AT518933B1 - Brennkraftmaschine mit einer ventilbetätigungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1) mit zumindest einem ersten Auslassventil (11) und einem zweiten Auslassventil (21) pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigbar sind, wobei die Nockenwelle (5) einen eine zweite Nockenerhebung (15) aufweisenden zweiten Auslassnocken (23) aufweist, mit welchem das zweite Auslassventil (21) in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigbar ist. Um auf möglichst einfache Weise ein rasches Aufwärmen der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und/oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (13) verdrehbar ausgebildet ist, und dass im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) eine vorzugsweise hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub (36) aktivierbar oder deaktivierbar ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung mit zumindest einem ersten Auslassventil und einem zweiten Auslassventil pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch eine erste Nockenerhebung eines auf einer Nockenwelle angeordneten ersten Auslassnockens gemeinsam betätigbar sind, wobei die Nockenwelle einen eine zweite Nockenerhebung aufweisenden zweiten Auslassnocken aufweist, mit welchem das zweite Auslassventil in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigbar ist, wobei der erste Auslassnocken relativ zum zweiten Auslassnocken und /oder der zweite Auslassnocken relativ zum ersten Auslassnocken verdrehbar ausgebildet ist, und im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil eine vorzugsweise hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub aktivierbar oder deaktivierbar ist.

[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem ersten Auslassventil und einem zweiten Auslassventil pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich über eine Auslassventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch eine erste Nockenerhebung eines auf einer Nockenwelle angeordneten ersten Auslassnockens gemeinsam betätigt werden, wobei die Nockenwelle einen eine zweite Nockenerhebung aufweisenden zweiten Auslassnocken aufweist, mit welchem zumindest das zweite Auslassventil in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigt wird.

[0003] Es ist bekannt, bei einer Brennkraftmaschine zusätzlich zu den Auslassventilen ein eigenes Motorbremsventil anzuordnen, welches während der Motorbremsung getaktet oder ständig geöffnet wird. Derartige Motorbremsventile werden üblicherweise hydraulisch oder pneumatisch betätigt und sind beispielsweise aus der DE 44 23 657 C2, der DE 38 39 452 C2, der DE 38 39 450 C2, der AT 004.387 U1 oder der AT 003.600 U1 bekannt. Aus der DE 41 25 831 A1 ist weiters eine Motorbremseinrichtung bekannt, deren Motorbremsventil elektrisch betätigbar ist.

[0004] Bekannte Betätigungseinrichtungen für Motorbremsventile erfordern allerdings einen relativ hohen Bauaufwand und benötigen vergleichsweise viel Platz im Zylinderkopf, welcher in vielen Fällen nur schwer bereitgestellt werden kann. Um den Zylinderdruck abzulassen, ist meist ein zusätzlicher Behälter sowie ein Hochdruckölsystem mit Hochdruckpumpe und elektrohydraulischen Ventilen für jeden Zylinder erforderlich. Zudem weisen bekannte Motorbremseinrichtung eine hohe Zahl an Einzelteilen auf, welche die Störungsanfälligkeit erhöhen und sich nachteilig auf den Fertigungsaufwand auswirken.

[0005] Die DE 39 36 808 A1 beschreibt eine auslassnockengesteuerte Motorbremse für Vier-takt-Brennkraftmaschinen, bei der die Auslasssteuerung um ungefähr einen Arbeitshub, also einen Kurbelwinkel von etwa 180°, für die Dauer der benötigten Bremswirkung vorverstellt wird. Dadurch ergibt sich eine Verdoppelung der Bremstakte und eine Dekompression am Ende des Verdichtungstaktes, wodurch eine höhere Dauerbremswirkung erreicht werden kann.

[0006] Die US 6,000,374 A beschreibt eine Motorbremse für eine Brennkraftmaschine, bei der pro Arbeitszyklus mehrere Bremsphasen verwirklicht werden können. Dabei ist neben Ein- und Auslasskipphebel ein zusätzlicher Bremskipphebel pro Zylinder vorgesehen, der - angetrieben von einem Bremsnocken - ein Auslassventil betätigt. Alle Kipphebeln verfügen dabei über ein Hydroelement an ihrem ventilseitigen Ende. Über Solenoide kann beeinflusst werden, welche Hydroelemente mit Drucköl beaufschlagt werden und welche nicht. Dadurch wird erreicht, dass im normalen Arbeitsbetrieb der Bremskipphebel nur leer läuft und das Auslassventil über den Bremskipphebel nicht betätigt wird, weil sein Hydroelement ohne Ölversorgung die Kraft nicht übertragen kann. Die Ein- und Auslasskipphebel arbeiten im Arbeitsbetrieb, solange ihre Hydroelemente mit Öl befüllt sind. Im Bremsbetrieb werden die Hydroelemente der Auslasskipphebel deaktiviert und die Hydroelemente der Bremskipphebel aktiviert. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Ventilbewegungen hydraulisch zu manipulieren, um eine Bremsleistungsregelung und eine Anpassung zu jeder Drehzahl zu gewährleisten. Nachteilig ist, dass ein hoher Regelungsaufwand erforderlich ist.

[0007] Aus der WO 2015/177127 A1 ist ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche pro Zylinder ein erstes und ein zweites Auslassventil aufweist, die über eine Ventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch einen ersten Auslassnocken gemeinsam betätigt werden können. Das zweite Auslassventil kann darüber hinaus zur Realisierung einer Motorbremse über einen zweiten Ventilhebel durch einen zweiten Auslassnocken betätigt werden, wobei zwischen dem zweiten Ventilhebel und dem zweiten Auslassventil eine hydraulische Übertragungseinrichtung angeordnet ist. Sowohl der erste, als auch der zweite Auslassnocken sind drehfest mit einer Nockenwelle verbunden. Die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Motorbremse erfolgt durch die hydraulische Übertragungseinrichtung.

[0008] Die WO 2012/038191 A1 beschreibt eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse mit zwei über eine Nockenwelle und eine Ventilhebelanordnung betätigten Auslassventilen pro Zylinder, wobei die Ventilhebelanordnung einen durch einen Auslassnocken betätigten Auslasshebel und einen durch einen Bremsnocken betätigbaren Bremshebel aufweist. Der Bremshebel ist über ein zwischen Bremshebel und Bremsnocken angeordnetes schaltbares erstes Übertragungsglied betätigbar, wobei der Bremshebel in einer ersten Stellung des ersten Übertragungsgliedes aktiviert und in einer zweiten Stellung des ersten Übertragungsgliedes deaktiviert ist.

[0009] Aus der WO 2012/038195 A1 ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse, mit zwei über eine Nockenwelle und eine Ventilhebelanordnung betätigten Auslassventilen pro Zylinder bekannt, wobei die Ventilhebelanordnung einen durch einen Auslassnocken betätigten Auslasshebel und einen durch einen Bremsnocken betätigbaren Bremshebel aufweist. Der Bremshebel weist einen nockenwellenseitigen ersten Bremshebelteil und einen auslassventilseitigen zweiten Bremshebelteil auf, wobei die beiden Bremshebelteile unabhängig voneinander drehbar um eine Hebelachse gelagert und durch ein zwischen zwei Stellungen verstellbares Arretierelement im Motorbremsbetrieb miteinander drehverbindbar sind. Der Auslasshebel weist einen nockenwellenseitigen ersten Auslasshebelteil und einen auslassventilseitigen zweiten Auslasshebelteil auf, wobei die beiden Auslasshebelteile unabhängig voneinander drehbar um die Hebelachse gelagert und durch das Arretierelement außerhalb des Motorbremsbetriebes miteinander drehverbindbar sind.

[0010] Weiters sind aus den Druckschriften US 9,188,030 B2, DE 10 2014 225 054 A1, DE 10 2010 023 571 A1 und WO 11/032632 A1 variable Ventilbetätigungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die Steuerzeit durch relatives Verdrehen zweier Nocken einer Nockenwelle verstellt werden kann.

[0011] Aus der EP 1 945 918 B1 ist eine Nockenwellenanordnung bekannt, welche eine Innenwelle und eine Außenwelle umfasst, wobei die Innenwelle innerhalb der relativ zu dieser verdrehbaren Außenwelle angeordnet ist. Eine erste Gruppe von Nocken ist drehfest mit dem Außenrohr, eine zweite Gruppe von Nocken drehfest mit dem Innenrohr verbunden.

[0012] Die GB 2 443 419 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung mit zwei Auslassventilen pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich über eine Auslassventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch eine erste Nockenerhebung eines auf einer Nockenwelle angeordneten ersten Auslassnockens gemeinsam betätigt werden. Die Nockenwelle weist einen zweiten Auslassnocken mit einer zweiten Nockenerhebung auf, mit welchem das zweite Auslassventil in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigt werden kann. Die beiden Auslassnocken sind relativ zueinander verdrehbar ausgebildet. Im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil ist eine Übertragungseinrichtung angeordnet, mit welcher ein Leerhub aktivierbar oder deaktivierbar ist. Die Veröffentlichungen CN 104 251 147 A und US 2014/326212 A1 offenbaren ähnliche Ventilbetätigungseinrichtungen.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es auf möglichst einfache Weise ein rasches Aufwärmen einer

Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe ist es, auf möglichst einfache Weise ein rasches Anspringen der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einer solchen Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

[0014] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass - in einer Projektion parallel zur Drehachse der Nockenwelle betrachtet - in zumindest einer Drehlage des ersten Auslassnockens die zweite Nockenerhebung durch die erste Nockenerhebung abdeckbar ist, und dass der zweite Auslassnocken zumindest eine - vorzugsweise zumindest zwei - Zusatznockenerhebungen aufweist, wobei besonders vorzugsweise zumindest eine Zusatznockenerhebung einen Motorbremshub ausbildet.

[0015] Die Verdrehbarkeit des ersten Auslassnockens relativ zum zweiten Auslassnocken kann in ähnlicher Weise wie in EP 1 945 918 B1 beschrieben realisiert werden: Die Nockenwelle kann dabei eine erste und eine zweite Welle aufweisen, wobei die beiden Wellen konzentrisch zueinander angeordnet sind, und wobei die erste Welle mittels eines Phasenstellers in Bezug auf die zweite Welle verdrehbar ist. Eine der beiden Wellen - beispielsweise die erste Welle -kann dabei als Hohlwelle ausgeführt und die andere Welle - beispielsweise die zweite Welle -innerhalb der ersten Welle angeordnet sein. Die erste Welle ist vorteilhaft drehbar auf der zweiten Welle gelagert, wobei der erste Auslassnocken drehfest mit der ersten Welle und der zweite Auslassnocken drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist.

[0016] Durch Verwendung des Phasenstellers lassen sich die ersten Auslassnocken durch Verdrehen der ersten Welle relativ zur zweiten Welle zum Beispiel nach früh verschieben. Die Steuerung der zweiten Auslassnocken bleibt unverändert.

[0017] Vorzugsweise weist die zweite Nockenerhebung eine maximale Hubhöhe auf, welche gleich einer maximalen Hubhöhe der ersten Nockenerhebung oder kleiner als die maximale Hubhöhe der ersten Nockenerhebung ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die zweite Nockenerhebung eine Hubdauer aufweist, welche gleich oder kleiner ist als eine Hubdauer der ersten Nockenerhebung. Zumindest eine zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens ist so gestaltet, dass sie in Bezug auf Steuerzeit und geometrischer Form in zumindest einer Drehlage des ersten Auslassnockens innerhalb des durch den ersten Auslassnocken definierten normalen Auslasshubes liegt. Ist die erste Welle und somit der erste Auslassnocken nicht verdreht in Ihrer Ausgangsposition, überlagert jeder erste Auslassnocken den entsprechenden benachbarten zweiten Auslassnocken.

[0018] Durch Verdrehen des ersten Auslassnockens relativ zum zweiten Auslassnocken und/oder Verdrehen des zweiten Auslassnockens relativ zum ersten Auslassnocken kann die Auslassöffnungszeit verlängert werden, indem zumindest die zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens quasi aus dem Schatten des Auslasshubes tritt. Dadurch ist es möglich die Öffnungsdauert zumindest eines Auslassventiles bei gleichzeitiger Verschiebung des Hauptauslasses beizubehalten oder zu verändern.

[0019] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Auslassventil über einen zweiten Ventilhebel durch den zweiten Auslassnocken unabhängig vom ersten Auslassventil betätigbar ist, wobei vorzugsweise der zweite Ventilhebel gleichachsig zum ersten Ventilhebel schwenkbar gelagert ist.

[0020] Besonders günstig ist es, wenn die maximale Hubhöhe zumindest einer Zusatznockenerhebung kleiner als die maximale Hubhöhe der zweiten Nockenerhebung ist. Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft bei einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil eine vorzugsweise hydraulische Übertragungseinrichtung angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub aktivierbar oder deaktivierbar ist. Der zweite Auslassnocken erfüllt somit zwei Funktionen: Einerseits kann er - durch die zweite Nockenerhebung - zur Verlängerung der Auslassöffnungsdauer verwendet werden. Andererseits dient er - mittels der Zusatznockenerhebung -dazu, einen wirksamen Motorbremsbetrieb zu ermöglichen, indem zumindest ein Auslassventil -außerhalb des Auslasstaktes - zumindest einmal, beispielsweise am Ende des Einlass- und/oder Verdichtungstaktes geöffnet wird.

[0021] Besondere Vorteile lassen sich erreichen, wenn der Leerhub der Übertragungseinrichtung - vorzugsweise bereinigt um ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Ventilhebels - mindestens der maximalen Hubhöhe zumindest einer Zusatznockenerhebung entspricht. Dies ermöglicht es, die Motorbremse ein- und auszuschalten. Bei ausgeschalteter Motorbremse ist durch die Übertragungseinrichtung der Leerhub aktiviert - die Auslenkung des zweiten Ventilhebels durch die Zusatznockenerhebung wird vollständig durch den Leerhub kompensiert. Somit wird der Hub aus der Zusatznockenerhebung nicht an das Auslassventil weitergeleitet. Da der maximale Hub der zweiten Nockenerhebung größer ist als der maximale Hub der Zusatznockenerhebung, wird die den Leerhub überschreitende Hubdifferenz zwischen zweiter Nockenerhebung und Zusatznockenerhebung von der Übertragungseinrichtung weitergeleitet. Eine Öffnung des entsprechenden Auslassventiles kann aber nur dann auftreten, wenn die zweite Auslassnockenerhebung des zweiten Auslassnockens nicht durch die erste Auslassnockenerhebung des ersten Auslassnockens verdeckt wird.

[0022] In der Ruhelage - also ohne Phasenverstellung der ersten Welle - wird der zweite Auslassnocken vom ersten Auslassnocken abgedeckt. Wird die erste Welle, beispielsweise nach früh, verdreht, so kommt die zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens zumindest teilweise aus dem Überdeckungsbereich der ersten Nockenerhebung des ersten Auslassnockens, wodurch die Auslassdauer verlängert wird. Durch die Form des zweiten Auslassnockens wird dabei der Verlauf des gesamten Auslasshubes bestimmt. Ist die zweite Nockenerhebung kleiner als die erste Nockenerhebung, so kann sich ggf. ein stufenförmiger gesamter Auslasshubverlauf einstellen.

[0023] Durch Verdrehen des ersten Auslassnockens kann der Auslassventilhub nach früh verstellt werden. Durch Verdrehen des zweiten Auslassnockens kann der Auslasshub, insbesondere das Auslasshubende, nach spät verstellt werden.

[0024] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung mit zumindest einem ersten Auslassventil und einem zweiten Auslassventil pro Zylinder sieht vor, dass in zumindest einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beide Auslassventile gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken betätigt werden, dass in zumindest einem zweiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der erste Auslassnocken relativ zum zweiten Auslassnocken verdreht wird, wobei in einer ersten Phase des Auslasstaktes das erste und das zweite Auslassventil gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken und in einer zweiten Phase des Auslasstaktes das zweite Auslassventil nur durch den zweiten Auslassnocken betätigt bzw. offengehalten wird, wobei die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil teilweise unterbrochen wird und nur einen definierten Wert überschreitende Hübe vom zweiten Auslassnocken an das zweite Auslassventil übertragen werden, und dass in einem dritten Motorbetriebsbereich die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil freigegeben wird und zumindest ein Bremshub des zweiten Auslassventils am Ende des Einlasstaktes und/oder des Verdichtungstaktes durchgeführt wird.

[0025] Durch Frühverstellen der Auslassventilerhebung des ersten Auslassnockens wird ein schnelles Aufheizen der Brennkraftmaschine und ein frühes Anspringen der Abgasnachbehandlung erreicht. Gleichzeitig können durch den nicht verdrehten zweiten Auslassnocken Akustikprobleme in Folge Restgasverdichtung vermieden werden, indem die Auslassöffnungsdauer verlängert wird.

[0026] Durch Verdrehen des zweiten Auslassnockens 23 nach spät können thermodynamische Ziele erreicht werden.

[0027] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsvarianten erläutert. Darin zeigen [0028] Fig. 1 eine Ventilbetätigungseinrichtung einer erfindungsmäßen Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht, [0029] Fig. 2 einen ersten und einen zweiten Auslandsnocken in einer Schrägansicht, in einer ersten Drehlage des ersten Auslassnockens, [0030] Fig. 3 einen ersten und einen zweiten Auslandsnocken in einer Schrägansicht, in einer zweiten Drehlage des ersten Auslassnockens,

[0031] Fig. 4 ein Detail der Ventilbetätigungseinrichtung, in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 1, in einer ersten Stellung des zweiten Ventilhebels,

[0032] Fig. 5 ein Detail der Ventilbetätigungseinrichtung, in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 1, in einer zweiten Stellung des zweiten Ventilhebels, [0033] Fig. 6 ein Ventilhubdiagramm einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante mit deaktivierter Motorbremse, [0034] Fig. 7 ein Ventilhubdiagramm dieser Brennkraftmaschine mit aktivierter Motorbremse und [0035] Fig. 8 ein Ventilhubdiagramm einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante mit deaktivierter Motorbremse.

[0036] Fig. 1 zeigt eine Ventilbetätigungseinrichtung 1 einer Brennkraftmaschine der Hubkolben-Bauart, welche zumindest zwei Auslassventile, und zwar ein erstes Auslassventil 11 und ein zweites Auslassventil 21 pro Zylinder aufweist, welche gemeinsam über eine Ventilbrücke 2 und einen ersten Ventilhebel 12 betätigt werden können. Der als Kipphebel ausgeführte erste Ventilhebel 12 ist um eine Hebelachse 3 schwenkbar im nicht weiter dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert. Die Betätigung des ersten Ventilhebels 12 erfolgt durch einen ersten Auslassnocken 13 einer um eine Drehachse 4 drehbar im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle 5, deren Drehachse mit Bezugszeichen 4 angedeutet ist, über eine drehbar am ersten Ventilhebel 12 gelagerte erste Rolle 14. Der erste Auslassnocken 13 weist zumindest eine erste Nockenerhebung 15 auf.

[0037] Weiters weist die Ventilbetätigungseinrichtung 1 benachbart zum ersten Ventilhebel 12 einen zweiten Ventilhebel 22 auf, welcher ebenfalls um die Hebelachse 3 schwenkbar gelagert ist. Die Betätigung des zweiten Ventilhebels 22 erfolgt durch einen zumindest eine zweite Nockenerhebung 25 aufweisenden zweiten Auslassnocken 23 der nicht dargestellten Nockenwelle über eine drehbar am ersten Ventilhebel 12 gelagerte erste Rolle 14. Über den zweiten Ventilhebel 22, welcher ebenfalls als Kipphebel ausgebildet ist, lässt sich das zweite Auslassventil 21 separat zum ersten Auslassventil 11 durch den zweiten Auslassnocken 23 betätigen. Mittels der Feder 6 wird der zweite Ventilhebel 22 an den zweiten Auslassnocken 23 gedrückt und ein Abheben des zweiten Ventilhebels 22 vom Auslassnocken 23 unterbunden.

[0038] Sowohl der erste Ventilhebel 12, als auch der zweite Ventilhebel 22 sind auf der Nockenwelle 5 angeordnet und werden durch diese gedreht. Die Nockenwelle 5 kann dabei - wie in der EP 1 945 918 B1 gezeigt - einen Hohlwellenteil und einen Innenwellenteil aufweisen, wobei die ersten Auslassnocken 13 mit dem Innenwellenteil und die zweiten Auslassnocken 23 mit dem Außenwellenteil drehfest verbunden sind. Der Innenwellenteil kann in bekannter Weise über einen Phasensteller relativ zum Hohlwellenteil verdreht werden.

[0039] Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist in zumindest einer ersten Drehlage des ersten Auslassnockens 13 das Profil der zweiten Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 durch die erste Nockenerhebung 15 des ersten Auslassnockens 13 - in einer Projektion parallel zur Drehachse 4 der Nockenwelle 5 betrachtet - überdeckbar. Die zweite Nockenerhebung 25 weist dabei eine maximale Hubhöhe h25max auf, welche im Ausführungsbeispiel kleiner ist als die maximale Hubhöhe h15max der ersten Nockenerhebung 15. Weiters definiert die zweite Nockenerhebung 25 eine Öffnungsdauer t25, welche im gezeigten Beispiel kleiner ist als eine Öffnungsdauer t15 der ersten Nockenerhebung 15. Es ist aber auch denkbar, die Form und Größe der zweiten Nockenerhebung 25 der ersten Nockenerhebung 15 anzugleichen.

[0040] Wird der erste Auslassnocken 13 in Bezug auf den zweiten Auslassnocken 23 in zumindest eine in Fig. 3 dargestellte zweite Drehlage verdreht, beispielsweise vorverstellt, so wird -wieder in einer Projektion parallel zur Drehachse 4 der Nockenwelle 5 betrachtet - die Überdeckung der zweiten Nockenerhebung 25 durch die erste Nockenerhebung 15 aufgehoben. Durch die zweite Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 lässt durch Verdrehen des ersten Auslassnockens 13 eine verlängerte Auslassöffnung realisieren.

[0041] Zusätzlich zur zweiten Nockenerhebung 25 weist der zweite Auslassnocken 23 zumindest eine als Bremsnockenerhebung ausgebildete Zusatznockenerhebung 26 auf, um einen Motorbremsbetrieb zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Zusatznockenerhebung 26a zur Durchführung eines Motorbremshubes am Ende des Einlasstaktes und eine zweite Zusatznockenerhebung 26b zur Durchführung eines Motorbremshubes am Ende des Verdichtungstaktes vorgesehen. Die maximale Hubhöhe h26max jeder Zusatznockenerhebung 26a, 26b ist geringer als die maximale Hubhöhe h25max der zweiten Nockenerhebung 25.

[0042] Des Weiteren weist die Ventilbetätigungseinrichtung 1 im Wirkungsweg zwischen dem zweiten Auslassnocken 23 und dem zweiten Auslassventil 21 eine hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung 30 auf, mit welcher der Motorbremsbetrieb aktiviert oder deaktiviert werden kann. Die im in Fig. 4 und 5 gezeigten Beispiel im zweiten Ventilhebel 22 angeordnete Übertragungseinrichtung 30 weist einen Betätigungskolben 31 auf, der in einem Führungszylinder 32 verschiebbar angeordnet ist. Der Betätigungskolben 31 grenzt dabei an einen Druckraum 33, welcher über einen im zweiten Ventilhebel 22 angeordneten Kanal 34 von einem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Bei Füllen des Druckraumes 33 wird der Betätigungskolben 31 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 35 ausgelenkt. Im Kanal 34 oder in einer mit diesem verbundenen Leitung ist ein nicht weiter dargestelltes Druckhalteventil und/oder Steuerventil angeordnet, mit welchem die Übertragungseinrichtung 30 deaktiviert oder aktiviert werden kann. Die Fig. 4 zeigt die Übertragungseinrichtung im deaktivierten Zustand, in welchem der Druckraum 33 drucklos geschalten ist. Der Betätigungskolben 31 wird somit durch die Rückstellfeder 35 in seine in Fig. 4 dargestellte Ruhelage bewegt, wodurch sich ein einen Leerhub 36 der Übertragungseinrichtung 30 definierendes Spiel s zwischen dem zweiten Auslassventil 21 - genauer gesagt zwischen einem auf den Ventilschaft 27 des zweiten Auslassventils 21 angreifenden Ventilstößel 28 - und dem Betätigungskolben 31 einstellt. Der Leerhub 36 entspricht mindestens der Hubhöhen h26 zumindest einer Zusatznockenerhebung 26. Somit werden nur Auslenkungen des zweiten Ventilhebels 21 an das zweite Auslassventil 21 übertragen, welche größer sind als der Leerhub 36. Der maximale wirksame Hub zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 entspricht also der Differenz Δh der maximalen Hubhöhen h25max - h26max. Dies bedeutet, dass bei deaktivierter Übertragungseinrichtung 30 keine Hübe h26 der Zusatznockenerhebungen 26 übertragen werden, sondern nur Hübe h25 der zweiten Nockenerhebung 25, welche den Leerhub 36 überragen.

[0043] Fig. 5 zeigt die Übertragungseinrichtung 30 im aktivierten, d.h. hydraulisch steif geschaltetem Zustand. Der Druckraum 33 ist dabei mit dem unter Druck stehendem Hydraulikmedium -beispielsweise Schmieröl der Brennkraftmaschine - beaufschlagt, wobei der Kolben entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 35 in Fig. 5 die dargestellte Motorbremsstellung gedrückt wird, bei der der Betätigungskolben 31 am Ventilschaft 27 bzw. am Ventilstößel 28 anliegt. Da der Druck im Druckraum 33 gehalten wird, wird die Auslenkung des zweiten Ventilhebels 22 unvermindert an das zweite Auslassventil 21 übertragen. Da der Ventilstößel 28 in der Ventilbrücke 2 in Öffnungshubrichtung des zweiten Auslassventils 21 verschiebbar gelagert ist und sich in Schließrichtung des zweiten Auslassventils 21 an einem Absatz 7 der Ventilbrücke 2 abstützt, kann das zweite Auslassventil 21 unabhängig vom ersten Auslassventil 11 mittels des zweiten Ventilhebels 22 geöffnet werden.

[0044] In Fig. 6 und 7 sind die Ventilhübe h der Einlassventile und der Auslassventile 11, 21 über dem Kurbelwinkel KW für einen Arbeitszyklus einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. Dabei sind die Einlassventilhubkurven mit hE, die Auslassventilhubkurve des ersten Auslassnockens 13 mit h13 und die Auslassventilhubkurve des ersten Auslassnockens 23 mit h23 bezeichnet. Mit h130 ist dabei der Hub der Auslassventile 11, 21 bei unverdrehter erster Stellung des ersten Auslassnockens 13 und mit h13,v der Hub der Auslassventile 11, 21 bei relativer Verdrehung des ersten Auslassnockens 13 in Bezug auf den zweiten Auslassnocken 23 bezeichnet. Mit h230 ist der Hub zu Folge des zweiten Auslassnockens 23 bei deaktivierter Motorbremse und mit h23B ist der Hub zu Folge des zweiten Auslassnockens 23 bei aktivierter Motorbremse bezeichnet.

[0045] Wie aus den Fig. 6 und 7 anschaulich hervorgeht, lassen sich mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Ventilbetätigungseinrichtung 1 verschiedene Betriebsweisen verwirklichen: Normalbetrieb, Motorbremsbetrieb und verlängerter Auslassbetrieb.

[0046] Im Normalbetrieb ist, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, die zweite Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 für die Auslasshubverlängerung durch den ersten Auslassnocken 13 verdeckt. Des Weiteren ist, wie in Fig. 4 gezeigt, im zweiten Ventilhebel 22 der Betätigungskolben 31 eingefahren, wodurch zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 anstelle des vollen Hubes h25 im Motorbremsbetrieb nur ein reduzierter Hub ΔΊ entsteht, siehe Linie h23,0 in Fig. 6. Da sich dieser reduzierte Hub ΔΊ im Normalbetrieb innerhalb des in Fig. 6 durch eine strichlierte Linie angedeuteten Hubes h130 der Auslassventile 11, 21 befindet, ist somit der zweite Ventilhebel 22 ohne Funktion. Der erste Ventilhebel 12 betätigt über die Ventilbrücke 2 beide Auslassventile 11, 21.

[0047] Im Motorbremsbetrieb ist, wie in Fig. 5 ersichtlich, im zweiten Ventilhebel 22 der Betätigungskolben 31 mittels Öldruck ausgefahren, wodurch der volle Hub h25 zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 durchgeführt wird, siehe Fig. 7. Hierdurch entstehen zusätzliche Bremshübe h26 durch die Zusatznockenerhebungen 26 am zweiten Auslassventil 21 Auslassventil am Ende des Einlasshubes hE und vor dem Auslasshub h13. Der erhöhte Hub h25 zu Folge der zweiten Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens 23 wird weiterhin durch den durch den ersten Auslassnocken 13 bewirkten normalen Auslasshub h130 verdeckt.

[0048] Durch den zweiten Ventilhebel 22 kann somit die Funktion einer Motorbremse umgesetzt werden, indem das zweite Auslassventil direkt durch den die Funktion eines Bremsnockens übernehmenden zweiten Auslassnocken 23 betätigt wird. Der zweite Ventilhebel 22 ist durch eine zusätzliche Hydraulik, welche ein Spiel s zwischen dem zweiten Ventilhebel 22 und dem zweiten Auslassventil 21 überbrückt, aktivierbar. Dieses überbrückbare Spiel s ist so ausgeführt, dass es im deaktivierten Zustand der Übertragungseinrichtung 30 den Bremsventilhub vollständig eliminiert, wobei der zweite Ventilhebel 22 zwar die Bewegung der Zusatznockenerhebungen 26 ausführt, aber kein Kontakt zum zweiten Auslassventil 21 aufgrund des Spieles s vorhanden ist.

[0049] Im verlängerten Auslassbetrieb ist, wie in Fig.3 ersichtlich, der erste Auslassnocken 13 mittels Phasensteller der Nockenwelle 5 in eine Frühstellung gedreht und der Betätigungskolben 31 im zweiten Ventilhebel 22 in die in Fig.4 dargestellte Ruhestellung bewegt. Hierdurch verschiebt sich die Auslasshubkurve h13 in die mit Linie h13v in Fig. 6 angedeutete Frühstellung, wobei die mit Linie h230 angedeutete reduzierte Hubkurve des zweiten Auslassnockens 23 wirksam ist. Durch die Vorverschiebung der Auslasshubkurve h13 des ersten Auslassnockens 13 wird der durch die zweite Nockenerhebung 25 definierte reduzierte Hub ΔΊ nicht mehr verdeckt und verlängert somit die Auslassöffnungszeit zumindest des zweiten Auslassventils 21 auf tGes (siehe Fig. 6).

[0050] Durch Frühverstellen der Auslassventilerhebung des ersten Auslassnockens 13 kann ein schnelles Aufheizen der Brennkraftmaschine und ein frühes Anspringen einer - nicht weiter dargestellten - Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht werden. In dem die Auslassöffnungsdauer durch den nicht verdrehten zweiten Auslassnocken 23 verlängert wird, können Akustikprobleme in Folge der Restgasverdichtung vermieden werden.

[0051] Fig. 8 zeigt die Ventilhübe h der Einlassventile und der Auslassventile 11, 21 über dem Kurbelwinkel KW für einen Arbeitszyklus einer Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der der zweite Auslassnocken 23 durch den Phasensteller relativ zum ersten Auslassnocken 13 verdrehbar ist. Im verlängerten Auslassbetrieb wird der zweite Auslassnocken 23 mittels Phasensteller der Nockenwelle 5 in eine Spätstellung gedreht und der Betätigungskolben 31 im zweiten Ventilhebel 22 in die in Fig. 4 dargestellte Ruhestellung bewegt. Hierdurch verschiebt sich die reduzierte Hubkurve h23,0 des zweiten Auslassnockens 23 in Spätstellung und tritt aus dem Schatten der Hubkurve h13 des ersten Auslassnockens 13, womit sie wirksam wird. Durch die Spätverschiebung der Auslasshubkurve h23,0 des zweiten Auslassnockens 23 wird der durch die zweite Nockenerhebung 25 definierte reduzierte Hub Δh nicht mehr verdeckt und verlängert somit die Auslassöffnungszeit zumindest des zweiten Auslassventils 21. Diese Funktion dient zum Erreichen von thermischen Zielen.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   1. Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1) mit zumindest einem ersten Auslassventil (11) und einem zweiten Auslassventil (21) pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigbar sind, wobei die Nockenwelle (5) einen eine zweite Nockenerhebung (15) aufweisenden zweiten Auslassnocken (23) aufweist, mit welchem das zweite Auslassventil (21) in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigbar ist, wobei der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und /oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (13) verdrehbar ausgebildet ist, und im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) eine vorzugsweise hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub (36) aktivierbar oder deaktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in einer Projektion parallel zur Drehachse (4) der Nockenwelle (5) betrachtet - in zumindest einer Drehlage des ersten Auslassnockens (13) die zweite Nockenerhebung (25) durch die erste Nockenerhebung (15) abdeckbar ist, und dass der zweite Auslassnocken (23) zumindest eine - vorzugsweise zumindest zwei - Zusatznockenerhebungen (26) aufweist, wobei besonders vorzugsweise zumindest eine Zusatznockenerhebung (26) einen Motorbremshub ausbildet.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenerhebung (25) eine maximale Hubhöhe (h25max) aufweist, welche gleich einer maximalen Hubhöhe (h15max) der ersten Nockenerhebung (15) ist oder kleiner als die maximale Hubhöhe (h15max) der ersten Nockenerhebung (15) ist.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenerhebung (25) eine Öffnungsdauer (t25) definiert, welche gleich oder kleiner ist als eine Öffnungsdauer (t15) der ersten Nockenerhebung (15).
4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auslassventil (21) über einen zweiten Ventilhebel (22) durch den zweiten Auslassnocken (23) unabhängig vom ersten Auslassventil (11) betätigbar ist, wobei vorzugsweise der zweite Ventilhebel (22) gleichachsig zum ersten Ventilhebel (12) schwenkbar gelagert ist.
5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Hubhöhe (h26max) zumindest einer Zusatznockenerhebung (26) kleiner als die maximale Hubhöhe (h25max) der zweiten Nockenerhebung (25) ist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerhub (36) der Übertragungseinrichtung (30) - vorzugsweise bereinigt um ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Ventilhebels (22) - mindestens der maximalen Hubhöhe (h26max) zumindest einer Zusatznockenerhebung (26) entspricht.
7. 7. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1) mit zumindest einem ersten Auslassventil (11) und einem zweiten Auslassventil (21) pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigt werden, wobei die Nockenwelle (5) einen eine zweite Nockenerhebung (25) aufweisenden zweiten Auslassnocken (23) aufweist, mit welchem zumindest das zweite Auslassventil (21) in zumindest einem anderen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass in zumindest einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beide Auslassventile (11, 12) gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken (13) betätigt werden, - dass in zumindest einem zweiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und/oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (23) verdreht wird, wobei in einer ersten Phase des Auslasstaktes das erste und das zweite Auslassventil (21) gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken (13) und in einer zweiten Phase des Auslasstaktes das zweite Auslassventil (21) nur durch den zweiten Auslassnocken (23) betätigt bzw. offengehalten wird, wobei die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) teilweise unterbrochen wird und nur einen definierten Wert überschreitende Hübe vom zweiten Auslassnocken (23) an das zweite Auslassventil (21) übertragen werden, und - dass in einem dritten Motorbetriebsbereich die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) freigegeben wird und zumindest ein Bremshub des zweiten Auslassventils (21) am Ende des Einlasstaktes und/oder des Verdichtungstaktes durchgeführt wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen