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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderbänken für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge mit zwei Zylinderbänken sind bekannt. Dabei kann es sich um so genannte V-Motoren handeln, deren Zylinderbänke geneigt zu einander ausgebildet sind, oder um so genannte Boxer-Motoren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie zwei Zylinderbänke aufweisen, die relativ zu einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine um 180° geneigt zueinander angeordnet sind. Das heißt mit anderen Worten, dass es sich im Vergleich zu üblichen „stehenden“ Zylindern der Verbrennungskraftmaschine um „liegende“ Zylinder der Verbrennungskraftmaschine handelt. Zur Steigerung eines Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine in bestimmten Betriebspunkten derselben ist es auch bekannt, unabhängig davon ob die Verbrennungskraftmaschine als V-Motor oder als Boxermotor ausgeführt ist, einander gegenüberliegend angeordnete Zylinder der Zylinderbänke gleichzeitig zünden zu lassen. Das heißt mit anderen Worten, dass zwei Zylinder gleichzeitig zünden.
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Der Druckschrift
DE 198 10 361 A1 kann eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines V-Motors mit zwei Zylinderbänken, wobei jede Zylinderbank die gleiche Anzahl Zylinder umfasst, deren Zündzeitpunkte einen gleichen Abstand zueinander aufweisen, entnommen werden. Die eine Zylinderachse aufweisenden Zylinder beinhalten jeweils einen Kolben mit einer Pleuelstange, welche an einer Kröpfung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gelagert ist. Die Zylinderachsen von zwei gegenüberliegend ausgebildeten Zylindern weisen einen axialen Abstand zueinander auf.
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Die Druckschrift
US 4 787 342 A offenbart eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines V-Motors mit zwei Zylinderbänken mit jeweils drei Zylinder, wobei Zylinderachsen von zwei gegenüberliegend ausgebildeten Zylindern einen axialen Abstand zueinander aufweisen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 035 559 A1 ist eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines V-Motors mit zwei Zylinderbänken bekannt, wobei jede Zylinderbank vier Zylinder aufweist, und wobei gegenüberliegend angeordnete Zylinder ebenfalls einen gleichen Zündzeitpunkt besitzen.
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Aus der Patentschrift
DE 10 2013 005 837 B3 geht eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines Boxer-Motors hervor, wobei ein Zweizylinder-Motor offenbart ist, und wobei zur Vermeidung eines axialen Versatzes zwischen den einander gegenüberliegenden Kolben einer der Kolben ein so genanntes Tandem-Pleuel aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine besitzt eine Umschalteinrichtung, mit deren Hilfe Zündzeitpunkte eines ersten Betriebsbereichs der Verbrennungskraftmaschine in Zündzeitpunkte eines zweiten Betriebsbereichs der Verbrennungskraftmaschine geändert werden können. Es ist vorgesehen, dass im ersten Betriebsbereich den Zylindern unterschiedliche Zündzeitpunkte zugeordnet sind, wobei im zweiten Betriebsbereich eine gleichzeitige Zündung der Zylinder vorgesehen ist. Zur Änderung der Zündzeitpunkte ist die Kurbelwelle mit einem Wellensystem gekoppelt, welches erlaubt Steuerzeiten der Zylinder zu verändern. Das Wellensystem weist Kettenräder auf, die mit obenliegenden Nockenwellen der Zylinder wirkverbunden sind. Eine Änderung einer Winkellage zumindest einer Welle des Wellensystems lässt eine Änderung der Steuerzeiten realisieren. Aufgrund des Tandem-Pleuels ist die Kurbelwelle zwischen den beiden Kolben nicht gelagert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderbänken für ein Kraftfahrzeug mit erhöhter Lebensdauer anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderbänken für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung betrifft eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit zwei Zylinderbänken für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine zumindest sechs Zylinder umfasst. Drei Zylinder sind einer ersten Zylinderbank und die weiteren drei Zylinder sind einer zweiten Zylinderbank zugeordnet. Jede der beiden Zylinderbänke umfasst jeweils ein Ladungswechselsystem, welches für jeden Zylinder eine Ladungswechseleinheit aufweist, und wobei jeder Zylinder einen Zündzeitpunkt aufweist. In einem ersten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine sind die Zündzeitpunkte voneinander verschieden und in einem zweiten Betriebsbereich weisen zumindest zwei Zylinder einen gleichen Zündzeitpunkt auf. Zumindest eines der Ladungswechselsysteme besitzt eine Umschaltvorrichtung zur Steuerzeitenänderung. Kolben der Zylinder sind einfach auf einer mit Hilfe von Kurbelwellenlagern in einem Kurbelwellengehäuse der Verbrennungskraftmaschine gelagerten Kurbelwelle gelagert, wobei zwischen zwei gegenüberliegend ausgebildeten Zylindern bezüglich ihrer Zylinderachse ein axialer Abstand ausgebildet ist. Unter einem einfach auf der Kurbelwelle gelagerten Kolben ist in diesem Zusammenhang ein Kolben zu verstehen, welcher nur ein einziges Pleuel, üblicherweise ein sich entlang der Zylinderachse erstreckendes Pleuel, aufweist, im Gegensatz zu einem Tandem-Pleuel, welches mit der Kurbelwelle verbunden zwei große Pleuelaugen umfasst, wodurch somit zwei Lagerstellen auf der Kurbelwelle für einen Kolben ausgebildet sind. Da jeder Lagerstelle Reibungsverluste inhärent sind, ist es vorteilhaft einen einzigen Pleuel pro Kolben vorzusehen zur Geringhaltung von Reibungsverlusten. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist in einer Entlastung der Kurbelwellenlager zu sehen. Durch die Entlastung der Kurbelwellenlager kann ihre Lebensdauer gesteigert werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Reduzierung der Kurbelwellenlager in Anzahl und/oder Maße, wodurch weiter Reibungsverluste reduziert werden können.
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Mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens sechs Zylindern, weisen einen gleichmäßigen Zündabstand zwischen den einzelnen Zylindern auf. Dies bedeutet, dass im Falle einer sechszylindrigen Verbrennungskraftmaschine zwischen den einzelnen Zylindern ein Zündabstand von 120° KW (Kurbelwelle) liegt. Das heißt mit anderen Worten, dass von einem Zündzeitpunkt eines Zylinders zum folgenden Zündzeitpunkt eines weiteren Zylinders die Kurbelwelle eine Umdrehung von 120° ausübt. Somit liegen Zündzeitpunkte vor, mit deren Hilfe in idealer Weise Massenkräfte 1. Ordnung und Massenkräfte 2. Ordnung über einem Arbeitsspiel, welches zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle umfasst, somit 720°KW aufweist, ausgeglichen werden können. Nachteilig ist jedoch eine Belastung des zwischen jeweils zwei Zylindern angeordneten Kurbelwellenlagers, da die sich gegenüberliegenden Zylinder in unterschiedlichen Arbeitstakten des Arbeitsspiels befinden. Insbesondere sofern sich der eine Zylinder in seinem oberen Totpunkt während der Zündung befindet, befindet sich der gegenüberliegende Zylinder in seiner Ladungswechselphase ebenfalls in seinem oberen Totpunkt. Es ist zu beachten, dass die Zylinder in Richtung einer Längsachse der Kurbelwelle nicht exakt gegenüberliegend angeordnet sind, sondern dass zwischen ihren Zylinderachsen ein axialer Abstand ausgebildet ist. Somit ist zwischen jeweils einer an der Kurbelwelle ausgebildeten Lagerstelle der Zylinder (im weiteren als Kröpfungslager bezeichnet) ein Kurbelwellenlager ausgebildet. Aufgrund des axialen Abstandes wird bei einer Zündung des einen der Zylinder das zwischen den Kröpfungslagern angeordnete Kurbelwellenlager einseitig belastet, wodurch seine Lebensdauer negativ beeinflusst ist. Durch die gleichzeitige Zündung wird das Kurbelwellenlager nicht nur entgegengesetzt beaufschlagt, sondern es können sich sogar die auf das Kurbelwellenlager wirkenden Kräfte neutralisieren, oder mit anderen Worten aufheben, wodurch eine wesentliche Entlastung des Kurbelwellenlagers vorliegt und die Verlängerung der Lebensdauer realisiert ist.
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In Abhängigkeit einer Gesamtkonstruktion der Verbrennungskraftmaschine ist dadurch auch die Möglichkeit geschaffen, eine Gesamtanzahl der Kurbelwellenlager zu reduzieren, d.h. mit anderen Worten eines oder mehrere der Kurbelwellenlager zu eliminieren, wodurch eine wesentliche Reduzierung von Reibungsverlusten herbeigeführt ist. Dies wiederum beeinflusst einen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, welcher bei gleicher Leistung gesenkt werden kann oder die Verbrennungskraftmaschine weist bei gleichem Kraftstoffverbrauch eine gesteigerte Leistung auf.
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Ebenso könnte die Verbrennungskraftmaschine bei einer Eliminierung zumindest eines der Kurbelwellenlager „kürzer bauen“, oder mit anderen Worten in ihrer Längserstreckung kleiner gehalten werden, wodurch ihr notwendiger Bauraum ebenfalls reduziert werden kann.
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Insbesondere bei hohen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine sind Spitzendrücke und Belastungen der Kurbelwellenlager hoch im Vergleich zu niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine. Zur weiteren Belastungsreduzierung der Kurbelwellenlager sind dem ersten Betriebsbereich die niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und dem zweiten Betriebsbereich die hohen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet.
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Bevorzugt sind dazwischen liegende, so genannte mittlere Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine im Bereich ihres unteren Drittels insbesondere dem ersten Betriebsbereich zugeordnet.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist eine erste Zündfolge, welche dem ersten Betriebsbereich zugeordnet ist, einen Zündabstand zwischen den Zündpunkten der gegenüberliegend ausgebildeten Zylindern mit einem Wert von 360°KW auf und eine zweite Zündfolge, welche dem zweiten Betriebsbereich zugeordnet ist, weist einen Zündabstand zwischen den gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit einem Wert von 0°KW auf, wodurch eine weitere bevorzugte Entlastung der Kurbelwellenlager realisiert ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist zur Herbeiführung eines bevorzugten Massenkräfteausgleichs und zur Entlastung der Kurbelwellenlager eine erste Zündfolge, welche dem ersten Betriebsbereich zugeordnet ist, eine „1-6-2-4-3-5” - Zündfolge ist und eine zweite Zündfolge, welche dem zweiten Betriebsbereich zugeordnet ist, eine „1/4 - 2/5 - 3/6“ - Zündfolge ist. Das heißt mit anderen Worten, dass im ersten Betriebsbereich der erste Zylinder der ersten Zylinderbank zuerst zündet, daran anschließend der letzte Zylinder der zweiten Zylinderbank, daran anschließend der zweite Zylinder der ersten Zylinderbank, wiederum daran anschließend der zweite Zylinder der zweiten Zylinderbank, und wiederum daran anschließend der letzte Zylinder der ersten Zylinderbank und schließlich daran anschließend der erste Zylinder der zweiten Zylinderbank. Im zweiten Betriebsbereich zünden die beiden ersten Zylinder der Zylinderbänke gleichzeitig, ebenso die beiden zweiten Zylinder der Zylinderbänke und schließlich die beiden letzten Zylinder der Zylinderbänke. Dabei sind die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „letzter“ in Verbindung mit einem festen Standpunkt des Betrachters sowie bei bevorzugt parallel zur Kurbelwelle angeordneten Zylinderbänken zu verstehen.
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Die vorstehend genannten Zündfolgen haben den Vorteil, Drehmomentschwankungen, welche bei einer gleichzeitigen Zündung zweier Zylinder steigen, auf den zweiten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bei hohen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine zu begrenzen, wodurch bspw. steigende Belastungen für eine Antriebseinrichtung in Form einer Kette oder eines Riemens sowie für ein damit verbundenes Schwungrad gering gehalten werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist die erste Zündfolge zwischen jedem Zündzeitpunkt einen Zündabstand von 120°KW auf und die zweite Zündfolge weist zwischen jedem Zündzeitpunkt einen Zündabstand von 240 °KW auf, wodurch eine Belastung der Kurbelwellenlager aufgrund der gleichmäßigen Zündabstände weiter reduziert werden kann.
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Bevorzugt ist die Umschalteinrichtung zur Verdrehung und/oder axialen Verschiebung einer Nockenwelle des Ladungswechselsystems ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass mit Hilfe einer Veränderung der Position der Nockenwelle eine Umschaltung zwischen den Zündzeitpunkten der beiden Betriebsbereiche realisiert werden kann, wobei eine Verdrehung der Nockenwelle oder ihre axiale Verschiebung oder die Kombination beider Positionierungsmöglichkeiten vorgesehen ist. Mit Hilfe der Veränderung der Position der Nockenwelle kann eine Änderung von Öffnungs- und Schließzeiten, so genannter Steuerzeiten, von Steuerventilen der Verbrennungskraftmaschine herbeigeführt werden, damit eine Änderung der Zündzeitpunkte bei bevorzugten Steuerzeiten realisierbar ist. Die Steuerzeiten der Steuerventile kennzeichnen sowohl einen Ladungswechsel und damit ebenso mögliche Spitzendrücke der Verbrennungskraftmaschine.
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Damit eine konstruktiv einfache Möglichkeit einer Änderung der Positionierung realisierbar ist, weist das Ladungswechselsystem eine obenliegende Nockenwelle auf. Obenliegende Nockenwellen haben den Vorteil, dass sie einen direkten Kontakt zu den Steuerventilen bzw. deren Stößel besitzen, wodurch ohne weitere Reibungsverluste oder Zeitverlusten die Verstellung von der Position im ersten Betriebsbereich in die Position im zweiten Betriebsbereich ermöglicht ist.
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Besonders bevorzugt ist die Umschaltvorrichtung in Form eines bekannten hydraulischen Nockenwellenstellers ausgebildet.
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Sofern die Verbrennungskraftmaschine in Form eines Boxermotors ausgebildet ist, bietet sich die Möglichkeit der Realisierung eines kompakten und bauraumsparenden Unterflurmotors.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer Prinzipdarstellung einen Ausschnitt einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik,
- 2 in einer Prinzipdarstellung eine Zündfolge der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1,
- 3 in einer Prinzipdarstellung einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine,
- 4 in einer Prinzipdarstellung eine Zündfolge der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3,
- 5 in einer Prinzipdarstellung Ventilhübe der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine in niedrigen bis mittleren Last-und/oder Drehzahlbereichen,
- 6 in einer Prinzipdarstellung Ventilhübe der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine in hohen Last-und/oder Drehzahlbereichen,
- 7 in einem Querschnitt eine Nockenwelle der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, und
- 8 in einem Ausschnitt und einem Detailausschnitt ein Ladungswechselsystem der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine in einem Ausschnitt.
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Eine Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik ist wie in 1 abgebildet aufgebaut. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist in Form eines so genannten Boxermotors aufgebaut, d.h. mit anderen Worten, dass Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 relativ zu einer Kurbelwelle 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 gegenüberliegend angeordnet sind, wobei Kolben 4 der Zylinder 2 mit Hilfe einer Pleuelstange 5 mit der Kurbelwelle 3 verbunden sind. In 1 sind zwei Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 abgebildet, wobei bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbrennungskraftmaschine 1 insgesamt sechs Zylinder 2 aufweist, und wobei jeweils drei Zylinder 2 relativ zu einer Längsachse 6 der Kurbelwelle 3 gegenüberliegend und in Richtung der Längsachse 6 die einzelnen Pleuelstangen 5, welche sich entlang einer Zylinderachse 20 erstreckend angeordnet sind, jeweils um einen Abstand 7 versetzt zueinander mit der Kurbelwelle 3 verbunden sind. Das heißt mit anderen Worten, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 eine erste Zylinderbank 8 und eine zweite Zylinderbank 9 mit jeweils drei Zylindern 2 aufweisend ausgebildet ist.
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Die Pleuelstange 5 ist an einem Kröpfungslager 10 der Kurbelwelle 3 mit dieser zur Herbeiführung einer Rotation der Kurbelwelle 3 wirkverbunden. Die Kurbelwelle 3 ist in einem nicht näher dargestellten Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 1 mit Hilfe von Kurbelwellenlagern 11 gelagert, wobei zumindest ein zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Kröpfungslagern 10 ausgebildetes Kurbelwellenlager 11 ausgebildet ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik weist eine Zündfolge 1-6-2-4-3-5 auf, wobei in einem Abstand von 120°KW (Grad Kurbelwelle) eine Zündung Z der einzelnen Zylinder 2 stattfindet, so dass die Zylinder 2 jeder Zylinderbank 8, 9 in einem Abstand von 240°KW eine Zündung Z aufweisen. Zur verbesserten Erläuterung sind den Zylindern 2 in diesem Rahmen Kennungen zugeordnet. Die erste Zylinderbank 8 umfasst die seriell angeordneten Zylinder 2 mit den Kennungen Z1, Z2 und Z3 und die zweite Zylinderbank 9 umfasst die ebenfalls seriell angeordneten Zylinder 2 mit den Kennungen Z4, Z5 und Z6, wobei die Zylinder 2 gemäß den aufsteigenden Ziffern angeordnet sind und die Zylinder Z1 und Z4 bzw. Z2 und Z5 sowie Z3 und Z6 jeweils unter Ausbildung des Abstandes 7 gegenüberliegend positioniert sind. Die Prinzipdarstellung der Zündfolge der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik, s. 2, ist nicht zu verwechseln mit einer realen Anordnung der Zylinder 2. Zündabstände der Zündfolge sind in den 2 und 4 in Form von Pfeilen dargestellt.
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Die vorstehend genannte Zündfolge hat sich insbesondere im niedrigen und mittleren Last- und/oder Drehzahlbereich als effektiv und effizient hinsichtlich einem Gesamtwirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 gezeigt. Während der Zündung Z des Zylinders 2 wird das Kurbelwellenlager 11 auf Biegung durch einen von der Zündung Z erwirkten Zünddruck stark belastet, da der dem Kurbelwellenlager 11 zugeordnete weitere Zylinder 2, welcher dem die Zündung Z aufweisenden Zylinder 2 gegenüberliegend angeordnet ist, in seiner aktuell vorliegenden Ladungswechselphase eine relativ geringe Kraft, verglichen mit einer aus dem Zünddruck resultierenden Kraft, auf die Kurbelwelle 3 und demzufolge ein Moment auf das Kurbelwellenlager 11 ausübt. Die Kräfte sind symbolisch in Form von Pfeilen in den 1 und 3 abgebildet.
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In einem oberen Last- und/oder Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 ist es daher angebracht eine davon abweichend Zündfolge der Zylinder 2 zu realisieren, mit deren Hilfe die Biegebelastung des Kurbelwellenlagers 11 reduziert bzw. bevorzugt eliminiert ist. Dabei ist vorgesehen, dass die einander gegenüberliegend angeordneten Zylinder 2, somit die Zylinder 2 mit der Kennung Z1 und Z4 bzw. Z2 und Z5 bzw. Z3 und Z6, jeweils einen identischen Zündzeitpunkt besitzen, somit deren Zündung Z gleichzeitig herbeigeführt werden kann. Dies ist in den 3 und 4 in jeweils einer Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1 im Ausschnitt bzw. ihrer Zündfolge illustriert.
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Die Zündabstände zwischen den Zündungen Z der Zylindern 2 einer Zylinderbank 8; 9 betragen nach wie vor auch im zweiten Betriebsbereich 240° KW, so dass die Zündabstände die Zylinder 2 einer Zylinderbank 8; 9 betreffend unverändert gegenüber dem ersten Betriebsbereich ist.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein erstes Ladungswechselsystem 12 und ein zweites Ladungswechselsystem 13 auf, welches der ersten Zylinderbank 8 bzw. der zweiten Zylinderbank 9 zugeordnet ist. Jedes Ladungswechselsystem 12; 13 besitzt pro Zylinder 2 eine Ladungswechseleinheit 14, welche zumindest ein Einlassventil und ein Auslassventil des Zylinders 2, so genannte Steuerventile 17 umfasst. Die Steuerventile, welche einer Befüllung und Entleerung des Zylinders 2 dienen, sind mit Hilfe einer Nockenwelle 15 des Ladungswechselsystems 12; 13 bewegbar. Jedes Ladungswechselsystem 12; 13 besitzt eine Nockenwelle 15, welche abschnittsweise den einzelnen Ladungswechseleinheiten 14 zugeordnet ist. Die beispielhaft angeführte Nockenwelle 15 ist in Form einer obenliegenden Nockenwelle ausgebildet. Zur Realisierung der Bewegung der Steuerventile 17 weist die Nockenwelle 15 Nocken 16 auf, die über einem Umfang der Nockenwelle für jede Ladungswechseleinheit 14 unterschiedlich positioniert sind, damit neben der Bewegung der Steuerventile 17 ebenso ein zeitlicher Versatz der Bewegung der Steuerventile 17, ein so genannter Ventilhub, der Ladungswechseleinheiten 14 ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass bspw. die Ladungswechseleinheit 14 des ersten Zylinders Z1 eine von der Ladungswechseleinheit 14 des zweiten Zylinders Z2 über dem Umfang der Nockenwelle 15 unterschiedliche Positionierung der zugehörenden Nocken 16 aufweist. Die Nocken 16 sind fest mit der Nockenwelle 15 verbunden.
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Damit eine gleichzeitige Zündung Z von zwei gegenüberliegenden Zylindern 2, somit eine Zündfolge 1/4 - 2/5 - 3/6, realisiert ist, ist zumindest eines der beiden Ladungswechselsystem 12; 13 veränderbar auszuführen, wobei die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 1 hierzu eine Umschalteinrichtung 18 aufweist.
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In den 5 und 6 sind die Ventilhübe H der einzelnen Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 in einer Prinzipdarstellung mit Hilfe jeweils eines Ventilhubs H abgebildet, wobei der zugehörige Zylinder 2 jeweils in Form eines Indices angegeben ist. Die Ventilhübe H der Zylinder Z1 und Z4 sind mit einer durchgezogenen Linie, die Zylinder Z2 und T5 sind mit einer gestrichelten Linie und die Zylinder Z3 und Z6 sind mit einer punktierten Linie symbolisiert.
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In 5 sind die Ventilhübe H über eine Umdrehung U der Kurbelwelle 3 gemäß den Zündzeitpunkten der zugehörenden Zylinder 2 der entsprechenden Zylinderbänke 8, 9 im ersten Betriebsbereich illustriert. Die einzelnen Zylinder 2 der jeweiligen Zylinderbänke 8, 9 weisen zueinander jeweils einen Zündabstand von 240 °KW auf. Der zwischen zwei Zylindern 2 der ersten Zylinderbank 8 zündende Zylinder 2 der zweiten Zylinderbank 9 weist einen Zündabstand von 120°KW auf. Daher ist es zur Herbeiführung der Möglichkeit der gleichzeitigen Zündung zweier Zylinder 2 der unterschiedlichen Zylinderbänke 8, 9 notwendig Ventilhübe H relativ zueinander zu verschieben. Eine Umstellung der Ventilhübe H ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer axialen Verschiebung der Nockenwelle 15 des zweiten Ladungswechselsystems 13 realisiert. Ebenso könnte auch die Nockenwelle 15 des zweiten Ladungswechselsystems 13 verdreht werden. Oder es könnte acuh die Nockenwelle 15 des ersten Ladungswechselsystems 12 verdreht und/oder verschoben werden. Auch könnten beide Nockenwellen 15 verschoben und/oder verdreht werden, wobei ihre relative Positionierung zueinander Ventilhübe H gemäß 6 für den zweiten Betriebsbereich bereitstellen müssen.
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Damit die sich gegenüberliegend ausgebildeten Zylinder 2, wie es die Zylinder Z1 und Z4 bzw. die Zylinder Z2 und Z5 sowie die Zylinder Z3 und Z6 sind, gleichzeitige Zündzeitpunkte aufweisen können, sind die Ventilhübe H der entsprechenden Zylinder 2 so zu verschieben, dass die gleichzeitig zündenden Zylinder 2 in Abhängigkeit der Umdrehung U der Kurbelwelle 3 gleichzeitige Ventilhübe H aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Verschiebung der Ventilhübe H der Zylinder Z4, Z5, Z6 der zweiten Zylinderbank 9 um 360°KW realisiert, so dass eine gleichzeitige Zündung Z der Zylinder 2 mit den Kennungen Z1 und Z4 bzw. Z2 und Z5 bzw. Z3 und Z6 ermöglicht ist.
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Diese Verschiebung der Ventilhübe H der zweiten Zylinderbank 9 wird dadurch herbeigeführt, dass die Nockenwelle 15 der zweiten Zylinderbank 9 für jede ihrer Ladungswechseleinheiten 14, deren Zündzeitpunkt zu verändern sind, zusätzlich zum Nocken 16 einen weiteren Nocken 16' aufweist, welcher um 180° über einem Umfang der Nockenwelle 15 sowie in axialer Richtung der Nockenwelle 15 zum Nocken 16 versetzt angeordnet ist.
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Die Nockenwelle 15 weist für jedes Steuerventil 17 somit zwei Nocken auf, die Nocke 16 für den ersten Betriebsbereich und die weitere Nocke 16' für den zweiten Betriebsbereich, die in axialer Richtung der Nockenwelle 15 nebeneinander jedoch in Umfangsrichtung, somit über einem Umfang der Nockenwelle 15 um einen Winkel γ mit einem Wert von 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Änderung des Ventilhubs H wird dabei durch eine axiale Verschiebung der Nockenwelle 15 herbeigeführt. Wird bspw. die Verbrennungskraftmaschine 1 im ersten Betriebsbereich mit einer entsprechenden Position der Nockenwelle 15 des zweiten Ladungswechselsystems 13 betrieben, wobei die Nocke 16 das Steuerventil 17 beaufschlagt, so muss zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 1 im zweiten Betriebsbereich die Nockenwelle 10 axial verschoben werden, damit das Steuerventil 17 von der weiteren Nocke 16' betätigt werden kann.
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Bei einem Steuerventilöffnungswinkel α von 120°, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, verbleibt somit eine 60° Umdrehung der Nockenwelle 15 äquivalente Zeitdauer zur Umschaltung, wie es beispielhaft in 7 abgebildet ist.
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Die beiden Nocken 16, 16' sind, wie in 7 abgebildet, um 180°, bezogen auf den Umfang der Nockenwelle 10, versetzt zueinander angeordnet. Die Umschaltung von der für den ersten Betriebsbereich relevanten Nocke 16 auf die für den zweiten Betriebsbereich relevante Nocke 16' kann hinsichtlich ihrer Zeitdauer nicht willkürlich bestimmt werden, da die Verbrennungskraftmaschine 1 auch während der Umschaltung zuverlässig betrieben werden soll. So kann mit Hilfe der 7 veranschaulicht werden, dass bei einem Steuerventilöffnungswinkel α mit einem Wert von 120° lediglich eine Schaltwinkel β mit einem Wert von 60° verbleibt.
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Damit auch bei hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 1, welche zu einer Reduzierung einer Umschaltzeit zur Umschaltung führt, ein zuverlässiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 erzielbar ist, wird mit Hilfe einer Kulissensteuerung 19 der Umschalteinrichtung 18 die Umschaltung von der für den ersten Betriebsbereich relevanten Nocke 16 auf die der für den zweiten Betriebsbereich relevanten Nocke 16' und vice versa realisiert, wie sie beispielhaft in der 8 abgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungskraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Kolben
- 5
- Pleuelstange
- 6
- Längsachse
- 7
- Abstand
- 8
- Erste Zylinderbank
- 9
- Zweite Zylinderbank
- 10
- Kröpfungslager
- 11
- Kurbelwellenlager
- 12
- Erstes Ladungswechselsystem
- 13
- Zweites Ladungswechselsystem
- 14
- Ladungswechseleinheit
- 15
- Nockenwelle
- 16, 16'
- Nocke
- 17
- Steuerventil
- 18
- Umschaltvorrichtung
- 19
- Kulissensteuerung
- 20
- Zylinderachse
- H
- Ventilhub eines Steuerventils
- U
- Umdrehung
- Z
- Zündung
- Z...
- Kennung Zylinder
- α
- Steuerventilöffnungswinkel
- β
- Schaltwinkel
- γ
- Winkel
