DE102014114358B4

DE102014114358B4 - Verbrennungsmotor mit versorgungssystem zur betätigung eines nockenphasenstellers

Info

Publication number: DE102014114358B4
Application number: DE102014114358.2A
Authority: DE
Inventors: Alan W. Hayman; David R. Staley; Eric D. Staley
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: US20150096511A1; CN104514595A; CN104514595B; US9200547B2; DE102014114358A1

Abstract

Verbrennungsmotor (10) für ein Fahrzeug, der umfasst:einen Motorblock (22), der mehrere Zylinder definiert;einen Zylinderkopf (24), der an dem Motorblock (22) befestigt ist und Einlasskanäle (34) sowie Auslasskanäle (36) in Verbindung mit den Zylindern definiert;ein Ventiltriebsystem (20), das mehrere Einlassventile (58), die in den Einlasskanälen (34) angeordnet sind, und mehrere Auslassventile (60) umfasst, die in den Auslasskanälen (36) angeordnet sind;eine Nockenwelle (42, 44), die zum Öffnen der mehreren Einlassventile (58) und/oder der mehreren Auslassventile (60) betreibbar ist;einen hydraulischen Nockenphasensteller (46), der eine Kammer für eine Verstellung nach früh und/oder eine Kammer für eine Verstellung nach spät zum Aufnehmen von Hydraulikfluid aufweist, um eine Drehposition der Nockenwelle (42, 44) nach früh oder nach spät zu verstellen;ein hydraulisches Betätigungssystem (70), das eine Hydrauliksammelkammer (100) in selektiver Verbindung mit der Kammer für die Verstellung nach früh und/oder der Kammer für die Verstellung nach spät des hydraulischen Nockenphasenstellers umfasst; undeine erste Systemölpumpe (72) zum Liefern von Schmieröl an Motorlager und das Ventiltriebsystem (20),wobei das hydraulische Betätigungssystem (70) eine zweite Ölpumpe (82) umfasst, um der Hydrauliksammelkammer (100) Öl zuzuführen,wobei die erste Systemölpumpe (72) und die zweite Ölpumpe (82) durch ein Motorantriebssystem (83) angetrieben werden,wobei die zweite Ölpumpe (82) mit einer Kupplungseinrichtung (84) gesteuert wird, welche die zweite Ölpumpe (82) mit dem Motorantriebssystem (83) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dassder Verbrennungsmotor (10) einen Controller (110) aufweist, der eine Betätigung der Kupplungseinrichtung (84) steuert, um die Kupplungseinrichtung (84) während einer Verlangsamung des Fahrzeugs zu betätigen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor und insbesondere einen Verbrennungsmotor mit einem effizienten Versorgungssystem zur Betätigung eines Nockenphasenstellers.
HINTERGRUND
Nockenwellen-Phasensteller wurden zum Variieren einer Ventilzeiteinstellung in Verbrennungsmotoren weithin verwendet, um Ziele wie beispielsweise geringere Emissionen und eine erhöhte Spitzenleistung bei hohen Drehzahlen zu erreichen und um die Leerlaufqualität zu verbessern. Nockenwellen-Phasensteller werden normalerweise unter Verwendung eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids betrieben, was den Betrieb des Motors erfordert. Dementsprechend sind Nockenwellen-Phasenstellersysteme typischerweise nicht zu einem Betrieb während Bedingungen mit ausgeschaltetem Motor in der Lage. Ein Motorstart kann aufgrund eines breiten Bereichs von Temperaturen nachteilig beeinflusst werden, und er kann verbessert werden, indem die Kompressionsverhältnisse beim Start verringert werden.
Aus der JP H11- 13 429 A ist ein Verbrennungsmotor mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die US 5 243 935 A beschreibt einen ähnlichen Verbrennungsmotor.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verbrennungsmotor mit einem Nockenwellen-Phasenstellersystem zu schaffen, das zu einer Nockenwellenanpassung während Bedingungen mit ausgeschaltetem Motor in der Lage ist, um den Motorstart bei geringen Kosten und mit einem minimalen nachteiligen Einfluss durch parasitäre Verluste des Motors zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Verbrennungsmotor ist für ein Fahrzeug vorgesehen und weist einen Motorblock auf, welcher mehrere Zylinder definiert. Ein Zylinderkopf ist an dem Motorblock befestigt und definiert Einlasskanäle sowie Auslasskanäle in Verbindung mit den Zylindern. Ein Ventiltriebsystem umfasst mehrere Einlassventile, die in den Einlasskanälen angeordnet sind, und mehrere Auslassventile, die in den Auslasskanälen angeordnet sind. Eine oder mehrere Nockenwellen und mehrere Ventilhubmechanismen sind betreibbar, um die mehreren Einlassventile und die mehreren Auslassventile zu öffnen. Ein hydraulischer Nockenphasensteller weist eine Kammer für eine Verstellung nach früh und/oder eine Kammer für eine Verstellung nach spät zum Aufnehmen von Hydraulikfluid auf, um eine Drehposition der Nockenwelle selektiv nach früh oder nach spät zu verstellen. Das hydraulische Betätigungssystem umfasst eine Hydrauliksammelkammer in selektiver Verbindung mit der Kammer für die Verstellung nach früh und/oder der Kammer für die Verstellung nach spät des hydraulischen Nockenphasenstellers. Eine erste Systemölpumpe liefert Öl zur Schmierung an den gesamten Motor, und das hydraulische Betätigungssystem umfasst eine zweite Ölpumpe, um der Hydrauliksammelkammer Öl zuzuführen. Die erste Systemölpumpe und die zweite Ölpumpe werden durch ein Motorantriebssystem angetrieben. Die zweite Ölpumpe wird durch eine Kupplungseinrichtung gesteuert, welche die zweite Ölpumpe mit dem Motorantriebssystem verbindet. Der Verbrennungsmotor weist einen Controller auf, der die Betätigung der Kupplungseinrichtung steuert, um die Kupplungseinrichtung während einer Verlangsamung des Fahrzeugs zu betätigen.
ZEICHNUNGEN

1 ist eine Schnittansicht einer Motorbaugruppe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist ein schematisches Diagramm eines Versorgungssystems zur Betätigung eines hydraulischen Nockenphasenstellers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

Entsprechende Bezugszeichen geben überall in den verschiedenen Zeichnungsansichten entsprechende Teile an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben.
Eine beispielhafte Motorbaugruppe 10 ist in 1 dargestellt, und sie kann eine Motorstruktur 12, eine Kurbelwelle 14, mehrere Kolben 16, Motorlager 18 (2) und eine Ventiltriebbaugruppe 20 umfassen. Die Motorstruktur 12 kann einen Motorblock 22 und einen Zylinderkopf 24 umfassen. Die Motorstruktur 12 definiert mehrere Zylinderbohrungen 26 (der Einfachheit halber ist ein Zylinder dargestellt). Es versteht sich jedoch, dass die vorliegenden Lehren für eine beliebige Anzahl von Kolben-Zylinderanordnungen und eine Vielzahl von Hubkolben-Motorkonfigurationen gelten, die V-Motoren, Reihenmotoren und horizontal entgegengesetzte Motoren sowie sowohl Konfigurationen mit obenliegenden Nocken (sowohl mit einzelnen als auch mit doppelten obenliegenden Nocken) als auch mit Nocken im Block umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Die Kolben 16 sind jeweils in einer der Zylinderbohrungen 26 angeordnet. Der Zylinderkopf 24 wirkt mit den Zylinderbohrungen 26 und den Kolben 16 zusammen, um mehrere Verbrennungskammern 30 zu definieren. Die Motorstruktur 12 definiert einen oder mehrere Einlasskanäle 34 und einen oder mehrere Auslasskanäle 36 in dem Zylinderkopf 24 in Verbindung mit den Verbrennungskammern 30.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Ventiltriebbaugruppe 20 eine erste Nockenwelle 42, eine zweite Nockenwelle 44 sowie einen ersten und einen zweiten Ventilhubmechanismus 50, 52 umfassen, die einem jeweiligen der Einlass- bzw. Auslasskanäle 34, 36 zugeordnet sind.
Wie es in 2 gezeigt ist, kann ein Nockenphasensteller 46 mit der ersten oder der zweiten Nockenwelle 42, 44 verbunden sein. Es wird angemerkt, dass jede von der ersten und der zweiten Nockenwelle 42, 44 einen Nockenphasensteller 46 aufweisen kann, der dieser zugeordnet ist, obgleich 2 lediglich einen Nockenphasensteller 46 zeigt. Ein Einlassventil 58 kann in dem Einlasskanal 34 angeordnet sein, und der erste Ventilhubmechanismus 50 kann mit dem Einlassventil 58 in Eingriff stehen. Ein Auslassventil 60 kann in dem Auslasskanal 36 angeordnet sein, und der zweite Ventilhubmechanismus 52 kann mit dem Auslassventil 60 in Eingriff stehen. Zusätzliche Einlass- und Auslasskanäle können in jedem Zylinder zusammen mit zusätzlichen Einlass- und Auslassventilen, die in diesen angeordnet sind, vorgesehen sein. Der Nockenphasensteller 46 kann ein Nockenphasensteller mit einer mittleren Parkposition oder einer Endparkposition sein, wie es allgemein in der Technik bekannt ist, obgleich andere Konstruktionen von Nockenphasenstellern verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun das hydraulische Versorgungssystem 70 zur Betätigung eines Nockenphasenstellers für die Verstellung des Nockenphasenstellers 46 nach früh oder nach spät gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beschrieben, um die Drehposition der Nockenwelle 42 einzustellen. Das hydraulische Versorgungssystem 70 umfasst ein Schmierungssystem 71 mit einer Hauptölpumpe 72, die eine Pumpe mit variabler Verdrängung sein kann. Die Hauptölpumpe 72 kann verwendet werden, um Schmieröl an die Ventiltriebbaugruppe 20 sowie an andere Motorkomponenten zu liefern. Die Hauptölpumpe 72 saugt Öl aus einem Sumpf 74 an und liefert das Öl durch einen Hauptdurchgang 76 über ein Rückschlagventil 78 und einen Filter 80. Vom Filter 80 aus kann das Öl an verschiedene Komponenten der Ventiltriebbaugruppe 20 geliefert und zu dem Sumpf 74 zurückgeführt werden, wie es in der Technik bekannt ist.
Eine sekundäre Verdrängerölpumpe 82 kann über ein elektrohydraulisches Kupplungssystem 84 aktiviert werden, um durch das Motorantriebssystem 83 angetrieben zu werden, das die Hauptölpumpe 72 antreibt. Das Kupplungssystem 84 kann durch ein Solenoidventil 86 mit zwei Anschlüssen/zwei Positionen zur selektiven Betätigung der Kupplung 84 eingerückt werden, um den sekundären Pumpenantrieb 88 zum Antreiben der sekundären Ölpumpe 82 zu aktivieren. Das Solenoidventil 86 nimmt gefiltertes Öl aus der Hauptölpumpe 72 über einen Durchgang 90 auf. Der Durchgang 90 ist auch mit dem Versorgungskanal 92 der sekundären Ölpumpe 82 verbunden. Der Auslass 94 der sekundären Ölpumpe 82 ist mit der Hydrauliksammelkammer 100 verbunden. Die Hydrauliksammelkammer 100 steht mit dem Nockenphasensteller 46 über ein Dreipositionenventil 102 in Verbindung. Wie es in der Technik bekannt ist, weist das Dreipositionenventil, das dem Nockenphasensteller 46 zugeordnet ist, drei Positionen auf, die eine erste Position für eine Verstellung des Nockenphasenstellers 46 nach früh, eine zweite Position für eine Verstellung der Position des Nockenphasenstellers 46 nach spät und eine dritte Zwischenposition umfassen, die eine Modulation der Nockenphasenstellerposition ermöglicht. Es wird angemerkt, dass andere Nockenphasensteller-Anordnungen und Ventilanordnungen verwendet werden können, einschließlich von Nockenphasenstellern mit normalerweise nach früh verstellter oder normalerweise nach spät verstellter Position.
Ein optionales Druckverringerungsventil 104 kann in dem Durchgang zwischen der Hydrauliksammelkammer 100 und dem Nockenphasensteller 46 vorgesehen sein, was ermöglicht, dass der Nockenphasensteller bei einem anderem Druck als die Sammelkammer 100 betrieben wird. Zusätzlich kann optional ein Proportionalventil 106 mit zwei Anschlüssen/drei Positionen verwendet werden, um das Nockenphasenstellersystem selektiv aufzuladen und/oder die Sammelkammer 100 selektiv zu entladen. Es wird angemerkt, dass die Dreipositionenanordnung des Proportionalventils 106 mit zwei Anschlüssen/drei Positionen eine erste geschlossene Position 106a, eine zweite Position 106b mit beschränkter Strömung und eine dritte Sammelkammer-Entladungsposition 106c umfasst. Als eine Alternative zum Proportionalventil kann ein Einweg-Rückschlagventil mit beschränkter Funktion verwendet werden.
Das Hydrauliksystem der vorliegenden Offenbarung ist ausgebildet, um eine Lösung mit geringen Kosten zum Ermöglichen einer aggressiven Nockenphasenstellerbewegung über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen einschließlich von Bedingungen mit ausgeschaltetem Motor bereitzustellen. Im Zustand mit ausgeschaltetem Motor wird die Hauptölpumpe 72 nicht angetrieben, und sie ist nicht in der Lage, Öl an den Nockenphasensteller 46 zu liefern. Dementsprechend speichert die Sammelkammer 100 unter Druck stehendes Öl, das während Bedingungen mit ausgeschaltetem Motor verwendet werden kann, um die Position des Nockenphasenstellers 46 einzustellen.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Controller 110 ausgestattet, der Fahrzeugbetriebsbedingungen über Eingänge 112 überwacht. Während einer Fahrzeug- und Motorverlangsamung liefert der Controller 110 Ausgangssignale über eine Verbindung 114, um das Solenoidventil 86 mit zwei Anschlüssen/zwei Positionen zum Einrücken der elektrohydraulischen Kupplung 84 zu aktivieren, um die sekundäre Ölpumpe 82 anzutreiben und die Hydrauliksammelkammer 100 aufzuladen. Daher kann Bremsenergie durch Regeneration zum Aufladen der Sammelkammer 100 verwendet werden, anstatt dass irgendwelche parasitären Verluste geschaffen werden, welche die Kraftstoffeffizienz verringern. Die Hydrauliksammelkammer 100 wird während einer Motorverlangsamung derart selektiv aufgeladen, dass dann, wenn sich der Motor in einen ausgeschalteten Zustand befindet, das gespeicherte unter Druck stehende Fluid in der Sammelkammer 100 verwendet werden kann, um den Nockenphasensteller 46 vor dem nächsten Motorstart einzustellen. Die Fähigkeit zum Einstellen des Nockenphasenstellers 46 vor dem Motorstart ermöglicht ein verbessertes Starten des Motors mit einer Anpassung auf ein geringeres Kompressionsverhältnis beim Start. Dementsprechend sorgt das System der vorliegenden Offenbarung für eine vollständige Kontrolle bezüglich der Nockenphaseneinstellung sowohl vor dem Motorstart als auch während des Motorbetriebs. Das System der vorliegenden Offenbarung minimiert auch eine beliebige nachteilige Auswirkung durch parasitäre Verluste des Motors, indem die Sammelkammer 100 während Fahrzeugverlangsamungen erneut aufgeladen wird. Das System sorgt auch für eine hydraulische Isolierung des Nockenphasenstellers 46, um eine stabile Steuerung des Nockenphasenstellers 46 zu schaffen. Indem eine fest zugeordnete sekundäre Ölpumpe 82 verwendet wird, kann die Hauptölpumpe 72 bei einem geringeren Druck betrieben werden, um eine geeignete Schmierung für die Motorlager und die Ventiltriebkomponenten zu liefern, während eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit geschaffen wird. Die sekundäre Ölpumpe 82 und die Sammelkammer 100 ermöglichen auch die Freiheit, den Nockenphasensteller 46 für ein verbessertes Ansprechen des Phasenstellers bei höheren Betriebsdrücken zu betreiben, ohne dass der optimierte Betriebsdruck der Hauptölpumpe 72 für den Rest des Motors nachteilig beeinflusst wird. Das System ermöglicht auch die Verwendung eines Nockenphasenstellers mit mittlerer Parkposition zum Erreichen von Stopp- und Startzielen, wodurch die Notwendigkeit für komplexe Konstruktionen von Nockenphasenstellern mit „doppelter Parkposition“ verringert wird. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht ein Potential einer Kompressionsfreigabe für einen verbesserten Start über breite Temperaturbereiche.

Claims

Verbrennungsmotor (10) für ein Fahrzeug, der umfasst: einen Motorblock (22), der mehrere Zylinder definiert; einen Zylinderkopf (24), der an dem Motorblock (22) befestigt ist und Einlasskanäle (34) sowie Auslasskanäle (36) in Verbindung mit den Zylindern definiert; ein Ventiltriebsystem (20), das mehrere Einlassventile (58), die in den Einlasskanälen (34) angeordnet sind, und mehrere Auslassventile (60) umfasst, die in den Auslasskanälen (36) angeordnet sind; eine Nockenwelle (42, 44), die zum Öffnen der mehreren Einlassventile (58) und/oder der mehreren Auslassventile (60) betreibbar ist; einen hydraulischen Nockenphasensteller (46), der eine Kammer für eine Verstellung nach früh und/oder eine Kammer für eine Verstellung nach spät zum Aufnehmen von Hydraulikfluid aufweist, um eine Drehposition der Nockenwelle (42, 44) nach früh oder nach spät zu verstellen; ein hydraulisches Betätigungssystem (70), das eine Hydrauliksammelkammer (100) in selektiver Verbindung mit der Kammer für die Verstellung nach früh und/oder der Kammer für die Verstellung nach spät des hydraulischen Nockenphasenstellers umfasst; und eine erste Systemölpumpe (72) zum Liefern von Schmieröl an Motorlager und das Ventiltriebsystem (20), wobei das hydraulische Betätigungssystem (70) eine zweite Ölpumpe (82) umfasst, um der Hydrauliksammelkammer (100) Öl zuzuführen, wobei die erste Systemölpumpe (72) und die zweite Ölpumpe (82) durch ein Motorantriebssystem (83) angetrieben werden, wobei die zweite Ölpumpe (82) mit einer Kupplungseinrichtung (84) gesteuert wird, welche die zweite Ölpumpe (82) mit dem Motorantriebssystem (83) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) einen Controller (110) aufweist, der eine Betätigung der Kupplungseinrichtung (84) steuert, um die Kupplungseinrichtung (84) während einer Verlangsamung des Fahrzeugs zu betätigen.
Verbrennungsmotor (10) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, der ferner ein Solenoidventil (86) umfasst, das durch den Controller (110) gesteuert wird und mit der ersten Systemölpumpe (72) und mit der Kupplungseinrichtung (84) in Verbindung steht, um der Kupplungseinrichtung (84) zum Einrücken der Kupplungseinrichtung (84) Öl zuzuführen.