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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
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Derartige Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge sind beispielsweise bereits der
DE 44 43 707 A1 , der
DE 10 2011 107 225 A1 und der
EP 2 561 247 B1 als bekannt zu entnehmen. Die jeweilige Verbrennungskraftmaschine ist als eine Reihen-Drei-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine, das heißt als ein Reihen-Dreizylinder ausgebildet, sodass die als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine genau drei in Reihe angeordnete Zylinder aufweist. In den Zylindern ist jeweils genau ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Außerdem offenbart die
DE 691 05 421 T2 einen Motor, der durch Variieren der Zeit zum Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen wahlweise im Zweitakt- oder Viertaktmodus betreibbar ist. Der
DE 10 2013 217 412 A1 ist eine Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Außerdem ist aus der
DE 10 2015 205 324 A1 eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass eine besonders gute Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
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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 4 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 eine besonders gute Laufruhe, das heißt ein besonders ruhiger Lauf der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in ihrem befeuerten Betrieb, realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet ist, den mittleren Zylinder, insbesondere in einem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, in einem Zwei-Takt-Betrieb und währenddessen die beiden anderen, äußeren Zylinder in einem Vier-Takt-Betrieb zu betreiben. Vorzugsweise lautet die Zündfolge 1-2-3-2-1-2-3-2 usw. Hierdurch können eine harmonische Zündfolge und ein besonders ruhiger Lauf der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, einen solch ruhigen Lauf der erfindungsgemäßen, als Reihen-Drei-Zylindermotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, welche so ruhig wie oder so ähnlich ruhig wie ein Reihen-Vier-Zylindermotor läuft. Somit kann ein besonders gutes, auch als NVH-Verhalten (NVH - Noise Vibration Harshness) bezeichnetes Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Insbesondere können durch die Erfindung unangenehme, im Fahrzeuginnenraum von Personen wahrnehmbare Fahrzeugresonanzen vermieden werden. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor ausgebildet.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Verfahren wird der mittlere Zylinder in einem Zwei-Takt-Betrieb betrieben, während die beiden anderen, äußeren Zylinder in einem Vier-Takt-Betrieb betrieben werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen; und
- 2 eine schematische und teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Kolbens der Verbrennungskraftmaschine.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht eine auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 10 für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Insbesondere sind in 1 schematisch und perspektivisch ein Kurbeltrieb 12 und ein Ventiltrieb 14 der Verbrennungskraftmaschine 10 gezeigt. Insbesondere anhand des Kurbeltriebs 12 ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 als ein Hubkolbenmotor und dabei als ein Reihen-Drei-Zylindermotor ausgebildet ist, welcher auch einfach als Reihen-Dreizylinder bezeichnet wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist somit genau drei in Reihe angeordnete Zylinder auf, die beispielsweise durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet beziehungsweise, insbesondere direkt, begrenzt sind. In den Zylindern ist jeweils genau ein Kolben 16, 18 beziehungsweise 20 translatorisch bewegbar aufgenommen. Da die drei Zylinder in Reihe angeordnet sind, sind die Zylinder entlang einer gedachten Geraden aufeinanderfolgend angeordnet, sodass einer der Zylinder entlang der Geraden zwischen den anderen beiden Zylindern angeordnet ist. Der eine Zylinder wird daher auch als mittlerer Zylinder oder Mittenzylinder bezeichnet, während die anderen beiden Zylinder als Randzylinder bezeichnet werden. Dabei ist der Kolben 18 translatorisch bewegbar in dem Mittenzylinder aufgenommen. Der Kolben 16 ist translatorisch bewegbar in einem ersten der Randzylinder angeordnet, und der Kolben 20 ist translatorisch bewegbar in dem zweiten Randzylinder angeordnet beziehungsweise aufgenommen.
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Um nun eine besonders gute Laufruhe, das heißt einen besonders ruhigen Lauf der Verbrennungskraftmaschine 10 insbesondere während ihres befeuerten Betriebs realisieren zu können, ist der in dem Mittenzylinder aufgenommene Kolben 18 als ein natriumgekühlter Stahlkolben ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Kolben 18 aus einem ersten Werkstoff gebildet, wobei der erste Werkstoff ein Stahl ist. Außerdem ist der Kolben 18 natriumgekühlt. Hierfür weist beispielsweise der Kolben 18 in seinem Inneren wenigstens eine insbesondere allumfangsseitig geschlossene, insbesondere direkt, durch den Kolben 18 begrenzte Aufnahme auf, in welcher, insbesondere flüssiges, Natrium angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung des Kolbens 18 kann an dem Kolben 18 im Vergleich zu den anderen Kolben 16 und 20 vorteilhaft eine Zusatzmasse realisiert werden, wodurch ein vorteilhafter Massenausgleich und somit ein besonders ruhiger Lauf der Verbrennungskraftmaschine 10 darstellbar ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Kolben 16 und der Kolben 20 aus dem gleichen, zweiten Werkstoff gebildet sind, wobei vorzugsweise der zweite Werkstoff ein von dem ersten Werkstoff unterschiedlicher Werkstoff ist. Insbesondere kann der zweite Werkstoff Aluminium beziehungsweise eine Aluminiumlegierung sein.
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Der Kurbeltrieb 12, welcher die Kolben 16, 18 und 20 umfasst, und somit die Verbrennungskraftmaschine weisen eine als Kurbelwelle 22 ausgebildete Abtriebswelle auf. Je Kolben 16, 18 beziehungsweise 20 weist die Kurbelwelle 22 genau einen in den Figuren nicht näher erkennbaren Hubzapfen auf, sodass die Kurbelwelle 22 genau drei Hubzapfen aufweist. An den jeweiligen Hubzapfen ist, insbesondere genau, ein jeweiliges Pleuel 24, 26 beziehungsweise 28 drehbar gelagert. Dabei ist das Pleuel 24 gelenkig mit dem Kolben 16 gekoppelt, sodass der Kolben 16 über das Pleuel 24 gelenkig mit der Kurbelwelle 22 gekoppelt ist. Das Pleuel 26 ist dem Kolben 18 zugeordnet und dabei gelenkig mit dem Kolben 18 gekoppelt, sodass der Kolben 18 über das Pleuel 26 gelenkig mit der Kurbelwelle 22 gekoppelt ist. Das Pleuel 28 ist dem Kolben 20 zugeordnet und dabei gelenkig mit dem Kolben 20 gekoppelt, sodass der Kolben 20 über das Pleuel 28 gelenkig mit der Kurbelwelle 22 gekoppelt ist. Durch diese gelenkige Kopplung der Kolben 16, 18 und 20 mit der Kurbelwelle 22 können die translatorischen Bewegungen der Kolben 16, 18 und 20 in den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 22 umgewandelt werden, welche um eine Kurbelwellendrehachse relativ zu dem zuvor genannten Kurbelgehäuse drehbar ist.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Kurbelwelle 22 als eine sogenannte Flat-Plane-Kurbelwelle ausgebildet ist, deren Axialrichtung in einer gedachten Ebene verläuft, in welcher die drei Hubzapfen der Kurbelwelle 22 angeordnet sind beziehungsweise verlaufen. Somit sind die Hubzapfen in um die axiale Richtung der Kurbelwelle 22 verlaufender Umfangsrichtung der Kurbelwelle 22 paarweise um 180 Grad versetzt zueinander angeordnet. Außerdem ist die Verbrennungskraftmaschine 10 dazu ausgebildet, den mittleren Zylinder in einem Zwei-Takt-Betrieb und währenddessen die Randzylinder in einem Vier-Takt-Betrieb zu betreiben. Mit anderen Worten, in dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 wird der Mittenzylinder zwei-taktend betrieben, während die Randzylinder vier-taktend betrieben werden.
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Dem jeweiligen Zylinder sind genau vier Gaswechselventile 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeordnet. Jeweils genau zwei von den jeweils genau vier dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Gaswechselventile 30 sind Einlassventile, und jeweils genau zwei der jeweils genau vier dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Gaswechselventile sind Auslassventile. Die Einlassventile werden zusammenfassend auch als erste Ventilart bezeichnet, und die Auslassventile werden zusammenfassend auch als zweite Ventilart bezeichnet. Dabei weisen der Ventiltrieb 14 und somit die Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere genau, zwei Nockenwellen 32 auf. Eine der Nockenwellen 32 ist der ersten Ventilart zugeordnet, und die andere Nockenwelle 32 ist der zweiten Ventilart zugeordnet. Dies bedeutet, dass die erste Ventilart mittels der einen Nockenwelle 32 und die andere Ventilart mittels der anderen Nockenwelle 32 betätigbar sind.
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Die jeweilige Nockenwelle 32 ist, insbesondere über einen Steuertrieb, von der Kurbelwelle 22 antreibbar und um eine jeweilige Nockenwellendrehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar. Dreht sich die Kurbelwelle 22 mit einer ersten Drehzahl um die Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse, so wird dadurch die jeweilige Nockenwelle 32 mit einer zweiten Drehzahl um die jeweilige Nockenwellendrehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse gedreht. Dabei ist die zweite Drehzahl halb so groß wie die erste Drehzahl. Mit anderen Worten beträgt die zweite Drehzahl die Hälfte der ersten Drehzahl. Um nun den Mittenzylinder, insbesondere in dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zwei-taktend und währenddessen die Randzylinder vier-taktend zu betreiben, weist die jeweilige Nockenwelle 32 je Gaswechselventil, welches dem jeweiligen Randzylinder zugeordnet ist, insbesondere genau, einen Nocken mit, insbesondere genau, einer Nockenerhebung auf. Außerdem weist beispielsweise die jeweilige Nockenwelle 32 je Gaswechselventil, welches dem Mittenzylinder zugeordnet ist, insbesondere genau, einen Nocken mit, insbesondere genau, zwei Nockenerhebungen auf. Hierdurch wird das jeweilige, dem jeweiligen Randzylinder zugeordnete Gaswechselventil innerhalb einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle 22 genau einmal betätigt, und das jeweilige, dem Mittenzylinder zugeordnete Gaswechselventil wird innerhalb einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle 22 genau zweimal betätigt. Dadurch können die Randzylinder vier-taktend und gleichzeitig der Mittenzylinder zwei-taktend betrieben werden. Alternativ wäre es denkbar, für das jeweilige, dem Mittenzylinder zugeordnete Gaswechselventil ein Nockenelement mit insbesondere genau einer Nockenerhebung zuzuordnen, wobei das Nockenelement insbesondere um die jeweilige Kurbelwellendrehachse relativ zu der jeweiligen Kurbelwelle 22 drehbar ist und mit dem Doppelten der zweiten Drehzahl und somit mit der ersten Drehzahl gedreht wird, wenn sich die Kurbelwelle 22 mit der ersten Drehzahl dreht.
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2 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Perspektivansicht den in dem Mittenzylinder translatorisch bewegbar aufgenommenen Kolben 16. Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass der als natriumgekühlter Stahlkolben ausgebildete Kolben 16 wenigstens oder genau zwei Aufnahmen 34 aufweist, welche vorzugsweise allumfangsseitig geschlossen oder insbesondere direkt durch den Kolben 16 begrenzt sein können. In der jeweiligen Aufnahme 34 ist, insbesondere flüssiges, Natrium aufgenommen, welches beispielsweise zirkulieren kann beziehungsweise während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 zirkuliert und hierdurch vorteilhaft Wärme aus einem jeweiligen ersten Bereich des Kolbens 16 abtransportiert. Hierdurch kann eine vorteilhafte Kühlung des Kolbens 16 gewährleistet werden. Des Weiteren weist der Kolben 16, insbesondere in seinem Kolbenboden, vorzugsweise einen Kühlkanal 36 auf, welcher sich in Umfangsrichtung des Kolbens 16 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, erstrecken kann. Beispielsweise kann ein Kühlmittel wie beispielsweise 01 in den Kühlkanal 36 eingespritzt werden, um dadurch den Kolben 16 besonders vorteilhaft kühlen zu können.
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Aus 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Aufnahme 34 zumindest im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist. Die im Rahmen einer Herstellung des Kolbens 16 zunächst an genau einem ihrer Enden offene Aufnahme 34 wird mittels eines Stopfens 38 verschlossen, nachdem das Natrium in die jeweilige Aufnahme 34 eingebracht wurde. In der Folge ist die jeweilige Aufnahme 34, insbesondere allumfangsseitig, geschlossen oder verschlossen, sodass das Natrium nicht unerwünschterweise aus der jeweiligen Aufnahme 34 entweichen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Kurbeltrieb
- 14
- Ventiltrieb
- 16
- Kolben
- 18
- Kolben
- 20
- Kolben
- 22
- Kurbelwelle
- 24
- Pleuel
- 26
- Pleuel
- 28
- Pleuel
- 30
- Gaswechselventile
- 32
- Nockenwelle
- 34
- Aufnahme
- 36
- Kühlkanal
- 38
- Stopfen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4443707 A1 [0002]
- DE 102011107225 A1 [0002]
- EP 2561247 B1 [0002]
- DE 69105421 T2 [0002]
- DE 102013217412 A1 [0002]
- DE 102015205324 A1 [0002]
