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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorbaugruppen und spezieller ein System und ein Verfahren zum Verringern einer Ölansaugung in die Verbrennungskammer einer Motorbaugruppe.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt liefert auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation, die nicht notwendigerweise Stand der Technik darstellt.
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Verbrennungsmotoren können ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern verbrennen und dadurch ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Eine Strömung von Luft und Kraftstoff in die Zylinder und aus diesen kann durch einen Ventiltrieb gesteuert werden. Der Ventiltrieb kann eine Nockenwelle umfassen, die Einlass- und Auslassventile betätigt und dadurch den Zeitpunkt und die Menge von Luft und Kraftstoff, die in die Zylinder eintreten, sowie von Abgasen steuert, welche die Zylinder verlassen. In einem Zustand, in dem Kraftstoff nicht länger an den Motor geliefert wird, z. B. während einer Verlangsamung (beispielsweise während des Bremsens) zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs, während des Betriebs mit elektrischer Leistung in einem Hybridfahrzeug oder während einer Zylinderdeaktivierung, können die Kolben des Motors weiterhin in den Zylindern pumpen. Dies wird manchmal als „Kraftstoffabschaltung” oder als der „Kraftstoffabschaltzustand” bezeichnet. Dieses Pumpen ohne dazugehörende Verbrennung kann eine Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und der Verbrennungskammer erzeugen, die dazu führen kann, dass Öl aus dem Kurbelgehäuse in die Verbrennungskammer, in den Einlasskrümmer und/oder in den Auslasskrümmer gesaugt wird. Diese Ölansaugung kann zu einem erhöhten Ölrest und einer erhöhten Ölverunreinigung an den Kolben, dem Einlass- und dem Auslasskrümmer, den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und den Ventilen wie auch zu erhöhten Emissionen und zu einer schlechten Ölwirtschaftlichkeit führen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt liefert eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und stellt keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale dar.
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Eine Motorbaugruppe kann eine Motorstruktur, einen Kolben, ein erstes Ventil und eine erste Ventilbetätigungsbaugruppe umfassen. Die Motorstruktur kann eine Verbrennungskammer und eine erste Öffnung definieren, die mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht. Der Kolben kann in der Verbrennungskammer angeordnet sein und in einer Hubbewegung während eines Einlasstakts von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition verschiebbar sein und während eines Kompressionstakts unmittelbar nach dem Einlasstakt von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition verschiebbar sein. Das erste Ventil kann durch die Motorstruktur getragen sein, und es kann die erste Öffnung selektiv öffnen und schließen. Die erste Ventilbetätigungsbaugruppe kann mit dem ersten Ventil in Eingriff stehen und in einem ersten sowie in einem zweiten Modus betreibbar sein. Die Ventilbetätigungsbaugruppe kann in dem ersten Modus betrieben werden, wenn Kraftstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird, und sie kann in dem zweiten Modus betrieben werden, wenn der Kraftstoff für die Verbrennungskammer abgeschaltet ist, während der Kolben eine Hubbewegung zwischen der oberen Totpunktposition und der unteren Totpunktposition ausführt. Der erste Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine erste Öffnungsdauer des ersten Ventils vorsehen. Der zweite Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine zweite Öffnungsdauer des ersten Ventils vorsehen, die von der ersten Öffnungsdauer verschieden ist, um einen Unterdruck in der Verbrennungskammer zu verringern.
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Eine Motorbaugruppe kann eine Motorstruktur, einen Kolben, ein Einlassventil, ein Auslassventil, eine Einlassventil-Betätigungsbaugruppe und eine Auslassventil-Betätigungsbaugruppe umfassen. Die Motorstruktur kann eine Verbrennungskammer und eine Einlassöffnung sowie eine Auslassöffnung definieren, die mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehen. Der Kolben kann in der Verbrennungskammer angeordnet sein und in einer Hubbewegung während eines Einlasstakts von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition verschiebbar sein und während eines Kompressionstakts unmittelbar nach dem Einlasstakt von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition verschiebbar sein. Das Einlassventil kann durch die Motorstruktur getragen sein, und es kann die Einlassöffnung selektiv öffnen und schließen. Das Auslassventil kann durch die Motorstruktur getragen sein, und es kann die Auslassöffnung selektiv öffnen und schließen. Die Einlassventil-Betätigungsbaugruppe kann mit dem Einlassventil in Eingriff stehen und in einem ersten sowie in einem zweiten Modus betreibbar sein. Die Einlassventil-Betätigungsbaugruppe kann in dem ersten Modus betrieben werden, wenn Kraftstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird, und sie kann in dem zweiten Modus betrieben werden, wenn der Kraftstoff für die Verbrennungskammer abgeschaltet ist, während der Kolben eine Hubbewegung zwischen der oberen Totpunktposition und der unteren Totpunktposition ausführt. Der erste Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine erste Öffnungsdauer des Einlassventils vorsehen. Der zweite Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine zweite öffnungsdauer des Einlassventils vorsehen, die von der ersten Öffnungsdauer verschieden ist, um einen Unterdruck in der Verbrennungskammer zu verringern. Die Auslassventil-Betätigungsbaugruppe kann mit dem Auslassventil in Eingriff stehen und in einem dritten sowie in einem vierten Modus betreibbar sein. Die Auslassventilbetätigung kann in dem dritten Modus betrieben werden, wenn Kraftstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird, und sie kann in dem vierten Modus betrieben werden, wenn der Kraftstoff für die Verbrennungskammer abgeschaltet ist, während der Kolben eine Hubbewegung zwischen der oberen Totpunktposition und der unteren Totpunktposition ausführt. Der dritte Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine dritte Öffnungsdauer des Auslassventils vorsehen. Der vierte Modus kann während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts eine vierte Öffnungsdauer des Auslassventils vorsehen, die von der dritten Öffnungsdauer verschieden ist, um einen Unterdruck in der Verbrennungskammer zu verringern. Die erste und die zweite Öffnungsdauer können während des Einlasstakts auftreten. Die zweite Öffnungsdauer kann größer als die erste Öffnungsdauer sein. Die dritte und die vierte Öffnungsdauer können während des Kompressionstakts auftreten. Die dritte Öffnungsdauer kann größer als die vierte Öffnungsdauer sein.
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Ein Verfahren zum Betreiben der Motorbaugruppe der vorliegenden Offenbarung kann umfassen, dass ein Kolben, der in einer Verbrennungskammer einer Motorstruktur angeordnet ist, während eines Einlasstakts eine Hubbewegung von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition ausführt und während eines Kompressionstakts unmittelbar nach dem Einlasstakt eine Hubbewegung von der unteren Totpunktposition zu der oberen Totpunktposition ausführt. Das Verfahren kann zusätzlich umfassen, dass ein Einlassventil während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts für eine erste Öffnungsdauer geöffnet wird, um eine Verbindung zwischen der Verbrennungskammer und einer ersten Öffnung der Motorstruktur herzustellen, wenn Kraftstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird, während der Kolben eine Hubbewegung ausführt. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass das erste Ventil während des Einlasstakts oder des Kompressionstakts für eine zweite Öffnungsdauer geöffnet wird, um eine Verbindung zwischen der Verbrennungskammer und der ersten Öffnung herzustellen, wenn der Kraftstoff für die Verbrennungskammer abgeschaltet ist, während der Kolben eine Hubbewegung ausführt. Die zweite Öffnungsdauer kann von der ersten Öffnungsdauer verschieden sein, um einen Unterdruck in der Verbrennungskammer zu verringern.
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Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die speziellen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur zu Darstellungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine fragmentarische Draufsicht der Motorbaugruppe von 1;
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3 ist eine schematische Schnittansicht der Motorbaugruppe von 1;
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4 ist eine Perspektivansicht des Einlass-Nockenphasenstellers und der Einlass-Nockenwellenbaugruppe, die in 2 gezeigt sind;
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5 ist eine schematische Darstellung des Einlass-Nockenphasenstellers von 2 in einer nach früh verstellten Position;
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6 ist eine schematische Darstellung des Einlass-Nockenphasenstellers von 2 in einer nach spät verstellten Position; und
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7 ist ein Flussdiagramm, das den Motorbetrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Entsprechende Bezugszeichen geben überall in den verschiedenen Zeichnungsansichten entsprechende Teile an.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen nicht einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Fahrzeugbaugruppe 10 dargestellt. Die Fahrzeugbaugruppe 10 kann eine Motorbaugruppe 12, ein Getriebe 14, eine Ausgangswelle 16, eine Antriebsachse 18 und ein Steuermodul 22 umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Getriebe 14 kann mit der Motorbaugruppe 12 in Eingriff stehen und Leistung von der Motorbaugruppe 12 verwenden, um die Ausgangswelle 16 anzutreiben und eine Drehung der Antriebsachse 18 zu aktivieren.
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Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 und 3 kann die Motorbaugruppe 12 eine Motorstruktur 30, eine Kurbelwelle 32, die durch die Motorstruktur 30 drehbar gelagert ist, Kolben 34, die mit der Kurbelwelle 32 gekoppelt sind, eine Einlass- und eine Auslass-Nockenwellenbaugruppe 36, 38, die an der Motorstruktur 30 drehbar gelagert sind, einen Einlass- und einen Auslass-Nockenphasensteller 40, 42, Ventilhubbaugruppen 44, erste und zweite Einlassventile 46, 48, Auslassventile 50 und einen Einlasskrümmer 52 (1) umfassen. Gemäß dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel ist die Motorbaugruppe 12 als ein Motor mit doppelter obenliegender Nockenwelle gezeigt, wobei die Motorstruktur 30 einen Zylinderkopf 54 aufweist, der die Einlass- und die Auslass-Nockenwellenbaugruppe 36, 38 drehbar lagert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Ausbildungen mit obenliegender Nockenwelle beschränkt ist.
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Der Zylinderblock 56 kann Zylinderbohrungen 58 definieren. Der Zylinderkopf 54 und die Zylinderbohrungen 58 in dem Motorblock 56 können zusammenwirken, um Verbrennungskammern 60 zu definieren. Die Kolben 34 können in den Verbrennungskammern 60 angeordnet sein. Wie in 3 zu sehen ist, kann der Zylinderkopf 54 eine erste und eine zweite Einlassöffnung 62, 64 sowie eine erste und eine zweite Auslassöffnung 66, 68 für jede Verbrennungskammer 60 definieren. Die ersten Einlassventile 46 können die ersten Einlassöffnungen 62 öffnen und schließen, und die zweiten Einlassventile 48 können die zweiten Einlassöffnungen 64 öffnen und schließen. Die Kombination der Einlass-Nockenwellenbaugruppe 36 und des Einlass-Nockenphasenstellers 40 kann eine Ventilbetätigungsbaugruppe bilden. Die Ventilhubbaugruppen 44 können mit der Einlass-Nockenwellenbaugruppe 36 und mit den ersten und den zweiten Einlassventilen 46, 48 in Eingriff stehen, um die erste und die zweite Einlassöffnung 62, 64 zu öffnen. Obgleich sich die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung auf die Einlass-Nockenwellenbaugruppe 36, die ersten und die zweiten Einlassventile 46, 48 und den Einlass-Nockenphasensteller 40 bezieht, versteht es sich, dass die vorliegende Offenbarung gleichermaßen für die Auslass-Nockenwellenbaugruppe 38, die Auslassventile 50 und den Auslass-Nockenphasensteller 42 gilt, die auf eine ähnliche Weise konstruiert und betrieben werden können.
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Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel, wie es in 4 zu sehen ist, kann die Einlass-Nockenwellenbaugruppe 36 erste und zweite Einlassnocken 70, 72 und eine Welle 74 aufweisen. Die Welle 74 kann durch die Motorstruktur 30 drehbar gelagert sein. Die ersten und die zweiten Einlassnocken 70, 72 können an der Welle 74 angeordnet und zur Drehung mit dieser fixiert sein.
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Wie in 5 und 6 zu sehen ist, kann der Einlass-Nockenphasensteller 40 einen Rotor 84, einen Statur 86 und einen Verriegelungsmechanismus 88 aufweisen. Der Statur 86 kann mittels eines Antriebsmechanismus, wie beispielsweise eines Riemens oder einer Kette (nicht gezeigt), durch die Kurbelwelle 32 drehend angetrieben werden, und der Rotor 84 kann in dem Statur 86 drehbar gelagert sein. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Rotor 84 sich radial erstreckende Schaufeln 90 aufweisen, die mit dem Statur 86 zusammenwirken, um Hydraulikkammern 92, 94 zur Verstellung nach früh und nach spät zu definieren, die mit einem unter Druck stehenden Fluid, wie beispielsweise Öl, in Verbindung stehen. Obgleich ein hydraulisch betätigter Schaufelphasensteller dargestellt ist, versteht es sich, dass die vorliegende Offenbarung gleichermaßen für einen beliebigen Typ einer Nockenphasenstelleranordnung gilt. Das Steuermodul 22 (1) kann den Betrieb der Motorbaugruppe 12 unterstützen, einschließlich des Betriebs des Einlass- und des Auslass-Nockenphasenstellers 40, 42, wie nachstehend beschrieben ist.
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Die Welle 74 kann zur Drehung mit dem Rotor 84 fixiert sein (und somit die ersten und die zweiten Einlassnocken 70, 72). Der Rotor 84 kann zwischen einer nach früh verstellten Position (5) und einer nach spät verstellten Position (6) verschoben werden, um den Öffnungszeitpunkt der ersten und der zweiten Einlassventile 46, 48 zu variieren. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung gleichermaßen für Nockenwellenbaugruppen gilt, bei denen nur eine Teilmenge von Nocken zwischen einer nach früh verstellten und einer nach spät verstellten Position verschoben werden kann, wie auch für Nockenwellenbaugruppen, die für eine unabhängige Verschiebung von Teilmengen von Nocken sorgen (beispielsweise eine Nockenwellenbaugruppe, bei der eine erste Teilmenge von Nocken nach früh/spät verstellt werden kann, während eine zweite Teilmenge von Nocken unabhängig nach früh/spät verstellt werden kann).
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Öl (nicht gezeigt) kann in dem Motorblock 60 vorhanden sein. Das Öl kann beispielsweise verwendet werden, um den Kolben 34 und Kolbenringe 35 zu schmieren, während der Kolben 34 eine Hubbewegung zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition in der Zylinderbohrung 58 ausführt. Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei einer Kraftstoffabschaltung während einer Verlangsamung (während des Bremsens, usw.) zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs, während des Betriebs mit elektrischer Leistung in einem Hybridfahrzeug oder während einer Zylinderdeaktivierung, kann der Kolben 34 eine Hubbewegung ausführen, wenn kein Kraftstoff an die Verbrennungskammer 60 geliefert wird, was zu einem Pumpen ohne ein Verbrennungsereignis führt. Während eines solchen Pumpens kann Öl über die Kolbenringe 35 (3) und in die Verbrennungskammer 60 angesaugt werden.
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Um die vorstehend beschriebene Ölansaugung zu verringern, kann sich die Ventilbetätigungsbaugruppe vor einer Kraftstoffabschaltung in eine Position für geringen Unterdruck bewegen. Die Position für geringen Unterdruck der Ventilbetätigungsbaugruppe modifiziert die Position der Einlassnocken 70, 72 derart, dass das Unterdruckniveau in der Verbrennungskammer 60 verringert werden kann, optimalerweise unter das Niveau, bei dem eine Ölansaugung auftritt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Nockenphasensteller 40 die Nocken 70, 72 in die nach früh verstellte Position, die nach spät verstellte Position oder eine beliebige Position dazwischen bewegt.
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Das Unterdruckniveau in der Verbrennungskammer 60 kann während eines Einlasstakts zunehmen, wenn das Gasvolumen in der Verbrennungskammer 60 abnimmt. Wenn beispielsweise die Zeitdauer, während der die Einlassventile 50 offen sind (die Öffnungsdauer), während eines Kompressionstakts zunimmt, kann das Gasvolumen in der Verbrennungskammer 60 abnehmen, und das Unterdruckniveau in der Verbrennungskammer 60 kann während des nachfolgenden Einlasstakts zunehmen. Wenn die Zeitdauer, während der die Einlassventile 46, 48 und die Auslassventile 50 geschlossen sind, während eines Einlasstakts zunimmt, kann das Unterdruckniveau in der Verbrennungskammer 60 zusätzlich auf ähnliche Weise während dieses Einlasstakts zunehmen. Obgleich die Position für geringen Unterdruck der Ventilbetätigungsbaugruppe über die Motorbaugruppen variieren kann, kann sich die Position für geringen Unterdruck daher im Allgemeinen auf eine Zunahme der Dauer, für welche die Einlassventile 46, 48 und die Auslassventile 50 während eines Einlasstakts offen sind (die Öffnungsdauer), und/oder auf eine Zunahme der Dauer beziehen, für welche die Auslassventile 50 während eines Kompressionstakts geschlossen sind.
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Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann sich die Ventilbetätigungsbaugruppe bei einer Ermittlung einer Bedingung für eine Kraftstoffabschaltung, beispielsweise durch das Steuermodul 22 (1), das angibt, dass die Motorbaugruppe 12 die Verbrennung zu stoppen wünscht, in die Position für geringen Unterdruck bewegen. Die Ventilbetätigungsbaugruppe kann in einer kurzen Zeitdauer in die Position für geringen Unterdruck bewegt werden, z. B. in ungefähr 50 Millisekunden. Die Kraftstoffabschaltung kann auftreten, nachdem die Ventilbetätigungsbaugruppe in der Position für geringen Unterdruck positioniert wurde, beispielsweise indem sie nach der Ermittlung einer Bedingung für eine Kraftstoffabschaltung um eine Zeitdauer größer als die Zeitdauer verzögert wird, die mit dem Bewegen der Ventilbetätigungsbaugruppe in die Position für geringen Unterdruck verbunden ist.
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7 stellt ein nicht einschränkendes Beispiel einer Steuerlogik 200 für den Motorbetrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Steuerlogik 200 kann während des Betriebs des Motors kontinuierlich in einer Schleife ausgeführt werden. Die Steuerlogik 200 beginnt bei Schritt 210, bei dem ermittelt werden kann, ob eine Kraftstoffabschaltbedingung gewünscht ist. Nicht einschränkende Beispiele einer Kraftstoffabschaltbedingung können eine Kraftstoffabschaltung während einer Verlangsamung (beispielsweise während des Bremsens) zum Verringern des Kraftstoffverbrauchs, eine Kraftstoffabschaltung während des Betriebs mit elektrischer Leistung in einem Hybridfahrzeug und eine Deaktivierung einer Teilmenge der Zylinder in einem Mehrzylindermotor während einer Zylinderdeaktivierung umfassen. Wenn die Kraftstoffabschaltung nicht gewünscht ist, kann die Steuerlogik 200 zu Schritt 220 voranschreiten, bei dem die Ventilbetätigungsbaugruppe in einem ersten Modus betrieben werden kann. Dem ersten Modus kann entsprechen, dass bei Schritt 230 eine Öffnungsdauer des Ventils auf eine erste Öffnungsdauer eingestellt wird. Kraftstoff kann bei Schritt 240 an die Verbrennungskammer geliefert werden. Die Steuerlogik 200 kann anschließend zu Schritt 250 voranschreiten, bei dem der Kraftstoff verbrannt wird, wonach die Steuerlogik 200 enden und erneut starten kann.
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Wenn bei Schritt 210 eine Kraftstoffabschaltung gewünscht ist, kann die Steuerlogik 200 zu Schritt 260 voranschreiten, bei dem die Ventilbetätigungsbaugruppe in einem zweiten Modus betrieben wird. Dem zweiten Modus kann entsprechen, dass bei Schritt 270 eine Öffnungsdauer des Ventils auf eine zweite Öffnungsdauer eingestellt wird. Die zweite Öffnungsdauer kann von der ersten Öffnungsdauer verschieden sein, um den Unterdruck in der Verbrennungskammer zu verringern. Wenn sich die erste und die zweite Öffnungsdauer beispielsweise auf die Öffnungsdauer des Einlassventils bzw. der Einlassventile während des Einlasstakts beziehen, kann die zweite Einlassdauer derart größer als die erste Einlassdauer sein, dass ein größeres Gasvolumen an die Verbrennungskammer geliefert werden kann und der Unterdruck in der Verbrennungskammer verringert werden kann, wie vorstehend beschrieben ist. Wenn sich die erste und die zweite Öffnungsdauer auf die Öffnungsdauer des Auslassventils bzw. der Auslassventile während des Kompressionstakts beziehen, kann die erste Einlassdauer auf ähnliche Weise derart größer als die zweite Einlassdauer sein, dass der Unterdruck in der Verbrennungskammer verringert werden kann, wie vorstehend beschrieben ist. Die Steuerlogik 200 kann anschließend zu Schritt 280 voranschreiten, bei dem der Kraftstoff für die Verbrennungskammer abgeschaltet wird, wonach die Steuerlogik 200 enden und erneut starten kann.
