DE102007013021A1

DE102007013021A1 - Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102007013021A1
Application number: DE102007013021A
Authority: DE
Inventors: Victoriano Brighton Ruiz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2007-10-04
Also published as: CN101059090A; US20070221149A1

Abstract

Ein Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe und wenigstens einer Nockenwellenverstellvorrichtung, die mit einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht. Der Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst einen Fluid enthaltenden Behälter und eine Zusatzhydraulikpumpe, die mit dem Behälter in Fluidverbindung steht und betreibbar ist, um das Fluid mit Druck zu beaufschlagen und das Fluid unter Druck zu einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu übertragen. Der Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal steht mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung, das dazu dient, das Fluid wahlweise und variabel zu der Nockenwellenverstellvorrichtung zu übertragen. Außerdem ist ein Verfahren zum Starten und Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Eine Brennkraftmaschine, die den Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung enthält, ist ebenfalls offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen, die hydraulisch betätigte Nockenwellenverstellvorrichtungen verwenden, und genauer auf Hydraulikkreise, die betreibbar sind, um die hydraulisch betätigten Nockenwellenverstellvorrichtungen zu betätigen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Brennkraftmaschinen können verschiedene Ventiltriebkomponenten verwenden, um zum Steuern oder Optimieren der Maschinenleistung und des Maschinenwirkungsgrades die Einlass- und/oder Auslassventilsteuerung zu variieren. Unter den verschiedenen Typen von Vorrichtungen zur variablen Ventilsteuerung treten Nockenwellenphasenlageneinstellvorrichtungen oder Nockenwellenverstellvorrichtungen häufig in Form von Antriebsriemenscheiben und dergleichen auf, die Phasenänderungsmittel zum Variieren der Phase zwischen einem drehbaren Eingangsantriebselement wie etwa einem Zahnrad, einer Riemenscheibe oder einem Kettenrad und einem koaxialen, drehbaren angetriebenen Ausgangselement wie etwa einer Nockenwelle enthalten. Ein beispielhafter Nockenwellenverstellmechanismus ist beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,588,404, erteilt am 31. Dzember 1996, das an den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist und dessen vollständiger Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.

Nockenwellenverstellmechanismen werden typischerweise entgegen der Vorbelastungskraft einer Feder hydraulisch betätigt, um das Einphasen bzw. Einstellen der Phasenlage einer daran angebrachten Nockenwelle zu variieren. Typischerweise ist ein Steuerventil vorgesehen, das mit der Nockenwellenverstellvorrichtung in Fluidverbindung steht und dazu dient, die Nockenwellenverstellvorrichtung zu steuern, indem es zum Betätigen der Nockenwellenverstellvorrichtung unter Druck stehendes Fluid wahlweise und variabel bereitstellt. Die Feder drängt die Nockenwellenverstellvorrichtung bei fehlendem Fluiddruck in eine Vorgabeposition oder "geparkte" Position. Die geparkte Position ist typischerweise so gewählt, dass das Starten der Brennkraftmaschine unter extrem niedrigen Umgebungslufttemperaturen wie etwa –40 Grad Celsius ermöglicht wird. Die Parkposition ermöglicht hochwirksame Verdichtungsverhältnisse, um eine Verbrennung bei kalten Umgebungslufttemperaturen zu ermöglichen. Diese Parkposition ist typischerweise nicht die optimierte Maschinenstartposition für höhere Umgebungslufttemperaturen, da das wirksame Verdichtungsverhältnis beim Starten nicht mit der erhöhten Umgebungslufttemperatur reduziert werden kann.

Unter Druck stehendes Fluid, typischerweise in Form von Motoröl, wird über den Öl- oder Schmierkreis der Brennkraftmaschine an die Nockenwellenverstellvorrichtung übertragen. Eine Verdrängerhydraulikpumpe überträgt unter Druck stehendes Fluid zu einem Hauptschmierkanal des Schmierkreises. Die Hydraulikpumpe wird typischerweise durch die Brennkraftmaschine angetrieben und liefert somit vor dem Starten der Brennkraftmaschine kein unter Druck stehendes Fluid an die Nockenwellenverstellvorrichtungen. Daher kann die Fähigkeit, die Nockenwellen in eine zum Starten der Brennkraftmaschine besser geeignete Position vor der Zündung einzuphasen, fehlen.

Außerdem ist, sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist, typischerweise eine Mindestschwellenwert-Maschinendrehzahl erforderlich, um die Nockenwellenverstellvorrichtungen mit dem notwendigen Fluiddurchfluss und Fluiddruck für die Betätigung zu versorgen. Diese Schwellenwert-Maschinendrehzahl kann zwischen 800 und 1.000 min^–1 betragen, was bei vielen Brennkraftmaschinenanwendungen über der Leerlaufdrehzahl liegt. Daher kann das Nockenwelleneinphasen während des Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine nicht optimiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher wird ein Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe und wenigstens einer Nockenwellenverstellvorrichtung, die mit einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht, geschaffen. Der Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst eine Fluid enthaltende Quelle und eine mit der Quelle in Fluidverbindung stehende Zusatzhydraulikpumpe. Die Zusatzhydraulikpumpe dient dazu, das Fluid mit Druck zu beaufschlagen und das Fluid unter Druck zu einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu übertragen. Der Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal steht mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung. Das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil dient dazu, das Fluid wahlweise und variabel zu der Nockenwellenverstellvorrichtung zu übertragen, um eine Betätigung zu bewirken.

Die Zusatzhydraulikpumpe kann durch einen Elektromotor angetrieben sein, der durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert wird. Außerdem kann die elektronische Steuereinheit vorprogrammiert sein, um das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil so zu betätigen, dass ermög licht wird, dass die wenigstens eine Nockenwellenverstellvorrichtung entweder ein spätes Einlassventilschließen oder ein frühes Einlassventilschließen ermöglicht, um eine Reduktion des effektiven Verdichtungsverhältnisses während des Startens der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Ein Hauptsschmierkanal, der betreibbar ist, um das Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu empfangen, kann ebenfalls vorgesehen sein. Der Hauptschmierkanal steht mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal in wahlweiser Fluidverbindung. Ein Rückschlagventil kann so konfiguriert sein, dass es das Fluid wahlweise von dem Hauptschmierkanal zu dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal überträgt und eine Übertragung des Fluids von dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu dem Hauptschmierkanal im Wesentlichen verweigert. Alternativ kann die Zusatzpumpe so konfiguriert sein, dass sie das Fluid unter Druck über den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal an den Hauptschmierkanal liefert.

Ein Verfahren zum Starten und Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung und einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe ist ebenfalls geschaffen. Das Verfahren umfasst das Liefern von unter Druck stehendem Fluid an die wenigstens eine hydraulisch betätigbare Nockenwellenverstellvorrichtung, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist. Außerdem umfasst das Verfahren das Steuern der wenigstens einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung, um der Brennkraftmaschine zu befehlen, entweder in einer Betriebsart des späten Einlassventilöffnens oder in einer Betriebsart des frühen Einlassventilöffnens zu arbeiten, und das anschließende Starten der Brennkraftmaschine.

Das Verfahren kann ferner das Fortsetzen des Lieferns von unter Druck stehendem Fluid an die wenigstens eine hydraulisch betätigbare Nocken wellenverstellvorrichtung während des Maschinenbetriebs zwischen der Leerlaufmaschinendrehzahl und einer Schwellenwert-Maschinendrehzahl umfassen. Die Schwellenwert-Maschinendrehzahl kann jene Maschinendrehzahl sein, unterhalb der die maschinenbetriebene Hydraulikpumpe nicht den erforderlichen Fluiddurchfluss und Fluiddruck zum Betätigen der wenigstens einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung bereitstellen kann.

Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung schnell deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische teilweise Darstellung einer Brennkraftmaschine, die einen Zusatzhydraulikkreis für Nockenwellenverstellvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt; und

2 ist ein Verfahren in Form eines Ablaufplans zum Starten und Betreiben der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer allgemein bei 10 angegebenen Brennkraftmaschine gezeigt. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst eine Zylinderbank 12 mit mehreren Zylindern 14. Mehrere hydraulische Spieleinstellvorrichtungen 16 wirken über einen nicht gezeigten Ventilbetätigungsmechanismus mit einer Einlassnockenwelle 18 zusammen, von der in 1 ein Teil gezeigt ist, um eine abgemessene Menge an Luft oder an Luft und Kraftstoff an die Zylinder 14 zu liefern, um darin verbrannt zu werden. Außerdem wirken mehrere hydraulische Spieleinstellvorrichtungen 20 über einen Ventilbetätigungsmechanismus, nicht gezeigt, mit einer Auslassnockenwelle 22 zusammen, von der in 1 ein Teil gezeigt ist, um Verbrennungsprodukte von den Zylindern 14 auszustoßen. An der Einlassnockenwelle 18 ist eine Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 angebracht. Ähnlich ist an der Auslassnockenwelle 22 eine Auslassnockenwellenverstellvorrichtung 26 angebracht. Fachleuten auf dem Gebiet der Motorenentwicklung ist ersichtlich, dass die Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 dazu dienen, die Einlassventilsteuerung bzw. die Auslassventilsteuerung zu variieren.

Die Brennkraftmaschine 10 ist eine Viertaktmaschine mit einem Ansaugtakt, einem Verdichtungstakt, einem Expansions- oder Arbeitstakt und einem Auspufftakt. Während des Ansaugtaktes werden Luft und Kraftstoff in die Zylinder 14 eingeleitet, wenn sich ein Kolben (nicht gezeigt), der sich hin- und herbewegend darin angeordnet ist, von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition bewegt. Während des Verdichtungstaktes werden die Luft und der Kraftstoff durch den sich von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition bewegenden Kolben verdichtet. Während des Arbeitstaktes werden die Luft und der Kraftstoff verbrannt, wobei die sich schnell ausbreitenden Verbrennungsprodukte den Kolben dazu zwingen, sich von der oberen Totpunktposition zu der unteren Totpunktposition zu bewegen. Während des Auspufftaktes werden die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder 14 gedrückt, wenn sich der Kolben von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition bewegt. Fachleuten ist ersichtlich, dass die Steuerung des Einlassventilöffnungsereignisses die Menge an in die Zylinder 14 eingeleiteter Luft beeinflusst.

Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner eine Sammelvorrichtung oder einen Behälter 28 wie etwa eine Ölwanne, die betreibbar ist, um ein Volumen von Fluid wie etwa Motoröl 30 aufzunehmen. Eine maschinenbetriebene Hydraulikpumpe 32 dient dazu, über ein Aufnahmerohr 34 Öl 30 aus dem Behälter 28 zu entnehmen. Die maschinenbetriebene Hydraulikpumpe 32 ist eine Verdrängerpumpe und überträgt Öl 30 unter Druck zu einem Filter 36. Das Filter 36 entfernt Fest- oder Schwebstoffe aus dem Öl 30, bevor es in einen Hauptölkanal 38 eintritt. Der Hauptölkanal 38 dient dazu, Öl 30 zum Schmieren beweglicher Komponenten in der Brennkraftmaschine wie etwa einer Nockenwelle und der Hauptlager, nicht gezeigt, bereitzustellen. In einem Abschnitt des Hauptölkanals 38 ist eine Öffnung 40 vorgesehen, um den Durchfluss von Öl 30 zu einem Speisekreis 42 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung zu begrenzen. Der Speisekreis 42 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung umfasst einen Einspeisekanal 44 für Spieleinstellvorrichtung, der Öl 30 von der Öffnung 40 zu jeder der mehreren Spieleinstellvorrichtungen 20 und zu einem magnetgesteuerten Ventil 46 überträgt. Wie Fachleuten wohlbekannt ist, verwenden die mehreren hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen 16 und 20 das unter Druck stehende Öl in dem Einspeisekanal 44 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung, um korrekte Zwischenräume in den Ventilbetätigungskomponenten, nicht gezeigt, der Brennkraftmaschine 10 aufrechtzuerhalten.

Die mehreren hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen 16 sind sogenannte "schaltende" hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen. Das heißt, dass die hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen 16 wenigstens zwei deutlich verschiedene Ventilhübe, die von dem Fluiddruck des an sie übertragenen Öls 30 abhängen, bereitstellen. Das magnetgesteuerte Ventil 46 überträgt wahlweise Öl 30 mit einem niedrigen oder mit einem hohen Druckwert an die mehreren hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen 16. Wenn sich das magnetgesteuerte Ventil 46 in einer ersten Position befindet, die durch den auf den Kanal 44 ausgerichteten Ventilabschnitt 47 dargestellt ist, wie in 1 schematisch gezeigt ist, muss das Öl 30 in dem Einspeisekanal 44 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung durch eine Öffnung 48 gehen, bevor es in einen zweiten Einspeisekanal 50 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung eintritt. Die Öffnung 48 schafft ein den Druck reduzierendes Ventil für Öl 30 in dem zweiten Einspeisekanal 50 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung, um zu ermöglichen, dass die mehreren hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen 16 einen ersten Ventilhubwert liefern. Außerdem gibt ein Überdruckventil 52 Öl 30 an den Behälter 28 ab, falls sich ein übermäßiger Druckwert des Öls 30 in dem zweiten Einspeisekanal 50 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung einstellen sollte. Im anderen Falle, wenn sich das magnetgesteuerte Ventil 46 in einer zweiten Position befindet, die, wie in 1 schematisch gezeigt ist, durch einen auf den Kanal 44 ausgerichteten Ventilabschnitt 54 (in gestrichelten Linien) dargestellt ist, wird das Öl 30 in dem Einspeisekanal 44 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung unbehindert zu dem zweiten Einspeisekanal 50 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung übertragen, um einen zweiten Ventilhubwert zu ermöglichen.

Ein Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 dient dazu, unter Druck stehendes Öl von dem Hauptölkanal 38 zu einem ersten und einem zweiten Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil 58 bzw. 60 zu übertragen. Das erste und das zweite Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil 58 und 60 arbeiten so, dass sie wahlweise und variabel Öl 30 aus dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 zu der entsprechenden Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 und der entsprechenden Auslassnockenwellenverstellvorrichtung 26 übertragen, um die Betätigung zu bewirken. Die Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 bleiben bei Ausbleiben von unter Druck stehendem Fluid in dem Einspeisekanal 56 in einer Vorgabeposition oder "geparkten" Position.

Bei Ausbleiben von ausreichend mit Druck beaufschlagtem Öl, das von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32 geliefert wird, d. h. dann, wenn die Maschine nicht läuft oder wenn der Druck zu niedrig ist, stellt die vorliegende Erfindung einen Zusatzhydraulikkreis 62 für Nockenwellenverstellvorrichtung bereit, um eine Betätigung der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu ermöglichen. Der Zusatzhydraulikkreis 62 für Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst eine Zusatzhydraulikpumpe 64, die dazu dient, Öl 30 aus dem Behälter 28 zu entnehmen und das Öl 30 unter Druck zu dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 zur anschließenden Übertragung zu dem ersten und dem zweiten Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil 58 und 60 zu übertragen. Ein Filter 65 dient dazu, Fest- oder Schwebstoffe aus dem Öl 30 zu trennen und zu beseitigen, bevor das Öl 30 zu dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 übertragen wird. Der Zusatzhydraulikkreis 62 für Nockenwellenverstellvorrichtung ermöglicht das Betreiben oder Betätigen der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 bei Ausbleiben von unter Druck stehendem Öl von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Zusatzhydraulikpumpe 64 durch einen Elektromotor 66 betrieben. In dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 kann ein Rückschlagventil 68 aufgenommen sein, um den Durchfluss von Öl 30 zu dem Hauptölkanal 38 zu blockieren oder zu sperren, wenn die Zusatzhydraulikpumpe 64 arbeitet. Jedoch kann das Rückschlagventil 68 weggelassen sein, um zuzulassen, dass die Zusatzhydraulikpumpe 64 unter Druck stehendes Öl an den Hauptölkanal 38 liefert, um dadurch den Speisekreis 42 für hydraulische Spieleinstellvorrichtung und andere Schmierkreise in der Brennkraftmaschine vor dem Starten der Brennkraftmaschine 10 mit Druck zu beaufschlagen. Indem der Brennkraftmaschine 10 über die Zusatzhydraulikpumpe 64 eine Menge an Öl 30 zugeführt wird, kann der Verschleiß der inneren Komponenten der Brennkraftmaschine 10 während des Startens verringert werden.

Eine elektronische Steuereinheit oder ECU 70 ist vorzugsweise betreibbar, um das erste und das zweite Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil 58 und 60, den Elektromotor 66 und das magnetgesteuerte Ventil 46 in Reaktion auf Eingaben 72 von der Maschine, des Getriebes und/oder Fahrzeugsensoren, nicht gezeigt, zu steuern. Die ECU 70 umfasst vorzugsweise einen programmierbaren digitalen Rechner, dessen Betrieb Fachleuten bekannt ist. Außerdem kann die ECU 70 Verweistabellen und einen Algorithmusspeicher umfassen, um eine genaue Steuerung des ersten und des zweiten Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventils 58 und 60 in Reaktion auf die Eingaben 72 zu ermöglichen.

Die geparkte Position der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 ist typischerweise so gewählt, dass die Brennkraftmaschine 10 unter Bedingungen einer sehr niedrigen Umgebungslufttemperatur wie etwa –40 Grad Celsius startet. Um dies zu ermöglichen, parkt die Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 die Einlassnockenwelle 18 an einer Position, die während des Anlassens der Maschine das Einleiten der Höchstmenge an Luft in die Zylinder 14 ermöglicht. Dies maximiert das effektive Verdichtungsverhältnis der Maschine. Als effektives Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine wird im Allgemeinen das Verdichtungsverhältnis beim Anlassen oder Laufen verstanden, das von dem geometrischen Verdichtungsverhältnis, das anhand abmessungsbezogener Werte der Brennkraftmaschine berechnet wird, abweichen kann. Das ef fektive Verdichtungsverhältnis ist empfindlich gegenüber Veränderungen der Einlassventilsteuerung. Indem die Höchstmenge an Luft in die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 eingeleitet wird, nehmen die Drücke in den Zylindern während des Verdichtungstaktes zu, wodurch die Temperatur in den Zylindern 14 zunimmt und eine wirksame Verbrennung von Kraftstoff bei solchen niedrigen Umgebungslufttemperaturen ermöglicht wird.

Wenn die Umgebungslufttemperatur zunimmt, kann das effektive Verdichtungsverhältnis, das erforderlich ist, um ein effizientes Starten der Brennkraftmaschine 10 zu ermöglichen, reduziert werden. Indem die Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 vor dem Starten der Brennkraftmaschine betätigt wird, um eine Maschinenbetriebsart mit spätem Einlassventilschließen (LIVC) oder mit frühem Einlassventilschließen (EIVC) zu ermöglichten, kann daher die zum Starten der Brennkraftmaschine 10 erforderliche Kraft reduziert werden. Die LIVC-Betriebsart stellt die Phasenlage der Einlassnockenwelle 18 so ein, dass zugelassen wird, dass in dem Verdichtungstakt der Maschine die Einlassventile der Brennkraftmaschine 10 länger als üblich geöffnet bleiben. Somit wird zugelassen, dass ein Teil der in die Zylinder 14 angesaugten Luft aus den Zylindern 14 herausgedrückt wird, um so die in den Zylindern 14 während des Verdichtungstaktes verdichtete Luftmenge zu reduzieren. Im anderen Falle stellt die EIVC-Betriebsart die Phasenlage der Einlassnockenwelle 18 so ein, dass zugelassen wird, dass in dem Ansaugtakt der Maschine sich die Einlassventile der Brennkraftmaschine 10 früher als üblich schließen. Folglich wird die in die Zylinder 14 angesaugte Luftmenge reduziert, wodurch die während des Verdichtungstaktes verdichtete Luftmenge reduziert wird. Der Zusatzhydraulikkreis 62 für Nockenwellenverstellvorrichtung ermöglicht eine Verstellung der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26, wenn die Brennkraftmaschine 10 abgeschaltet ist. Vorzugs weise ist die ECU 70 so vorprogrammiert, dass dem ersten Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil 58 befohlen wird, die Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 entweder auf eine LIVC- oder eine EIVC-Betriebsart einzustellen, wenn die Brennkraftmaschine 10 abgeschaltet ist, um die Kraft zum Starten durch die Verdichtungsreduktion zu verkleinern. Eine ausführlichere Beschreibung der Verwendung von Nockenwellenverstellvorrichtungen zum Ermöglichen einer LIVC- und einer EIVC-Betriebsart ist in dem US-Patent Nr. 6,843,214, erteilt am 18, Januar 2005, das an den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen und hiermit in seiner Gesamtheit durch Literaturverweise aufgenommen ist, gegeben.

Die Verkleinerung der Kraft zum Starten der Brennkraftmaschine 10 ist bei sogenannten "Mild-Hybrid"-Fahrzeugen, nicht gezeigt, besonders vorteilhaft. Solche Mild-Hybrid-Fahrzeuge arbeiten unter Verwendung einer Betriebsart mit vorübergehendem Abschalten im Leerlauf ("Idle-Stop"-Betriebsart). Im Betrieb, wenn das Mild-Hybrid-Fahrzeug etwa bei Rotlicht an einer Ampel im Stillstand ist und die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf ist, wird die Brennkraftmaschine 10 automatisch abgeschaltet, um Kraftstoff zu sparen. Anschließend, wenn die Bedienungsperson anfordert, das Fahrzeug zu bewegen, wird der Brennkraftmaschine 10 automatisch befohlen, neu zu starten. Vorzugsweise ist das Neustarten der Brennkraftmaschine 10 für die Bedienungsperson weitgehend nicht wahrnehmbar.

Die Zusatzhydraulikpumpe 64 kann während der Idle-Stop-Betriebsarten betrieben werden, um der Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 zu ermöglichen, die Einlassnockenwelle in eine LIVC- oder EIVC-Position zu betätigen, um die Kraft zum Starten der Brennkraftmaschine 10 zu verkleinern. Durch Verkleinern der Kraft zum Starten der Brennkraftmaschi ne 10 können das Geräusch, die Vibration und die Härte (noise, vibration and harshness, NVH), die mit dem Neustarten der Maschine verbunden sind, reduziert werden. Außerdem kann als Folge der verkleinerten Kraft zum Starten die Größe des Starters oder des kombinierten Drehstromgenerators/Starters zum erneuten Starten solcher Fahrzeuge kleiner sein.

Die Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 erfordern im Allgemeinen einen Schwellenwert-Öldurchfluss und -Öldruck, um die Betätigung zu bewirken. Dieser Öldurchfluss und Öldruck ist im Allgemeinen bei niedrigen Maschinendrehzahlen wie etwa Leerlauf oder während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 10, wenn die Viskosität von Öl 30 hoch ist, nicht erreichbar. Indem der Zusatzhydraulikkreis 62 für Nockenwellenverstellvorrichtung im Zusammenspiel mit der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32 während niedriger Maschinendrehzahlen und während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 10 verwendet wird, wird die Fähigkeit, die Auslass- und Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 und 26 zu betätigen, aufrechterhalten. Indem sowohl die Zusatzhydraulikpumpe 64 als auch die maschinenbetriebene Hydraulikpumpe 32 betrieben werden, können die Phasenlagen der Einlass- und Auslassnockenwellen 18 und 22 so eingestellt werden, dass optimale Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine 10 möglich werden.

In 2 ist nun ein beispielhaftes Verfahren 74 zum Betreiben der Brennkraftmaschine 10 gezeigt, wobei weiterhin auf 1 Bezug genommen wird. Vorzugsweise würde die ECU 70 so vorprogrammiert, dass die Brennkraftmaschine 10 gemäß dem Verfahren 74 arbeitet. Das Verfahren 74 beginnt mit dem Schritt 76. Im Schritt 76 wird von der ECU das Arbeiten der Zusatzhydraulikpumpe 64 befohlen, um dadurch Öl 30 unter Druck an den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 zu lie fern, um den Betrieb der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu ermöglichen. Das Verfahren geht dann zum Schritt 78 weiter, in dem die ECU die Einlassnockenwellenverstellvorrichtung 24 betätigt, um das Arbeiten der Brennkraftmaschine 10 entweder in einer LIVC- oder einer EIVC-Betriebsart zu ermöglichen, um dadurch die Brennkraftmaschine 10 in einen für das Starten günstigeren Zustand zu versetzen.

Das Verfahren 74 geht dann zum Schritt 80 weiter, in dem ermittelt wird, ob das Starten der Brennkraftmaschine 10 befohlen worden ist. Wenn von der ECU 70 kein Startbefehl erteilt worden ist, geht das Verfahren 74 in einer Schleife zum Schritt 76 weiter. Andernfalls, wenn von der ECU 70 das Starten der Brennkraftmaschine 10 befohlen worden ist, geht das Verfahren 74 zum Schritt 82 weiter, in dem die Brennkraftmaschine 10 gestartet wird. Im Schritt 84 setzt die Zusatzhydraulikpumpe 64 damit fort, Öl 30 an den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 zu liefern, um eine Betätigung der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu ermöglichen. Das Verfahren 74 setzt dann mit dem Schritt 86 fort, in dem ermittelt wird, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 sich bei der Schwellenwertdrehzahl oder unterhalb von dieser befindet. Diese Schwellenwert-Maschinendrehzahl ist, wie oben besprochen worden ist, jene Maschinendrehzahl, unterhalb der der Fluiddurchfluss und der Fluiddruck, die von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32 an die Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 geliefert werden, zu niedrig ist, um eine Betätigung der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu bewirken. Wenn die Schwellenwert-Maschinendrehzahl nicht erreicht worden ist, geht das Verfahren 74 in einer Schleife zum Schritt 84 weiter, wobei die Zusatzhydraulikpumpe weiterhin betrieben wird, um Öl 30 an den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal 56 zu liefern, um eine Betätigung der Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu ermöglichen. Andernfalls, wenn die Schwellenwert-Maschinendrehzahl erreicht worden ist, geht das Verfahren 74 zum Schritt 88 weiter, wobei die ECU 70 den Betrieb der Zusatzhydraulikpumpe 64 aussetzt. An diesem Punkt sind der Durchfluss und der Druck des von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32 gelieferten Öls 30 ausreichend, um die Einlass- und Auslassnockenwellenverstellvorrichtungen 24 und 26 zu betätigen. Fachleuten werden weitere Parameter wie etwa die Öltemperatur offenbar, die anstelle der Maschinendrehzahl verwendet werden können, um den richtigen Schaltpunkt zwischen dem Betrieb der Zusatzhydraulikpumpe 64 und der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe 32 zu bestimmen.

Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennen jene, die mit dem Fachgebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe und wenigstens einer Nockenwellenverstellvorrichtung, die mit einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht, wobei der Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst: eine Fluid enthaltende Quelle; und eine Zusatzhydraulikpumpe, die mit der Quelle in Fluidverbindung steht und betreibbar ist, um das Fluid mit Druck zu beaufschlagen und das Fluid unter Druck zu einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu übertragen; wobei der Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht, wobei das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil so betätigt werden kann, dass es das Fluid wahlweise und variabel zu der Nockenwellenverstellvorrichtung überträgt.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Zusatzhydraulikpumpe durch einen Elektromotor angetrieben ist.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 2, der ferner eine elektronische Steuereinheit umfasst, die betreibbar ist, um den Elektromotor zu steuern.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, der ferner eine elektronische Steuereinheit umfasst, die betreibbar ist, um das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil zu steuern.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 4, bei dem die elektronische Steuereinheit vorprogrammiert ist, um das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil so anzuweisen, dass ermöglicht wird, dass die wenigstens eine Nockenwellenverstellvorrichtung entweder ein spätes Einlassventilschließen oder ein frühes Einlassventilschließen ermöglicht, um eine Reduktion des effektiven Verdichtungsverhältnisses während des Startens der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, der ferner umfasst: einen Hauptschmierkanal, der betreibbar ist, um das Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu empfangen; wobei der Hauptschmierkanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal in wahlweiser Fluidverbindung steht; und ein Rückschlagventil, das so konfiguriert ist, dass es wahlweise das Fluid von dem Hauptschmierkanal zu dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal überträgt und die Übertragung des Fluids von dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu dem Hauptschmierkanal im Wesentlichen verweigert.
Zusatzhydraulikkreis für eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, der ferner umfasst: einen Hauptschmierkanal, der betreibbar ist, um das Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu empfangen; wobei der Hauptschmierkanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal in Fluidverbindung steht; und wobei die Zusatzpumpe so konfiguriert ist, dass sie das Fluid unter Druck über den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal an den Hauptschmierkanal liefert.
Verfahren zum Starten und Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung und einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe, wobei das Verfahren umfasst: Liefern von unter Druck stehendem Fluid an die wenigstens eine hydraulisch betätigbare Nockenwellenverstellvorrichtung, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist; Steuern der wenigstens einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung, um der Brennkraftmaschine zu befehlen, entweder in einer Betriebsart des späten Einlassventilöffnens oder in einer Betriebsart des frühen Einlassventilöffnens zu arbeiten; und Starten der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Fortsetzen des Lieferns von unter Druck stehendem Fluid an die wenigstens eine hydraulisch betätigbare Nockenwellenverstellvorrichtung während des Maschinenbetriebs zwischen der Leerlaufmaschinendrehzahl und einer Schwellenwert-Maschinendrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine Zusatzhydraulikpumpe unter Druck stehendes Fluid an die wenigstens eine hydraulisch betätigbare Nockenwellenverstellvorrichtung liefert.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Schwellenwert-Maschinendrehzahl jene Maschinendrehzahl ist, unterhalb der die maschinenbetriebene Hydraulikpumpe nicht den erforderlichen Fluiddurchfluss und Fluiddruck zum Betätigen der wenigstens einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung bereitstellen kann.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: Übertragen von unter Druck stehendem Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu der wenigstens einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellvorrichtung während eines Maschinenbetriebs oberhalb der Schwellenwertdrehzahl.
Brennkraftmaschine, mit: einer maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe; wenigstens einer Nockenwellenverstellvorrichtung, die mit einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht; einer Fluid enthaltenden Quelle; und einer Zusatzhydraulikpumpe, die mit der Quelle in Fluidverbindung steht und betreibbar ist, um das Fluid mit Druck zu beaufschlagen und das Fluid unter Druck zu einem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu übertragen; wobei der Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil in Fluidverbindung steht, wobei das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil so betätigt werden kann, dass es das Fluid wahlweise und variabel an die Nockenwellenverstellvorrichtung überträgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, bei der die Zusatzhydraulikpumpe durch einen Elektromotor angetrieben ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, die ferner eine elektronische Steuereinheit umfasst, die betreibbar ist, um den Elektromotor zu steuern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, die ferner eine elektronische Steuereinheit umfasst, die betreibbar ist, um das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil zu steuern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, bei der die elektronische Steuereinheit vorprogrammiert ist, um das Nockenwellenverstellvorrichtungs-Steuerventil so anzuweisen, dass ermöglicht wird, dass die wenigstens eine Nockenwellenverstellvorrichtung entweder ein spätes Einlassventilschließen oder ein frühes Einlassventilschließen ermöglicht, um eine Reduktion des effektiven Verdichtungsverhältnisses während des Startens der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, die ferner umfasst: einen Hauptschmierkanal, der betreibbar ist, um Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu empfangen; wobei der Hauptschmierkanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal in wahlweiser Fluidverbindung steht; und ein Rückschlagventil, das so konfiguriert ist, dass es wahlweise das Fluid von dem Hauptschmierkanal zu dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal überträgt und die Übertragung des Fluids von dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal zu dem Hauptschmierkanal im Wesentlichen verweigert.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, die ferner umfasst: einen Hauptschmierkanal, der betreibbar ist, um Fluid von der maschinenbetriebenen Hydraulikpumpe zu empfangen; wobei der Hauptschmierkanal mit dem Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal in Fluidverbindung steht; und wobei die Zusatzpumpe so konfiguriert ist, dass sie das Fluid unter Druck über den Nockenwellenverstellvorrichtungs-Einspeisekanal an den Hauptschmierkanal liefert.