DE102013223646A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfassend mindestens zwei Einlassventile und einen variablen Ventiltrieb - Google Patents

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfassend mindestens zwei Einlassventile und einen variablen Ventiltrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfassend mindestens zwei Einlassventile und einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Variabilität des Ventiltriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit diskret verstellbarem Ventilhub auf einfache und kostengünstige Art und Weise zu erhöhen, um die Hubkolbenbrennkraftmaschine hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens und des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern. Eine erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) umfasst mindestens einen Zylinder mit mindestens zwei Einlassventilen (12, 14) und einem variablen Ventiltrieb, welcher ein Umschaltsystem (28) umfasst, mittels welchem mindestens die Öffnungszeit des mindestens einen Einlassventils (12, 14) diskret verstellbar ist. Ferner ist mindestens eine Phasenverstellvorrichtung (32, 40) vorgesehen, mittels welcher die mindestens zwei Einlassventile (12, 14) während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) zueinander phasenverstellbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfassend mindestens zwei Einlassventile und einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus DE 602 18 753 T2 ist eine mehrzylindrige Diesel-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung bekannt, welche zwei Einlassventile und zwei Auslassventile für jeden Zylinder umfasst. Zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile sind mindestens eine Nockenwelle sowie zwischengeschaltete hydraulische Mittel vorgesehen, wobei mit Hilfe der hydraulischen Mittel der Ventilhub stufenlos steuerbar ist. Die den Einlassventilen zugeordneten Einlasskanäle weisen unterschiedliche Geometrien auf. Einer der Einlasskanäle ist tangential in Bezug zur Zylinderachse ausgerichtet, der andere weist einen spiralförmigen Endabschnitt auf. Diese unterschiedlichen Geometrien und eine unterschiedliche Betätigung der Einlassventile sollen es ermöglichen, den Wirbel bzw. Drall im Brennraum zu modulieren. Die beschriebene Ventilsteuerung ist relativ aufwendig und somit teuer.
  • Aus DE 692 31 665 T2 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Einlass- und Auslassventilen je Zylinder bekannt, welche über als Ventilsteuerungs-Umstellmechanismen bezeichnete Phasensteller in ihrer Phase verstellbar sind. Auf die Modulierung oder sonstige Steuerung des Wirbels bzw. Dralls im Brennraum wird nicht Bezug genommen.
  • Aus der Praxis sind ferner Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit sogenannten Umschaltsystemen bekannt, bei welchen die Bewegung einzelner Ventile mittels eines Verstellmechanismus in Stufen und somit diskret verstellbar ist, beispielsweise durch eine Umschaltung zwischen einem (zeitlich und/oder räumlich) langen Ventilhub und einem (zeitlich und/oder räumlich) kurzen Ventilhub. Diesbezüglich wird insbesondere auf sogenannte Schiebenockensysteme Bezug genommen, wie sie beispielsweise in WO 2004/083611 A1 sowie in DE 10 2010 022 708 A1 beschrieben sind. Auf sämtliche Inhalte der genannten Schriften wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Derartige Schiebenockensysteme wurden in den letzten Jahren als "AVS" (Audi Valvelift System) bekannt. Aus der Praxis ebenfalls bekannte Umschaltsysteme zur stufenweisen Verstellung des Ventilhubs sind insbesondere schaltbare Kipphebel (auch als „switchable finger followers“ bezeichnet) und schaltbare Tassenstößel.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Variabilität des Ventiltriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit diskret verstellbarem Ventilhub auf einfache und kostengünstige Art und Weise zu erhöhen, um die Hubkolbenbrennkraftmaschine hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens und des Kraftstoffverbrauchs zu beeinflussen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Eine erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder mit mindestens zwei Einlassventilen und einem variablen Ventiltrieb, welcher ein Umschaltsystem umfasst, mittels welchem mindestens die Öffnungszeit des mindestens einen Einlassventils diskret verstellbar ist. Ferner ist eine Phasenverstellvorrichtung vorgesehen, mittels welcher die mindestens zwei Einlassventile während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine zueinander phasenverstellbar sind. Eine wie vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine ermöglicht es, auf einfache und kostengünstige Art und Weise das effektive Verdichtungsverhältnis und den Drall bzw. Wirbel im Brennraum unabhängig voneinander zu variieren und somit die Variabilität des Ventiltriebs mit diskret verstellbarer Öffnungszeit eines Einlassventils zu erhöhen. Mit unabhängigem Variieren ist an dieser Stelle gemeint, dass keine Zwangskopplung dieser Parameter beispielsweise dergestalt vorhanden ist, dass eine (beispielsweise drallerhöhende) Phasenverschiebung zwangsläufig auch eine bestimmte Absenkung des effektiven Verdichtungsverhältnisses zur Folge hat. Mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind die Parameter – zumindest innerhalb gewisser Grenzen – unabhängig voneinander wähl- bzw. einstellbar. Diese erhöhte Variabilität ermöglicht – wie nachfolgend noch im Detail erläutert werden wird – eine vorteilhafte Entwicklung des Emissionsverhaltens (Reduzierung des Schadstoffausstoßes, insbesondere Ruß und Stickoxide) und des Kraftstoffverbrauchs (Reduzierung) der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Denn bei vielen Hubkolbenbrennkraftmaschinen kann durch wahlweise zeitversetztes Öffnen eines ersten Einlassventils und eines zweiten Einlassventils eines Zylinders der Drall bzw. Wirbel im Brennraum dieses Zylinders variiert werden. Das effektive Verdichtungsverhältnis wiederum wird durch den Schließzeitpunkt des letzten Einlassventils bestimmt. Mit einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine können die vorstehend genannten Parameter auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise unter Verwendung und neuartiger Kombination bekannter Aktuatorik entkoppelt werden.
  • In einer ersten praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist ein erstes Einlassventil einer ersten Nockenwelle zugeordnet und ein zweites Einlassventil einer zweiten Nockenwelle zugeordnet, wobei das Umschaltsystem der ersten Nockenwelle zugeordnet ist und die Phasenverstellvorrichtung der zweiten Nockenwelle zugeordnet ist. In diesem Fall kann über ein geeignetes Umschaltsystem, beispielsweise ein Schiebenockensystem mit Umschaltmöglichkeit zwischen einem „breiten“ Nocken und einem „schmalen“ Nocken, die Öffnungszeit des ersten Einlassventils variiert werden. Unter einem „schmalen“ Nocken wird im vorliegenden Fall jeder Nocken verstanden, mittels welchem – im Vergleich zu dem „breiten“ Nocken – entweder nur die Öffnungszeit verringert wird oder die Öffnungszeit und der Hub des zugeordneten Einlassventils verringert werden. Bevorzugt sind „schmale“ Nocken, mittels welchen nur die Öffnungszeit des zugeordneten Nockens gegenüber dem „breiten“ Nocken verringert wird, da in diesem Fall auf eine meist unerwünschte einlassseitige Drosselung verzichtet wird. Über den Phasenverstellmechanismus, beispielsweise über einen (einfachen) Phasensteller zur Erzielung einer Phasenverschiebung zwischen der ersten Nockenwelle und der zweiten Nockenwelle, kann darüber hinaus eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten Einlassventil und dem zweiten Einlassventil eingestellt werden. Auf die Einstellmöglichkeiten und die daraus resultierenden Folgen wird in Verbindung mit der Figurenbeschreibung noch im Detail eingegangen.
  • In einer anderen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine sind ein erstes Einlassventil und ein zweites Einlassventil der gleichen Nockenwelle zugeordnet, so dass sich – vorausgesetzt es gibt keine weiteren Einlassventile bzw. weitere Einlassventile sind ebenfalls auf der gleichen Nockenwelle angeordnet – eine „reine“ Einlassnockenwelle ergibt. Eine solche Ausbildung ist insofern vorteilhaft, als Einlass- und Auslassventile entkoppelt und somit – sofern gewünscht – unabhängig voneinander steuerbar sind. Es lässt sich insoweit eine besonders hohe Variabilität erzielen.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist die Phasenverstellvorrichtung mit einem Welle-in-Welle-System kombiniert, wobei das Welle-in-Welle-System eine Innenwelle und eine Außenwelle umfasst. Darunter ist insbesondere die Ausbildung einer Nockenwelle mit einer Innenwelle und einer Außenwelle zu verstehen, die es in bekannter Art und Weise ermöglicht, der gleichen Nockenwelle zugeordnete Einlass- und/oder Auslassventile unterschiedlichen Wellen des Welle-in-Welle-Systems zuzuordnen und diese somit unabhängig voneinander in der Phase zu verstellen. Vom Schutz umfasst sein sollen vorliegend sowohl Welle-in-Welle-Systeme mit einer (auf die Innenwelle oder auf die Außenwelle wirkenden) Phasenverstellvorrichtung als auch solche mit zwei Phasenverstellvorrichtungen (d.h. mit einer ersten, auf die Innenwelle wirkenden Phasenverstellvorrichtung und einer zweiten, auf die Außenwelle wirkenden Phasenverstellvorrichtung). Die Verwendung von Phasenverstellvorrichtungen mit einem Welle-in-Welle-System ist zur Realisierung der Erfindung bei „reinen“ Einlassnockenwellen (d.h. bei Nockenwellen, denen ausschließlich Einlassventile oder Auslassventile zugeordnet sind) obligatorisch, wenn es für jeden Zylinder nur eine Einlassnockenwelle gibt. Bei „gemischten“ Nockenwellen (d.h. Nockenwellen, denen mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil zugeordnet ist) können Welle-in-Welle-Systeme optional vorteilhaft eingesetzt werden. Dies wird in Verbindung mit der Figurenbeschreibung noch im Detail erläutert.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine münden alle den Einlassventilen zugeordneten Einlasskanäle tangential in den Brennraum. Eine derartige Geometrie ist insbesondere von Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit sogenanntem „gedrehten Ventilstern“ bekannt. Versuche mit derartigen Hubkolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen je Zylinder, haben ergeben, dass sich der Drall bzw. Wirbel im Brennraum bei zeitversetztem Öffnen der Einlassventile deutlich verändert. Solange nur ein Einlassventil geöffnet (und das andere noch geschlossen) ist, entsteht in der Regel ein größerer Drall als bei gleichzeitiger Öffnung beider bzw. aller Einlassventile, d.h. – mit anderen Worten ausgedrückt – der Drall wird „gebremst“ sobald das zweite Einlassventil öffnet. Die Ausbildung erfindungsgemäßer Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist ebenfalls sehr gut möglich, wenn den Einlassventilen Einlasskanäle zugeordnet sind, die zwar nicht tangential in den Brennraum münden, welche aber eine geeignete Ventilsitz-Drallfase (exzentrisch zur Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit bei kleinen Hüben in eine bevorzugte Richtung) umfassen.
  • Mit dem Begriff Umschaltsystem ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jedes System gemeint, das eine diskrete Verstellung der Öffnungszeit und/oder des Hubs eines Einlassventils bewirkt. Diesbezüglich wird beispielhaft insbesondere auf die aus dem Stand der Technik bekannten Schiebenockensysteme, schaltbare Kipphebel und schaltbare Tassenstößel hingewiesen. Vorteilhaft an der Verwendung dieser Systeme ist, dass nur zwischen zwei oder zumindest einer begrenzten Anzahl von diskreten „Stufen“ unterschieden wird, wodurch eine – im Vergleich zu stufenlos einstellbaren Systemen – einfache und kostengünstige Herstellung und Steuerung ermöglicht wird.
  • Auf die Vorteile einer Umschaltvorrichtung, mittels welcher der Hub des damit gekoppelten Einlassventils unter Berücksichtigung technischer Grenzen nur zeitlich verändert wird, wurde vorstehend bereits verwiesen. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird – beispielsweise im Falle eines Schiebenockensystems – angestrebt, den „schmalen“ Nocken so zu wählen, dass das Einlassventil über den gleichen Hub (Vollhub) wie im Falle des „breiten“ Nockens verfahren wird, wobei nur die Öffnungszeit des Einlassventils verkürzt wird.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine um eine nach dem Selbstzündungsverfahren betriebene Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere um einen Dieselmotor. Beim Diesel-Brennverfahren hat der Drall erfahrungsgemäß einen besonders großen Einfluss auf das Emissions- und Verbrauchsverhalten des Motors. Somit sind die beschriebenen Merkmalskombinationen für diese Art von Hubkolbenbrennkraftmaschinen besonders vorteilhaft.
  • Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine,
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine,
  • 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine und
  • 4a–c die Darstellung des Kolbenweges und der Ventilwege einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in verschiedenen Betriebszuständen.
  • Die 1–3 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen 10 in einer schematischen Darstellung, wobei sich die Darstellung im Wesentlichen auf die erfindungsrelevanten Elemente schränkt. Für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente werden zur Erleichterung des Verständnisses in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die in den 1–3 schematisch dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschinen 10 weisen nur einen Zylinder (nicht gezeigt) auf. Diesem Zylinder sind in allen gezeigten Ausführungsformen ein erstes Einlassventil 12, ein zweites Einlassventil 14, ein erstes Auslassventil 16 und ein zweites Auslassventil 18 zugeordnet. Die in den Zylindern geführten Hubkolben (nicht dargestellt) werden in bekannter Art und Weise über eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) angetrieben. Die Kurbelwelle treibt darüber hinaus über ein erstes Steuertriebselement 20 eine erste Nockenwelle 22 an. Die erste Nockenwelle 22 treibt über ein zweites Steuertriebselement 24 eine zweite Nockenwelle 26 an. Als Steuertriebselemente 20, 24 geeignet sind insbesondere Zahnriemen, Steuerketten und Stirnradgetriebe.
  • Das jeweils erste Einlassventil 12 der drei in den 1–3 gezeigten Ausführungsformen umfasst ein Umschaltsystem 28, mittels welchem die Einlassdauer – und optional zusätzlich der Hub – mindestens eines Einlassventils diskret verstellbar ist. In den 1–3 ist als Umschaltsystem 28 ein Schiebenockensystem skizziert, das es durch axiale Verschiebung eines Doppelnockens 30 auf der ersten Nockenwelle 22 (1 und 2) bzw. auf der zweiten Nockenwelle 26 (3) ermöglicht, das erste Einlassventil 12 wahlweise entweder über einen „breiten“ Nocken 30b oder über einen „schmalen“ Nocken 30s zu betätigen. Hinsichtlich möglicher detaillierter Ausbildungsformen des Umschaltsystems 28 wird noch einmal ausdrücklich auf WO 2004/083611 A1 und DE 10 2010 022 708 A1 verwiesen. Bei aktivem „schmalen“ Nocken 30s wird in der gezeigten Ausführungsform ausschließlich die Öffnungszeit des ersten Einlassventils 12 verkürzt. Der Hub des ersten Einlassventils 12 bleibt konstant. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung auch auf – in den Figuren nicht dargestellte – Ausführungsformen bezieht, bei welchen mit Hilfe des Umschaltsystems neben der Öffnungszeit auch der Hub eines Einlassventils variiert werden kann.
  • Im Folgenden wird auf die Unterschiede zwischen den in den 1–3 dargestellten Ausführungsformen der Hubkolbenbrennkraftmaschinen 10 eingegangen.
  • Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die erste Nockenwelle 22 und die zweite Nockenwelle 26 sogenannte „gemischte“ Nockenwellen, d.h. solche, denen sowohl Einlass- als auch Auslassventile zugeordnet sind. Der ersten Nockenwelle 22 sind das erste Einlassventil 12 mit Umschaltsystem 28 und das erste Auslassventil 16 zugeordnet. Der zweiten Nockenwelle 26 sind das zweite Einlassventil 14 und das zweite Auslassventil 18 zugeordnet. Über eine erste Phasenverstellvorrichtung 32 kann die zweite Nockenwelle 26 gegenüber der ersten Nockenwelle 22 phasenverstellt werden.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die erste Nockenwelle 22 und die zweite Nockenwelle 26 wiederum „gemischte“ Nockenwellen. Der ersten Nockenwelle 22 sind das erste Einlassventil 12 mit Umschaltsystem 28 und das erste Auslassventil 16 zugeordnet. Der zweiten Nockenwelle 26 sind das zweite Einlassventil 14 und das zweite Auslassventil 18 zugeordnet. Die zweite Nockenwelle 26 ist als Welle-in-Welle-System 34 mit einer Innenwelle 36 und einer Außenwelle 38 ausgebildet, wobei das zweite Einlassventil 14 der Innenwelle 36 zugeordnet ist und das zweite Auslassventil 18 der Außenwelle 38 zugeordnet ist. Die Innenwelle 36 ist – analog zur ersten Ausführungsform (1) – über eine erste Phasenverstellvorrichtung 32 verstellbar. Darüber hinaus ist die Außenwelle 38 über eine zweite Phasenverstellvorrichtung 40 gegenüber der Innenwelle 36 phasenverstellbar. Diese Anordnung ermöglicht es, die Phase des zweiten Auslassventils 18 unabhängig von der Phase des zweiten Einlassventils 14 verstellen zu können (und umgekehrt) und bietet somit eine höhere Variabilität.
  • Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die erste Nockenwelle 22 und die zweite Nockenwelle 26 sogenannte „reine“ Nockenwellen, d.h. solche, denen ausschließlich Einlassventile oder Auslassventile zugeordnet sind. Die zweite Nockenwelle 26 ist wiederum als Welle-in-Welle-System 34 mit einer Innenwelle 36 und einer Außenwelle 38 ausgebildet. Der ersten Nockenwelle 22 sind das erste Auslassventil 16 und das zweite Auslassventil 18 zugeordnet. Der Innenwelle 36 der zweiten Nockenwelle 26 ist das erste Einlassventil 12 mit Umschaltsystem 28 zugeordnet. Der Außenwelle 38 der zweiten Nockenwelle 26 ist das zweite Einlassventil 14 zugeordnet. Über eine erste Phasenverstellvorrichtung 32 kann die Außenwelle 38 der zweiten Nockenwelle 26 gegenüber der Innenwelle 36 der zweiten Nockenwelle 26 phasenverstellt werden.
  • Mit allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschinen 10 lassen sich die im Folgenden beschriebenen, in den 4a–c dargestellten Betriebszustände 1–3 realisieren.
  • Mit dem Bezugszeichen 42 ist in den 4a–c der qualitativ dargestellte Weg (y) (Ordinatenachse) des Kolbens über der Zeit (Abszissenachse) gekennzeichnet, mit dem Bezugszeichen 44 der qualitativ dargestellte Weg (y) des ersten Einlassventils 12 über der Zeit und mit dem Bezugszeichen 46 der qualitativ dargestellte Weg (y) des zweiten Einlassventils über der Zeit. Auf der Zeitachse (Abszissenachse) ist mit „OT“ der obere Totpunkt und mit „UT“ der untere Totpunkt des Kolbens gekennzeichnet.
  • 4a zeigt einen Betriebszustand 1 der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 10, bei welchem der „schmale“ Nocken 30s des Umschaltsystems 28 die Hubbewegung des ersten Einlassventils 12 bestimmt. Wie in 4a erkennbar ist, ergibt sich daraus ein relativ großer Zeitabstand d zwischen dem Öffnen des ersten Einlassventils 12 (Kurve 44) und dem Öffnen des zweiten Einlassventils 14 (Kurve 46). Dieser Zeitabstand d1 bewirkt eine Drallerhöhung im Brennraum der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10. Der in 4a mit s1 gekennzeichnete Zeitpunkt entspricht dem Schließzeitpunkt des zeitlich letzten Einlassventils (hier: Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils 14 – Schnittpunkt Kurve 46 mit der Abszissenachse).
  • 4b zeigt einen Betriebszustand 2 der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 10, bei welchem der „breite“ Nocken 30b des Umschaltsystems 28 die Hubbewegung des ersten Einlassventils 12 bestimmt, was daran erkennbar ist, dass die Kurve 44 in Zeit-Richtung ausgedehnt ist. Während in dem in 4a gezeigten Betriebszustand 1 das erste Einlassventil 12 kurz nach UT schließt, schließt es in dem in 4b gezeigten Betriebszustand erkennbar später. Im Übrigen wurden keine Veränderungen an der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 vorgenommen. Daraus ergibt sich bei unverändertem Wert für d2 (= d1) betreffend den Drall ein reduzierter Wert für das effektive Verdichtungsverhältnis. Das reduzierte effektive Verdichtungsverhältnis ergibt sich daraus, dass der in 4b mit s2 gekennzeichnete Zeitpunkt zeitlich nach dem Zeitpunkt s1 liegt. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Schließzeitpunkt s2 des letzten schließenden Einlassventils (hier: Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils 12 – Schnittpunkt Kurve 44 mit der Abszissenachse) in dem in 4b dargestellten Betriebszustand zeitlich später als der Schließzeitpunkt s1 des letzten schließenden Einlassventils in dem in 4a dargestellten Betriebszustand (dort: Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils 14 – Schnittpunkt Kurve 46 mit der Abszissenachse). In dem in 4b gezeigten Betriebszustand ist somit bei unverändertem Drall das effektive Verdichtungsverhältnis reduziert.
  • 4c zeigt einen Betriebszustand 3 der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 10, bei welchem wiederum der „breite“ Nocken 30b des Umschaltsystems 28 die Hubbewegung des ersten Einlassventils 12 bestimmt. Anders als bei dem in 4b gezeigten Betriebszustand 2 wurde allerdings mit Hilfe der ersten Phasenverstellvorrichtung 32 das zweite Einlassventil 14 gegenüber dem ersten Einlassventil 12 phasenverstellt, was an der Verschiebung der Kurve 46 „nach früh“ in 4c erkennbar ist. Dadurch ergibt sich eine geringere Zeitdifferenz d3 zwischen dem Öffnungszeitpunkt des ersten Einlassventils 12 und dem Öffnungszeitpunkt des zweiten Einlassventils 14. Daraus resultiert ein – im Vergleich zu den Betriebszuständen 1 und 2 – reduzierter Drall. Der Schließzeitpunkt s3 des „letzten“ Einlassventils (hier: des ersten Einlassventils 12 – Kurve 44) stimmt mit dem Schließzeitpunkt s2 überein. Das effektive Verdichtungsverhältnis ist daher in den Betriebszuständen 2 und 3 gleich.
  • Auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, dass die erste Phasenverstellvorrichtung 32 und/oder die zweite Phasenverstellvorrichtung 40 auch so ausgebildet sein können, dass der Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils 14 zeitlich nach dem Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils 12 bei „aktivem“ breiten Nocken 30b des Umschaltsystems 28 liegt. In diesem Fall würde – im Vergleich zu dem in 4b gezeigten Betriebszustand 2 – die Kurve 46 weiter „nach spät“ verschoben, so dass sich der Drall weiter erhöhen und das effektive Verdichtungsverhältnis weiter reduzieren würde.
  • Die Erfindung wurde vorstehend beispielhaft und schematisch am Beispiel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinder erläutert. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass vom Schutz auch Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern umfasst sind, insbesondere wenn jeder der Zylinder die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist. In diesem Fall sind erste Einlassventile und zweite Einlassventile an jedem Zylinder vorgesehen, so dass sich eine erste Einlassventilgruppe mit ersten Einlassventilen und eine zweite Einlassventilgruppe mit zweiten Einlassventilen ergeben. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern, deren Zylinder nur teilweise die vorstehend genannten Merkmalskombinationen aufweisen.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hubkolbenbrennkraftmaschine
    12
    erstes Einlassventil
    14
    zweites Einlassventil
    16
    erstes Auslassventil
    18
    zweites Auslassventil
    20
    erstes Steuertriebselement
    22
    erste Nockenwelle
    24
    zweites Steuertriebselement
    26
    zweite Nockenwelle
    28
    Umschaltsystem
    30b
    „breiter“ Nocken
    30s
    „schmaler“ Nocken
    32
    erste Phasenverstellvorrichtung
    34
    Welle-in-Welle-System
    36
    Innenwelle
    38
    Außenwelle
    40
    zweite Phasenverstellvorrichtung
    42
    Wegverlauf des Kolbens
    44
    Kurve (Zeit-Weg-Verlauf des ersten Einlassventils)
    46
    Kurve (Zeit-Weg-Verlauf des zweiten Einlassventils)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 60218753 T2 [0002]
    • DE 69231665 T2 [0003]
    • WO 2004/083611 A1 [0004, 0021]
    • DE 102010022708 A1 [0004, 0021]

Claims (8)

  1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder mit zwei Einlassventilen (12, 14) und einem variablen Ventiltrieb, welcher ein Umschaltsystem (28) umfasst, mittels welchem mindestens ein Einlassventil (12, 14) mindestens hinsichtlich der Öffnungszeit diskret verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens eine Phasenverstellvorrichtung (32, 40) vorgesehen ist, mittels welcher die mindestens zwei Einlassventile (12, 14) während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) zueinander phasenverstellbar sind.
  2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Einlassventil (12) einer ersten Nockenwelle (22) zugeordnet ist und ein zweites Einlassventil (14) einer zweiten Nockenwelle (26) zugeordnet ist, wobei das Umschaltsystem (28) der ersten Nockenwelle (22) zugeordnet ist und die mindestens eine Phasenverstellvorrichtung (32) der zweiten Nockenwelle (26) zugeordnet ist.
  3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Einlassventil (12) und ein zweites Einlassventil (14) der gleichen Nockenwelle (26) zugeordnet sind, wobei das Umschaltsystem (28) und die mindestens eine Phasenverstellvorrichtung (32) dieser Nockenwelle (26) zugeordnet sind.
  4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Phasenverstellvorrichtung (32) mit einem Welle-in-Welle-System (34) kombiniert ist.
  5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Einlassventilen (12, 14) zugeordneten Einlasskanäle tangential in den Brennraum münden oder eine Ventilsitz-Drallfase umfassen.
  6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltsystem (28) ein Schiebenockensystem ist, schaltbare Kipphebel umfasst oder schaltbare Tassenstößel umfasst.
  7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltsystem (28) ausschließlich zur Variation der Öffnungszeit des zugeordneten Einlassventils (12, 14) ausgebildet ist.
  8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine nach dem Selbstzündungsverfahren betriebene Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) handelt.
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