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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
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Derartige Verfahren zum Betreiben von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sowie solchen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Ferner umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein dem Zylinder zugeordnetes Gaswechselventil, einen zum Betätigen des Gaswechselventils ausgebildeten ersten Nocken und einen zum Betätigen des Gaswechselventils ausgebildeten zweiten Nocken. Mittels des ersten Nockens ist ein erster Hub des Gaswechselventils bewirkbar. Mittels des zweiten Nockens ist ein von dem ersten Hub unterschiedlicher zweiter Hub des Gaswechselventils bewirkbar. Mit anderen Worten, wird das Gaswechselventil mittels des ersten Nockens betätigt, so führt das Gaswechselventil den ersten Hub aus. Wird jedoch das Gaswechselventil anstelle des ersten Nockens mittels des zweiten Nockens betätigt, so führt das Gaswechselventil den zweiten Hub aus.
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Im Rahmen des jeweiligen Verfahrens wird von dem ersten Hub auf den zweiten Hub umgeschaltet, indem der erste Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und der zweite Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird. Somit ist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet, den ersten Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und den zweiten Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung zu bewegen, um dadurch von dem ersten Hub auf den zweiten Hub des Gaswechselventils umzuschalten. In der jeweiligen Betätigungsstellung wirkt beispielsweise der jeweilige Nocken zumindest mittelbar, beispielsweise über ein Betätigungselement wie zum Beispiel einen Stößel oder einen Schlepphebel, mit dem Gaswechselventil zusammen, sodass das Gaswechselventil mittels des jeweiligen, sich in seiner Betätigungsstellung befindenden Nockens betätigt wird. In der Ruhestellung jedoch wirkt der jeweilige Nocken nicht mit dem Gaswechselventil zusammen, sodass das Gaswechselventil nicht mittels des jeweiligen, sich in seiner Ruhestellung befindenden Nockens betätigt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Umschaltung zwischen den Hüben des Gaswechselventils realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen Zylinder und wenigstens ein dem Zylinder zugeordnetes Gaswechselventil aufweisenden Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Der Zylinder ist ein Brennraum, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Verbrennungskraftmaschine oder als Motor oder aber als Hubkolbenmaschine bezeichnet wird, Verbrennungsvorgänge ablaufen. Bei dem Verfahren wird von einem ersten Hub des Gaswechselventils auf einen von dem ersten Hub unterschiedlichen zweiten Hub des Gaswechselventils umgeschaltet, indem ein den ersten Hub bewirkender erster Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und ein den zweiten Hub bewirkender zweiter Nocken der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird. Das Gaswechselventil wird somit mittels des jeweiligen, sich in seiner Betätigungsstellung befindenden Nockens und nicht mittels des jeweiligen, sich in der Ruhestellung befindenden Nockens betätigt. In der Betätigungsstellung wirkt beispielsweise der jeweilige Nocken zumindest mittelbar, insbesondere über wenigstens einen Stößel und/oder über wenigstens einen Schlepphebel, mit dem Gaswechselventil zusammen, sodass das Gaswechselventil mittels desjenigen der Nocken betätigt wird, der sich in seiner Betätigungsstellung befindet und eine durch den sich in seiner Ruhestellung befindenden Nocken bewirkte Betätigung des Gaswechselventils unterbleibt.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Umschaltung zwischen den Hüben realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und der zweite Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird, während das Gaswechselventil mittels der Nocken betätigt wird, das heißt während das Gaswechselventil geöffnet ist. Mit anderen Worten erfolgt eine Umschaltung von dem ersten Hub zu dem zweiten Hub während einer durch die Nocken bewirkten Betätigung des Gaswechselventils.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Ein Nocken zum Betätigen eines beispielsweise als Einlassventil oder Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventils einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine weist üblicherweise einen Grundkreis und somit einen Grundkreisbereich und einen von dem Grundkreisbereich unterschiedlichen Betätigungsbereich auf. Der Betätigungsbereich umfasst beispielsweise eine als Öffnungsflanke ausgebildete erste Flanke und eine als Schließflanke ausgebildete zweite Flanke. Ferner wird der Nocken üblicherweise während eines Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gaswechselventil gedreht. Ferner kann der Nocken direkt oder zumindest mittelbar, insbesondere über einen Stößel oder über einen Schlepphebel, mit dem Gaswechselventil zusammenwirken, um das Gaswechselventil zu betätigen, das heißt beispielsweise zu öffnen. Im Bereich des Grundkreises, das heißt in dem genannten Grundkreisbereich, unterbleibt eine durch den Nocken bewirkte Betätigung des Gaswechselventils, insbesondere auch dann, wenn sich der Nocken in seiner Betätigungsstellung befindet.
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In dem beziehungsweise durch den Betätigungsbereich jedoch wird das Gaswechselventil betätigt, wenn sich der Nocken in seiner Betätigungsstellung befindet. Dadurch wird beispielsweise das Gaswechselventil mittels der Öffnungsflanke geöffnet. In Drehrichtung des Nockens schließt sich die Schließflanke an die Öffnungsflanke an, wobei die Schließflanke ein gezieltes und definiertes Schließen des Gaswechselventils zulässt. Üblicherweise wird zwischen den voneinander unterschiedlichen Hüben in dem Grundkreisbereich des jeweiligen Nockens, das heißt während einer sogenannten Grundkreisphase umgeschaltet. Mit anderen Worten wird üblicherweise zwischen den Hüben dann umgeschaltet, wenn eine durch die Nocken bewirkte Betätigung des Gaswechselventils unterbleibt. Da sich jedoch der Betätigungsbereich an den Grundkreisbereich des jeweiligen Nockens anschließt, steht ein nur sehr geringer, sich über den Grundkreisbereich erstreckender Winkel zur Verfügung, um zwischen den Hüben umzuschalten. Der üblicherweise für das Umschalten zwischen den Hüben zur Verfügung stehende Winkel beziehungsweise Grundkreisbereich ist insbesondere dann sehr gering und somit begrenzt, wenn eine lange Betätigungsdauer, das heißt eine lange Öffnungsdauer des Gaswechselventils vorgesehen ist. Dies kann bei sehr hohen Drehzahlen zu sehr hohen Beschleunigungen beziehungsweise Schaltkräften führen, welche beispielsweise eine Kombination aus besonders großem Hub beziehungsweise langer Öffnungsdauer und einer Umschaltung zwischen den Hüben bei sehr hohen Drehzahlen unmöglich macht.
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Diese Probleme und Nachteile können nun jedoch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden. Da es erfindungsgemäß vorgesehen ist, zwischen den Hüben umzuschalten, während das Gaswechselventil mittels der Nocken betätigt wird, kann auch bei sehr hohen Drehzahlen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zwischen den Hüben und somit zwischen den Nocken umgeschaltet werden, ohne dass es zu übermäßig großen Beschleunigungen beziehungsweise Schaltkräften kommt. Außerdem sind besonders große Hübe beziehungsweise besonders lange Öffnungsdauern realisierbar, wobei gleichzeitig die Abmessungen und somit der Bauraumbedarf der jeweiligen Nocken besonders gering gehalten werden können. Es wurde gefunden, dass das Umschalten zwischen den Nocken beziehungsweise zwischen den Hüben hemmende Reibkräfte weit unter Schaltkräften liegen, welche zur Umschaltung zwischen den Hüben beziehungsweise zwischen den Nocken erforderlich sind. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Schaltwinkel beziehungsweise ein Bereich, in welchem zwischen den Hüben und somit zwischen den Nocken umgeschaltet wird, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich vergrößert werden, sodass zwischen den Nocken und somit zwischen den Hüben auch bei besonders hohen Drehzahlen umgeschaltet werden kann, ohne dass es zu übermäßigen Beschleunigungen beziehungsweise Kräften kommt. Insbesondere kann eine Öffnungsdauer des Gaswechselventils realisiert werden, welche beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 120 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 340 Grad Kurbelwinkel liegt. Eine solche lange Öffnungsdauer kann auch bei besonders hohen Drehzahlen realisiert werden, ohne dass es zu übermäßig großen Kräften beziehungsweise Beschleunigungen kommt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Nocken, translatorisch in eine Bewegungsrichtung bewegt, um den ersten Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und den zweiten Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung zu bewegen. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Umschaltung zwischen den Nocken und somit zwischen den Hüben realisieren. Insbesondere kann der Bauraumbedarf zur Realisierung der Umschaltung, welche auch als Hubumschaltung bezeichnet wird, besonders gering gehalten werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Nocken gleichzeitig in die Bewegungsrichtung bewegt werden. Hierdurch kann das Gaswechselventil betätigt, insbesondere geöffnet, und betätigt beziehungsweise geöffnet gehalten werden, während von einem der Hübe auf den anderen Hub umgeschaltet wird.
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Beispielsweise wird das Gaswechselventil zunächst mittels des ersten Nockens betätigt, welcher sich zunächst in seiner Betätigungsstellung befindet, während sich der zweite Nocken zunächst in seiner Ruhestellung befindet. Dann erfolgt ein Übergang des ersten Nockens aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung, während gleichzeitig ein Übergang des zweiten Nockens aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung erfolgt. Dadurch wird beispielsweise von einer mittels des ersten Nockens bewirkten Betätigung des Gaswechselventils auf eine mittels des zweiten Nockens bewirkte Betätigung des Gaswechselventils umgeschaltet, während das Gaswechselventil betätigt wird beziehungsweise betätigt gehalten wird. Dies bedeutet, dass die zunächst mittels des ersten Nockens und dann mittels des zweiten Nockens bewirkte Betätigung des Gaswechselventils nicht beendet, sondern beibehalten wird, während von dem ersten Nocken auf den zweiten Nocken beziehungsweise von dem ersten Hub auf den zweiten Hub umgeschaltet wird. Somit ist beziehungsweise bleibt beispielsweise das Gaswechselventil während der Hubumschaltung geöffnet, wobei das Gaswechselventil mittels der Nocken offengehalten wird.
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Um dabei übermäßige Belastungen zu vermeiden, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zumindest jeweilige, entlang der Bewegungsrichtung, insbesondere direkt, aneinander anschließende beziehungsweise angrenzende Teilbereiche der Nocken entlang der Bewegungsrichtung deckungsgleich ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind zumindest die genannten Teilbereiche entlang einer mit der Bewegungsrichtung zusammenfallenden Blickrichtung auf die Nocken deckungsgleich, wodurch unerwünschte, übermäßige und der Hubumschaltung etwaig entgegenwirkende Kanten und Stufen vermieden werden können. Durch diese Deckungsgleichheit der Teilbereiche kann eine besonders kraft- beziehungsweise reibungsarme Umschaltung zwischen den Hüben realisiert. Die Nocken weisen beispielsweise jeweilige, sich an die genannten Teilbereiche beispielsweise in Umfangsrichtung beziehungsweise in Drehrichtung des jeweiligen Nockens anschließende weitere Teilbereiche auf, wobei diese weiteren Teilbereiche der Nocken voneinander unterschiedlich ausgebildet und somit nicht deckungsgleich sind, sodass sich die Hübe ab Erreichen des jeweiligen weiteren Teilbereichs voneinander unterscheiden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Gaswechselventil mittels der deckungsgleichen Teilbereiche betätigt wird, während der erste Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und der zweite Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird. Dadurch kann eine besonders kraftarme Hubumschaltung auch bei besonders hohen Drehzahlen realisiert werden. Ferner kann die Betätigung, insbesondere die Öffnung, des Gaswechselventils beim Umschalten vom ersten Nocken auf den zweiten Nocken besonders vorteilhaft beibehalten werden. Wird beispielsweise nach der Hubumschaltung der zweite Nocken weitergedreht, so wird das Gaswechselventil mittels des weiteren Teilbereichs des zweiten Nockens betätigt, wodurch der zweite Hub bewirkt wird.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren durchgeführt wird, während die Verbrennungskraftmaschine eine Drehzahl aufweist, welche größer als 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere größer als 6500 Umdrehungen pro Minute, ist. Mit anderen Worten erfolgt die beschriebene Hubumschaltung bei einer Drehzahl von mehr als 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere bei einer Drehzahl von mehr als 6500 Umdrehungen pro Minute, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, da der Hub des Gaswechselventils auch bei hohen Drehzahlen bedarfsgerecht an den Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum sowie wenigstens ein dem Zylinder zugeordnetes Gaswechselventil, welches beispielsweise als Einlassventil oder Auslassventil ausgebildet ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen zum Betätigen des Gaswechselventils ausgebildeten ersten Nocken, mittels welchem ein erster Hub des Gaswechselventils bewirkbar ist. Außerdem umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen zum Betätigen des Gaswechselventils ausgebildeten zweiten Nocken, mittels welchem ein von dem ersten Hub unterschiedlicher zweiter Hub des Gaswechselventils bewirkbar ist. Der jeweilige Nocken ist zwischen einer jeweiligen Betätigungsstellung und einer jeweiligen Ruhestellung, insbesondere translatorisch, bewegbar. In der jeweiligen Betätigungsstellung ist das Gaswechselventil mittels des jeweiligen Nockens betätigbar, das heißt insbesondere zu öffnen. In der jeweiligen Ruhestellung jedoch unterbleibt beispielsweise ein durch den jeweiligen, sich in seiner Ruhestellung befindenden Nocken bewirkte Betätigung des Gaswechselventils.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei dazu ausgebildet, den ersten Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und den zweiten Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung zu bewegen, um dadurch von dem ersten Hub auf den zweiten Hub des Gaswechselventils umzuschalten.
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Um nun eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Hubumschaltung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet ist, den ersten Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und den zweiten Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung während einer durch die Nocken bewirkten Betätigung des Gaswechselventils zu bewegen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Um dabei eine besonders reibungs- beziehungsweise kraftarme Hubumschaltung zu realisieren, ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Nocken translatorisch in eine Bewegungsrichtung bewegbar sind, um den ersten Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und den zweiten Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung zu bewirken. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
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Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest jeweilige, entlang der Bewegungsrichtung, insbesondere direkt, aneinander anschließende beziehungsweise angrenzende Teilbereiche der Nocken entlang der Bewegungsrichtung deckungsgleich ausgebildet sind. Dadurch können zur Hubumschaltung erforderliche Schaltkräfte besonders gering gehalten werden. Mittels der deckungsgleichen Teilbereiche werden beispielsweise in der jeweiligen Betätigungsstellung des jeweiligen Nockens gleiche Betätigungen beziehungsweise gleiche Bewegungen, insbesondere gleiche Öffnungsbewegungen, des Gaswechselventils bewirkt. Wird die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in einem Zustand betrachtet, in welchem die Nocken beispielsweise nicht gedreht und in einer solchen Drehstellung gehalten werden, dass sich zunächst der erste Nocken in seiner Betätigungsstellung und der zweite Nocken in seiner Ruhestellung befindet, und dass das Gaswechselventil mittels des Teilbereichs des ersten Nockens betätigt wird beziehungsweise ist, und wird dann beispielsweise von dem ersten Nocken auf den zweiten Nocken umgeschaltet, sodass dann das Gaswechselventil mittels des Teilbereichs des zweiten Nockens betätigt wird beziehungsweise ist, so bleibt bei dieser Umschaltung zwischen den Nocken das Gaswechselventil betätigt, insbesondere geöffnet, und verändert seine Stellung, insbesondere seine Öffnungsstellung, zumindest im Wesentlichen nicht, da die Teilbereiche deckungsgleich beziehungsweise gleich oder identisch ausgebildet sind und somit die gleiche Stellung, insbesondere Offenstellung, oder den gleichen Teilhub des Gaswechselventils bewirken. Werden dann die Nocken jedoch weitergedreht, während sich beispielsweise der zweite Nocken in seiner Betätigungsstellung und der erste Nocken in seiner Ruhestellung befindet, so wird mittels des zweiten Nockens der von dem ersten unterschiedliche zweite Hub bewirkt, da beispielsweise die Nocken in jeweiligen, sich in Umfangsrichtung beziehungsweise Drehrichtung des jeweiligen Nockens an die Teilbereiche anschließenden weiteren Teilbereichen voneinander unterschiedlich und somit nicht deckungsgleich ausgebildet sind. Dadurch kann mittels des zweiten Nockens und der gegenüber dem ersten Hub unterschiedliche, insbesondere größere, zweite Hub realisiert werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein Diagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem von einem ersten Nocken und somit von einem ersten Hub auf einen zweiten Nocken und somit auf einen von dem ersten Hub unterschiedlichen, zweiten Hub eines Gaswechselventils umgeschaltet wird, während das Gaswechselventil mittels der Nocken betätigt wird.
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Die einzige Fig. zeigt ein Diagramm, anhand dessen ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine erläutert wird. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist Bestandteil eines beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs, welches mittels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Zylinder. Insbesondere umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder und somit einen ersten Zylinder und wenigstens einen zweiten Zylinder. Der jeweilige Zylinder ist ein Brennraum, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. In dem jeweiligen Zylinder ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Außerdem umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Verbrennungsmotor, Hubkolbenmaschine oder Verbrennungskraftmaschine bezeichnet wird, eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche an einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar gelagert ist. In dem jeweiligen Zylinder ist der jeweilige Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der Kolben ist über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in dem jeweiligen Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden können. Der Kolben ist dabei zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) translatorisch bewegbar. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, ist die Kurbelwelle in jeweilige Drehstellungen drehbar, welche auch als Kurbelwinkel oder Grad Kurbelwinkel [°KW] bezeichnet werden. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als 4-Takt-Motor ausgebildet, wobei genau ein Arbeitsspiel der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle und somit 720 Grad Kurbelwinkel umfasst. Während beziehungsweise innerhalb eines Arbeitsspiels wird der jeweilige Kolben zweimal in seinen oberen Totpunkt und zweimal in seinen unteren Totpunkt bewegt.
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Während des befeuerten Betriebs wird innerhalb des Arbeitsspiels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem jeweiligen Zylinder verbrannt. Dabei wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Dabei wird derjenige der oberen Totpunkte, in dessen Bereich das Kraftstoff-Luft-Gemisch während des Arbeitsspiels gezündet wird, als oberer Zündtotpunkt (ZOT) bezeichnet. Ferner wird der andere obere Totpunkt, in dessen Bereich Abgas aus dem Zylinder mittels des Kolbens ausgeschoben wird, als oberer Gaswechsel- oder Ladungswechseltotpunkt (GW-OT) bezeichnet.
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Dem jeweiligen Zylinder ist wenigstens ein Gaswechselventil zugeordnet. Insbesondere weist der Zylinder jeweils wenigstens zwei Gaswechselventile auf, von denen eines als Einlassventil und das andere Gaswechselventil als Auslassventil ausgebildet ist. Insbesondere sind dem jeweiligen Zylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile zugeordnet. Mittels der Gaswechselventile wird der sogenannte Ladungswechsel des jeweiligen Zylinders gesteuert. Das Verfahren wird im Folgenden am Beispiel eines Gaswechselventils des jeweiligen Zylinders veranschaulicht. Dabei ist es selbstverständlich, dass die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem einen Gaswechselventil auch auf die anderen Gaswechselventile des jeweiligen Zylinders übertragen werden können und umgekehrt.
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Das Gaswechselventil ist Bestandteil eines sogenannten Ventiltriebs, welcher wenigstens eine Nockenwelle umfassen kann. Die Nockenwelle ist beispielsweise relativ zu dem Gehäuseelement um eine zweite Drehachse drehbar, welche beispielsweise parallel zur ersten Drehachse verläuft. Beispielsweise ist die Nockenwelle von der Kurbelwelle antreibbar.
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Dem Gaswechselventil sind ein erster Nocken und ein zweiter Nocken zugeordnet, wobei das Gaswechselventil mittels des jeweiligen Nockens, zumindest mittelbar, betätigbar ist. Dies bedeutet, dass das Gaswechselventil zwischen einer Schließstellung und zwei voneinander unterschiedlichen Offenstellungen translatorisch bewegbar ist. Durch Bewegen des Gaswechselventils aus der Schließstellung in die jeweilige Offenstellung, das heißt durch Öffnen des Gaswechselventils, wird beispielsweise eine dem Gaswechselventil zugeordnete Feder gespannt, mittels welcher das Gaswechselventil wieder aus der jeweiligen Offenstellung in die Schließstellung bewegt und in der Schließstellung gehalten werden kann. Somit wird das Gaswechselventil entgegen der Feder geöffnet. Bei der jeweiligen Bewegung aus der Schließstellung in die jeweilige Offenstellung führt das Gaswechselventil einen jeweiligen Hub aus. Eine erste der Offenstellungen ist beispielsweise zwischen der Schließstellung und der zweiten Offenstellung angeordnet, sodass das Gaswechselventil bei seiner Bewegung aus der Schließstellung in die erste Offenstellung einen ersten Hub und bei der Bewegung aus der Schließstellung in die zweite Offenstellung einen gegenüber dem ersten Hub größeren zweiten Hub ausführt.
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Zum Bewirken der jeweiligen Hübe sind dem Gaswechselventil zwei Nocken zugeordnet, welche beispielsweise drehfest mit der Nockenwelle verbunden und somit von der Nockenwelle und über diese von der Kurbelwelle antreibbar sind. Mittels eines ersten der Nocken ist somit der erste Hub bewirkbar, wobei mittels des zweiten Nockens der zweite Hub bewirkbar ist. Die Nocken sind beispielsweise durch ein sogenanntes Nockenstück gebildet, wobei vorgesehen sein kann, dass die Nocken einstückig miteinander ausgebildet sind. Das Nockenstück wird beispielsweise auch als Schaltnocke oder Schiebestück bezeichnet, wobei das Nockenstück axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet ist. Somit ist das Nockenstück beispielsweise drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt, jedoch kann das Nockenstück in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zu dieser verschoben werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den jeweiligen Nocken zwischen einer jeweiligen Ruhestellung und einer jeweiligen Betätigungsstellung zu bewegen. Befindet sich der jeweilige Nocken in seiner Betätigungsstellung, so wird das Gaswechselventil mittels des jeweiligen, sich in seiner Betätigungsstellung befindenden Nockens betätigt, das heißt geöffnet. In der jeweiligen Ruhestellung jedoch unterbleibt ein durch den sich in seiner Ruhestellung befindenden Nocken bewirktes Betätigen beziehungsweise Öffnen des Gaswechselventils. Die Nocken sind somit in eine Bewegungsrichtung translatorisch zwischen der jeweiligen Betätigungsstellung und der jeweiligen Ruhestellung gleichzeitig relativ zur Nockenwelle bewegbar, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Befindet sich der erste Nocken in seiner Betätigungsstellung, so befindet sich der zweite Nocken in seiner Ruhestellung. Befindet sich der zweite Nocken in seiner Betätigungsstellung, so befindet sich der erste Nocken in seiner Ruhestellung. Somit wird das Gaswechselventil jeweils nur mittels eines der Nocken betätigt, der sich in seiner Betätigungsstellung befindet.
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Bei dem zuvor genannten Verfahren wird von dem ersten Hub des Gaswechselventils auf den gegenüber dem ersten Hub unterschiedlichen, insbesondere größeren, zweiten Hub des Gaswechselventils umgeschaltet, indem der erste Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und der zweite Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird. Hierzu wird das Nockenstück in die Bewegungsrichtung relativ zur Nockenwelle translatorisch bewegt. Um diese Bewegung des Nockenstücks und somit der Nocken zu realisieren, weist das Nockenstück eine in der Fig. dargestellte Kulisse 3 auf, welche in der Fig. in ihrer abgewickelten Darstellung gezeigt ist. Die Kulisse 3 wird auch als Schaltkulisse bezeichnet und umfasst zwei Kulissenbahnen 4 und 5, welche auch als Bahnen oder Schaltbahnen bezeichnet werden. Mittels der Kulissenbahn 4 können beispielsweise das Nockenstück und somit die Nocken entlang der Bewegungsrichtung in eine erste Richtung bewegt werden. Mittels der Kulissenbahn 5 können das Nockenstück und somit die Nocken beispielsweise entlang der Bewegungsrichtung in eine der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung bewegt werden. Mit anderen Worten können die Nocken mittels der Kulissenbahnen 4 und 5 und somit mittels der Kulisse 3 translatorisch relativ zu der Nockenwelle hin- und herbewegt werden, um dadurch die Nocken bedarfsgerecht zwischen ihren jeweiligen Ruhestellungen und ihren jeweiligen Betätigungsstellungen hin- und herzubewegen. Somit bewegen sich die Nocken gleichzeitig zwischen ihrer jeweiligen Ruhestellung und ihrer jeweiligen Betätigungsstellung.
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Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst das Schiebestück beispielsweise acht Nocken, da das Schiebestück verwendet wird, um zwei Gaswechselventile eines ersten der Zylinder und zwei Gaswechselventile eines zweiten der Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu betätigen, wobei jedes dieser vier Gaswechselventile zwischen zwei Hüben umgeschaltet werden kann. Der gegenüber dem ersten Hub größere, zweite Hub wird beispielsweise bei Volllast der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eingestellt, um dadurch eine besonders vorteilhafte Füllung des jeweiligen Zylinders zu realisieren. Der gegenüber dem zweiten Hub kleinere, erste Hub wird beispielsweise bei Teillast der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eingestellt, um dadurch den Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Kulisse 3 mit ihren genau zwei Kulissenbahnen 4 und 5 ausreicht, um das Nockenstück insgesamt und somit die acht Nocken des Nockenstücks entlang der Bewegungsrichtung hin- und herzubewegen, sodass mittels der genau einen, die genau zwei Kulissenbahnen 4 und 5 aufweisenden Kulisse 3 die acht Nocken gleichzeitig entlang der Bewegungsrichtung bewegt und somit gleichzeitig zwischen ihren Betätigungsstellungen und Ruhestellungen verstellt werden können. Dadurch können die vier beispielsweise als Einlassventile ausgebildeten Gaswechselventile gleichzeitig von einem der Hübe auf den anderen Hub und umgekehrt umgeschaltet werden.
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Um dies zu realisieren, ist der Kulisse 3 beispielsweise ein in der Fig. nicht dargestellter Aktor zugeordnet, welcher zwei translatorisch bewegbare Stifte umfasst. Der Aktor ist beispielsweise elektrisch betreibbar, sodass der jeweilige Stift entlang einer senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle verlaufenden Richtung relativ zur Nockenwelle bewegbar ist. Der jeweilige Stift ist beispielsweise zwischen wenigstens einer Eingriffsstellung und einer jeweiligen Ausgangsstellung translatorisch bewegbar. Ein erster der Stifte ist beispielsweise der Kulissenbahn 4 zugeordnet, wobei der zweite Stift der Kulissenbahn 5-zugeordnet ist. Befindet sich der jeweilige Stift in seiner Eingriffsstellung, so greift der jeweilige Stift in die dem jeweiligen Stift zugeordnete Kulissenbahn 4 beziehungsweise 5 ein. Befindet sich der jeweilige Stift jedoch in seiner Ausgangsstellung, so greift der jeweilige Stift nicht in die Kulissenbahnen 4 und 5 ein.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass die jeweilige Kulissenbahn 4 beziehungsweise 5 zumindest in einem jeweiligen Längenbereich zumindest im Wesentlichen bogenförmig und vorliegend zumindest im Wesentlichen S-förmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten verläuft zumindest ein jeweiliger Längenbereich der jeweiligen Kulissenbahn 4 beziehungsweise 5 in einer Ebene, welche schräg zur Drehachse verläuft, um die die Nockenwelle und somit das Nockenstück, die Nocken und die Kulisse 3 drehbar sind.
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Werden nun die Nockenwelle und somit das Nockenstück und die Kulisse 3 um die Drehachse gedreht, und greift beispielsweise der erste Stift in die Kulissenbahn 4 ein, so wird das Nockenstück relativ zu dem ersten Stift gedreht, sodass der erste Stift in Stützanlage mit wenigstens einer Wandung kommt, welche die Kulissenbahn 4, insbesondere den genannten Längenbereich, entlang der Bewegungsrichtung zumindest teilweise begrenzt. Da nun die Kulissenbahn 4 beziehungsweise der Längenbereich und somit die wenigstens eine Wandung in der schräg zur Drehachse verlaufenden Ebene angeordnet ist, das heißt, vereinfacht gesagt, schräg zur Umfangs- oder Drehrichtung des jeweiligen Nockens verläuft, wird mittels der Kulissenbahn 4 und mittels des in die Kulissenbahn 4 eingreifenden ersten Stifts eine Verschiebung des Nockenstücks bewirkt, welches sich im Rahmen der Verschiebung entlang der Bewegungsrichtung relativ zur Nockenwelle translatorisch bewegt, das heißt verschiebt. Somit wird beispielsweise das Nockenstück entlang der Bewegungsrichtung in die erste Richtung verschoben. Greift daraufhin der zweite Stift in die Kulissenbahn 5 ein, so wird auf die beschriebene Weise das Nockenstück in die zweite Richtung relativ zur Nockenwelle zurückverschoben.
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In das in der Fig. gezeigte Diagramm eingetragene Verläufe 6 und 7 veranschaulichen beispielsweise das Eingreifen des jeweiligen Stifts in die jeweilige Kulissenbahn 4 beziehungsweise 5. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die Kulissenbahn 4 genutzt, um von der Volllast auf die Teillast, das heißt von dem zweiten Hub auf den ersten Hub umzuschalten. Ferner wird beispielsweise die Kulissenbahn 5 genutzt, um von der Teillast auf die Volllast, das heißt von dem ersten Hub auf den zweiten Hub umzuschalten.
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In das Diagramm sind Verläufe 8, 9, 10, 11 und 12 eingetragen, welche jeweilige Hubkurven beziehungsweise Ventilerhebungskurven sind. Der Verlauf 8 veranschaulicht den jeweiligen zweiten Hub des jeweiligen Gaswechselventils des ersten Zylinders. Der Verlauf 9 veranschaulicht den jeweiligen ersten Hub des jeweiligen Gaswechselventils des ersten Zylinders. Der Verlauf 10 veranschaulicht den jeweiligen zweiten Hub des Gaswechselventils des zweiten Zylinders, wobei der Verlauf 11 den jeweiligen ersten Hub des jeweiligen Gaswechselventils des zweiten Zylinders veranschaulicht. Ferner veranschaulicht der Verlauf 12 den Hub des jeweiligen Auslassventils des jeweiligen Zylinders. Außerdem sind in die Fig. der obere Zündtotpunkt (ZOT) und der obere Gaswechseltotpunkt (GW-OT) eingetragen. Ein Umschalten zwischen den Hüben und somit zwischen den jeweiligen Nocken wird auch als Hubumschaltung bezeichnet.
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Um nun insbesondere bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle und somit der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine besonders vorteilhafte Hubumschaltung zu realisieren, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass - wie besonders gut anhand der Verläufe 6 bis 11 erkennbar ist - der erste Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung und gleichzeitig der zweite Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung bewegt wird, während das jeweilige Gaswechselventil mittels der Nocken betätigt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass der erste Nocken aus seiner Ruhestellung in seine Betätigungsstellung und der zweite Nocken aus seiner Betätigungsstellung in seine Ruhestellung bewegt wird, während das jeweilige Gaswechselventil mittels der Nocken betätigt wird. Diese Hubumschaltung ist insbesondere daran erkennbar, dass beispielsweise der Verlauf 6 durch die Verläufe 8 und 9 verläuft beziehungsweise diese schneidet. Ferner schneidet der Verlauf 7 die Verläufe 10 und 11 sowie die Verläufe 8 und 9, wobei auch der Verlauf 6 die Verläufe 10 und 11 schneidet.
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Ferner ist anhand der Verläufe 8 bis 11 sehr gut erkennbar, dass zumindest jeweilige, entlang der Bewegungsrichtung aneinander anschließende Teilbereiche der Nocken entlang der Bewegungsrichtung deckungsgleich ausgebildet sind. Dies ist daran erkennbar, dass die Verläufe 8 und 9 beziehungsweise 10 und 11 zu Beginn des Öffnens des jeweiligen Gaswechselventils deckungsgleich sind, sodass sich das Gaswechselventil zu Beginn seines Öffnens auf gleiche Weise bewegt, wenn es mittels des ersten Nockens oder mittels des zweiten Nockens betätigt wird. Die unterschiedlichen Hübe werden dadurch realisiert, dass jeweilige, sich in Drehrichtung des jeweiligen Nockens an die jeweiligen Teilbereiche anschließende, weitere Teilbereiche der Nocken voneinander unterschiedlich und somit nicht deckungsgleich ausgebildet sind, sodass mittels der weiteren Teilbereiche unterschiedliche Bewegungen, insbesondere Öffnungsbewegungen, des Gaswechselventils bewirkt werden. Mittels der ersten Teilbereiche jedoch wird die gleiche Bewegung des jeweiligen Gaswechselventils bewirkt. Durch diese deckungsgleiche Ausgestaltung der ersten Teilbereiche können unerwünschte, übermäßige und der Hubumschaltung etwaig entgegenwirkende Stufen und Kanten vermieden werden, sodass eine besonders reibungs- beziehungsweise kraftarme Hubumschaltung darstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abszisse
- 2
- Ordinate
- 3
- Kulisse
- 4
- Kulissenbahn
- 5
- Kulissenbahn
- 6
- Verlauf
- 7
- Verlauf
- 8
- Verlauf
- 9
- Verlauf
- 10
- Verlauf
- 11
- Verlauf
- 12
- Verlauf
- GW-OT
- oberer Gaswechseltotpunkt
- ZOT
- oberer Zündtotpunkt
