DE102017008413A1

DE102017008413A1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: DE102017008413A1
Application number: DE102017008413.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kottke; Christoph Hirschle; Horst Weidele
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einem Ladungswechselventil (3), wobei das Ladungswechselventil (3) ein Ventilelement (13) mit wenigstens einem Durchgang (15) aufweist, wobei die Brennkraftmaschine (1) eingerichtet ist, das Ventilelement (13) im Rahmen einer Ladungswechselsteuerung mit einem wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt (A) zu rotieren und das Ventilelement (13) zur Einstellung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts (A) linear zu verschieben.Internal combustion engine (1) with a charge exchange valve (3), wherein the charge exchange valve (3) having a valve element (13) with at least one passage (15), wherein the internal combustion engine (1) is arranged, the valve element (13) in the context of a charge cycle control an effective passage opening cross-section (A) to rotate and the valve element (13) for adjusting the effective passage opening cross-section (A) to move linearly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1.The present invention relates to an internal combustion engine according to claim 1.

Im Stand der Technik ist es zum Beispiel aus der Druckschrift US 8 360 395 B2 bekannt, als Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine ein Stab- bzw. Schiebeventil zu nutzen. Wie mit den sonst üblichen Tellerventilen ist es hiermit jedoch äußerst schwierig, eine variable Ventilöffnungscharakteristik darzustellen, das heißt insbesondere in Hinblick auf variable Ventilöffnungszeiten und auch Ventilöffnungsweiten.In the prior art, it is for example from the document US 8 360 395 B2 known to use as a charge exchange valve of an internal combustion engine, a rod or sliding valve. As with the usual poppet valves, however, it is hereby extremely difficult to represent a variable valve opening characteristic, that is, in particular with regard to variable valve opening times and also valve opening widths.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der vorgenannten Art vorzuschlagen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und auf einfache Weise die Darstellung solch wie eingangs erwähnter variabler Ventilöffnung ermöglicht.Proceeding from this, the present invention seeks to propose an internal combustion engine of the aforementioned type, which overcomes the disadvantages of the prior art and allows in a simple manner the representation of such as mentioned above variable valve opening.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.Advantageous developments and embodiments of the invention are specified in the further claims.

Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, vorzugsweise in Form eines Großmotors wie etwa eines Dieselmotors oder eines Gasmotors, zum Beispiel mit einer Zylinderzahl zwischen 6 bis zum Beispiel 24 Zylindern. Die Brennkraftmaschine kann z.B. vorgesehen sein zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff, einer Lok, einem Sonderfahrzeug oder einem Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-) Stromaggregat, insbesondere auch für Industrieanwendungen, allgemein zum Beispiel sowohl on-shore als auch off-shore.The invention proposes an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, preferably in the form of a large engine such as a diesel engine or a gas engine, for example, with a number of cylinders between 6 to 24 cylinders, for example. The internal combustion engine may e.g. be provided for use in a motor vehicle such as a ship, a locomotive, a special vehicle or a commercial vehicle, or, for example, for a stationary device, e.g. for a combined heat and power plant, an (emergency) generating set, in particular also for industrial applications, in general for example both on-shore and off-shore.

Die Brennkraftmaschine weist ein Ladungswechselventil auf (an einem Brennraum der Brennkraftmaschine), zum Beispiel gebildet als Einlass- und/oder Auslassventil, welches insbesondere dazu bereitgestellt ist, in Abhängigkeit jeweiliger Betriebssituationen der Brennkraftmaschine einen zugeordneten Ladungswechselkanal, das heißt einen Einlass- bzw. Auslasskanal, in beabsichtigter Weise zu öffnen oder zu versperren. Insoweit arbeitet das Ladungswechselventil in an sich bekannter Weise korrespondierend mit Arbeitstakten der Brennkraftmaschine.The internal combustion engine has a charge exchange valve (on a combustion chamber of the internal combustion engine), for example formed as an inlet and / or exhaust valve, which is in particular provided depending on respective operating situations of the internal combustion engine, an associated charge exchange channel, that is, an inlet or outlet channel, intended to open or obstruct. In that regard, the charge exchange valve works in a conventional manner corresponding to power strokes of the internal combustion engine.

Das Ladungswechselventil weist weiterhin ein Ventilelement mit wenigstens einem (darin gebildeten) Durchgang bzw. einer Durchtrittsöffnung auf. Hierbei ist die Brennkraftmaschine eingerichtet, im Rahmen einer Ladungswechselsteuerung bzw. zur Ladungswechselsteuerung (bei Brennkraftmaschinenbetrieb) das Ventilelement mit einem wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt (bzw. einem wirksamen Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Durchgangs) zu rotieren und das Ventilelement zur Einstellung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts linear zu verschieben. Eine Drehung bzw. Rotation erfolgt hierbei vorzugsweise um eine Längsachse des Ventilelements, eine Linearverschiebung (im Rahmen derer das Ventilelement zur Einstellung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts z.B. relativ zu einem Ventilgehäuse verschoben wird, der Durchgang hierbei z.B. in das Ventilgehäuse weiter eintaucht oder daraus weiter austaucht) je bevorzugt in Richtung dieser Längsachse. Der Durchgang ist bevorzugt in Querrichtung des Ventilelements bzw. quer zur Längsachse durch dieses hindurch geführt, z.B. als diskrete Öffnung / als Loch oder bevorzugt z.B. als Langloch bzw. Schlitz.The charge exchange valve further has a valve element with at least one (formed therein) passage or a passage opening. In this context, the internal combustion engine is set up to rotate the valve element with an effective passage opening cross section (or an effective opening cross section of the at least one passage) and linearly displace the valve element for setting the effective passage opening cross section as part of a charge exchange control or charge exchange control (in internal combustion engine operation). A rotation or rotation in this case preferably takes place about a longitudinal axis of the valve element, a linear displacement (in the context of which the valve element is moved to adjust the effective passage opening cross-section, for example, relative to a valve housing, the passage further immersed in this example in the valve housing or further from it) ever preferably in the direction of this longitudinal axis. The passage is preferably guided in the transverse direction of the valve element or transversely to the longitudinal axis therethrough, e.g. as a discrete opening / hole or preferably e.g. as a slot or slot.

Insoweit ist das Ladungswechselventil vorzugsweise als bzw. gleichsam eines Schiebe-DrehVentils gebildet. Als wirksamer Öffnungsquerschnitt des Durchgangs kann hierbei jener Öffnungsquerschnitt desselben bezeichnet werden, welcher in der jeweiligen Verschiebeposition durchströmbar, insbesondere barrierefrei bzw. ungehindert durchströmbar bzw. (medien)-durchtrittsfähig ist (insoweit ein freier Querschnitt; vorliegend insbesondere unabhängig von einer jeweiligen Dreh- bzw. Rotationsstellung des Ventilelements betrachtet).In that regard, the charge exchange valve is preferably formed as or as a sliding rotary valve. As an effective opening cross-section of the passage in this case that opening cross section thereof can be referred to, which in the respective displacement position can be flowed through, in particular barrier-free or unhindered flow through or (media) -durchtrittsfähig (insofar a free cross-section, in this case, in particular, regardless of a respective rotary or Considered rotational position of the valve element).

Die derart ausgestaltete Brennkraftmaschine ermöglicht im Rahmen ihrer Ladungswechselsteuerung somit auf einfache Weise die Darstellung variabler Ventilöffnung, insbesondere im Hinblick sowohl auf Ventilöffnungszeiten als auch Ventilöffnungsquerschnitte. Eine variable Ventilöffnungszeit kann zum Beispiel durch Variation der Winkelgeschwindigkeit über die Rotation des Ventilelements hinweg bewirkt werden, insbesondere auch innerhalb eines Umlaufs bzw. einer Umdrehung, weiterhin insbesondere bei ansonsten konstant bleibender Drehzahl über eine Folge von Umläufen, eine Variation der Ventilöffnungsquerschnitte durch lineare Verschiebung des Ventilelements, im Rahmen derer der wirksame Durchgangsöffnungsquerschnitt beeinflusst wird. Daneben können vorteilhaft einfache und robuste Lösungen auch vorsehen, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, das Ventilelement (stets) synchron zum Motor zu drehen, d.h. insbesondere mit Motordrehzahl. Allgemein kann die variable Ventilöffnung mit der Erfindung ersichtlich mit konstruktiv vorteilhaft geringem Aufwand erfolgen. Eine Aktuatorik des Ladungswechselventils kann zum Beispiel am zugeordneten Zylinder(kopf) angebracht werden.The thus configured internal combustion engine thus allows in the context of their charge cycle control in a simple way the representation of variable valve opening, in particular with regard both to valve opening times and valve opening cross-sections. A variable valve opening time can be effected, for example, by varying the angular velocity over the rotation of the valve element, in particular also within one revolution or one revolution, and in particular at otherwise constant speed over a series of revolutions, a variation of the valve opening cross sections by linear displacement of the valve Valve element, within which the effective passage opening cross-section is influenced. In addition, advantageous simple and robust solutions can also provide that the internal combustion engine is set up to turn the valve element (always) synchronously with the engine, i. especially with engine speed. In general, the variable valve opening with the invention can be made with structurally advantageously little effort. For example, an actuator of the charge exchange valve may be attached to the associated cylinder (head).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine können weiterhin dahingehen, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, das Ventilelement linear in eine Stellung zu verschieben, bei welcher das Ventilelement mit maximalem wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt rotierbar ist, woneben die Brennkraftmaschine vorzugsweise auch eingerichtet ist, das Ventilelement linear in eine Stellung zu verschieben, bei welcher das Ventilelement mit einem wirksamen Durchgangs-Teilöffnungsquerschnitt rotierbar ist, und woneben die Brennkraftmaschine ferner vorzugsweise eingerichtet ist, das Ventilelement linear in eine Stellung zu verschieben, bei welcher das Ventilelement mit einem minimalen wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt rotierbar ist. Ein solcher minimaler Durchgangsöffnungsquerschnitt kann zum Beispiel einem vollständig zugesteuerten Durchgang entsprechen, d.h. ein wirksamer Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Durchgangs ist hierbei null bzw. nicht gegeben. Advantageous embodiments of the internal combustion engine can further assume that the internal combustion engine is set up to move the valve element linearly into a position in which the valve element with maximum effective passage opening cross section is rotatable, woneben the internal combustion engine is preferably also adapted to move the valve element linearly in a position in which the valve element is rotatable with an effective passage partial opening area, and further, the internal combustion engine is further preferably adapted to linearly shift the valve element to a position at which the valve element is rotatable with a minimum effective passage opening area. Such a minimum passage opening cross section may, for example, correspond to a completely controlled passage, ie an effective opening cross section of the at least one passage is in this case zero or not given.

Insbesondere um das Ventilelement in beabsichtigter Weise steuern zu können, weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise einen Drehantrieb und einen Linearantrieb je im Wirkverbund mit dem Ventilelement auf. Der Drehantrieb kann zum Beispiel mittels eines Elektromotors gebildet sein, welcher zum Beispiel über ein Getriebe oder eine Verzahnung auf das Ventilelement zu dessen Rotation wirkt. Alternativ ist zum Beispiel ein Riementrieb, z.B. über einen Keilriemen, zur Bildung des Drehantriebs denkbar, gerade z.B. bei Lösungen, bei welchen Ventilelement und Motor synchron gedreht werden. Der Linearantrieb zur linearen Verschiebung (translatorischen Verlagerung) des Ventilelements kann zum Beispiel elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgeführt sein, zum Beispiel einen Gewindetrieb vorsehen, daneben z.B. einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder zum Beispiel einen Linearmotor.In particular, in order to be able to control the valve element in the intended manner, the internal combustion engine preferably has a rotary drive and a linear drive each in operative connection with the valve element. The rotary drive can be formed for example by means of an electric motor, which acts for example via a gear or a toothing on the valve element to its rotation. Alternatively, for example, a belt drive, e.g. via a V-belt, conceivable for the formation of the rotary drive, just e.g. in solutions in which valve element and motor are rotated synchronously. The linear drive for linear displacement (translational displacement) of the valve element may for example be made electrically, hydraulically or pneumatically, for example, provide a screw drive, next to e.g. a hydraulic or pneumatic cylinder or, for example, a linear motor.

Bevorzugte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine können - wie oben bereits skizziert - auch vorsehen, dass das Ventilelement relativ zu einem Ventilgehäuse verschieblich ist (wobei durch die Verschiebung relativ zu dem Ventilgehäuse insbesondere der wirksame Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Durchgangs eingestellt wird) und/oder das Ventilelement in einem Ventilgehäuse rotierfähig gelagert ist. Hierbei kann das Ventilgehäuse auf konstruktiv einfache Weise zum Beispiel unmittelbar durch einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildet sein, zum Beispiel durch einen simplen (Bohr-)Kanal, welcher zum Beispiel quer zu einem - dem Ladungswechselventil bzw. dessen Ventilelement zugeordneten - Ladungswechselkanal geführt ist. Gerade mit solchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ventilelement (dreh)stabförmig gebildet ist, zum Beispiel als Rundstab bzw. Zylinderstab.Preferred embodiments of the internal combustion engine can - as outlined above - also provide that the valve element is displaceable relative to a valve housing (which is set by the displacement relative to the valve housing, in particular the effective opening cross-section of at least one passage) and / or the valve element in one Valve housing is mounted rotatably. Here, the valve housing may be formed in a structurally simple manner, for example, directly by a cylinder head of the internal combustion engine, for example by a simple (drilling) channel, which is guided for example transversely to a - the charge exchange valve or its valve element associated - charge exchange channel. Especially with such embodiments can be provided that the valve element (rotary) is formed rod-shaped, for example as a round rod or cylinder rod.

Bei weiterhin bevorzugten Ausführungsformen der Brennkraftmaschine weist der wenigstens eine Durchgang einen Querschnitt auf, welcher über eine Verschiebelänge variiert. Hiermit kann mit einer linearen Verschiebung zum Beispiel auch eine nicht lineare Änderung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts erzielt werden, zum Beispiel um auf Betriebssituationen der Brennkraftmaschine reagieren zu können, welche eine solche nichtlineare Änderung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts erfordern (zum Beispiel in Hinblick auf eine Luftmengenregelung). Denkbar sind hierbei zum Beispiel Durchgänge, welche über ihre Länge breiter oder schmäler werden. In Hinblick auf Lösungen mit einer Anzahl an Durchgängen könnte eine Querschnittsvariation auf einfache Weise zum Beispiel mittels mehrerer (nebeneinander in Längs- bzw. Verschieberichtung) angeordneter Bohrungen (unterschiedlichen Durchmessers) gefertigt werden.In further preferred embodiments of the internal combustion engine, the at least one passage has a cross section which varies over a displacement length. This can also be achieved with a linear displacement, for example, a non-linear change in the effective Durchgangsöffnungsquerschnitts, for example, to be able to react to operating situations of the internal combustion engine, which require such a non-linear change of the effective passage opening cross section (for example, in view of an air flow control). Conceivable here are, for example, passages which become wider or narrower along their length. With regard to solutions having a number of passages, a cross-sectional variation could be produced in a simple manner, for example by means of a plurality of bores (of different diameters) arranged side by side in the longitudinal or displacement direction.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein rotierfähiges und linear verschiebliches Ventilelement aufweist, mittels welchem eine Anzahl an Ladungswechselventilen gebildet ist, d.h. mehrere. Hierbei kann ein einziges (insbesondere stabförmiges) Ventilelement zum Beispiel für eine Anzahl Zylinder vorgesehen sein, wobei dieses vorzugsweise auch über einen einzigen Drehantrieb rotierbar und/oder über einen einzigen Verschiebeantrieb linear verschiebbar sein kann.In the context of the present invention, it is also proposed that the internal combustion engine comprises a rotatable and linearly displaceable valve element, by means of which a number of charge exchange valves are formed, i. several. In this case, a single (in particular rod-shaped) valve element may be provided, for example, for a number of cylinders, wherein this may preferably also be rotatable via a single rotary drive and / or linearly displaceable via a single displacement drive.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Ausführung mit einer wie vorstehend erörterten Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren das Ventilelement für eine Durchsatzsteigerung des Ladungswechselventils linear in eine Stelllung verschoben wird, bei welcher das Ventilelement mit einem gegenüber einer vorherigen Verschiebestellung vergrößerten wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt rotierbar ist. Daneben ist im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass das Ventilelement für eine Durchsatzverringerung des Ladungswechselventils linear in eine Stellung verschoben wird, bei welcher das Ventilelement mit einem gegenüber einer vorherigen Verschiebestellung verringerten wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt rotierbar ist.In the context of the present invention, a method is proposed for execution with an internal combustion engine as discussed above, wherein in the method the valve element for an increase in throughput of the charge exchange valve is linearly displaced to a position in which the valve element with an enlarged compared to a previous displacement position effective passage opening cross-section is rotatable. In addition, it is provided in the context of the method that the valve element is displaced linearly for a reduction in throughput of the charge exchange valve in a position in which the valve element is rotatable with a relation to a previous displacement position reduced effective passage opening cross-section.

Eine Verschiebung des Ventilelements kann insbesondere je in Abhängigkeit einer Durchsatzvorgabe erfolgen, im Rahmen derer zum Beispiel eine aktuelle Lastanforderung der Brennkraftmaschine berücksichtigt ist. Zum Beispiel kann mit einer solchen Durchsatzvorgabe eine Bestromungscharakteristik des Linearantriebs und/oder des Drehantriebs vorgegeben werden, insbesondere seitens einer übergeordneten Steuerung wie etwa einer Motorsteuerung.A displacement of the valve element can in particular be carried out depending on a flow rate specification, in the context of which, for example, a current load request of the internal combustion engine is taken into account. For example, with such a throughput specification, a current flow characteristic of the linear drive and / or the rotary drive can be specified, in particular on the part of a higher-level control, such as a motor control.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features may be implemented individually for themselves or for a plurality of different combinations in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 exemplarisch und schematisch eine auf ein Ladungswechselventil fokussierte Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, wobei das Ladungswechselventil in einer ersten Stellung dargestellt ist, bei welcher ein Durchgang einen maximal wirksamen Öffnungsquerschnitt aufweist.
2 exemplarisch und schematisch eine Ansicht analog zu 1, wobei das Ladungswechselventil in einer zweiten Stellung dargestellt ist, bei welcher der wirksame Öffnungsquerschnitt des Durchgangs einem Teilöffnungsquerschnitt entspricht.
3 exemplarisch und schematisch eine Ansicht analog zu 1 und 2, wobei das Ladungswechselventil in einer dritten Stellung dargestellt ist, wobei ein wirksamer Öffnungsquerschnitt des Durchgangs nicht gegeben ist.
4 exemplarisch und schematisch eine auf das Ladungswechselventil reduzierte Ansicht analog zu der Ausgestaltung nach den 1 bis 3, bei welcher das Ladungswechselventil exemplarisch in einer vierten Stellung dargestellt ist.
5a, b exemplarisch und schematisch unterschiedliche Durchgangsformen gemäß möglichen Ausgestaltungen eines Ventilelements.

Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 Exemplary and schematically focused on a charge exchange valve view of an internal combustion engine according to a possible embodiment of the invention, wherein the charge exchange valve is shown in a first position, in which a passage has a maximum effective opening cross-section.
2 exemplary and schematically a view analogous to 1 wherein the charge exchange valve is shown in a second position, wherein the effective opening cross section of the passage corresponds to a partial opening area.
3 exemplary and schematically a view analogous to 1 and 2 wherein the charge exchange valve is shown in a third position, wherein an effective opening cross section of the passage is not given.
4 Exemplary and schematically reduced to the charge exchange valve view analogous to the embodiment of the 1 to 3 in which the charge exchange valve is shown by way of example in a fourth position.
5a, b exemplary and schematically different passage shapes according to possible embodiments of a valve element.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.

Die 1 bis 4 zeigen Ansichten einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Ladungswechselventil 3 in verschiedenen Stellungen desselben, wobei die Brennkraftmaschine 1 als Hubkolben-Brennkraftmaschine bereitgestellt und wobei das Ladungswechselventil 3 an einem Zylinderkopf (Brennraumdeck) 5 eines Zylinders 7 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Bei der aufgezeigten Anordnung ist das Ladungswechselventil 3 in an sich bekannter Weise dazu vorgesehen, Ladungswechselvorgänge an einem Brennraum 9 des Zylinders 7 (mit darin geführtem Kolben 7a) zu ermöglichen, hierbei insbesondere im Rahmen jeweiliger Arbeitstakte der Brennkraftmaschine 1. Im Rahmen des Brennkraftmaschinenbetriebs bzw. jeweiliger Ladungswechselvorgänge kann das Ladungswechselventil 3 einen zugeordneten und an den Brennraum 9 geführten Ladungswechselkanal 11 in beabsichtigter Weise öffnen, teilöffnen oder sperren (hierauf wird nachfolgend noch näher eingegangen).The 1 to 4 show views of an internal combustion engine 1 with a charge exchange valve 3 the same in different positions, the internal combustion engine 1 provided as a reciprocating internal combustion engine and wherein the charge exchange valve 3 on a cylinder head (combustion chamber deck) 5 a cylinder 7 the internal combustion engine 1 is arranged. In the arrangement shown is the charge exchange valve 3 provided in a conventional manner to charge exchange operations on a combustion chamber 9 of the cylinder 7 (with piston guided in it 7a) to allow, in particular in the context of respective power strokes of the internal combustion engine 1 , In the context of internal combustion engine operation or respective charge exchange operations, the charge exchange valve 3 one assigned and to the combustion chamber 9 guided charge exchange channel 11 open in the intended manner, partially open or lock (this will be discussed in more detail below).

Wie die 1 bis 4 dies auch veranschaulichen, weist das Ladungswechselventil 3 ein Ventilelement 13 mit wenigstens einem Durchgang 15 auf. Das Ventilelement 13 ist als stabförmiges bzw. stangenförmiges Element bereitgestellt, insbesondere also Rundstabelement, und in einer Aufnahme bzw. einem Ventilgehäuse 17 am Zylinderkopf 5 angeordnet. Vorzugsweise kann eine solche Aufnahme bzw. das Ventilgehäuse 17 durch eine (Quer-)Bohrung am Zylinderkopf 5 geschaffen werden, welche den Ladungswechselkanal 11 quert. Besonders einfach kann mit der Bohrung bzw. einer solchen Aufnahme 17, bei welcher das Ventilelement 13 und die Aufnahme 17 Korrespondenzquerschnitte aufweisen, ein im Rahmen der Erfindung vorgesehenes Dreh- und Gleitlager für das Ventilelement 13 gebildet werden, mittels welchem das Ventilelement 13 an entgegen gesetzten Seiten des Ladungswechselkanals 11 lagerbar ist. Denkbar ist auch, ein Ventilgehäusemodul am Zylinderkopf 5 anzuordnen, um das Ventilelement 13 in beabsichtigter Weise einzuhäusen, wobei ein Ventilgehäuse allgemein z.B. auch Lagerelemente aufweisen kann, z.B. Kugeln, Rollen oder Walzen oder eigens bereitgestellte Gleitelemente. Angemerkt sei weiterhin, dass der vom Ventilelement 17 durchquerte Abschnitt des Ladungswechselkanals 11 hierbei eine Form aufweist, die ausgelegt ist, vom querenden Ventilelement 17 mediendicht versperrt werden zu können (in einer Schließstellung desselben). Eine solche Form ist vorliegend insbesondere von rechteckigem Querschnitt.As the 1 to 4 to illustrate this, has the charge exchange valve 3 a valve element 13 with at least one passage 15 on. The valve element 13 is provided as a rod-shaped or rod-shaped element, in particular thus round rod element, and in a receptacle or a valve housing 17 on the cylinder head 5 arranged. Preferably, such a receptacle or the valve housing 17 through a (transverse) bore on the cylinder head 5 be created, which the charge exchange channel 11 crosses. Especially easy with the bore or such a recording 17 in which the valve element 13 and the recording 17 Have correspondence cross-sections, provided in the context of the invention rotary and sliding bearings for the valve element 13 are formed, by means of which the valve element 13 on opposite sides of the charge exchange channel 11 is storable. It is also conceivable, a valve housing module on the cylinder head 5 to arrange the valve element 13 einhäusen in an intentional manner, wherein a valve housing generally, for example, may also have bearing elements, such as balls, rollers or rollers or specially provided sliding elements. It should also be noted that the valve element 17 crossed section of the charge exchange channel 11 in this case has a shape which is designed by the transverse valve element 17 Media-tight to be locked (in a closed position of the same). Such a shape is present in particular of rectangular cross-section.

Der Durchgang 15 des Ventilelements 13 ist bei den Ausführungsformen nach 1 bis 4 als Loch bzw. Langloch im Ventilelement 13 gebildet (siehe insbesondere 4), wobei sich der Durchgang 15 in einer Längsrichtung des Ventilelements 13 in einem längsmittleren Bereich eines Wirkabschnitts 19 desselben erstreckt. Alternativ ist auch denkbar, den wenigstens einen Durchgang 15 mittels einer Anzahl Durchgängen zu bilden, z.B. mittels einer Bohrungsanordnung bzw. einer Lochformation.The passage 15 of the valve element 13 is in the embodiments according to 1 to 4 as a hole or slot in the valve element 13 formed (see in particular 4 ), taking the passage 15 in a longitudinal direction of the valve element 13 in a longitudinally central region of an active section 19 the same extends. Alternatively, it is also conceivable that the at least one passage 15 by means of a number of passages, for example by means of a bore arrangement or a perforation formation.

Die Brennkraftmaschine 1 ist erfindungsgemäß weiterhin eingerichtet, das Ventilelement 13 im Rahmen einer bzw. ihrer Ladungswechselsteuerung (via das Ladungswechselventil; im Rahmen eines Brennkraftmaschinenbetriebs) bzw. zur Durchführung von Ladungswechselvorgängen, insbesondere mit einer vorbestimmten Öffnungscharakteristik des Ladungswechselventils, mit einem wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt A zu rotieren bzw. zu drehen und das Ventilelement 13 zur Einstellung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts A linear zu verschieben. Eine Rotation des Ventilelements 13 ist hierbei insbesondere kontinuierlich über eine zu absolvierende Anzahl von Arbeitstakten der Brennkraftmaschine 1 hinweg vorgesehen. Der eingestellte wirksame Durchgangsöffnungsquerschnitt A ist daneben insbesondere ein freier Querschnitt des Durchgangs 15, welcher für Ladungswechselvorgänge durchströmbar ist (angedeutet durch die vertikalen Pfeile in den 1 bis 4).The internal combustion engine 1 is inventively further set up, the valve element 13 in the context of one or their charge exchange control (via the charge exchange valve, in the context of an internal combustion engine operation) or for carrying out charge exchange processes, in particular with a predetermined opening characteristic of the charge exchange valve, with an effective passage opening cross section A to rotate or rotate and the valve element 13 for adjustment the effective passage opening cross section A to move linearly. A rotation of the valve element 13 is here in particular continuously over a number of work cycles of the internal combustion engine to be completed 1 provided for. The set effective passage opening area A next to it is in particular a free cross-section of the passage 15 , which can be flowed through for charge exchange operations (indicated by the vertical arrows in the 1 to 4 ).

Zur Rotation (um die Längsachse) ist das Ventilelement 13 mit einem Drehantrieb 21 verbunden, welcher mittels eines Elektromotors 23 und wenigstens eines Zahnrades 25, oder - besonders einfach mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 synchronisierbar - über einen Riementrieb (Keilriemen) gebildet ist (welcher z.B. mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung steht (nicht dargestellt)). Vorzugsweise bildet die Aufnahme 17 - wie oben ausgeführt - hierbei ein Drehlager für das Ventilelement 13.For rotation (about the longitudinal axis) is the valve element 13 with a rotary drive 21 connected, which by means of an electric motor 23 and at least one gear 25 , or - particularly easy with the speed of the internal combustion engine 1 synchronized - via a belt drive (V-belt) is formed (which, for example, with the crankshaft in operative connection (not shown)). Preferably, the recording forms 17 - As stated above - this is a pivot bearing for the valve element 13 ,

Um zur Einstellung des wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitts A das Ventilelement 13 auch linear verschieben zu können, angedeutet durch die horizontalen Pfeile in den 1 bis 4, insbesondere relativ zum Ventilgehäuse 17, steht das Ventilelement 13 weiterhin mit einem Linearantrieb 27 in Wirkverbindung, wobei die Verschiebung in Richtung der Längsachse des Ventilelements 13 ermöglicht ist. Hierbei fungiert die Aufnahme 17 - wie oben erörtert - vorteilhaft einfach auch als Gleitlager. Bei der derart ausgestalteten Brennkraftmaschine 1 ist das Ladungswechselventil 13 insoweit als Dreh-Schiebe-Ventil bereitgestellt.To set the effective passage opening area A the valve element 13 to move linearly, indicated by the horizontal arrows in the 1 to 4 , in particular relative to the valve housing 17 , stands the valve element 13 furthermore with a linear drive 27 in operative connection, wherein the displacement in the direction of the longitudinal axis of the valve element 13 is possible. Here, the recording acts 17 - As discussed above - advantageous simply as a plain bearing. In the thus designed engine 1 is the charge exchange valve 13 insofar provided as a rotary slide valve.

Um bei Antrieb über das Zahnrad 25 die Wirkverbindung mit dem Drehantrieb 21 bei einer linearen Verschiebung (im zulässigen Umfang) stets aufrecht zu erhalten, kann ein (Antriebs-) Abschnitt 29 des Ventilelements 13 z.B. über eine Länge, welche z.B. wenigstens einem Verschiebespielraum entspricht, als Eingriffspartner für den Drehantrieb 21 bzw. dessen Zahnrad 25 ausgestaltet sein, z.B. ebenfalls Zahnkontur über einen Außenumfang aufweisen.To drive over the gear 25 the operative connection with the rotary drive 21 can always maintain a linear (to the extent permitted), a (drive) section 29 of the valve element 13 For example, over a length which corresponds, for example, at least one displacement margin, as engagement partner for the rotary drive 21 or its gear 25 be configured, for example, also have tooth contour over an outer circumference.

Mit dem Ladungswechselventil 3 ergibt sich - bei baulich geringem Aufwand - somit eine hoch variable Ventilsteuerfähigkeit, bei welcher ein Durchsatz im Rahmen jeweiliger Ladungswechselvorgänge der Brennkraftmaschine 1 sowohl mit der Drehstellung als auch der Verschiebestellung des Ventilelements 13 beeinflussbar ist. Nachfolgend werden diesbezügliche weitere Aspekte anhand der 1 mit 4, welche unterschiedliche Ventilpositionen exemplarisch veranschaulichen, noch näher erörtert.With the charge exchange valve 3 results - with structurally little effort - thus a highly variable valve control capability, in which a throughput in the context of respective charge cycle operations of the internal combustion engine 1 both with the rotational position and the displacement position of the valve element 13 can be influenced. In the following, further aspects will be described on the basis of the 1 4, which exemplify different valve positions, will be discussed in more detail.

Bei der in 1 gezeigten Stellung des Ventilelements 13 ist dieses linear in eine Stellung verschoben, bei welcher das Ventilelement 13 mit einem maximal wirksamen Durchgangsöffnungsquerschnitt A rotierbar ist. Diese Stellung entspricht z.B. einer ersten Anschlagstellung (in den Figuren linksseitig) bzw. einer ersten vorbestimmten (Steuer-)Position des Ventilelements 13. Bei Drehung des Ventilelements 13 in die gezeigte Offenstellung ist hierbei der Durchgang 15 vollumfänglich anströmbar bzw. ungehindert durchströmbar, d.h. die Durchsatzfähigkeit vom Brennraum 9 zum Ladungswechselkanal 11 über das Ladungswechselventil 3 in dieser Hinsicht maximal.At the in 1 shown position of the valve element 13 this is linearly shifted to a position in which the valve element 13 with a maximum effective passage opening area A is rotatable. This position corresponds for example to a first stop position (left side in the figures) or a first predetermined (control) position of the valve element 13 , Upon rotation of the valve element 13 in the open position shown here is the passage 15 completely flowed through or freely flowed through, ie the throughput capacity of the combustion chamber 9 to the charge exchange channel 11 over the charge exchange valve 3 maximum in this regard.

Bei der in 2 gezeigten Stellung des Ventilelements 13 ist das Ventilelement 13 linear in eine (Steuer-)Stellung verschoben dargestellt, bei welcher das Ventilelement 13 mit einem wirksamen Teilöffnungsquerschnitt des Durchgangs 15 rotierbar ist (welcher Teilöffnungsquerschnitt vorliegend im Übrigen über die Länge des Durchgangs 15 auch wahlfrei variierbar bzw. steuerbar ist). Hierbei ist aufgrund der linearen Verschiebung ein Teil des Durchgangs 15 durch das Gehäuse 17 abgeschattet bzw. darin eingetaucht, mithin der wirksame bzw. freie Öffnungsquerschnitt des Durchgangs 15 vermindert, wodurch die Durchsatzfähigkeit des Ventilelements 13 in Offenstellung gedreht gegenüber der Stellung nach 1 gezielt verringerbar ist bzw. verringert wird.At the in 2 shown position of the valve element 13 is the valve element 13 shown linearly displaced in a (control) position, in which the valve element 13 with an effective part opening cross section of the passage 15 is rotatable (which partial opening cross-section in this case, moreover, over the length of the passage 15 also optionally variable or controllable). Here, due to the linear displacement, a part of the passage 15 through the housing 17 shadowed or immersed in it, thus the effective or free opening cross-section of the passage 15 decreases, whereby the throughput capability of the valve element 13 in open position turned in relation to the position after 1 is selectively reduced or reduced.

Bei der in 3 gezeigten Stellung des Ventilelements 13 ist das Ventilelement 13 linear in eine Stellung verschoben dargestellt, bei welcher das Ventilelement 13 mit einem minimalen wirksamen Öffnungsquerschnitt rotierbar ist. Diese (Steuer-)Stellung entspricht z.B. einer zweiten Anschlagsstellung (in den Figuren rechtsseitig, z.B. im Antriebsgehäuse des Linearantriebs 27) bzw. einer zweiten vorbestimmten Position des Ventilelements 13. In dieser Stellung ist die Durchsatzfähigkeit des Ventilelements 13 bzw. dessen wirksamer Durchgangsöffnungsquerschnitt A z.B. auf Null reduziert, d.h. das Ladungswechselventil 3 ist über die Dauer dieser Verschiebestellung - unabhängig von der Drehstellung - stets in Schließstellung.At the in 3 shown position of the valve element 13 is the valve element 13 shown linearly displaced in a position in which the valve element 13 is rotatable with a minimum effective opening cross-section. This (control) position corresponds, for example, to a second stop position (in the figures on the right side, eg in the drive housing of the linear drive 27 ) or a second predetermined position of the valve element 13 , In this position, the throughput capability of the valve element 13 or its effective passage opening cross section A eg reduced to zero, ie the charge exchange valve 3 is over the duration of this displacement position - regardless of the rotational position - always in the closed position.

4 zeigt exemplarisch eine Verschiebestellung des Ventilelements 13 gemäß 1, wobei der Ladungswechelkanal 11 jedoch aufgrund der Drehstellung des hierbei in Schließstellung gedrehten Ventilelements 13 gesperrt ist (z.B. Verdichtungstakt der Brennkraftmaschine 1). Im weiteren Verlauf einer Umdrehung kann sodann wieder die in 1 gezeigte Stellung vom Ventilelement 13 eingenommen werden (z.B. Einlass- oder Auslasstakt). 4 shows an example of a displacement position of the valve element 13 according to 1 , wherein the charge exchange channel 11 However, due to the rotational position of the case in the closed position rotated valve member 13 is locked (eg compression stroke of the internal combustion engine 1 ). In the further course of a revolution can then again in 1 shown position of the valve element 13 be taken (eg intake or exhaust stroke).

Die 5a und 5b zeigen nunmehr exemplarisch unterschiedliche Querschnitte wenigstens eines Durchgangs 15, welche über die Verschiebelänge variieren. Mit solchen Ausgestaltungen lassen sich z.B. nichtlineare Durchsatzänderungen durch lineare Verschiebung des Ventilelements 13 realisieren. Bei 5a sind die Durchgänge z.B. mittels einer Lochreihe gebildet, deren Löcher 31 im Querschnitt größer werden, bei 5b ist der Durchgang 15 z.B. dreieckförmig gebildet.The 5a and 5b now show examples of different cross-sections of at least one passage 15 , which vary over the shift length. With such configurations For example, non-linear throughput changes can be achieved by linear displacement of the valve element 13 realize. at 5a the passages are formed for example by means of a row of holes whose holes 31 increase in cross-section, at 5b is the passage 15 eg formed triangular.

Um das Ventilelement 13 zur Ladungswechselsteuerung in die jeweilige Verschiebeposition zu verbringen, kann die Antriebssteuerung in Abhängigkeit von Durchsatzvorgaben erfolgen, welche z.B. je in Abhängigkeit einer Brennkraftmaschinen-Betriebssituation eine Aktuierung des Antriebs vorgeben, z.B. eine Bestromungscharakteristik.To the valve element 13 For the charge cycle control to spend in the respective displacement position, the drive control can be carried out in dependence on throughput specifications, which specify, for example, depending on an engine operating situation actuation of the drive, for example, a current flow characteristic.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
33: LadungswechselventilGas exchange valve
55: Zylinderkopfcylinder head
77: Zylindercylinder
7a7a: Kolbenpiston
99: Brennraumcombustion chamber
1111: LadungswechselkanalCharge exchange channel
1313: Ventilelementvalve element
1515: Durchgangpassage
1717: Aufnahme (Ventilgehäuse)Intake (valve housing)
1919: Wirkabschnitteffective section
2121: Drehantriebrotary drive
2323: Elektromotorelectric motor
2525: Zahnradgear
2727: Linearantrieblinear actuator
2929: Antriebsabschnittdriving section
3131: Löcher holes
AA: Wirksamer DurchgangsöffnungsquerschnittEffective passage opening cross-section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8360395 B2 [0002]

Claims

Internal combustion engine (1) with a charge exchange valve (3), wherein the charge exchange valve (3) having a valve element (13) with at least one passage (15), wherein the internal combustion engine (1) is arranged, the valve element (13) in the context of a charge cycle control an effective passage opening cross-section (A) to rotate and the valve element (13) for adjusting the effective passage opening cross-section (A) to move linearly.

Internal combustion engine (1) after Claim 1 characterized in that - the internal combustion engine (1) is arranged to linearly shift the valve element (13) to a position at which the valve element (13) with maximum effective passage opening cross-section (A) is rotatable, and / or - the internal combustion engine ( 1) is adapted to move the valve element (13) linearly into a position in which the valve element (13) is rotatable with an effective passage part opening cross-section, and / or - the internal combustion engine (1) is arranged, the valve element (13) to move linearly into a position in which the valve element (13) with an effective minimum passage opening cross-section (A) is rotatable.

Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the internal combustion engine (1) has a rotary drive (21) and a linear drive (27) each in operative connection with the valve element (13).

Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the valve element (13) is displaceable relative to a valve housing (17) for adjusting the effective passage opening cross-section (A); and / or - the valve element (13) is rotatably mounted in a valve housing (17); and / or - a valve housing (17) for the valve element (13) by a cylinder head (5) of the internal combustion engine (1) is formed.

Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the valve element (13) is rod-shaped.

Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the valve element (13) via a rotary drive (21) is rotated, which acts via a toothing (25) on the valve element (13).

Internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the at least one passage (15) has a cross section which varies over a length.

Internal combustion engine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that - the internal combustion engine (1) has a rotatable and linearly displaceable valve element (13), by means of which a number of charge exchange valves (3) is formed.

Method for the embodiment with an internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - in the method the valve element (13) is displaced linearly into an adjustment for an increase in throughput of the charge exchange valve (3) in which the valve element (13) with an enlarged compared to a previous displacement position effective passage opening cross-section (A) is rotatable; and / or - in which the valve element (13) for a reduction in throughput of the charge exchange valve (3) is linearly displaced to a position at which the valve element (13) is rotatable with a reduced compared to a previous displacement position Durchgangsöffnungsquerschnitt (A).

Method according to Claim 9 , characterized in that - a shift depending depending on a flow rate specification.