DE102020004919A1

DE102020004919A1 - Verbrennungskraftmaschine mit Positionierungsmöglichkeit der Kurbelwelle zum Start der Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102020004919A1
Application number: DE102020004919.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander von Gaisberg-Helfenberg; Tilmann Roemheld; Thomas Stolk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abtriebswelle, über welche das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine (10) antreibbar ist, mit wenigstens einem Brennraum, mit wenigstens einer von der Abtriebswelle antreibbaren Nockenwelle zum Betätigen wenigstens eines dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventils, und mit wenigstens einem Phasensteller (22), mittels welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (10) eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle einstellbar ist und während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben die Abtriebswelle relativ zu der Nockenwelle in eine Startposition für einen Start der Verbrennungskraftmaschine (10) drehbar ist, wobei in einer Ruhestellung (30) der Nockenwelle ein von dem Phasensteller (22) auf die Abtriebswelle auszuübendes und zum Drehen der Abtriebswelle in die Startposition vorgesehenes Andrehmoment geringer als ein zum Drehen der Nockenwelle aus der Ruhestellung (30) erforderliches Losbrechdrehmoment (32) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist aus der DE 10 2015 208 456 A1 bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, über welche das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, wenigstens einen Brennraum und wenigstens eine von der Abtriebswelle antreibbare Nockenwelle zum Betätigen wenigstens eines dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventils auf. Zudem umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Phasensteller, mittels welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle einstellbar ist. Während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und das Kraftfahrzeug stillsteht, ist mittels des Phasenstellers die Abtriebswelle relativ zu der Nockenwelle in eine Startposition für einen Start der Verbrennungskraftmaschine drehbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine auf besonders vorteilhafte Weise gestartet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine auf besonders vorteilhafte Weise gestartet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer Ruhestellung der Nockenwelle ein von dem Phasensteller auf die Abtriebswelle auszuübendes und zum Drehen der Abtriebswelle in die Startposition vorgesehenes Andrehmoment geringer als ein zum Drehen der Nockenwelle aus der Ruhestellung erforderliches Losbrechdrehmoment ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist, wenn sich die Nockenwelle in ihrer Ruhestellung befindet und vorzugsweise auch dann, wenn die Abtriebswelle stillsteht, ein erstes Drehmoment, welches erforderlich ist, um die Abtriebswelle aus ihrem Stillstand zu drehen, geringer als ein zweites Drehmoment, welches erforderlich ist, um die Nockenwelle aus ihrem Stillstand zu drehen. Somit ist das erste Drehmoment das Andrehmoment und das zweite Drehmoment das Losbrechdrehmoment. Daraus folgt, dass der Phasensteller die Abtriebswelle drehen kann, ohne die Nockenwelle zu drehen, indem der Phasensteller zumindest das gegenüber dem zweiten Drehmoment geringere, erste Drehmoment auf die Abtriebswelle ausübt oder der Phasensteller übt ein drittes Drehmoment auf die Abtriebswelle aus, wobei das dritte Drehmoment größer als das erste Drehmoment ist, aber geringer als das zweite Drehmoment ist. Dadurch kann mittels des Phasenstellers die Abtriebswelle in die Startposition gedreht werden, ohne die Nockenwelle zu drehen.
Die Verbrennungskraftmaschine weist einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt und einen von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt sowie wenigstens einen Zylinder, der den Brennraum teilweise begrenzt, auf. Zudem umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen Ventiltrieb, welcher wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil und wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Auslassventil umfasst. Das Einlassventil und das Auslassventil werden insbesondere zusammenfassend als Gaswechselventile bezeichnet. Mittels dem geöffneten Einlassventil ist die Luft aus dem Ansaugtrakt in den Brennraum führbar. Mittels dem geöffneten Auslassventil ist das Abgas aus dem Brennraum heraus in den Abgastrakt führbar. Mittels insbesondere einem Stößel oder einem Schlepphebel oder einem Kipphebel können die Gaswechselventile von der Nockenwelle betätigt, insbesondere geöffnet und/oder geschlossen, werden. In dem befeuerten Betrieb laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab, wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, wodurch das Abgas der Verbrennungskraftmaschine entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst die zuvor genannte, den Ansaugtrakt durchströmende Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff, welcher in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird.
Der Phasensteller kann insbesondere als ein Nockenwellenversteller oder Nockenwellenphasensteller bezeichnet werden und kann insbesondere als ein hydraulischer Phasensteller oder als ein elektromechanischer Phasensteller ausgebildet sein. Der hydraulische Phasensteller kann insbesondere als ein Flügelzellenversteller oder als ein Axialkolbenversteller ausgebildet sein. Der elektromechanische Phasensteller kann insbesondere ein Dreiwellengetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, umfassen. Während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kann mittels des Phasenstellers zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle eine relative Winkellage eingestellt werden, wobei die Abtriebswelle und die Nockenwelle mittels insbesondere einer Kette oder mittels eines Riemens derart miteinander verbunden sind, dass zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle ein Drehmoment übertragen werden kann. Die Kette kann insbesondere als Steuerkette bezeichnet werden. Der Riemen kann insbesondere als ein Zahnriemen ausgebildet sein. Der Phasensteller ist bezogen auf einen von der Abtriebswelle zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss, über welchen das Drehmoment von der Abtriebswelle auf die Nockenwelle übertragbar ist, zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle angeordnet, sodass der Drehmomentenfluss über den Phasensteller verläuft.
Als der Start der Verbrennungskraftmaschine wird insbesondere ein Anlassen oder ein Aktivieren der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet, wobei die Verbrennungskraftmaschine von einem deaktivierten Zustand, in welchem die Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben, was insbesondere als unbefeuerter Betrieb bezeichnet wird, in einen aktivierten Zustand, was insbesondere als der befeuerte Betrieb bezeichnet wird, überführt wird. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die zunächst stillstehende beziehungsweise sich in einem Stillstand befindende Abtriebswelle aus ihrem Stillstand heraus beschleunigt beziehungsweise angetrieben und somit in Drehung versetzt wird, sodass in Folge des Startens in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ablaufen. Bei einem konventionellen Start wird die Abtriebswelle dabei mit einer zusätzlich vorgesehenen Antriebseinrichtung, die insbesondere als eine elektrische Maschine ausgebildet sein kann, auf eine zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Mindestdrehzahl, die insbesondere als Startdrehzahl bezeichnet wird, gebracht. Dementsprechend bezeichnet ein Deaktivieren oder ein Abstellen der Verbrennungskraftmaschine insbesondere eine Überführung der Verbrennungskraftmaschine von dem aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand.
Im zunächst deaktivierten Zustand der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere während das Kraftfahrzeug stillsteht, kann die Abtriebswelle mittels des Phasenstellers relativ zu der Nockenwelle in eine Startposition für einen Start der Verbrennungskraftmaschine gedreht werden. Dies kann insbesondere nach dem dem Start vorgehenden Abstellen und insbesondere nachdem die Abtriebswelle in Folge des dem Starten vorweggehenden Abstellens einen Stillstand erreicht hat erfolgen. Ein dem Abstellen nachgehender Start der Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere zumindest teilweise als ein Direktstart erfolgen. Unter dem Direktstart ist insbesondere zu verstehen, dass der Kraftstoff zuerst in einen Startzylinder direkt eingespritzt wird, wodurch die Abtriebswelle zunächst ausschließlich durch die im Brennraum des Startzylinders stattfindenden Verbrennungsvorgänge beschleunigt wird. Unter dem Startzylinder ist ein solcher Zylinder zu verstehen, in welchem, bezogen auf alle Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, bei dem Direktstart der Kraftstoff zuerst eingespritzt wird. Erst nach dem Einspritzen des Kraftstoffs in den Startzylinder wird der Kraftstoff auch in den wenigstens einen weiteren Zylinder der Verbrennungskraftmaschine direkt eingespritzt.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Bei einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine wird bei einer Drehung der Kurbelwelle in die Startposition für den Start der Verbrennungskraftmaschine die Nockenwelle verstellt, wodurch die Gaswechselventile betätigt werden können. Eine solche Verstellung der Nockenwelle kann die Nockenwelle in eine für den Start der Verbrennungskraftmaschine ungünstige Drehstellung drehen. Zudem wird für die Betätigung der Gaswechselventile vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine, während die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert, ist elektrische Energie, insbesondere aus einem Bordnetz, verbraucht. Dies führt zu einem besonders hohen Kraftstoffverbrauch. Um eine solche Verstellung der Nockenwelle zu unterbinden, ist ein Verriegelungsmechanismus erforderlich, der besonders viel Bauraum beansprucht und die Kosten der Verbrennungskraftmaschine besonders erhöht. Des Weiteren muss ein Stellantrieb, der insbesondere als Phasensteller ausgebildet sein kann, besonders groß dimensioniert werden, da er die Kurbelwelle und die Nockenwelle gleichzeitig drehen und die Gaswechselventile betätigen muss. Dies erfordert besonders viel Bauraum und erhöht die Kosten der Verbrennungskraftmaschine besonders.
Demgegenüber kann in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine bei einer Drehung der Kurbelwelle mittels des Phasenstellers in eine Startposition der Verbrennungskraftmaschine eine Drehung der Nockenwelle unterbunden werden, da das Andrehmoment der Kurbelwelle geringer ist als das Losbrechdrehmoment der Nockenwelle. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden, da die Nockenwelle bei der Drehung der Kurbelwelle in die Startposition nicht verdreht wird. Mit anderen Worten ausgedrückt muss keine zusätzliche Energie aufgewendet werden, um die Nockenwelle zu drehen. Zudem kann auf einen zusätzlichen Verriegelungsmechanismus der Nockenwelle verzichtet werden, was die Kosten, den Bauraum und das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine besonders gering hält. Das besonders geringe Gewicht der Verbrennungskraftmaschine führt zu einer zusätzlichen Verringerung des Kraftstoffverbrauchs. Des Weiteren kann der Phasensteller deutlich geringer dimensioniert werden, wodurch der Phasensteller eine besonders geringe Massenträgheit aufweist, was während dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besonders hohe Stellgeschwindigkeiten ermöglicht. Dies führt zu besonders geringen Emissionen wenigstens eines bei den Verbrennungsvorgängen entstehenden Schadstoffs der Verbrennungskraftmaschine und zu einem besonders geringen Kraftstoffverbrauch. Als Stellgeschwindigkeit wird insbesondere eine Geschwindigkeit des Phasenstellers bezeichnet, mit welcher die relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle eingestellt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine; und
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Drehmomentenverlaufs einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine Abtriebswelle auf, über welche das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist, wobei die Abtriebswelle insbesondere als eine Kurbelwelle ausgebildet sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Motorblock, der wenigstens einen Zylinder und einen Zylinderkopf 12 umfasst, und wenigstens einen Brennraum auf, der von dem Zylinder und dem Zylinderkopf 12 teilweise begrenzt wird. In dem Zylinder ist ein Kolben angeordnet, der in dem Zylinder translatorisch bewegbar ist und den Brennraum teilweise begrenzt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist zudem einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt sowie einen von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmbaren Abgastrakt 14 auf, der insbesondere als Abgasanalage bezeichnet werden kann. Über den Ansaugtrakt ist dem Brennraum Luft zuführbar. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 ist über den Abgastrakt 14 aus dem Brennraum hinaus in den Abgastrakt 14 führbar. In dem Abgastrakt 14 befindet sich eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, die insbesondere als Abgasnachbehandlungsanlage bezeichnet werden kann. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielweise als ein Katalysator, insbesondere als ein 3-Wege-Katalysator, ein SCR-Katalysator, ein NO_x-Speicherkatalysator oder als ein Dieseloxidationskatalysator, und/oder als ein Filter, insbesondere als ein Partikelfilter oder ein Dieselpartikelfilter, ausgebildet sein. Stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist im Abgastrakt 14 eine Abgasübertrittsstelle 16 zur fahrzeugseitigen Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet.
Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Steuergehäuse 18, in welchem eine Nockenwelle und eine Steuerkette angeordnet sind. Die Nockenwelle ist drehbar um eine Nockenwellenhauptachse 20 gelagert und mittels der Steuerkette derart mit der Abtriebswelle verbunden, dass ein Drehmoment zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle übertragen werden kann, wobei die Nockenwelle von der Abtriebswelle antreibbar ist. Mittels insbesondere einem Stößel oder einem Schlepphebel oder einem Kipphebel kann wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Gaswechselventil von der Nockenwelle betätigt, insbesondere geöffnet und/oder geschlossen, werden. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Phasensteller 22 auf, der insbesondere als Nockenwellenversteller bezeichnet werden kann, mittels welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10, während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum ablaufen, eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle einstellbar ist, auf. Der Phasensteller 22 ist bezogen auf einen von der Abtriebswelle zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss, über welchen das Drehmoment von der Abtriebswelle auf die Nockenwelle übertragbar ist, zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle angeordnet, sodass der Drehmomentenfluss über den Phasensteller 22 verläuft. In dem ausgeführten Beispiel ist der Phasensteller 22 an der Nockenwelle angeordnet, kann aber alternativ insbesondere an der Abtriebswelle angeordnet sein. Während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und insbesondere das Kraftfahrzeug stillsteht, kann die Abtriebswelle mittels des Phasenstellers 22 relativ zu der Nockenwelle in eine Startposition für einen Start der Verbrennungskraftmaschine 10 gedreht werden. Der Phasensteller 22 kann insbesondere als ein Einlassnockenwellensteller ausgebildet sein, der insbesondere an einer Einlassnockenwelle angeordnet sein kann. Mittels der Einlassnockenwelle kann wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Einlassventil betätigt, insbesondere geöffnet und geschlossen werden.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist zudem eine Ölwanne 24, wenigstens eine Ölablassschraube 26 und einen Kältemittelverdichter 28 auf. Die Ölwanne 24 hält ein zur Schmierung der Verbrennungskraftmaschine 10 eingesetztes Schmiermittel, bei welchem es sich um ein Öl, insbesondere ein Motoröl, handeln kann, in der Verbrennungskraftmaschine 10. Mittels der Ölablassschraube 26 kann das Schmiermittel aus der Ölwanne 24, insbesondere bei einer Reparatur der Verbrennungskraftmaschine 10 oder bei einer insbesondere als Ölwechsel bezeichneten Erneuerung des Schmiermittels, abgelassen werden. Der Kältemittelverdichter 28 ist beispielsweise Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, dessen als Kompressionskältemaschine ausgebildete oder betreibbare Klimaanlage einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf aufweist. Dabei ist der Kältemittelverdichter 28 in dem Kältemittelkreislauf angeordnet, sodass mittels des Kältemittelverdichters 28 das Kältemittel verdichtet werden kann.
Um nun die Verbrennungskraftmaschine 10 auf eine besonders vorteilhafte Weise starten zu können, ist ein in einer Ruhestellung 30 der Nockenwelle von dem Phasensteller 22 auf die Abtriebswelle auszuübendes und zum Drehen der Abtriebswelle in die Startposition, was insbesondere als Andrehen bezeichnet wird, vorgesehenes Andrehmoment geringer als ein zum Drehen der Nockenwelle aus der Ruhestellung 30 erforderliches Losbrechdrehmoment 32. Das Andrehmoment kann dabei bei einer betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere bei einer betriebswarmen Kurbelwelle, beispielsweise 9 Nm (Newtonmeter) oder 18 Nm betragen. Dabei muss insbesondere eine Lagerreibung der Abtriebswelle und eine Reibung der Kolbenringe an einer Zylinderlaufbuchse überwunden werden. Die Lagerreibung der Abtriebswelle ist insbesondere eine Reibung bzw. Reibungskraft, die in einer Lagerung der Abtriebswelle bei der Drehung der Abtriebswelle verursacht wird. Die Kolbenringe sind insbesondere ringförmige Dichtelemente, die am Kolben angeordnet sind, wodurch der Brennraum gegenüber einem Kurbelgehäuse abgedichtet wird. In dem Kurbelgehäuse sind insbesondere die Kurbelwelle und die Lagerung der Kurbelwelle angeordnet. Als Zylinderlaufbuchse wird insbesondere eine in dem Zylinder angeordnete Lauffläche für den Kolben bezeichnet, wobei die Zylinderlaufbuche insbesondere als ein Einsatz in dem Zylinder ausgebildet sein kann, wobei der Einsatz von dem Zylinder verschieden ist. Bei dem Andrehmoment sind auf den Kolben wirkende Gaskräfte besonders gering und somit vernachlässigbar, da keine Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum ablaufen und eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle beim Andrehen besonders gering ist. Betriebswarm bezeichnet einen Zustand, in welchem eine Temperatur eines als ein Festkörper ausgebildetes Bauteil der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder eine Temperatur eines Fluids der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere eine Öltemperatur oder eine Kühlwassertemperatur, einen Wert aufweisen, wie er während eines normalen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 auftritt. Als Öltemperatur wird insbesondere eine Temperatur des Schmiermittels der Verbrennungskraftmaschine 10 bezeichnet. Als Kühlmitteltemperatur wird insbesondere eine Temperatur des Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine 10 bezeichnet. Beispielsweise kann die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 10 im normalen Betriebszustand größer als 80°C (Grad Celsius) sein. Das Losbrechdrehmoment 32 kann in einem als Motorstillstand bezeichneten Zustand beispielsweise 25 Nm oder 27 Nm betragen. Unter dem Motorstillstand wird insbesondere verstanden, dass Verbrennungsvorgänge im Brennraum unterbleiben und die Abtriebswelle stillsteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Gaswechselventil eine Ventilfeder zugeordnet, mittels welcher das Gaswechselventil aus einer Offenstellung in eine Schließstellung des Gaswechselventils bewegt werden kann. In der Offenstellung kann ein Gas, insbesondere Luft und/oder Abgas, dem Brennraum zugeführt werden, insbesondere über den Ansaugtrakt, oder aus dem Brennraum geführt werden, insbesondere in den Abgastrakt 14. In der Schließstellung kann das Gas nicht in den Brennraum gelangen und das Gas in dem Brennraum kann den Brennraum nicht verlassen. In der Offenstellung wird das Gaswechselventil insbesondere als geöffnet bezeichnet, in der Schließstellung wird das Gaswechselventil insbesondere als geschlossen bezeichnet. Die Ventilfeder kann insbesondere als ein mechanisches Federelement ausgebildet sein. Das Gaswechselventil ist mittels der Nockenwelle entgegen einer von der Ventilfeder bereitstellbaren Federkraft betätigbar, wobei die Ventilfeder und eine Ventilerhebungskurve derart ausgebildet sind, dass das Andrehmoment der Abtriebswelle, insbesondere während sich die Nockenwelle in der Ruhestellung 30 befindet, geringer ist als das Losbrechdrehmoment 32 der Nockenwelle. Als Ventilerhebungskurve wird insbesondere der zeitliche Verlauf eines Ventilhubs bezeichnet, der insbesondere von einem auf der Nockenwelle angeordneten Nocken bestimmt wird. Unter dem Ventilhub wird insbesondere eine Auslenkung des Gaswechselventils aus seiner Schließstellung verstanden, wobei das Gaswechselventil durch die Auslenkung in seine Offenstellung bewegt wird. In der Ruhestellung 30 ist bei einer Drehung der Nockenwelle zunächst die Federkraft des in einer Betätigungsreihenfolge als nächstes zu öffnenden Gaswechselventils zu überwinden, indem die Ventilfeder zu komprimieren ist. Hierfür kann beispielsweise eine Anfangsfederkraft von 200 N (Newton) zu überwinden sein. Als Anfangsfederkraft wird eine Federkraft bezeichnet, die bei beginnender Drehung der Nockenwelle aus der Ruhestellung 30 zu einer Kompression der Ventilfeder aufzubringen ist. Bei einem zunehmenden Ventilhub kann die Federkraft beispielsweise 800 N betragen. Die Federkräfte der Ventilfeder führen zu dem Losbrechdrehmoment 32 der Nockenwelle, wobei das Losbrechdrehmoment 32 insbesondere von der Abtriebswelle aufgebracht werden muss, um die Drehung der Nockenwelle zu ermöglichen. Unter der Betätigungsreihenfolge wird eine Reihenfolge verstanden, in der die Gaswechselventile bei einer Umdrehung der Nockenwelle betätigt, insbesondere geöffnet und/oder geschlossen werden.
2 zeigt ein Diagramm 33, in welchem ein Drehmomentenverlauf der Nockenwelle, der bei der Drehung der Nockenwelle aufzuwenden ist, veranschaulicht ist. Auf der Abszisse ist ein Kurbelwinkel 34 in einer Einheit °KW (Gradkurbelwinkel) aufgetragen. Als Kurbelwinkel 34 wird insbesondere ein Drehwinkel bzw. eine Drehstellung der Abtriebswelle bezeichnet. Auf der Ordinate ist ein zur Drehung der Nockenwelle erforderliches Drehmoment 36 in einer Einheit Nm aufgetragen. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Verbrennungskraftmaschine 10, die vier Zylinder umfasst, was insbesondere als 4-Zylinder-Motor bezeichnet werden kann. Deswegen weist die Nockenwelle bei einer Umdrehung der Nockenwelle vier Ruhestellungen 30 auf, die jeweils um 90° Kurbelwinkel bzw. Nockenwinkel voneinander beabstandet sind. Als Nockenwinkel wird insbesondere ein Drehwinkel bzw. eine Drehstellung der Nockenwelle bezeichnet. Aus den Ruhestellungen 30, beispielsweise 180°KW kann die Nockenwelle nur herausgedreht werden, wenn ein Drehmoment aufgewendet wird, das höher als das Losbrechdrehmoment 32 ist. Die in dem Diagramm 33 dargestellten Ruhestellungen 30 sind derart ausgelegt, dass die Ruhestellungen der Nockenwelle für den Start der Verbrennungskraftmaschine 10 ideal sind.
In weiterer Ausgestaltung kann die Nockenwelle während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und die Abtriebswelle stillsteht mittels des Phasenstellers 22 aus einer von der Ruhestellung 30 unterschiedlichen Drehstellung in die Ruhestellung 30 gedreht werden. Mit anderen Worten ausgedrückt wird die Nockenwelle mittels des Phasenstellers 22 solange gedreht, bis sich die Nockenwelle in der Ruhestellung 30 befindet. Die Drehstellung der Nockenwelle kann beispielsweise von einem Sensor, insbesondere von einem Drehwinkelsensor, der beispielsweise als ein Inkrementalgeber ausgebildet sein kann, erfasst und an ein Steuergerät 37 übertragen werden. Nachdem sich die Nockenwelle in der Ruhestellung 30 befindet und dies insbesondere von dem Steuergerät 37 detektiert worden ist, kann mittels des Phasenstellers 22 die Abtriebswelle in die Startposition für den Start der Verbrennungskraftmaschine 10 gedreht werden. Dies kann insbesondere nach einem dem Start vorgehenden Abstellen und insbesondere nachdem die Abtriebswelle in Folge des dem Starten vorweggehenden Abstellens einen Stillstand erreicht hat erfolgen. In der Startposition beträgt die Drehstellung der Abtriebswelle bezogen auf einen Startzylinder, in welchem bei dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 ein Kraftstoff zuerst eingespritzt wird, circa 80°KW bis 100°KW nach Zünd-OT. Als Zünd-OT wird insbesondere eine Drehstellung der Abtriebswelle bezeichnet, in welcher sich der Kolben in einem oberen Totpunkt (OT) befindet und wobei der Zünd-OT zwischen einem Kompressionstakt und einem Arbeitstakt des Zylinders erreicht wird. Im Kompressionstakt wird ein Gas, insbesondere Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, in dem Brennraum durch eine translatorische Bewegung des Kolbens verdichtet, wobei ein Volumen des Brennraums durch die translatorische Bewegung des Kolbens verkleinert wird. Während des Kompressionstakts sind die Gaswechselventile wenigstens mehr als die Hälfte einer den Kompressionstakt andauernden Zeitspanne, insbesondere überwiegend oder während des vollständigen Kompressionstakts, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen. Im Arbeitstakt wird ein Gas, beispielweise das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10, expandiert, wobei der Kolben translatorisch bewegt wird, wodurch das Volumen im Brennraum vergrößert wird. Im Arbeitstakt finden die Verbrennungsvorgänge statt und die Gaswechselventile sind üblicherweise wenigstens die Hälfte einer den Arbeitstakt andauernden Zeitspanne, insbesondere überwiegend oder während des vollständigen Arbeitstakts, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen. Im oberen Totpunkt weist der Kolben keine Geschwindigkeitskomponente bezüglich einer Hochachse des Zylinders auf, wobei eine Entfernung zwischen dem Kolben und der Abtriebswelle maximal und das Volumen des Brennraums minimal ist. Zwischen 80°KW bis 100°KW nach Zünd-OT befindet sich der Kolben etwa auf dem halben Zylinderhub, was bedeutet, dass sich der Kolben etwa in der Mitte einer Wegstrecke befindet, die der Kolben in dem Zylinder durchlaufen kann. Während die Abtriebswelle in die Startposition gedreht wird, dreht sich die Nockenwelle nicht mit, da sich die Nockenwelle in der Ruhestellung 30 befindet. Bei einer Einleitung von Drehmoment mittels des Phasenstellers 22 stützt sich der Phasensteller 22 an der Nockenwelle ab und dreht die Abtriebswelle.
In einer weiteren Ausführungsform wirkt das Losbrechdrehmoment 32 der Nockenwelle in eine erste Drehrichtung, die einer Drehrichtung der Nockenwelle in dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 entspricht, oder in eine der ersten Drehrichtung enggegengesetzte, zweite Drehrichtung. Dies ist in dem Diagramm 33 in 2 veranschaulicht bzw. geht aus dem zur Drehung der Nockenwelle erforderlichen Drehmomentenverlauf in dem Diagramm 33 hervor. In der Ruhestellung 30 ist bei einer Drehung der Nockenwelle in der ersten Drehrichtung zunächst die Federkraft des in der Betätigungsreihenfolge als nächstes zu öffnenden Gaswechselventils zu überwinden, da dieses geöffnet wird. In der Ruhestellung 30 ist bei einer Drehung der Nockenwelle in der zweiten Drehrichtung zunächst die Federkraft des in der Betätigungsreihenfolge zuletzt geschlossenen Gaswechselventils zu überwinden, da dieses erneut geöffnet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Ruhestellung 30 alle, allen Brennräumen zugeordneten Einlassventile der Verbrennungskraftmaschine 10 nahezu oder zumindest teilweise geschlossen. Bei einer Drehung der Nockenwelle aus der Ruhestellung 30 heraus, muss die Federkraft der Einlassventile beim Öffnen der Einlassventile überwunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Abtriebswelle bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine10 mittels des Phasenstellers 22 antreibbar und dadurch zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 aus der Startposition drehbar. Mit anderen Worten ausgedrückt wird ein zum Start der Verbrennungskraftmaschine 10 erforderliches Drehmoment zumindest teilweise von dem Phasensteller 22 aufgebracht. Damit kann eine Drehung bzw. ein Losdrehen der Abtriebswelle erzielt bzw. unterstützt werden. Die Kurbelwelle wird insbesondere von einem Drehmoment des befeuerten Startzylinders, in welchem Verbrennungsvorgänge ablaufen, und von einem Drehmoment des Phasenstellers 22 beschleunigt. Dadurch kann ein Direktstart auf besonders vorteilhafte Weise umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Zylinderkopf
14: Abgastrakt
16: Abgasübertrittsstelle
18: Steuergehäuse
20: Nockenwellenhauptachse
22: Phasensteller
24: Ölwanne
26: Ölablassschraube
28: Kältemittelverdichter
30: Ruhestellung
32: Losbrechdrehmoment
33: Diagramm
34: Kurbelwinkel
36: Drehmoment
37: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015208456 A1 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abtriebswelle, über welche das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine (10) antreibbar ist, mit wenigstens einem Brennraum, mit wenigstens einer von der Abtriebswelle antreibbaren Nockenwelle zum Betätigen wenigstens eines dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventils, und mit wenigstens einem Phasensteller (22), mittels welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (10) eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle einstellbar ist und während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben die Abtriebswelle relativ zu der Nockenwelle in eine Startposition für einen Start der Verbrennungskraftmaschine (10) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhestellung (30) der Nockenwelle ein von dem Phasensteller (22) auf die Abtriebswelle auszuübendes und zum Drehen der Abtriebswelle in die Startposition vorgesehenes Andrehmoment geringer als ein zum Drehen der Nockenwelle aus der Ruhestellung (30) erforderliches Losbrechdrehmoment (32) ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gaswechselventil eine Ventilfeder zugeordnet ist, mittels welcher das Gaswechselventil aus einer Offenstellung in eine Schließstellung des Gaswechselventils bewegbar ist, wobei das Gaswechselventil mittels der Nockenwelle entgegen einer von der Ventilfeder bereitstellbaren Federkraft betätigbar ist, und wobei die Ventilfeder derart ausgebildet ist, dass das Andrehmoment geringer als das Losbrechdrehmoment (32) ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und die Abtriebswelle stillsteht mittels des Phasenstellers (22) aus einer von der Ruhestellung (30) unterschiedlichen Drehstellung in die Ruhestellung (30) drehbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Losbrechdrehmoment (32) der Nockenwelle in eine erste Drehrichtung, die einer Drehrichtung der Nockenwelle in dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) entspricht, oder in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung wirkt.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhestellung (30) alle, allen Brennräumen zugeordneten Einlassventile der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest teilweise geschlossen sind
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle bei dem Start der Verbrennungskraftmaschine (10) mittels des Phasenstellers (22) antreibbar und dadurch zum Starten der Verbrennungskraftmaschine (10) aus der Startposition drehbar ist.