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DE102004058997B4 - internal combustion engine - Google Patents

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DE102004058997B4 DE102004058997.6A DE102004058997A DE102004058997B4 DE 102004058997 B4 DE102004058997 B4 DE 102004058997B4 DE 102004058997 A DE102004058997 A DE 102004058997A DE 102004058997 B4 DE102004058997 B4 DE 102004058997B4
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Dipl.-Ing. Stolk Thomas
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Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilgruppen, die unabhängig voneinander durch jeweils ein Schaltelement (4a) umschaltbare Betriebsmodi aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das jeweils eine Schaltelement (4a) durch einen gemeinsamen Ansteuerpfad (5a) beaufschlagbar ist,
wobei die Anzahl der Ansteuerpfade (5a) kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Ventilgruppen und es sich bei dem Ansteuerpfad (5a) um eine elektrische Leitung handelt und es sich bei dem Schaltelement (4a) um ein elektrisches Schaltelement (4a) handelt und die an den gemeinsamen Ansteuerpfad (5a) angeschlossenen elektrischen Schaltelemente (4a) durch Strommodulation bzw. Spannungsmodulation unabhängig ansteuerbar sind.

Figure DE102004058997B4_0000
Internal combustion engine with at least two valve groups, which have operating modes that can be switched independently of one another by means of a switching element (4a),
characterized in that
each switching element (4a) can be acted upon by a common control path (5a),
wherein the number of control paths (5a) is smaller than the number of valve groups operated with a common mode and the control path (5a) is an electrical line and the switching element (4a) is an electrical switching element (4a) and the electrical switching elements (4a) connected to the common control path (5a) can be controlled independently by current modulation or voltage modulation.
Figure DE102004058997B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 102 12 327 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit mehreren Ventilgruppen, die unabhängig voneinander durch Schaltelemente umschaltbare Betriebsmodi aufweisen, bekannt. Die Ventilgruppen weisen jeweils mehrere Ventile unterschiedlicher Zylinder auf. Die Schaltelemente der unterschiedlichen Gruppen sind durch getrennte Ansteuerpfade beaufschlagbar, wobei dies zu einem hohen Aufwand an Verkabelung und Kontaktierung führt. Neben einem erhöhten Bauraumbedarf verursacht dies hohe Kosten und eine hohe Störanfälligkeit.From the DE 102 12 327 A1 A generic internal combustion engine with several valve groups that have operating modes that can be switched independently of one another using switching elements is known. The valve groups each have several valves for different cylinders. The switching elements of the different groups can be actuated by separate control paths, which leads to a high level of wiring and contacting. In addition to requiring more installation space, this also causes high costs and a high susceptibility to faults.

Die DE 44 35 659 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilen, die unabhängig voneinander durch mindestens ein Schaltelement schaltbare Betriebsmodi aufweisen, wobei das mindestens eine Schaltelement durch einen gemeinsamen Ansteuerpfad beaufschlagbar ist. Bei dem Ansteuerpfad handelt es sich um eine hydraulische Leitung und bei dem Schaltelement handelt es sich um ein hydraulisches Schaltelement. Die an dem gemeinsamen Ansteuerpfad angeschlossenen hydraulischen Schaltelemente sind durch Druckmodulation unabhängig ansteuerbar.The DE 44 35 659 A1 discloses an internal combustion engine with at least two valves, which have operating modes that can be switched independently of one another by at least one switching element, wherein the at least one switching element can be actuated by a common control path. The control path is a hydraulic line and the switching element is a hydraulic switching element. The hydraulic switching elements connected to the common control path can be controlled independently by pressure modulation.

Die DE 100 48 619 A1 offenbart elektrische Schaltelemente, die jeweils ein Ventilhubabschaltelement beaufschlagen. Das Ventilhubabschaltelement ist für einen Schlepphebel vorgesehen, womit ein Ventil von einem Schlepphebel betätigt wird.The DE 100 48 619 A1 discloses electrical switching elements, each of which acts on a valve lift shut-off element. The valve lift shut-off element is provided for a rocker arm, whereby a valve is actuated by a rocker arm.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 100 60 890 A1 verwiesen.For the general technical background, please refer to the DE 100 60 890 A1 referred to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass bei einer hohen Betriebssicherheit sowohl Bauraum bzw. Bauteile als auch Kosten eingespart werden können.The invention is based on the object of designing an internal combustion engine in such a way that both installation space and components as well as costs can be saved while maintaining a high level of operational reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the subject matter of patent claim 1.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Anzahl der Ansteuerpfade und somit auch der Endstufen kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Ventilgruppen, wodurch die störanfälligen und kostenintensiven Ansteuerpfade und Endstufen auf ein notwendiges Minimum beschränkt bleiben.A significant advantage of the invention is that the number of control paths and thus also of output stages is smaller than the number of valve groups operated with a common mode, whereby the fault-prone and cost-intensive control paths and output stages are limited to a necessary minimum.

Die Anzahl der Hydraulikleitungen kann außerhalb der Erfindung deutlich reduziert werden, weil die an einem gemeinsamen Ansteuerpfad angeschlossenen hydraulischen Schaltelemente durch Druckmodulation unabhängig ansteuerbar sind.The number of hydraulic lines can be significantly reduced outside the invention because the hydraulic switching elements connected to a common control path can be controlled independently by pressure modulation.

Bei einer Verwendung von mechanischen Schaltelementen kann die Anzahl der Aktuatoren zum Beaufschlagen dieser Schaltelemente außerhalb der Erfindung deutlich reduziert werden, weil die mechanischen Schaltelemente von einem gemeinsamen Aktuator mittels einer Kulisse individuell oder in Gruppen ansteuerbar sind.When using mechanical switching elements, the number of actuators for actuating these switching elements outside the invention can be significantly reduced because the mechanical switching elements can be controlled individually or in groups by a common actuator by means of a link.

Dabei zeigen:

  • 1 die Schlepphebelventilsteuerung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit elektrischen Ventilhubabschaltelementen, die von einem gemeinsamen Ansteuerpfad angesteuert werden,
  • 2 eine Schlepphebelventilsteuerung mit hydraulischen Ventilhubabschaltelementen gemäß dem Stand der Technik, die unterschiedliche Schaltdrücke aufweisen und von einer gemeinsamen Versorgungsleitung beaufschlagt werden,
  • 3 die Schlepphebelventilsteuerung mit hydraulischen Ventilhubabschaltelementen gemäß dem Stand der Technik, die gleiche Schaltdrücke aufweisen und von separaten Versorgungsleitungen beaufschlagt werden, und
  • 4 die Schlepphebelventilsteuerung mit mechanischen Ventilhubabschaltelementen gemäß dem Stand der Technik, die von einem gemeinsamen Aktuator mittels einer Kulisse betätigt werden.
The following show:
  • 1 the rocker arm valve control of an internal combustion engine (not shown in detail) with electrical valve lift shut-off elements which are controlled by a common control path,
  • 2 a rocker arm valve control with hydraulic valve lift shut-off elements according to the state of the art, which have different switching pressures and are supplied by a common supply line,
  • 3 the rocker arm valve control with hydraulic valve lift shut-off elements according to the state of the art, which have the same switching pressures and are supplied by separate supply lines, and
  • 4 the rocker arm valve control with mechanical valve lift shut-off elements according to the state of the art, which are operated by a common actuator by means of a gate.

Die 1 bis 4 zeigen eine Schlepphebelventilsteuerung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, bei welcher Gaswechselventile 1 über Schlepphebel 2 von mindestens einer Nockenwelle 3 beaufschlagt werden. An ihren den Gaswechselventilen 1 abgewandten Enden stützen sich die Schlepphebel 2 auf jeweils einem Ventilhubabschaltelement 4 ab, das elektrisch, hydraulisch oder mechanisch ausgeführt sein kann. Durch diese Anordnung können die Betriebsmodi der Gaswechselventile 1 unabhängig voneinander umgeschaltet werden. Unter Betriebsmodus soll hier eine Ventilhubfunktion verstanden werden. Die Ventilhubabschaltelemente 4 sind durch mindestens einen Ansteuerpfad 5a, 5b, 5c, 5d von einem Steuergerät 6a, 6b, 6c, 6d beaufschlagbar, welcher in den 1 bis 4 als elektrische Leitung ausgeführt ist. Der Ansteuerpfad 5a, 5b, 5c, 5d kann außerhalb der Erfindung aber auch als hydraulische Leitung ausgeführt werden.The 1 to 4 show a rocker arm valve control of an internal combustion engine (not shown in detail), in which gas exchange valves 1 are actuated by at least one camshaft 3 via rocker arms 2. At their ends facing away from the gas exchange valves 1, the rocker arms 2 are supported on a valve lift shut-off element 4, which can be electrically, hydraulically or mechanically designed. This arrangement allows the operating modes of the gas exchange valves 1 to be switched independently of one another. Operating mode is understood here to mean a valve lift function. The valve lift shut-off elements 4 can be actuated by at least one control path 5a, 5b, 5c, 5d from a control unit 6a, 6b, 6c, 6d, which is in the 1 to 4 is designed as an electrical line. The control path 5a, 5b, 5c, 5d can also be designed as a hydraulic line outside the invention.

Um eine Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass bei einer hohen Betriebssicherheit sowohl Bauraum bzw. Bauteile als auch Kosten eingespart werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Anzahl der Ansteuerpfade 5a, 5b, 5c, 5d kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Gaswechselventile 1 oder Ventilgruppen.In order to design an internal combustion engine in such a way that, with a high level of operational reliability, In order to save both installation space or components as well as costs, it is proposed according to the invention that the number of control paths 5a, 5b, 5c, 5d is smaller than the number of gas exchange valves 1 or valve groups operated with a common mode.

In 1 wird das jeweilige Ventilhubabschaltelement 4a unmittelbar von einem Elektromagneten 7 betätigt. Die Elektromagnete 7 werden durch das Steuergerät 6a über einen gemeinsamen Ansteuerpfad 5a beaufschlagt. Im hier dargestellten Beispiel werden die Elektromagnete 7 durch unterschiedliche Polarität des Ansteuerstromes individuell angesteuert. Die individuelle Ansteuerung kann auch durch andere Formen der Strommodulation bzw. Spannungsmodulation wie z.B. Variation der Stromstärke und/oder der Frequenz realisiert werden.In 1 the respective valve lift shut-off element 4a is actuated directly by an electromagnet 7. The electromagnets 7 are actuated by the control unit 6a via a common control path 5a. In the example shown here, the electromagnets 7 are individually controlled by different polarities of the control current. The individual control can also be implemented by other forms of current modulation or voltage modulation, such as variation of the current intensity and/or frequency.

In 2 sind die Ventilhubabschaltelemente 4b hydraulisch mit unterschiedlichen Schaltdrücken ausgeführt und an eine gemeinsame Versorgungsleitung 8a angeschlossen. Das Steuergerät 6b betätigt mittelbar über einen gemeinsamen Ansteuerpfad 5b und ein elektrisch ansteuerbares Steuerventil 9a die Ventilhubabschaltelemente 4b. Zur individuellen Ansteuerung der Ventilhubabschaltelemente 4b wird vom Steuerventil 9a der hydraulische Ansteuerdruck moduliert bzw. werden vom Steuerventil 9a unterschiedliche Drücke in der hydraulischen Versorgungsleitung 8a eingestellt, wodurch nur die Schaltelemente 4b geschaltet werden, deren Schaltdruck überschritten ist. Zur Versorgung der hydraulischen Ventilhubabschaltelemente 4b stellt eine Hydraulikpumpe 10a einen Vordruck ein, der oberhalb des höchsten Schaltdruckes liegt.In 2 the valve lift shut-off elements 4b are hydraulically designed with different switching pressures and are connected to a common supply line 8a. The control unit 6b indirectly actuates the valve lift shut-off elements 4b via a common control path 5b and an electrically controllable control valve 9a. To individually control the valve lift shut-off elements 4b, the hydraulic control pressure is modulated by the control valve 9a or different pressures are set in the hydraulic supply line 8a by the control valve 9a, whereby only the switching elements 4b are switched whose switching pressure is exceeded. To supply the hydraulic valve lift shut-off elements 4b, a hydraulic pump 10a sets a pre-pressure that is above the highest switching pressure.

In 3 sind die Ventilhubabschaltelemente 4c ebenfalls hydraulisch jedoch mit gleichen Schaltdrücken ausgeführt und an separate Versorgungsleitungen 8b, 8c und 8d angeschlossen. Das Steuergerät 6c betätigt mittelbar über einen gemeinsamen Ansteuerpfad 5c und ein elektrisch ansteuerbares Steuerventil 9b die Ventilhubabschaltelemente 4c. Zur individuellen Ansteuerung der Ventilhubabschaltelemente 4c wird vom Steuerventil 9b der hydraulische Ansteuerdruck gezielt auf die hydraulischen Versorgungsleitungen 8b und/oder 8c und/oder 8d verteilt, wodurch nur die Schaltelemente 4c geschaltet werden, deren Versorgungsleitungen 8b, 8c, 8d mit Druck beaufschlagt sind. Zur Versorgung der hydraulischen Ventilhubabschaltelemente 4c stellt eine Hydraulikpumpe 10b einen Vordruck ein, der oberhalb des Schaltdruckes liegt.In 3 the valve lift shut-off elements 4c are also hydraulic but with the same switching pressures and are connected to separate supply lines 8b, 8c and 8d. The control unit 6c indirectly actuates the valve lift shut-off elements 4c via a common control path 5c and an electrically controllable control valve 9b. To individually control the valve lift shut-off elements 4c, the control valve 9b distributes the hydraulic control pressure specifically to the hydraulic supply lines 8b and/or 8c and/or 8d, whereby only the switching elements 4c are switched whose supply lines 8b, 8c, 8d are pressurized. To supply the hydraulic valve lift shut-off elements 4c, a hydraulic pump 10b sets a pre-pressure that is above the switching pressure.

In 4 sind die Ventilhubabschaltelemente 4d mechanisch ausgeführt und sind mittels einer Kulisse 11 von einem gemeinsamen Aktuator 12 individuell oder in Gruppen ansteuerbar. Hierzu ist die Kulisse 11 mit unterschiedlichen Steuerkurven 13 versehen, wobei jeweils eine Steuerkurve 13 mit einem mechanischen Schaltelement 4d zusammenwirkt. Die Kulisse 11 wird in diesem Beispiel von einem Aktuator 12 axial verschoben. Ferner sind auch unterschiedliche Hübe und/oder Winkellagen der Kulisse 11 denkbar. Der Aktuator 12 wird von einem Steuergerät 6d über einen gemeinsamen Ansteuerpfad 5d beaufschlagt.In 4 the valve lift shut-off elements 4d are mechanical and can be controlled individually or in groups by a common actuator 12 using a gate 11. For this purpose, the gate 11 is provided with different control curves 13, with each control curve 13 interacting with a mechanical switching element 4d. In this example, the gate 11 is axially displaced by an actuator 12. Furthermore, different strokes and/or angular positions of the gate 11 are also conceivable. The actuator 12 is actuated by a control unit 6d via a common control path 5d.

Die elektrischen Schaltelemente 4a oder die Steuerventile 9a, 9b oder die Aktuatoren 12 sind von hier nicht sichtbaren Endstufen versorgbar, wobei die Anzahl der Endstufen kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Ventile 1 oder Ventilgruppen.The electrical switching elements 4a or the control valves 9a, 9b or the actuators 12 can be supplied by output stages not visible here, wherein the number of output stages is smaller than the number of valves 1 or valve groups operated with a common mode.

Claims (3)

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilgruppen, die unabhängig voneinander durch jeweils ein Schaltelement (4a) umschaltbare Betriebsmodi aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils eine Schaltelement (4a) durch einen gemeinsamen Ansteuerpfad (5a) beaufschlagbar ist, wobei die Anzahl der Ansteuerpfade (5a) kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Ventilgruppen und es sich bei dem Ansteuerpfad (5a) um eine elektrische Leitung handelt und es sich bei dem Schaltelement (4a) um ein elektrisches Schaltelement (4a) handelt und die an den gemeinsamen Ansteuerpfad (5a) angeschlossenen elektrischen Schaltelemente (4a) durch Strommodulation bzw. Spannungsmodulation unabhängig ansteuerbar sind.Internal combustion engine with at least two valve groups, which have operating modes that can be switched independently of one another by means of a respective switching element (4a), characterized in that the respective one switching element (4a) can be acted upon by a common control path (5a), the number of control paths (5a) being smaller than the number of valve groups operated with a common mode and the control path (5a) being an electrical line and the switching element (4a) being an electrical switching element (4a) and the electrical switching elements (4a) connected to the common control path (5a) being independently controllable by current modulation or voltage modulation. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommodulation bzw. Spannungsmodulation durch Variation der Stromstärke und/oder Polarität und/oder Frequenz darstellbar ist.internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the current modulation or voltage modulation can be represented by varying the current intensity and/or polarity and/or frequency. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schaltelemente (4a) von Endstufen versorgbar sind, wobei die Anzahl der Endstufen kleiner ist als die Anzahl der mit einem gemeinsamen Modus betriebenen Ventilgruppen.internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrical switching elements (4a) can be supplied by output stages, the number of output stages being smaller than the number of valve groups operated with a common mode.
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