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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors.
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Hubkolben-Verbrennungsmotoren umfassen in der Regel jeweils mindestens ein, vielfach zwei Einlass- und Auslassventile für jeden Zylinder. Diese Einlass- und Auslassventile werden zumeist mittels Nockenwellen betätigt, wobei bei Verbrennungsmotoren mit mehr als zwei Ventilen pro Zylinder regelmäßig zwei Nockenwellen zum Einsatz kommen.
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Vielfach ist die Anordnung dieser Nockenwellen derart, dass eine davon sämtliche Einlassventile und die andere sämtliche Auslassventile steuert. Dabei sind die Einlassventile einerseits und die Auslassventile andererseits auch räumlich der entsprechenden Nockenwelle zugeordnet. Eine solche Anordnung der Einlass- und Auslassventile wird auch als „Standardventilstern“ bezeichnet. Bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor sind somit – bezogen auf die Nebeneinanderreihung der Zylinder – alle Einlassventile auf einer Seite und alle Auslassventile auf der anderen Seite des Verbrennungsmotors positioniert. Ein Standardventilstern kann konstruktive, thermodynamische und/oder funktionale Vorteile aufweisen.
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Nachteilig an einem Standardventilstern kann jedoch sein, dass mit diesem bestimmte Maßnahmen zur variablen Motorsteuerung, insbesondere solche, die temporär durch Überschneidungen der Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventilen realisiert werden sollen, nur unter vergleichsweise großem konstruktivem Aufwand verwirklicht werden können.
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Es wurden daher Verbrennungsmotoren entwickelt, bei denen die Nockenwellen jeweils sowohl Einlass- als auch Auslassventile betätigen. Diese werden auch als „gemischte“ Nockenwellen bezeichnet. Vorteilhaft daran ist, dass mit vergleichsweise einfachen Verstellvorrichtungen (Phasenstellern) auch vergleichsweise komplexe Überschneidungen für die Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventilen realisiert werden können.
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Bei Verbrennungsmotoren mit (einfachen) gemischten Nockenwellen führt eine Phasenverstellung zu einer gleichzeitigen Änderung der Ventilsteuerzeiten von sowohl den Einlass- als auch den Auslassventilen und zwar in derselben Richtung und mit demselben Phasenwinkel. Dies kann in einigen Fällen nachteilig sein. Vorteilhaft wäre daher, die Steuerzeiten von mittels einer gemischten Nockenwelle betätigten Einlass- und Auslassventilen unabhängig voneinander beeinflussen zu können. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die gemischten Nockenwellen in Form von doppelten Nockenwellen ausgebildet sind. Diese können aus einer Außenwelle und einer innerhalb der Außenwelle gelagerten Innenwelle bestehen, wobei sowohl die Innen- als auch die Außenwelle mit Nocken für die Steuerung der Einlass- und Auslassventile versehen sind. Die Nocken der Innenwelle ragen dabei durch Öffnungen in der Außenwelle. Eine solche Ausgestaltung einer Nockenwelle wird auch als Welle-in-Welle-System bezeichnet. Mittels eines Phasenstellers, der die Innen- und die Außenwelle unabhängig voneinander verdrehen kann, besteht dann die Möglichkeit, die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile unabhängig voneinander zu verstellen. Ein solcher doppelt wirkender Phasensteller ist beispielsweise aus der
US 7,841,311 B2 bekannt.
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Gemischte Nockenwellen werden bislang mit einem sogenannten gedrehten Ventilstern kombiniert, bei dem die Anordnung der Ventile gegenüber derjenigen bei einem Standardventilstern um mindestens 45°, häufig um 90° um die Mittellängsachse der jeweiligen Zylinder verdreht ist. Dies weist den Vorteil auf, dass die einzelnen Ventile räumlich den diese jeweils betätigenden Nockenwellen zugeordnet sind. Ein gedrehter Ventilstern kann sich jedoch gegenüber einem Standardventilstern als in konstruktiver, thermodynamischer und/oder funktionaler Hinsicht nachteilig zeigen. .
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Die Verwendung einer gemischten Nockenwelle ermöglicht, die Verdichtung in den Zylindern des Verbrennungsmotors dadurch zu verringern, dass ein Schließen der Einlassventile während des Ansaugtakts bereits vor dem unteren Totpunkt der jeweiligen in den Zylindern geführten Kolben erfolgt, wodurch eine verringerte Frischgasmenge in den Brennraum eingebracht wird. Die reduzierte Gasmenge führt im Expansionstakt zu einer verstärkten Expansion des Gases und damit zu geringeren Wärmeverlusten. Diese Art, eine Brennkraftmaschine zu betreiben, wird auch mit dem Begriff „Miller-Zyklus“ bezeichnet.
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Der gleiche Zweck wie beim Miller-Zyklus wird auch bei einer Ableitung des Atkinson-Kreisprozesses zur Anwendung bei Viertaktmotoren verfolgt. Dort wird die im Ansaugtakt in den jeweiligen Zylinder eingebrachte Frischgasmenge durch ein verspätetes Schließen zumindest eines Einlassventils erst nach dem unteren Totpunkt des in dem Zylinder geführten Kolbens realisiert. Dadurch wird ein Teil des bereits angesaugten Frischgases wieder in den Frischgasstrang ausgestoßen.
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Derartige Maßnahmen zur Beeinflussung der Verdichtung werden im Folgenden zusammenfassend als Miller/Atkinson-Zyklus bezeichnet.
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Ein Dieselmotor mit einer variablen Ventilsteuerung, die nach dem Miller/Atkinson-Zyklus betrieben werden kann, ist aus der
DE 10 2006 042 912 A1 bekannt. Bei diesem sind zwei Einlass- und zwei Auslassventile mit gedrehtem Ventilstern je Zylinder vorgesehen, deren Betätigung über zwei gemischte Nockenwellen erfolgt, wobei eine der Nockenwellen mit einem Phasensteller versehen ist.
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In einer Abwandlung eines Miller/Atkinson-Zyklus kann vorgesehen sein, die Auslassventile jeweils in dem Verdichtungstakt der dazugehörigen Zylinder kurz zu öffnen (sogenanntes Zusatzevent). Dadurch wird jeweils ein Teil des in dem Brennraum enthaltenen Frischgases ausgestoßen und im Ergebnis die erzielte Verdichtung reduziert.
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Die
DE 195 81 571 B4 offenbart als Diesel- oder Ottomotoren ausgebildete Verbrennungsmotoren, die bedarfsweise die Durchführung eines abgewandelten Miller/Atkinson-Zyklus ermöglichen. Diese Verbrennungsmotoren weisen Ventiltriebe mit zwei Einlass- und zwei Auslassventile auf, die von zwei Nockenwellen betätigt werden. Dabei betätigt jeweils eine erste Nockenwelle die zwei Auslass- sowie ein erstes Einlassventil (jeweils für das Hauptevent). Die andere Nockenwelle betätigt das zweite Einlassventil für das Hauptevent sowie eines der Auslassventile in einem Zusatzevent, sofern in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des jeweiligen Verbrennungsmotors die Durchführung des abgewandelten Miller/Atkinson-Zyklus vorgesehen ist. In der
DE 195 81 571 B4 ist zum einen ein Dieselmotor offenbart, bei dem ein solcher Ventiltrieb mit einem um 45° gedrehten Ventilstern kombiniert ist. Weiterhin ist ein Ottomotor offenbart, bei dem der beschriebene Ventiltrieb mit einem Standard-Ventilstern kombiniert ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbrennungsmotor mit Standardventilstern auf möglichst einfache Weise auch komplexe Variabilitäten für die Steuerzeiten der Ventile realisieren zu können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie vorteilhafte Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Standardventilstern mit gemischten Nockenwellen zu kombinieren, wobei erkannt wurde, dass die damit realisierbaren Vorteile die Nachteile, die sich aus der relativ großen räumlichen Entfernung einiger der Ventile zu den diese betätigenden Nockenwellen ergeben, mehr als kompensieren können.
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Demnach geht die Erfindung von einem gattungsgemäßen Verbrennungsmotor aus, der zumindest einen Zylinder, ein erstes Einlassventil, ein zweites Einlassventil, ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil aufweist, über die ein Gaswechsel für den Zylinder steuerbar ist. Weiterhin weist der Verbrennungsmotor eine erste Nockenwelle und eine zweite Nockenwelle zur Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile auf, wobei die Einlassventile der ersten Nockenwelle räumlich näher angeordnet sind und die Auslassventile der zweiten Nockenwelle räumlich näher angeordnet sind. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einlass- und Auslassventile derart positioniert sind, dass eine mittig zwischen den Einlassventilen einerseits und den Auslassventilen andererseits angeordnete, die Mittellängsachse des Zylinders umfassende Ebene um 0° bis < 45°, vorzugsweise um 0° bis 30°, besonders bevorzugt um 0° gegenüber der Längsachse der ersten Nockenwelle und/oder der Längsachse der zweiten Nockenwelle geneigt ausgerichtet ist.
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Ein solcher gattungsgemäßer Verbrennungsmotor, der insbesondere für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass das erste Einlassventil und das erste Auslassventil ausschließlich von der ersten Nockenwelle und das zweite Einlassventil und das zweite Auslassventil ausschließlich von der zweiten Nockenwelle betätigbar sind.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist insbesondere für einen Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors geeignet, da einige der dadurch realisierbaren Maßnahmen zur variablen Motorsteuerung insbesondere bei einem Dieselmotor vorteilhaft umgesetzt werden können.
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Weiterhin bevorzugt handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Viertaktmotor, der zudem bevorzugt eine Aufladevorrichtung, wie beispielsweise einen Abgasturbolader und/oder einen mechanisch (d.h. von dem Verbrennungsmotor selbst) und/oder elektrisch angetriebenen Verdichter, umfasst.
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Um die relativ große räumliche Distanz zwischen dem ersten Auslassventil und der ersten Nockenwelle sowie dem zweiten Einlassventil und der zweiten Nockenwelle zu überbrücken, können vorzugsweise entsprechend lang ausgebildete Ventilbetätigungshebel vorgesehen sein.
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Die Ventilbetätigungshebel können dabei beliebig, beispielsweise in Form von Schlepphebeln, insbesondere Rollenschlepphebeln, und/oder Kipphebeln, insbesondere Rollenkipphebeln, ausgebildet sein.
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Die Betätigung des zweiten Auslassventils und des ersten Einlassventils kann wegen der räumlichen Nähe zu der jeweils betätigenden Nockenwelle direkt (über Tassenstößel) erfolgen. Vorteilhaft kann jedoch sein, wenn auch eine Betätigung des ersten Einlassventils mittels der ersten Nockenwelle und eine Betätigung des zweiten Auslassventils mittels der zweiten Nockenwelle mittels jeweils eines Ventilbetätigungshebels erfolgt, wobei diese Ventilbetätigungshebel dann kürzer als die anderen, längeren Ventilbetätigungshebel ausgebildet sein können.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verbrennungsmotors liegt in der relativ einfachen Realisierung auch vergleichsweise komplexer Variabilitäten für die Ventilsteuerzeiten. Dazu weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor vorzugsweise einen Phasensteller auf, durch den der Steuerwinkel von zumindest einer der Nockenwellen veränderbar ist. Für einige variable Motorsteuermaßnahmen kann dabei ausreichend sein, wenn dieser einfach wirkend ausgebildet ist, folglich durch ein Verdrehen der entsprechenden Nockenwelle mittels des Phasenstellers die Steuerzeiten von entweder nur einem von dieser Nockenwelle angesteuerten Ventil oder von mehreren (insbesondere allen) von dieser Nockenwelle angesteuerten Ventilen, dann jedoch gleichzeitig und mit gleichem Verstellwinkel, veränderbar sind. Dadurch kann eine vergleichsweise einfache konstruktive Ausgestaltung des Verbrennungsmotors erreicht werden.
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Ein erfindungsgemäßer, einen zumindest einfach wirkenden Phasensteller umfassender Verbrennungsmotor ermöglicht vorzugsweise einen erfindungsgemäßen Betrieb, bei dem bedarfsweise temporär ein Miller/Atkinson-Zyklus realisiert wird. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Menge des in den Zylinder eingebrachten Frischgases verringert wird, indem die Einlassventile am Ende des Ansaugtakts geschlossen werden, bevor ein in dem Zylinder bewegter Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat, oder zumindest eines der Einlassventile über den unteren Totpunkt hinaus offen gehalten oder nach dem unteren Totpunkt erneut geöffnet wird. Weiterhin kann dazu vorgesehen sein, dass zumindest ein Auslassventil in dem Verdichtungstakt (erneut) kurz geöffnet wird.
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Eine weitere, bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor bereits mittels eines einfach wirkenden Phasenstellers realisierbare Maßnahme zur variablen Motorsteuerung ist die innere Abgasrückführung. Dabei wird ein Teil des durch die Verbrennung in dem Zylinder erzeugten Abgases durch eine Überschneidung der Öffnungszeiten von mindestens einem Einlassventil und einem Auslassventil des Zylinders in den Frischgasstrang zurückgeführt, wo dieses anschließend mit dem Frischgas wieder in den Zylinder eingebracht wird. Dadurch können in bekannter Weise die bei der Verbrennung in dem Zylinder auftretenden Spitzentemperaturen gesenkt werden. Dies kann, insbesondere bei einem Dieselmotor, zu einer Verringerung von Stickoxiden (NOx) in dem Abgas führen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann vorgesehen sein, dass für eines oder mehrere der Einlassventile und/oder der Auslassventile eine Abschalt- und/oder eine Umschaltvorrichtung (die auch integriert ausgebildet sein können) vorgesehen ist. Eine Abschaltvorrichtung kann insbesondere zur Realisierung einer Kanalabschaltung, bei der ein Ventil temporär deaktiviert, d.h. nicht geöffnet, wird dienen. Mittels einer Umschaltvorrichtung kann insbesondere ein veränderter Hubverlauf und/oder ein Zusatzhub für das entsprechende Einlass- oder Auslassventil generiert werden.
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Konstruktiv vorteilhaft kann vorgesehen sein, die Abschalt- und/oder die Umschaltvorrichtung in den entsprechenden Ventilbetätigungshebel funktional zu integrieren. Dazu kann dieser in bekannter Weise als schaltbarer Ventilbetätigungshebel ausgebildet werden. Hierzu bieten sich insbesondere die relativ langen, zur Betätigung des ersten Auslassventils und zweiten Einlassventils vorgesehenen Ventilbetätigungshebel an.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer in einen Ventilbetätigungshebel integrierten Abschalt- und/oder Umschaltvorrichtung kann eine solche auch mittels eines Mehrfachnockensystems realisiert werden. Ein solches Mehrfachnockensystem zeichnet sich durch mehrere unterschiedliche Nocken aus, von denen jeweils einer durch ein Schalten des Mehrfachnockensystems in Wirkverbindung mit dem dazugehörigen Einlassventil oder Auslassventil beziehungsweise einem dazugehörigen Zwischenelement, wie beispielsweise einem Ventilbetätigungshebel, bringbar sind. Dies kann insbesondere durch ein axiales Verschieben eines drehfest auf einer Grundwelle der Nockenwelle gelagerten Mehrfachnockens mittels einer entsprechenden Verstellvorrichtung erfolgen. Der Mehrfachnocken bildet axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nocken aus. Durch das axiale Verschieben des Mehrfachnockens auf der Grundwelle kann das dazugehörige Einlass- oder Auslassventil mittels der unterschiedlich geformten Nocken in unterschiedlicher Weise betätigt werden. Dabei kann auch ein „Nullnocken“ vorgesehen sein, der durch eine fehlende Nockenerhebung gekennzeichnet ist, so dass von diesem in der Funktion einer Abschaltvorrichtung kein Öffnen des dazugehörigen Ventils bewirkt wird. Ebenso kann ein Nocken mehrere Nockenerhebungen aufweisen, so dass mittels dieses Nockens mehrere Ventilöffnungen (insbesondere Haupt- und Zusatzevent) je Umdrehung realisiert werden. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Mehrfachnockensystem zur Betätigung eines der Einlassventile und insbesondere des zweiten Einlassventils, vorgesehen ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, der für zumindest ein Einlass- oder Auslassventil eine Umschaltvorrichtung zur Realisierung eines Zusatzevents umfasst, kann ein Scavenging durchgeführt werden. Dabei wird durch eine Überschneidung der Öffnungszeiten von zumindest einem Einlassventil und einem Auslassventil des Zylinders in Zeiten eines Überdrucks auf der Einlassseite (in einem Frischgasstrang) des Verbrennungsmotors im Vergleich zu dem Druck auf der Auslassseite (in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors) Abgas, das in dem Zylinder verblieben ist (und gegebenenfalls auch etwas Frischgas), in den Abgasstrang abgeführt. Die Überschneidung der Öffnungszeiten kann beispielsweise durch ein Zusatzevent für zumindest eines der Einlassventile realisiert werden, das bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem dafür vorgesehenen Betriebsbereich (insbesondere niedrige Drehzahlen mit mittleren bis hohen Lasten), durchgeführt wird und ein zusätzliches Öffnen des entsprechenden Einlassventils während des Ausstoßtakts und somit in Überschneidung mit einem Öffnen der Auslassventile bewirkt. Durch das Scavenging kann unter anderem der Abgasmassenstrom durch die Turbine eines Abgasturboladers des Verbrennungsmotors und damit auch der von einem Verdichter des Abgasturboladers geförderte Massenstrom erhöht werden. Dies kann gleichzeitig den Wirkungsgrad des Abgasturboladers, damit den Ladedruck und dadurch das erzielbare Drehmoment des Verbrennungsmotors erhöhen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, der sowohl einen Phasensteller (einfach wirkend ist ausreichend) als auch eine Umschaltvorrichtung zur Realisierung eines Zusatzhubs für insbesondere zumindest ein Einlassventil kombiniert, können in vorteilhafter Weise sowohl ein Scavenging als auch eine innere Abgasrückführung realisiert werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass für den Zylinder das Öffnen des über den Phasensteller beeinflussbaren Auslassventils, insbesondere des ersten Auslassventils, so weit nach früh verstellt wird, dass sich eine Phase eines Überdrucks im Abgasstrang im Vergleich zu dem Druck im Frischgasstrang mit dem Öffnen des Einlassventils, insbesondere des zweiten Einlassventils, während des Ausstoßtakts im Rahmen des Zusatzevents überschneidet. Folglich wird bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors das Zusatzevent sowohl für ein Scavenging als auch für eine innere Abgasrückführung genutzt. Durch eine Beeinflussung der Ventilsteuerzeiten des ersten Auslassventils mittels des Phasenstellers kann dazu die Überschneidung der Öffnungszeiten des ersten Auslassventils und des im Zusatzevent betätigten Einlassventils so angepasst werden, dass entweder ein Überdruck auf der Einlassseite (Scavenging) oder auf der Auslassseite (innere Abgasrückführung) herrscht.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann auch vorgesehen sein, den Phasensteller doppelt wirkend auszubilden, so dass die Ventilsteuerzeiten der von der entsprechenden Nockenwelle betätigten Einlass- und Auslassventile unabhängig voneinander beeinflusst werden können. Dies ermöglicht unter anderem die Realisierung eines weit nach früh verstellten Öffnens eines Auslassventils, insbesondere des ersten Auslassventils („sehr frühes Auslassöffnen“). Dadurch kann erreicht werden, dass noch vergleichsweise stark verdichtetes und dadurch eine relativ hohe Temperatur aufweisendes Abgas über das entsprechende Auslassventil in den Abgasstrang abgeführt wird, was zu einem schnelleren Aufheizen von in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtungen führen kann. Diese variable Motorsteuerungsmaßnahme kann somit insbesondere in einer Warmlaufphase nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors vorteilhaft zum Einsatz kommen.
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Die verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können bei entsprechender struktureller Ausgestaltung des Verbrennungsmotors in beliebiger Kombination vorgenommen werden.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt jeweils schematisch:
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1: einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor in einer ersten Ausgestaltung;
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2: einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor in einer zweiten Ausgestaltung; und
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3: eine Betätigung des ersten Auslassventils und des zweiten Einlassventils bei den Verbrennungsmotoren gemäß den 1 und 2 mittels Rollenschlepphebeln.
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Die 1 zeigt rein schematisch einen Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors mit einem in einem Zylinderkurbelgehäuse sowie einem Zylinderkopf 10 ausgebildeten Zylinder 12. Ein Gaswechsel in dem Zylinder 12 wird mittels zwei Einlassventilen 14, 16 und zwei Auslassventilen 18, 20 gesteuert. Die Einlassventile 14, 16 und Auslassventile 18, 20 sind dazu in von dem Zylinderkopf 10 ausgebildeten Einlasskanälen 22 beziehungsweise Auslasskanälen 24 angeordnet. Die Einlasskanäle 22 gehen aus einem Frischgasstrang 26 ab und die Auslasskanäle 24 münden in einen Abgasstrang 28 des Verbrennungsmotors. Die Einlassventile 14, 16 und Auslassventile 18, 20 werden von zwei Nockenwellen 30, 32 betätigt.
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Die Einlassventile 14, 16 und Auslassventile 18, 20 sind in einem Standardventilstern derart angeordnet, dass eine mittig zwischen den Einlassventilen 14, 16 einerseits und den Auslassventilen 18, 20 andererseits angeordnete, die Mittellängsachse 34 des Zylinders 12 umfassende Ebene 36 parallel und somit nicht (beziehungsweise mit einem Winkel von 0°) geneigt zu den Längsachsen 38, 40 der beiden Nockenwellen 30, 32 angeordnet ist. Dabei sind beide Einlassventile 14, 16 räumlich der ersten Nockenwelle 30 und beide Auslassventile 18, 20 räumlich der zweiten Nockenwelle 32 zugeordnet, d.h. näher zu dieser angeordnet. Dargestellt ist, dass die Einlassventile 14, 16 in etwa direkt unterhalb der ersten Nockenwelle 30 und die Auslassventile 18, 20 in etwa direkt unterhalb der zweiten Nockenwelle 32 angeordnet sind.
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Die Nockenwellen 30, 32 sind als gemischte Nockenwellen ausgeführt. Jede von diesen betätigt somit ein Einlassventil 14, 16 und ein Auslassventil 18, 20. Konkret betätigt die erste Nockenwelle 30 das erste Einlassventil 14. Dies kann direkt oder über einen beliebigen Ventilbetätigungshebel, wie beispielsweise einen Schlepp- oder Kipphebel erfolgen. Die erste Nockenwelle 30 betätigt zudem das erste Auslassventil 18. Hierzu ist aufgrund der relativ großen Distanz zwischen der ersten Nockenwelle 30 und dem ersten Auslassventil 18 ein relativ langer Ventilbetätigungshebel 42 vorgesehen. Die zweite Nockenwelle 32 betätigt das zweite Auslassventil 20 direkt oder über einen Ventilbetätigungshebel und das zweite Einlassventil 16 über einen relativ langen Ventilbetätigungshebel 42. Die Betätigung des ersten Auslassventils 18 mittels der ersten Nockenwelle 30 und des zweiten Einlassventils 16 mittels der zweiten Nockenwelle 32 unter Zwischenschaltung relativ langer Ventilbetätigungshebel 42, dort beispielhaft in Form von Rollenschlepphebeln, ist in der 3 schematisch dargestellt.
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Ein rotierender Antrieb der Nockenwellen 30, 32 erfolgt durch eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Dabei treibt die Kurbelwelle über ein erstes Zahnradgetriebe 44 die zweite Nockenwelle 32 an, die wiederum über ein zweites Zahnradgetriebe 46 die erste Nockenwelle 30 antreibt.
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Die erste Nockenwelle 30 ist mit einem einfach wirkenden Phasensteller 48 versehen. Dieser ermöglicht, die Winkelstellung der ersten Nockenwelle 30 relativ zu der zweiten Nockenwelle 32 in Grenzen zu verändern, wodurch die Steuerzeiten des von der ersten Nockenwelle 30 betätigten ersten Einlassventils 14 und ersten Auslassventils 18 verändert werden.
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Zur Betätigung des ersten Einlassventils 14, des ersten Auslassventils 18 und des zweiten Auslassventils 20 weisen die Nockenwellen 30, 32 Einfachnocken 50 auf. Zur Betätigung des zweiten Einlassventils 16 weist die zweiten Nockenwelle 32 dagegen ein Mehrfachnockensystem 52 auf. Dieses umfasst einen Mehrfachnocken 54 mit zwei unterschiedlichen Nocken, wobei der Mehrfachnocken 54 drehfest aber axial verschiebbar auf einer Grundwelle der zweiten Nockenwelle 32 gelagert ist. Der Mehrfachnocken 54 kann mittels einer Verstellvorrichtung 56 in eine von zwei Axialpositionen verschoben werden, in denen entweder der ein oder der andere Nocken mit dem dazugehörigen Ventilbetätigungshebel 42 in Wirkverbindung steht.
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Bei dem Verbrennungsmotor gemäß der 1 können unter anderem folgende variable Motorsteuermaßnahmen realisiert werden: Miller/Atkinson-Zyklus, Scavenging und innere Abgasrückführung.
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Der in der 2 dargestellte Verbrennungsmotor unterscheidet sich von demjenigen der 1 lediglich darin, dass anstelle es einfach wirkenden Phasenstellers 48 ein doppelt wirkender Phasensteller 58 für die erste Nockenwelle 30 vorgesehen ist. Dieser ermöglicht ein Verstellen der Steuerzeiten des ersten Einlassventils 14 und des ersten Auslassventils 18 unabhängig voneinander. Dadurch kann insbesondere ein sehr frühes Auslassöffnen realisiert werden. Dies erfolgt mit dem Ziel, eines schnelles Aufheizen von in den Abgasstrang 28 integrierten Abgasnachbehandlungseinrichtungen (nicht dargestellt) in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Zylinder
- 14
- erstes Einlassventil
- 16
- zweites Einlassventil
- 18
- erstes Auslassventil
- 20
- zweites Auslassventil
- 22
- Einlasskanal
- 24
- Auslasskanal
- 26
- Frischgasstrang
- 28
- Abgasstrang
- 30
- erste Nockenwelle
- 32
- zweite Nockenwelle
- 34
- Mittellängsachse des Zylinders
- 36
- Ebene
- 38
- Längsachse der ersten Nockenwelle
- 40
- Längsachse der zweiten Nockenwelle
- 42
- relativ langer Ventilbetätigungshebel
- 44
- erstes Zahnradgetriebe
- 46
- zweites Zahnradgetriebe
- 48
- einfach wirkender Phasensteller
- 50
- Einfachnocken
- 52
- Mehrfachnockensystem
- 54
- Mehrfachnocken
- 56
- Verstellvorrichtung
- 58
- doppelt wirkender Phasensteller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7841311 B2 [0006]
- DE 102006042912 A1 [0011]
- DE 19581571 B4 [0013, 0013]
