AT4786U1 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine Download PDF

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AT4786U1
AT4786U1 AT0072600U AT7262000U AT4786U1 AT 4786 U1 AT4786 U1 AT 4786U1 AT 0072600 U AT0072600 U AT 0072600U AT 7262000 U AT7262000 U AT 7262000U AT 4786 U1 AT4786 U1 AT 4786U1
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internal combustion
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AT0072600U
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Paul Dr Kapus
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Avl List Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Zylinderkopf mit einer ersten und einer zweiten Nockenwelle (1, 2) zur Betätigung von im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslassventilen aufweist, wobei zumindest eine Nockenwelle (1, 2) über ein Zugmittelgetriebe (7) von einer Kurbelwelle (5) angetrieben wird. Um mit möglichst geringem Aufwand bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit zwei im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle (1, 2) einen weitgehend ungedrosselten Betrieb mit geringen Ladungswechselverlusten und günstigem Kraftstoffverbrauch zu erzielen, ist vorgesehen, dass bei Teillast die beiden phasengleich umlaufenden Nockenwellen (1, 2) bezüglich der Kurbelwelle (5) phasenverstellt werden, so dass sowohl die Einlasssteuerzeit, als auch die Auslasssteuerzeit um einen Kurbelwellen-Winkel von etwa 30o bis 100o, vorzugsweise etwa 40o bis 80o , nach Spät verschoben wird.

Description


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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Zylinderkopf mit einer ersten und einer zweiten Nockenwelle zur Betätigung von im Zylinderkopf angeordneten Einund   Auslassventilen   aufweist, wobei zumindest eine Nockenwelle über ein Zugmittelgetriebe von einer Kurbelwelle angetrieben wird, sowie eine ViertaktBrennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens. 



  Ständig steigende Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch und die Reduktion der Abgasemissionen, insbesondere der Kohlenwasserstoffe und der Stickoxide, erfordern den Einsatz neuer Technologien im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen. 



  Ein wesentlicher Grund für den gegenüber zum Beispiel Dieselmotoren höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine liegt in der Betriebsweise mit vorgemischtem homogenem Kraftstoff-Luftgemisch. 



  Dies bedingt eine Regelung der Motorlast mit Hilfe eines Drosselorganes zur Begrenzung der insgesamt angesaugten Gemischmenge   (Quantitätsregelung).   



  Diese Drosselung der Ansaugströmung führt zu einem thermodynamischen Verlust, der den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Das Potential zur Verbrauchsreduzierung der Verbrennungskraftmaschine bei Umgehung dieser Drosselung kann auf etwa 25% geschätzt werden. Ein Teil dieses Verbesserungspotentials kann genutzt werden, wenn im Teillastbereich eine Verringerung der Drosselung möglich wird. 



  Folgende Möglichkeiten zur Verringerung der Drosselverluste bei Ottomotoren sind bekannt : A) Magerbetrieb a) homogen b) geschichtet (Zündkerze fett, Zylinderwand mager) 
 EMI1.1 
 

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    AbgasrückführungD)     Spätes   Schliessen des Einlassventiles   ("Miller-Cycle")   Im Folgenden werden diese Verfahren bzw. deren Vor- und Nachteile beschrieben : 
 EMI2.1 
 a) homogen : bei gegebener Kraftstoffmenge ist eine Entdrosselung durch Erhö- hung der Luftmenge (Abmagerung des Gemisches) möglich. Nun wird aber durch Abmagerung die Verbrennung verlangsamt, was zu einem niedrigeren thermodynamischen Wirkungsgrad führt. Um die Entdrosselung zu erhöhen sind also Massnahmen erforderlich, die die Abmagerungsfähigkeit verbes- sern.

   Für die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte ist für diesen Betrieb eine spezielle Abgasnachbehandlung für Stickoxide   (DENOX-Katalysator)   nötig. b) geschichtet : der Verlangsamung der Verbrennung kann auch durch Schich- tung des Gemisches im Brennraum entgegengewirkt werden. Dabei wird versucht, in der Umgebung der Zündkerze zum Zeitpunkt der Entflammung ein fetteres Gemisch als im restlichen Brennraum zu erzielen. Bei Einsprit- zung ins Saugrohr ist es wegen des homogenisierenden Effektes der La- dungsbewegung nicht möglich, eine nennenswerte Schichtung zum Zünd- zeitpunkt aufrechtzuerhalten. Bei direkter Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum kann bei Einspritzung kurz vor der Entflammung eine sta- bile, reproduzierbare Schichtung und damit ein ungedrosselter Betrieb erzielt werden.

   Auch bei diesem Verfahren muss zur Einhaltung der Emissions- grenzwerte im Fahrzeug ein DENOX-Kat verwendet werden.   Zusätzlich muss   bei der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit zur Gemischbildung besonde- res Augenmerk auf Russbildung bzw. deren Vermeidung geachtet werden.
Der technische Aufwand zur Realisierung einer direkten Einspritzung ist deutlich höher als bei einer Saugrohreinspritzung. 



  B) Abgasrückführung (AGR) : 
Durch Rückführung von inertem Abgas ist ebenfalls, so wie beim Magerbe- trieb, eine Entdrosselung möglich. Da das rückgeführte Abgas das Luft-
Kraftstoffverhältnis nicht ändert, ist ein stöchiometrischer Betrieb und damit eine konventionelle Abgasnachbehandlung mit Dreiwegekatalysator möglich.
Auch bei AGR-Zugabe verlangsamt sich die Verbrennung deutlich. Es treten die gleichen thermodynamischen Verluste wie bei Magerbetrieb auf. Durch selektive Zugabe des Abgases in der Nähe der Zylinderwand ist eine zusätz- 

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 liche leichte Schichtung von Frischgas in der Nähe der Zylindermitte und Abgas an der Zylinderwand möglich.

   Eine Brennkraftmaschine mit mindestens 
 EMI3.1 
 
Strömung im Zylinderraum kann mit Hilfe der Gestaltung der Einlassorgane des Motors derart beeinflusst werden, dass sich zum Zündzeitpunkt ein in der gewünschten Weise geschichtetes Gemisch im Zylinder befindet. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn sich der fettere (bei Luftzufuhr) bzw. der reinere (Bei AGR) Gemischanteil in Zylindermitte im Bereich einer zentral angeordneten Zündkerze befindet, während zur Zylinderwand hin eine Ab- magerung des Gemisches bzw. eine Zunahme der Abgaskonzentration vor- zufinden ist. 



  C) Frühes Schliessen des   Einlassventiles :   
Durch Verwendung eines vollvariablen Ventilhubs ist es möglich, das Ein- lassventil bei ungeändertem Öffnungszeitpunkt deutlich früher zu schliessen. 



   Dadurch saugt der Motor nur so viel Luft (gegen geringeren Unterdruck) an, wie er für stöchiometrische Verbrennung benötigt. Die   Drosselverluste   sin- ken deutlich. Die Nachteile dieses Verfahrens sind der hohe technische Auf- wand für die Realisierung des   vollvariablen Ventilhubes   und die Abkühlung des Kraftstoffes bei Expansion gegen das geschlossene Einlassventil. Da das
Einlassventil sehr früh zumacht, ergeben sich bei der Abwärtsbewegung des
Kolbens Ladungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt. 



  D) Spätes Schliessen des   Einlassventiles :   
Eine weitere Alternative zur Entdrosselung ist das Ausschieben von gegen geringem Unterdruck zuviel angesaugter Luft. Dies geschieht durch sehr spätes Schliessen des Einlassventiles, wenn der Kolben schon deutlich nach oben geht (Kompression). Diese bekannte Variante des sogenannten "Miller-   Cycle" wird üblicherweise   bei Motoren mit zwei oben liegenden Nockenwellen (DOHC-Motoren) und zwei, im wesentlichen symmetrisch angeordneten
Einlasskanälen pro Zylinder, verwendet. Durch die bei konventionellen Mo- toren mit symmetrischen Einlasskanälen   erzeugte"Tumble"-Ladungsbewe-   gung kommt es allerdings dazu, dass bei extrem spätem Schliessen des Ein- lassventiles auch Kraftstoff, der vor oder während der Ansaugphase einge- spritzt wird, wieder ausgeschoben wird.

   Durch   die "Tumble"-Ladungsbewe-   gung wird eine Gemischwalze 900 zur Zylinderachse aufgebaut. Es bildet 

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 sich eine Aufwärtsströmung auf der Rückseite des Zylinders in Richtung   Einlassventil.   Dadurch kommt es zur Zylindermissverteilung bzw. zu nicht reproduzierbarer Gemischzusammensetzung. 



  Es sind zahlreiche Brennkraftmaschinen mit externer oder interner Abgasrückführung bekannt. Es sind auch Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Einlassschluss verändert bzw. nach spät verstellt wird. 



  Aus der EP 0 764 773 A2 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Abgasrückführung in den Einlasssammler erfolgt. Dies hat allerdings den Nachteil, dass durch den Einlasssammler ein relativ grosses Totvolumen gebildet wird. 



  Durch die dämpfende Wirkung des Totvolumens ist die Reaktionszeit des Abgasrückführsystems relativ langsam, wodurch nur relativ niedrige Abgasrückführraten im dynamischen Fahrbetrieb aus Fahrbarkeitsgründen möglich sind. 



  Andererseits ist aus der EP 0 764 773 A2 ein weiteres Abgasrückführsystem bekannt, bei dem die Abgasrückführung aus dem Auslasssystem direkt in einen von zwei   Einlasskanälen   pro Zylinder erfolgt. Bei dieser Ausführung können zwar grosse Totvolumina vermieden werden, allerdings ist eine gleichmässige Rückführung des Abgases zu den einzelnen Zylindern nicht mehr gewährleistet. 



  Aus der AT 2 434   Ul   ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und einer Einrichtung zur Ladungsverdünnung für Luft oder rückgeführtes Abgas bekannt, welche eine für alle Zylinder eine Reihe gemeinsame Verteilerleiste aufweist, in welche die Zuführleitung einmündet und welche über zumindest einen Verteilerkanal pro Zylinder mit einem   Einlasskanal   strömungsverbunden ist. Dadurch wird eine für alle Zylinder gleiche und hohe Ladungsverdünnung ermöglicht, wobei bei Abgasrückführung die Gasdynamik des rückgeführten Abgases nur unwesentlich gedämpft wird.

   Die Brennkraftmaschine weist dabei pro Zylinder einen Tangentialkanal zur Erzeugung einer Rotation der Zylinderladung um die Zylinderachse und einen Neutralkanal, welcher weder eine ausgeprägte   Drallströmung   noch eine Tumbleströmung hervorruft. Derartige Brennkraftmaschinen tolerieren hohe Abgasrückführmengen. 



  Auch aus der AT 402 535 B ist eine Brennkraftmaschine mit einem Neutralkanal und einem Tangentialkanal pro Zylinder bekannt, wobei Kraftstoff in beide Ein-   lasskanäie   über eine zwischen den Einlasskanälen angeordnete Einspritzeinrichtung eingebracht wird. Die beiden Einlasskanäle münden dabei in vordefinierten Winkeln in den Brennraum, so dass einerseits bei Teillast ein hoher Drall der La- 

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 dung erreicht wird ohne bei Vollast die Ladungseinströmung infolge   schlechterer   Durchflusswerte zu beeinträchtigen. 



  Die EP 0 764 773 Al offenbart eine ähnliche Brennkraftmaschine mit jeweils in einen Zylinder mündenden   Neutral- und Tangentialkanälen,   wobei die Kraftstoffeinspritzung in den durch eine Drosseleinrichtung steuerbaren Neutralkanal erfolgt. Die   Drosseleinrichtung ermöglicht   im geschlossenen Zustand einen definierten Mindestdurchfluss. Mit dieser Ausbildung kann eine stabile radiale Gemischschichtung erreicht werden. Weiters wird in der EP 0 764 773 Al eine externe Abgasrückführung zwischen   Auslasskanal   und dem Tangentialkanal gezeigt. 



  Zur Erzielung einer internen Abgasrückführung sind verschiedene Verfahren bekannt. Die DE   1 222 735   B beschreibt eine Brennkraftmaschine, bei der der Öffnungszeitpunkt des Einlassventiles weit in die Auslassperiode verschoben wird. 



  Die DE   1 401   228 B zeigt einen Dieselmotor, bei dem Verbrennungsgase in das Ansaugsystem durch Veränderung der Steuerzeit der   Auslass- und Einlassventile   strömen. 



  Bei der DE 27 10 189 Al wird eine interne Abgasrückführung durch verzögertes Schliessen des   Auslassventiles   mittels Lagerbockhöhenverstellung des Kipphebellagers erreicht. 



  Die DE 21 25 368 A zeigt einen Viertaktmotor, bei dem das   Auslassventil   während des Ansaugtaktes kurz vor dem maximalen Einlassventilhub mittels eines Zusatznockens geöffnet wird. 



  Die DE 26 38 651 A offenbart eine Brennkraftmaschine, bei der das Auslassventil vor dem Schliessen des Ansaugventiles und bei Stellung des Kolbens kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes nochmals durch einen Zusatznocken geöffnet wird. 



  Die AT 003 134 U1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Viertakt-Brennkraftmaschine, bei der   Ein- und Auslassventile   über eine einzige gemeinsame Nockenwelle betätigt werden. Um einen   drosselarmen   Teillastbetrieb auf möglichst einfache Weise zu erzielen, sieht das bekannte Verfahren eine Phasenverstellung der Nockenwelle bei Teillast vor, wobei sowohl die Einlasssteuerzeit, als auch die Auslasssteuerzeit um einen Kurbelwellenwinkel von 30  bis 1000 nach Spät verschoben wird. 

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 In der US 5, 161, 497 A wird vorgeschlagen, die Steuerzeit von   Ein- und Auslass-   ventilen unabhängig voneinander phasenzuverstellen, um   Pumpverluste   während des Kompressionstaktes zu verringern und um die Emissionen zu vermindern, sowie um die Leistung zu erhöhen.

   



  Aus der US 4, 805, 566 A, der US 4, 974, 560 A, der US 4, 716, 864 A, der US 4, 939, 370 A, der US 5, 181, 485 A und der US 4, 787, 345 A sind Brennkraftmaschinen mit zwei oben liegenden Nockenwellen bekannt, wobei die Nockenwellen relativ zueinander durch einen Phasenversteller verdrehbar sind. Dadurch kann beispielsweise die Überschneidung in der Öffnungszeit zwischen Ein- und Auslassventilen variiert werden. 



  Es sind auch Brennkraftmaschinen mit zwei oben liegenden Nockenwellen bekannt, bei denen sowohl die eine als auch die andere Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle phasenverschiebbar ist. Dies geschieht über zwei unabhängig voneinander agierende Phasenversteller. Die US 5, 184, 581 A zeigt beispielsweise eine derartige Brennkraftmaschine. Derartige Konstruktionen sind allerdings re-   lativ   aufwendig, benötigen viel Einbauraum und erfordern umfangreiche steuerungstechnische Massnahmen. 



  Neben der Verdrehung der Nockenwelle bezüglich eines Antriebes sind auch andere Phasenversteller bekannt. Bei der US   4, 716, 864   A oder der US 4, 715, 333 A erfolgt die Phasenverstellung durch eine   Zugmittelspanneinrichtung.   Die Druckschriften US 4, 747, 325 A, US 5, 680, 836 A und US 5, 680, 837 A beschreiben durch ein Planetengetriebe gebildete Phasenversteller. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen auf möglichst einfache Weise einen   drosselar-   men Teillastbetrieb zu ermöglichen. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei Teillast die beiden phasengleich umlaufenden Nockenwellen bezüglich der Kurbelwelle phasenverstellt werden, so dass sowohl die Einlasssteuerzeit, als auch die Auslasssteuerzeit um einen Kurbelwellen-Winkel von etwa 300 bis 1000, vorzugsweise etwa   40    bis 80 , nach Spät verschoben wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die Steuerzeit zumindest einer Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle phasenverstellbar ist, und dass beide Nockenwellen phasengleich miteinander gekoppelt und synchron über einen einzigen Phasenversteller phasenverstellbar gegenüber 

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 der Kurbelwelle sind, wobei der Phasenversteller im Antriebsstrang zwischen Kurbelwelle und der Nockenwelle angeordnet ist. 



  Da   Ein- und Auslasssteuerzeit   synchron nach Spät verschoben werden, wird vermieden, dass sich in der frühen Ansaugphase nahe dem oberen Totpunkt ein   Ladungswechselverluste   bewirkender Unterdruck einstellt, wenn die Einlasssteuerzeit nach Spät verstellt wird. Gleichzeitig lässt sich durch das verspätete Schliessen der   Auslassventile   eine interne Abgasrückführung in den Zylinderraum erzielen. 



  Besonders günstig ist es, wenn bei Spätverstellung der Einlasssteuerzeit der Einlassschluss bei etwa 800 bis 1500, vorzugsweise bei etwa 900 bis   140    nach dem auf dem Ladungswechsel folgenden unteren Totpunkt erfolgt. 



  Es ist von DOHC-Motoren bekannt, dass mit verspätetem Einlassschluss ein entdrosseiter Betrieb erreicht werden kann ("Miller-Cycle"). Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass durch den verspäteten Schliesspunkt der   Einlassventile   ein Teil des Kraftstoffes wieder in das Ansaugrohr geschoben wird. Dieses Problem tritt vor allem bei tumbleerzeugenden   Einlasskanälen,   insbesondere mit zwei symmetrisch angeordneten   Einlasskanälen   pro Zylinder, auf. Durch eine asymmetrische   Einlasskanalanordnung, welche   eine asymmetrische   Einlassströmung   generiert, kann dieser Nachteil vermieden werden. 



  Die Steuerzeitverstellung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsvariante dadurch bewirkt, dass die Phasenverstellung der Nockenwelle durch Verdrehen einer Nockenwelle in Bezug auf ein Abtriebsrad des Zugmittelgetriebes erfolgt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Phasenversteller im Bereich zwischen dem Abtriebsrad des ersten Zugmittelgetriebes und der ersten Nockenwelle angeordnet ist. 



  In einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsvariante erfolgt die Steuerzeitverstellung dadurch, dass die Phasenverstellung durch Verdrehen eines Zugmittelantriebsrades des Zugmittelbetriebes in Bezug auf die Kurbelwelle erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum im Zylinderkopf beansprucht wird. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Phasenversteller im Bereich zwischen der Kurbelwelle und dem Antriebsrad des ersten   Zugmittelgetriebes   angeordnet ist. 



  Eine weitere Möglichkeit der Steuerzeitverstellung besteht in der Veränderung der Zugmitteispannung des ersten Zugmittelgetriebes. Zur Veränderung der   Zugmittelspannung   kann dabei vorgesehen sein, dass der Phasenversteller als 

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 Spanneinrichtung für das Zugmittel des   Zugmittelgetriebes   ausgebildet ist. In diesem Falle kann in einer äusserst einfachen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass zum Antrieb der beiden Nockenwellen durch die Kurbelwelle nur ein einziges Zugmitteigetriebe vorgesehen ist, wobei die beiden Nockenwellen durch das selbe Zugmittel des ersten Zugmittelgetriebes angetrieben sind. Eine eigene Transmission zwischen den beiden Nockenwellen kann dabei eingespart werden. 



  Alternativ dazu kann freilich vorgesehen sein, dass die beiden Nockenwellen durch ein zweites   Zugmittelgetriebe   oder ein Zahnradgetriebe miteinander verbunden sind. 



  Gegenüber einem vollvariablen Ventilhub, beispielsweise mittels elektrischer oder hydraulischer   Ventilbetätigung,   mit welchem ebenfalls ein drosselfreier Teillastbetrieb möglich wäre, hat die gemeinsame Steuerzeitverstellung für Ein- und   Auslassventile   den Vorteil eines äusserst geringen   Herstellungs- und   Steueraufwandes. Auch im Vergleich zur Steuerzeitspätverstellung bei DOHC-Motoren hat das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, dass eine Verbrauchsverbesserung mit viel geringerem Aufwand verwirklicht werden kann. 



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich somit eine deutliche Kraftstoffersparnis erzielen. Der späte Auslassschluss am Beginn des Ansaugtaktes ermöglicht eine interne Abgasrückführung, wodurch der Aufwand für eine externe Abgasrückführung zumeist eingespart werden kann. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 ein Ventilhub H - Kurbelwinkel KW - Diagramm, Fig. 2 eine Nockenwellenanordnung einer   erfindungsgemässen   Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 3 eine Nockenwellenanordnung einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante in Draufsicht, Fig. 4 einen Nockenwellenantrieb für die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Nockenwellenanordnung und Fig. 5, 6 und 7   Nockenwellenantrièbe   in weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung. 



  In dem in der Fig. 1 dargestellten Diagramm ist der Ventilhub H über der Kurbelstellung KW in Grad Kurbelwinkel für   Einlassventile   und   Auslassventile,   jeweils für Vollastbetrieb und Teillastbetrieb aufgetragen. Bezugszeichen ET bezeichnet den Ventilhub H der Einlassventile bei Teillast, Ev den Ventilhub der Einlassventile bei Vollast. Der Ventilhub H der Auslassventile für Teillast bzw. für Vollast ist mit AT bzw. Av bezeichnet. Deutlich ist zu erkennen, dass bei Teillast die Steuerzeiten der Einlassventile und der Auslassventile nach Spät verstellt werden, wobei die Spätverstellung der Einlassnockenwelle etwa 500 beträgt, so dass der 

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 Einlassschluss bei 90  bis   1400   nach dem unteren Totpunkt UT nach dem La-   dungswechsel   liegt.

   Die Steuerzeitverstellung des Auslassventilhubes erfolgt synchron mit der Verstellung des Einlassventilhubes nach Spät. Durch die Verschiebung der Einlasssteuerzeit nach Spät wird eine Entdrosselung bewirkt, so dass während der Ausschiebphase R die überflüssige Luft im Brennraum wieder in das Saugrohr gegen Umgebungsdruck rückgeblasen wird. 



  Da auch die Auslasssteuerzeit synchron mit der Einlasssteuerzeit nach Spät verstellt wird, so dass der Schliesszeitpunkt der   Auslassventile   nicht vor dem Öffnungszeitpunkt der   Einlassventile   liegt, wird erreicht, dass auch das Ansaugen während der Phase AGR gegen Umgebungsdruck (Abgasdruck) erfolgt. Dadurch treten äusserst geringe   Ladungswechselverluste   auf. Gleichzeitig erfolgt eine innere Abgasrückführung während der Phase AGR in den Zylinder. Während der Phase AN wird Luft bzw. Gemisch aus dem   Einlasskanal   in den Zylinder angesaugt. 



  In den Fig. 2 bis 7 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. 



  In einem nicht weiter dargestellten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sind eine erste Nockenwelle 1 und eine zweite Nockenwelle 2 angeordnet. Die Nockenwellen dienen zum Antrieb von nicht weiter dargestellten Ein- und Auslassventilen in bekannter Weise. Die erste Nockenwelle 1 kann dabei die Einlassnocken 3 zur Betätigung der   Einlassventile   und die zweite Nockenwelle 2 die Auslassnocken 4 zur Betätigung der   Auslassventile   aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die erste Nockenwelle 1 die Auslassnocken 4 und die zweite Nockenwelle 2 die Einlassnocken 3 betätigt. Es ist auch denkbar, dass jede der beiden Nockenwellen 1, 2 sowohl Einlassnocken 3, als auch Auslassnocken 4 trägt. 



  Der Antrieb der beiden Nockenwellen 1, 2 erfolgt über eine Kurbelwelle 5 mittels eines ein Zugmittel 6 aufweisenden Zugmittelgetriebes 7. Die Kurbelwelle 5 wirkt über ein Zugmittelantriebsrad 8 auf das Zugmittel 6 ein, welches über das Zugmittelabtriebsrad 9 die erste Nockenwelle 1 antreibt, wie beispielsweise aus Fig. 4 zu entnehmen ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung wird die zweite Nockenwelle 2 über ein Zahnradgetriebe 10 mit zwei gleich grossen Zahnrädern 11,12 von der ersten Nockenwelle 1 angetrieben. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung treibt die erste Nockenwelle 1 die zweite Nockenwelle 2 über ein zweites Zugmittelgetriebe 13 an. Das Zugmittelantriebsrad 14 der ersten No- 

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 ckenwelle 1 wird dabei über das zweite Zugmittel 15 auf das mit der zweiten Nockenwelle 2 verbundene Zugmittelabtriebsrad 16 ein. 



  Um eine Phasenverstellung der ersten und zweiten Nockenwelle 1, 2 in Bezug auf die Kurbelwelle 5 zu bewirken, ist in den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen zwischen dem Zugmitteigetriebe 7 und der ersten Nockenwelle 1 ein Phasenversteller 17 angeordnet. Mit Bezugszeichen 18 ist in den Fig. 2 und 3 die Verbindung zwischen dem Phasenversteller 17 und dem Zugmittelabtriebsrad 9, mit Bezugszeichen 19 die Verbindung zwischen dem Phasenversteller 17 und der ersten Nockenwelle 1 angedeutet. Der Phasenversteller 17 kann pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder mechanisch betätigbar sein. Er kann auch durch ein Planetengetriebe gebildet werden.

   Durch Betätigung des Phasenverstellers 17 wird bewirkt, dass sowohl die erste, als auch die zweite Nockenwelle 1, 2 relativ zur Kurbelwelle 5 verdreht wird, wodurch die Ventilhübe für   Ein- und Auslass   in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise phasenverschoben werden. 



  Anstelle eines direkt auf die erste Nockenwelle 1 einwirkenden Phasenverstellers 17 kann dieser auch als beispielsweise hydraulische Spanneinrichtung 20 für das Zugmittel 6 ausgeführt sein, wie in Fig. 5 angedeutet ist. 



  Der Phasenversteller 17 kann aber auch zwischen Kurbelwelle 6 und Zugmittelantriebsrad 8 angeordnet sein, wodurch die Phasenlage des Zugmittelantriebsrades 8 gegenüber der Kurbelwelle 5 verschoben wird. Diese in Fig. 6 schematisch dargestellte Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass Bauraum im Zylinderkopf eingespart werden kann. 



  Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der der Phasenversteller 17 als Planetengetriebe 21 ausgeführt ist, wobei die Kurbelwelle 5 über ein Sonnenrad 22 und Planetenräder 23 auf ein Hohlrad 24 einwirken. Das Sonnenrad 22 ist fest mit der Kurbelwelle 5, das Hohlrad 24 fest mit dem Zugmittelantriebsrad 8 verbunden. Durch Verdrehen der die Planetenräder 23 tragenden Stege 25 des Planetengetriebes 21 kann die Phasenlage zwischen dem Zugmittelantriebsrad 8 und der Kurbelwelle 5 verschoben werden. Auch bei dieser Ausführung kann Bauraum im Zylinderkopf eingespart werden.

   Ein weiterer Vorteil ist, dass das Zugmittelantriebsrad 8 unter Beibehaltung des bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine erforderlichen   Drehzahlverhältnisses   von 2 : 1 zwischen Kurbelwelle 5 und Nockenwelle 1, 2 mit relativ grossem Durchmesser ausgeführt sein kann, ohne dass der Durchmesser des entsprechenden Zugmittelantriebsrades 8 auf die 

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 erste Nockenwelle 1 übermässig zunimmt. Das Zugmittel 6 wird dadurch wesentlich weniger beansprucht, was sich vorteilhaft auf dessen Lebensdauer auswirkt. 



  Weiters bietet das zwischen Kurbelwelle 5 und Zugmittelantriebsrad 8 angeordnete Planetengetriebe 21 die Möglichkeit, über ein einziges   Zugmittelgetriebe   7 sowohl die erste, als auch die zweite Nockenwelle 1, 2 direkt anzutreiben, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Es kann somit auf ein zweites Zugmittelgetriebe 13, bzw. auf ein Zahnradgetriebe 10 zur Übertragung des Drehmomentes von der ersten Nockenwelle 1 auf die zweite Nockenwelle 2 verzichtet werden. 



  Bei der dargestellte Ausführung beträgt beispielsweise das   Drehzahlverhältnis   zwischen dem Hohlrad 24 und dem Sonnenrad 22 1 : 3. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise. Aus der Forderung, dass bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine das   Drehzahlverhältnis   zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle 1 : 2 beträgt, ergibt sich ein Durchmesserverhältnis zwischen Hohlrad 24 und Zugmittelabtriebsrad 9 von 3 : 2. Die beiden Nockenwellen 1, 2 können somit relativ eng beieinander angeordnet werden. 



  Anstelle eines Planetengetriebes kann bei der Ausführung mit einem einzigen Zugmitteigetriebe gemäss Fig. 7 selbstverständlich auch ein anderer auf der Kurbelwelle sitzender Phasenversteller vorgesehen sein, welcher das Zugmittelntriebsrad bezüglich der Kurbelwelle phasenverschiebt. Ferner kann der Phasenversteller auch hier als Spanneinrichtung für das Zugmittel ausgebildet sein. 



  Die Zugmittel 6 und 15 können beispielsweise durch einen Zahnriemen oder eine Kette gebildet sein. 



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist ein ungedrosselter Betrieb mit äu- sserst geringem konstruktivem und steuertechnischem Aufwand möglich. Daher ergeben sich äusserst geringe Ladungswechselverluste und ein günstiger Kraftstoffverbrauch. Da zur Steuerzeitverstellung nur eine einzige, für Ein- und Auslassventile gemeinsame konventionelle Nockenwellen-Phasenverstelleinrichtung verwendet werden kann, ist im Vergleich zu einem vollvariablem Ventilhub und im Vergleich zur Steuerzeitverstellung bei DOHC-Motoren ein wesentlich geringerer Aufwand erforderlich.

Claims (13)

  1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wel- che zumindest'einen Zylinderkopf mit einer ersten und einer zweiten No- ckenwelle (1, 2) zur Betätigung von im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslassventilen aufweist, wobei zumindest eine Nockenwelle (1, 2) über ein Zugmittelgetriebe (7) von einer Kurbelwelle (5) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teillast die beiden phasengleich umlaufenden Nockenwellen (1, 2) bezüglich der Kurbelwelle (5) phasenverstellt werden, so dass sowohl die Einlasssteuerzeit, als auch die Auslasssteuerzeit um ei- nen Kurbelwinkel (KW) von etwa 30 bis 100 , vorzugsweise etwa 400 bis 80 , nach Spät verschoben wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Spätver- stellung der Einlasssteuerzeit der Einlassschluss bei etwa 800 bis 1500, vor- zugsweise bei etwa 90 bis 140 , nach dem auf den Ladungswechsel fol- genden unteren Totpunkt erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstellung durch Verdrehen einer Nockenwelle (1) in Bezug auf ein Abtriebsrad (9) des Zugmittelgetriebes (7) erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstellung durch Verdrehen eines Zugmittelantriebsrades (8) des Zugmittelgetriebes (7) in Bezug auf die Kurbelwelle (5) erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstellung durch Verändern der Zugmittelspannung des Zugmittels (7) erfolgt.
  7. 7. Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, mit zumindest einem Zylinderkopf mit einer ersten und einer zweiten Nockenwelle (1, 2) zur Be- tätigung von im Zylinderkopf angeordneten Ein- und Auslassventilen, wobei zumindest eine Nockenwelle (1, 2) über ein Zugmittelgetriebe (7) von einer Kurbelwelle (5) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu- erzeit zumindest einer Nockenwelle (1, 2) bezüglich der Kurbelwelle (5) <Desc/Clms Page number 13> phasenverstellbar ist, und dass beide Nockenwellen (1, 2) phasengleich miteinander gekoppelt und synchron über einen einzigen Phasenversteller (17) phasenverstellbar gegenüber der Kurbelwelle (5) sind, wobei der Pha- senversteller (17) im Antriebsstrang zwischen Kurbelwelle (5) und der No- ckenwelle (1, 2) angeordnet ist.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei die beiden Nockenwelle (1, 2) über ein zweites Zugmittelgetriebe (13) miteinander verbunden sind, da- durch gekennzeichnet, dass der Phasenversteller (17) im Bereich zwi- schen einem Zugmittelabtriebsrad (9) und der ersten Nockenwelle (1) an- geordnet ist.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenversteller (17) im Bereich zwischen der Kurbelwelle (5) und dem Zugmittelantriebsrad (8) angeordnet ist.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Phasenversteller (17) als Planetengetriebe (21) ausge- bildet ist.
  11. 11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenversteller (17) als Spanneinrichtung (20) für das Zugmittel (6) des Zugmittelgetriebes (7) ausgebildet ist.
  12. 12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass zum Antrieb der beiden Nockenwellen (1, 2) durch die Kur- belwelle (5) nur ein einziges Zugmittelgetriebe (7) vorgesehen ist, wobei die beiden Nockenwellen (1, 2) durch das selbe Zugmittel (6) des Zugmit- telgetriebes (7) angetrieben sind.
  13. 13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die beiden Nockenwellen (1, 2) durch ein zweites Zugmit- telgetriebe (13) oder ein Zahnradgetriebe (10) miteinander verbunden sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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