DE102014205357A1 - Internal combustion engine with variable valve train and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung zum Zuführen von Frischluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, – einer Pumpe (3a) zur Förderung von Motoröl, wobei die Pumpe (3a) unter Ausbildung eines Ölkreislaufs (1) der Versorgung der Brennkraftmaschine mit Motoröl dient, und – mindestens einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb (17) mit einem Ventil (17a, 17a1, 17a2), das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um eine Einlass- oder Auslassöffnung eines Zylinders freizugeben bzw. zu versperren, mit Ventilfedermitteln, um das Ventil (17a, 17a1, 17a2) in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer hydraulisch verstellbaren Betätigungseinrichtung, um das Ventil (17a, 17a1, 17a2) entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die hinsichtlich des zumindest teilweise variablen Ventiltriebs (17) optimiert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Betätigungseinrichtung via Öldruckleitung (7b, 16a1, 16a2, 18), die vom Ölkreislauf (1) abzweigt, mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar ist, wobei in der Öldruckleitung (7b, 16a1, 16a2, 18) ein steuerbares Absperrelement (6, 61, 62) angeordnet ist, welches die Öldruckleitung (7b, 16a1, 16a2, 18) versperrt oder freigibt.The invention relates to an internal combustion engine having - at least one cylinder head with at least one cylinder, each cylinder having at least one inlet opening for supplying fresh air via the intake system and at least one outlet opening for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem, - a pump (3a) for conveying motor oil, the pump (3a) serving to supply the internal combustion engine with engine oil while forming an oil circuit (1), and - at least one at least partially variable valve train (17) having a valve (17a, 17a1, 17a2) between a valve closing position and a valve open position is movable to release an intake or exhaust port of a cylinder, with valve spring means for biasing the valve (17a, 17a1, 17a2) toward the valve closing position, and with a hydraulically adjustable actuator to move the valve (17a, 17a1, 17a2) against the biasing force of the Ventilfe dermittel to open. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine. An internal combustion engine is to be provided which is optimized with regard to the at least partially variable valve drive (17). This is achieved with an internal combustion engine of the type mentioned, which is characterized in that the actuating device via oil pressure line (7b, 16a1, 16a2, 18), which branches off from the oil circuit (1), can be acted upon with pressurized oil, wherein in the oil pressure line (7b, 16a1, 16a2, 18) a controllable shut-off element (6, 61, 62) is arranged, which blocks or releases the oil pressure line (7b, 16a1, 16a2, 18).
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung zum Zuführen von Frischluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist,
- – einer Pumpe zur Förderung von Motoröl, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs der Versorgung der Brennkraftmaschine mit Motoröl dient, und
- – mindestens einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um eine Einlass- oder Auslassöffnung eines Zylinders freizugeben bzw. zu versperren, mit Ventilfedermitteln, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer hydraulisch verstellbaren Betätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen.
- At least one cylinder head with at least one cylinder, each cylinder having at least one inlet opening for supplying fresh air via the intake system and at least one outlet opening for discharging the exhaust gases via the exhaust gas removal system,
- - A pump for the delivery of engine oil, the pump is used to form an oil circuit to supply the engine with engine oil, and
- At least one at least partially variable valvetrain having a valve movable between a valve closed position and a valve open position to open an intake or exhaust port of a cylinder with valve spring means to bias the valve toward the valve closed position and a hydraulic valve adjustable actuator to open the valve against the biasing force of the valve spring means.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a drive for motor vehicles. In the context of the present invention, the term internal combustion engine comprises gasoline engines, diesel engines, but also hybrid internal combustion engines, which use a hybrid combustion process, and hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine comprise an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable auxiliary drive additionally delivers power.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder, d. h. Brennräume miteinander verbunden werden. Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums, d. h. das Ansaugen der Frischluft über die Einlassöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Die für die Bewegung eines Ventils erforderliche Betätigungseinrichtung einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which is used to form the individual cylinders, d. H. Combustion chambers are interconnected. The cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes. The cylinder head is usually used to hold the valve train. To control the charge cycle, an internal combustion engine requires controls and actuators to operate the controls. As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber, d. H. the intake of fresh air through the inlet openings. To control the charge cycle four-stroke engines almost exclusively lift valves are used as control members that perform an oscillating stroke during operation of the internal combustion engine and thus release the inlet and outlet ports and close. The required for the movement of a valve actuator including the valve itself is referred to as a valve train.
Eine Betätigungseinrichtung umfasst eine Nockenwelle, auf der Nocken angeordnet sind. Grundsätzlich wird zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden. Dabei wird Bezug genommen auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock. Liegt die Nockenwelle oberhalb dieser Trennebene handelt es sich um eine obenliegende Nockenwelle, andernfalls um eine untenliegende Nockenwelle.An actuating device comprises a camshaft on which cams are arranged. Basically, a distinction is made between an underlying camshaft and an overhead camshaft. In this case, reference is made to the parting line between the cylinder head and cylinder block. If the camshaft is above this parting line, it is an overhead camshaft, otherwise a camshaft underneath.
Obenliegende Nockenwellen werden ebenfalls im Zylinderkopf gelagert, wobei ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Schlepphebel, einen Kipphebel und/oder einen Stößel aufweisen kann. Diese Nockenfolgeelemente liegen im Kraftfluss zwischen Nocken und Ventil.Overhead camshafts are likewise mounted in the cylinder head, wherein a valve drive with an overhead camshaft as a further valve drive component may have a rocker arm, a rocker arm, a rocker arm and / or a plunger. These cam follower elements are located in the power flow between cam and valve.
Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die mindestens eine Einlass- und/oder Auslassöffnung eines Zylinders rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders bzw. ein vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik wird ein Zylinder daher auch häufig und zunehmend mit zwei oder mehr Einlass- bzw. Auslassöffnungen ausgestattet.It is the task of the valve drive to release or close at least one inlet and / or outlet opening of a cylinder in good time, with the aim of rapidly releasing as large a flow cross section as possible in order to keep the throttling losses in the inflowing and outflowing gas flows low and one To ensure the best possible filling of the cylinder or a complete discharge of the exhaust gases. In the prior art, therefore, a cylinder is also frequently and increasingly equipped with two or more inlet and outlet ports.
Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert.The intake pipes leading to the intake ports and the exhaust pipes connecting to the exhaust ports are at least partially integrated in the cylinder head in the prior art.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist es ein grundsätzliches Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad im Vordergrund der Bemühungen steht.In the development of internal combustion engines, it is a fundamental goal to minimize fuel consumption, with an improved overall efficiency in the foreground of the efforts.
Problematisch sind der Kraftstoffverbrauch und damit der Wirkungsgrad insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des Ottomotors. Die Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr diese das Ansaugsystem versperrt, desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlass in den mindestens einen Zylinder, d. h. Brennraum. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich die Quantitätsregelung gerade im Teillastbetrieb als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugsystem, wodurch die Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung steigen.The fuel consumption and thus the efficiency are particularly problematic in gasoline engines, ie in spark-ignition internal combustion engines. The reason for this lies in the basic working method of the gasoline engine. The load control is usually carried out by means of a throttle valve provided in the intake system. By adjusting the throttle, the pressure of the intake air behind the throttle valve can be reduced more or less. The farther the throttle is closed, that is, the more it obstructs the intake system, the higher the pressure loss of the intake air over the throttle and the lower the pressure of the intake air downstream of the throttle and before the inlet to the at least one cylinder, ie combustion chamber. With constant combustion chamber volume can be adjusted in this way on the pressure of the intake air, the air mass, ie the quantity. This also explains why the quantity control proves to be disadvantageous especially in part-load operation, because low loads require high throttling and pressure reduction in the intake system, whereby the charge exchange losses increase with decreasing load and increasing throttling.
Um die beschriebenen Verluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung eines Ottomotors entwickelt.To reduce the losses described, various strategies for de-throttling a gasoline engine have been developed.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des Ottomotors ist beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit Direkteinspritzung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes ist ein geeignetes Mittel zur Realisierung einer geschichteten Brennraumladung. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ermöglicht damit in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung beim Ottomotor. Die Gemischbildung erfolgt durch direkte Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder bzw. in die in dem Zylinder befindliche Luft und nicht durch äußere Gemischbildung, bei der der Kraftstoff im Ansaugsystem in die angesaugte Luft eingebracht wird.One approach to dethrottling the gasoline engine is, for example, an Otto engine working method with direct injection. The direct injection of the fuel is a suitable means for realizing a stratified combustion chamber charge. The direct injection of the fuel into the combustion chamber thus allows within certain limits a quality control of the gasoline engine. The mixture formation takes place by direct injection of the fuel into the cylinder or into the air in the cylinder and not by external mixture formation, in which the fuel is introduced in the intake system in the intake air.
Eine andere Möglichkeit zur Entdrosselung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bietet die Zylinderabschaltung, d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Lastbereichen. Der Wirkungsgrad kann im Teillastbetrieb durch eine solche Teilabschaltung verbessert, d. h. erhöht werden, denn die Abschaltung eines Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht bei konstanter Motorleistung die Belastung der übrigen noch in Betrieb befindlichen Zylinder, so dass bei Ottomotoren die Drosselklappe zum Einbringen einer größeren Luftmasse in diese Zylinder weiter geöffnet werden kann bzw. muss, wodurch insgesamt eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder arbeiten während der Teilabschaltung im Bereich höherer Lasten, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Das Lastkollektiv wird zu höheren Lasten hin verschoben. Die während der Teilabschaltung weiter betriebenen Zylinder weisen zudem aufgrund der größeren zugeführten Luftmasse bzw. Gemischmasse eine verbesserte Gemischbildung auf. Zusätzliche Wirkungsgradvorteile ergeben sich dadurch, dass ein abgeschalteter Zylinder infolge der fehlenden Verbrennung keine Wandwärmeverluste infolge eines Wärmeüberganges von den Verbrennungsgasen an die Brennraumwände generiert.Another way to Entschrosselung a multi-cylinder internal combustion engine offers the cylinder deactivation, d. H. the shutdown of individual cylinders in certain load ranges. The efficiency can be improved in part-load operation by such a partial shutdown, d. H. be increased, because the shutdown of a cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine increases the load of the remaining still in operation cylinder at constant engine power, so that in gasoline engines, the throttle for introducing a larger air mass in these cylinders can be opened or must, making a total a Entdrosselung the internal combustion engine is achieved. The continuously operating cylinders operate during partial shutdown in the area of higher loads, where the specific fuel consumption is lower. The load collective is shifted to higher loads. The further operated during the partial shutdown cylinder also have due to the larger air mass supplied or mixture mass improved mixture formation. Additional efficiency advantages result from the fact that a deactivated cylinder due to the lack of combustion generated no wall heat losses due to heat transfer from the combustion gases to the combustion chamber walls.
Ein weiterer Lösungsansatz, den Verbrennungsprozess eines Ottomotors zu optimieren, besteht in der Verwendung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten nicht veränderlich sind, können diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung ist bereits möglich, wenn der Ventiltrieb teilweise variabel bzw. schaltbar ist und beispielsweise die Schließzeit des Einlassventils und der Einlassventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse bzw. Ladeluftmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlassventilhub und die Öffnungsdauer des Einlassventils gesteuert. Voll variable Ventiltriebe sind sehr kostenintensiv, weshalb häufig teilweise variable oder schaltbare Ventiltriebe zum Einsatz kommen. Die schaltbaren Ventiltriebe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als teilweise variable Ventiltriebe angesehen.Another approach to optimize the combustion process of a gasoline engine is to use an at least partially variable valve train. In contrast to conventional valve trains, in which both the stroke of the valves and the control times are not variable, these parameters influencing the combustion process and thus the fuel consumption can be varied more or less by means of variable valve trains. A throttle-free and therefore lossless load control is already possible if the valve train is partially variable or switchable and, for example, the closing time of the intake valve and the intake valve can be varied. The mixture mass or charge air mass flowing into the combustion chamber during the intake process is then not controlled by means of a throttle valve, but via the intake valve stroke and the opening duration of the intake valve. Fully variable valve trains are very costly, which is why sometimes variable or switchable valve trains are often used. The switchable valve trains are considered in the context of the present invention as partially variable valve trains.
Auch die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügt über mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltrieb mit
- – einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um eine Einlass- oder Auslassöffnung eines Zylinders freizugeben bzw. zu versperren,
- – Ventilfedermitteln, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und
- – einer hydraulisch verstellbaren Betätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen.
- A valve movable between a valve closed position and a valve open position to release an intake or exhaust port of a cylinder,
- - Valve spring means to bias the valve towards the valve closing position, and
- - A hydraulically adjustable actuator to open the valve against the biasing force of the valve spring means.
Erfindungsgemäß wird eine hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung eingesetzt, welche unter Druck stehendes Öl verwendet, um die Variabilität des Ventiltriebs zu realisieren. Dies hat gleich mehrere Vorteile. Zum einen ist Öl ein Betriebsfluid der Brennkraftmaschine und daher bereits verfügbar. Zum anderen verfügt jede Brennkraftmaschine in der Regel über einen Ölkreislauf mit Komponenten wie einer Pumpe, einem Ölkühler und einem Filter, von denen Gebrauch gemacht werden kann zur Ausbildung der Ölversorgung der hydraulisch verstellbaren Betätigungseinrichtung. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass lediglich die Variabilität des Ventiltriebs hydraulisch umgesetzt wird und der Ventiltrieb als solcher ein mechanischer Ventiltrieb sein kann, bei dem ein auf einer umlaufenden Nockenwelle angeordneter Nocken in Eingriff gebracht wird mit mindestens einem Nockenfolgeelement, welches wiederum ein Ventil zwangssteuert. Insofern ist die hydraulische Betätigungseinrichtung eine hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung.According to the invention, a hydraulically adjustable actuating device is used, which uses pressurized oil in order to realize the variability of the valve train. This has several advantages. On the one hand, oil is an operating fluid of the internal combustion engine and therefore already available. On the other hand, each internal combustion engine usually has an oil circuit with components such as a pump, an oil cooler and a filter, of which use can be made to form the oil supply of the hydraulically adjustable actuator. In this connection it should be noted that only the variability of the valve train is hydraulically converted and the valve train as such may be a mechanical valve train in which a cam arranged on a revolving camshaft is engaged with at least one cam follower element, which in turn forcibly controls a valve. In this respect, the hydraulic actuator is a hydraulically adjustable actuator.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung ist beispielsweise ein hydraulisch betätigter Nockenwellenversteller, mit dem eine Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann, wodurch die Steuerzeiten der Ventile unter Beibehaltung der Ventilöffnungsdauer nach spät bzw. früh verschoben werden können.A hydraulically actuated camshaft adjuster known from the prior art is, for example, a hydraulically actuated camshaft adjuster, with which a camshaft can be rotated relative to the crankshaft, whereby the valve timing can be delayed or retarded while maintaining the valve opening duration.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, die hinsichtlich des zumindest teilweise variablen Ventiltriebs optimiert ist.In light of the above, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of
Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task is to show a method for operating such an internal combustion engine.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung zum Zuführen von Frischluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist,
- – einer Pumpe zur Förderung von Motoröl, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs der Versorgung der Brennkraftmaschine mit Motoröl dient, und
- – mindestens einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um eine Einlass- oder Auslassöffnung eines Zylinders freizugeben bzw. zu versperren, mit Ventilfedermitteln, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer hydraulisch verstellbaren Betätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – die Betätigungseinrichtung via Öldruckleitung, die vom Ölkreislauf abzweigt, mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar ist, wobei in der Öldruckleitung ein steuerbares Absperrelement angeordnet ist, welches die Öldruckleitung versperrt oder freigibt.
- At least one cylinder head with at least one cylinder, each cylinder having at least one inlet opening for supplying fresh air via the intake system and at least one outlet opening for discharging the exhaust gases via the exhaust gas removal system,
- - A pump for the delivery of engine oil, the pump is used to form an oil circuit to supply the engine with engine oil, and
- At least one at least partially variable valvetrain having a valve movable between a valve closed position and a valve open position to open an intake or exhaust port of a cylinder with valve spring means to bias the valve toward the valve closed position and a hydraulic valve adjustable actuator to open the valve against the biasing force of the valve spring means, which is characterized in that
- - The actuator via oil pressure line, which branches off from the oil circuit, can be acted upon with pressurized oil, wherein in the oil pressure line, a controllable shut-off is arranged, which blocks or releases the oil pressure line.
Erfindungsgemäß können die Einlassventile und/oder Auslassventile jedes Zylinders individuell betätigt, d. h. angesteuert werden. Jedem Ventil eines Zylinders und damit jedem Ventil der Brennkraftmaschine können individuelle Steuerzeiten bzw. ein individueller Hub zugeordnet werden. Die Ventile eines Zylinders oder einer Gruppe von Zylindern können auch einlassseitig und/oder auslassseitig abgeschaltet, d. h. deaktiviert werden; beispielsweise im Rahmen einer Teilabschaltung. Darüber hinaus kann auch nur ein Einlassventil von zwei oder mehreren Einlassventilen eines Zylinders oder ein Auslassventil von zwei oder mehreren Auslaßventilen eines Zylinders abgeschaltet, d. h. deaktiviert werden, bzw. geschaltet werden.According to the invention, the intake valves and / or exhaust valves of each cylinder can be actuated individually, d. H. be controlled. Each valve of a cylinder and thus each valve of the internal combustion engine can be assigned individual control times or an individual stroke. The valves of a cylinder or a group of cylinders can also be switched off on the inlet side and / or outlet side, d. H. be deactivated; for example as part of a partial shutdown. Moreover, only one intake valve of two or more intake valves of one cylinder or one exhaust valve of two or more exhaust valves of a cylinder may be shut off, i. H. be deactivated or switched.
Die Betätigungseinrichtung eines Ventils kann via Öldruckleitung mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagt werden und zwar durch Ansteuern eines in der Öldruckleitung angeordneten Absperrelements. In diesem Zusammenhang lassen sich Ausführungsformen realisieren, bei denen die Betätigungseinrichtung jedes Ventils einzeln ansteuerbar ist oder die auslassseitigen bzw. einlassseitigen Betätigungseinrichtungen der Ventile eines Zylinders gemeinsam durch Ansteuern eines gemeinsamen Absperrelements modifiziert, d. h. transformiert werden, um die Variabilität des zugehörigen Ventiltriebs umzusetzen, d. h. zu realisieren.The actuator of a valve can be pressurized via oil pressure line with pressurized oil and by driving a arranged in the oil pressure line shutoff. In this connection, embodiments can be realized in which the actuating device of each valve can be controlled individually or the exhaust-side or inlet-side actuating devices of the valves of a cylinder are modified in common by activating a common shut-off element, i. H. be transformed to implement the variability of the associated valve train, d. H. to realize.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb vorgesehen, d. h. die Brennkraftmaschine kann auch Ventile umfassen, die mittels eines konventionellen Ventiltriebs betätigt werden und die unveränderbare Steuerzeiten und einen unveränderbaren Hub aufweisen.According to the invention, at least one at least partially variable valve train is provided, i. H. the internal combustion engine may also include valves which are operated by means of a conventional valve train and which have fixed control times and a fixed stroke.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die hinsichtlich des zumindest teilweise variablen Ventiltriebs optimiert ist.The internal combustion engine according to the invention solves the first object underlying the invention, namely to provide an internal combustion engine that is optimized with regard to the at least partially variable valve train.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are discussed in connection with the subclaims.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Einlassventile der mindestens zwei Einlassöffnungen mindestens eines Zylinders jeweils zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehören.In internal combustion engines, in which each cylinder has at least two inlet openings, embodiments are advantageous, which are characterized in that the inlet valves of the at least two inlet openings of at least one cylinder each belong to an at least partially variable valve train.
Vorliegend sind alle Einlassventile eines Zylinders Teil eines variablen Ventiltriebs. Jedem Einlassventil des mindestens einen Zylinders können individuelle Steuerzeiten bzw. ein individueller Hub zugeordnet werden. Die Steuerzeiten und/oder der Hub der Einlassventile können aber auch in gleicher Weise verändert werden.In the present case, all intake valves of a cylinder are part of a variable valve train. Each intake valve of the at least one cylinder can be assigned individual control times or an individual stroke. But the timing and / or the lift of the intake valves can also be changed in the same way.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtung jedes Einlassventils eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs über eine separate Öldruckleitung verfügt, die vom Ölkreislauf abzweigt und mit der die Betätigungseinrichtung mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar ist, wobei in der separaten Öldruckleitung ein steuerbares Absperrelement angeordnet ist, welches die separate Öldruckleitung versperrt oder freigibt.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the actuating device of each intake valve of an at least partially variable valve drive is advantageous are advantageous a separate oil pressure line has, which branches off from the oil circuit and with which the actuator is acted upon by pressurized oil, wherein in the separate oil pressure line a controllable shut-off is arranged, which blocks or releases the separate oil pressure line.
Gemäß dieser Ausführungsform wird jede einlassseitige Betätigungseinrichtung eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs mit einer eigenen separaten Öldruckleitung ausgestattet und damit jeder einlassseitigen Betätigungseinrichtung ein eigenes steuerbares Absperrelement zugeordnet. Jedes Einlassventil kann dann, insbesondere im Rahmen eines Ladungswechsels, mit individuellen Steuerzeiten bzw. einem individuellen Hub betätigt werden. Insbesondere können den Einlassventilen des Zylinders unterschiedliche Steuerzeiten und/oder ein unterschiedlicher Hub zugeordnet werden.According to this embodiment, each inlet-side actuator of an at least partially variable valve train is equipped with its own separate oil pressure line and thus each inlet-side actuator assigned its own controllable shut-off. Each intake valve can then be actuated, in particular in the context of a change of charge, with individual control times or an individual stroke. In particular, the intake valves of the cylinder can be assigned different timing and / or a different stroke.
Vorteilhaft sind bei zwei oder mehreren Einlassöffnungen je Zylinder auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtungen der zumindest teilweise variablen Ventiltriebe der mindestens zwei Einlassventile über eine gemeinsame Öldruckleitung verfügen, die vom Ölkreislauf abzweigt und mit der die Betätigungseinrichtungen mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar sind, wobei in der gemeinsamen Öldruckleitung ein steuerbares Absperrelement angeordnet ist, welches die gemeinsame Öldruckleitung versperrt oder freigibt.Embodiments of the internal combustion engine in which the actuators of the at least partially variable valve trains of the at least two intake valves have a common oil pressure line which branches off from the oil circuit and with which the actuators can be acted upon by pressurized oil, are also advantageous in the case of two or more intake openings per cylinder. wherein in the common oil pressure line, a controllable shut-off is arranged, which blocks or releases the common oil pressure line.
Die Steuerzeiten und/oder der Hub der Einlassventile des mindestens einen Zylinders werden dann in der Regel in gleicher Weise verändert, nämlich dann, wenn die Einlassventile über Betätigungseinrichtungen gleicher Bauart verfügen. Sind die Einlassventile hingegen mit Betätigungseinrichtungen unterschiedlicher Bauart ausgestattet, können Steuerzeiten und/oder Hub auch bei Verwendung einer gemeinsamen Öldruckleitung und damit der Verwendung eines gemeinsamen Absperrelements unabhängig voneinander, d. h. in unterschiedlicher Weise verändert werden.The timing and / or the lift of the intake valves of the at least one cylinder are then usually changed in the same way, namely, when the intake valves have actuators of the same type. If the inlet valves, however, equipped with actuators of different design, control times and / or stroke even when using a common oil pressure line and thus the use of a common shutoff independently of each other, d. H. be changed in different ways.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang, d. h. bei Verwendung einer gemeinsamen Öldruckleitung, Ausführungsformen, bei denen die gemeinsame Öldruckleitung sich stromabwärts des steuerbaren Absperrelements verzweigt, wobei zu jeder Betätigungseinrichtung eines Einlassventils eine Abzweigung führt.It is advantageous in this context, d. H. when using a common oil pressure line, embodiments in which the common oil pressure line branches downstream of the controllable shut-off, wherein a branch leads to each actuator of an intake valve.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einlassventile der mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders jeweils zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehören. Sämtliche Einlassventile aller Zylinder der Brennkraftmaschine sind Teil eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs.In particular, embodiments of the internal combustion engine in which the inlet valves of the at least two inlet openings of each cylinder belong to an at least partially variable valve train are advantageous. All intake valves of all cylinders of the internal combustion engine are part of an at least partially variable valve train.
Bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehr Zylindern, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei das mindestens eine Einlassventil des mindestens einen Zylinders einer ersten Gruppe zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehört und das mindestens eine Einlassventil des mindestens einen Zylinders einer zweiten Gruppe zu einem nicht variablen Ventiltrieb gehört.In internal combustion engines with two or more cylinders, embodiments are advantageous, which are characterized in that at least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, wherein the at least one inlet valve of the at least one cylinder of a first Group belongs to an at least partially variable valve train and the at least one inlet valve of the at least one cylinder of a second group belongs to a non-variable valve train.
Diese Ausführungsform eignet sich für Brennkraftmaschinen mit Teilabschaltung, d. h. für Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Zylindern, die mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, bei denen eine Zylindergruppe als lastabhängig schaltbare Zylindergruppe ausgebildet ist, d. h. bei Bedarf abgeschaltet werden kann.This embodiment is suitable for internal combustion engines with partial shutdown, d. H. for internal combustion engines having at least two cylinders, which form at least two groups each having at least one cylinder, in which a cylinder group is designed as a load-dependent switchable cylinder group, d. H. can be turned off when needed.
Vorteilhaft sind daher in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinder der zweiten Gruppe ein auch bei Teilabschaltung der Brennkraftmaschine in Betrieb befindlicher Zylinder ist und der mindestens eine Zylinder der ersten Gruppe als lastabhängig schaltbarer Zylinder ausgebildet ist.Also advantageous in this context, embodiments of the internal combustion engine, in which the at least one cylinder of the second group is also in partial shutdown of the internal combustion engine in operation cylinder and the at least one cylinder of the first group is designed as a load-dependent switchable cylinder.
Das vorstehend für die Einlassseite der Brennkraftmaschine, d. h. für die Einlassöffnungen bzw. die Einlassventile Gesagte, gilt in analoger Weise auch für die Auslassseite der Brennkraftmaschine, d. h. für die Auslassöffnungen bzw. die Auslassventile. Im Folgenden werden daher kurz die korrespondierenden auslassseitigen Ausführungsformen beschrieben, wobei im Übrigen auf die Ausführungen betreffend die Einassseite Bezug genommen wird.The above for the intake side of the internal combustion engine, d. H. For the inlet openings and the inlet valves, the same applies analogously to the outlet side of the internal combustion engine, d. H. for the outlet openings or the outlet valves. In the following, therefore, the corresponding outlet-side embodiments will be briefly described, with the remainder being referred to the statements concerning the inlet side.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslassöffnungen aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Auslassventile der mindestens zwei Auslassöffnungen mindestens eines Zylinders jeweils zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehören.In internal combustion engines in which each cylinder has at least two exhaust ports, embodiments are advantageous, which are characterized in that the exhaust valves of the at least two exhaust ports of at least one cylinder each belong to an at least partially variable valve train.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtung jedes Auslassventils eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs über eine separate Öldruckleitung verfügt, die vom Ölkreislauf abzweigt und mit der die Betätigungseinrichtung mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar ist, wobei in der separaten Öldruckleitung ein steuerbares Absperrelement angeordnet ist, welches die separate Öldruckleitung versperrt oder freigibt.In this connection, embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the actuating device of each exhaust valve of an at least partially variable valve train has a separate oil pressure line which branches off from the oil circuit and with which the actuating device can be acted upon by pressurized oil, wherein in the separate oil pressure line Shut-off is arranged, which blocks or releases the separate oil pressure line.
Vorteilhaft sind bei zwei oder mehreren Auslassöffnungen je Zylinder auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtungen der zumindest teilweise variablen Ventiltriebe der mindestens zwei Auslassventile über eine gemeinsame Öldruckleitung verfügen, die vom Ölkreislauf abzweigt und mit der die Betätigungseinrichtungen mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar sind, wobei in der gemeinsamen Öldruckleitung ein steuerbares Absperrelement angeordnet ist, welches die gemeinsame Öldruckleitung versperrt oder freigibt. Embodiments of the internal combustion engine in which the actuators of the at least partially variable valve trains of the at least two exhaust valves have a common oil pressure line which branches off from the oil circuit and with which the actuators can be acted upon by pressurized oil, are also advantageous in the case of two or more exhaust ports per cylinder. wherein in the common oil pressure line, a controllable shut-off is arranged, which blocks or releases the common oil pressure line.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die gemeinsame Öldruckleitung sich stromabwärts des steuerbaren Absperrelements verzweigt, wobei zu jeder Betätigungseinrichtung eines Auslassventils eine Abzweigung führt.Embodiments of the internal combustion engine in which the common oil pressure line branches off downstream of the controllable shutoff element are advantageous, with a branch leading to each actuating device of an exhaust valve.
Vorteilhaft sind bei zwei oder mehreren Auslassöffnungen je Zylinder auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Auslassventile der mindestens zwei Auslassöffnungen jedes Zylinders jeweils zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehören.Embodiments of the internal combustion engine in which the outlet valves of the at least two outlet openings of each cylinder belong to an at least partially variable valve drive are also advantageous in the case of two or more outlet openings per cylinder.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei oder mehr Zylindern sind wiederum Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass mindestens zwei Zylinder in der Art konfiguriert sind, dass diese mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens einem Zylinder bilden, wobei das mindestens eine Auslassventil des mindestens einen Zylinders einer ersten Gruppe zu einem zumindest teilweise variablen Ventiltrieb gehört und das mindestens eine Auslassventil des mindestens einen Zylinders einer zweiten Gruppe zu einem nicht variablen Ventiltrieb gehört.In internal combustion engines having at least two or more cylinders, in turn embodiments are advantageous, which are characterized in that at least two cylinders are configured in such a way that they form at least two groups each having at least one cylinder, wherein the at least one outlet valve of the at least one cylinder first group belongs to an at least partially variable valve train and the at least one exhaust valve of the at least one cylinder of a second group belongs to a non-variable valve train.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein mit dem mindestens einen Zylinderkopf verbindbarer und als obere Kurbelgehäusehälfte dienender Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern vorgesehen ist.Embodiments of the internal combustion engine in which at least one cylinder block which can be connected to the at least one cylinder head and serves as the upper crankcase half for accommodating a crankshaft in at least two bearings are advantageous.
Ergänzt wird das Kurbelgehäuse durch die an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte. Dabei weist die obere Kurbelgehäusehälfte zur Aufnahme der Ölwanne, d. h. der unteren Kurbelgehäusehälfte eine Flanschfläche auf. In der Regel wird zur Abdichtung der Ölwanne bzw. des Kurbelgehäuses gegenüber der Umgebung eine Dichtung in der bzw. an der Flanschfläche vorgesehen. Die Verbindung erfolgt häufig durch eine Verschraubung.The crankcase is supplemented by the lower half of the crankcase, which can be mounted on the upper crankcase half and serves as an oil sump. In this case, the upper crankcase half for receiving the oil pan, d. H. the lower crankcase half on a flange. As a rule, a seal is provided in or on the flange surface for sealing the oil sump or the crankcase relative to the environment. The connection is often done by a screw.
Vorteilhaft sind somit Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne zum Sammeln des Motoröls vorgesehen ist.Embodiments of the internal combustion engine in which an oil pan which can be mounted on the upper crankcase half and serves as a lower crankcase half for collecting the engine oil are thus advantageous.
Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen, die in der Regel zweiteilig ausgeführt sind und jeweils einen Lagersattel und einen mit dem Lagersattel verbindbaren Lagerdeckel umfassen. Die Kurbelwelle wird im Bereich der Kurbelwellenzapfen, die entlang der Kurbelwellenachse beabstandet zueinander angeordnet und in der Regel als verdickte Wellenabsätze ausgebildet sind, gelagert. Dabei können Lagerdeckel und Lagersättel als separate Bauteile oder einteilig mit dem Kurbelgehäuse, d. h. den Kurbelgehäusehälften ausgebildet werden. Zwischen der Kurbelwelle und den Lagern können Lagerschalen als Zwischenelemente angeordnet werden.For receiving and supporting the crankshaft at least two bearings are provided in the crankcase, which are usually made in two parts and each include a bearing saddle and connectable to the bearing saddle bearing cap. The crankshaft is mounted in the region of the crankshaft journals which are arranged at a distance from one another along the crankshaft axis and are generally designed as thickened shaft shoulders. This bearing cap and bearing saddles can be used as separate components or in one piece with the crankcase, d. H. the crankcase halves are formed. Between the crankshaft and the bearings bearing shells can be arranged as intermediate elements.
Zur Versorgung der Lager mit Öl dient der Ölkreislauf, wobei die Pumpe via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt. Zur Ausbildung der sogenannten Hauptölgalerie wird häufig ein Hauptversorgungskanal vorgesehen, der entlang der Längsachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist. Der Hauptversorgungskanal kann oberhalb oder unterhalb der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse angeordnet sein oder auch in die Kurbelwelle integriert werden.To supply the bearings with oil is the oil circuit, the pump supplied via supply line a main oil gallery, leading from the channels to the at least two camps, with engine oil. To form the so-called Hauptölgalerie a main supply channel is often provided, which is aligned along the longitudinal axis of the crankshaft. The main supply channel can be arranged above or below the crankshaft in the crankcase or integrated into the crankshaft.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe unter Ausbildung des Ölkreislaufs via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt.Also advantageous are embodiments of the internal combustion engine in which the pump with the formation of the oil circuit via supply line a main oil gallery, supplied by the channels to the at least two camps, supplied with engine oil.
Die vorgesehene Pumpe muss einen ausreichend großen Förderstrom, d. h. ein entsprechend hohes Fördervolumen sicherstellen und für einen ausreichend hohen Öldruck im Ölkreislauf sorgen, insbesondere in der Hauptölgalerie. Die Reibung in den Lagern der Kurbelwelle trägt nämlich maßgeblich zum Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei.The intended pump must have a sufficiently large flow, ie. H. ensure a correspondingly high delivery volume and ensure a sufficiently high oil pressure in the oil circuit, especially in the main oil gallery. The friction in the bearings of the crankshaft contributes significantly to the fuel consumption of the internal combustion engine.
Der Druck im Ölkreislauf variiert, wobei sich der Öldruck insbesondere in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl ändern kann. Bei einer nicht variablen Ölpumpe liegt in der Regel bei höheren Lasten und höheren Drehzahlen ein höherer Öldruck und bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen ein niedriger Öldruck vor. In Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Verbrauchers, der via Ölkreislauf mit Öl zu versorgen ist, kann aber auch bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen ein höherer Öldruck erforderlich werden und bei höheren Lasten und höheren Drehzahlen ein niedriger Öldruck zulässig sein. So kann bei einer im Leerlauf betriebenen Brennkraftmaschine, der Öldruck im Ölkreislauf derart niedrig sein, dass die hydraulische Betätigungseinrichtung eines schaltbaren Ventiltriebs oder die Spritzölkühlung eines zylinderzugehörigen Kolbens nicht mehr zuverlässig mit Öl versorgt bzw. mit dem erforderlichen Öldruck beaufschlagt werden kann.The pressure in the oil circuit varies, with the oil pressure in particular depending on the load and the speed can change. A non-variable oil pump typically has higher oil pressure at higher loads and higher speeds, and lower oil pressure at low loads and low speeds. Depending on the type of consumer, which is to be supplied with oil via the oil circuit, but also at low loads and low speeds, a higher oil pressure may be required and at higher loads and higher speeds, a low oil pressure may be allowed. Thus, in an idling internal combustion engine, the oil pressure in the oil circuit may be so low that the hydraulic actuator a switchable valve train or the spray oil cooling of a cylinder-related piston can no longer be reliably supplied with oil or can be acted upon by the required oil pressure.
Als Ölpumpe kann daher auch eine variable Ölpumpe, beispielsweise eine Flügelzellenpumpe zum Einsatz kommen, die wie eine Kolbenpumpe nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet, aber im Gegensatz zu dieser nicht oszillierend und damit intermittierend, sondern rotierend und damit in vorteilhafter Weise kontinuierlich. In einem als Stator dienenden Hohlzylinder läuft ein weiterer als Rotor dienender Zylinder um, wobei die Drehachse des Rotors exzentrisch zum Stator angeordnet ist. Im Rotor sind mehrere radial angeordnete Schieber translatorisch verschiebbar gelagert, die den Raum zwischen Stator und Rotor in mehrere Kammern unterteilen. Die Fördermenge der Pumpe kann durch Verstellen der Exzentrizität des Rotors verändert werden, wobei eine vergrößerte Fördermenge zu einem erhöhten Öldruck am Pumpenausgang führt. Ein Verstellen der Exzentrizität kann mittels Motorsteuerung unter Verwendung eines elektrisch steuerbaren Ventils erfolgen, wobei das Ventil eine Öldruckleitung zur Flügelzellenpumpe freigibt oder versperrt, wodurch Einfluss genommen wird auf die Exzentrizität des Rotors.As an oil pump, therefore, a variable oil pump, such as a vane pump can be used, which works like a piston pump according to the displacement principle, but in contrast to this non-oscillating and thus intermittent, but rotating and thus advantageously continuously. In a hollow cylinder serving as a stator, another cylinder serving as a rotor runs around, wherein the axis of rotation of the rotor is arranged eccentrically to the stator. In the rotor a plurality of radially arranged slide are mounted translationally displaceable, which divide the space between the stator and rotor into a plurality of chambers. The flow rate of the pump can be changed by adjusting the eccentricity of the rotor, wherein an increased flow rate leads to an increased oil pressure at the pump outlet. Adjustment of the eccentricity may be by means of motor control using an electrically controllable valve, the valve releasing or obstructing an oil pressure line to the vane pump, thereby influencing the eccentricity of the rotor.
Flügelzellenpumpen bzw. variable Ölpumpen im Allgemeinen sind vergleichsweise kostenintensiv und daher für den Serieneinsatz nicht immer geeignet, d. h. nicht immer eine Alternative zur Gewährleistung eines ausreichend hohen Öldrucks unter sämtlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine.Vane pumps or variable oil pumps in general are relatively expensive and therefore not always suitable for mass production, d. H. not always an alternative to ensuring a sufficiently high oil pressure under all operating conditions of the internal combustion engine.
Vorteilhaft sind daher insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine zusätzliche Pumpe im Ölkreislauf angeordnet ist.Particularly advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which an additional pump is arranged in the oil circuit.
Die zusätzliche Ölpumpe gewährleistet einen ausreichend großen Förderstrom bzw. einen ausreichend hohen Öldruck im Ölkreislauf. Die beiden Pumpen sind in Reihe geschaltet oder parallel angeordnet. Die zusätzliche Pumpe sorgt dafür, dass auch bei niedrigen Lasten und/oder niedrigen Drehzahlen ein ausreichend hoher Öldruck bzw. Mindestdruck im Ölkreislauf vorliegt, damit auch ausgewählte kritische Verbraucher dauerhaft mit einem ausreichend hohen Öldruck beaufschlagt werden bzw. beaufschlagbar sind.The additional oil pump ensures a sufficiently large flow rate or a sufficiently high oil pressure in the oil circuit. The two pumps are connected in series or in parallel. The additional pump ensures that even at low loads and / or low speeds, a sufficiently high oil pressure or minimum pressure in the oil circuit is present, so that selected critical consumers are permanently exposed to a sufficiently high oil pressure or can be acted upon.
Die Pumpe bzw. die zusätzliche Pumpe kann eine nicht variable Ölpumpe oder eine variable Ölpumpe sein, ist aber vorzugsweise eine nicht variable Ölpumpe, wodurch sich Kostenvorteile ergeben.The pump or the additional pump may be a non-variable oil pump or a variable oil pump, but is preferably a non-variable oil pump, resulting in cost advantages.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine weitere Pumpe unter Ausbildung eines weiteren Ölkreislaufs via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt, wobei der Ölkreislauf, in dem die Pumpe angeordnet ist, ein vom weiteren Ölkreislauf getrennter oder zumindest abtrennbarer Ölkreislauf ist.Advantageously, however, embodiments of the internal combustion engine in which a further pump to form a further oil circuit via supply line a Hauptölgalerie, supplied by the channels to the at least two camps, supplied with engine oil, the oil circuit in which the pump is arranged, one of another oil circuit is separate or at least separable oil circuit.
Während die zusätzliche Pumpe wie die Pumpe im Ölkreislauf angeordnet ist, dient die weitere Pumpe zur Förderung von Öl in einem anderen, weiteren Ölkreislauf, der vom Ölkreislauf getrennt ist.While the additional pump, like the pump, is located in the oil circuit, the other pump is used to pump oil in another, additional oil circuit, which is separate from the oil circuit.
Versorgt ein weiterer Ölkreislauf via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie mit Öl, eröffnet dies die Möglichkeit, ausgewählte Verbraucher, die auch bei niedrigen Lasten und/oder niedrigen Drehzahlen einen ausreichend hohen Öldruck erfordern, in den Ölkreislauf zu implementieren. Die Verbraucher werden dabei auf die beiden Kreisläufe aufgeteilt und entweder im Ölkreislauf oder im weiteren Ölkreislauf angeordnet. Dann können mittels der Pumpe gezielt die Verbraucher mit einem ausreichend hohen Öldruck beaufschlagt bzw. Förderstrom versorgt werden, die nach dem Stand der Technik im Leerlauf oder bei niedriger Last und/oder Drehzahl Gefahr laufen würden, unterversorgt zu werden.If another oil circuit supplies a main oil gallery with oil via the supply line, this opens up the possibility of implementing selected consumers, which require a sufficiently high oil pressure even at low loads and / or low speeds, into the oil circuit. The consumers are split up between the two circuits and arranged either in the oil circuit or in the further oil circuit. Then, by means of the pump, the consumers can be supplied with a sufficiently high oil pressure or supply flow which, according to the state of the art, would be at idle or at low load and / or rotational speed in danger of being undersupplied.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe zwecks Versorgung mit Motoröl via Einspeiseleitung mit einem Vorratsbehältnis zumindest verbindbar ist.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the pump is at least connectable to a storage container for the purpose of supplying engine oil via a feed line are advantageous.
Die Pumpe, die zusätzliche Pumpe sowie die weitere Pumpe kann eine mechanisch angetriebene oder eine elektrisch angetriebene Pumpe sein.The pump, the additional pump and the further pump can be a mechanically driven or an electrically driven pump.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe eine bei Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere auch bei stillstehender Kurbelwelle, dauerhaft angetriebene und arbeitende Pumpe ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the pump is a permanently driven and operating pump during operation of the internal combustion engine, in particular also when the crankshaft is stationary, are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe eine Ölkühlung eines dem mindestens einen Zylinder zugeordneten Kolbens mit Motoröl versorgt.Embodiments of the internal combustion engine in which the pump supplies oil cooling of a piston associated with the at least one cylinder with engine oil are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtung des mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltriebs mindestens einen schaltbaren einseitig gelagerten Schlepphebel umfasst.Embodiments of the internal combustion engine in which the actuating device of the at least one at least partially variable valve drive comprises at least one switchable rocker arm mounted on one side are advantageous.
Umfasst die Betätigungseinrichtung des mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltriebs einen Schlepphebel, kann dieser Schlepphebel mehrteilig ausgebildet werden, d. h. mehrere, insbesondere zwei Hebelelemente umfassen, wobei die Elemente entweder mittels Arretierung, beispielsweise mittels Arretierstift, starr miteinander verbunden sind oder voneinander getrennt und zumindest bereichsweise gegeneinander beweglich sind. Das Betätigen der Arretierung und damit das Schalten des Schlepphebels erfolgt dann hydraulisch, d. h. mittels Öldruck bzw. eben dem Fehlen dieses Öldrucks. Auf diese Weise kann beispielsweise der maximale Ventilhub variiert werden, wobei insbesondere einer der beiden Hübe Null sein kann.If the actuating device of the at least one at least partially variable valve drive comprises a drag lever, this drag lever can be designed in several parts, ie several, in particular two lever elements, wherein the elements are rigidly connected to each other either by means of locking, for example by means of locking pin are or separated from each other and at least partially movable against each other. The actuation of the lock and thus the switching of the finger lever is then hydraulically, ie by means of oil pressure or just the absence of this oil pressure. In this way, for example, the maximum valve lift can be varied, wherein in particular one of the two strokes can be zero.
Vorteilhaft sind grundsätzlich Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine zumindest teilweise variable Ventiltrieb ein zweistufig schaltbarer Ventiltrieb ist, in der Art, dass zwei verschieden große Ventilhübe realisierbar sind.In principle, embodiments of the internal combustion engine in which the at least one at least partially variable valve train is a two-stage shiftable valve train are advantageous, in that two valve lifts of different sizes can be realized.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor genannten Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mit einem zweistufig schaltbaren Ventiltrieb ausgestattet ist, bei dem ein erster Ventilhub Null ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ausgehend von einem Betrieb mit zweitem Ventilhub durch Schalten des Ventiltriebs in einen Betrieb mit erstem Ventilhub gewechselt wird, um das dazugehörige Ventil des Ventiltriebs bzw. der Brennkraftmaschine zu deaktivieren.The second sub-task on which the invention is based, namely to disclose a method for operating an internal combustion engine of the aforementioned type, is achieved by a method for operating an internal combustion engine which is equipped with a valve train which can be switched over in two stages, in which a first valve lift is zero, thereby is characterized in that starting from a second valve lift operation is switched by switching the valve train in an operation with first valve lift to disable the associated valve of the valve train and the internal combustion engine.
Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method.
Ein derartiges Verfahren eignet sich beispielsweise für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren, wie in der
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen der Brennkraftmaschine gemäß den
Zur Förderung des Motoröls durch den Ölkreislauf
Die Pumpe
Stromabwärts mündet die Versorgungsleitung
Von der im Zylinderblock angeordneten Hauptölgalerie
Die hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung des Ventiltriebs
Der Schlepphebel
Auf diese Weise lässt sich mittels Öldruck der Hub des Ventils
Die Einlassventile
Die hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung jedes Einlassventils
Jedes Einlassventil
Die Betätigungseinrichtungen der zwei Einlassventile
Die Steuerzeiten und/oder der Hub der Einlassventile
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ölkreislauf Oil circuit
- 3a3a
- Pumpe pump
- 3b3b
- zusätzliche Pumpe additional pump
- 44
- Versorgungsleitung supply line
- 55
- Verbraucher consumer
- 66
- gesteuertes Absperrelement controlled shut-off element
- 61 6 1
- erstes Absperrelement first shut-off element
- 62 6 2
- zweites Absperrelement second shut-off element
- 7a7a
- Einspeiseleitung feeder
- 7b7b
- Öldruckleitung Oil pressure line
- 7b1 7b 1
- schlepphebelzugehörige Öldruckleitung drag lever-associated oil pressure line
- 88th
- Filter filter
- 99
- Ölkühler oil cooler
- 1010
- Hauptölgalerie Main oil gallery
- 10a10a
- Kanal channel
- 1111
- kurbelwellenseitiges Pleuellager crankshaft-side connecting rod bearing
- 1212
- Kurbelwellenlager, Hauptlager Crankshaft bearing, main bearing
- 1313
- Rückführleitung Return line
- 1414
- Ölwanne oil pan
- 1515
- Saugleitung suction
- 16a1 16a 1
- separate Öldruckleitung separate oil pressure line
- 16a2 16a 2
- separate Öldruckleitung separate oil pressure line
- 1717
- schaltbarer Ventiltrieb switchable valve train
- 17a17a
- Ventil Valve
- 17a1 17a 1
- erstes Ventil, Einlassventil first valve, inlet valve
- 17a2 17a 2
- zweites Ventil, Einlassventil second valve, inlet valve
- 17b17b
- Stößel tappet
- 17c17c
- schaltbarer Schlepphebel switchable drag lever
- 17d17d
- Nocken cam
- 1818
- gemeinsame Öldruckleitung common oil pressure line
- 181 18 1
- erste Abzweigung first turnoff
- 182 18 2
- zweite Abzweigung second branch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014200573 [0069] DE 102014200573 [0069]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102014200573A1 (en) | 2014-01-15 | 2015-07-16 | Ford Global Technologies, Llc | Supercharged internal combustion engine with at least one exhaust gas turbocharger and method for operating such an internal combustion engine |
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