DE60315923T2

DE60315923T2 - Eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen für jeden Zylinder und einem elektronischen Regelsystem zum unterschiedlichen und wechselnden Bedienen der zwei Einlassventile

Info

Publication number: DE60315923T2
Application number: DE60315923T
Authority: DE
Inventors: Fabio Borean; Lorenzo Chiosi
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: EP1378637A2; ITTO20020571A0; JP2004036614A; EP1378637A3; US6732710B2; DE60315923D1; ITTO20020571A1; EP1378637B1; US20040000287A1; ATE371804T1; JP4028816B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren jener Art, die mindestens zwei Einlassventile für jeden Zylinder und ein elektronisch gesteuertes Hydrauliksystem zur variablen Betätigung der Einlassventile umfasst.
Die Anmelderin der vorliegenden Schrift hat in der US-A-6 237 551 bereits einen Motor vorgeschlagen, der Folgendes umfasst:

– mindestens zwei Einlassventile für jeden Zylinder, die jeweils mit jeweiligen mit einem elastischen Rückstellmittel versehen sind, die das Ventil in eine geschlossene Position drücken, um jeweilige Einlass- und Auslasskanäle zu steuern;
– mindestens eine Nockenwelle zur Betätigung jedes Einlassventils der Zylinder des Motors mittels jeweiliger Nockenstößel, wobei jedes Einlassventil durch einen jeweiligen Nocken der Nockenwelle gesteuert wird, wobei jeder der Nockenstößel das jeweilige Einlassventil gegen die Wirkung des elastischen Rückstellmittels mittels Zwischenschaltung von hydraulischen Mitteln, die eine Druckfluidkammer umfassen, steuert, wobei die Druckfluidkammer, die jedem Einlassventil zugeordnet ist, dahingehend ausgeführt ist, mittels eines Magnetventils mit einem Auslasskanal verbunden zu werden, um das Ventil von dem jeweiligen Nockenstößel zu entkoppeln und ein schnelles Schließen des Ventils infolge des jeweiligen elastischen Rückstellmittels zu bewirken; und
– elektronische Steuermittel zum Steuern jedes Magnetventils zum Ändern der Zeit und des Hubs der Öffnung des jeweiligen Einlass- oder Auslassventils gemäß einem oder mehreren Betriebsparametern des Motors.

Die Anmelderin der vorliegenden Schrift hat weiterhin in der italienischen Patentanmeldung TO2001A000660 vom 6. Juli 2001 (zum Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlicht) bereits einen Motor der oben angeführten Art vorgeschlagen, in dem die jedem Zylinder zugeordneten Einlassventile hinsichtlich Zeit und/oder Ausmaß der Öffnung auf unterschiedliche Weise gesteuert werden, so dass ein erstes Einlassventil einem ersten Öffnungs- und Schließgesetz folgt, während ein zweites Einlassventil einem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz folgt.
Unabhängig von der zuvor vorgeschlagenen Lösung kann die Steuerung des Öffnens und Schließens der beiden Einlassventile jedes Zylinders auf unterschiedliche Weise aus einem anderen Grunde nützlich sein. Aus einer unterschiedlichen Steuerung folgt natürlich, dass die den beiden Einlassventilen zugeordneten Teile des Systems verschiedenen Beanspruchungen ausgesetzt sind, die zu einer im Wesentlichen inhärenten Asymmetrie des Systems führen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, den obigen Nachteil zu überwinden und dabei eine gleichmäßige Beanspruchung des Systems zur Betätigung der beiden Einlassventile jedes Zylinders zu gewährleisten.
Um den obigen Zweck zu erfüllen, ist der Gegenstand der Erfindung ein Motor, der alle die Eigenschaften besitzt, die eingangs erwähnt wurden, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Einlassventile, die jedem Zylinder zugeordnet sind, auf unterschiedliche Weise hinsichtlich der Zeit und des Ausmaßes der Öffnung gesteuert werden, so dass bei jedem Motorzyklus ein Einlassventil einem ersten Öffnungs- und Schließgesetz folgt, während das andere Einlassventil einem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz folgt, und dass die oben genannten elektronischen Steuermittel so programmiert sind, dass sie die Öffnungs- und Schließgesetze der beiden Einlassventile des gleichen Zylinders bezüglich einander mit einer Periodizität umkehren, die einem oder mehreren Betriebszyklen des Motors entspricht, so dass jedes der beiden Einlassventile bei jeder aufeinander folgenden Periode abwechselnd dem ersten und dem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz folgt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen hervor, die nur als nicht einschränkendes Beispiel angeführt werden, darin zeigen:
1 eine schematische Ansicht, die das Betriebsprinzip eines Systems zur variablen Betätigung von Ventilen in einem Verbrennungsmotor zeigt;
2 eine Querschnittsansicht in einer senkrecht zur Achse des Zylinders eines Zylinderkopfs eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors verlaufenden Ebene;
3 eine schematische Ansicht eines Zylinders des Motors mit den beiden Einlassventilen und den ihnen zugeordneten entsprechenden Betätigungssystemen; und
4 und 5 zwei Diagramme, die das Betriebsprinzip des erfindungsgemäßen Motors zeigen.
1 ist eine schematische Darstellung des Betriebsprinzips eines Systems zur variablen Betätigung der Ventile in einem Verbrennungsmotor. Die Bezugszahl 1 bezeichnet das Ventil insgesamt (bei dem es sich entweder um ein Einlassventil oder um ein Auslassventil handeln kann), das einem in einem Zylinderkopf 3 eines Verbrennungsmotors ausgebildeten jeweiligen Kanal 2 (entweder einem Einlass oder einem Auslass) zugeordnet ist. Das Ventil 1 wird durch eine Feder 4 in seine geschlossene Position (nach oben bei Betrachtung von 1) zurückgeführt, während es durch einen Kolben 5 in die geöffnete Position gezwängt wird, der auf das obere Ende des Schafts des Ventils einwirkt. Der Kolben 5 wird wiederum über in einer Kammer 6 vorhandenes unter Druck stehendes Öl durch einen Kolben 7 gesteuert, der eine mit einem Nocken 9 einer Nockenwelle 10 zusammenwirkende Stößeltasse 8 stützt. Die Tasse 8 wird durch eine Feder 11 in Gleitkontakt mit dem Nocken 9 festgehalten. Die Druckkammer 6 kann mit einem Kanal 12 verbunden sein, der wiederum durch das Öffnungs-/Schließelement 14 eines Magnetventils 15 mit einem Druckspeicher 13 in Verbindung steht, wobei das Magnetventil 15 durch (nicht gezeigte) elektronische Steuermittel gemäß den Betriebsbedingungen des Motors gesteuert wird. Wenn das Magnetventil 15 geöffnet ist, wird das in der Kammer 6 vorhandene unter Druck stehende Öl abgeführt, so dass sich das Ventil 1 unter der Wirkung der elastischen Rückstellfeder 4 schließt.
Wenn das Magnetventil 15 geschlossen ist, überträgt das in der Kammer 6 vorhandene Öl die Bewegungen des Kolbens 7 auf den Kolben 5 und folglich auf das Ventil 1, so dass die Position des Ventils 1 durch den Nocken 9 bestimmt wird. Mit anderen Worten, der Nocken 9 steuert normalerweise das öffnen des Ventils 1 gemäß einem Zyklus, der von dem Profil des Nockens abhängig ist, er kann aber immer wenn erforderlich durch öffnen des Magnetventils 15 „deaktiviert" werden, um die Verbindung zwischen dem Kolben 7 und dem Ventil 1 zu unterbrechen.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung eines Systems mit variabler Betätigung der Ventile der oben beschriebenen Art auf einen Motor, in dem sich jedem Zylinder zugeordnet zwei Einlassventile befinden.
2 zeigt eine Querschnittsansicht in einer senkrecht zu den Achsen der Zylinder des Zylinderkopfs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motors verlaufenden Ebene. Für jeden Zylinder sieht der Motor zwei Einlassventile V_I und zwei Auslassventile V_E vor. Jedes Paar Auslassventile V_E wird bei dem dargestellten besonderen Beispiel über ein Verbindungsglied 16 durch einen einzigen Stellgliedkolben 5 gesteuert (obgleich es natürlich auch möglich wäre, zwei verschiedene Stellglieder für die beiden Auslassventile oder sonst gar keine elektronische Steuerung zur Steuerung der Auslassventile vorzusehen), während die beiden Einlassventile V_I jedes Zylinders durch getrennte Stellgliedkolben 5 gesteuert werden.
3 ist eine schematische Ansicht eines Zylinders des erfindungsgemäßen Motors. In 3 werden die Teile, die den in 1 dargestellten entsprechen, durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Wie zu sehen, weist das System in der Praxis eine Konfiguration auf, die bezüglich der in 1 dargestellten verdoppelt ist. Die beiden Einlassventile V_I werden nämlich durch jeweilige Nocken 9 der Nockenwelle 10 gesteuert. Jeder Nocken 9 steuert gemäß der in 1 dargestellten Konfiguration einen jeweiligen Nockenstößel 7, dem ein jeweiliges Stellglied 5 zugeordnet ist. Die beiden Druckkammern 6 werden durch zwei jeweilige Magnetventile 15 gesteuert, die wiederum durch eine elektronische Steuereinheit 16 gesteuert werden. Die beiden Ventile V_I steuern den Zustrom von Luft mittels zweier jeweiliger Einlasskanäle 2 innerhalb der Brennkammer, die einem Zylinder C des Motors zugeordnet sind, in dem ein Satz von Zündkerzen S vorgesehen ist. Die beiden Einlasskanäle 2 zweigen von einem einzigen Einlasskanal R ab, in dem ein Satz einer elektronisch gesteuerten Benzineinspritzvorrichtung I vorgesehen ist.
4 zeigt den Öffnungs- und Schließzyklus der beiden Einlassventile in einem Betriebszyklus des Motors. Das Diagramm von 4 zeigt den Hub jedes der beiden Einlassventile (in diesem Fall mit A1 und A2 bezeichnet) gemäß der Drehung der Motorwelle. Des Weiteren zeigt das Diagramm die Positionen der Motorwelle entsprechend dem oberen Totpunkt (OT) und dem unteren Totpunkt (UT). Wie in 4 zu sehen, werden die beiden Einlassventile A1 und A2 gemäß einem anderen Öffnungs- und Schließgesetz gesteuert. Bei Ventil A1 ist der Hub größer und wird über einen größeren Winkelbereich erzeugt, während bei Ventil A2 der Hub kleiner ist und über einen kleineren Winkelbereich erzeugt wird. In beiden Fällen unterscheidet sich das Ventil-Hub-Diagramm von dem theoretischen, der der Geometrie des Nockens zur Steuerung des Ventils entspricht, insofern, als das Ventil insbesondere beim Ventilschließschritt schneller geschlossen wird (das heißt in einem eingeschränkteren Winkelbereich), als dies infolge der Geometrie des Steuernockens der Fall wäre.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird neben der Steuerung der beiden Einlassventile A1, A2 auf unterschiedliche Weise gemäß einem ersten Öffnungs- und Schließgesetz und einem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz auch vorgesehen, dass bei jedem aufeinander folgenden Betriebszyklus des Motors die Unterscheidung zwischen den beiden Ventilen insofern umgekehrt wird, als, wenn im vorhergehenden Zyklus ein erstes Einlassventil gemäß einem ersten Gesetz und ein zweites Einlassventil gemäß einem zweiten Gesetzt gesteuert worden war, im anschließenden Betriebszyklus des Motors die Steuerung umgekehrt wird, so dass das erste Ventil gemäß dem zweiten Gesetz und das zweite Ventil gemäß dem ersten Gesetz gesteuert wird. In der Praxis wird jedes Einlassventil bei jedem aufeinander folgenden Betriebszyklus abwechselnd gemäß dem ersten Öffnungs- und Schließgesetz und gemäß dem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz gesteuert. Zum Beispiel zeigt 5 das Diagramm der Hübe der beiden Ventile A1, A2 in irgendeinem Zyklus, der einem Zyklus der in 4 dargestellten Art folgt. Wie zu sehen, ist das Diagramm von 5 mit dem von 4 identisch, jedoch bezieht sich die Linie mit größeren Hüben auf das Ventil A2, während sich die Linie mit kleineren Hüben auf das Ventil A1 bezieht.
Dank der oben erwähnten Lösung, werden die sich aus der unterschiedlichen Steuerung der beiden Einlassventile ergebenden Vorteile bewahrt, ohne dass irgendeine Asymmetrie in der Art der Beanspruchung eingeführt wird, mit der die mechanischen und hydraulischen Glieder, die den beiden Einlassventilen zugeordnet sind, beaufschlagt sind.
Die oben erwähnte Lösung gewährleistet einen Verschleiß und eine Alterung, die an allen Stellgliedern zur Steuerung der Einlassventile potentiell gleichförmig ist, minimiert die asymmetrische Wirkung der Verteilung an die Komponenten an jedem Stellglied jedes Zylinders und ermöglicht des Weiteren eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Einlassventile, was auf eine Verringerung des Absorptionsniveaus des Stellglieds abzielt, kombiniert mit einer Erhöhung der in der Brennkammer erzeugten Turbulenzen.
Des Weiteren ermöglicht die Lösung die Erkennung einer etwaigen Fehlfunktion an einem der beiden Ventile jedes Zylinders, da sich die Steuerung jedes Ventils von der anderen unterscheidet und da eine periodische Umkehr der Steuerung angestrebt wird, was dahingehend wirkt, dass angenommen wird, dass sie in der aufgenommenen Luft nicht wahrgenommen wird.
Natürlich kann die Umkehr der Öffnungs- und Schließgesetze der beiden Einlassventile jedes Zylinders sowohl bei jedem aufeinander folgenden Betriebszyklus des Motors und auch nach einer vorbestimmten Anzahl von Betriebszyklen des Motors erhalten werden. In der Praxis bedeutet dies, dass die Periodizität der Umkehr einem oder mehreren Betriebszyklen des Motors entsprechen kann.
Natürlich können sich die Ausführungsformen und Ausführungsdetails ohne Beeinträchtigung des oben genannten Prinzips auch stark von dem hier rein beispielhaft Beschriebenen und Dargestellten unterscheiden, ohne dadurch den in den angehängten Ansprüchen bestimmten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Verbrennungsmotor, der Folgendes umfasst: – mindestens zwei Einlassventile für jeden Zylinder des Motors, die jeweils mit einem jeweiligen elastischen Rückstellmittel (4) versehen sind, die das Ventil (V_I) in eine geschlossene Position drücken, um jeweilige Einlasskanäle (2) und Auslasskanäle zu steuern; – mindestens eine Nockenwelle (9) zur Betätigung jedes Einlassventils (V_I) der Zylinder des Motors mittels jeweiliger Nockenstößel (7), wobei jedes Einlass- und Auslassventil durch einen jeweiligen Nocken (9) der Nockenwelle (10) gesteuert wird, wobei jeder der Nockenstößel (7) das jeweilige Einlassventil (V_I) gegen die Wirkung des elastischen Rückstellmittels (4) mittels Zwischenschaltung von hydraulischen Mitteln, die eine Druckfluidkammer (6) umfassen, steuert, wobei die Druckfluidkammer (6), die jedem Einlassventil (V_I) zugeordnet ist, dahingehend ausgeführt ist, mittels eines Magnetventils (15) mit einem Auslasskanal verbunden zu werden, um das Ventil von dem jeweiligen Nockenstößel (7) zu entkoppeln und ein schnelles Schließen des Ventils infolge des jeweiligen elastischen Rückstellmittels (4) zu bewirken; und – elektronische Steuermittel (16) zum Steuern jedes Magnetventils (15) zum Ändern der Zeit und des Hubs der Öffnung des jeweiligen Einlass- und Auslassventils gemäß einem oder mehreren Betriebsparametern des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einlassventile (V_I), die jedem Zylinder (C) zugeordnet sind, auf unterschiedliche Weise hinsichtlich der Zeit und des Ausmaßes der Öffnung gesteuert werden, so dass bei jedem Motorzyklus ein Einlassventil (V_I) einem ersten Öffnungs- und Schließgesetz folgt, während das andere Einlassventil einem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz folgt, und dass die oben genannten elektronischen Steuermittel (16) so programmiert sind, dass sie die Öffnungs- und Schließgesetze der beiden Einlassventile des gleichen Zylinders bezüglich einander mit einer Periodizität umkehren, die einem oder mehreren Betriebszyklen des Motors entspricht, so dass jedes der beiden Einlassventile (V_I) bei jeder aufeinander folgenden Periode abwechselnd dem ersten und dem zweiten Öffnungs- und Schließgesetz folgt.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannten elektronischen Steuermittel dazu ausgeführt sind, die Öffnungs- und Schließgesetze der beiden Einlassventile (V_I) des gleichen Zylinders bezüglich einander bei jedem Betriebszyklus des Motors umzukehren.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich dabei um einen Benzinmotor handelt und dass die beiden oben genannten Einlasskanäle von einem gemeinsamen Kanal (R), in dem eine elektronisch gesteuerte Benzineinspritzvorrichtung (I) vorgesehen ist, abzweigen.