DE102021124416A1

DE102021124416A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021124416A1
Application number: DE102021124416.1A
Authority: DE
Inventors: Carlo Jobst; Achim Lange
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2023-03-23
Also published as: WO2023046753A1; CN118019900A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die über einen Zylinder (2), eine Kurbelwelle (3) sowie eine über einen Nockenwellensteller (11, 12) antriebstechnisch an die Kurbelwelle (3) angeschlossene Nockenwelle (4, 5) verfügt, wobei die Nockenwelle (4, 5) zumindest zeitweise ein Gaswechselventil (8, 9) des Zylinders (2) betätigt. Dabei ist vorgesehen, dass der Nockenwellensteller (11, 12) zumindest zeitweise derart angesteuert wird, dass sich eine Länge eines Öffnungszeitraum des Gaswechselventils (8, 9) verändert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die über einen Zylinder, eine Kurbelwelle sowie eine über einen Nockenwellensteller antriebstechnisch an die Kurbelwelle angeschlossene Nockenwelle verfügt, wobei die Nockenwelle zumindest zeitweise ein Gaswechselventil des Zylinders betätigt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 1 747 366 B1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, welche zumindest zwei jeweils mit Ein- und Auslassventil versehene Zylinder aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass zur Erhöhung der Zylinderfüllung mit Frischgas bei einem Gaswechsel für zumindest einen Zylinder eine Auslasseventzeit und eine Überschneidungsphase von Ein- und Auslasseventzeit gewählt wird, bei der das Auslassventil geschlossen wird, bevor der Druck auf der Auslassseite den Druck auf der Einlassseite übersteigt.
Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 10 2017 200 824 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Ventilverstellung, mit folgenden Schritten: Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Betriebscharakteristik eines Ladungswechselventils abhängig von einer Korrekturgröße, die eine Phasenlänge einer Öffnungsphase des Ladungswechselventils bestimmt; Umschalten der Betriebscharakteristik des Ladungswechselventils; Anpassen der Korrekturgröße abhängig von einem Verlauf der Drehzahl vor und nach der Umschaltung der Betriebscharakteristik des Ladungswechselventils.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere einen flexiblen Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Effizienz ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Nockenwellensteller zumindest zeitweise derart angesteuert wird, dass sich eine Länge eines Öffnungszeitsraums des Gaswechselventils verändert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Verfahren dient zum Betreiben der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise Bestandteil einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, kann jedoch selbstständig auch separat von einer solchen vorliegen. Sie dient grundsätzlich dem Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments, welches beispielsweise auf ein Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtet ist. Die Brennkraftmaschine weist zumindest den Zylinder, die Kurbelwelle und die Nockenwelle auf. In dem Zylinder ist ein Kolben der Brennkraftmaschine verlagerbar angeordnet, welcher antriebstechnisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, insbesondere über wenigstens eine Pleuelstange. Der Kolben schließt mit einer Zylinderwand des Zylinders und einem Zylinderdach des Zylinders einen Brennraum ein.
An den Zylinder, insbesondere an den Brennraum, ist das Gaswechselventil strömungstechnisch angeschlossen. Das Gaswechselventil kann entweder als Einlassventil oder als Auslassventil ausgestaltet sein. In jedem Fall liegt es strömungstechnisch zwischen einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine und dem Brennraum vor, wobei eine Strömungsverbindung bei teilweise geöffnetem Gaswechselventil hergestellt und bei geschlossenem Gaswechselventil unterbrochen ist.
Im Falle einer Ausgestaltung des Gaswechselventils als Einlassventil dient das Einlassventil dem Einlassen von Frischgas in den Brennraum. Bei zumindest teilweise geöffnetem Gaswechselventil kann insoweit Frischgas aus einem Frischgastrakt der Brennkraftmaschine in den Brennraum einströmen. Bei geschlossenem Gaswechselventil ist die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Frischgastrakt und dem Brennraum unterbunden.
Ist das Gaswechselventil als Auslassventil ausgestaltet, so ist es strömungstechnisch zwischen dem Brennraum und einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet. Bei zumindest teilweise geöffnetem Gaswechselventil kann Abgas aus dem Brennraum in Richtung des Abgastrakt strömen und nachfolgend aus der Brennkraftmaschine abgeführt werden. Bei geschlossenem Gaswechselventil ist wiederum die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Brennraum und dem Abgastrakt unterbunden.
Die Betätigung des Gaswechselventils erfolgt mithilfe der Nockenwelle. Die Nockenwelle verfügt über wenigstens einen Nocken, der zumindest zeitweise das Gaswechselventil betätigt. Solange der Nocken auf das Gaswechselventil einwirkt, öffnet sich das Gaswechselventil beziehungsweise bleibt geöffnet. Ist der Nocken abseits des Gaswechselventils angeordnet, so ist das Gaswechselventil geschlossen. Der Nocken ist derart ausgestaltet, dass sich das Gaswechselventil bei einer ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle zu öffnen beginnt und bei einer auf die erste Drehwinkelstellung folgenden zweiten Drehwinkelstellung der Nockenwelle gerade geschlossen ist.
Die Nockenwelle wird von der Kurbelwelle angetrieben. Zu diesem Zweck ist die Nockenwelle antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden, nämlich über den Nockenwellensteller. Zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle liegt ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis vor, nämlich üblicherweise 2 zu 1. Das bedeutet, dass die Drehzahl der Kurbelwelle doppelt so groß ist wie die Drehzahl der Nockenwelle. Mithilfe des Nockenwellenstellers lässt sich eine Phasenlage der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle einstellen beziehungsweise verändern. Bei gegebener Drehwinkelstellung der Kurbelwelle lässt sich also die Drehwinkelstellung der Nockenwelle innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereichs mithilfe des Nockenwellenstellers verstellen.
Die Steuerzeiten des Gaswechselventils sind von der Ausgestaltung der Nockenwelle beziehungsweise des Nockens abhängig. Unter den Steuerzeiten sind insbesondere ein Öffnungszeitpunkt und ein Schließzeitpunkt zu verstehen, wobei das Gaswechselventil an dem Öffnungszeitpunkt gerade geöffnet und an dem Schließzeitpunkt gerade geschlossen ist und zwischen dem Öffnungszeitpunkt und dem Schließzeitpunkt durchgehend wenigstens teilweise geöffnet ist. Ein Öffnungszeitraum, über welchen hinweg das Gaswechselventil geöffnet ist und der sich von dem Öffnungszeitpunkt bis hin zu dem Schließzeitpunkt erstreckt, ist insoweit maßgeblich abhängig von der Ausgestaltung und der Drehzahl der Nockenwelle. Der Öffnungszeitpunkt, der Schließzeitpunkt und die Dauer beziehungsweise Länge des Öffnungszeitraums werden vorzugsweise bezogen auf eine Drehwinkelstellung der Kurbelwelle angegeben, also in ° KW.
Bezogen auf die Drehwinkelstellung der Kurbelwelle lassen sich die Steuerzeiten mithilfe des Nockenwellenstellers anpassen, wobei lediglich eine Verschiebung der Steuerzeiten erfolgen kann. Die Länge des Öffnungszeitraums bleibt stets identisch. Das bedeutet, dass die Steuerzeiten des Gaswechselventils bei der Auslegung der Brennkraftmaschine festgelegt und nachfolgend nur noch gemeinsam verschoben werden können, nämlich durch entsprechendes Ansteuern des Nockenwellenstellers. Ein Anpassen des Öffnungszeitpunkt zieht hierbei stets ein Anpassen auch des Schließzeitpunkts nach sich, sodass keine Anpassung der Länge des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils möglich ist. Eine solche würde jedoch eine deutliche Erhöhung der Effizienz der Brennkraftmaschine ermöglichen, vor allem während eines Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine.
Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, den Nockenwellensteller derart anzusteuern, dass sich die Länge des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils verändert, insbesondere regelmäßig, also bei aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine. Das Ansteuern des Nockenwellenstellers erfolgt beispielsweise derart, dass der Öffnungszeitraum verlängert oder verkürzt wird. Zusätzlich kann der Nockenwellensteller dazu verwendet werden, das Gaswechselventil früher oder später zu öffnen und/oder früher oder später zu schließen, sodass auch eine Anpassung des Öffnungszeitpunkts und/oder des Schließzeitpunkts erfolgt.
Der Nockenwellensteller wird also nicht - wie bei bekannten Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine - lediglich herangezogen, um den Öffnungszeitraum zu verschieben, sondern es erfolgt ein Verändern der Dauer beziehungsweise der Länge des Öffnungszeitraums. Hierzu wird ein Nockenwellensteller herangezogen, welcher eine entsprechende Verstellung der Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle vornehmen kann, insbesondere ein Verstellen der Phasenlage mehrmals pro Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine.
Bevorzugt wird der Nockenwellensteller elektrisch betrieben, weist also beispielsweise einen Elektromotor auf, mittels welchem die Phasenlage eingestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor als Servomotor ausgestaltet. Der Öffnungszeitraum des Gaswechselventils wird unter Verwendung des Nockenwellenstellers bevorzugt derart verstellt, dass ein Ladungswechselverlust der Brennkraftmaschine reduziert wird und/oder dass sich eine Füllung des Zylinders mit Frischgas erhöht, jeweils gegenüber einer Vorgehensweise, bei welcher der Nockenwellensteller nicht zum Verändern der Länge des Öffnungszeitraums angesteuert wird. Hierdurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
Der Nockenwellensteller ist bevorzugt einerseits für das rasche Einstellen der Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ausgestaltet und andererseits für ein Ermitteln dieser Phasenlage mit hoher Genauigkeit. Hierzu ist beispielsweise ein entsprechender Sensor vorgesehen. Vorzugsweise wird der Nockenwellensteller mittels eines Steuergeräts angesteuert, welches eine tatsächlich vorliegende Istphasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle auf eine ermittelte Sollphasenlage einstellt. Beispielsweise wird hierbei die ist Istphasenlage auf die Sollphasenlage geregelt. Die Istphasenlage wird insbesondere mithilfe des erwähnten Sensors gemessen.
Das Steuergerät ist dazu vorgesehen und ausgestaltet, eine Solllänge des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils zu ermitteln, bei welcher für den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine die maximale Effizienz erzielt wird. Anschließend wird der Nockenwellensteller derart angesteuert, dass die Länge des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils dieser Solllänge entspricht. Folglich wird die erwähnte hohe Effizienz der Brennkraftmaschine ohne zusätzliche und aufwändige Maßnahmen, wie beispielsweise einem variablen Ventiltrieb oder dergleichen, erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gaswechselventil bei einer definierten und gleichbleibenden ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das Gaswechselventil zum Öffnen und bei einer definierten und gleichbleibenden zweiten Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das Gaswechselventil zum Schließen betätigt wird. Beispielsweise beginnt sich das Gaswechselventil bei der ersten Drehwinkelstellung zu öffnen und ist bei der zweiten Drehwinkelstellung gerade wieder geschlossen. Die erste Drehwinkelstellung und die zweite Drehwinkelstellung sind Drehwinkelstellungen der Nockenwelle und sind unveränderbar. Die Brennkraftmaschine ist also derart ausgestaltet, dass das Gaswechselventil stets über denselben Drehwinkelstellungsbereich der Nockenwelle geöffnet ist, welche sich von der ersten Drehwinkelstellung bis hin zu der zweiten Drehwinkelstellung erstreckt. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine keine aufwendigen Maßnahmen beispielsweise zur Anpassung des Gaswechselventils vornimmt, um den Öffnungszeitraum bezüglich der Drehwinkelstellung der Nockenwelle anzupassen. Vielmehr ist dieser bezogen auf die Drehwinkelstellung der Nockenwelle stets gleich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einer vor der ersten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle der Nockenwellensteller zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle in Richtung der ersten Drehwinkelstellung, insbesondere bis auf eine zwischen der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung liegende Drehwinkelstellung, angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil geöffnet wird. Der Öffnungszeitraum des Gaswechselventils beginnt erst bei Erreichen der ersten Drehwinkelstellung durch die Istdrehwinkelstellung. Mithilfe des Nockenwellenstellers kann jedoch die Istdrehwinkelstellung derart angepasst werden, dass sich das Gaswechselventil früher öffnet.
Hierzu wird bei einer Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle, welche vor der ersten Drehwinkelstellung liegt, die Istdrehwinkelstellung in diejenige Richtung verstellt, welche zum rascheren Öffnen des Gaswechselventils führt, also in Richtung der ersten Drehwinkelstellung beziehungsweise über die erste Drehwinkelstellung hinaus in Richtung der auf die erste Drehwinkelstellung folgenden zweiten Drehwinkelstellung. Bevorzugt wird die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle von der vor der ersten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung mithilfe des Nockenwellenstellers derart eingestellt, dass sie nachfolgend genau der ersten Drehwinkelstellung entspricht oder zwischen der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung liegt. Entsprechend wird das Gaswechselventil früher geöffnet als ohne ein solches Verstellen des Istdrehwinkels.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einer vor der ersten Drehwinkelstellung liegenden oder der ersten Drehwinkelstellung entsprechenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle der Nockenwellensteller zum Verstellen in die von der ersten Drehwinkelstellung abgewandte Richtung oder zum Konstanthalten der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil geschlossen gehalten wird. Anders ausgedrückt wird die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle mithilfe des Nockenwellenstellers derart angepasst, dass das Gaswechselventil länger geschlossen bleibt als ohne das Anpassen der Istdrehwinkelstellung. Entsprechend wird bei einer derartigen Ansteuerung des Nockenwellenstellers die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle entweder konstant gehalten oder in die von der ersten Drehwinkelstellung abgewandte Richtung verstellt. Auch diese Vorgehensweise ermöglicht eine einfache Veränderung des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils mithilfe des Nockenwellenstellers.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einer nach der ersten Drehwinkelstellung und vor der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle der Nockenwellensteller zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle in Richtung der ersten Drehwinkelstellung oder zum Konstanthalten der Drehwinkelstellung angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil geöffnet bleibt. Liegt die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle zwischen der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung, so ist das Gaswechselventil geöffnet. Um das Gaswechselventil offen zu halten, insbesondere länger offen zu halten als ohne das Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle, wird die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle mithilfe des Nockenwellenstellers in Richtung der ersten Drehwinkelstellung angesteuert, also in die von der zweiten Drehwinkelstellung abgewandte Richtung. Alternativ kann der Nockenwellenstellers selbstverständlich wiederum zum Konstanthalten der Istdrehwinkelstellung auf der zwischen der ersten Drehwinkelstellung der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Drehwinkelstellung angesteuert werden. Wiederum wird auf einfache Art und Weise mithilfe des Nockenwellenstellers der Öffnungszeitraum des Gaswechselventils verändert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einer nach der ersten Drehwinkelstellung und vor der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle der Nockenwellensteller zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle in Richtung der zweiten Drehwinkelstellung oder über die zweite Drehwinkelstellung hinaus angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil geschlossen wird. Mit der beschriebenen Vorgehensweise kann das Gaswechselventil früher geschlossen werden als ohne das Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle. Bei der zwischen der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle ist das Gaswechselventil geöffnet. Um das Gaswechselventil zu schließen oder jedenfalls früher zu schließen, wird nun der Nockenwellenstellers derart betrieben, dass der Istdrehwinkel der Nockenwelle in Richtung der zweiten Drehwinkelstellung oder sogar über diese hinaus verändert wird. Das bedeutet, dass ein rascheres Schließen des Gaswechselventils wiederum allein mithilfe des Nockenwellenstellers umgesetzt wird. Hieraus resultiert insbesondere ein kürzerer Öffnungszeitraum des Gaswechselventils.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellen der Istdrehwinkelstellung mit einem bestimmten Gradient über der Zeit erfolgt, der in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gewählt wird. Je höher die Windgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist, umso höher ist grundsätzlich auch die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle. Entsprechend ist es notwendig, das Verstellen der Istdrehwinkelstellung mit an die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angepasster Geschwindigkeit vorzunehmen, insbesondere falls das Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle mittels des Nockenwellenstellers erfolgt, während sie zwischen der ersten Drehwinkelstellung und der zweiten Drehwinkelstellung liegt. Hierdurch kann beispielsweise gezielt das Gaswechselventil offen gehalten werden. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht einen angepassten Betrieb des Nockenwellenstellers, sodass dessen Belastung möglichst gering gehalten wird und lediglich bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle ansteigt. Hierdurch wird einem übermäßigen Verschleiß des Nockenwellenstellers entgegengewirkt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Nockenwellensteller nach dem Schließen des Gaswechselventils zum Verändern der Istdrehwinkelstellung entgegen dem zuvor vorgenommenen Verstellen angesteuert wird, insbesondere um die gleiche Drehwinkeldifferenz. Aufgrund des Verstellens der Istdrehwinkelstellung verändert sich die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ausgehend von einem Ausgangswert. Durch das Verstellen wird der Öffnungszeitraum des Gaswechselventils verändert, insbesondere auf die bereits beschriebene Art und Weise.
Da sich hieraus die Veränderungen der Phasenlage ergibt, ist es sinnvoll oder sogar notwendig, die Phasenlage wieder auf ihren Ausgangswert einzustellen. Dies erfolgt nach dem Schließen des Gaswechselventils, nämlich insbesondere derart, dass keine Betätigung des Gaswechselventils, beispielsweise aufgrund eines zu schnellen Verstellens des Istdrehwinkels, auftritt. Um die Phasenlage auf den Ausgangswert einzustellen, erfolgt das Verändern der Istdrehwinkelstellung bevorzugt um die gleiche Drehwinkeldifferenz, um welche sie zuvor zum Verändern der Länge des Öffnungszeitraums des Gaswechselventils angepasst wurde. Eine solche Vorgehensweise ist vor allem dann sinnvoll, falls die Brennkraftmaschine über mehrere Zylinder verfügt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine zumindest einmal in Richtung einer größeren Istdrehwinkelstellung und zumindest einmal in Richtung einer kleineren Istdrehwinkelstellung verstellt wird, insbesondere um die gleiche Drehwinkeldifferenz. Das Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine erstreckt sich über alle Takte hinweg, im Falle einer Viertakt-Brennkraftmaschine also über den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt.
Innerhalb des Arbeitsspiels wird die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle mehrmals mithilfe des Nockenwellenstellers verändert, nämlich einmal in Richtung der größeren Istdrehwinkelstellung und einmal in Richtung der kleineren Istdrehwinkelstellung, wobei die Reihenfolge hierbei ohne Belang ist. Vorzugsweise erfolgt das Verstellen um die gleiche Drehwinkeldifferenz, sodass einmal ein Verstellen der Istdrehwinkelstellung und einmal ein Rückstellen der Istdrehwinkelstellung umgesetzt wird. Besonders bevorzugt wird diese Vorgehensweise für mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsspiele, insbesondere für alle Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine, umgesetzt. Hierdurch ist eine regelmäßige Anpassung der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle innerhalb des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine mehrmals in Richtung der größeren Istdrehwinkelstellung und ebenso häufig in Richtung der kleineren Istdrehwinkelstellung verstellt wird, insbesondere jeweils um die gleiche Drehwinkeldifferenz, sodass ein Pendelbetrieb des Nockenwellenstellers vorliegt. Insoweit erfolgt mithilfe des Nockenwellenstellers ein (mehrfaches) Hin- und her Verstellen der Istdrehwinkelstellung während jedes Arbeitsspiels.
Hierbei ist von Bedeutung, dass auf jedes Verstellen ein Rückstellen der Istdrehwinkelstellung erfolgt, wobei das Verstellen beispielsweise in Richtung der größeren Istdrehwinkelstellung und das Rückstellen in Richtung der kleineren Istdrehwinkelstellung oder umgekehrt erfolgt. Das Verstellen und Rückstellen erfolgt bevorzugt jeweils um die gleiche Drehwinkeldifferenz. Hierdurch ist der Pendelbetrieb des Nockenwellenstellers umgesetzt, sodass eine entsprechende Eigenschaft des Elektromotors gewinnbringend genutzt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zylinder als erster Zylinder und das Gaswechselventil als erstes Gaswechselventil vorliegt und die Brennkraftmaschine zusätzlich einen zweiten Zylinder mit einem zweiten Gaswechselventil aufweist, das zumindest zeitweise von der Nockenwelle betätigt wird, wobei das zweite Gaswechselventil bei einer definierten und gleichbleibenden ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das zweite Gaswechselventil zum Öffnen und bei einer definierten und gleichbleibenden zweiten Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das zweite Gaswechselventil zum Schließen betätigt wird.
Die Brennkraftmaschine weist also mehrere Zylinder auf, für welche das beschriebene Verfahren jeweils umgesetzt wird. Selbstredend kann die Brennkraftmaschine über eine beliebige Anzahl an Zylindern verfügen. Die Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung können insoweit für jeden der Zylinder der Brennkraftmaschine analog herangezogen werden. Die erste Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das zweite Gaswechselventil unterscheidet sich von der ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle für das erste Gaswechselventil. Ebenso verhält es sich für die zweite Drehwinkelstellung. Das erste Gaswechselventil und das zweite Gaswechselventil werden insoweit nacheinander von der Nockenwelle zum Öffnen angesteuert.
Hierbei ist die Nockenwelle derart ausgestaltet, dass die erste Drehwinkelstellung für das zweite Gaswechselventil nach der zweiten Drehwinkelstellung für das erste Gaswechselventil liegt, sodass das zweite Gaswechselventil erst zum Öffnen angesteuert wird, wenn das erste Gaswechselventil wieder geschlossen ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Nockenwellensteller derart angesteuert wird, dass das erste Gaswechselventil und das zweite Gaswechselventil bezogen auf eine Drehwinkelstellung der Kurbelwelle gleich lang geöffnet sind, wobei insbesondere für zumindest einige aufeinanderfolgende Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine ein Verhältnis zwischen einer Öffnungsdauer des ersten Gaswechselventils und einer Öffnungsdauer des zweiten Gaswechselventils konstant gehalten wird. Es ist vorgesehen, den Nockenwellensteller zum Verändern des Öffnungszeitraum jedes der Gaswechselventile anzusteuern.
Beispielsweise wird also mittels des Nockenwellenstellers für jedes der Gaswechselventil die Istdrehwinkelstellung bei zwischen der jeweiligen ersten Drehwinkelstellung und der jeweiligen zweiten Drehwinkelstellung liegender Istdrehwinkelstellung in Richtung der ersten Drehwinkelstellung mittels des Nockenwellenstellers angepasst, um das Gaswechselventil länger offen zu halten. Nach dem Schließen des jeweiligen Gaswechselventils erfolgt das Zurückstellen der Istdrehwinkelstellung, sodass das jeweils andere Gaswechselventil nicht beeinflusst wird, insbesondere kein späteres Öffnen des Gaswechselventils auftritt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Brennkraftmaschine über einen Zylinder, eine Kurbelwelle sowie eine über einen Nockenwellensteller antriebstechnisch an die Kurbelwelle angeschlossene Nockenwelle verfügt, und wobei die Nockenwelle zumindest zeitweise ein Gaswechselventil des Zylinders betätigt. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, den Nockenwellensteller zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass sich eine Länge eines Öffnungszeitraums des Gaswechselventils verändert.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren 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. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1, welche einen Zylinder 2, eine Kurbelwelle 3 sowie eine Nockenwelle 4 und eine Nockenwelle 5 aufweist. In dem Zylinder 2 ist ein Kolben 6 längsbeweglich angeordnet und über eine Pleuelstange 7 mit der Kurbelwelle 3, insbesondere mit einem Hubzapfen der Kurbelwelle 3, antriebstechnisch gekoppelt. Die Kurbelwelle 3 setzt eine lineare Bewegung des Kolbens 6 in eine Drehbewegung um.
Die Nockenwellen 4 und 5 dienen der Betätigung von Gaswechselventilen 8 und 9, die dem Zylinder 2 zugeordnet sind. Insbesondere sind die Gaswechselventile 8 und 9 strömungstechnisch an einen Brennraum 10 angebunden, welcher von Zylinderwänden 2, einem Zylinderdach sowie dem Kolben 6 gemeinsam begrenzt ist. Das Gaswechselventil 8 liegt beispielsweise als Einlassventil und das Gaswechselventil 9 als Auslassventil vor. Entsprechend ist der Brennraum 10 über das Gaswechselventil 8 an einen Einlasstrakt und über das Gaswechselventil 9 an einem Auslasstrakt der Brennkraftmaschine 1 strömungstechnisch angebunden, welche hier nicht näher dargestellt sind.
Die Nockenwelle 4 kann entsprechend auch als Einlassnockenwelle und die Nockenwelle 5 als Auslassnockenwelle bezeichnet werden. Die Nockenwellen 4 und 5 sind jeweils antriebstechnisch mit der Kurbelwelle 3 verbunden und werden von dieser angetrieben. Jede der Nockenwellen 4 und 5 ist jeweils über einen hier lediglich angedeuteten Nockenwellensteller 11 beziehungsweise 12 antriebstechnisch angebunden. Mithilfe der Nockenwellensteller 11 und 12 kann eine jeweilige Phasenlage zwischen den Nockenwellen 4 und 5 einerseits und der Kurbelwelle 3 andererseits angepasst werden.
Es ist nun vorgesehen, wenigstens einen der Nockenwellensteller 11 und 12 dazu zu verwenden beziehungsweise derart anzusteuern, dass sich ein Öffnungszeitraum des jeweiligen Gaswechselventils 8 beziehungsweise 9 verändert. Beispielsweise erfolgt das Ansteuern des Nockenwellenstellers 11 oder 12 derart, dass das entsprechende Gaswechselventil 8 beziehungsweise 9 länger offengehalten wird. Hierdurch ist unter Verwendung des Nockenwellenstellers 11 beziehungsweise 12 ein besonders energieeffizienter Betrieb der Brennkraftmaschine 1 möglich.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinder
3: Kurbelwelle
4: Nockenwelle
5: Nockenwelle
6: Kolben
7: Pleuelstange
8: Gaswechselventil
9: Gaswechselventil
10: Brennraum
11: Nockenwellensteller
12: Nockenwellensteller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1747366 B1 [0002]
DE 102017200824 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die über einen Zylinder (2), eine Kurbelwelle (3) sowie eine über einen Nockenwellensteller (11, 12) antriebstechnisch an die Kurbelwelle (3) angeschlossene Nockenwelle (4, 5) verfügt, wobei die Nockenwelle (4, 5) zumindest zeitweise ein Gaswechselventil (8, 9) des Zylinders (2) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellensteller (11, 12) zumindest zeitweise derart angesteuert wird, dass sich eine Länge eines Öffnungszeitraum des Gaswechselventils (8, 9) verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (8, 9) bei einer definierten und gleichbleibenden ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) für das Gaswechselventil (8, 9) zum Öffnen und bei einer definierten und gleichbleibenden zweiten Drehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) für das Gaswechselventil (8, 9) zum Schließen betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vor der ersten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) der Nockenwellensteller (11, 12) zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) in Richtung der ersten Drehwinkelstellung angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil (8, 9) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vor der ersten Drehwinkelstellung liegenden oder der ersten Drehwinkelstellung entsprechenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) der Nockenwellensteller (11, 12) zum Verstellen in die von der ersten Drehwinkelstellung abgewandte Richtung oder zum Konstanthalten der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil (8, 9) geschlossen gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nach der ersten Drehwinkelstellung und vor der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) der Nockenwellensteller (11, 12) zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) in Richtung der ersten Drehwinkelstellung oder zum Konstanthalten der Istdrehwinkelstellung angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil geöffnet bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nach der ersten Drehwinkelstellung und vor der zweiten Drehwinkelstellung liegenden Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) der Nockenwellensteller (11, 12) zum Verstellen der Istdrehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) in Richtung der zweiten Drehwinkelstellung oder über die zweite Drehwinkelstellung hinaus angesteuert wird, sodass das Gaswechselventil (8, 9) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellensteller (11, 12) nach dem Schließen des Gaswechselventils (8, 9) zum Verändern der Istdrehwinkelstellung entgegen dem zuvor vorgenommenen Verstellen angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) als erster Zylinder und das Gaswechselventil (8, 9) als erstes Gaswechselventil vorliegt und die Brennkraftmaschine (1) zusätzlich einen zweiten Zylinder mit einem zweiten Gaswechselventil aufweist, das zumindest zeitweise von der Nockenwelle (4, 5) betätigt wird, wobei das zweite Gaswechselventil bei einer definierten und gleichbleibenden ersten Drehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) für das zweite Gaswechselventil zum Öffnen und bei einer definierten und gleichbleibenden zweiten Drehwinkelstellung der Nockenwelle (4, 5) für das zweite Gaswechselventil zum Schließen betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellensteller (11, 12) derart angesteuert wird, dass das erste Gaswechselventil (8, 9) und das zweite Gaswechselventil bezogen auf eine Drehwinkelstellung der Kurbelwelle (3) gleich lang geöffnet sind.
Brennkraftmaschine (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (1) über einen Zylinder (2), eine Kurbelwelle (3) sowie eine über einen Nockenwellensteller (11, 12) antriebstechnisch an die Kurbelwelle (3) angeschlossene Nockenwelle (4, 5) verfügt, und wobei die Nockenwelle (4, 5) zumindest zeitweise ein Gaswechselventil (8, 9) des Zylinders (2) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, den Nockenwellensteller (11, 12) zumindest zeitweise derart anzusteuern, dass sich eine Länge eines Öffnungszeitraums des Gaswechselventils (8, 9) verändert.