AT500879A2 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer ersten Nockenwelle und zumindest einer zweiten Nockenwelle, welche Nockenwellen durch einen Koppeltrieb miteinander verbunden sind, wobei die erste Nockenwelle durch einen ersten Phasenschieber verdrehbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Absenken der Reibleistung im Schleppbetrieb bei einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Nockenwelle und einer zweiten Nockenwelle, welche Nockenwellen durch einen Koppeltrieb miteinander verbunden sind, wobei mit der ersten Nockenwelle ein erster Phasenschieber verbunden wird. Überström-, Drossel- und Reibverluste werden für die Motorbremswirkung einer Brennkraftmaschine im Schubbetrieb ausgenutzt. Es gibt aber Betriebszustände, bei denen eine geringere Motorbremswirkung oder eine Absenkung der Reibleistung im Schleppbetrieb gewünscht ist. Derartige Betriebszustände können beispielsweise bei Hybrid-Antriebskonzepten erforderlich sein, um im Schubbetrieb eine höhere Energiemenge über eine elektrische Maschine in einen Energiespeicher zurückzuladen. Auch bei rein elektromotorischem Betrieb eines Hybridfahrzeuges kann es in bestimmten Betriebsbereichen vorteilhaft sein, wenn die Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb von einer elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die elektrische Maschine auch das Fahrzeug antreibt. In diesen Betriebsbereichen sind minimale Reibleistungen im Schleppbetrieb wünschenswert.

Es ist bekannt, Phasenschieber zur Verstellung der Steuerzeit einer Nockenwelle einzusetzen, welche über einen Koppeltrieb mit einer zweiten Nockenwelle verbunden ist. Durch Betätigung des Phasenschiebers kann somit die Steuerzeit beider Nockenwellen synchron nach früh oder spät verstellt werden. Zur Absenkung der Reibleistung im Schleppbetrieb ist diese Anordnung allerdings aufgrund des relativ geringen Verstellbereiches und der vergleichsweise kleinen Verstellgeschwindigkeit schlecht geeignet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die Reibleistung einer Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb schnell und effektiv verstellt werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die zweite Nockenwelle durch einen zweiten Phasenschieber so verdrehbar ist, dass sich die Phasenverstellung der zweiten Nockenwelle als Summe der Stellbewegungen der beiden Phasenschieber ergibt. Der zweite Phasenschieber ist zwischen erster und zweiter Nockenwelle, • · • ♦ • · · · ♦ ······ · · · ··♦··· · « · ······· · · ·· ·· ·· ···>♦ · ···· -2- vorzugsweise zwischen Koppeltrieb und zweiter Nockenwelle angeordnet. Es ist aber auch möglich, den zweiten Phasenschieber zwischen erster und zweiter Nockenwelle anzuordnen. Die erste Nockenwelle bildet dabei eine Auslassnockenwelle, die zweite Nockenwelle eine Einlassnockenwelle aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Nockenwelle ein zweiter Phasenschieber zwischen Koppeltrieb und zweiter Nockenwelle verbunden wird und dass in zumindest einem vordefinierten Motorbetriebsbereich die zweite Nockenwelle durch den ersten und zweiten Phasenschieber verdreht wird, wobei sich die Verdrehung der zweiten Nockenwelle als Summe der Verdrehbewegungen zu Folge des ersten und des zweiten Phasenschieber ergibt.

Zum Absenken der Reibleistung werden die Auslassnockenwelle und/oder die Einlassnockenwelle nach spät verstellt, wobei vorzugsweise die Spätverstellung der Einlassnockenwelle größer ist als die Spätverstellung der Auslassnockenwelle.

Die Verstell bereiche für die Auslassnockenwelle beträgt dabei etwa 40° bis 60°, für die Einlassnockenwelle 40° bis 120°. Wesentlich ist, dass sich der Verstellbereich der zweiten Nockenwelle durch Addition der Verstellbereiche des ersten und des zweiten Phasenschiebers ergibt. Durch den Koppeltrieb addieren sich die Verstellwege und die Verstellgeschwindigkeiten der beiden Phasenschieber.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Auslassöffnen spätestens bei 210° Kurbelwinkel, vorzugsweise spätestens bei 200° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Verbrennung erfolgt. Der Einlassschluss sollte mindestens erst bei 610°, vorzugsweise mindestens erst bei 630° Kurbelwinkel erfolgen. Der Einlassschluss von herkömmlichen Brennkraftmaschinen liegt im Vergleich dazu zwischen etwa 540° und 610° Kurbelwinkel. Alle Steuerzeiten beziehen sich auf l mm Ventilhub.

Auch nach der Phasenverstellung der Nockenwellen sollte eine minimale Ventilüberschneidung bestehen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass im Überschneidungsbereich der Hub der sich überschneidenden Ventile mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm beträgt.

Dadurch ist es möglich, im Schleppbetrieb mit Spätstellung beider Phasenschieber (Steuerzeit, Einlass und Auslass) die Verdichtung abzusenken, die Füllung zu minimieren und dadurch die Reibleistung abzusenken.

Dadurch kann die Brennkraftmaschine im Schubbetrleb mehr Energie über die elektrische Maschine (Generatorbetrieb) in den Energiespeicher zurückladen. Genauso ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine mit geringer Motorbrems- »····· · · • · · i · · · · ···*··· · «·Μ ·· «« ·· ··♦♦ · -3- wirkung im Schubbetrieb betrieben werden kann. Weiters kann ein Hybridantrieb rein elektrisch betrieben werden. Die Brennkraftmaschine wird dabei im Schleppbetrieb von der elektrischen Maschine angetrieben. Die elektrische Maschine treibt auch das Fahrzeug an.

Trotz dieses Betriebes ist an der Volllast der Brennkraftmaschine ein Betrieb mit frühem Einlassschluss und großer Ventilüberschneidung möglich, das heißt, die Brennkraftmaschine liefert schon bei niedrigen Drehzahlen Drehmoment (beispielsweise Turbo-Hybrid mit Nachladen in jedem Betriebszustand). Für diesen Betrieb mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ist eine Steuerzeitverstellung nötig. Da ohnehin bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen Phasensteller meist erforderlich sind, sind für den Betrieb mit spätem Einlassschluss keine zusätzlichen Aufwendungen erforderlich.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 schematisch eine Nockenwellenanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und Fig. 2 ein Ventilhubdiagramm.

Die in Fig. 1 dargestellte Ventilbetätigungseinrichtung 1 weist eine erste Nockenwelle 2 und eine zweite Nockenwelle 3 auf, wobei die erste Nockenwelle 2 als Auslassnockenwelle und die zweite Nockenwelle 3 als Einlassnockenwelle ausgebildet ist. Die erste Nockenwelle 2 wird beispielsweise über ein Zugmittel 7 durch eine nicht weiter dargestellte Kurbelwelle angetrieben. Über erste Nocken 2a werden nicht weiter dargestellte Auslassventile und über zweite Nocken 3a nicht weiter dargestellte Einlassventile betätigt. Die erste und die zweite Nockenwelle 2, 3 sind über einen Koppeltrieb 4, beispielsweise ein Stirnradgetriebe oder ein Zugmittelgetriebe, miteinander verbunden. Die erste Nockenwelle 2 kann über einen ersten Phasenversteller 5 verdreht werden. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Koppeltrieb 4 und der zweiten Nockenwelle 3 ein zweiter Phasenversteller 6 angeordnet, über welche die zweite Nockenwelle 3 relativ zu ersten Nockenwelle 2 verdreht werden kann. Es ist aber auch möglich, den zweiten Phasensteller 6 zwischen erster Nockenwelle 2 und dem Koppeltrieb 4 anzuordnen, wie in Fig. 1 durch strichlierte Linien angedeutet ist. Die Verstellung der zweiten Nockenwelle 3 setzt sich aus der Summe der Verdrehbewegungen zu Folge des ersten Phasenstellers 5 und des zweiten Phasenstellers 6 zusammen, wobei sich nicht nur die Verstellwege, sondern auch die Verstellgeschwindigkeiten der beiden Phasenschieber 5, 6 für die zweite Nockenwelle 3 addieren.

In Fig. 2 sind die Ventilhübe H für Aus- und Einlassventile über dem Kurbelwinkel KW dargestellt, wobei mit Bezugszeichen A die Ventilhübe für die Auslass- • »· · · ·· · · · *

······ · · I ·······« · »·····* I · ·· «♦ ·· ··«· · «·«« - 4 - ventile und mit E die Ventilhübe für die Einlassventile angedeutet sind. Es ist zu erkennen, dass der Verstellbereich der Auslassventile zwischen 40° bis 60° und der Verstellbereich der Einlassventile zwischen 40° und 120° beträgt. Der Einlassschluss liegt bevorzugt nach 610° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung. Der Beginn des Auslassöffnens - bezogen auf 1 mm Hub -liegt maximal bei 210° Kurbelwinkel. Auch nach der Verstellung sollte eine minimale Überschneidung der Einlass- und Auslassventile vorliegen. Durch Spätverstellen der Auslasssteuerzeiten und der Einlasssteuerzeiten in dem angegebenen Ausmaß kann im Schleppbetrieb die Verdichtung abgesenkt, die Füllung minimiert und dadurch die Reibleistung vermindert werden. Dies ermöglicht es, bei einem Hybridantrieb über die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb mehr Energie mittels der elektrischen Maschine in einen Energiespeicher zurückzuladen. Weiters kann die Brennkraftmaschine mit geringer Motorbremswirkung im Schubbetrieb betrieben werden.

Insbesondere bei einem sogenannten Mild-Hybrid (Kurbelwellenstartergenerator oder riemengetriebener Generator) kann elektrisch gefahren werden, wobei die Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb durch die elektrische Maschine angetrieben wird, welche auch das Fahrzeug antreibt.

Trotz dieses Betriebes ist an der Volllast der Brennkraftmaschine ein Betrieb mit frühem Einlassschluss und großer Ventilüberschneidung möglich. Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine schon bei niedrigen Drehzahlen Drehmoment liefert. Bei Turbo-Hybridantrieben kann in jedem Betriebszustand in einen Energiespeicher nachgeladen werden. Für diesen Betrieb mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ist sowieso eine Steuerzeitenverstellung nötig. Für den Betrieb mit spätem Einlassschluss ist somit kein oder nur ein geringer zusätzlicher Aufwand erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft bei Brennkraftmaschinen mit vier Gaswechselventilen pro Zylinder realisieren.

Claims (12)

1. • I · · · · · t ·· · »*···· · · · ·»···· · · · • I * » t · · · · ·· ·« «· «·#· · UM - 5 - PATENTANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit zumindest einer ersten Nockenwelle (2) und zumindest einer zweiten Nockenwelle (3), welche Nockenwellen (2, 3) durch einen Koppeltrieb (4) miteinander verbunden sind, wobei die erste Nockenwelle (2) durch einen ersten Phasenschieber (5) verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenwelle (3) durch einen zweiten Phasenschieber (6) so verdrehbar ist, dass sich die Phasenverstellung der zweiten Nockenwelle (3) als Summe der Stellbewegungen der beiden Phasenschieber (5, 6) ergibt
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Phasenschieber (6) zwischen erster und zweiter Nockenwelle (2, 3), vorzugsweise zwischen Koppeltrieb (4) und zweiter Nockenwelle (3) angeordnet ist.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nockenwelle (2) als Auslassnockenwelle und die zweite Nockenwelle (3) als Einlassnockenwelle ausgebildet ist.
4. 4. Verfahren zum Absenken der Reibleistung im Schleppbetrieb bei einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Nockenwelle (2) und einer zweiten Nockenwelle (3), welche Nockenwellen (2, 3) durch einen Koppeltrieb (4) miteinander verbunden sind, wobei mit der ersten Nockenwelle (2) ein erster Phasenschieber (5) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Nockenwelle (3) ein zweiter Phasenschieber (6) zwischen erster und zweiter Nockenwelle (2, 3) verbunden wird und dass in zumindest einem vordefinierten Motorbetriebsbereich die zweite Nockenwelle (3) durch den ersten und zweiten Phasenschieber (5, 6) verdreht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verdrehung der zweiten Nockenwelle als Summe der Verdrehbewegungen zu Folge des ersten und des zweiten Phasenschieber (5, 6) ergibt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absenken der Reibleistung die als Auslassnockenwelle ausgebildete erste Nockenwelle (2) und die als Einlassnockenwelle ausgebildete zweite Nockenwelle (3) nach spät verstellt wird, wobei vorzugsweise die Verstellung der zweiten Nockenwelle (3) größer ist als die Verstellung der ersten Nockenwelle (2). • · • · • · · · · »···#· · · · ·#···« · · · ···»··· 9 · #· ·♦ #· ··♦# 9 *#»» -6-
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Motorbetriebsbereich die als Auslassnockenwelle ausgebildete erste Nockenwelle (2) um 40° bis 60° nach spät verdreht wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Motorbetriebsbereich die als Einlassnockenwelle ausgebildete zweite Nockenwelle (3) um 40° bis 100° nach spät verstellt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassöffnen spätestens bei 210° Kurbelwinkel, vorzugsweise spätestens bei 200° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Verbrennung - bezogen auf 1 mm Ventilhub - erfolgt.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassschluss später als 610° Kurbelwinkel, vorzugsweise später als 630° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Verbrennung - bezogen auf 1 mm Ventilhub - erfolgt.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschneidung zwischen Auslass- und Einlasshub größer als 0° Kurbelwinkel ist.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Überschneidungsbereich der Hub der sich überschneidenden Ventile mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm beträgt. 2006 01 10 Fu/Sc

    Patentanwalt / Dipl.-Ing. Mag. Michael Babeluk A-1150 Wien, Mariahilfer Gürtei 39/17 Tel.: (+431) 192 81 m fax: (+431) 892 89 333 e-ftiäü: *»temebä6eiüic.ät m