AT5778U1 - Mit fremdzündbarem kraftstoff betriebene brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit fremdzündbarem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, insbesondere mit zumindest einem Betriebsbereich mit homogener Ladung und Selbstzündung, mit zumindest einem Einlassventil (1) und einem Auslassventil (3) pro Zylinder, wobei Einlass- und Auslassventil (1, 3) in zumindest einem Motorbetriebsbereich über eine Übertragungseinrichtung (11) koppelbar sind. Um auf möglichst einfache Weise eine Steuerung des Verbrennungsablaufes zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass mindestens ein Auslassventil (3) während des Einlasshubes durch die Übertragungseinrichtung (11) betätigbar ist, wobei die Übertragungseinrichtung (11) zumindest ein mechanisches erstes Übertragungsglied (12) aufweist.

Description

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  Die Erfindung betrifft eine mit fremdzündbarem Kraftstoff betriebene Brenn- kraftmaschine, insbesondere mit zumindest einem Betriebsbereich mit homoge- ner Ladung und Selbstzündung, mit zumindest einem Einlassventil und einem Auslassventil pro Zylinder, wobei Einlass- und Auslassventil in zumindest einem Motorbetriebsbereich über eine Übertragungseinrichtung koppelbar sind. 



  Unter fremdzündbarem Kraftstoff ist hier ein konventioneller Kraftstoff mit relativ hoher Oktanzahl, beispielsweise Benzin, zu verstehen. 



  Die wichtigsten Bestimmungsstücke für den Verbrennungsablauf in einer Brenn- kraftmaschine mit innerer Verbrennung sind die Phasenlage des Verbrennungs- ablaufes bzw. des Verbrennungsbeginnes, die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Zylinderdruckes, sowie der Spitzendruck. 



  Bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Verbrennung im Wesentlichen durch Selbstzündung eines homogenen Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt, werden diese Bestimmungsstücke durch die Steuerung der Ladungszusammensetzung und des Ladungstemperaturverlaufes festgelegt. Diese beiden Parameter werden ihrer- seits durch eine grosse Anzahl von Einflussgrössen bestimmt, wie z. B. Drehzahl, Kraftstoffmenge, Ansaugtemperatur, Ladedruck, effektives Kompressionsverhält- nis, Inertgasgehalt der Zylinderladung und Bauteiltemperatur. 



  Es zeigt sich, dass der Ladungstemperatur eine besonders wichtige Rolle für die Steuerung der Geschwindigkeit der während der Zündverzugsphase und der Verbrennung selbst ablaufenden chemischen Vorgänge zukommt. Ein sehr wirk- sames Mittel zur Erhöhung der Ladungstemperatur ist die Erhöhung des Restgas- gehaltes, das heisst, die Erhöhung des Gehaltes an nicht ausgespültem Abgas des vorhergehenden Verbrennungszyklus in der Zylinderladung für den nächsten Zyklus. 



  In der AT 003 135   Ul   wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, welche zumin- dest in einem Betriebsmodus ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch durch Selbstzündung eines sowohl fremd- als auch selbstzündbaren Kraftstoffes, insbe- sondere Benzin, verbrennt. Dadurch kann im Teillastbereich ein besonders emis- sionsgünstiger Betrieb erreicht werden. Um die Menge des Restgases im Sinne einer inneren Abgasrückführung zur Anhebung der Ladungstemperatur im Teil- lastbereich steuern zu können, ist vorgesehen, dass durch eine variable Ven- tilsteuerungseinrichtung der Schliesszeitpunkt zumindest eines Auslassventils in 

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 Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern veränderbar ist. Die innere Abgas- rückführung bzw. Steuerung des Restgasgehaltes im Brennraum führt aber auch zu einer Erhöhung des Inertgasgehaltes.

   Um den Verbrennungsbeginn und die maximale Brennrate unabhängig voneinander steuern zu können, wäre allerdings eine vom Temperaturbedarf unabhängige Kontrolle des Inertgasgehaltes erfor- derlich. 



  Aus der US 5,546,914 A ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bei einem Dieselmotor bekannt, welche eine Zusatzeinrichtung aufweist, durch welche we- nigstens eines der Einlassventile während des Ausstosstaktes für eine Teilrück- führung des Abgases in den Ansaugtrakt aktivierbar ist. Die Ventilsteuereinrich- tung ist dabei hydraulisch ausgeführt und weist einen Pumpkolben sowie einen Arbeitskolben auf, welche über einen Hydraulikraum miteinander verbunden sind.

   Der Pumpkolben ist mit einem Kipphebel des Auslassventils und der Ar- beitskolben mit einem Kipphebel des Einlassventils verbunden, wobei der durch den Auslasskipphebel betätigte Pumpkolben hydraulisch auf den Arbeitskolben und dieser auf das Einlassventil in Öffnungsrichtung einwirkt. Über ein die Zu- satzeinrichtung bildendes Magnetventil kann der Hydraulikraum hydraulisch steif gemacht werden, wodurch das Einlassventil während des Auslasshubes geöffnet werden kann. Dadurch kann eine interne Abgasrückführung erzielt werden, wobei das Abgas im Einlasskanal bis zur Einlassphase abgekühlt wird. Die Abkühlung des Abgases ist bei dem bekannten System gewünscht, um Liefergrad und Stick- oxidemissionen zu verbessern. 



  Bei Niedrigtemperatur-Verbrennungssystemen, wie etwa Brennkraftmaschinen, welche nach dem sogenannten HCCI-Verfahren (Homogenous Charge Compression Ignition) arbeiten, dient jedoch die interne Abgasrückführung zur Steuerung des Zündzeitpunktes durch Ladungstemperaturkontrolle, wobei hohe Temperaturen des rückgeführten Abgases erwünscht sind. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine bessere Steuerung des Verbrennungsablaufes bei Niedrigtemperatur-Verbrennungssystemen zu ermöglichen. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass mindestens ein Auslassventil während des Einlasshubes durch die Übertragungseinrichtung betätigbar ist, wo- bei die Übertragungseinrichtung zumindest ein mechanisches erstes Übertra- gungsglied aufweist. Dabei wird eine definierte Menge heissen Abgases aus dem Auslasstrakt in den Zylinder zurückgefördert, wodurch die Ladungstemperatur in gewünschter Weise erhöht wird. Durch die Übertragungseinrichtung werden während des Einlasshubes zumindest ein Auslassventil und ein Einlassventil ge- koppelt und gleichzeitig betätigt. 

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  In einer besonders einfachen Ausführung ist vorgesehen, dass das erste Übertra- gungsglied durch einen vorzugsweise zweiarmigen schwenkbaren ersten Hebel gebildet ist, dessen erster Hebelarm mit Einlassbetätigungsmitteln des Einlass- ventils und dessen zweiter Hebelarm mit Auslassbetätigungsmitteln des Auslass- ventils direkt oder indirekt mechanisch verbindbar ist, wobei der durch die Ein- lassbetätigungsmittel betätigte Hebel mechanisch auf die Auslassbetätigungs- mittel einwirkt und diese in Richtung Auslassventilöffnung aktiviert. Insbesondere bei untenliegenden Nockenwellen kann das Übertragungsglied direkt mit den Einlassbetätigungsmitteln und Auslassbetätigungsmitteln zusammenwirken. 



  Bei einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle ist es hingegen vorteilhaft, wenn die Einlassbetätigungsmittel indirekt auf das erste Übertra- gungsglied über ein mechanisches zweites Übertragungsglied einwirken, welches vorzugsweise durch einen vorzugsweise zweiarmigen, schwenkbaren, zweiten Hebel gebildet ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das erste Übertra- gungslied indirekt auf die Auslassbetätigungsmittel über ein mechanisches zwei- tes Übertragungsglied einwirkt, welches vorzugsweise durch einen vorzugsweise zweiarmigen, schwenkbaren, zweiten Hebel gebildet ist. 



  Die Aktivierung der Übertragungseinrichtung erfolgt über eine Betätigungsein- richtung, welche vorzugsweise einen auf ein Übertragungsglied einwirkenden Ex- zenter aufweist. Zur Betätigung der Übertragungseinrichtung ist vorgesehen, dass mittels des Exzenters das Übertragungsglied in mechanischen Kontakt mit den Einlassbetätigungsmitteln und/oder Auslassbetätigungsmitteln bringbar ist. 



  In einer besonders einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Ex- zenter im Bereich der Hebeldrehachse auf den ersten Hebel einwirkt, wobei vor- zugsweise der erste Hebel sich um die Hebeldrehachse am Exzenter dreht. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen schematisch Fig. la eine Ventilsteuereinrichtung einer erfindungsge- mässen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante im aktivierten Zustand, Fig. lb diese Ventilsteuerung im deaktivierten Zustand, Fig. 2a eine Ventilsteuerungseinrichtung einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante im aktivierten Zustand, Fig. 2b diese Ven- tilsteuerung im deaktivierten Zustand und Fig. 3 ein Ventilhub-Kurbelwinkeldia- gramm. 



  Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 



  Das Einlassventil 1 wird über Einlassbetätigungsmittel 2 und das Auslassventil 3 über Auslassbetätigungsmittel 4 betätigt. Im in den Fig. la und lb dargestellten 

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 Ausführungsbeispiel werden die Einlasbetätigungsmittel 2 durch einen Einlass- ventilhebel 5, eine Einlassstösselstange 6 und eine Einlassnockenwelle 7 gebildet. 



  Die Auslassbetätigungsmittel 4 werden durch einen Auslassventilhebel 8, einen Auslassstössel 9 und eine Auslassnockenwelle 10 gebildet. Fig. 2a und 2b zeigen eine Ausführungsvariante mit obenliegenden, direkt auf den Einlassventilhebel 5 beziehungsweise Auslassventilhebel 8 wirkenden Einlass-, beziehungsweise Aus- lassnockenwellen 7,10. Fest mit dem Einlassventilhebel 5 beziehungsweise dem Auslassventilhebel 8 ist ein Zwischenteil 21 beziehungsweise 22 verbunden. Die Ventilhebel 5,8 können als Kipphebel oder als Schlepphebel ausgeführt sein. 



  In zumindest einem Motorbetriebsbereich, in welchem die Verbrennung eines homogenen Otto-Kraftstoff-Luftgemisches durch Selbstzündung eingeleitet wird, werden während der Einlassphase Einlassventil 1 und Auslassventil 3 durch eine Übertragungseinrichtung 11 miteinander gekoppelt, so dass während des Ein- lasshubes das Auslassventil 3 gleichzeitig mit dem Einlassventil 1 geöffnet wird. 



  Durch die Öffnung des Auslassventils 3 wird eine definierte Menge heissen Abga- ses aus dem Auslasstrakt in den Zylinder zurückgefördert. Durch die dadurch hervorgerufene Temperaturerhöhung der Zylinderladung kann der Zündzeitpunkt und der Verbrennungsablauf gesteuert werden. 



  Die Übertragungseinrichtung 11 weist ein mechanisches erste Übertragungs- glied 12 auf, welches durch einen schwenkbaren zweiarmigen ersten Hebel 13 mit einem ersten Hebelarm 13a und einem zweiten Hebelarm 13b gebildet ist. 



  Zur Aktivierung und Deaktivierung der Übertragungseinrichtung 11 ist eine Betä- tigungseinrichtung 14 mit einem um die Achse 20 drehbarem Exzenter 15 vorge- sehen, über welchen der erste Hebel 13 in mechanischen Kontakt mit den Ein- lassbetätigungsmitteln gebracht werden kann. Dieser erfolgt, indem das erste Übertragungsglied 12 in Richtung der Einlassbetätigungsmittel 2 und Auslassbe-   tätigungsmittel 4   verschoben wird. Bei aktivierter Übertragungseinrichtung 11 liegt der erste Hebel 13 an den Zwischenteilen 21 beziehungsweise 22 auf, so dass jede Auslenkung des Zwischenteiles 21 direkt auf den ersten Hebel 13 und über diesen auf den Zwischenteil 22 übertragen wird, wobei der erste Hebel 13 sich um die Hebeldrehachse 16 am Exzenter 15 dreht. 



  Bei der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsvariante wirken die Ein- lassbetätigungsmittel 2 auf das erste Übertragungsglied 12 indirekt über ein me- chanisches zweites Übertragungsglied 17 ein, welches durch einen um eine He- beldrehachse 18 schwenkbaren zweiarmigen zweiten Hebel 19 gebildet ist, des- sen erster Hebelarm 19a mit dem Zwischenteil 21 und dessen zweiter Hebel- arm 19b mit dem ersten Hebelarm 13a des ersten Hebels 13 in mechanische Verbindung gebracht werden kann. Die ersten und zweiten Übertragungsglie- der 12,17 können somit hintereinander geschaltet werden. Im in Fig. 2a darge- 

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 stellten aktivierten Zustand wirkt der Einlassventilhebel 5 über den Zwischen- teil 21 auf den zweiten Hebel 19 und lenkt diesen aus.

   Der zweite Hebel 19 überträgt die Auslenkbewegung auf den ersten Hebel 13 und dieser über den Zwischenteil 22 und den Auslassventilhebel 8 auf das Auslassventil 3. 



  In Fig. 3 ist der Ventilhub h für Einlassventil 1 und Auslassventil 3 über dem Kur- belwinkel CA aufgetragen. Die Auslassphase ist mit 0 und die Einlassphase mit I bezeichnet. Während der Einlassphase I wird das Auslassventil 3 zwischen dem Aktivierungsbeginn A und dem Aktivierungsende B im Wesentlichen synchron zum Einlassventil 1 geöffnet. Punktiert ist dabei der Ventilhub h des Auslassven- tils 3 bei nicht betätigter Übertragungseinrichtung 11 eingezeichnet. Die Kurve 3a zeigt ein zweites Beispiel einer Öffnung des Auslassventils 3 während der Einlassphase I. 



  Mittels der Übertragungseinrichtung 11 kann auf einfache Weise und ohne ex- terne Energieeinrichtungen eine flexibel steuerbare interne Abgasrückführung aus dem Auslasstrakt erzielt werden.

Claims (9)

1. ANSPRÜCHE 1. Mit fremdzündbarem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, insbeson- dere mit zumindest einem Betriebsbereich mit homogener Ladung und Selbstzündung, mit zumindest einem Einlassventil (1) und einem Auslass- ventil (3) pro Zylinder, wobei Einlass- und Auslassventil (1, 3) in zumindest einem Motorbetriebsbereich über eine Übertragungseinrichtung (11) kop- pelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Auslassven- til (3) während des Einlasshubes durch die Übertragungseinrichtung (11) betätigbar ist, wobei die Übertragungseinrichtung (11) zumindest ein me- chanisches erstes Übertragungsglied (12) aufweist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungsglied (12) durch einen vorzugsweise zweiarmigen schwenkbaren ersten Hebel (13) gebildet ist, dessen erster Hebelarm (13a) mit Einlassbetätigungsmitteln (2) des Einlassventils (1) und dessen zweiter Hebelarm (13b) mit Auslassbetätigungsmitteln (4) des Auslassventils (3) direkt oder indirekt mechanisch verbindbar ist, wobei der durch die Einlass- betätigungsmittel (2) betätigte erste Hebel (13) mechanisch auf die Aus- lassbetätigungsmittel (4) einwirkt und diese in Richtung Auslassventilöff- nung aktiviert.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassbetätigungsmittel (2) indirekt auf das erste Übertragungsglied (12) über ein mechanisches zweites Übertragungsglied (17) einwirken, welches vorzugsweise durch einen vorzugsweise zweiarmigen, schwenkbaren, zwei- ten Hebel (19) gebildet ist.
4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungslied (12) indirekt auf die Auslassbetätigungs- mittel (4) über ein mechanisches zweites Übertragungsglied einwirkt, wel- ches vorzugsweise durch einen vorzugsweise zweiarmigen, schwenkbaren, zweiten Hebel (19) gebildet ist.
5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (11) durch eine vorzugsweise mechanische Betätigungseinrichtung (14) aktivierbar ist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (14) einen auf ein Übertragungsglied (12) einwir- kenden Exzenter (15) aufweist. <Desc/Clms Page number 7>
7. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Exzenters (15) das Übertragungsglied (12,17) in mechanischen Kontakt mit den Einlassbetätigungsmitteln (2) und/oder Auslassbetäti- gungsmitteln (4) bringbar ist.
8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Exzenter (15) im Bereich der Hebeldrehachse (16) auf den ersten Hebel (13) einwirkt, wobei vorzugsweise der erste Hebel (13) sich um die Hebeldrehachse (16) am Exzenter (15) dreht.
9. 9. Verfahren zum Betreiben einer mit fremdzündbarem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Motorbetriebsbereich mit Selbstzündung aufweist, in welcher ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch durch Selbstzündung verbrennt, dadurch gekennzeichnet, dass während des Motorbetriebsbereiches mit Selbstzündung eine interne Abgasrückfüh- rung durchgeführt wird, indem während des Einlasshubes das Auslassven- til (3) vorzugsweise mechanisch an die Bewegung des Einlassventils (1) ge- koppelt wird.