DE102014219736A1

DE102014219736A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014219736A1
Application number: DE102014219736.8A
Authority: DE
Inventors: Steffen Roth; Matthias Hekrenz; Andreas Mayer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-03-31
Also published as: WO2016050240A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Einlassventil pro Zylinder, wobei der Ventiltrieb das jeweils erste Einlassventil (1) mit einer nicht- oder teilvariablen Ventilsteuerung (4) und das zweite Einlassventil (2) mit einer vollvariablen Ventilsteuerung (5) betätigt.

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich von Verbrennungskraftmaschinen insbesondere Kolbenmaschinen. Mit der Erfindung soll durch Kombination einer nicht variablen oder teilvariablen Ventilsteuerung und einer zusätzlichen vollvariablen Ventilsteuerung eine Kopplung derer Vorteile ermöglicht werden.
Der Einsatz des Systems kann sowohl für die Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile eines oder mehrerer Zylinder erfolgen und erfordert mindestens zwei Ventile auf der Einlass- oder Auslassseite.
Variable Ventiltriebe sind aktueller Stand der Technik. Mit Hilfe dieser Technologie ist für definierte Betriebszustände eine Optimierung des motorischen Betriebs möglich. Auf der Einlassseite erfolgt die Optimierung insbesondere durch eine Reduzierung der Ladungswechselarbeit, Erhöhung des Füllgrades und der Leistung, etc. Durch Variabilität auf der Auslassseite kann beispielsweise heißes Abgas in den Zylinder rückgeführt werden, was alternative Brennverfahren, zum Beispiel HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) ermöglicht.
Die DE 10 2008 036 308 B4 offenbart einen Ottomotor in Vierzylinder-Reihenbauweise mit zwei Auslassventilen pro Zylinder, die das Abgas in voneinander getrennte Abgaskanäle einer ersten Auslassventilgruppe und einer zweiten Auslassventilgruppe leiten. Die beiden Auslassventilgruppen werden gesondert voneinander geöffnet und geschlossen, wobei zumindest die Auslassventile der zweiten Gruppe mittels einer variablen Ventilsteuerung betätigt werden. Folglich können die Auslassventile der ersten Gruppe sowohl durch eine variable als auch durch eine nicht-variable Ventilsteuerung, d.h. mit festen Steuerzeiten betätigt werden.
Mit Hilfe von schaltbaren Ventiltriebskomponenten lassen sich diese Verbesserungen erreichen, die allerdings nur für einen Betriebspunkt optimal sind. Alle anderen Betriebszustände schöpfen nicht das volle Potenzial der motorischen Verbesserung.
Mit Hilfe einer vollvariablen Ventilsteuerung (z.B. UniAir) ist die motorische Optimierung in einem sehr viel größeren Arbeitsbereich möglich. Grund ist die nahezu beliebige Öffnungs- und Schließcharakteristik der Gaswechselventile.
Der wesentliche Nachteil des Standardventiltriebs bzw. des schaltbaren Ventiltriebs ist, dass der ottomotorisch optimale Betrieb nur für einen (Standardventiltrieb) oder sehr wenige Betriebspunkte (schaltbarer Ventiltrieb) möglich ist.
Der wesentliche Nachteil des vollvariablen Ventiltriebs (z.B. UniAir) ist die vergleichsweise hohe Verlustleistung. Prinzipbedingt ist beispielsweise bei UniAir ein Lösen der Zwangsführung zwischen Nockenwelle und Ventil erforderlich. Die in der Ventilfeder gespeicherte Energie tritt dabei als Verlustenergie auf.
Weitere Nachteile des vollvariablen Ventiltriebssystems UniAir sind das Startverhalten bei sehr geringen Temperaturen und nach langer, d.h. mehrwöchiger, Fahrzeugstillstandszeit durch das Leerlaufen der Ölgalerie des UniAir-Aktuators sowie Schwierigkeiten im Steuerverhalten (Präzision) aufgrund der Wechselwirkung beider Ventile eines Zylinders (Waving) in der gängigen Ausführung mit hydraulischer Brücke.
Diese Nachteile sind besonders bei Einsatz auf der Auslassseite relevant, weil beispielsweise ein nicht öffnendes Auslassventil Motorschäden zur Folge haben kann und die Gefahr von Ventil-Kolbenkollisionen bei verspätetem Ventilschließen viel größer ist.
Ursache der Überlegung ist die Erweiterung eines Standardventiltriebs oder schaltbaren Ventiltriebs um einen vollvariablen Ventiltrieb durch die Kombination beider Systeme für mindestens einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine.
Die Lösung soll einen stetigen Übergang der diskret geschalteten Zustände des schaltbaren Ventiltriebs zur Laststeuerung ermöglichen. Damit soll ein Optimum bezüglich des minimalen Energiebedarfs in allen Betriebspunkten erreicht werden.
Die Lösung ist gekennzeichnet durch eine Kombination von einem Standardventiltrieb (nicht variabel) oder einem schaltbaren (teilvariablen) Ventiltrieb mit einem vollvariablen Ventiltrieb (z.B. UniAir). Diese Kombination ist derart ausgeführt, dass die Betätigung mindestens eines der Ventile eines Zylinders mit Hilfe eines Standardventiltriebs oder eines schaltbaren Ventiltriebs erfolgt und die Betätigung mindestens eines weiteren Ventils mittels des vollvariablen Ventiltriebssystems. Die Betätigung kann dabei jeweils durch einen oder mehrere unterschiedliche Nocken erfolgen.
Die Ansteuerung mindestens eines Gaswechselventils über einen vollvariablen Ventiltrieb erlaubt eine variable Laststeuerung durch die Vorgabe unterschiedlicher Öffnungsquerschnitte. Die vollvariable Laststeuerung bleibt erhalten, wenn die Kombination mit einem schaltbaren Ventiltriebssystem erfolgt, das mindestens einen Null- und einen Vollhub ermöglicht. Für die Kombination mit einem nicht schaltbaren Ventiltrieb, ist eine vollvariable Laststeuerung nur im oberen Lastbereich möglich.
Weiterhin erlaubt die Kombination einen Phasenversatz der beiden Gaswechselventile zueinander und ermöglicht damit eine Optimierung der Ladungsbewegung.
Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht es unter Beibehaltung der vollvariable Laststeuerung folgende Nachteile des rein vollvariablen Ventiltriebssystems UniAir zu beeinflussen:

– Verringerung der Verlustleistung im Vergleich zum vollvariablen Ventiltrieb,
– Verbesserung des Startverhaltens bei längerem Stillstand,
– Verbesserung des Kaltstartverhaltens,
– Verbesserung der Steuerbarkeit (kein Waving).

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der einzigen Figur, in der ein Ausschnitt eines einlassseitigen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit Mehrventiltechnik und hier mit zwei Einlassventilen 1 und 2 pro Zylinder stark vereinfacht dargestellt ist. Der Ventiltrieb umfasst eine Nockenwelle 3, die das erste Einlassventil 1 mittels einer konventionellen Ventilsteuerung 4 in Form eines starren Nockenfolgers mit nicht-variablen Steuerzeiten betätigt und die das zweite Einlassventil 2 unter Zwischenschaltung einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung 5 bekannter Art (z.B. UniAir gemäß DE 10 2007 054 376 A1 ) mit vollvariabel einstellbaren Steuerzeiten betätigt.
Nicht dargestellte Alternativausführungen:
Das erste Einlassventil 1 kann auch mit einer teilvariablen Ventilsteuerung (z.B. schaltbarer Nockenfolger, Schiebenocken) mit voneinander verschiedenen, aber lediglich diskret gestuften Steuerzeiten betätigt werden.
Das erste Einlassventil kann auch einen ersten Einlasskanal steuern, der vom zweiten Einlasskanal separiert und mit einer Kanalabschaltung (Drosselklappe) versehen ist.
Die Einlasskanäle können bedarfsweise als Füll-, Drall- oder Tumblekanäle ausgebildet sein.
Alle genannten Ausführungen sind sowohl einzeln oder in Kombination als auch alternativ oder optional an den beiden Auslassventilen eines Zylinders möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008036308 B4 [0004]
DE 102007054376 A1 [0017]

Claims

Ventiltrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Einlassventil pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb das jeweils erste Einlassventil (1) mit einer nicht- oder teilvariablen Ventilsteuerung (4) und das zweite Einlassventil (2) mit einer vollvariablen Ventilsteuerung (5) betätigt.