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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Unter einer Brennkraftmaschine wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere eine Maschine verstanden, in der ein Brennstoff - beispielsweise Diesel oder Benzin - verbrannt wird, wobei die Verbrennungsenergie in mechanische Arbeit umgesetzt wird, mit der das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann.
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Aus
DE 10 2008 006 777 B4 ist eine Brennkraftmaschine mit einer pneumatischen Ventilfeder bekannt. Bei niedrigen Drehzahlen wird der Innendruck der pneumatischen Ventilfeder abgesenkt. Bei höheren Drehzahlen wird er erhöht. Zu diesem Zweck ist die Ventilfeder mit einem Gasspeicher fluidisch verbunden.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Federkraft variabler einstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Brennkraftmaschine umfasst einen Brennraum, ein Ventil und eine Gasdruckfeder. Im Brennraum kann beispielsweise ein Brennstoff verbrannt werden. Durch die Verbrennungsenergie kann das Kraftfahrzeug angetrieben werden. Das Ventil gibt eine Öffnung des Brennraums frei, wenn das Ventil in einer ersten Stellung ist. Das Ventil verschließt den Brennraum, wenn das Ventil in einer zweiten Stellung ist. Das Ventil ist von der ersten in die zweite Stellung und umgekehrt überführbar. Die Gasdruckfeder übt eine Federkraft aus, die das Ventil in die zweite Stellung drängt. Das Wirkprinzip der Gasdruckfeder kann ähnlich sein wie das der pneumatischen Ventilfeder aus
DE 10 2008 006 777 B4 . Jedoch ist es möglich, die Gasdruckfeder mit einem anderen Gas oder Gasgemisch als Luft zu betreiben.
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Die Brennkraftmaschine umfasst einen ersten Gasspeicher und einen zweiten Gasspeicher. Die Gasdruckfeder ist mit den beiden Gasspeichern fluidisch verbunden. Dabei wird unter einer fluidischen Verbindung im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass ein Fluid, insbesondere ein Gas, von einer der miteinander verbundenen Komponenten zur anderen der miteinander verbundenen Komponenten strömen kann. Dabei können auch Mittel vorgesehen sein, um einen Fluidstrom wahlweise zu ermöglichen oder zu unterbinden. Dies kann beispielsweise ein schaltbares Fluidventil sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist es besonders vorteilhaft, dass die beiden Gasspeicher mit unterschiedlichen Gasen gefüllt werden können, sodass die Gasdruckfeder mit unterschiedlichen Gasen betrieben werden kann. Dies erhöht die Variabilität zur Einstellung der Federkraft. Es kann der Druck des Gases verändert werden und/oder das Gas ausgetauscht werden. Dabei ist zu beachten, dass im Rahmen dieser Beschreibung auch Gasgemische als Gas bezeichnet werden. Außerdem kann durch unterschiedliche Gase ein unterschiedlicher Zusammenhang zwischen der Federkraft und dem Federweg erreicht werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann im ersten Gasspeicher ein erstes Gas und im zweiten Gasspeicher ein zweites Gas sein.
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Es können auch weitere Gase und weitere Gasspeicher in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können das erste Gas und das zweite Gas unterschiedliche Isentropenexponenten aufweisen. Der Isentropenexponent ist dabei das Verhältnis der Wärmekapazität des jeweiligen Gases bei konstantem Druck zur Wärmekapazität bei konstantem Volumen. Unterschiedliche Isentropenexponenten sind vorteilhaft, da der Innendruck der Gasdruckfeder gemäß der folgenden Gleichung für die isentrope Kompression näherungsweise berechnet werden kann:
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Dabei ist v das spezifische Volumen, p der Druck, p0 der Ausgangsdruck, v0 das Ausgangsvolumen, κ der Isentropenexponent und ε das Verdichtungsverhältnis.
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Es folgt also, dass die von der Gasdruckfeder ausgeübte Federkraft auch vom Isentropenexponent abhängt, sodass durch Gase mit unterschiedlichen Isentropenexponenten unterschiedliche Federkräfte und auch unterschiedliche Verläufe der Federkraft in Abhängigkeit vom Federweg realisiert werden können.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Gasdruckfeder einen Gasdruckzylinder und einen Ventilkolben umfassen. Der Ventilkolben kann innerhalb des Gasdruckzylinders beweglich sein. Bei der Überführung des Ventils von der ersten in die zweite Stellung oder umgekehrt wird der Ventilkolben innerhalb des Gasdruckzylinders bewegt. Der Gasdruckzylinder kann durch den Ventilkolben in einen ersten Raum und einen zweiten Raum unterteilt sein. Die Größe des ersten Raums und die Größe des zweiten Raums sind durch die Bewegung des Ventilkolbens veränderlich. Es ist auch möglich, dass der zweite Raum, beispielsweise wenn das Ventil in der zweiten Stellung ist, ein Volumen von 0 hat und erst bei der Bewegung des Ventilkolbens ein größeres Volumen erhält. Ausschließlich der erste Raum ist unabhängig von einer Position des Ventilkolbens innerhalb des Gasdruckzylinders mit dem ersten und dem zweiten Gasspeicher verbunden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Brennkraftmaschine eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung umfassen. Der erste Gasspeicher kann, insbesondere ausschließlich, über die erste Zuleitung fluidisch mit der Gasdruckfeder verbunden sein. Der zweite Gasspeicher kann, insbesondere ausschließlich, über die zweite Zuleitung fluidisch mit der Gasdruckfeder verbunden sein. Der erste Gasspeicher kann dabei frei von einer fluidischen Verbindung mit der zweiten Zuleitung, ausgenommen einer Verbindung über den Gasdruckzylinder, sein. Der zweite Gasspeicher kann frei von einer fluidischen Verbindung mit der ersten Zuleitung, ausgenommen einer Verbindung über den Gasdruckzylinder, sein.
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Beispielsweise kann in der ersten Zuleitung ein erstes steuerbares Ventil und in der zweiten Zuleitung ein zweites steuerbares Ventil angeordnet sein. Je nachdem, welches der steuerbaren Ventile geöffnet wird, kann gesteuert werden, aus welchem Gasspeicher Gas in den Gasdruckzylinder strömen soll.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Gasdruckfeder über ein Zuleitungssystem mit dem ersten Gasspeicher und dem zweiten Gasspeicher fluidisch verbunden sein. Dabei kann das Zuleitungssystem einen gemeinsamen Abschnitt umfassen, über den die Gasdruckfeder sowohl mit dem ersten Gasspeicher als auch mit dem zweiten Gasspeicher verbunden ist. Zusätzlich zu dem gemeinsamen Abschnitt kann das Zuleitungssystem weitere Abschnitte umfassen, die jeweils nur mit einem einzigen der beiden Gasspeicher und mit dem gemeinsamen Abschnitt verbunden sind. Beispielsweise kann das Zuleitungssystem ein Schaltventil umfassen, mit dem wahlweise nur ein einziger der beiden weiteren Abschnitte mit dem gemeinsamen Abschnitt verbunden werden kann. Auf diese Weise kann gesteuert werden, aus welchem Gasspeicher Gas in den Gasdruckzylinder strömen soll.
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Beim Verfahren gemäß Anspruch 7 wird die Gasdruckfeder in Abhängigkeit von einer Anforderung mit dem ersten Gas oder mit dem zweiten Gas gefüllt. Die Anforderung kann beispielsweise eine Erhöhung oder Verringerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine sein.
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Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 umfasst eine Brennkraftmaschine nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Brennkraftmaschine kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das Kraftfahrzeug anzutreiben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Mechanismus zur Veränderung der Federkraft einer Gasdruckfeder nach einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei voneinander getrennten Zuleitungen; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Mechanismus zur Veränderung der Federkraft einer Gasdruckfeder nach einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Zuleitungssystem, das einen gemeinsamen Abschnitt umfasst.
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Ein erster Gasspeicher 1 ist über eine erste Zuleitung 3 mit einer Gasdruckfeder 5 verbunden. Ein zweiter Gasspeicher 2 ist über eine zweite Zuleitung 4 mit der Gasdruckfeder 5 verbunden. Die Gasdruckfeder 5 umfasst einen Gasdruckzylinder 10, in dem ein Ventilkolben 6 beweglich angeordnet ist. Der Ventilkolben 6 teilt den Gasdruckzylinder 10 in einen ersten Raum 7 und einen zweiten Raum 8. Der Ventilkolben 6 ist starr mit einem Ventil 9 verbunden, sodass eine Bewegung des Ventils 9 direkt in eine Bewegung des Ventilkolbens 6 umgesetzt wird. Genauso wird eine Bewegung des Ventilkolbens 6 direkt in eine Bewegung des Ventils 9 umgesetzt.
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Das Ventil 9 gibt in einer ersten Stellung eine Öffnung eines Brennraums einer Brennkraftmaschine frei. In einer zweiten Stellung verschließt das Ventil 9 den Brennraum. Die Gasdruckfeder 5 übt eine Federkraft auf das Ventil 9 aus, die das Ventil 9 in die zweite Stellung drängt. Wenn das Ventil 9 entgegen der Federkraft in die erste Stellung bewegt wird, muss dafür somit die Federkraft überwunden werden. Eine Einstellung der Federkraft ist - beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine - vorteilhaft.
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Um die Federkraft zu verändern, kann der erste Raum 7 wahlweise mit dem ersten Gas aus dem ersten Gasspeicher 1 oder mit mindestens dem zweiten Gas aus dem zweiten Gasspeicher 2 gefüllt werden. Die Federkraft ist abhängig vom Isentropenexponenten des jeweiligen Gases, sodass durch einen Austausch des Gases auch eine Veränderung der Federkraft erfolgt. Insbesondere kann auf diese Weise auch eine Änderung des Verlaufs der Federkraft in Abhängigkeit vom Federweg erreicht werden.
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In 1 erfolgt die Zuleitung des ersten Gases aus dem ersten Gasspeicher 1 ausschließlich über die erste Zuleitung 3. Wenn beispielsweise die Verbindung zwischen dem ersten Gasspeicher 1 und der ersten Zuleitung 3 oder zwischen der ersten Zuleitung 3 und dem Gasdruckzylinder 10 geschlossen wird, kann das erste Gas nicht in den ersten Raum 7 strömen. Somit kann die Zufuhr des ersten Gases in den ersten Raum 7 durch ein Ventil gesteuert werden. Das gleiche gilt analog für das zweite Gas, das aus dem zweiten Gasspeicher 2 ausschließlich über die zweite Zuleitung 4 in den ersten Raum 7 strömen kann.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das Zuleitungssystem einen ersten Abschnitt 11, einen zweiten Abschnitt 12 und einen gemeinsamen Abschnitt 13. Das erste Gas in dem ersten Gasspeicher 1 kann über den ersten Abschnitt 11 und den gemeinsamen Abschnitt 13 in den Gasdruckzylinder 10 strömen. Das zweite Gas in dem zweiten Gasspeicher 2 kann über den zweiten Abschnitt 12 und den gemeinsamen Abschnitt 13 in den Gasdruckzylinder 10 strömen. Der gemeinsame Abschnitt 13 wird somit sowohl für die Befüllung des Gasdruckzylinders 10 mit dem ersten Gas als auch für die Befüllung des Gasdruckzylinders 10 mit dem zweiten Gas verwendet. Zwischen dem ersten Gas und dem zweiten Gas kann gewechselt werden, indem der erste Abschnitt 11, der zweite Abschnitt 12 und der gemeinsame Abschnitt 13 über ein steuerbares Ventil miteinander verbunden werden. Das steuerbare Ventil kann dann so geschaltet werden, dass es entweder den ersten Abschnitt 11 mit dem gemeinsamen Abschnitt 13 oder den zweiten Abschnitt 12 mit dem gemeinsamen Abschnitt 13 verbindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008006777 B4 [0003, 0006]
