-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Brennkraftmaschinenvorrichtung.
-
Aus der
DE 10 2011 002 623 ist bereits eine Brennkraftmaschinenvorrichtung bekannt mit einem Nockenwellenversteller, mit einer Steuereinheit und mit einem Elektromotor.
-
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine besonders zuverlässige Brennkraftmaschine bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschinenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, die eine Vorwärtsdrehrichtung aufweist, mit einem Nockenwellenversteller, der zu einer aktiven Verstellung einer Phasenlage einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine gegenüber der Kurbelwelle vorgesehen ist, mit einer schaltbaren Antriebseinheit, die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsdrehmoment in zwei alternativen Drehrichtungen bereitzustellen, und mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit.
-
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller durch Ansteuerung der Antriebseinheit in einer Rückwärtsdrehrichtung in eine startfähige Phasenlage zu verstellen. Dadurch können in dem Nockenwellenversteller Elemente, die eigens für eine Rückstellbewegung nach spät vorgesehen sind, beispielsweise Federelemente, vermieden werden, wodurch ein besonders kompakter und einfacher Nockenwellenversteller bereitgestellt werden kann. Ferner kann insbesondere für Brennkraftmaschinen mit einem Nockenwellenversteller, der einen großen Verstellbereich umfasst, ein zuverlässiger Startvorgang erreicht werden und es kann eine besonders zuverlässige Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. Unter einer „Vorwärtsdrehrichtung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Drehrichtung verstanden werden, in der die Kurbelwelle in einem fehlerfreien Normalbetrieb der Brennkraftmaschine dreht. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine dazu vorgesehen, ein maximales Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung bereitzustellen. Unter einer schaltbaren „Antriebseinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Antriebseinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest zeitweise mittelbar oder unmittelbar an einen Antrieb des Nockenwellenverstellers zu einer Drehmomentübertragung angebunden zu werden. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem ”Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit zumindest eine Welle auf, die dazu vorgesehen ist, das Antriebsdrehmoment auszuleiten und in einer ersten Drehrichtung oder alternativ in einer weiteren Drehrichtung zu drehen. Bevorzugt kann eine angeforderte Drehrichtung durch die Steuer- und/oder Regeleinheit eingestellt werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass ein von der Antriebseinheit bereitgestelltes Drehmoment mittels eines schaltbaren Getriebes umgekehrt wird. Unter einer „Phasenlage” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine relative Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle verstanden werden, um welche die Nockenwelle der Kurbelwelle in Vorwärtsdrehrichtung, abgesehen von einem festen Umdrehungsverhältnis, vorauseilt oder nacheilt, wodurch insbesondere Ventilöffnungszeiten an verschiedene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasst werden können. Unter einer „startfähigen Phasenlage” soll insbesondere eine Phasenlage der Nockenwelle verstanden werden, in welcher insbesondere ein effektives Verdichtungsverhältnis in Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine aufgrund der sich aus der Phasenlage ergebenden Ventilöffnungszeiten der Gaswechselventile erreicht wird, das für einen Start der Brennkraftmaschine geeignet ist. Unter einer „Verstellung” des Nockenwellenverstellers soll insbesondere eine entsprechende Verstellung der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle verstanden werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, den Nockenwellenversteller bei einem Abstellvorgang der Brennkraftmaschine durch Ansteuerung der Antriebseinheit in der Rückwärtsdrehrichtung in eine startfähige Phasenlage zu verstellen. Dadurch kann die Brennkraftmaschine besonders zuverlässig auf einen nachfolgenden Startvorgang vorbereitet werden und die Brennkraftmaschine kann besonders kraftstoffsparend gestartet werden. Unter einem „Abstellvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei dem ein Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Leistungsabgabe, beendet wird und insbesondere eine regelmäßige Verbrennung in Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine unterbunden wird. Der Abstellvorgang kann von einem Bediener und/oder der Steuer- und/oder Regeleinheit ausgelöst werden oder durch ein ungeplantes Ereignis, wie beispielsweise eine Überlastung der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, einen Abstellvorgang zu erkennen.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelung umfasst, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller in einer Verriegelungsposition zu verriegeln, die einer startfähigen Phasenlage entspricht. Dadurch kann ein besonders zuverlässiger Startvorgang erreicht werden und die Nockenwelle kann besonders einfach in der startfähigen Phasenlage gehalten werden. Unter einer „Mittenverriegelung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, die Nockenwelle in einer von einem Rand eines Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers beabstandeten Phasenlage zumindest zeitweise zu halten, beispielsweise durch eine schaltbare formschlüssige Verbindung zwischen Elementen des Nockenwellenverstellers. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Mittenverriegelung anstelle eines mechanischen Prinzips ein anderes wirksames Prinzip aufweist, und beispielsweise elektromagnetisch ausgebildet ist.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Nockenwellenversteller einen Spätanschlag aufweist, von dem die Verriegelungsposition der Mittenverriegelung um höchstens 35 Grad Kurbelwellenwinkel entfernt ist. Dadurch kann die startfähige Phasenlage besonders schnell und sicher eingestellt werden. Unter einem „Spätanschlag” des Nockenwellenverstellers soll insbesondere ein Anschlag zur Begrenzung des Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers verstanden werden, in einer Richtung nach spät, d. h. in einer Richtung, bei der die Nockenwelle der Kurbelwelle nacheilt. Vorzugsweise ist der Nockenwellenversteller dazu vorgesehen, bei einem Abstellvorgang die Nockenwelle in eine Phasenlage zu bringen, die dem Spätanschlag entspricht.
-
Vorzugsweise ist die Verriegelungsposition von dem Spätanschlag um weniger als 20 Grad Kurbelwellenwinkel entfernt angeordnet, bevorzugt um weniger als 10 Grad Kurbelwellenwinkel und besonders bevorzugt um weniger als 5 Grad Kurbelwellenwinkel.
-
In einer vorteilhaften Weise ist die Antriebseinheit als eine Elektromaschine ausgebildet. Dadurch kann eine besonders flexible und schnellwirkende Antriebseinheit bereitgestellt werden. Unter einer „Elektromaschine” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Maschine vorgesehen werden, die dazu vorgesehen ist, elektrische und mechanische Energie zumindest in einer Richtung ineinander umzuwandeln.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinheit einstückig mit einer Startereinheit ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, die Kurbelwelle für einen Startvorgang der Brennkraftmaschine in Vorwärtsrichtung zu drehen. Dadurch kann eine zusätzliche Antriebseinheit vermieden und ein vorhandener Bauraum besonders vorteilhaft genutzt werden. Es kann eine kompakte Brennkraftmaschinenvorrichtung bereitgestellt werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Antriebseinheit als eine Starter-/Generatoreinheit ausgebildet ist, die insbesondere dazu vorgesehen ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
-
Ferner wird eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenvorrichtung vorgeschlagen, mit zumindest einer Zylinderbank, die mindestens 6 Arbeitszylinder umfasst. Dadurch kann eine besonders zuverlässige Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. Es kann ein besonders ruhiger Lauf, eine große Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine und ein hoher Komfort beim Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine eine R6-Anordnung, eine V12-Anordnung oder eine R12-Anordnung auf.
-
Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenvorrichtung vorgeschlagen, bei dem eine Steuer- und/oder Regeleinheit einen Nockenwellenversteller durch Ansteuerung einer Antriebseinheit in einer Rückwärtsdrehrichtung in eine startfähige Phasenlage verstellt. Dadurch kann ein besonders zuverlässiger und kraftstoffsparender Startvorgang erreicht werden.
-
In vorteilhafter Weise verstellt bei dem Verfahren die Steuer- und/oder Regeleinheit den Nockenwellenversteller bei einem Abstellvorgang durch Ansteuerung der Antriebseinheit in der Rückwärtsdrehrichtung in der startfähige Phasenlage. Dadurch kann ein dem Abstellvorgang folgender Startvorgang in besonders zuverlässiger und kraftstoffsparender Weise ausgeführt werden.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren eine Mittenverriegelung den Nockenwellenversteller in der startfähigen Phasenlage verriegelt. Dadurch kann eine startfähige Phasenlage besonders sicher eingestellt und fixiert werden.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Die einzige 1 zeigt eine Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine 11 in einer schematischen Darstellung, mit einer Kurbelwelle 12, die eine Vorwärtsdrehrichtung aufweist. Die Brennkraftmaschine 11 ist dazu vorgesehen, in der Vorwärtsdrehrichtung ein Drehmoment zu einem Antrieb eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst ferner eine Nockenwelle 14, die zur Betätigung von Gaswechselventilen 18, 19 der Brennkraftmaschine 11 vorgesehen ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Nockenwelle 14 als eine Einlassnockenwelle zur Betätigung von Einlassventilen ausgebildet. Es ist denkbar, dass die Nockenwelle 14 als eine Auslassnockenwelle zur Betätigung von Auslassventilen vorgesehen ist.
-
Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst einen Nockenwellenversteller 13 der zu einer aktiven Verstellung einer Phasenlage der Nockenwelle 14 gegenüber der Kurbelwelle 12 vorgesehen ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Nockenwellenversteller 13 als ein hydraulischer Nockenwellenversteller 13 ausgebildet. Es ist grundsätzlich denkbar, dass der Nockenwellenversteller 13 nach einem anderen wirksamen Prinzip arbeitet und beispielsweise als ein elektromechanischer Nockenwellenversteller 13 ausgebildet ist. Der Nockenwellenversteller 13 umfasst ein Antriebselement 21, das zu einem Antrieb des Nockenwellenverstellers 13 für eine Anbindung an die Kurbelwelle 12 vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst einen Nockenwellenantrieb 20, der in einem montierten Zustand der Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 das Antriebselement 21 an die Kurbelwelle 12 anbindet. Der Nockenwellenversteller 13 umfasst ferner ein Abtriebselement 22, das dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment zu einem Antrieb der Nockenwelle 14 auszuleiten. Das Abtriebselement 22 ist drehfest mit der Nockenwelle 14 verbunden.
-
Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst eine schaltbare Antriebseinheit 15. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuer- und Regeleinheit 16. Die Steuer- und Regeleinheit 16 ist dazu vorgesehen, mittels des Nockenwellenverstellers 13 eine Phasenlage der Nockenwelle 14 einzustellen. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst eine Signalleitung 23 zur Verbindung der Steuer- und Regeleinheit 16 mit dem Nockenwellenversteller 13. Die Steuer- und Regeleinheit 16 ist dazu vorgesehen, den Nockenwellenversteller 13 durch Ansteuerung der Antriebseinheit 15 in einer Rückwärtsdrehrichtung in eine startfähige Phasenlage zu verstellen. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst eine Signalleitung 24, welche die Steuer- und Regeleinheit 16 mit der Antriebseinheit 15 verbindet. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 umfasst eine Kupplungseinheit 25, die dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit 15 zeitweise an die Kurbelwelle 12 anzubinden. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass die Kupplungseinheit 25 dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit 15 an den Nockenwellenantrieb 20 anzubinden. Es ist ebenso denkbar, dass die Antriebseinheit 15 permanent an die Kurbelwelle 12 angebunden ist und/oder dass die Kupplungseinheit 25 entfällt. Die Steuer- und Regeleinheit 16 ist dazu vorgesehen, bei einem Abstellvorgang der Brennkraftmaschine 11 den Nockenwellenversteller 13 durch Ansteuerung der Antriebseinheit 15 in der Rückwärtsdrehrichtung in eine startfähige Phasenlage zu verstellen.
-
Der Nockenwellenversteller 13 weist eine nicht näher dargestellte Mittenverriegelung auf, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellenversteller 13 zumindest zeitweise in einer Verriegelungsposition zu verriegeln. Die Verriegelungsposition entspricht einer startfähigen Phasenlage. Die Mittenverriegelung ist schaltbar ausgebildet. Die Mittenverriegelung ist dazu vorgesehen, die Nockenwelle 14 abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 11 zu entriegeln, insbesondere in einem Betriebszustand außerhalb des Startvorgangs.
-
Der Nockenwellenversteller 13 weist einen Verstellbereich von einstellbaren Phasenlagen auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Verstellbereich einen Umfang von etwa 70 Grad Kurbelwellenwinkel auf. Der Nockenwellenversteller 13 umfasst einen Spätanschlag, der den Verstellbereich in Richtung spät, das heißt in einer Nacheilrichtung, begrenzt. Der Nockenwellenversteller 13 umfasst ferner einen Frühanschlag, der den Verstellbereich in Richtung früh, das heißt in einer Vorauseilrichtung, begrenzt. Der Nockenwellenversteller 13 ist dazu vorgesehen, die Nockenwelle 14 bei einem Abstellvorgang in eine Phasenlage zu verstellen, die dem Spätanschlag entspricht.
-
Die Antriebseinheit 15 ist als eine Elektromaschine ausgebildet. Die Antriebseinheit 15 ist einstückig mit einer Startereinheit ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, die Kurbelwelle 12 für einen Startvorgang der Brennkraftmaschine 11 in Vorwärtsrichtung zu drehen. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung 10 weist nicht näher dargestellte elektrische Leitungen auf, welche die Antriebseinheit 15 mit einem elektrischen Energiespeicher verbinden.
-
Die Antriebseinheit 15 ist dazu vorgesehen, zu einer Drehung der Kurbelwelle 12 ein Drehmoment in zwei alternativen Drehrichtungen bereitzustellen. Die Antriebseinheit 15 weist eine Welle 26 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment auszuleiten. Die Antriebseinheit 15 weist einen ersten Betriebszustand auf, in dem die Welle 26 in einer ersten Richtung dreht, die einer Drehung der Kurbelwelle 12 in Vorwärtsrichtung entspricht. Die Antriebseinheit 15 weist einen weiteren Betriebszustand auf, in dem die Welle 26 in einer der ersten Richtung entgegengerichteten Richtung dreht, die einer Drehung der Kurbelwelle 12 in Rückwärtsrichtung entspricht.
-
Die 1 zeigt ferner eine Zylinderbank 17 der Brennkraftmaschine 11, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs in Reihe angeordnete Arbeitszylinder 27, 28, 29, 30, 31, 32 umfasst. Die Arbeitszylinder weisen eine R6-Anordnung auf. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass die Brennkraftmaschine eine andere Zahl von Arbeitszylindern aufweist, insbesondere drei, vier, fünf, acht oder zehn Arbeitszylinder, die entsprechend eine der Anordnungen R3, R4, R5, R8, V8 oder V10 aufweisen. Die Arbeitszylinder 27, 28, 29, 30, 31, 32 sind analog zueinander ausgebildet, weshalb im Folgenden nur ein erster Arbeitszylinder 27 näher beschrieben wird. Die Brennkraftmaschine 11 umfasst je Arbeitszylinder 27 einen Hubkolben 33, eine Pleuelstange 34 und ein Pleuellager 35. Die Brennkraftmaschine 11 umfasst ferner je Arbeitszylinder 27 vier Gaswechselventile 18, 19, von denen zwei als Einlassventile und zwei als Auslassventile ausgebildet sind sowie vier Nockenfolger 36, 37 und ein Nockenelement 38. Die 1 zeigt die Einlassventile sowie die den Einlassventilen zugeordneten Nockenfolger 36, 37 und das den Einlassventilen zugeordnete Nockenelement 38. Das Nockenelement 38 ist drehfest auf der Nockenwelle 14 gelagert und weist zwei Nocken 39, 40 auf, die dazu vorgesehen sind, zu einer Betätigung der Einlassventile mit den Nockenfolgern 36, 37 zusammenzuwirken. Die Gaswechselventile 18, 19 weisen jeweils ein nicht näher dargestelltes Ventilfederelement auf, das dazu vorgesehen ist, eine Spannkraft bereitzustellen, durch die das jeweilige Gaswechselventil 18, 19 geschlossen wird oder geschlossen gehalten wird.
-
Die Spannkräfte der Ventilfederelemente drücken die Nockenfolger 36, 37 gegen die Nocken 39, 40 des Nockenelements 38, welches die Nocken 39, 40 in ein Widerstandsmoment übersetzt. Das Widerstandsmoment weist aufgrund einer Exzentrizität der Nocken 39, 40 die Form eines Wechselmoments auf. Die den einzelnen Arbeitszylindern 27, 28, 29, 30, 31, 32 zugeordneten Nocken 39, 40 sind jeweils in Umfangsrichtung um einen Winkel von 60 Grad versetzt gegeneinander angeordnet und bilden einen regelmäßigen Nockenstern aus, wodurch das Wechselmoment bezogen auf ein mittleres Wechselmoment eine kleine Amplitude aufweist.
-
Bei einem Abstellvorgang der Brennkraftmaschine 11 verstellt das Widerstandsmoment die Nockenwelle 14 an den Spätanschlag des Nockenwellenverstellers 13. Die Steuer- und Regeleinheit 16 schaltet die Mittenverriegelung in einen verriegelungsfähigen Zustand. Aufgrund der kleinen Amplitude des Widerstandselements lost sich die Nockenwelle 14 nur geringfügig von dem Spätanschlag, wodurch die Nockenwelle 14 nicht die Verriegelungsposition der Mittenverriegelung erreicht. Die Steuer- und Regeleinheit 16 steuert die Antriebseinheit 15 an, wodurch die Antriebseinheit 15 das Antriebselement 21 des Nockenwellenverstellers 13 in Rückwärtsdrehrichtung dreht. Die Nockenwelle 14 folgt dieser Drehbewegung nicht oder nur teilweise und wird dadurch relativ zu der Kurbelwelle 12 nach früh verstellt, bis sie die Phasenlage der Verriegelungsposition erreicht. Die Mittenverriegelung verriegelt die Nockenwelle 14 und die Nockenwelle 14 weist eine für einen Startvorgang geeignete, startfähige Phasenlage auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Brennkraftmaschinenvorrichtung
- 11
- Brennkraftmaschine
- 12
- Kurbelwelle
- 13
- Nockenwellenversteller
- 14
- Nockenwelle
- 15
- Antriebseinheit
- 16
- Steuer- und Regeleinheit
- 17
- Zylinderbank
- 18
- Gaswechselventil
- 19
- Gaswechselventil
- 20
- Nockenwellenantrieb
- 21
- Antriebselement
- 22
- Abtriebselement
- 23
- Signalleitung
- 24
- Signalleitung
- 25
- Kupplungseinheit
- 26
- Welle
- 27
- Arbeitszylinder
- 28
- Arbeitszylinder
- 29
- Arbeitszylinder
- 30
- Arbeitszylinder
- 31
- Arbeitszylinder
- 32
- Arbeitszylinder
- 33
- Hubkolben
- 34
- Pleuelstange
- 35
- Pleuellager
- 36
- Nockenfolger
- 37
- Nockenfolger
- 38
- Nockenelement
- 39
- Nocken
- 40
- Nocken
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
