DE102016219079A1

DE102016219079A1 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016219079A1
Application number: DE102016219079.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Friedfeldt; Thomas Lorenz; Ulrich Heiter; Peter Borkenhagen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, bei der – jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, – je Einlassöffnung ein Ventiltrieb (1a, 1b) vorgesehen ist mit einer Betätigungseinrichtung (2a, 2b), die einen auf einer Nockenwelle (3) angeordneten Nocken (4a, 4b) umfasst, – der Ventiltrieb (1a, 1b) mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken (4a, 4b) relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist, – die Nocken (4a, 4b) der Betätigungseinrichtungen (2a, 2b) der mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders auf einer zumindest zweiteiligen Nockenwelle (3) angeordnet sind, – ein erster Nockenwellenversteller (5) vorgesehen ist, um die innere Nockenwelle (3b) gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) zu verdrehen, und – ein Positionsgeber (6) vorgesehen ist, um die Verdrehposition der inneren Nockenwelle (3b) gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) messtechnisch zu erfassen. Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die insbesondere hinsichtlich des Positionsgebers von gegeneinander verdrehbaren Einlassnockenwellen verbessert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Positionsgeber (6) in den ersten Nockenwellenversteller (5) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, bei der

– eine Kurbelwelle vorgesehen ist, die mit mindestens einer Nockenwelle zumindest antriebsverbindbar ist,
– je Einlassöffnung ein Ventiltrieb vorgesehen ist mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um die Einlassöffnung freizugeben und zu versperren, mit einem Ventilfedermittel, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer Betätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft des Ventilfedermittels zu öffnen, wobei die Betätigungseinrichtung einen auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken umfasst, der bei umlaufender Nockenwelle mit einem Nockenfolgeelement in Eingriff bringbar ist, wodurch das Ventil betätigbar ist,
– der Ventiltrieb mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist,
– die Nocken der Betätigungseinrichtungen der mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders auf einer zumindest zweiteiligen Nockenwelle angeordnet sind, die mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Nockenwellenabschnitte umfasst, wobei mindestens ein Nocken auf einem ersten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und mindestens ein Nocken auf einem zweiten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und die zumindest zweiteilige Nockenwelle als ersten Nockenwellenabschnitt eine äußere hohle Nockenwelle und als zweiten Nockenwellenabschnitt eine in der hohlen Nockenwelle drehbar angeordnete innere Nockenwelle umfasst,
– ein erster Nockenwellenversteller vorgesehen ist, um die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle zu verdrehen, und
– ein Positionsgeber vorgesehen ist, um die Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle messtechnisch zu erfassen.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem aufweist.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt und beispielsweise in der US 2011/0197839 beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren mit Fremdzündung nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung des mindestens einen Zylinders, d. h. Brennraums, miteinander verbunden werden. Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf und dient regelmäßig der Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle. 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 Abgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums mit Verbrennungsluft 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 Einlassöffnungen und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Die für die Bewegung eines Ventils erforderliche Betätigungseinrichtung einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
Eine Betätigungseinrichtung umfasst eine Nockenwelle, auf der mindestens ein Nocken angeordnet ist. 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.
Obenliegende Nockenwellen werden üblicherweise 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 einem Nocken und dem zugehörigen Ventil, wobei der auf einer Nockenwelle angeordnete Nocken bei umlaufender Nockenwelle mit dem zugehörigen Nockenfolgeelement in Eingriff gebracht wird, um das Ventil zu betätigen und auszulenken.
Es ist die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlassöffnungen bzw. Auslassöffnungen 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 Einlassöffnungen bzw. Auslassöffnungen ausgestattet.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist es ein grundsätzliches Ziel, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad im Vordergrund der Bemühungen steht.
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.
Um die beschriebenen Verluste zu senken, wurden verschiedene Strategien zur Entdrosselung eines Ottomotors entwickelt.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung eines 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.
Ein weiterer Lösungsansatz zur Entdrosselung eines Ottomotors 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 ist und beispielsweise die Schließzeit eines Einlassventils und/oder der Einlassventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse bzw. Luftmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlassventilhub bzw. die Öffnungsdauer des Einlassventils gesteuert. Voll variable Ventiltriebe sind sehr kostenintensiv, weshalb häufig teilweise variable oder schaltbare Ventiltriebe zum Einsatz kommen.
Die Zylinder der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, verfügen über mindestens zwei Einlassöffnungen, wobei der Ventiltrieb mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist. Insofern verfügt jeder Zylinder über mindestens einen teilweise variablen Ventiltrieb, mit dem die Steuerzeiten eines Einlassventils verschoben werden können; insbesondere die Schließzeit dieses Einlassventils verändert werden kann.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Wirkungsgrad η des Ottomotors mit dem Kompressionsverhältnis ε zumindest näherungsweise korreliert. D. h. der Wirkungsgrad η steigt mit dem Kompressionsverhältnis ε, ist bei einem größeren Kompressionsverhältnis in der Regel höher und bei einem kleineren Kompressionsverhältnis in der Regel niedriger.
Folglich wären die Zylinder einer Brennkraftmaschine im Hinblick auf den Wirkungsgrad vorzugsweise mit einem möglichst großen Kompressionsverhältnis auszustatten. Das Kompressionsverhältnis kann aber nicht beliebig erhöht werden, da mit steigendem Kompressionsverhältnis auch die Klopfneigung, d. h. die Tendenz zur Selbstentzündung von Gemischteilen, zunimmt. Moderne Ottomotoren haben daher in der Regel ein Kompressionsverhältnis von höchstens 8 bis 10, wobei ein Kompressionsverhältnis von etwa 15 den besten Wirkungsgrad verspricht. Dadurch wird zwar der Wirkungsgrad begrenzt, aber auch die erforderliche Sicherheit gegen Klopfen, insbesondere bei hohen Lasten, gewährleistet.
Nach dem Stand der Technik wird der Klopfneigung auch dadurch entgegen gewirkt, dass die Zündung bei Bedarf nach spät verschoben wird, beispielsweise bei höheren Lasten, wodurch sich der Verbrennungsschwerpunkt nach spät verlagert und der Verbrennungsdruck sowie die Verbrennungstemperatur abnehmen. Dies wirkt sich aber nachteilig auf den Wirkungsgrad aus.
Zu höheren Lasten hin, bei denen der Betrieb der Brennkraftmaschine zunehmend dadurch limitiert wird, dass ein Klopfen unter allen Umständen sicher zu vermeiden ist, kann der Klopfneigung auch dadurch begegnet werden, dass der Einlass eines Zylinders später geschlossen wird. Durch eine Verlängerung der einlassseitigen Öffnungsdauer bzw. durch ein spätes Schließen mindestens eines Einlassventils kann das effektive Kompressionsverhältnis ε_eff abgesenkt werden, wobei ein Teil der Zylinderfrischladung bzw. der Verbrennungsluft bei noch geöffnetem Einlass im Rahmen des Kompressionstaktes wieder in das Ansaugsystem ausgeschoben wird. Ein hohes geometrisches Kompressionsverhältnis ε_geo, welches grundsätzlich als vorteilhaft anzusehen ist und bei niedrigeren Lasten maßgeblich zur Wirkungsgradverbesserung beiträgt, kann auf diese Weise bei höheren Lasten virtuell verkleinert bzw. durch ein niedrigeres effektives Kompressionsverhältnis ε_eff ersetzt und damit entschärft werden.
Nach dem Stand der Technik kommen zu diesem Zweck unter anderem modular aufgebaute, insbesondere zweiteilige Einlassnockenwellen zum Einsatz, die eine erste äußere Einlassnockenwelle und eine zweite innere Einlassnockenwelle umfassen, wobei die innere Einlassnockenwelle in der hohl ausgeführten äußeren Einlassnockenwelle drehbar gelagert ist. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 008 958 A1 beschreibt eine solche Nockenwelle.
Auf der ersten Einlassnockenwelle ist zum Ansteuern des ersten Einlassventils ein erster Einlassnocken drehfest angebracht. Ein gegenüber der ersten Einlassnockenwelle verdrehbarer zweiter Einlassnocken ist mit der innenliegenden zweiten Einlassnockenwelle mittels Befestigungsstift drehfest verbunden, so dass durch Drehen der zweiten Einlassnockenwelle die Einlassnocken gegeneinander verdrehbar sind, d. h. der zweite Einlassnocken gegenüber dem ersten Einlassnocken verdreht werden kann bzw. umgekehrt.
Durch Verdrehen der zweiten Einlassnockenwelle gegenüber der ersten Einlassnockenwelle und damit gegenüber der Kurbelwelle, werden die Steuerzeiten des zweiten Einlassventils verschoben; beispielsweise nach spät. Dadurch wird zum einen die einlassseitige Öffnungsdauer des Zylinders verlängert. Zum anderen kann durch ein späteres Schließen des zweiten Einlassventils ein Teil der Zylinderfrischladung bei noch geöffnetem Einlass im Rahmen des Kompressionstaktes wieder in das Ansaugsystem ausgeschoben werden, wodurch das effektive Kompressionsverhältnis ε_eff abgesenkt wird. Je größer der Verdrehwinkel der beiden Einlassnocken zueinander ist, desto später kann das zweite Einlassventil geschlossen und desto stärker das effektive Kompressionsverhältnis verringert werden.
Um bei einer zweiteiligen Nockenwelle die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle verdrehen zu können, ist ein Nockenwellenversteller vorzusehen, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als erster Nockenwellenversteller bezeichnet wird. Gemäß dem Stand der Technik wird regelmäßig ein hydraulischer Nockenwellenversteller eingesetzt.
Des Weiteren ist ein Positionsgeber vorzusehen, um die momentane Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle detektieren zu können.
Nach dem Stand der Technik wird hierfür regelmäßig eine radförmige Scheibe verwendet, die zwischen den Enden der Nockenwelle im Bereich eines Nockens mit der inneren Nockenwelle drehfest verbunden ist und umfänglich mehrere nach außen hin offene Ausnehmungen aufweist. Ein derartiger Positionsgeber dient im Zusammenwirken mit einem Sensor der berührungslosen messtechnischen Erfassung der Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle.
Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen Konzept zur Erfassung der Verdrehposition ist insbesondere die Anordnung der als Positionsgeber dienenden Scheibe zwischen den Enden der Nockenwelle, da der zur Verfügung stehende Raum im bzw. am Zylinderkopf ohnehin sehr begrenzt ist, insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen einlassseitig je Zylinder zwei oder mehr Einlassventile mitsamt den zugehörigen Ventiltrieben unterzubringen sind.
Darüber hinaus wird die Scheibe regelmäßig seitlich benachbart zum Nocken bzw. am Rande des Nockens auf seiner Mantelfläche angeordnet, so dass dieser Nocken in besonderer Weise auszubilden ist und sich von den übrigen Nocken unterscheidet. Dies erschwert die Fertigung und die Montage und erhöht die Kosten.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die insbesondere hinsichtlich des Positionsgebers von gegeneinander verdrehbaren Einlassnockenwellen verbessert ist.
Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen, wobei jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem aufweist.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, bei der

– eine Kurbelwelle vorgesehen ist, die mit mindestens einer Nockenwelle zumindest antriebsverbindbar ist,
– je Einlassöffnung ein Ventiltrieb vorgesehen ist mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um die Einlassöffnung freizugeben und zu versperren, mit einem Ventilfedermittel, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer Betätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft des Ventilfedermittels zu öffnen, wobei die Betätigungseinrichtung einen auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken umfasst, der bei umlaufender Nockenwelle mit einem Nockenfolgeelement in Eingriff bringbar ist, wodurch das Ventil betätigbar ist,
– der Ventiltrieb mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist,
– die Nocken der Betätigungseinrichtungen der mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders auf einer zumindest zweiteiligen Nockenwelle angeordnet sind, die mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Nockenwellenabschnitte umfasst, wobei mindestens ein Nocken auf einem ersten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und mindestens ein Nocken auf einem zweiten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und die zumindest zweiteilige Nockenwelle als ersten Nockenwellenabschnitt eine äußere hohle Nockenwelle und als zweiten Nockenwellenabschnitt eine in der hohlen Nockenwelle drehbar angeordnete innere Nockenwelle umfasst,
– ein erster Nockenwellenversteller vorgesehen ist, um die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle zu verdrehen, und
– ein Positionsgeber vorgesehen ist, um die Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle messtechnisch zu erfassen

– der Positionsgeber in den ersten Nockenwellenversteller integriert ist.

Erfindungsgemäß und im Gegensatz zum Stand der Technik wird der Positionsgeber nicht zwischen den Enden der mindestens zweiteiligen Nockenwelle platziert, sondern vielmehr in den ersten Nockenwellenversteller, der regelmäßig an einem der beiden Enden der Nockenwelle angeordnet ist, integriert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept zur Erfassung der Verdrehposition wird zwischen den beiden Enden der Nockenwelle kein Raum für den Positionsgeber beansprucht, wodurch die einlassseitige Anordnung von zwei oder mehr Einlassventilen je Zylinder mitsamt den zugehörigen Ventiltrieben erleichtert bzw. nicht zusätzlich erschwert wird. Ein erfindungsgemäß an einem Ende der Nockenwelle angeordneter Positionsgeber ermöglicht zudem in einfacher Weise die ungehinderte messtechnische Erfassung der Verdrehposition mittels Sensor, da der Positionsgeber problemlos zugänglich ist.
Das Erfordernis, einen Nocken aufgrund der Anordnung des Positionsgebers zwischen den Enden der Nockenwelle in besonderer Weise ausbilden zu müssen, entfällt mit dieser aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung und infolgedessen auch die damit verbundene aufwendigere Fertigung bzw. Montage sowie die höheren Kosten.
Die Integration des Positionsgebers in den ersten Nockenwellenversteller bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Positionsgeber und der Nockenwellenversteller ein monolithisches, d.h. einteiliges Bauteil bilden. D.h. der Positionsgeber und eine Komponente des Nockenwellenverstellers, beispielsweise der Rotor bzw. das Gehäuse, bilden erfindungsgemäß ein integrales einstückiges Bauteil.
Die Ausbildung eines monolithischen Bauteils ist ein Grenzfall, bei dem der Positionsgeber und der Nockenwellenversteller einteilig ausgebildet sind, d. h. aus einem Stück gefertigt sind, oder unlösbar, beispielsweise mittels Schweißen, miteinander verbunden sind. Zur Ausbildung des Positionsgebers kann der Nockenwellenversteller, beispielsweise das Gehäuse des Nockenwellenverstellers, Ausnehmungen aufweisen.
Bilden der Positionsgeber und der Nockenwellenversteller ein modular aufgebautes Bauteil aus, wie beispielsweise in der US 2011/0197839 , wird ein als Positionsgeber dienendes Element, benachbart zum Nockenwellenversteller angeordnet und am Nockenwellenversteller befestigt. Der Positionsgeber und der Nockenwellenversteller sind lösbar miteinander verbunden, beispielsweise formschlüssig oder kraftschlüssig. Eine kraftschlüssige Verbindung kann eine Schrumpf-Pressverbindung sein. Diese Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind. Nichtsdestotrotz kann grundsätzlich auch eine Verbindung unter Verwendung von weiteren Komponenten bzw. Elementen ausgebildet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bereitgestellt, die insbesondere hinsichtlich des Positionsgebers von gegeneinander verdrehbaren Einlassnockenwellen verbessert ist.
Erfindungsgemäß ist der Ventiltrieb mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel in der Art, dass der Nocken relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist, wodurch die Nocken der Einlassventile eines Zylinders gegeneinander verdrehbar sind, so dass sich die Öffnungsdauer des zugehörigen Zylinders einlassseitig verlängern bzw. verkürzen lässt.
Diese Verstellmöglichkeit erfordert mindestens einen verdrehbaren Nocken. Gemäß einer ersten Alternative wird ein verstellbar ausgebildeter Nocken gegenüber der Kurbelwelle verdreht, wohingegen der mindestens eine andere Nocken als feststehender, statischer Nocken ausgeführt ist. Gemäß einer zweiten Alternative werden die mindestens zwei Nocken als verstellbare Nocken ausgebildet, die gegeneinander und gegenüber der Kurbelwelle verdrehbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der erste Nockenwellenversteller an einem Ende der Nockenwelle angeordnet ist. An einem der beiden Enden der Nockenwelle ist regelmäßig ein Antrieb vorgesehen, wobei häufig ein Zugmitteltrieb dazu dient, die mindestens eine Nockenwelle mittels Kurbelwelle in Drehung zu versetzen. Folglich bietet sich das andere freie Ende für den ersten Nockenwellenversteller an.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der erste Nockenwellenversteller ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist.
Ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist besonders geeignet, da eine Druckölquelle in diesem Bereich der Brennkraftmaschine, d. h. nahe der Nockenwelle bzw. nahe des Zylinderkopfes bereits zur Verfügung steht, beispielsweise um die Lagerung der Nockenwelle oder dergleichen zu schmieren. Das Öl für den Nockenwellenversteller kann einem bereits existierenden Ölkreislauf entnommen werden, der zur Ölförderung und Druckerzeugung eine Ölpumpe umfasst.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der erste Nockenwellenversteller einen mit der äußeren hohlen Nockenwelle drehfest verbundenen Stator und einen mit der inneren Nockenwelle drehfest verbundenen Rotor umfasst, wobei der innenliegende Stator im außenliegenden Rotor angeordnet ist.
Handelt es sich um einen hydraulischen Nockenwellenversteller, ist der Stator bzw. der Rotor mit Flügeln ausgestattet. Um die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle zu verdrehen, wird der Nockenwellenversteller mit Drucköl beaufschlagt, d. h. aktiviert, so dass der außenliegende Rotor gegenüber dem innenliegenden Stator verdreht wird und mit dem Rotor die innere Nockenwelle.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der außenliegende Rotor gehäuseartig ausgebildet ist. Dies erleichtert bei einer Vielzahl von Ausführungsformen die erfindungsgemäße Integration des Positionsgebers in den ersten Nockenwellenversteller.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der Positionsgeber in den außenliegenden Rotor integriert ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der Positionsgeber einteilig mit dem außenliegenden Rotor ausgebildet ist.
Vorteilhaft sind dabei wiederum Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der außenliegende Rotor zur Ausbildung des Positionsgebers Ausnehmungen aufweist.
Ein Sensor kann im Zusammenwirken mit den Ausnehmungen im bzw. am Rotor die Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle messtechnisch erfassen. Die Anordnung des Sensors zur Ermittlung der Verdrehposition hängt maßgeblich von der Ausbildung der Ausnehmungen am Rotor ab. Die Verbindungslinie bzw. Wirklinie zwischen dem Sensor und den Ausnehmungen kann insbesondere parallel oder radial zur Längsachse der Nockenwelle verlaufen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Ausnehmungen umfänglich nach außen offen ausgebildet sind. Vorliegend ist der Sensor vorzugsweise auf einem größeren Umfang um den Rotor angeordnet. Die Verbindungslinie bzw. Wirklinie zwischen dem Sensor und den Ausnehmungen verläuft dabei radial zur Längsachse der Nockenwelle.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Ausnehmungen einseitig offen ausgebildet sind. Vorliegend ist der Sensor vorzugsweise seitlich vom Rotor angeordnet. Die Verbindungslinie bzw. Wirklinie zwischen dem Sensor und den Ausnehmungen verläuft dann parallel zur Längsachse der Nockenwelle.
Auch aus dem Vorstehenden folgt, dass grundsätzlich Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine vorteilhaft sind, bei denen ein Sensor vorgesehen ist, der im Zusammenwirken mit dem Positionsgeber die Verdrehposition der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle berührungslos messtechnisch erfasst.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Nockenwelle via Zugmitteltrieb mit der Kurbelwelle antriebsverbindbar ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der Zugmitteltrieb nockenwellenseitig ein mit der Nockenwelle kinematisch gekoppeltes Antriebsrad umfasst. Bei Verwendung eines Riementriebs dient ein Riemenrad als Antriebsrad. Vorzugsweise ist der Zugmitteltrieb mit der Nockenwelle via äußerer Nockenwelle kinematisch gekoppelt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen ein zweiter Nockenwellenversteller vorgesehen ist, um die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verdrehen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist nicht nur der Ventiltrieb mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder in der Art variabel, dass der Nocken relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist. Vielmehr lässt sich die gesamte Nockenwelle als solche gegenüber der Kurbelwelle verdrehen, d. h. die Kombination aus innerer und äußerer Nockenwelle gemeinsam als Einheit, ohne dass die mindestens eine Nocke der inneren Nockenwelle gegenüber der mindestens einen Nocke der äußeren Nockenwelle verdreht wird bzw. verdreht werden müsste.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Nockenwellenversteller ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist. Die Vorteile, die aus der Verwendung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers resultieren, wurden bereits erörtert, weshalb darauf Bezug genommen wird.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Nockenwellenversteller einen mit der äußeren hohlen Nockenwelle drehfest verbundenen Rotor und einen mit der Kurbelwelle kinematisch gekoppelten Stator umfasst. Der Stator kann beispielsweise im Antriebsrad eines Zugmitteltriebs angeordnet und mit diesem Antriebsrad drehfest verbunden sein.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen aufweist und drei Zylinder vorgesehen sind, die entlang einer Längsachse eines Zylinderkopfes angeordnet sind. Diese Ausführungsform bezieht sich auf Drei-Zylinder-Reihenmotoren.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Betätigungseinrichtungen der mindestens zwei Einlassöffnungen Nockenfolgeelemente umfassen, wobei als Nockenfolgeelement ein Schwinghebel, ein Kipphebel, ein Schlepphebel und/oder ein Stößel verwendet wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen die Nocken der Betätigungseinrichtungen der mindestens zwei Einlassöffnungen die gleiche Kontur aufweisen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder ein geometrisches Kompressionsverhältnis ε_geo ≥ 11, ε_geo ≥ 11.5 bzw. ε_geo ≥ 12 aufweist.
Je höher das Kompressionsverhältnis ist desto höher ist der Wirkungsrad und desto niedriger ist der Kraftstoffverbrauch. Höhere geometrische Kompressionsverhältnisse erfordern aber unter Umständen eine größere Variabilität des Ventiltriebs, um das effektive Kompressionsverhältnis deutlicher bzw. ausreichend absenken zu können.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder zwecks Kraftstoffversorgung mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder ist ein geeignetes Mittel zur Verringerung der Klopfneigung des Ottomotors und damit eine Maßnahme zur Verbesserung des Wirkungsgrades.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, wobei jeder Abgasturbolader eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst.
Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Ein Abgasturbolader umfasst einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter und eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine, die auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in dieser Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung des mindestens einen Zylinders erreicht wird.
Regelmäßig ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den Zylinder gekühlt wird.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden. Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Durch Aufladung in Kombination mit geeigneten Getriebeauslegungen kann auch ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, bei dem ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt werden kann. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer zuvor genannten Art aufzuzeigen, bei der jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem aufweist, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ausgehend von einer niedrigeren Last, bei der die zu den zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders gehörenden Nocken synchron umlaufen, mit zunehmender Last die zu den zwei Einlassöffnungen eines Zylinders gehörenden Nocken zunehmend gegeneinander in der Art verdreht werden, dass der zugehörige Zylinder einlassseitig später geschlossen wird.
Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die zu den zwei Einlassventilen eines Zylinders gehörenden Nocken der Betätigungseinrichtungen können relativ zueinander verdreht werden, so dass die zu einem Zylinder gehörenden Einlassventile nicht mehr synchron betätigt werden, d. h. nicht mehr gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden. Werden die zu den Einlassventilen bzw. Einlassöffnungen eines Zylinders gehörenden Nocken gegeneinander in der Art verdreht, dass ein zweites Einlassventil später betätigt wird als ein erstes Einlassventil, weisen die Steuerzeiten der Einlassventile einen Versatz auf, der auch als Steuerversatz bezeichnet werden kann. Dieser Steuerversatz ermöglicht es, die einlassseitige Öffnungsdauer zu variieren, wobei die Öffnungsdauer sich vom Öffnen des ersten Einlassventils bis hin zum Schließen des zweiten Einlassventils erstreckt.
Wird die Brennkraftmaschine beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug verwendet, kann durch Betätigung des Gaspedals eine erhöhte Last angefordert werden. Dabei kann beispielsweise im Rahmen einer Beschleunigung die Last auch sprunghaft ansteigen, d. h. ein Lastsprung realisiert werden.
Erfindungsgemäß werden die zu den zwei Einlassöffnungen eines Zylinders gehörenden Nocken bei einer erhöhten Lastanforderung gegeneinander verdreht und zwar in der Art, dass der zugehörige Zylinder einlassseitig später geschlossen wird. Dies soll der Klopfneigung der Brennkraftmaschine bei höheren Lasten entgegen wirken.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder eine zweite Einlassöffnung aufweist, deren Ventiltrieb zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken der zugehörigen Betätigungseinrichtung gegenüber dem Nocken der Betätigungseinrichtung der anderen ersten Einlassöffnung und damit relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen ausgehend von einer niedrigeren Last, bei der die zu den zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders gehörenden Nocken synchron umlaufen, mit zunehmender Last der zu der zweiten Einlassöffnung jedes Zylinders gehörende Nocken relativ zur Kurbelwelle nach spät verdreht wird, um den zugehörigen Zylinder einlassseitig später zu schließen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen der zu der zweiten Einlassöffnung jedes Zylinders gehörende Nocken mit zunehmender Last relativ zur Kurbelwelle derart nach spät verdreht wird, dass das zugehörige Ventil im Kompressionstakt geschlossen wird.
Ein Schließen des Einlassventils im Rahmen des Kompressionstaktes senkt das effektive Kompressionsverhältnis ε_eff. Ein Teil der Zylinderfrischladung bzw. der Verbrennungsluft wird dann bei noch geöffnetem Einlass wieder in das Ansaugsystem ausgeschoben. Ein hohes geometrisches Kompressionsverhältnis ε_geo, das bei niedrigeren Lasten zur Wirkungsgradverbesserung beiträgt, kann auf diese Weise bei höheren Lasten entschärft werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Fragment der zweiteiligen Einlassnockenwelle eines Zylinders mitsamt Nockenwellenversteller und Positionsgeber gemäß einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, und
2 schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Fragment der zweiteiligen Einlassnockenwelle eines Zylinders mitsamt Nockenwellenversteller und Positionsgeber gemäß einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Fragment der zweiteiligen Einlassnockenwelle 3 eines Zylinders mitsamt Nockenwellenversteller 5 und Positionsgeber 6 gemäß einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Die zweiteilige Einlassnockenwelle 3 umfasst eine äußere hohle Nockenwelle 3a und eine innere Nockenwelle 3b, wobei die innere Nockenwelle 3b in der äußeren hohlen Nockenwelle 3a drehbar angeordnet ist.
Dargestellt sind Teile der einlassseitigen Ventiltriebe 1a, 1b eines Zylinders einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Der Zylinder verfügt über zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft, wobei je Einlassöffnung ein Ventiltrieb 1a, 1b vorgesehen ist mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um die zugehörige Einlassöffnung freizugeben und zu versperren (nicht dargestellt).
Jeder Ventiltrieb 1a, 1b umfasst eine Betätigungseinrichtung 2a, 2b, um das zugehörige Ventil zu betätigen, wobei die Betätigungseinrichtung 2a, 2b einen auf der Einlassnockenwelle 3 angeordneten Nocken 4a, 4b umfasst, der bei umlaufender Nockenwelle 3 mit einem Nockenfolgeelement in Eingriff gebracht wird, wodurch das Ventil ausgelenkt wird. Die Drehrichtung der Einlassnockenwelle 3 ist durch einen Drehpfeil kenntlich gemacht.
Die Betätigungseinrichtung 2a der ersten Einlassöffnung umfasst einen Nocken 4a, der auf der äußeren hohlen Nockenwelle 3a angeordnet ist, und die Betätigungseinrichtung 2b der zweiten Einlassöffnung umfasst einen Nocken 4b, der auf der inneren Nockenwelle 3b angeordnet ist.
Ein erster Nockenwellenversteller 5 ist am Ende 7 der Nockenwelle 3 vorgesehen, um die innere Nockenwelle 3b gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle 3a verdrehen zu können. D. h. der Ventiltrieb 1b der zweiten Einlassöffnung ist in der Art variabel ausgeführt, dass der Nocken 4b gegenüber dem anderen ersten Nocken 4a und relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist.
Bei dem Nockenwellenversteller 5 handelt es sich vorliegend um einen hydraulischen Nockenwellenversteller 8, der einen innenliegenden Stator 8a und einen außenliegenden Rotor 8b umfasst. Der Stator 8a ist mit der äußeren hohlen Nockenwelle 3a und der Rotor 8b mit der inneren Nockenwelle 3b drehfest verbunden.
Wird der Nockenwellenversteller 5, 8 aktiviert, wird der gehäuseartig ausgebildete Rotor 8b gegenüber dem innenliegenden Stator 8a verdreht und mit dem Rotor 8b die innere Nockenwelle 3b gegenüber der äußeren Nockenwelle 3a.
Um die Verdrehposition der inneren Nockenwelle 3b gegenüber der äußeren Nockenwelle 3a messtechnisch erfassen zu können, ist ein Positionsgeber 6 vorgesehen, der in den Nockenwellenversteller 5, 8 integriert ist, wobei der Positionsgeber 6 vorliegend in den gehäuseartig ausgebildeten Rotor 8b integriert ist. Hierzu ist der Positionsgeber 6 einteilig mit dem Rotor 8b ausgebildet. Der Rotor 8b weist zur Ausbildung des Positionsgebers 6 Ausnehmungen 6a auf, die umfänglich nach außen offen ausgebildet sind.
Ein Sensor 9 ist auf einem Umfang um den Rotor 8b angeordnet, wobei die Wirklinie zwischen dem Sensor 9 und den Ausnehmungen 6a radial zur Längsachse 10 der Nockenwelle 3 verläuft. Der Sensor 9 erfasst im Zusammenwirken mit den Ausnehmungen 6a am Rotor 8b die Verdrehposition der inneren Nockenwelle 3b gegenüber der äußeren Nockenwelle 3a.
2 zeigt schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein Fragment der zweiteiligen Einlassnockenwelle 3 eines Zylinders mitsamt Nockenwellenversteller 5 und Positionsgeber 6 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Brennkraftmaschine. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform sind bei dem in 2 dargestellten Nockenwellenversteller 5 die Ausnehmungen 6a einseitig offen ausgebildet und der Sensor 9 ist korrespondierend dazu seitlich vom gehäuseartig ausgebildeten Rotor 8b angeordnet. Die Wirklinie zwischen dem Sensor 9 und den Ausnehmungen 6a verläuft parallel zur Längsachse 10 der Nockenwelle 3.
Bezugszeichenliste

1a: erster Ventiltrieb, Ventiltrieb des ersten Einlassventils
1b: zweiter Ventiltrieb, Ventiltrieb des zweiten Einlassventils
2a: erste Betätigungseinrichtung, Betätigungseinrichtung des ersten Einlassventils
2b: zweite Betätigungseinrichtung, Betätigungseinrichtung des zweiten Einlassventils
3: zweiteilige Nockenwelle, Einlassnockenwelle
3a: äußere hohle Nockenwelle
3b: in der hohlen Nockenwelle drehbar angeordnete innere Nockenwelle
4a: erster Nocken, auf der äußeren Nockenwelle angeordneter Nocken
4b: zweiter Nocken, auf der inneren Nockenwelle angeordneter Nocken
5: erster Nockenwellenversteller
6: Positionsgeber
6a: Ausnehmung
7: ein Ende der Nockenwelle
8: hydraulischer Nockenwellenversteller
8a: Stator
8b: Rotor
9: Sensor
10: Längsachse der Nockenwelle
ε_eff: effektives Kompressionsverhältnis
ε_geo: geometrisches Kompressionsverhältnis

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

US 2011/0197839 [0003, 0035]
DE 102010008958 A1 [0019]

Claims

Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem und mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, bei der – eine Kurbelwelle vorgesehen ist, die mit mindestens einer Nockenwelle (3) zumindest antriebsverbindbar ist, – je Einlassöffnung ein Ventiltrieb (1a, 1b) vorgesehen ist mit einem Ventil, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um die Einlassöffnung freizugeben und zu versperren, mit einem Ventilfedermittel, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und mit einer Betätigungseinrichtung (2a, 2b), um das Ventil entgegen der Vorspannkraft des Ventilfedermittels zu öffnen, wobei die Betätigungseinrichtung (2a, 2b) einen auf einer Nockenwelle (3) angeordneten Nocken (4a, 4b) umfasst, der bei umlaufender Nockenwelle (3) mit einem Nockenfolgeelement in Eingriff bringbar ist, wodurch das Ventil betätigbar ist, – der Ventiltrieb (1a, 1b) mindestens einer Einlassöffnung je Zylinder zumindest teilweise variabel ist in der Art, dass der Nocken (4a, 4b) relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist, – die Nocken (4a, 4b) der Betätigungseinrichtungen (2a, 2b) der mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders auf einer zumindest zweiteiligen Nockenwelle (3) angeordnet sind, die mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Nockenwellenabschnitte umfasst, wobei mindestens ein Nocken (4a) auf einem ersten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und mindestens ein Nocken (4b) auf einem zweiten Nockenwellenabschnitt angeordnet ist und die zumindest zweiteilige Nockenwelle (3) als ersten Nockenwellenabschnitt eine äußere hohle Nockenwelle (3a) und als zweiten Nockenwellenabschnitt eine in der hohlen Nockenwelle (3a) drehbar angeordnete innere Nockenwelle (3b) umfasst, – ein erster Nockenwellenversteller (5) vorgesehen ist, um die innere Nockenwelle (3b) gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) zu verdrehen, und – ein Positionsgeber (6) vorgesehen ist, um die Verdrehposition der inneren Nockenwelle (3b) gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) messtechnisch zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Positionsgeber (6) in den ersten Nockenwellenversteller (5) integriert ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenwellenversteller (5) an einem Ende (7) der Nockenwelle (3) angeordnet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenwellenversteller (5) ein hydraulischer Nockenwellenversteller (8) ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nockenwellenversteller (5) einen mit der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) drehfest verbundenen Stator (8a) und einen mit der inneren Nockenwelle (3b) drehfest verbundenen Rotor (8b) umfasst, wobei der innenliegende Stator (8a) im außenliegenden Rotor (8b) angeordnet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der außenliegende Rotor (8b) gehäuseartig ausgebildet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (6) in den außenliegenden Rotor (8b) integriert ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (6) einteilig mit dem außenliegenden Rotor (8b) ausgebildet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der außenliegende Rotor (8b) zur Ausbildung des Positionsgebers (6) Ausnehmungen (6a) aufweist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6a) umfänglich nach außen offen ausgebildet sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6a) einseitig offen ausgebildet sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (9) vorgesehen ist, der im Zusammenwirken mit dem Positionsgeber (6) die Verdrehposition der inneren Nockenwelle (3b) gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) berührungslos messtechnisch erfasst.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (3) via Zugmitteltrieb mit der Kurbelwelle antriebsverbindbar ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugmitteltrieb nockenwellenseitig eine mit der Nockenwelle (3a) kinematisch gekoppelte Antriebsscheibe umfasst.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Nockenwellenversteller vorgesehen ist, um die Nockenwelle (3) gegenüber der Kurbelwelle zu verdrehen.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nockenwellenversteller ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nockenwellenversteller einen mit der äußeren hohlen Nockenwelle (3a) drehfest verbundenen Rotor und einen mit der Kurbelwelle kinematisch gekoppelten Stator umfasst.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen aufweist und drei Zylinder vorgesehen sind, die entlang einer Längsachse eines Zylinderkopfes angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Verbrennungsluft via Ansaugsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer niedrigeren Last, bei der die zu den zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders gehörenden Nocken (4a, 4b) synchron umlaufen, mit zunehmender Last die zu den zwei Einlassöffnungen eines Zylinders gehörenden Nocken (4a, 4b) zunehmend gegeneinander in der Art verdreht werden, dass der zugehörige Zylinder einlassseitig später geschlossen wird.