbar benachbarten Auslassventilpaare EX1.2/EX2.3 und EX3.2/EX4.3 öffnen mit großem Restgashub
- Stufe 4: jeweils eins der beiden Auslassventile EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 eines Zylinders CYL1 bis CYL4 öffnet mit kleinem Restgashub, und das andere Auslassventil EX1.2, EX2.3, EX3.2, EX4.3 öffnet mit großem Restgashub
- Stage 1: open all exhaust valves EX1.3, EX1.2, EX2.3, EX2.2, EX3.3, EX3.2, EX4.3, EX4.2 without residual gas stroke
- Stage 2: in each case one of the two exhaust valves EX1.2, EX2.3, EX3.2, EX4.3 of one cylinder CYL1 to CYL4 opens without Restgashub, and the other exhaust valve EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4. 2 opens with a small residual gas stroke
- Stage 3: in each case one of the two exhaust valves EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 of a cylinder CYL1 to CYL4 opens without residual gas stroke, and the directly adjacent exhaust valve pairs EX1.2 / EX2.3 and EX3.2 / EX4 .3 open with great residual gas stroke
- Stage 4: in each case one of the two exhaust valves EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 of one cylinder CYL1 to CYL4 opens with a small residual gas stroke, and the other exhaust valve EX1.2, EX2.3, EX3.2, EX4 .3 opens with a large residual gas stroke
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den
- Stufe 1: sämtliche Auslassventile EX1.3, EX1.2, EX2.3, EX2.2, EX3.3, EX3.2, EX4.3, EX4.2 öffnen ohne Restgashub
- Stufe 2: die Auslassventile EX1.3, EX1.2, EX4.3, EX4.2 der Zylinder CYL1 und CYL4 öffnen ohne Restgashub. Jeweils eins der beiden Auslassventile EX2.3, EX3.2 der Zylinder CYL2 und CYL3 öffnet ohne Restgashub und deren unmittelbar benachbarte Auslassventile EX2.2 und EX3.3 öffnen mit kleinem Restgashub
- Stufe 3: jeweils eins der beiden Auslassventile EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 eines Zylinders CYL1 bis CYL4 öffnet ohne Restgashub, und die beiden unmittelbar benachbarten Auslassventilpaare EX1.2/EX2.3 und EX3.2/EX4.3 öffnen mit großem Restgashub
- Stufe 4: wie Stufe
3 . Zusätzlich öffnet das unmittelbar benachbarte Auslassventilpaar EX2.2/EX3.3 der Zylinder CYL2 und CYL3 mit kleinem Restgashub.
- Stage 1: open all exhaust valves EX1.3, EX1.2, EX2.3, EX2.2, EX3.3, EX3.2, EX4.3, EX4.2 without residual gas stroke
- Stage 2: the exhaust valves EX1.3, EX1.2, EX4.3, EX4.2 of cylinders CYL1 and CYL4 open without residual gas stroke. One of the two exhaust valves EX2.3, EX3.2 of cylinders CYL2 and CYL3 opens without residual gas stroke and their directly adjacent exhaust valves EX2.2 and EX3.3 open with a small residual gas stroke
- Stage 3: in each case one of the two exhaust valves EX1.3, EX2.2, EX3.3, EX4.2 of a cylinder CYL1 to CYL4 opens without residual gas stroke, and the two immediately adjacent exhaust valve pairs EX1.2 / EX2.3 and EX3.2 / EX4.3 open with large residual gas stroke
- Level 4: like level
3 , In addition, the immediately adjacent exhaust valve pair EX2.2 / EX3.3 opens the cylinders CYL2 and CYL3 with a small residual gas stroke.
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