DE3332789C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Ventilsteuerung der vorstehend angegebenen Art (US-PS 39 86 351) ist neben einem Ansaugventil und einem Auslaßventil mit jeweils unveränderlichem Steuerdiagramm ein drittes Ventil vorgesehen, dessen Steuerdiagramm, d. h. Öffnungszeit, durch die Einrichtung zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms so verschoben werden kann, daß der Schließzeitpunkt bei hoher Last weitgehend mit dem Schließzeitpunkt des Ansaugventils zusammenfällt, so daß das dritte Ventil dann zwar ein An­ saugventil ist, aber ein Ansaugventil ggf. für Abgas, jedoch bei niedriger Last erheblich später liegt, um einen be­ trächtlichen Teil der Ladung wieder auszuschieben. Hier­ durch soll die bei niedriger Last üblicherweise infolge der Drosselung zu verrichtende Ladungswechselarbeit verringert oder ganz beseitigt werden. Die Gesamtöffnungsdauer dieser beiden Ansaugventile ist dadurch bei hoher Last kürzer als bei niedriger Last und führt wegen der Drosselung an den Einlaßöffnungen zu einer Absenkung des Füllungsgrades.

Es ist weiterhin eine Ventilsteuerung an einer Brenn­ kraftmaschine mit zwei Ansaugventilen und zwei Auslaß­ ventilen je Zylinder bekannt (JP-OS 56-44 404), bei der die Steuerdiagramme, d. h. Öffnungszeiten, der Ansaug- und Auslaßventile unveränderlich sind, wobei die Öffnungszeiten der Ansaugventile einander exakt über­ decken, die Öffnungszeit des einen Auslaßventils jedoch gegenüber derjenigen des anderen Auslaßventils so ver­ schoben ist, daß sie mit der Öffnungszeit der Ansaugventile überlappt. Aufgrund dieser Ventilüber­ schneidung werden Ansaugwirkungsgrad und Spülung verbessert, wobei bei hoher Drehzahl und hoher Last die Verbrennung nicht nachteilig beeinflußt wird, weil das Verhältnis des angesaugten verbrannten Gases zum frischen Ansaug­ gemisch klein ist und wegen der hohen Trägheitswirkung des Ansauggemisches ein Ladungsrückstoß durch die Ansaug­ öffnung nicht eintritt. Ein solcher Rückstoß tritt jedoch bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last und niedriger Drehzahl ein, weil hierbei die Trägheits­ wirkung des Ansauggemisches klein ist. Dadurch wird der Füllungsgrad ebenfalls abgesenkt.

Schließlich ist auch eine Ventilsteuerung bekannt, die eine Änderung der Überschneidung und des Öffnungswinkels der Ventile einer Brennkraftmaschine während des Betriebs erlaubt, bei der zwei Nockenwellen vorgesehen sind - eine für das Öffnen, die andere für das Schließen der Ventile -, deren gegenseitige Winkellage einstellbar ist (DE-GM 73 23 086). Die mit den Nockenwellen zusammenarbeitenden Kipphebel haben jeweils zwei Hämmer, von denen einer von einem Nocken der einen Nockenwelle und der andere von einem Nocken der anderen Nockenwelle betätigt wird. Dadurch werden Überschnei­ dung und Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Drehzahl und von der Last veränderbar. Eine Veränderung der Öffnungsdauer der Ventile ohne eine gleich­ zeitige Veränderung der Überschneidung ist bei dieser Ventilsteuerung jedoch nicht ausdrücklich angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventil­ steuerung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Füllungsgrad ohne nachteilige Beeinflussung der Verbrennung bei sämtlichen möglichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von niedriger bis hoher Dreh­ zahl, insbesondere bei hoher Last, verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch 1.

Durch eine Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms eines der Ansaugventile eines jeden Zylinders kann die Phasenverschiebung der Ventilsteuerdiagramme der beiden Ansaugventile und damit die Gesamtöffnungsdauer dieser Ansaugventile verändert werden. Durch die Vergrößerung der Phasen­ verschiebung bei hoher Drehzahl und hoher Last der Brennkraftmaschine wird der Öffnungszeitpunkt des einen Ansaugventiles auf später verlegt, während der Öffnungszeitpunkt des anderen Ansaugventiles konstant gehalten wird. Dadurch wird die Gesamt­ öffnungsdauer der Ansaugventile verlängert und hier­ durch der Füllungsgrad bei hoher Last verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Steuerungsprinzips und der Einrichtung zur Verschiebung des Ventilsteuer­ diagramms ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vierzylinder­ brennkraftmaschine mit zwei Ansaug- und zwei Aus­ puffventilen pro Zylinder mit einer Ventilsteuerung,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte räumliche Darstellung einer Einrichtung zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms, wie sie in der in Fig. 1 dargestellten Ventilsteuerung verwendet wird,

Fig. 4 einen unvollständigen Querschnitt durch eine Modi­ fikation der Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ein Funktionsdiagramm, welches die Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms verdeutlicht,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebs­ motors für die Betätigung der Einrichtung zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms entsprechend der Betriebsbe­ dingung der Brennkraftmaschine und

Fig. 7 die Wirkungsweise des in der Einrichtung gemäß Fig. 6 verwendeten Micro-Computers in Form eines Flußdiagrammes.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit je zwei Ansaugventilen pro Zylinder, mit einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Verschie­ bung des Ventilsteuerdiagramms, nachfolgend kurz "Ventileinstellungs- Änderungseinrichtung" genannt.

Fig. 1 zeigt vier Zylinder 2a bis 2d, die im Motorblock entlang der Mittellinie l in Reihe angeordnet sind. Je­ der Zylinder ist mit einer Ansaugöffnung 3a für Nieder­ last, einer Ansaugöffnung 3b für hohe Last und einer ersten und einer zweiten Auslaßöffnung 4a und 4b ver­ sehen. Wie nachfolgend noch verdeutlicht wird, wird die Ansaugöffnung 3b für hohe Last nur dann benutzt, wenn die Brennkraftmaschine unter hoher Last arbeitet, während die Ansaugöffnung 3a für Niederlastbetrieb unab­ hängig von der Last ständig benutzt wird. Die Niederlast­ ansaugöffnung 3a und die Ansaugöffnung 3b für hohe Last eines jeden Zylin­ ders sind auf einer Seite der Mittellinie l des Motor­ blocks 1 entlang einer zur Mittellinie l im wesentlichen parallelen Linie angeordnet. Die Querschnittsfläche des zur Niederlastansaugöffnung 3a führenden Durchlasses ist verkleinert, um die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Durchlaß durchströmenden Ansauggemisches zu erhöhen; zugleich ist der zur Niederlastansaugöffnung 3a füh­ rende Durchlaß gekrümmt, um das Ansauggemisch im Zylin­ der zu verwirbeln. Andererseits ist die Querschnitts­ fläche jeder Ansaugöffnung 3b für hohe Last relativ groß, um den Füllgrad zu erhöhen. Die erste und zweite Auslaß­ öffnung 4a und 4b eines jeden Zylinders ist auf der ande­ ren Seite der Mittellinie l in einer zu dieser im wesentlichen parallelen Linie ange­ ordnet. Die Ansaugöffnung 3a und die Ansaugöffnung 3b liegen der ersten Auslaßöffnung 4a und der zweiten Auslaßöffnung 4b jeweils gegenüber.

Die Niederlastansaugöffnung 3a und die Ansaug­ öffnung 3b für hohe Last sind in dieser Reihenfolge, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, von links im ersten und dritten Zylinder 2a und 2c und in der umgekehrten Reihenfolge im zweiten und vierten Zylinder 2b und 2d angeordnet, so daß die Ansaugöffnungen 3b des ersten und zweiten Zylinders 2a und 2b und die Ansaugöffnungen 3b des dritten und vierten Zylinders 2c und 2d einander benachbart sind. Ähnlich sind die ersten und zweiten Auslaßöffnungen 4a und 4b in dieser Reihenfolge von links im ersten und drit­ ten Zylinder 2a und 2c und in der umgekehrten Reihenfolge im zweiten und vierten Zylinder 2b und 2d angeordnet, so daß die zweiten Auslaßöffnungen 4b des ersten und zwei­ ten Zylinders 2a und 2b und die zweiten Auslaßöffnungen 4b des dritten und vierten Zylinders 2c und 2d einander benachbart sind.

Die Niederlastansaugöffnung 3a, die Ansaugöff­ nung 3b für hohe Last, die erste Auslaßöffnung 4a und die zweite Aus­ laßöffnung 4b sind jeweils mit einem Ansaug­ ventil 5a, einem Ansaugventil 5b, einem ersten Auslaßventil 6a und einem zweiten Auslaßventil 6b ver­ sehen, welche die entsprechenden Öffnungen in zeitlich gesteuerter Weise öffnen und schließen.

Die zu den jeweiligen Ansaugventilen 3b führen­ den Durchlässe sind mit einer Klappe 7 versehen, die nur dann geöffnet ist, wenn die Brennkraftmaschine unter hoher Last arbeitet. Während des Niederlastbetriebes der Brennkraftmaschine wird das Ansauggemisch in jeden Zylin­ der nur durch die Niederlastansaugöffnung 3a eingeleitet. Bei hoher Last der Brennkraftmaschine wird das Ansauggemisch in jeden Zylinder sowohl durch die Ansaugöffnung 3a als auch durch die Ansaugöffnung 3b bei geöffneter Klappe 7 eingeleitet.

Auf der Ansaugseite des Motorblockes 1 ist eine erste Ventilantriebsvorrichtung 8a zur Steuerung der Ansaugventile 5a, 5b angeordnet. Die erste Ventilantriebsvorrichtung 8a enthält eine erste Nocken­ welle 9, welche sich auf der Ansaugseite parallel zur Mittellinie l des Motorblocks erstreckt und die mittels einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschi­ ne angetrieben wird. Die erste Nockenwelle 9 ist mit den Nocken 9a zur Betätigung der Niederlastansaugventile 5a und mit Nocken 9b zur Betätigung der Ansaugventile 5b für hohe Last versehen. Die Nocken 9a und die Nocken 9b entsprechen einander in Form und Größe, so daß die Ansaugventile 5a und 5b jeweils mit gleicher Zeitspanne geöffnet sind.

Ähnlich ist auf der Auspuffseite des Motorblockes 1 eine zweite Ventilantriebsvorrichtung 8b zur Steuerung der ersten und zweiten Auslaßventile 6a und 6b der jeweili­ gen Zylinder 2a bis 2d angeordnet. Die zweite Ventilan­ triebsvorrichtung 8b enthält eine zweite Nockenwelle 10, die sich auf der Auspuffseite parallel zur Mittellinie l des Motorblocks erstreckt und die mittels einer nicht dar­ gestellten Kurbelwelle der Maschine angetrieben wird. Die zweite Nockenwelle 10 ist mit Nocken 10a zur Betätigung der ersten Auslaßventile 6a und mit Nocken 10b zur Betätigung der zweiten Auslaßventile 6b ver­ sehen. Die Nocken 10a und die Nocken 10b entsprechen ein­ ander in Form und Größe, so daß die Auslaßventile 6a und 6b jeweils mit gleicher Zeitspanne geöffnet sind.

Die Bewegung eines jeden Nockens wird auf das entsprechen­ de Ventil mittels eines Stößels übertragen, um das Ventil zu öffnen, wenn der Nockenbuckel daran anliegt, wobei der Ventilhub durch die Winkelposition des Nockenbuckels in Bezug zum Stößel bestimmt wird.

In dieser Ausführungsform wird der mit dem An­ saugventil 5b verbundene Stößel und der mit dem zwei­ ten Auslaßventil 6b verbundene Stößel jeweils in Trägern 14 bzw. 14′ auf­ genommen, welche in Bezug zur ersten und zweiten Nocken­ welle 9 und 10 verschwenkt werden können und jeweils eine Einrichtung 11 bzw. 12 zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms bilden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Bewegung des Nockens 9b zur Öffnung des Ansaugventiles 5b mittels eines Stößels 13 auf den Ventilschaft 30 des Ansaugventiles 5b übertragen, wenn der Nockenbuckel des Nockens 9b am Stößel 13 anliegt. Der Stößel 13 weist einen dosenförmigen Querschnitt und eine Nocken­ auflauffläche 13a, mit welcher er am Nocken 9b anliegt, und eine Ventilschaftauflauffläche 13b auf, die an der Stirnfläche des Ventilschafts 30 des Ansaugventiles 5b anliegt. Das Ansaugventil 5b wird durch eine Schraubenfe­ der 31, die mit dem Ventilschaft 30 verbunden ist, nach oben gedrückt, um die Ansaugöffnung 3b norma­ lerweise zu verschließen. Die erste Nockenwelle 9 ist mit einem längsverlaufenden Öldurchlaß 9c versehen, der sich in Längsrichtung der Nockenwelle erstreckt und mit einer nicht dargestellten Ölpumpe und mit einem radialen Öldurchlaß 9d verbunden ist, durch welchen Öl unter Druck nach außen fließt, um die Ober­ flächen des Nockens 9b und des Stößels 13 zu schmieren. Das Öl gelangt nach unten zur Ventilschaftauflauffläche 13b durch eine zentrale Boh­ rung 13c in der Nockenauflauffläche 13a und schmiert die Ventilschaftauflauffläche 13b durch die Boh­ rungen 13d, welche in der Ventilschaftauflauffläche 13b nahe deren Kanten vorhanden sind. In dieser Ausführungs­ form ist ein Paar erster Ventileinstellungs-Änderungs­ einrichtungen 11 vorgesehen, eine zur Verschiebung des Ven­ tilsteuerdiagramms der benachbarten Ansaugventile 5b des ersten und zweiten Zylinders 2a und 2b und die andere zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms der benachbar­ ten Ansaugventile 5b des dritten und vierten Zylinders 2c und 2d. Da die ersten Ventileinstellungs- Änderungsvorrichtungen 11 einander entsprechen, wird nachfolgend nur diejenige für den ersten und zweiten Zylinder 2a und 2b beschrieben.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfaßt die erste Ventil­ einstellungs-Änderungsvorrichtung 11 einen Träger 14, der aus einer oberen Hälfte mit einer halbkreis­ förmigen unteren Ausnehmung und einer unteren Hälfte gebildet ist, die oben eine halb­ kreisförmige Ausnehmung aufweist, und die miteinander mit Bolzen 16 mechanisch fest verbunden sind. In Fig. 3 ist nur ein Bolzen 16 sichtbar. In der durch die beiden halb­ kreisförmigen Ausnehmungen gebildeten kreisförmigen Öff­ nung ist mit einem Gleitsitz die erste Nockenwelle 9 aufgenommen, so daß eine Schwenkbewegung des Trägers 14 um die erste Nockenwelle 9 möglich ist. An der Oberseite erstreckt sich über der ersten Nockenwelle 9 durch den Träger 14 eine Verbindungsstange 17. Diese ist mit einer Steuervor­ richtung 15 verbunden, um den Träger 14 in Bezug zur ersten Nockenwelle 9 gesteuert zu schwenken.

Im horizontalen Bereich des Trägers 14 sind ein Paar von Aufnahmebohrungen 14a vorgesehen. Der dem Ansaugventil 5b des ersten Zylinders 2a zugeordnete Stößel 13 ist mit einem Gleitsitz in einer der Aufnahmebohrungen 14a eine Bewegung im wesentlichen in der axialen Richtung des Ventilschafts 30 aufgenommen. Der dem Ansaugventil 5b des zweiten Zylinders 2b zugeordnete Stößel ist in der anderen Aufnahmebohrung in der gleichen Weise aufgenommen.

Die Verbindungsstange 17 erstreckt sich parallel zur Mittellinie l des Motorblocks 1, um die Träger 14 miteinander zu verbinden. Die aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Steuervorrichtung 15 weist eine hin- und hergehende Stange 18 auf, welche sich senk­ recht zur Mittellinie l erstreckt und in die Verbin­ dungsstange 17 eingerastet ist, um diese hin und her zu bewegen. Die Steuervorrichtung 15 weist außerdem einen Antriebsmotor 19 auf, der die hin- und hergehende Stange 18 antreibt. Ein Ausgangssignal S1 eines Drehzahlsensors 20 und ein Ausgangs­ signal S2 eines Lastsensors 21 werden in den Antriebsmo­ tor 19 eingegeben, um diesen entsprechend den Betriebs­ bedingungen der Brennkraftmaschine zu steuern. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird hierdurch der Berührungspunkt zwischen dem Nocken 9b und dem Stößel 13 an einer gegebenen Winkelposition der ersten Nockenwelle 9 geändert, wodurch das Ventilsteuerdiagramm verschoben wird, da der Träger 14 und dementsprechend der davon gehaltene Stößel 13 in Bezug zur ersten Nockenwelle und den darauf befindlichen Nocken 9b verschwenkt wird.

Wenn der Träger 14 beispielsweise in Dreh­ richtung der ersten Nockenwelle 9 in Richtung des in Fig. 2 dargestellten Pfeiles X verschwenkt wird, wird die Ventilöffnung verzögert und umgekehrt. Der Antriebsmotor 19 wird gesteuert, um den Träger 14 und den Stößel 13 in Richtung des Pfei­ les X zu verschwenken und die Öffnung des Ansaugventiles 5b mittels der Stange 18 und der Verbindungsstange 17 zu ver­ zögern, wenn mittels der Ausgabesignale S1 und S2 fest­ gestellt wurde, daß die Maschine bei hoher Drehzahl unter hoher Last arbeitet. Da alle den Ansaugventilen 5b für hohe Last des ersten bis vierten Zylinders 2a bis 2d zugeordneten Träger 14 mit der gleichen Verbindungsstange 17 verbunden sind, werden die Ventilsteuerdiagramme aller Ansaugventile 5b zur gleichen Zeit um denselben Betrag verändert.

Ähnlich der ersten Ventileinstellungs-Änderungseinrich­ tung 11 wird die Bewegung der Nocken 10b zur Öffnung der zweiten Auspuffventile 6b in der zweiten Ventilein­ stellungs-Änderungseinrichtung 12 mittels eines Stößels 13′ auf den Ventilschaft 30′ des zweiten Auslaß­ ventiles 6b übertragen, der dem Stößel 13 entspricht. Die zweite Ventileinstellungs-Änderungseinrichtung 12 entspricht der oben beschriebenen ersten Ventileinstel­ lungs-Änderungseinrichtung 11, weshalb sie nicht noch einmal im Detail beschrieben wird. Einzelteile der zwei­ ten Ventileinstellungs-Änderungseinrichtung 12 sind in Fig. 3 durch in Klammern gesetzte Positionsnummern gekennzeichnet. Die die beiden Träger 14′ der zweiten Ventileinstellungs-Änderungseinrichtung 12 verbindende Verbindungsstange 17′ ist mit der hin- und hergehenden Stange 18 der Steuervorrichtung 15 verbun­ den, so daß die Träger 14′ gemeinsam mit den Trägern 14 ver­ schwenkt werden. Damit werden die Ansaug­ ventile 5b und die zweiten Auslaßventile 6b in der Ven­ tileinstellung um denselben Betrag in derselben Richtung zur gleichen Zeit verändert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die erste und die zweite Nockenwelle 9 und 10 in Lagern 32 dreh­ bar gelagert, die an den Enden und in einem Zwischen­ bereich des Motorblocks 1 derart angeordnet sind, daß sie die Träger 14 und 14′ nicht beeinträch­ tigen.

Wenn die Brennkraftmaschine unter Niederlast betrieben wird, sind die Träger 14 und 14′ in einer normalen Lage und das Niederlastansaugventil 5a, das Ansaugventil 5b für hohe Last und die ersten und zweiten Auslaßventile 6a und 6b eines jeden Zylinders werden nach einem in Fig. 5 durch die durchgezogene Linie dargestellten Ventilsteuerdiagramm geöffnet und ge­ schlossen. Beide Auslaßventile 6a und 6b beginnen nahe dem Punkt BDC des Kolbens aufzumachen und schließen nahe dem Punkt TDC, während beide An­ saugventile 5a und 5b nahe dem Punkt TDC zu öffnen be­ ginnen und nahe dem Punkt BDC schließen, wobei die Ventilüberschneidung, d. h. die Zeit während welcher das Ansaugventil und das Auslaßventil gemeinsam offen sind, kurz gehalten wird. Demgemäß wird das Ansaugventil 5b während des Niederlastbetriebes der Maschine geöffnet und geschlossen; das Ansauggemisch kann jedoch nicht durch die Ansaugöffnung 3b für hohe Last eingespeist werden, weil die Klappe 7 geschlossen ist.

Folglich wird während des Niederlastbetriebes der Brenn­ kraftmaschine das Ansauggemisch in jeden Zylinder nur durch die Niederlastansaugöffnung 3a eingeleitet. Da­ mit wird das Ansauggemisch jedoch in jeden Zylinder mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet, um eine Verwirbe­ lung zu erzeugen, wodurch der Verbrennungsgrad in der Brennkammer erhöht und die Verbrennung verbessert wer­ den kann. Außerdem vermindert die kurze Ventilüber­ schneidung die Menge des Rest-Auspuffgases, was zu einer Verbesserung der Verbrennung während des Niederlastbetriebes der Brennkraftmaschine beiträgt.

Wenn die Brennkraftmaschine bei niedriger Drehzahl unter hoher Last arbeitet, ist die Klappe 7 in je­ der Ansaugöffnung 3b geöffnet und die Ventil­ steuerung so wie sie als durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt ist, d. h. die Ventileinstel­ lungs-Änderungseinrichtungen 11 und 12 sind nicht in Be­ trieb. Folglich wird das Ansauggemisch in den Zylinder sowohl durch die Ansaugöffnung 3a als auch durch die Ansaugöffnung 3b eingeleitet. Ein Rückfluß des Ansauggemisches tritt nicht ein, weil die Gesamtöffnungsdauer der Ansaugöffnungen noch immer relativ kurz ist und die Ansaugöffnungen vergleichs­ weise früh geschlossen werden. Folglich ist der Füll­ grad bei hoher Last und niederer Drehzahl ver­ bessert. Da das Auspuffgas durch die beiden Auslaß­ öffnungen 4a und 4b aus dem Zylinder ausgespült wird, ist außerdem der Spülwirkungsgrad im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Auspuffgas nur durch eine einfache Auslaßöffnung ausgespült wird, verbessert. Dies trägt ebenfalls zu einer Verbesserung des Füllgrades bei.

Wenn die Brennkraftmaschine bei hoher Drehzahl und unter hoher Last betrieben wird, ist die Klappe 7 in jeder Ansaugöffnung 3b geöffnet und zur gleichen Zeit sind die Ventileinstellungs-Änderungseinrichtungen 11 und 12 wirksam, um die Ventilöffnungen des Ansaugventiles 5b und des zweiten Auslaßventiles 6b - wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 5 er­ sichtlich ist - zu verzögern. Zu dieser Zeit wird das Steuerdiagramm des Ansaugventiles 5a und des ersten Auslaßventiles 6b nicht verändert. Folglich ist die gesamte Ansaugventil-Öffnungszeit, d. h. die Zeit, während der mindestens das Ansaugventil 5a oder das Ansaugventil 5b offen ist, um den Betrag verlängert, um den der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventiles 5b verzögert ist. Dadurch wird in Ver­ bindung mit der Tatsache, daß die gesamte Ansaugventil- Öffnungszeit verlängert ist, wobei die Trägheit des Ansauggemisches groß ist, der Füllgrad wesentlich verbessert, wodurch die Leistungsab­ gabe der Maschine bei hoher Last und hoher Drehzahl zunimmt.

Gleichzeitig ist die gesamte Auspuffventil-Öffnungszeit im Auspuffhub ebenfalls verlängert und der Spülungswir­ kungsgrad verbessert, was ebenfalls zu einer Verbesse­ rung des Füllgrades beiträgt. Da außerdem die Menge und die Trägheit des Ansauggemisches groß sind, tritt ein Rückfluß des Ansauggemisches selbst dann nicht ein, wenn die Ventilüberschnei­ dung verlängert und die Öffnungszeit des Ansaugventiles in den Kompressionshub hinein verzögert ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Beispiel einer Steuerein­ richtung zur Steuerung des Antriebsmotors 19.

Fig. 6 zeigt einen Antriebsmotor 19, der mittels eines Micro-Computers 40 gesteuert wird, in welchen die Ausgangs­ signale S1 und S2 vom Drehzahlsensor 20 und vom Lastsensor 21 eingegeben werden. Zur Bestimmung der Lage der Stange 18 ist ein Positions­ sensor 41 vorgesehen. Das Ausgangssignal S3 des Positions­ sensors 41 wird in den Micro-Computer eingegeben.

Fig. 7 verdeutlicht die Wirkungsweise des Micro-Computers 40 anhand eines Flußdiagramms. Der Micro-Computer 40 bestimmt zuerst die Drehzahl R der Brenn­ kraftmaschine aus dem Ausgangssignal S1 des Drehzahl­ sensors 20 und danach die Maschinenleistung P aus dem Ausgangssignal S2 des Lastsensors 21. Der Micro- Computer 40 weist ein ROM auf, in welchem ein Programm gespeichert ist, welches die Beziehung zwischen der Zielposition T der Stange 18 und der Drehzahl R und der Motorleistung P dar­ stellt. Der Computer 40 gibt die Zielposition T der Stange 18 in Bezug zur Drehzahl R und zur bestimmten Motorleistung P aus. Dann wird die tatsächliche Lage P_s der Stange 18 aus dem Ausgangssignal S3 des Positionssensors 41 bestimmt. Die Differenz D zwischen der Zielposition T und der tatsächlichen Position P_s wird schrittweise berechnet. Wenn die Differenz D = 0, wird der Antriebsmotor 19 nicht betä­ tigt und die Stange 18 verbleibt in ihrer Position. Wenn die Differenz D positiv oder nega­ tiv ist, wird der Antriebsmotor derart betätigt, daß er entweder in die eine oder andere Richtung dreht, um die Stange 18 um einen zum absoluten Betrag der Differenz D korrespondierenden Betrag in Ab­ hängigkeit vom Vorzeichen der Differenz D vor oder zu­ rück zu bewegen. Wenn das im ROM gespeicherte Programm passend ausgelegt ist, kann das Ventilsteuerdiagramm kon­ tinuierlich mit Erhöhung der Last und/oder der Drehzahl verschoben werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird die Bewe­ gung jedes Nocken auf jedes Ventil mittels eines dosen­ förmigen Stößels übertragen; der Stößel kann je­ doch auch verschiedene andere Formen aufweisen. Beispiels­ weise kann eine hydraulische Stößelvorrichtung ver­ wendet werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese hat den Vorteil, daß sie ständig mit dem Nocken in Berührung ist, ohne ein Ventilspiel zu erzeugen, wenn die Brenn­ kraftmaschine mit hoher Drehzahl betrieben wird. Damit kann die Nockenbewegung optimal auf den Ventilschaft übertragen werden.

Die hydraulische Stößelvorrichtung 113 weist ein erstes Glied 120 auf, das eine zylindri­ sche Seitenwand 120a und eine Grundwand 120b an einem Ende der Seitenwand 120 besitzt und an ihrem anderen Ende offen ist. Das erste Glied 120 ist mit einer Gleit­ passung in der Aufnahmebohrung 114a aufgenommen, die in dem Träger 114 für eine gleitende Be­ wegung in axialer Richtung des Ventilschafts 130 mit dem offenen Ende zum Ventilschaft 130 gerichtet ausge­ bildet ist. Ein zweites Glied 121, das eine zylindri­ sche Seitenwand 122 mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als der des ersten Gliedes 120 ist, befindet sich im ersten Glied 120. Das zweite Glied 121 weist einen im wesentlichen H-förmigen Querschnitt auf und hat eine Trennwand 123. Die Trennwand 123 ist mit einer zentralen Bohrung 123a versehen, deren Funktion später beschrieben wird. Ein drittes Einzelteil 124 hat eine zylindrische Seitenwand 125 und an einem Ende eine Grundwand; sein entgegengesetztes Ende ist offen. Das offene Ende des dritten Einzelteiles 124 wird in das offene Ende des ersten Gliedes 120 mit einem Ende des zweiten Gliedes 121 eingesteckt, das im offenen Ende des dritten Einzelteiles 124 aufgenommen ist, so daß das dritte Einzelteil 124 teleskopartig und flüssig­ keitsdicht in Bezug zum ersten und zweiten Glied 120 und 121 gleiten kann. Eine Schraubenfeder 128 ist zwi­ schen der Innenfläche der Grundwand 126 des dritten Ein­ zelteiles 124 und der Außenfläche der Trennungswand 123 des zweiten Gliedes 121, welches von der Grundwand 120b des ersten Teiles 120 entfernt ist, zusammengedrückt, wodurch das zweite Glied 121 federnd gegen die Grund­ wand 120b des ersten Gliedes 120 gepreßt wird. Zwi­ schen der Innenfläche der Grundwand 120b des ersten Gliedes 120 und der Innenfläche der Trennungswand 123 des zweiten Gliedes 120 ist ein Ölreservoir 129 ausge­ bildet. Eine hydraulische Druckkammer 131 ist zwischen der Innenfläche der Grundwand 126 des dritten Einzel­ teiles 124 und der Außenfläche der Trennwand 123 des zweiten Teiles 121 ausgebildet. Die zentrale Öffnung 123a in der Trennwand 123 verbindet das Ölreservoir 129 mit der hydraulischen Druckkammer 131. Ein Rückschlag­ ventil 132 enthält eine Kugel 133 und eine Schrauben­ feder 134, mit welcher die Kugel 133 federnd gegen die Außenfläche der Trennwand 123 gedrückt wird, um die zentrale Bohrung 123 von der Außenfläche der Trennwand 123 her zu verschließen.

Die einen Nocken 119b aufweisende Nockenwelle 119 ist mit einem Öldurchlaß 140 versehen, der sich in Längsrichtung der Nockenwelle 119 erstreckt und sich in einem ringförmigen Öldurchlaß 141 verlängert, der am Außenumfang der Nockenwelle 119 ausgebildet ist. Der ringförmige Öldurchlaß 141 ist mit dem längsverlau­ fenden Öldurchlaß 140 mittels eines radialen Öldurchlas­ ses 142 verbunden. Der längsverlaufende Öldurchlaß 140 ist mit einer nicht dargestellten Ölpumpe verbunden. Der die hydraulische Stößelvorrichtung 113 aufnehmende Träger 114 ist mit einem Öldurchlaß 114b versehen, der dem ringförmigen Öldurchlaß 141 auf einer Seite gegenüberliegt und der in einer Öffnung 120c aus­ läuft, die in der Seitenwand 120a des ersten Gliedes 120 an dessen anderem Ende ausgebildet ist. Öl wird unter Druck durch den längsverlaufenden Öldurchlaß 140 in die Nockenwelle 119 in den ringförmigen Raum 135 ein­ geleitet, der zwischen der Außenfläche der Seitenwand 122 des zweiten Gliedes 121 und der Innenfläche der Sei­ tenwand 120a des ersten Gliedes 120 gebildet ist, und über den radialen Öldurchlaß 142, den radialen Öldurchlaß 141, den Öldurchlaß 114b und die verbindende Öffnung 120c in das Ölreservoir 129 durch den verbindenden Durchlaß 129a geleitet, der zwischen der Innenoberfläche der Grundwand 120b des ersten Glie­ des 120 und dem äußeren Ende der Seitenwand 122 des zweiten Gliedes 121 gebildet ist. Außerdem wird das in das Ölreservoir 129 eingeleitete Öl unter Druck in die hydraulische Druckkammer 131 durch die zentrale Boh­ rung 123a des zweiten Gliedes 121 eingespeist. Mittels des Rückschlagventiles 132 kann das Öl in die Druckkam­ mer 131 fließen; es verhindert jedoch einen Rückfluß des Öles von der Druckkammer 131 zum Ölreservoir 129.

Wenn Öl in die Druckkammer 131 eingeleitet wird, bewegt sich das dritte Einzelteil 124 von der Grundwand 120b des ersten Gliedes 120 weg, wodurch die Gesamtlänge der Stößelvorrichtung 113 verlängert wird und die Au­ ßenfläche der Grundwand 120b des ersten Gliedes 120 und die Außenfläche der Grundwand 126 des dritten Gliedes 124 gegen den Nocken 119b und die Stirnfläche des Ventil­ schaftes 130 aufläuft.

Wenn der Nockenbuckel des Nockens 119b umläuft und die Stößelvorrichtung 113 nach unten gestoßen wird, wirkt diese ähnlich wie ein starrer Stößel, da das Öl aus der Druckkammer 131 durch die Wirkung des Rückschlagventiles 132 nicht entweichen kann. Wenn zwischen dem Nocken 119 und der Außenfläche der Grundwand 120b des ersten Gliedes 120 ein Spiel vorhanden ist, wird der hydraulische Druck in der Druckkammer 131 vermindert. Folglich fließt das Öl durch die zen­ trale Bohrung 123a in die Druckkammer 131, um das erste Glied 120 mittels des zweiten Gliedes 121 anzuheben, wo­ durch das Spiel beseitigt wird.

Die Positionsnummer 143 zeigt in Fig. 4 einen Öldurch­ laß zum Schmieren der Oberfläche des Nockens 119 und der Außenoberfläche der Grundwand 120b, die mit dem Nocken 119 in Kontakt ist.

In der obigen Ausführungsform wird nur das Steuerdiagramm des Ansaugventiles für hohe Last verändert, während das Steuerdiagramm des Niederlastansaugventiles konstant gehalten wird. Es ist jedoch auch möglich, die Steuerung beider Ansaugventile entsprechend der Be­ triebsbedingung der Maschine zu verändern. Beispiels­ weise kann der Öffnungszeitpunkt des Niederlastansaugven­ tiles vorgestellt und der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventiles für hohe Last verzögert werden, um die gesamte An­ saugventil-Öffnungszeit zu ver­ längern.

Das Steuerdiagramm kann mit einer Änderung der Be­ triebsbedingung der Brennkraftmaschine, wie der Drehzahl oder Last kontinuierlich geändert werden. Wenn beispielsweise die Öffnung des Ansaugventiles für hohe Last und des zweiten Auslaßven­ tiles allmählich mit einer Zunahme der Drehzahl verzögert wird, kann eine Torsionsüberlastung, welche eintreten kann, wenn die gesamte Ansaugventil-Öffnungszeit schlagartig um einen großen Betrag geändert wird, vermieden werden.

Als Ventileinstellungs-Änderungseinrichtungen können ver­ schiedene Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise solche, in denen die relative Position der Nockenwelle zur Abtriebswelle des Motors verändert wird oder solche, in welchen eine "dreidimensionale" Nockenwelle zur Ände­ rung des Steuerdiagramms gleitet. Die in der oben dargestellten Ausführungs­ form gezeigte Ventileinstellungs-Änderungseinrichtung wird jedoch be­ vorzugt, weil sie einen einfachen Aufbau aufweist, schnell anspricht und geräuscharm ist.

Weiterhin sind in der Ausführungsform gem. Fig. 1 alle Ansaugventile der vier Zylinder auf einer Seite und alle Auslaßventile der vier Zylinder auf der anderen Seite der Mittellinie des Motorblocks angeordnet, und ist die Reihenfolge der Ansaugventile und der Auslaßventile in jedem Zylinder derart, daß die An­ saugventile für hohe Last des ersten und zweiten Zylinders und des dritten und vierten Zylinders in den jeweiligen Zylinder­ paaren nebeneinander angeordnet sind. Desgleichen sind die zweiten Auslaßventile in den jeweiligen Zylinder­ paaren nebeneinander angeordnet. Diese Aus­ führungsform ist dadurch besonders vorteilhaft, daß der Öffnungszeitpunkt der Ansaugventile für hohe Last und der zweiten Auslaßventile derselben Zylinder durch die Be­ nutzung gemeinsamer Stößelträger geändert werden kann, ohne die Lager zu beeinflussen, welche die Nockenwellen an drei Stellen lagern. Es kann je­ doch auch jede andere Anordnung der Ventile angewandt werden.

Obwohl in der obigen Ausführungsform die Träger 14 und 14′ normalerweise in einer Position gehal­ ten werden, in welcher die Ventilsteuerdiagramme ent­ sprechend der durchgezogenen Linie in Fig. 5 vorlie­ gen und in die Lage bewegt werden, die durch die strichpunktierte Linie in Fig. 5 dargestellt ist, können die Träger 14 und 14′ auch normaler­ weise in der letzteren Position gehalten werden, um während eines Betriebes der Maschine unter anderen Be­ dingungen in die zuerst genannte Position bewegt zu werden. Erforderlichenfalls kann die gesamte Ansaug­ ventil-Öffnungszeit entsprechend jeder sonstigen Be­ triebsbedingung der Maschine verändert werden.

Claims (9)

1. Ventilsteuerung für eine Kolben-Brennkraftmaschine, mit einem Paar von Ansaugventilen (5a, 5b) und zuge­ ordneten Ansaugöffnungen (3a, 3b) je Zylinder, mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung (9) zur Steuerung der Ansaugventile, wobei die Öffnungsdauer jedes Ansaugventils konstant ist, und mit einer von mindestens einer Betriebszustands­ änderung der Brennkraftmaschine ab­ hängig angetriebenen Einrichtung (11, 18) zur Ver­ schiebung des Ventilsteuerdiagramms eines der beiden Ansaugventile (5a, 5b) relativ zu dem Ventilsteuerdiagramm des anderen Ansaugventils, durch welche die Gesamtöffnungsdauer der beiden An­ saugventile ver­ änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ansaugöffnungen (3a, 3b) für den Betrieb bei niedriger und hoher Last und die andere für den Betrieb nur bei hoher Last vorgesehen ist, und
daß die Einrichtung (11, 18) zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms einen Antrieb (19) umfaßt, der durch einen Drehzahldetektor (20) und eine Steuerein­ richtung (40) zur Erzeugung eines Steuersignals auf­ grund eines Ausgangssignals des Drehzahldetektors derart gesteuert ist, daß das Ventilsteuerdiagramm des Ansaug­ ventils (56) in der Ansaugöffnung (36) für hohe Last bei niedriger Drehzahl sich mit dem Ventilsteuerdiagramm des Ansaugventils (5a) in der Ansaugöffnung (3a) für niedrige Last weitgehend deckt und daß mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine bei hoher Last die Einrichtung (11, 18) zur Verschiebung des Ventilsteuer­ diagramms derart betätigt wird, daß das Ventilsteuer­ diagramm des Ansaugventils (5b) in der Ansaugöffnung (3b) für hohe Last auf später verschoben wird.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (3b) für hohe Last mit einem zu­ sätzlichen Ventilelement (7) steuerbar ist, welches die Ansaugöffnung (3b) nur bei hoher Last freigibt.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2 für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit einem Paar von Auslaßventilen (6a, 6b) und zugeordneten Auslaß­ öffnungen (4a, 4b) je Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (12, 18) zur Verschiebung des Ventil­ steuerdiagramms auch eines der Auslaßventile (6a, 6b) vorgesehen ist, durch welche die Gesamtöffnungs­ dauer der Auslaßventile (6a, 6b) veränderbar ist.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtöffnungsdauer der Auslaßventile (6a, 6b) durch Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms eines der beiden Auslaßventile bei gleichzeitiger Konstanthaltung des Ventilsteuerdiagramms des anderen Auslaßventils ver­ änderbar ist.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtöffnungsdauer der Auslaßventile (6a, 6b) in Abhängigkeit von der Gesamtöffnungsdauer der Ansaug­ ventile (5a, 5b) veränderbar ist.

6. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (11, 18; 12, 18) zur Verschiebung der Ventilsteuerdiagramme der Ansaugventile (5a, 5b) bzw. der Auslaßventile (6a, 6b) miteinander ver­ bunden sind und eine Phasenverschiebung zwischen den Ventilsteuerdiagrammen der beiden Ansaugventile bzw. Auslaßventile von gleicher Größe und Richtung erzeugen.

7. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (11, 18; 12, 18) zur Verschiebung des Ventilsteuerdiagramms einen um die zuge­ ordnete Nockenwelle (9, 10) schwenkverstellbaren Träger (14, 14′; 114) umfaßt, in dem ein zwischen dem zuge­ ordneten Nocken (9a, 9b; 10a, 10b) und dem zugehörigen Ventilschaft (30, 130) angeordneter Stößel (13, 113) verstellbar aufgenommen ist, um die Nockenbewegung auf den Ventilschaft zu übertragen.

8. Ventilsteuerung nach Anspruch 7 für eine Brennkraftmaschine, bei der eine gerade Anzahl von Zylindern in Reihe ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugventile (5b), die eine Verschiebung ihres Ventilsteuerdiagramms erlauben, an jeweils zwei benachbarten Zylindern neben­ einander auf einer zu der Zylinderreihe (l) parallelen Linie angeordnet sind und daß die Einrichtungen (11, 18) zur Verschiebung der Ventilsteuerdiagramme der benach­ barten Ansaugventile (5b) einen gemeinsamen Träger (14) für die diesen Ansaugventilen (5b) zugeordneten Stößel (13) aufweisen.

9. Ventilsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (6b), die eine Verschiebung ihres Ventilsteuerdiagramms erlauben, an jeweils zwei benach­ barten Zylindern nebeneinander auf einer zu der Zylinder­ reihe (l) parallelen Linie angeordnet sind und daß die Einrichtungen (12, 18) zur Verschiebung der Ventil­ steuerdiagramme der benachbarten Auslaßventile (6b) einen gemeinsamen Träger (14′) für die diesen Auslaß­ ventilen (6b) zugeordneten Stößel (13′) aufweisen.