DE102012206552A1

DE102012206552A1 - Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012206552A1
Application number: DE201210206552
Authority: DE
Inventors: Eduard Golovatai-Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Zylindern (1 bis 4), in welchen jeweils je ein Kolben verschiebbar geführt ist. Zumindest einer der Zylinder (1, 2, 3, 4) verfügt dabei über mindestens ein Zusatzventil (24 bis 27), über das der jeweils zugehörige Brennraum dieses Zylinder (1, 2, 3, 4) mit einem Druckspeicher (28) verbunden werden kann. Des Weiteren ist eine Nockenwelle (29) vorgesehen, die trieblich mit der Kurbelwelle (5) gekoppelt ist und über welche das mindestens eine Zusatzventil (24 bis 27) betätigbar ist. Diese Betätigung des mindestens einen Zusatzventils (24 bis 27) kann hierbei bezogen auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle (5) einerseits durch Relativverdrehen der Nockenwelle (29) über einen Nockenwellenversteller mit phasenverschiebbaren Steuerzeiten und andererseits mit unterschiedlichen Hubprofilen dargestellt werden. Um nun ein Beladen und Entladen des Druckspeichers (28) über das mindestens eine Zusatzventil (24 bis 27) möglichst flexibel bei gleichzeitig kompaktem Aufbau steuern zu können, sind dem mindestens einen Zusatzventil (24 bis 27) jeweils mehrere Nockenkonturen zugeordnet, von welchen über jede eine Drehbewegung der Nockenwelle (29) in ein, je einem der Hubprofile entsprechendes Öffnen und Schließen des mindestens einen Zusatzventils (24 bis 27) umsetzbar ist, wobei zwischen den mehreren Nockenkonturen gewechselt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Zylindern, in welchen jeweils je ein Kolben verschiebbar geführt ist, der mechanisch mit einer Kurbelwelle verbunden ist und mit dem jeweils zugehörigen Zylinder je einen Brennraum begrenzt, wobei zumindest einer der Zylinder neben mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil noch über mindestens ein Zusatzventil verfügt, über das der jeweils zugehörige Brennraum mit einem Druckspeicher verbindbar ist, und wobei eine Nockenwelle vorgesehen ist, die trieblich mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und über welche das mindestens eine Zusatzventil betätigbar ist, und wobei diese Betätigung des mindestens einen Zusatzventils bezogen auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle mit phasenverschiebbaren Steuerzeiten durch Relativverdrehen der Nockenwelle über einen Nockenwellenversteller und mit unterschiedlichen Hubprofilen darstellbar ist.
Stand der Technik
Aus der CH 701 760 A1 geht eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug hervor, welche über mehrere Zylinder mit darin jeweils verschiebbar geführten Kolben verfügt. Die Kolben sind dabei mechanisch mit einer Kurbelwelle verbunden und begrenzen im einzelnen gemeinsam mit dem jeweils zugehörigen Zylinder je einen Brennraum, wobei jeder der Brennräume zum einen über mindestens ein Einlassventil mit einem Ansaugtrakt und zum anderen über mindestens ein Auslassventil mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zum Gasaustausch verbunden werden kann. Die Einlass- und Auslassventile der Zylinder werden dabei auf dem Fachmann bekannte Art und Weise über je zugeordnete Nockenwellen betrieben. Zusätzlich zu den Gaswechselventilen in Form der Einlass- und der Auslassventile verfügt jeder Zylinder zudem noch über je ein Zusatzventil, über welches der Brennraum des jeweiligen Zylinders mit einem gemeinsamen Druckspeicher der Zylinder verbunden werden kann. Die Zusatzventile können dabei über eine Nockenwelle betätigt werden, die, wie auch die Nockenwellen der Gaswechselventile, trieblich mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Dabei werden die Zusatzventile gemeinschaftlich über die Nockenwelle angesteuert, wobei eine Öffnungs- und Schließbewegung des einzelnen Zusatzventils hierbei während des Kompressionstaktes des je zugehörigen Zylinders stattfindet.
Einerseits kann dabei in einem Pumpmodus Luft aus dem jeweiligen Brennraum über das Zusatzventil in den Druckspeicher gefördert werden, wenn sich die Brennkraftmaschine im Schleppbetrieb befindet und die Zylinder dementsprechend nicht befeuert werden. In diesem Pumpmodus werden die Kompressionstakte der einzelnen Zylinder dann dazu genutzt, den Druckspeicher zu befüllen, wobei die hierüber im Druckspeicher gespeicherte Luft dann für einen späteren Boost-Modus zum gezielten Erhöhen der Luftmenge in dem jeweiligen Zylinder zur Verfügung steht. Zwischen der Nockenwelle und den Zusatzventilen der Zylinder sind nun Verbindungsmittel vorgesehen, welche laut der CH 701 760 A1 in einer möglichen Variante als Übertragungsmechanismen mit Zwischenhebeln zwischen den jeweiligen Nocken der Nockenwelle und den jeweiligen Zusatzventilen realisiert sind. Über den jeweiligen Zwischenhebel können dabei unter Betätigung über eine Verstellwelle unterschiedliche Hubprofile des zugehörigen Zusatzventils bezogen auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle dargestellt werden, wobei hierbei ein mögliches Hubprofil auch eine unterbleibende Betätigung des Zusatzventils ist. Zudem kann die Nockenwelle der Zusatzventile noch über einen hydraulischen Nockenwellenversteller relativverdreht werden, so dass Steuerzeiten der Zusatzventile hinsichtlich des Drehwinkels der Kurbelwelle phasenverschoben werden. Durch die Kombination des Nockenwellenverstellers und der Übertragungsmechanismen in Form von Zwischenhebeln können dementsprechend die Steuerzeiten, sowie die Maximalhübe und Hubdauern der Zusatzventile variiert werden.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei welcher ein Beladen und Entladen eines Druckspeichers über Zusatzventile möglichst flexibel bei gleichzeitig kompaktem Aufbau gesteuert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung weist eine Brennkraftmaschine mehrere Zylinder auf, in welchen jeweils je ein Kolben verschiebbar geführt ist. Die Kolben der Zylinder sind mechanisch mit einer Kurbelwelle verbunden, wobei jeder Kolben mit dem jeweils zugehörigen Zylinder je einen Brennraum begrenzt, der über mindestens ein Einlassventil mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und über mindestens ein Auslassventil mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zum Gasaustausch verbunden werden kann. Neben den Ein- und Auslassventilen verfügt zumindest einer der Zylinder über mindestens ein Zusatzventil, über welches der jeweils zugehörige Brennraum zudem mit einem Druckspeicher verbunden werden kann. Des Weiteren ist eine Nockenwelle vorgesehen, die trieblich mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und über welche das mindestens eine Zusatzventil betätigbar ist. Diese Betätigung kann dabei bezogen auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle mit unterschiedlichen Hubprofilen und mit phasenverschiebbaren Steuerzeiten dargestellt werden, wobei letzteres durch Relativverdrehen der Nockenwelle über einen Nockenwellenversteller realisiert wird.
Im Sinne der Erfindung ist mit „unterschiedlichen Hubprofilen” der Zusatzventile gemeint, dass das jeweilige Zusatzventil mit voneinander abweichenden Maximalhüben und/oder Hubdauern betätigt werden kann, wobei dies im Fall eines der Hubprofile ein gänzlich fehlender Hub des jeweiligen Zusatzventils ist. Ferner ist die, das mindestens eine Zusatzventil steuernde Nockenwelle mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über den zwischenliegenden Nockenwellenversteller und einen Zugmitteltrieb, beispielsweise in Form eines Ketten- oder Zahnriementriebes, oder einen Rädertrieb verbunden. Über den Nockenwellenversteller kann dabei eine Relativverdrehung der Nockenwelle hinsichtlich des Kurbelwinkels der Kurbelwelle hervorgerufen werden, so dass die gewünschte Phasenverschiebung der Steuerzeiten des mindestens einen Steuerventils realisiert wird.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass dem mindestens einen Zusatzventil jeweils mehrere Nockenkonturen zugeordnet sind, von welchen über jede Kontur eine Drehbewegung der Nockenwelle in ein, je einem der Hubprofile entsprechendes Öffnen und Schließen des mindestens einen Zusatzventils umgesetzt werden kann. Zwischen den mehreren Nockenkonturen kann hierbei zur Darstellung der unterschiedlichen Hubprofile gewechselt werden. Mit anderen Worten können also unterschiedliche Hubprofile des mindestens einen Zusatzventils durch mehrere unterschiedliche Nockenprofile realisiert werden, die dem mindestens einen Zusatzventil zugeordnet sind. Diese Nockenprofile weisen dabei unterschiedliche Konturverläufe auf, welche jeweils eine Drehbewegung der Nockenwelle in eine entsprechende translatorische Bewegung des mindestens einen Zusatzventils umsetzen. Um dabei die unterschiedlichen Hubprofile des mindestens einen Zusatzventils darstellen zu können, kann zwischen den mehreren Nockenkonturen gewechselt werden.
Im Sinne der Erfindung ist dabei unter einer „Nockenkontur”, neben einem Grundkreis mit darauf aufbauendem Nockenprofil, auch eine Kontur zu verstehen, welche lediglich durch einen Grundkreis gebildet ist und die dementsprechend ein Hubprofil definiert, bei welchem eine Ansteuerung des je zugehörigen Zusatzventils gänzlich unterbleibt.
Mittels einer derartigen Ausgestaltung ist es somit möglich, die unterschiedlichen Hubprofile des jeweiligen Zusatzventils auf flexible und kompakte Art und Weise darstellen zu können. Denn durch Vorsehen unterschiedlicher Nockenkonturen können problemlos unterschiedliche Hubprofile des mindestens einen Zusatzventils dargestellt werden, ohne dass hierfür zusätzliche, den Ventilhub des Zusatzventils beeinflussende Zwischenelemente vorzusehen sind. In der Folge können unterschiedliche Hubverläufe auf engem Bauraum verwirklicht werden.
Hingegen ist der in der CH 701 760 A1 vorgeschlagene Übertragungsmechanismus mit Zwischenhebel bauraumbedingt schwierig umzusetzen, da neben der, sowieso schon zusätzlich vorzusehenden Nockenwelle für das oder die Zusatzventile zudem noch weitere Elemente in Form der Zwischenhebel und einer Verstellwelle vorzusehen sind. Noch schwieriger wird eine Unterbringung dieses Übertragungssystems dann, wenn auch die Gaswechselventile über variable Ventilsteuerungen zu betätigen und dementsprechend auch im Bereich der, diese ansteuernden Nockenwellen entsprechende Verstellmittel vorzusehen sind.
Im Sinne der Erfindung sind einem Zusatzventil dabei zumindest zwei unterschiedliche Nockenkonturen zugeordnet, von welchen bei einer Nockenkontur eine Ansteuerung des Zusatzventils gänzlich unterbleibt, indem diese durch einen gleichbleibenden Grundkreisdurchmesser gebildet ist und dementsprechend die rotatorische Bewegung der Nockenwelle nicht in eine translatorische Bewegung des Zusatzventils umgesetzt wird. Hingegen definiert die jeweils andere Nockenkontur einen Ventilhub des jeweiligen Zusatzventils während des Kompressionstaktes des je zugehörigen Zylinders, wobei dieser Ventilhub dabei mit einem geeigneten Maximalhub und geeigneter Öffnungsdauer realisiert ist. Abgesehen davon ist es im Rahmen der Erfindung aber ebenso gut denkbar, auch mehr als zwei Nockenkonturen vorzusehen, so dass abgesehen von einer unterbleibenden Ansteuerung des Zusatzventils über die Nockenwelle zumindest zwei unterschiedliche Betätigungsverläufe des jeweiligen Zusatzventils dargestellt werden können.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind diese mehreren Nockenkonturen durch axial nebeneinander liegende Nockenabschnitte je eines Nockens gebildet, welcher drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet ist. Dabei sind die mehreren Nockenabschnitte mit gleichen Grundkreisdurchmessern und unterschiedlichen Nockenerhebungen ausgeführt, wobei der je eine Nocken durch je einen zugehörigen Aktuator über Stellmittel relativ zu der Nockenwelle zwischen unterschiedlichen axialen Positionen verschoben werden kann, in welchen jeweils das mindestens eine Zusatzventil über je einen zugeordneten der Nockenabschnitte ansteuerbar ist. Einer der Nockenabschnitte ist dabei lediglich durch den Grundkreisdurchmesser gebildet, so dass durch die fehlende Nockenerhebung über diesen Nockenabschnitt ein Nullhub des jeweiligen Zusatzventils dargestellt wird.
Über den, als Schiebenocken ausgeführten Nocken können somit die unterschiedlichen Hubprofile des jeweiligen Zusatzventils dargestellt werden, indem der Nocken über den zugehörigen Aktuator axial relativ zur Nockenwelle verschoben und damit ein anderer Nockenabschnitt zur Ansteuerung des jeweiligen Zusatzventils in die erforderliche, axiale Position bewegt wird. Ein Wechsel zwischen diesen unterschiedlichen Nockenabschnitten ist dabei aufgrund des gleichen Grundkreisdurchmessers der Nockenabschnitte während der Grundkreisphase möglich. Stellmittel sind dabei insbesondere in Form einer, in axialer Richtung veränderlichen Schaltkulisse realisiert, in welche über den Aktuator ein Stellstift einführbar ist, so dass durch den, in der Schaltkulisse laufenden Stellstift die axiale Relativverschiebung des Nockens gegenüber der Nockenwelle hervorgerufen wird. Dadurch lassen sich die unterschiedlichen Nockenkonturen in Form der axial nebeneinanderliegenden Nockenabschnitte und damit die Darstellung der unterschiedlichen Hubprofile auf kompakte Art und Weise realisieren.
Des Weiteren kann über die vorgenannten Ausgestaltung problemlos eine individuelle Ansteuerung des jeweiligen Zusatzventils hervorgerufen werden, da ein Wechsel zwischen den unterschiedlichen Nockenkonturen durch die axiale Verschiebung des Nockens relativ zur Nockenwelle stets unmittelbar im Bereich des jeweiligen Zusatzventils stattfindet. Dieser Vorteil kommt dabei insbesondere dann zum Tragen, wenn mehrere Zylinder über jeweils mindestens ein Zusatzventil verfügen, da hierbei die Zusatzventile der Zylinder unabhängig voneinander mit abweichenden Hubprofilen betrieben werden können. So ist es dann möglich, bei einem oder mehreren der Zylinder ein Befüllen des Druckspeichers vorzunehmen, während bei anderen Zylindern eine Ansteuerung der Zusatzventile unterbleibt und der oder diese Zylinder regulär befeuert werden. In Folge dessen ist ein Befüllen des Druckspeichers nicht nur im Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine möglich, sondern auch bei einem Betrieb im Teillastbereich, in welchem einzelne Zylinder zur Betriebspunktverlagerung nicht befeuert werden und damit abgeschaltet sind. Der Druckspeicher kann also deutlich flexibler befüllt werden als bei einem System gemäß der CH 701 760 A1 , bei welcher Hubprofile von mehreren Zusatzventilen über die Verstellwelle und die Zwischenhebel immer nur gemeinschaftlich variiert werden können.
In Weiterbildung dieser Ausführungsform weisen dann alle Zylinder jeweils mindestens ein Zusatzventil auf, so dass die größtmögliche Flexibilität hinsichtlich des Befüllens des Druckspeichers und auch des Boostens über den Druckspeicher gegeben ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Nockenwellenversteller als elektromechanischer Nockenwellenversteller ausgeführt. Elektromechanische Nockenwellenversteller haben gegenüber hydraulischen Nockenwellenverstellern den Vorteil eines deutlich größeren Verstellbereichs, so dass elektromechanische Nockenwellenversteller den Anforderungen hinsichtlich der Phasenverschiebung von Steuerzeiten eines oder mehrerer Zusatzventile gerecht werden. Denn für eine flexible Ansteuerung des jeweiligen Zusatzventils während des Kompressionstaktes des jeweiligen Zylinders ist eine Phasenverschiebung von ca. 130° Kurbelwinkel nötig, was über einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit üblichen Verstellbereichen von maximal 60° Kurbelwinkel somit nicht im ausreichenden Maße zu bewerkstelligen ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränkten.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Steuerung von Zusatzventilen der Brennkraftmaschine aus 1; und
3 die Darstellung eines Kolbenhubes, sowie eines Ventilhubes eines Zusatzventils eines Zylinders in einem Diagramm.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine hervor, bei welcher es sich insbesondere um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine handelt. Diese Brennkraftmaschine weist vier Zylinder 1 bis 4 auf, in welchen jeweils je ein – vorliegend nicht weiter dargestellter – Kolben verschiebbar geführt ist. Die Kolben aller vier Zylinder 1 bis 4 sind dabei mechanisch mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 5 verbunden und begrenzen mit dem je zugehörigen Zylinder 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. 4 einen – vorliegend ebenfalls nicht zu sehenden – Brennraum. Die Zylinder 1 bis 4 verfügen im Einzelnen zudem jeweils über zwei Einlassventile 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10 und 11 bzw. 12 und 13, über welche dem jeweiligen Brennraum Frischgas aus einem Ansaugtrakt 14 zugeführt werden kann, sowie zwei Auslassventile 15 und 16 bzw. 17 und 18 bzw. 19 und 20 bzw. 21 und 22, welche beim Öffnen eine Verbindung des jeweiligen Brennraumes mit einem Abgastrakt 23 herstellen, so dass Abgas aus dem jeweiligen Brennraum in den Abgastrakt 23 ausgeschoben werden kann. Dabei werden die Einlassventile 6 bis 13 aller Zylinder 1 bis 4 über eine gemeinsame – nicht dargestellte – Einlassnockenwelle, sowie alle Auslassventile 15 bis 22 der Zylinder 1 bis 4 über eine gemeinsame Auslassnockenwelle angesteuert, welche jeweils mit der Kurbelwelle 5 auf dem Fachmann bekannte Art und Weise gekoppelt sind. Generell ist die Brennkraftmaschine in 1 stark vereinfacht dargestellt, wobei sie hinsichtlich der nicht dargestellten Details einen, dem Fachmann bekannten Aufbau aufweist.
Als Besonderheit verfügt nun jeder Zylinder 1 bis 4 über je ein Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27, wobei diese Zusatzventile 24 bis 27 dabei bei den einzelnen Zylindern 1 bis 4 zwischen den Einlassventilen 6 bis 13 liegend vorgesehen sind. Über das jeweilige Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 kann der jeweilige Brennraum des Zylinders 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. 4 mit einem Druckspeicher 28 während des Kompressionstaktes des jeweiligen Zylinders 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. 4 verbunden werden, so dass, je nach vorherrschendem Druck im Druckspeicher 28, entweder in einem sogenannten „Pump-Modus” Luft aus dem jeweiligen Brennraum in den Druckspeicher 28 gefördert oder aber in einem sogenannten „Boost-Modus” Luft aus dem Druckspeicher 28 in den jeweiligen Brennraum gefördert werden kann. Die Zusatzventile 24 bis 27 werden hierbei über eine Nockenwelle 29 gesteuert, welche mit der Kurbelwelle 5 über einen Kettentrieb 30 trieblich gekoppelt ist und hierbei mit halber Kurbelwellendrehzahl läuft.
Um nun die Zusatzventile 24 bis 27 der einzelnen Zylinder 1 bis 4 möglichst flexibel ansteuern und damit auch ein Be- und Entladen des Druckspeichers 28 freier gestalten zu können, können zum einen die Steuerzeiten der Zusatzventile 24 bis 27 hinsichtlich eines Drehwinkels der Kurbelwelle 5 phasenverschoben und zum anderen bei den einzelnen Zusatzventilen 24 bis 27 unterschiedliche Hubprofile dargestellt werden. Für eine Phasenverschiebbarkeit der Steuerzeiten kann hierzu die Nockenwelle 29 gegenüber dem Kettentrieb 30 mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers 31 relativverdreht werden, welcher zwischen dem Kettentrieb 30 und der Nockenwelle 29 vorgesehen ist.
Wie insbesondere aus 2 zu erkennen ist, können die unterschiedlichen Hubprofile der Zusatzventile 24 bis 27 hingegen dadurch dargestellt werden, dass auf der Nockenwelle 29 jedem Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 je ein Nocken 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 zugeordnet ist, welcher jeweils drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 29 angeordnet ist. Diese Nocken 32 bis 35 setzten sich hierbei aus jeweils zwei axial nebeneinanderliegenden Nockenabschnitten 36 und 37 bzw. 38 und 39 bzw. 40 und 41 bzw. 42 und 43 zusammen, wobei diese einander zugeordneten Nockenabschnitte jeweils mit gleichen Grundkreisdurchmessern ausgeführt sind und sich hinsichtlich darauf aufbauender Nockenerhebungen unterscheiden. So wird der jeweils eine Nockenabschnitt 36 bzw. 38 bzw. 40 bzw. 42 nur durch den Grundkreisdurchmesser definiert, während bei dem jeweils benachbart liegenden Nockenabschitt 37 bzw. 39 bzw. 41 bzw. 43 auf dem Grundkreisdurchmesser ein Nockenprofil aufbaut. Je nach axialer Position des Nockens 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 zu dem je zugehörigen Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 ist eine Drehbewegung der Nockenwelle 29 über den jeweils einen Nockenabschitt 36 bzw. 38 bzw. 40 bzw. 42 oder den jeweils anderen Nockenabschnitt 37 bzw. 39 bzw. 41 bzw. 43 mit einer translatorischen Bewegung des jeweiligen Zusatzventils 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 gekoppelt, wobei im Fall der, durch den Grundkreisdurchmesser definierten Nockenabschnitte 36, 38, 40 und 42 dabei eine Ansteuerung des jeweiligen Zusatzventils 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 unterbleibt. Die Koppelung zwischen Nocken 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 und Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 wird hierbei über je einen zwischenliegenden Nockenfolger 44 bzw. 45 bzw. 46 bzw. 47 in Form eines Rollenschlepphebels vorgenommen.
Die axiale Position des jeweiligen Nockens 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 auf der Nockenwelle 29 wird hierbei über einen je zugehörigen Aktuator 48 bzw. 49 bzw. 50 bzw. 51, sowie über zwischenliegende Stellmittel 52 bis 55 eingestellt. Die Stellmittel 52 bis 55 liegen hierbei als drehfest mit dem jeweiligen Nocken 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 verbundene Scheiben vor, auf welchen jeweils je eine axial veränderliche Schaltkulisse 56 bzw. 57 bzw. 58 bzw. 59 ausgebildet ist. Die Aktuatoren 48 bis 51 sind dabei jeweils ortsfest vorgesehen und verfügen über – vorliegend nicht weiter zu sehende – Stellstifte, welche gezielt in die jeweilige Schaltkulisse 56 bzw. 57 bzw. 58 bzw. 59 eingeführt werden können. Entsprechend des axialen Verlaufs der Schaltkulissen 56 bis 59 wird dabei bei Drehbewegung der Nockenwelle 29 eine axiale Verschiebung des jeweiligen Nockens 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 auf der Nockenwelle 29 hervorgerufen und in Folge dessen der jeweilige Nocken 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 mit dem jeweils anderen Nockenabschnitt relativ zu dem je zugehörigen Nockenfolger 44 bzw. 45 bzw. 46 bzw. 47 positioniert. Die Schaltkulissen 56 bis 59 sind an den Stellmitteln 52 bis 55 dabei in Umfangsrichtung derartig ausgestaltet, dass eine Verschiebung des je zugehörigen Nockens 32 bzw. 33 bzw. 34 bzw. 35 in einem Winkelbereich stattfindet, in welchem beide Nockenabschnitte 36 und 37 bzw. 38 und 39 bzw. 40 und 41 bzw. 42 und 43 dem jeweiligen Nockenfolger 44 bzw. 45 bzw. 46 bzw. 47 mit ihrer Grundkreisphase gegenüberstehen. In Folge dessen kann problemlos der jeweils andere Nockenabschnitt 36 oder 37 bzw. 38 oder 39 bzw. 40 oder 41 bzw. 42 oder 43 in Überdeckung mit dem jeweiligen Nockenfolger 44 bzw. 45 bzw. 46 bzw. 47 gebracht werden.
Über die Aktuatoren 48 bis 51 kann zudem mittels der zwischenliegenden Stellmittel 56 bis 59 jeder der Nocken 32 bis 35 individuell und unabhängig von den anderen Nocken 32 bis 35 verschoben werden, so dass auch die Zusatzventile 24 bis 27 jeweils unabhängig voneinander unterschiedlich über die Nockenwelle 29 ansteuerbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass bei den Zylindern 1 bis 4 nur einzelne Brennräume über das jeweilige Zusatzventil 24 bzw. 25 bzw. 26 bzw. 27 mit dem Druckspeicher 28 verbunden werden, während bei anderen Zylindern 1 bis 4 keine Verbindung zum Druckspeicher 28 hergestellt wird. Dementsprechend können einzelne Zylinder 1 bis 4 der Brennkraftmaschine im Zugbetrieb ganz normal befeuert werden, während über die verbleibenden Zylinder 1 bis 4 ein Befüllen des Druckspeichers 28 dargestellt wird. Insbesondere bei Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillastbereich kann die erforderliche Antriebsleistung dabei über einen Teil der Zylinder 1 bis 4 aufgebracht werden, wohingegen die hieran nicht beteiligten Zylinder 1 bis 4 den Druckspeicher befüllen, um im Folgenden über den Druckspeicher 28 ein Boosten zu ermöglichen.
Aus 3 ist schließlich ein Diagramm ersichtlich, in welchem zum einen am Beispiel des Zylinders 1 mit der Kurve 60 ein Kolbenhub und zum anderen mit der Kurve 61 ein Verlauf eines Ventilhubs des Zusatzventils 24 jeweils über einen Drehwinkel der Kurbelwelle 5 dargestellt ist. Wie hieraus zu erkennen ist, wird das Zusatzventil 24 dabei zum Ende eines Kompressionstaktes des Zylinders 1 geöffnet. Die hierbei angedeuteten, unterschiedlichen Steuerzeiten ergeben sich durch eine Relativverdrehung der Nockenwelle 29 über den elektromechanischen Nockenwellenversteller 31 gegenüber dem Kettentrieb 30. Durch eine Phasenverschiebung der Steuerzeiten über den Nockenwellenversteller 31 kann ein Öffnen und Schließen des Zusatzventils 24 auf die, jeweils im Brennraum des Zylinders 1 und im Druckspeicher 28 vorherrschenden Drücke abgestimmt werden. Hierdurch kann im „Pump-Modus” ein Öffnen des Zusatzventils 24 gezielt dann vorgenommen werden, wenn der Druck im Brennraum größer oder zumindest gleich ist wie der im Druckspeicher 28 vorherrschende Druck, wohingegen im „Boost-Modus” ein Schließen des Zusatzventils 24 hervorrufbar ist, sobald der Druck im Brennraum gleich dem Druck im Druckspeicher 28 wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine ist es somit möglich, Zusatzventile 24 bis 27 flexibel anzusteuern und damit auch ein Befüllen und Entladen eines Druckspeichers 28 freier zu gestalten.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Zylinder
3: Zylinder
4: Zylinder
5: Kurbelwelle
6: Einlassventil
7: Einlassventil
8: Einlassventil
9: Einlassventil
10: Einlassventil
11: Einlassventil
12: Einlassventil
13: Einlassventil
14: Einlasstrakt
15: Auslassventil
16: Auslassventil
17: Auslassventil
18: Auslassventil
19: Auslassventil
20: Auslassventil
21: Auslassventil
22: Auslassventil
23: Abgastrakt
24: Zusatzventil
25: Zusatzventil
26: Zusatzventil
27: Zusatzventil
28: Druckspeicher
29: Nockenwelle
30: Kettentrieb
31: elektromechanischer Nockenwellenversteller
32: Nocken
33: Nocken
34: Nocken
35: Nocken
36: Nockenabschnitt
37: Nockenabschnitt
38: Nockenabschnitt
39: Nockenabschnitt
40: Nockenabschnitt
41: Nockenabschnitt
42: Nockenabschnitt
43: Nockenabschnitt
44: Nockenfolger
45: Nockenfolger
46: Nockenfolger
47: Nockenfolger
48: Aktuator
49: Aktuator
50: Aktuator
51: Aktuator
52: Stellmittel
53: Stellmittel
54: Stellmittel
55: Stellmittel
56: Schaltkulisse
57: Schaltkulisse
58: Schaltkulisse
59: Schaltkulisse
60: Kurve
61: Kurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CH 701760 A1 [0002, 0003, 0011, 0015]

Claims

Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren Zylindern (1 bis 4), in welchen jeweils je ein Kolben verschiebbar geführt ist, der mechanisch mit einer Kurbelwelle (5) verbunden ist und mit dem jeweils zugehörigen Zylinder (1, 2, 3, 4) je einen Brennraum begrenzt, wobei zumindest einer der Zylinder (1, 2, 3, 4) neben mindestens einem Einlassventil (6 bis 13) und mindestens einem Auslassventil (15 bis 22) noch über mindestens ein Zusatzventil (24 bis 27) verfügt, über das der jeweils zugehörige Brennraum mit einem Druckspeicher (28) verbindbar ist, und wobei eine Nockenwelle (29) vorgesehen ist, die trieblich mit der Kurbelwelle (5) gekoppelt ist und über welche das mindestens eine Zusatzventil (24 bis 27) betätigbar ist, und wobei diese Betätigung des mindestens einen Zusatzventils (24 bis 27) bezogen auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle (5) mit phasenverschiebbaren Steuerzeiten durch Relativverdrehen der Nockenwelle (29) über einen Nockenwellenversteller und mit unterschiedlichen Hubprofilen darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Zusatzventil (24 bis 27) jeweils mehrere Nockenkonturen zugeordnet sind, von welchen über jede eine Drehbewegung der Nockenwelle (29) in ein, je einem der Hubprofile entsprechendes Öffnen und Schließen des mindestens einen Zusatzventils (24 bis 27) umsetzbar ist, wobei zwischen den mehreren Nockenkonturen wechselbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mehreren Nockenkonturen durch axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte (36, 37; 38, 39; 40, 41; 42, 43) je eines Nockens (32, 33, 34, 35) gebildet sind, welcher drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (29) angeordnet ist, wobei die mehreren Nockenabschnitte (36 bis 43) mit gleichen Grundkreisdurchmessern und unterschiedlichen Nockenerhebungen ausgeführt sind, und wobei der je eine Nocken (32, 33, 34, 35) durch je einen zugehörigen Aktuator (48, 49, 50, 51) über Stellmittel (52, 53, 54, 55) relativ zur Nockenwelle (29) zwischen unterschiedlichen axialen Positionen verschiebbar ist, in welchen jeweils das mindestens eine Zusatzventil (24 bis 27) über je einen zugeordneten der Nockenabschnitte (36, 37; 38, 39; 40, 41; 42, 43) ansteuerbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder (1 bis 4) über jeweils mindestens ein Zusatzventil (24 bis 27) verfügen, wobei über die Zusatzventile (24 bis 27) jeweils eine Verbindung mit dem Druckspeicher (28) herstellbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zylinder (1 bis 4) jeweils mindestens ein Zusatzventil (24 bis 27) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller als elektromechanischer Nockenwellenversteller (31) ausgeführt ist.