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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2004 006 337 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle auf, über welche von der Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeuges bereitstellbar sind. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst außerdem eine Nockenwelle, welche Nocken zum Betätigen von Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine aufweist. Die Nockenwelle ist relativ zu einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse drehbar. Des Weiteren ist ein Steuertrieb vorgesehen, über welchen die Nockenwelle von der Kurbelwelle antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst außerdem eine Stelleinrichtung, die in einem von der Kurbelwelle über den Steuertrieb zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss, über welchen die Nockenwelle von der Kurbelwelle antreibbar ist, zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, das heißt stromab der Kurbelwelle und stromauf der Nockenwelle angeordnet ist. Die auch als Steller, Phasensteller oder Nockenwellensteller bezeichnete Stelleinrichtung ist dazu ausgebildet, die Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle zu verdrehen, insbesondere während die Nockenwelle über den Steuertrieb mit der Kurbelwelle gekoppelt, das heißt drehmomentübertragend verbunden ist. Mittels der Stelleinrichtung kann somit eine Winkellage beziehungsweise Winkelposition der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle eingestellt, das heißt variiert beziehungsweise verändert werden, wodurch sogenannte Steuerzeiten der Gaswechselventile eingestellt, das heißt variiert werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine auf besonders vorteilhafte Weise gestartet werden kann, wobei gleichzeitig ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
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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.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff zu Patentanspruch 1 angegebenen Art derart weiter zu entwickeln, dass die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft, insbesondere per Direktstart, gestartet werden kann, wobei gleichzeitig ein besonders effizienter und somit energie- beziehungsweise kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem von einem nockenwellenseitigen Ausgang der Stelleinrichtung zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss, über welchen wenigstens ein Drehmoment von dem Ausgang auf die Nockenwelle übertragbar ist, um dadurch die Nockenwelle über den Ausgang von der Kurbelwelle anzutreiben, stromauf der Nocken der Nockenwelle eine Fixiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher der Ausgang drehfest mit dem Zylinderkopf verbindbar ist. Insbesondere ist der Ausgang mittels der Fixiereinrichtung formschlüssig und/oder kraft- beziehungsweise reibschlüssig drehfest mit dem Zylinderkopf verbindbar. Somit ist es insbesondere vorgesehen, dass die Fixiereinrichtung zwischen einem Sperrzustand und einem Freigabezustand umschaltbar beziehungsweise verstellbar ist. In dem Sperrzustand ist mittels der Fixiereinrichtung der Ausgang drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden. In dem Freigabezustand gibt die Fixiereinrichtung den Ausgang für eine um die Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf erfolgende Drehung frei, sodass in dem Freigabezustand der Ausgang um die Achse relativ zu dem Zylinderkopf gedreht werden kann. In dem Sperrzustand jedoch ist eine solche, um die Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf erfolgende Drehung des Ausgangs mittels der Fixiereinrichtung vermieden. Insbesondere kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Nockenwelle über den von dem Ausgang zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss von dem Ausgang antreibbar ist, um dadurch beispielsweise die Winkellage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle einzustellen, das heißt zu verändern. Beispielsweise ist es diesbezüglich denkbar, dass die Nockenwelle über den Drehmomentenfluss von dem Ausgang der Stelleinrichtung antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf und relativ zu der Kurbelwelle drehbar ist, um dadurch die Winkellage der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle einzustellen. Über den Ausgang der Stelleinrichtung ist die Nockenwelle von der Kurbelwelle antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf drehbar. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein von der Kurbelwelle bereitgestelltes Drehmoment oder ein aus einem von der Kurbelwelle bereitgestellten Drehmoment resultierendes, weiteres Drehmoment auf den Ausgang übertragen und über den Ausgang auf die Nockenwelle übertragen werden, insbesondere derart, dass das Drehmoment beziehungsweise das weitere Drehmoment entlang des von dem Ausgang zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenflusses fließt. Da nun die Fixiereinrichtung in dem von dem Ausgang zu der Nockenwelle verlaufenden Drehmomentenfluss stromauf der Nocken, das heißt vor den Nocken angeordnet ist, wird in dem Sperrzustand der Fixiereinrichtung ein beispielsweise von dem Ausgang bereitgestelltes Drehmoment über die Fixiereinrichtung an dem Zylinderkopf abgestützt, ohne zu dem Nocken beziehungsweise der Nockenwelle zu fließen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Drehmomentenabstützung realisiert werden, so dass beispielsweise die Fixiereinrichtung besonders gewichts-, kosten- und bauraumgünstig ausgestaltet werden kann. In der Folge kann ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Weitere, der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnisse und Überlegungen sind insbesondere die folgenden: Während Verbrennungsvorgänge in der Verbrennungskraftmaschine unterbleiben und somit vorzugsweise die Kurbelwelle still steht, kann, während der Ausgang mittels der Fixiereinrichtung drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden ist, mittels der Stelleinrichtung die Kurbelwelle relativ zu dem Zylindergehäuse und insbesondere relativ zu einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine, an deren Kurbelgehäuse die Kurbelwelle drehbar gelagert ist, verdreht werden, indem beispielsweise die Stelleinrichtung ein auch als Verstellmoment bezeichnetes Drehmoment bereitstellt. Das Verstellmoment kann von der Stelleinrichtung über den Steuertrieb auf die Kurbelwelle übertragen werden, wodurch die als Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine fungierende beziehungsweise ausgebildete Kurbelwelle verdreht werden kann. Das von der Stelleinrichtung bereitgestellte Verstellmoment führt zu einer Verdrehung der Kurbelwelle und nicht zu einer Verdrehung der Nockenwelle, da der Ausgang mittels der Fixiereinrichtung drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Das Verstellmoment wird somit über die Fixiereinrichtung an dem Zylinderkopf abgestützt und führt somit nicht zu einer Verdrehung der Nockenwelle, sondern zu einer Verdrehung der Kurbelwelle. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Kurbelwelle insbesondere vor einem auch als Motorstart oder Start bezeichneten Starten der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine in eine vorteilhafte und gewünschte Startposition zu drehen, von der ausgehend der Start der Verbrennungskraftmaschine insbesondere als Direktstart besonders vorteilhaft durchgeführt werden kann.
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Üblicherweise weisen Brennkraftmaschinen Steuertriebe auf. Im Steuertrieb kann antriebstechnisch zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ein Nockenwellenphasensteller zur Einstellung unterschiedlicher Drehwinkel zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordnet sein. In der
DE 10 2015 208 456 A1 ist ein solcher Verstellmechanismus an der Kurbelwelle angeordnet. Es wird vorgeschlagen, in einem verriegelten Zustand die Kurbelwelle und damit die Nockenwelle in eine Startposition zu drehen. Eine solche, mit dem Drehen der Kurbelwelle einhergehende Verdrehung der Nockenwelle kann unerwünscht sein. Damit sich beim Drehen der Kurbelwelle in die Startposition die Nockenwelle nicht mit dreht, kann die Nockenwelle schwergängig, das heißt reibungsbehaftet gelagert sein und/oder eine hohe Trägheit aufweisen. Sind keine anderweitigen Verriegelungen vorgesehen, so kann nur dadurch dass vom Steller in den Steuertrieb eingeleitete Drehmomente an der Nockenwelle abgestützt werden die Kurbelwelle verdreht werden, ohne dass es zu einer unerwünschten Verdrehung der Nockenwelle kommt. Dies führt jedoch zu einer hohen Reibung der Nockenwelle, was im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu einem Kraftstoffmehrverbrauch führt. Durch schwergängige Nockenwellen wird der gesamte Steuertrieb stark belastet. Dieser muss daher bauraum- und gewichtsintensiv ausgeführt werden. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden. Hierzu ist im Kraftfluss zwischen Kurbel- und Nockenwelle die auch als Steller oder Steuertriebsteller bezeichnete Stelleinrichtung vorgesehen. Außerdem ist die Fixiereinrichtung vorgesehen, welche eine Vorrichtung zur Arretierung der Nockenwelle ist. Hierunter ist zu verstehen, dass mittels der Fixiereinrichtung die Nockenwelle drehfest mit dem Zylinderkopf verbindbar ist. Mittels der Fixiereinrichtung kann im Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, das heißt dann, wenn die Kurbelwelle stillsteht und in der Verbrennungskraftmaschine keine Verbrennungsvorgänge zum Antreiben der Kurbelwelle stattfinden, die Nockenwelle mittels der Fixiereinrichtung fixiert, das heißt drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden werden. Stellt nun die Stelleinrichtung ein Drehmoment bereit, so wird das Drehmoment einerseits über den Ausgang in die Fixiereinrichtung an dem Zylinderkopf abgestützt, und andererseits wird das Drehmoment in den Steuertrieb eingeleitet und über diesen auf die Kurbelwelle übertragen, wodurch die Kurbelwelle, insbesondere in die Startposition, gedreht wird, ohne dass es zu einer unerwünschten Verdrehung der Nockenwelle kommt. Somit wirkt die Stelleinrichtung bei arretierter Nockenwelle als Kurbelwellensteller. Hierdurch kann mittels der Stelleinrichtung die Kurbelwelle für einen Start, insbesondere Direktstart, in eine vorteilhafte Drehlage, das heißt in die zuvor genannte Startposition eingestellt, mithin gedreht werden. Während des insbesondere befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine befindet sich die Fixiereinrichtung in dem Freigabezustand, wodurch die Nockenwelle für eine um die Drehachse relativ zu dem Zylinderkopf erfolgende Drehung freigegeben ist, ebenso wie der Ausgang. Dadurch kann während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine die Stelleinrichtung als Nockenwellensteller, das heißt als Phasensteller verwendet werden, um die auch als Phasenlage bezeichnete Winkellage beziehungsweise Winkelposition oder Drehstellung der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle einzustellen. Insbesondere können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Die Nockenwelle kann sehr reibungsarm gelagert werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine besonders kraftstoffverbrauchsarm betrieben werden kann.
- - Der Steuertrieb kann bei gleicher Lebensdauer schwächer, das heißt gewichts- und bauraumgünstig sowie reibungsarm und kostengünstig dimensioniert werden.
- - Die Kosten für die Stelleinrichtung können besonders gering gehalten werden, da übermäßig aufwändige, separate Arretierungsvorrichtungen vermieden werden können. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die auch als Arretierungsvorrichtung bezeichnete Fixiereinrichtung als Kupplung unmittelbar an dem Steller beziehungsweise an dem Ausgang angeordnet ist.
- - Die Fixiereinrichtung kann besonders kostengünstig dadurch realisiert werden, dass beispielsweise ein ohnehin vorhandener Verriegelungsbolzen verwendet wird, um den Ausgang drehfest mit dem Zylinderkopf zu verbinden.
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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 Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei sich ein einfach auch als Bolzen bezeichneter Verriegelungsbolzen in einer Sperrstellung befindet;
- 4 ausschnittsweise eine weitere schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine, wobei sich der Bolzen in einer Freigabestellung befindet;
- 5 ausschnittsweise eine weitere schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine, wobei sich der Bolzen in einer Koppelstellung befindet.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer auch als Brennkraftmaschine oder Verbrennungsmotor ausgebildeten und als Hubkolbenmaschine beziehungsweise als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle 12 auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 10 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens eine Nockenwelle 14 auf, welche um eine Drehachse 16 relativ zu einem in den Fig. nicht dargestellten Zylinderkopf drehbar an dem Zylinderkopf gelagert und somit um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf drehbar ist. Die Kurbelwelle 12 ist um eine in den Fig. nicht näher dargestellte Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Zylinderkopf und insbesondere relativ zu einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 drehbar, wobei das Kurbelgehäuse in den Fig. nicht dargestellt ist. Der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse sind beispielsweise separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseelemente. Die Nockenwelle 14 weist Nocken 18 zum Betätigen von Gaswechselventilen 20 der Verbrennungskraftmaschine 10 auf.
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Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 einen Steuertrieb 22, welcher beispielsweise in einem Steuergehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet ist. Das Steuergehäuse ist beispielsweise separat von dem Zylinderkopf und separat von der Kurbelwelle ausgebildet und mit diesem verbunden. Beispielsweise weist die Verbrennungskraftmaschine 10 vier Zylinder auf, welche in Reihe angeordnet sein können. Somit kann die Verbrennungskraftmaschine 10 als Vier-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet sein. Über den Steuertrieb 22 ist die Nockenwelle 14 von der Kurbelwelle 12 antreibbar und dadurch um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf drehbar. Hierzu ist die Nockenwelle 14 über den Steuertrieb 22 drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle 12 gekoppelt. Dies bedeutet, dass ein von der Kurbelwelle 12 bereitgestelltes Drehmoment über einen von der Kurbelwelle 12 über den Steuertrieb 22 zu der beziehungsweise auf die Nockenwelle 14 verlaufenden, ersten Drehmomentenfluss von der Kurbelwelle 12 auf die Nockenwelle 14 übertragen werden kann, wodurch die Nockenwelle 14 angetrieben und somit um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf gedreht werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem eine auch als Steller, Phasensteller, Nockenwellensteller, Nockenwellenversteller oder Steuertriebsteller bezeichnete Stelleinrichtung 24, welche in dem ersten Drehmomentenfluss zwischen der Kurbelwelle 12 und der Nockenwelle 14 angeordnet ist. Somit ist die Nockenwelle 14 über die Stelleinrichtung 24 von der Kurbelwelle 12 antreibbar. Mittels der Stelleinrichtung 24 kann eine Winkellage, das heißt eine Drehlage, Winkelposition oder Drehstellung der Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 eingestellt, das heißt verändert beziehungsweise variiert werden, sodass eine Phase oder Phasenlage der Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 mittels der Stelleinrichtung 24 verändert werden kann, insbesondere während die Nockenwelle 14 drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle 12 verbunden ist und ganz insbesondere während die Nockenwelle 14 über die Stelleinrichtung 24 und den Steuertrieb 22 von der Kurbelwelle 12 angetrieben wird. Hierzu umfasst die Stelleinrichtung 24 beispielsweise einen Aktor 26, mittels welchem die Nockenwelle 14 und die Kurbelwelle 12 relativ zueinander verdrehbar sind, um dadurch die Winkellage der Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 einzustellen, das heißt zu verändern.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Steuertrieb 22 ein beispielsweise als Kette oder Riemen ausgebildetes Zugmittel 28 auf, über welches die Nockenwelle 14 mit der Kurbelwelle 12 antreibbar ist. Das Zugmittel 28 umschlingt dabei ein beispielsweise drehfest mit der Kurbelwelle 12 verbundenes Kurbelwellenrad 30 des Steuertriebs 22 zumindest teilweise. Außerdem umschlingt beispielsweise das Zugmittel 28 ein Nockenwellenrad 32 des Steuertriebs 22 zumindest teilweise. Der Steuertrieb 22 ist somit bei der ersten Ausführungsform als Zugmitteltrieb ausgebildet.
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Beispielsweise ist das Nockenwellenrad 32 drehfest mit einem auch als Eingangselement bezeichneten Eingang der Stelleinrichtung 24 verbunden, sodass ein von der Kurbelwelle 12 bereitgestelltes und zum Antreiben der Nockenwelle 14 vorgesehenes Drehmoment, welches über den ersten Drehmomentenfluss von der Kurbelwelle 12 auf das Nockenwellenrad 32 übertragen wird, über das Nockenwellenrad 32 und den Eingang in die Stelleinrichtung 24 einleitbar ist beziehungsweise eingeleitet wird. Somit ist der Eingang der Stelleinrichtung 24 beispielsweise in dem ersten Drehmomentenfluss angeordnet. Die Stelleinrichtung 24 weist außerdem ein in 1 besonders schematisch dargestelltes und auch als Ausgang 34 bezeichnetes Ausgangselement auf, welches von dem Eingang und somit von dem von der Kurbelwelle 12 bereitgestellten und zum Antreiben der Nockenwelle 14 vorgesehenen Drehmoment oder von einem aus dem von der Kurbelwelle 12 bereitgestellten und zum Antreiben der Nockenwelle 14 vorgesehenen Drehmoment resultierenden, weiteren Drehmoment antreibbar ist. Somit sind beispielsweise in dem ersten Drehmomentenfluss der Eingang und der Ausgang 34 der Stelleinrichtung 24 angeordnet, insbesondere derart, dass bezogen auf das von der Kurbelwelle 12 über den Drehmomentenfluss hin zur Nockenwelle 14 fließende Drehmoment der Ausgang 34 stromab des Eingangs der Stelleinrichtung 24 angeordnet ist. Der Eingang und/oder der Ausgang 34 der Stelleinrichtung 24 sind beispielsweise, insbesondere um die Drehachse 16, relativ zu dem Zylinderkopf drehbar. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Ausgang drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit der Nockenwelle 14 verbindbar oder verbunden ist. Insbesondere kann der Ausgang koaxial zur der Nockenwelle 14 angeordnet sein.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist eine auch als Abtrieb bezeichnete Abtriebsseite 36 auf, die dem Steuertrieb 22 entlang der Kurbelwellendrehachse gegenüber liegt beziehungsweise von dem Steuertrieb 22 entlang der Kurbelwellenddrehachse abgewandt ist. Somit ist das Steuergehäuse an einem dem Abtrieb insbesondere entlang der Kurbelwellendrehachse abgewandten Ende der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. In dem Steuergehäuse ist der vorliegend als Zugmitteltrieb ausgebildete Steuertrieb 22 angeordnet. Die an und vorzugsweise in dem Zylinderkopf drehbar gelagerte Nockenwelle 14 kann von der Kurbelwelle 12 über den Steuertrieb 22 angetrieben und somit um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf gedreht werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine 10 per Direktstart gestartet, das heißt in Betrieb genommen werden kann oder wird. Unter dem Direktstart ist zu verstehen, dass die zunächst stillstehende Kurbelwelle 12 ohne zusätzlichen Startermotor und dabei beispielsweise einzig und allein durch in der Verbrennungskraftmaschine 10 stattfindende Zündungen und Verbrennungen gestartet, das heißt in Drehung versetzt wird, um dadurch die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine 10 in ihren befeuerten Betrieb zu überführen.
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Um den Direktstart besonders vorteilhaft durchzuführen, kommt vorzugsweise eine Einrichtung zum Einsatz, mittels welcher die Kurbelwelle nach einer auch als Stopp oder Motorstopp bezeichneten Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine 10 und vor dem sich insbesondere direkt beziehungsweise unmittelbar an den Motorstopp anschließenden Direktstart in eine vorteilhafte Startdrehlage, das heißt in eine für den Direktstart vorteilhafte und auch als Startposition bezeichnete Drehstellung gebracht, das heißt bewegt beziehungsweise gedreht wird. Unter dem Merkmal, dass sich der Direktstart unmittelbar beziehungsweise direkt an den Motorstopp anschließt, ist z u verstehen, dass zwischen dem Motorstopp und dem darauffolgenden Direktstart die Verbrennungskraftmaschine 10 durchgängig deaktiviert ist, mithin dass zwischen Motorstopp und dem Direktstart ein Starten und Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine 10 unterbleibt. Mittels der Stelleinrichtung 24, insbesondere mittels des Aktors 26, kann ein Drehmoment bereitgestellt und dabei insbesondere in den ersten Drehmomentenfluss eingeleitet werden, um hierdurch die Winkellage der Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 einzustellen, insbesondere die Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 zu verdrehen. Dies kann insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 und insbesondere dann realisiert werden, während die Nockenwelle 14 von der Kurbelwelle 12 angetrieben wird. Wird das auch als Verstellmoment bezeichnete Drehmoment, welches von der Stelleinrichtung 24 bereitgestellt wird, vorteilhaft abgestützt, so können das Verstellmoment und somit die Stelleinrichtung 24 vorteilhaft auch dazu genutzt werden, die Kurbelwelle 12 nach dem Motorstopp und vor dem darauffolgenden Direktstart in die Startposition zu drehen. Dabei ist es bevorzugt, dass bei dem Drehen der Kurbelwelle 12 in die Startposition ein unerwünschtes Verdrehen der Nockenwelle 14 unterbleibt.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist an einem den Steuertrieb 22 insbesondere entlang der Kurbelwelle abgewandten Ende der Nockenwelle 14 und somit auf der Abtriebsseite 36 der Nockenwelle 14 eine Bremse 38 angeordnet, mittels welcher die Nockenwelle 14 insbesondere im Stillstand der Kurbelwelle 12 beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 10 festgebremst, das heißt drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden werden kann. Das Verstellmoment kann dann über die Nockenwelle 14 und die Bremse 38 an dem Zylinderkopf abgestützt werden, sodass das Verstellmoment insbesondere über den Steuertrieb 22 auf die Kurbelwelle 12 übertragen wird und in der Folge die Kurbelwelle 12 verdreht, das heißt um die Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse und relativ zu dem Zylinderkopf dreht. Hierdurch kann das Verstellmoment genutzt werden, um die Kurbelwelle 12 in die gewünschte Startposition zu drehen. Die Stelleinrichtung 24, die während des befeuerten Betriebs als Nockenwellensteller fungiert, kann somit im Stand als Kurbelwellensteller wirken. Hierzu wird die Nockenwelle 14 im Stand festgebremst, wodurch die Kurbelwelle 12 positioniert werden kann. Nachdem beziehungsweise während die Nockenwelle 14 drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden wurde beziehungsweise ist, wird die Stelleinrichtung 24 von einem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 10 angesteuert. Die Stelleinrichtung 24, insbesondere der Aktor 26, leitet dann ein beziehungsweise das Verstellmoment in den Steuertrieb 22 ein, wodurch die Kurbelwelle 12 in ihre Startposition gedreht wird. Das eingeleitete Verstellmoment wird durch die beispielsweise als Bremse 38 fungierende Koppeleinrichtung (Fixiereinrichtung) am Zylinderkopf abgestützt. Vor dem eigentlichen Motorstart und nachdem die Kurbelwelle 12 in die Startposition gedreht wurde, wird die Bremse 38 wieder geöffnet. Dies bedeutet, dass die drehfeste Verbindung der Nockenwelle 14 mit dem Zylinderkopf aufgehoben wird, sodass die Nockenwelle 14 für einen um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf erfolgende Drehung freigegeben wird. Dann kann die Stelleinrichtung 24 wieder als Nockenwellensteller fungieren.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist in einem von dem nockenwellenseitigen, um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf drehbaren Ausgang 34 der Stelleinrichtung 24, über deren Ausgang 34 die Nockenwelle 14 von der Kurbelwelle 12 antreibbar und dadurch um die Drehachse 16 relativ zudem Zylinderkopf drehbar ist, zu der Nockenwelle 14 verlaufenden, zweiten Drehmomentenfluss stromauf der beziehungsweise aller Nocken 18 der Nockenwelle 14 und vorzugsweise stromab des Eingangs der Stelleinrichtung 24, ganz vorzugsweise stromab des Ausgangs 34, eine bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform als Kupplung 40 ausgebildete Fixiereinrichtung angeordnet, mittels welcher der Ausgang 34, welcher insbesondere in gewissen Grenzen um die Drehachse 16 relativ zu dem Eingang der Stelleinrichtung 24 drehbar ist, um dadurch die Winkellage der Nockenwelle 14 relativ zu der Kurbelwelle 12 einzustellen, drehfest mit dem Zylinderkopf verbindbar ist. Über den zweiten Drehmomentenfluss kann das von der Kurbelwelle 12 und zum Antreiben der Nockenwelle 14 vorgesehene Drehmoment oder ein aus dem von der Kurbelwelle 12 bereitgestellten und zum Antreiben der Nockenwelle 14 vorgesehenen Drehmoment resultierendes, weiteres Drehmoment von dem Ausgang 34 auf die Nockenwelle 14 übertragen werden, wobei in diesem zweiten Drehmomentenfluss die Kupplung 40 stromauf der beziehungsweise aller Nocken 18 angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Kupplung 40 in dem zweiten Drehmomentenfluss stromab des Ausgangs 34 oder auf dem Ausgang 34 angeordnet sein kann. Alternativ zu dem Zylinderkopf kann eine andere, nicht rotierende Komponente der Verbrennungskraftmaschine 10 verwendet werden, um den Ausgang 34 mittels der Kupplung 40 drehfest mit dieser nicht-rotierenden Komponente zu verbinden. Mit anderen Worten ist der Zylinderkopf eine nicht-rotierende Komponente der Verbrennungskraftmaschine, mit deren nicht-rotierender Komponente der Ausgang 34 mittels der Kupplung 40 drehfest verbunden werden kann.
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Vorzugsweise ist die Kupplung 40 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist an ihrer radialen Außenfläche beziehungsweise an ihrer außenumfangsseitigen Außenfläche Koppelelemente auf, über die beziehungsweise mittels welchen der nockenwellenseitige Ausgang 34 der Stelleinrichtung 24 an eine zylinderkopffeste Zylinderinnenfläche, das heißt an eine innenumfangsseitige Mantelfläche, insbesondere des Zylinderkopfs, gekoppelt werden kann. Dies bedeutet, dass der Ausgang 34 mittels der Kupplung 40 drehfest mit der innenumfangsseitigen Mantelfläche verbunden werden kann, um dadurch den Ausgang 34 zumindest vorübergehend drehfest festzulegen. Somit wird bei der Positionierung der Kurbelwelle 12 das Verstellmoment mittels der Kupplung 40 unmittelbar am Ausgang 34 beziehungsweise über diesen an dem Zylinderkopf abgestützt.
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3 bis 5 zeigen eine dritte Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Bei der dritten Ausführungsform umfasst die Fixiereinrichtung einen auch als Verriegelungsbolzen bezeichneten Bolzen 42, welcher entlang einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Zylinderkopf und relativ zu der Nockenwelle 14 verschiebbar ist. Die Bewegungsrichtung verläuft parallel zur Drehachse 16 oder fällt mit der Drehachse 16 zusammen. Insbesondere mittels eines weiteren Aktors kann der Bolzen 42 zwischen einer in 3 gezeigten und auch als Koppelstellung bezeichneten Sperrstellung, einer in 4 gezeigten Freigabestellung und einer in 5 gezeigten Koppelstellung verschoben werden. Beispielsweise ist die Fixiereinrichtung beziehungsweise die Kupplung 40 bei der dritten Ausführungsform in die Stelleinrichtung 24 integriert. Beispielsweise ist die Stelleinrichtung 24 als ein Flügelzellensteller ausgebildet, welcher ein Gehäuse und einen zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordneten und somit innenliegenden Rotor aufweist, welcher insbesondere in gewissen Grenzen um die Drehachse 16 relativ zu dem Gehäuse verdrehbar ist. Beispielsweise ist der Rotor drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit der Nockenwelle 14 verbindbar oder verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse drehmomentübertragen, insbesondere drehfest, mit dem Nockenwellenrad 32 verbindbar oder verbunden sein. Die Freigabestellung, die Sperrstellung und die Koppelstellung sind drei voneinander unterschiedliche Stellungen des Bolzens 42, der die Stellungen einnehmen kann. Befindet sich der Bolzen 42 in der in 3 gezeigten Sperrstellung, so ragt der Bolzen in axialer Richtung der Nockenwelle 14 aus der Stelleinrichtung 24 heraus, und der auch als Stellerausgang bezeichnete Ausgang 34 ist mittels des Bolzens 42 drehfest mit dem Zylinderkopf verbunden, das heißt gegen den Zylinderkopf gekoppelt. In der Sperrstellung kann somit die Kurbelwelle 12 positioniert, das heißt in die Startposition gedreht werden.
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In der in 4 gezeigten Freigabestellung befindet sich der Bolzen 42 während des befeuerten Betriebs. Dies bedeutet, dass der Bolzen 42 in der Freigabestellung die Nockenwelle 14 für eine um die Drehachse 16 relativ zu dem Zylinderkopf erfolgende Drehung freigibt. Wie aus 4 erkennbar ist, ragt der Bolzen 42 beispielsweise in der Freigabestellung nicht aus der Stelleinrichtung 24 heraus. Bezogen auf die drei Stellungen ist beispielsweise die Freigabestellung eine axial mittlere Stellung des Bolzens 42. Der Bolzen 42 ist dann vollständig im Inneren des innen liegenden Rotors angeordnet. Der Rotor beziehungsweise der Ausgang 34 kann sich daher frei drehen, insbesondere gegen das auch als Stellergehäuse bezeichnete Gehäuse. Somit kann dann in einem Normalbetrieb der Nockenwelle 14 relativ zur Kurbelwelle 12 verstellt werden.
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Durch die Koppelstellung kann ein Notbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisiert werden beziehungsweise während eines Notbetriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 befindet sich der Bolzen 42 beispielsweise in der Koppelstellung. Die Koppelstellung ist eine axial vordere Stellung des Bolzens 42. Der Notbetrieb kann beispielsweise vorliegen, wenn nicht genügend Öldruck zur Betätigung der Stelleinrichtung 24 vorliegt oder wenn das Steuergerät einen elektronischen Fehler detektiert. In der Koppelstellung ragt der Bolzen 42 etwas aus der Stelleinrichtung 24 heraus, wodurch mittels der Bolzens 42 der innenliegende Rotor (Ausgang 34) gegen das außen liegende Gehäuse des Stellers verriegelt ist. Mit anderen Worten ist beispielsweise in der Koppelstellung des Bolzens 42 mittels der Bolzens 42 der innenliegende Rotor (34) drehfest mit dem Gehäuse beziehungsweise mit dem Eingang verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Kurbelwelle
- 14
- Nockenwelle
- 16
- Drehachse
- 18
- Nocken
- 20
- Gaswechselventil
- 22
- Steuertrieb
- 24
- Stelleinrichtung
- 26
- Aktor
- 28
- Zugmittel
- 30
- Kurbelwellenrad
- 32
- Nockenwellenrad
- 34
- Ausgang
- 36
- Abtriebsseite
- 38
- Bremse
- 40
- Kupplung
- 42
- Bolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004006337 A1 [0002]
- DE 102015208456 A1 [0006]
