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Die Erfindung betrifft eine mit fremdzündbarem Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, insbesondere mit zumindest einem Betriebsbereich mit homogener 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 Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung sind die Phasenlage des Verbrennungsablaufes 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 ihrerseits durch eine grosse Anzahl von Einflussgrössen bestimmt, wie z. B. Drehzahl, Kraftstoffmenge, Ansaugtemperatur, Ladedruck, effektives Kompressionsverhältnis, 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 wirksames Mittel zur Erhöhung der Ladungstemperatur ist die Erhöhung des Restgasgehaltes, das heisst, die Erhöhung des Gehaltes an nicht ausgespülte Abgas des vorhergehenden Verbrennungszyklus in der Zylinderladung für den nächsten Zyklus.
In der AT 003 135 Ul wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, welche zumindest in einem Betriebsmodus ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch durch Selbstzündung eines sowohl fremd- als auch selbstzündbaren Kraftstoffes, insbesondere Benzin, verbrennt. Dadurch kann im Teillastbereich ein besonders emissionsgünstiger Betrieb erreicht werden. Um die Menge des Restgases im Sinne einer inneren Abgasrückführung zur Anhebung der Ladungstemperatur im Teillastbereich steuern zu können, ist vorgesehen, dass durch eine variable Ventilsteuerungseinrichtung der Schliesszeitpunkt zumindest eines Auslassventils in
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Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern veränderba) ist. Die innere Abgasrückführung 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 erforderlich.
Aus der US 5, 546, 914 A ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bei einem Dieselmotor bekannt, welche eine Zusatzeinrichtung aufweist, durch welche wenigstens eines der Einlassventile während des Ausstosstaktes für eine Teilrückführung des Abgases in den Ansaugtrakt aktivierbar ist. Die Ventilsteuereinrichtung 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 Arbeitskolben 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 Zusatzeinrichtung 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 Stickoxidemissionen 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. Dabei wird eine definierte Menge heissen Abgases aus dem Auslasstrakt in den Zy- linder zurückgefördert, wodurch die Ladungstemperatur in gewünschter Weise erhöht wird. Durch die Übertragungseinrichtung werden während des Einlasshu- bes zumindest ein Auslassventil und ein Einlassventil gekoppelt und gleichzeitig betätigt.
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In einer besonders einfachen Ausführung ist die Übertragur. gseinrichtung durch ein hydraulisches Übertragungsglied mit einem kraftaufnehmenden Pumpkolben und einem Kraftabnehmenden Arbeitskolben gebildet, wobei Pumpkolben und Arbeitskolben über einen Hydraulikraum miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass der Pumpkolben mit Einlassbetätigungsmitteln des Einlassventils und der Arbeitskolben mit Auslassbetätigungsmitteln des Auslassventils verbunden ist, wobei der durch die Einlassbetätigungsmittel betätigte Pumpkolben hydraulisch auf den Arbeitskolben einwirkt und der Arbeitskolben die Auslassbetätigungsmittel in Richtung Auslassventilöffnung aktiviert.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass während des Motorbetriebsbereiches mit Selbstzündung eine interne Abgasrückführung durchgeführt wird, indem während des Einlasshubes das Auslassventil zumindest zeitweise an die Bewegung des Einlassventils gekoppelt wird. Neben einer Vollbetätigung, das heisst einer synchronen Bewegung des Ein- und Auslassventils während des Einlasshubes lässt sich auch eine Teilbetätigung realisieren, indem das Auslassventil nur während eines Teilbereiches des Einlasshubes an die Bewegung des Einlassentils gekoppelt ist. Der Zeitquerschnitt der Teilbetätigung kann frei geregelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen schematisch Fig. la und 1b eine Ventilsteuereinrichtung einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2a und 2b eine Ventilsteuerungseinrichtung einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante und Fig. 3 ein Ventilhub-Kurbelwinkeidiagramm.
Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. la und 2a zeigen die jeweilige Ausführungsvariante in aktiviertem Zustand, Fig. 1b und 2b in nicht aktiviertem Zustand.
Das Einlassventil 1 wird über Einlassbetätigungsmittel 2 und das Auslassventil 3 über Auslassbetätigungsmittel 4 betätigt. Im in den Fig. la und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Einlassbetätigungsmittel 2 durch einen Einlassventilhebel 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-
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lassnockenwellen 7,10. Fest mit dem Eh ! dssver : ti ! heb3 ! 5 ist ein Zwischenteil 25 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 Einlasshubes das Auslassventil 3 gleichzeitig mit dem Einlassventil 1 geöffnet wird.
Durch die Öffnung des Auslassventils 3 wird das Rücksaugen von Abgas aus dem Auslasstrakt ermöglicht, wodurch der Zündzeitpunkt und der Verbrennungsablauf gesteuert werden kann.
Die Übertragungseinrichtung 11 weist ein hydraulisches Übertragungsglied 12 mit einem kraftaufnehmenden Pumpkolben 13 und einem kraftabgebenden Arbeitskolben 14 auf. Pumpkolben 13 und Arbeitskolben 14 sind über einen eine Hydraulikflüssigkeit aufweisenden Hydraulikraum 15 - eine Hydraulikleitung oder ein Hydraulikkanal - miteinander verbunden. Der Pumpkolben 13 wird dabei bei aktivierter Übertragungseinrichtung 11 durch die Einlassbetätigungsmittel 2 bewegt, wodurch Druck im geschlossenen Hydraulikraum 15 aufgebaut wird (siehe Fig. la und 2a. Durch den entstehenden Druck im Hydraulikraum 15 wird der mit dem Auslassventil 3 mechanisch verbundene Arbeitskolben 14 betätigt und somit das Auslassventil 3 geöffnet.
Die Steuerung des hydraulischen Übertragungsgliedes 12 erfolgt einerseits über ein Rückflussventil 16 und andererseits über ein Zuflussventil 17. Über das Rückflussventil 16 wird der Hydraulikraum 15 in einen Flüssigkeitsbehälter 18 entleert. Die Füllung des Hydraulikraumes 15 erfolgt über das Zuflussventil 17, das Rückschlagventil 19 und die Förderpumpe 20 aus dem Flüssigkeitsbehälter 18. Mit 21 ist ein Sicherheitsventil bezeichnet. Diese Elemente sowie der Positionssensor 24 sind der besseren Verständlichkeit wegen in der Fig. 1b bis 2b nicht dargestellt.
Als Hydraulikflüssigkeit kann das Motoröl der Brennkraftmaschine verwendet werden. In diesem Fall ist der Flüssigkeitsbehälter 18 die Ölwanne und die Förderpumpe 20 die Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine.
Fertigungstechnisch sinnvoll ist es, wenn Pumpkolben 13 und Arbeitskolben 14 mit gleichem Durchmesser ausgeführt sind. Der Maximalhub des Pumpkolbens 13 und des Arbeitskolbens 14 entspricht sinnvoller Weise dem maximalen Hub des Einlassventils 1.
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Der Pumpkolben 13 wird durch eine erste f-eder 22 . nd der Arbeitkoiben 14 durch eine zweite Feder 23 in Richtung der Ruhelage vorgespannt. Die zweite Feder 23 soll sicherstellen, dass der Kolben 14 im nicht aktiviertem Zustand nicht mit dem Auslassventilhebel 8 in Eingriff kommt. Ist der Hydraulikraum 15 druckentlastet, so befinden sich Pumpkolben 13 und Arbeitkolben 14 in ihrer in den Fig. 1b und 2b dargestellten Ruheposition. Die Aktivierung der Übertragungseinrichtung 11 erfolgt dadurch, dass das Rückflussventil 16 geschlossen und das Zuflussventil 17 geöffnet wird. Dadurch wird im Hydraulikraum 15 der Systemdruck aufgebaut.
Die erste Feder 22, welche schwächerer dimensioniert ist als die zweite Feder 23, ist so bemessen, dass der Pumpkolben 13 durch den Systemdruck verschoben wird und mit dem Einlassbetätigungsmittel 2, etwa dem Einlassventilhebel 5 (Fig. la) oder dem Zwischenteil 25 (Fig. 2a), in Verbindung kommt. Die Position des Pumpkolbens 13 wird dabei über einen Positionssensor 24 überwacht. Befindet sich der Pumpkolben 13 in der gewünschten Lage (Zwischenlage für Teilbetätigung oder Endlage für Vollbetätigung), so wird das Zuflussventil 17 geschlossen, wodurch der Hydraulikraum 15 geschlossen ist.
Pumpkolben 13 und Arbeitkolben 14 sind somit hydraulisch starr verbunden, was eine synchrone Öffnung des Einlassventils 1 und des Auslassventils 3 ermöglicht.
In Fig. 3 ist der Ventilhub h für Einlassventil 1 und Auslassventil 3 über dem Kurbelwinkel 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 Auslassentils 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 externe Energieeinrichtungen eine flexibel steuerbare interne Abgasrückführung aus dem Auslasstrakt erzielt werden.