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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Starten einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2015 208 456 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine insbesondere als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem einen Brennraum auf, in welchem in einem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine von der Abtriebswelle antreibbare Nockenwelle zum Betätigen wenigstens eines dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventils. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen der Nockenwelle zugeordneten Phasensteller, mittels welchem während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der Nockenwelle einstellbar ist. Dies bedeutet, dass mittels des Phasenstellers die Nockenwelle relativ zu der Abtriebswelle verdreht und dadurch in ihrer Phase relativ zu der Abtriebswelle eingestellt werden kann, insbesondere während die Nockenwelle von der Abtriebswelle angetrieben wird. Außerdem ist der Phasensteller dazu ausgebildet, während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und insbesondere während das Kraftfahrzeug stillsteht, die Abtriebswelle relativ zu der Nockenwelle, insbesondere aus einem Stillstand der Abtriebswelle heraus, in eine Startposition für einen Start, insbesondere einen Direktstart, der Verbrennungskraftmaschine zu drehen.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2004 006 337 A1 eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer Phasenverstellvorrichtung. Außerdem ist aus der
DE 10 2020 004 919 A1 eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln sowie ein Verfahren zum Starten der Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass die Verbrennungskraftmaschine auf besonders vorteilhafte Weise gestartet werden kann, wobei die Kosten und das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft gestartet werden kann, wobei gleichzeitig das Gewicht und die Kosten der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine eine von der Abtriebswelle antreibbare, zusätzlich zu der Nockenwelle vorgesehene, zweite Nockenwelle zum Betätigen wenigstens eines dem Brennraum zugeordneten, zusätzlich zu dem Gaswechselventil vorgesehenen, zweiten Gaswechselventils aufweist. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine einen der zweiten Nockenwelle zugeordneten, zusätzlich zu dem Phasensteller vorgesehenen, zweiten Phasensteller auf, mittels welchem während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der zweiten Nockenwelle eingestellt werden kann, mithin die zweite Nockenwelle relativ zu der Abtriebswelle verdreht und somit in ihrer Phase relativ zu der vorzugsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle eingestellt werden kann, insbesondere während die Abtriebswelle die zweite Nockenwelle antreibt. Außerdem ist der zweite Phasensteller dazu ausgebildet, während Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum unterbleiben und vorzugsweise während das Kraftfahrzeug stillsteht, die Abtriebswelle relativ zu der zweiten Nockenwelle in die Startposition für den vorzugsweise als Direktstart ausgebildeten Start der Verbrennungskraftmaschine zu drehen.
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Die Phasensteller sind beispielsweise Bestandteil eines sogenannten Steuertriebs der Verbrennungskraftmaschine, deren Steuertrieb beispielsweise ein Zahnradgetriebe oder aber ein Zugmittel umfasst, wobei die Nockenwellen über das Zahnradgetriebe beziehungsweise über das Zugmittel von der Abtriebswelle antreibbar sind. Erfindungsgemäß ist es somit vorgesehen, dass der Steuertrieb, insbesondere wenigstens oder genau, zwei Nockenwellensteller in Form der Phasensteller aufweist. Die Phasensteller können in einem Stand beziehungsweise Stillstand des Kraftfahrzeugs und insbesondere in einem Stillstand der auch als Brennkraftmaschine oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine, das heißt ausgehend von einem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, deren Abtriebswelle sich in dem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine nicht dreht, die Abtriebswelle beispielsweise unabhängig voneinander und insbesondere gemeinsam antreiben und dadurch aus dem Stillstand der Abtriebswelle heraus beschleunigen beziehungsweise bewegen, sodass die sich zunächst in dem Stillstand befindende Abtriebswelle aus einer von der Startposition unterschiedlichen Drehstellung heraus, in der sich die Abtriebswelle während des Stillstands befindet, in die Startposition, welche eine zweite Drehstellung der beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle ist, gedreht werden kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt können die auch als Nockenwellensteller bezeichneten Phasensteller in dem Stillstand beziehungsweise ausgehend von dem Stillstand beispielsweise unabhängig voneinander und gemeinsam ein, insbesondere jeweiliges, Drehmoment bereitstellen und somit beispielsweise in den Steuertrieb einspeisen, wobei das jeweilige, von dem jeweiligen Nockenwellensteller bereitgestellte Drehmoment auf die Abtriebswelle wirkt. Die jeweiligen, von den Phasenstellern jeweils einzeln bereitgestellten Drehmomente ergeben beispielsweise in Summe ein Summendrehmoment, welches, insbesondere über das Zahnradgetriebe beziehungsweise das Zugmittel, auf die Abtriebswelle wirkt. Mittels des Summendrehmoments kann die Abtriebswelle, insbesondere aus ihrem Stillstand und somit aus der zuvor genannten, ersten Drehstellung heraus, beschleunigt beziehungsweise bewegt und somit insbesondere in die Startposition bewegt beziehungsweise gedreht werden.
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Käme nur ein einziger Nockenwellensteller zum Drehen beziehungsweise Bewegen der Abtriebswelle in die Startposition zum Einsatz, so müsste dieser einzelne Nockenwellensteller sehr kräftig und somit gewichts- und bauraumintensiv dimensioniert sein, woraus auch sehr hohe Kosten des Nockenwellenstellers resultierten würden. Außerdem weist ein solcher, sehr kräftig dimensionierter Nockenwellensteller eine hohe Massenträgheit auf, was zu nur geringen Stellgeschwindigkeiten der Nockenwelle in einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führen kann. Diese Probleme und Nachteile können nun vermieden werden, da nicht nur ein einziger Nockenwellensteller, sondern die beiden Phasensteller verwendbar sind beziehungsweise verwendet werden, um die Abtriebswelle in die Startposition zu bewegen. Somit kann der jeweilige Phasensteller bauraum-, gewichts- und kostengünstig ausgeführt werden, sodass das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der Verbrennungskraftmaschine insgesamt in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Dabei ermöglichen es die Phasensteller, die vorzugsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle und/oder die Nockenwellen vor dem eigentlichen Start in die beziehungsweise eine Startposition zu drehen, sodass die zunächst deaktivierte und insbesondere stillstehende Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft gestartet werden kann, insbesondere per Direktstart.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Starten einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, wobei die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise per Direktstart gestartet wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Verbrennungskraftmaschinen weisen Steuertriebe auf. In einem solchen Steuertrieb kann antriebstechnisch zwischen der beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle und den Nockenwellen, insbesondere genau, ein Phasensteller zur Einstellung der Nockenwelle im Betrieb und zur Positionierung der Kurbelwelle im Stand beziehungsweise ausgehend von dem Stand der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein, wobei beispielsweise in der
DE 10 2015 208 456 A1 ein Verstellmechanismus zum Drehen der Kurbelwelle an der Kurbelwelle angeordnet ist. Ebenso ist es bekannt, an den Nockenwellen angeordnete Phasensteller zur nockenwellenindividuellen Einstellung von Ventilsteuerzeiten während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine einzusetzen. Herkömmliche Lösungen weisen insbesondere die folgenden Nachteile auf: Der genau eine, zum Drehen der Kurbelwelle vorgesehenen Nockenwellensteller muss sehr kräftig dimensioniert werden, damit der Nockenwellensteller auch die Kurbelwelle drehen kann. Eine damit verbundene hohe Massenträgheit des Nockenwellenstellers führt zu geringen Stellgeschwindigkeiten der Nockenwelle während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine. Zum Positionieren der Kurbelwelle in ihrem auch als Stand bezeichneten Stillstand ist bei einem Steuerbetrieb, wie er in der
DE 10 2015 208 456 A1 vorgesehen ist, ein Verriegelungsmechanismus erforderlich. Wenn die Kurbelwelle mit einem an einer Nockenwelle angeordneten Nockenwellensteller in eine gute Startposition gebracht werden soll, muss ein auch als Rastmoment bezeichnetes Losbrechmoment der Nockenwelle größer sein als ein Andrehmoment der Kurbelwelle. Unter dem Losbrechmoment der Nockenwelle ist zu verstehen, dass das Losbrechmoment auf die zunächst stillstehende Nockenwelle ausgeübt beziehungsweise auf die Kurbelwelle ausgeübt oder von der Kurbelwelle bereitgestellt und in der Folge auf die Nockenwelle ausgeübt beziehungsweise übertragen werden muss, um die zunächst stillstehende Nockenwelle aus ihrem Stillstand heraus zu beschleunigen beziehungsweise zu bewegen und beispielsweise in eine von einer Ruhestellung der Nockenwelle unterschiedliche Drehstellung zu bewegen, wobei beispielsweise die Nockenwelle in ihrem Stillstand die Ruhestellung einnimmt und in der Ruhestellung das Losbrechmoment aufweist. Unter dem Andrehmoment der Kurbelwelle ist beispielsweise ein Drehmoment zu verstehen, welches auf die zunächst stillstehende und somit ruhende Abtriebswelle beziehungsweise Kurbelwelle ausgeübt beziehungsweise wirken muss, um die zunächst stillstehende Abtriebswelle (Kurbelwelle) aus ihrem Stillstand heraus zu beschleunigen beziehungsweise zu bewegen und somit zu drehen, insbesondere aus einer von der Startposition unterschiedlichen Drehstellung in die Startposition. Versuche haben gezeigt, dass ein Steuertrieb, welcher ausgelegt ist, dass das Rast- beziehungsweise Losbrechmoment der Nockenwelle größer ist als das Andrehmoment der Kurbelwelle, wegen des hohen Drehmoments der Nockenwelle im Betrieb Verbrauchsnachteile verursachen kann. Ebenso steht die Nockenwelle dann beim Start immer in ihrer auch als Rastposition bezeichneten Ruhestellung und kann nicht kennfeldabhängig in unterschiedliche Startpositionen eingestellt werden.
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Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun durch die Erfindung vermieden werden. Daher sind erfindungsgemäß die zwei auch als Nockenwellensteller bezeichneten Phasensteller vorgesehen, welche insbesondere im Stand der Verbrennungskraftmaschine unabhängig voneinander und gemeinsam ein auf die Kurbelwelle wirkendes Drehmoment in den Steuertrieb einspeisen können. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Steuertrieb ein auch als Rastmoment bezeichnetes Losbrechmoment der Nockenwellen aufweist, welches reduziert auf die vorzugsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle größer als deren halbes Andrehmoment ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in einer beziehungsweise der jeweiligen Ruhestellung der jeweiligen Nockenwelle die jeweilige Nockenwelle für sich, das heißt ohne die jeweils andere Nockenwelle, betrachtet einen beziehungsweise das Losbrechmoment aufweist, welches zum Drehen der jeweiligen Nockenwelle aus der Ruhestellung heraus erforderlich und von der Abtriebswelle bereitzustellen ist, wobei das jeweilige Losbrechmoment der jeweiligen Nockenwelle größer als die Hälfte eines beziehungsweise des zum Drehen der Abtriebswelle aus deren Stillstand in die Startposition erforderliches, auf die Kurbelwelle auszuübendes Andrehmoment ist. Durch die Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden: Vor dem Start können die Kurbelwelle und/oder die Nockenwellen auch durch die schwach dimensionierten Phasensteller des Steuertriebs in die Startposition gedreht werden. Zu Beginn des Starts der Verbrennungskraftmaschine kann durch die Phasensteller des Steuertriebs die beginnende Drehung der Kurbelwelle unterstützt werden. Während der Positionierung der Kurbelwelle unterbleibt eine unerwünschte Vertstellung der Nockenwellen. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise derart ausgebildet, dass dann, wenn die Phasensteller gleichzeitig beziehungsweise gemeinsam die Abtriebswelle aus deren Stillstand heraus in die Startposition bewegen, eine Bewegung beziehungsweise Drehung der Nockenwellen unterbleibt. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann auf einen Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln des jeweiligen Phasenstellers verzichtet werden, sodass die Kosten, der Bauraumbedarf und das Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Des Weiteren kann ein jeweiliger Antrieb des jeweiligen Phasenstellers deutlich schwächer dimensioniert werden als bei der Verwendung eines einzigen Phasenstellers zum Bewegen der Abtriebswelle in die Startposition. Die Phasensteller weisen dann eine vorteilhaft geringe Massenträgheit auf, sodass während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine besonders hohe Stellgeschwindigkeiten realisiert werden können, mit denen der jeweilige Phasensteller die jeweilige Nockenwelle relativ zu der Abtriebswelle verdrehen kann. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden, und es kann ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben, insbesondere Starten, der Verbrennungskraftmaschine.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine auch als Motor, Verbrennungsmotor oder Brennkraftmaschine bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Gehäuseelement 12 auf, welches beispielsweise mehrere Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 teilweise begrenzt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen Zylinderkopf 14, welcher beispielsweise die jeweiligen Brennräume teilweise begrenzt. Insbesondere bildet der Zylinderkopf 14 ein jeweiliges Brennraumdach des jeweiligen Brennraums. Der Zylinderkopf 14 ist beispielsweise separat von dem Gehäuseelement 12 ausgebildet und mit dem Gehäuseelement 12 verbunden. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche um eine Kurbelwellendrehachse 16 relativ zu dem Gehäuseelement 12 drehbar an dem Gehäuseelement 12 gelagert ist. Über die Kurbelwelle kann die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Der jeweilige Brennraum ist auch teilweise durch einen jeweiligen Kolben begrenzt, welcher translatorisch bewegbar in einem jeweiligen Zylinder des Gehäuseelements 12 angeordnet ist. Der jeweilige Kolben ist über einen jeweiligen Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, wodurch die translatorischen Bewegungen des jeweiligen Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können. Des Weiteren ist eine als Steuergerät 18 bezeichnete, elektronische Recheneinrichtung zum Betreiben, insbesondere zum Steuern oder Regeln, der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch wenigstens oder genau zwei Nockenwellen, die drehbar an dem Zylinderkopf 14 gelagert sind. Dabei ist die jeweilige Nockenwelle um eine jeweilige Nockenwellenhauptachse 20 relativ zu dem Zylinderkopf 14 und relativ zu dem Gehäuseelement 12 drehbar. Die Nockenwellenhauptachse 20 wird auch als Nockenwellendrehachse bezeichnet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist außerdem einen Steuertrieb auf, welcher zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einem Steuergehäuse 22 angeordnet ist. Dabei können die Nockenwellen Bestandteile des Steuertriebs sein. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen separat von dem Gehäuseelement 12 ausgebildete und mit dem Gehäuseelement 12 verbundene Ölwanne 24 zum Aufnehmen von Motoröl zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine 10. Dabei ist eine Ölablassschraube 26 vorgesehen, welche von der Ölwanne 24 gelöst werden kann, um dadurch unter Freigabe einer Ablauföffnung der Ölwanne 24 das in der Ölwanne 24 aufgenommene Motoröl aus der Ölwanne 24 abzulassen.
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Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in deren Brennräumen Verbrennungsvorgänge ab, aus denen Abgas resultiert. Dabei ist eine Abgasanlage 28 vorgesehen, welche von dem Abgas aus den Brennräumen durchströmbar ist. Eine Abgasübertrittsstelle zu einer fahrzeugseitigen Abgasnachbehandlungsanlage ist in 1 mit 30 bezeichnet. Des Weiteren ist ein beispielsweise elektrisch betreibbarer und/oder mechanisch von der Kurbelwelle antreibbarer Kältemittelverdichter 32 vorgesehen, mittels welchem ein Kältemittel einer beispielsweise als Kompressionskältemaschine ausgebildeten Klimaanlage des Kraftfahrzeugs verdichtet und gefördert werden kann. Der jeweiligen Nockenwelle ist ein jeweiliger, auch als Phasensteller bezeichneter Nockenwellensteller 34 zugeordnet, wobei die Nockenwellensteller 34 Bestandteile des Steuertriebs sind. Der Steuertrieb umfasst ein Zahnradgetriebe oder ein Zugmittel, wobei die Nockenwellen von der Kurbelwelle über das Zahnradgetriebe beziehungsweise über das Zugmittel antreibbar sind.
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Dem jeweiligen Brennraum sind mehrere und somit wenigstens zwei Gaswechselventile zugeordnet. Ein erstes der Gaswechselventile ist beispielsweise ein Einlassventil, wobei das jeweilige zweite Gaswechselventil beispielsweise ein Auslassventil ist. Mittels einer ersten der Nockenwellen kann beispielsweise das jeweilige erste Gaswechselventil betätigt werden, wobei beispielsweise mittels der zweiten Nockenwelle das jeweilige zweite Gaswechselventil betätigt werden kann. Somit ist beispielsweise eine der Nockenwellen eine Einlassnockenwelle zum Betätigen der Einlassventile, wobei beispielsweise die andere Nockenwelle eine Auslassnockenwelle zum Betätigen der Auslassventile ist. Somit ist die jeweilige Nockenwelle von der Kurbelwelle antreibbar, wobei mittels der jeweiligen Nockenwelle wenigstens ein einem der Brennräume zugeordnetes Gaswechselventil betätigbar ist. Mittels des jeweiligen Phasenstellers kann während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere dann, wenn die jeweilige Nockenwelle von der Kurbelwelle angetrieben wird, eine relative Winkellage zwischen der Abtriebswelle und der jeweiligen Nockenwelle, der der jeweilige Nockenwellensteller 34 zugeordnet ist, eingestellt werden. Außerdem ist der jeweilige Phasensteller (Nockenwellensteller 34) dazu ausgebildet, während Verbrennungsvorgänge in den beziehungsweise allen Brennräumen unterbleiben und insbesondere während das Kraftfahrzeug stillsteht, die Kurbelwelle relativ zu der jeweiligen Nockenwelle in eine Startposition für einen Start, insbesondere Direktstart, der Verbrennungskraftmaschine 10 zu drehen.
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Es ist erkennbar, dass die Kurbelwelle insbesondere aus ihrem Stillstand heraus mittels beider Nockenwellensteller 34 bewegt beziehungsweise gedreht und dadurch in die für den Start der Verbrennungskraftmaschine 10 günstige Startposition bewegt beziehungsweise gedreht werden kann. Mit anderen Worten können beide Nockenwellensteller 34 gleichzeitig ein jeweiliges, auch als Einzeldrehmoment bezeichnetes Drehmoment bereitstellen und in den Steuertrieb einspeisen. Die Einzeldrehmomente ergeben in Summe ein Gesamtdrehmoment, welches, insbesondere über das Zahnradgetriebe beziehungsweise das Zugmittel, auf die Kurbelwelle übertragen wird und somit auf die Kurbelwelle wirkt, welche hierdurch, das heißt mittels des Summendrehmoments, aus ihrem Stillstand heraus und somit beispielsweise aus einer von der Startposition unterschiedlichen Drehstellung, in der sich die Kurbelwelle während ihres Stillstands zunächst befindet, in die Startposition gedreht wird.
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Der Steuertrieb umfasst beispielsweise die einfach auch als Ventile bezeichneten Gaswechselventile, zugeordnete Ventilfedern, die Nockenwellen, Nockenfolger, Kettenräder, das beispielsweise als Steuerkette ausgebildete Zugmittel und die zwei Nockenwellensteller 34. Dabei ist der Steuertrieb beispielsweise in dem Steuergehäuse 22 eingebaut. Durch das Steuergerät 18 können die beiden Nockenwellensteller 34 in einem auch als Stand bezeichneten Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 10, das heißt ausgehend von dem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 10 unabhängig voneinander in beliebigem Drehsinn angesteuert werden. Unter dem Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 10 ist zu verstehen, dass die Kurbelwelle stillsteht, das heißt dass sich die Kurbelwelle in ihrem Stillstand befindet. Die Ventilfedern und Ventilerhebungskurven, gemäß welchen die Gaswechselventile aus ihren Schließstellungen in ihre Offenstellungen und wieder zurück bewegbar sind, sind vorzugsweise so ausgelegt, dass in dem auch als Motorstillstand bezeichneten Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 10 zur Drehung der jeweiligen Nockenwelle aus einer jeweiligen, auch als Rastposition bezeichneten Ruhestellung heraus ein auch als Rastdrehmoment oder Ruhedrehmoment bezeichnetes Losbrechmoment erforderlich ist, welches, in dem Steuertrieb an der Kurbelwelle gemessen, mindestens halb so groß ist wie ein zur langsamen Drehung der, insbesondere warmen, Kurbelwelle erforderlich ist und auch als Andrehmoment bezeichnetes Drehmoment. Mit anderen Worten ist das Andrehmoment ein Drehmoment, welches erforderlich ist, um die vorzugsweise warme Kurbelwelle aus ihrem Stillstand heraus zu drehen beziehungsweise zu beschleunigen. Das Andrehmoment der Kurbelwelle kann beispielsweise 9 Newtonmeter betragen.
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2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 36 Drehstellungen der Kurbelwelle aufgetragen sind. Die Drehstellungen der Kurbelwelle werden auch als Kurbelwinkel oder Grad Kurbelwinkel bezeichnet beziehungsweise in der Einheit Grad Kurbelwinkel (°KW) angegeben. Auf der Ordinate 38 des Diagramms ist ein Drehmoment insbesondere in der Einheit Newtonmeter (Nm) aufgetragen. Ein Verlauf 40 ist ein schematischer Drehmomentenverlauf der jeweiligen Nockenwelle. Mit anderen Worten veranschaulicht der Verlauf 40 ein auf die jeweilige Nockenwelle ausgeübtes oder auszuübendes Drehmoment, welches auf die Nockenwelle beispielsweise auszuüben ist, um insbesondere je nach Grad Kurbelwinkel, das heißt je nach Drehstellung, in der sich die Kurbelwelle befindet, die jeweilige Nockenwelle zu drehen.
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Bei einer vorteilhaften Auslegung des Steuertriebs beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine ist, zur Drehung der jeweiligen Nockenwelle in einem normalen Drehsinn aus der Rastposition heraus, ein Rast-, Ruhe- beziehungsweise Losbrechmoment von beispielsweise 18 Newtonmeter zu überwinden, da das in einer Betätigungsreihenfolge nächste Gaswechselventil geöffnet würde, wobei dessen Ventilfeder zu komprimieren ist. Um die Ventilfeder zusammenzudrücken, ist eine Anfangsfederkraft von zirka 180 Newton zu überwinden. Mit zunehmendem Ventilhub steigt die Federkraft auf zirka 750 Newton an. Diese Ventilfederkräfte führen zu dem Rastmoment der jeweiligen Nockenwelle. Entgegen dem normalen Drehsinn der jeweiligen Nockenwelle ist aus der jeweiligen Rastposition heraus ebenfalls das Rastmoment zu überwinden, da in diesem Fall das in der Betätigungsreihenfolge zuletzt geschlossene Gaswechselventil erneut geöffnet würde. Bei einem Vier-Zylinder-Motor weist die jeweilige Nockenwelle auf einer Nockenwellenumdrehung, insbesondere genau, vier Rastpositionen, also jeweils nach 90 Grad Nockenwellenwinkel, auf. Eine der Rastpositionen ist in 2 mit R bezeichnet.
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Aus der Rastposition R bei beispielsweise 180 Grad Kurbelwinkel kann die jeweilige Nockenwelle nur herausgedreht werden, wenn ein hohes Drehmoment, insbesondere auf die jeweilige Nockenwelle, aufgebracht beziehungsweise von der Kurbelwelle bereitgestellt wird.
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Beispielsweise beträgt das Andrehmoment der Kurbelwelle zirka 9 Newtonmeter, da hierbei im Wesentlichen nur die Lagerreibung der Kurbelwelle und die Reibung der Kolbenringe an der Zylinderinnenwand überwunden werden müssen. Die auf die Kolben wirkenden Gaskräfte sind in dieser Phase vernachlässigbar, da die Verbrennungskraftmaschine 10 nicht befeuert wird und sich die Kolben nur langsam bewegen. Die Phasensteller sind in einem Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle und den zugeordneten Nockenwellen angeordnet.
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Bei einem Verfahren zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere per Direktstart, kann vorgesehen sein, dass die beiden Nockenwellensteller 34 im Stand jeweils ein Drehmoment in den Steuertrieb einleiten, um einen Drehbeginn der Kurbelwelle aus deren Stilltand heraus zu unterstützen und/oder die Kurbelwelle in eine Startposition zu drehen, von der ausgehend die Verbrennungskraftmaschine 10 besonders vorteilhaft, insbesondere per Direktstart, gestartet werden kann. Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben: Nach einem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine steht die Kurbelwelle still, wobei die Kurbelwelle beispielsweise eine beliebige Drehlage beziehungsweise Drehstellung einnimmt. Zur Vorbereitung des Direktstarts wird die Kurbelwelle aus der beliebigen Drehlage heraus in die auch als Startstellung bezeichnete Startposition gedreht. Hierzu geben die beiden Nockenwellensteller 34 ein bezogen auf die Kurbelwelle gleichsinniges Drehmoment ab. Durch das daraus resultierende Summendrehmoment der beiden Phasensteller wird die Kurbelwelle in die Startposition gedreht. Die Kurbelwelle ist insbesondere dann in ihrer Startposition, wenn sich der bei dem Start zuerst zu befeuernde Brennraum beziehungsweise Kolben in einer Position von zirka 90 Grad +- 10 Grad nach dem oberen Zündtotpunkt (ZOT) befindet. Der Kolben befindet sich dann etwa auf dem halben Zylinderhub. Die Nockenwellen drehen sich während der Einstellung beziehungsweise während des Bewegens der Kurbelwelle in die Startposition nicht oder nur um wenige Winkelgrade, und kommen nach der Einstellung der Kurbelwelle in die jeweiligen Rastpositionen (Ruhestellungen). Beim Einleiten von Drehmoment in den Steuertrieb stützen sich die Phasensteller an den Nockenwellen ab und drehen die Kurbelwelle.
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Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben: Die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 10 befindet sich in ihrer auch als Startstellung bezeichneten Startposition. Beim Start leitet mindestens einer der beiden Nockenwellensteller 34 ein bezogen auf die Kurbelwelle in der gleichen Drehrichtung wirkendes Drehmoment in den Steuertrieb ein. Damit unterstützt der mindestens eine Phasensteller oder beide Phasensteller die Drehung beziehungsweise ein Losdrehen der Kurbelwelle, insbesondere aus deren Stillstand und dabei aus der Startstellung heraus. Die Kurbelwelle wird dann beim Start mittels des Drehmoments des ersten befeuerten Zylinders beziehungsweise Brennraums und mittels des Drehmoments des mindestens einen Phasenstellers beschleunigt. Beim Einleiten von Drehmoment in den Steuertrieb stützen sich die Phasensteller an den Nockenwellen ab und drehen die Kurbelwelle.
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Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben: Nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10 stehen die beiden Nockenwellen und die Kurbelwelle in einer beliebigen Drehlage. Zur Vorbereitung des Direktstarts sind die zusammenfassend auch als Wellen bezeichneten Nockenwellen und die Kurbelwelle, idealerweise kennfeldabhängig, in unterschiedliche Stellungen zu drehen. Im Stillstand wird dazu zunächst bezogen auf die Nockenwellensteller 34 nur einer der Nockenwellensteller 34 so angesteuert, dass sich die entsprechende, zugeordnete Nockenwelle in ihre Rastposition dreht, welche erreicht ist, wenn alle zugehörigen Gaswechselventile zumindest nahezu geschlossen sind. Der andere Nockenwellensteller 34 wird, insbesondere gleichzeitig, so angesteuert, dass sich die jeweils andere, dem anderen Nockenwellensteller zugeordnete Nockenwelle durch das von dem einen Nockenwellensteller 34 in den Steuertrieb eingeleitete Drehmoment nicht dreht. Gemeinsam mit einem Reibmoment der Kurbelwelle liefert er dann das Abstützmoment für den einen Nockenwellensteller 34. Da sich die eine, dem einen Nockenwellensteller 34 zugeordnete, Nockenwelle danach in ihrer Rastposition befindet, kann jetzt der andere Nockenwellensteller 34 angesteuert werden, um die dem anderen Nockenwellensteller zugeordnete, andere Nockenwelle ebenfalls in ihre Rastposition zu drehen. Gegebenenfalls kann der eine Nockenwellensteller 34 ein Abstützmoment abgeben, damit die eine Nockenwelle in ihrer Rastposition verbleibt. Nachdem beide Nockenwellen ihre Rastposition eingenommen haben beziehungsweise in ihre Rastposition gedreht wurden, geben beide Nockenwellensteller 34, insbesondere gleichzeitig, ein bezogen auf die Kurbelwelle gleichsinniges Drehmoment ab, welches jeweils geringer ist als das jeweilige Rastmoment der jeweils zugehörigen beziehungsweise zugeordneten Nockenwelle. Durch das Summenmoment wird die Kurbelwelle in ihre Startposition gedreht, ohne vorzugsweise dabei die Nockenwellen zu drehen. Die Nockenwellen drehen sich während der Einstellung der Kurbelwelle, das heißt während des Drehens der Kurbelwelle in die Startposition nicht, da sie sich in den Rastpositionen befinden. Beim Einleiten von Drehmoment in den Steuertrieb stützen sich die Phasensteller dann an den Nockenwellen ab und drehen die Kurbelwelle.
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Im Folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben: Nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine stehen die beiden Nockenwellen und die Kurbelwelle in einer beliebigen Drehlage. Zur Vorbereitung des Direktstarts sind diese Wellen in, insbesondere kennfeldabhängig, unterschiedliche Stellungen beziehungsweise Drehstellungen zu drehen. Um einen Schnellstart zu realisieren, werden im Stillstand beide Nockenwellensteller 34 gegensinnig angesteuert, sodass sich die entsprechenden Nockenwellen gleichzeitig in ihre Rastpositionen drehen, welche erreicht sind, wenn alle Gaswechselventile zumindest nahezu geschlossen sind. Durch das von den Phasenstellern gegensinnig erzeugte Drehmoment wird nur ein geringes resultierendes Drehmoment in den Steuertrieb eingeleitet. Nur dieses Drehmoment wird an der Kurbelwelle abgestützt. Nachdem beide Nockenwellen ihre Rastpositionen eingenommen haben, geben beide Phasensteller ein bezogen auf die Kurbelwelle gleichsinniges Drehmoment ab, welches jeweils geringer als das Rastmoment der jeweils zugehörigen Nockenwelle ist. Durch das Summenmoment wird die Kurbelwelle in die Startposition gedreht, ohne die Nockenwellen zu drehen. Die Nockenwellen drehen sich während der Einstellung der Kurbelwelle nicht, da sie sich in den Rastpositionen befinden. Beim Einleiten von Drehmoment in den Steuertrieb stützen sich die Phasensteller dann an den Nockenwellen ab und drehen die Kurbelwelle. Durch das zu Beginn gleichzeitige Drehen der Nockenwellen in ihre Rastpositionen läuft der Start der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders schnell ab.
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Im Folgenden wird ein fünftes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben: Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und bei den Verfahren zum Start der Verbrennungskraftmaschine 10 kann nach der Positionierung der Kurbelwelle in der Startposition und vor deren Drehbeginn jeweils eine Nockenwelle auch in eine von der Rastposition unterschiedliche Start- beziehungsweise Ausgangsposition gedreht werden, indem der jeweils zugehörige beziehungsweise zugeordnete Phasensteller der jeweils nicht zu verstellenden Nockenwelle ein Kompensationsdrehmoment erzeugt, damit sich dessen Nockenwelle nicht verstellt. Das Drehmoment des Phasenstellers der einzustellenden Nockenwelle stützt sich dann am Summenmoment aus dem Haftreibungsmoment der Kurbelwelle und dem Kompensationsmoment des anderen Phasenstellers ab. Falls erforderlich, wird im Anschluss auch die andere Nockenwelle in eine von der Rastposition unterschiedliche Startstellung gedreht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Gehäuseelement
- 14
- Zylinderkopf
- 16
- Kurbelwellendrehachse
- 18
- Steuergerät
- 20
- Nockenwellenhauptachse
- 22
- Steuergehäuse
- 24
- Ölwanne
- 26
- Ölablassschraube
- 28
- Abgasanlage
- 30
- Abgasübertrittsstelle
- 32
- Kältemittelverdichter
- 34
- Nockenwellensteller
- 36
- Abszisse
- 38
- Ordinate
- 40
- Verlauf
- R
- Rastposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208456 A1 [0002, 0010]
- DE 102004006337 A1 [0003]
- DE 102020004919 A1 [0003]
