EP3551854A1 - Ventiltrieb für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb - Google Patents

Ventiltrieb für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb

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EP3551854A1
EP3551854A1 EP17829154.8A EP17829154A EP3551854A1 EP 3551854 A1 EP3551854 A1 EP 3551854A1 EP 17829154 A EP17829154 A EP 17829154A EP 3551854 A1 EP3551854 A1 EP 3551854A1
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EP
European Patent Office
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valve
internal combustion
drive
combustion engine
switching valves
Prior art date
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EP17829154.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3551854B1 (de
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Wolfgang Fimml
Jonathan Lipp
Johannes Schalk
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
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    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve
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    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/04—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for starting by means of fluid pressure
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    • F01L2013/10—Auxiliary actuators for variable valve timing
    • F01L2013/105—Hydraulic motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F02D2041/0012—Controlling intake air for engines with variable valve actuation with selective deactivation of cylinders

Definitions

  • Valve train and method for operating an internal combustion engine with such a valve train
  • the invention relates to a valve train for an internal combustion engine, an internal combustion engine with such a valve train, and a method for operating an internal combustion engine with such a valve train.
  • a valve train of the type discussed here has at least one gas exchange valve and a first, mechanically driven transmission mimic. Furthermore, the valve train on a second, connected to the at least one gas exchange valve to its displacement drive mimic.
  • the first drive mimic is operatively connected to the second drive mimic via a hydraulic coupling device, wherein the hydraulic coupling device has a pressure chamber, which is relieved of pressure via a valve device, wherein the coupling device is set to the first drive mimic and the second drive mimic under hydraulic pressure in the pressure chamber together couple and decouple in the pressure-relieved state of the pressure chamber from each other.
  • a switching valve is connected to it in terms of flow, via which the pressure chamber in the open state of the
  • Relief valve is relieved of pressure.
  • the mechanically driven drive mimic typically gives one
  • Gas exchange valve is implemented when the pressure chamber is maintained during the entire course of Ventilhubkurve under hydraulic pressure, wherein the coupling of the first drive mimic with the second drive mimic by depressurizing the pressure chamber via the switching valve during the course of Ventilhubkurve can be at least partially canceled, so that for the gas exchange valve so-called sub-curves can be represented, wherein
  • a reduced stroke and / or earlier closing of the gas exchange valve can be effected / can.
  • a disadvantage of this configuration is that the switching valve is difficult to tune to the operation of an internal combustion engine.
  • This relates in particular to the selection of a suitable size of the switching valve for a particular internal combustion engine.
  • a product of a flow cross-section and a flow coefficient for the behavior of the switching valve is crucial: If this product is too small, the Abêtung of hydraulic fluid from the pressure chamber is slow, resulting in flat edges for the valve lift of the gas exchange valve, wherein This responds in particular too sluggish.
  • the product of flow cross-section and flow coefficient is too large, a rapid reaction of the gas exchange valve to a control of the switching valve can be effected, but this leads to high pressure pulsations in the pressure chamber and ultimately
  • the invention has for its object to provide a valve train for an internal combustion engine, an internal combustion engine with such a valve train and a method for operating an internal combustion engine with such a valve train, said disadvantages do not occur.
  • valvetrain of the type mentioned above in that the valve device has at least two switching valves which are fluidically connected in parallel with the pressure chamber and via which the
  • valve train comprises a control device which is adapted to control the switching valves for displaying a variable valve lift of the at least one gas exchange valve during a stroke movement of the gas exchange valve with a time offset to each other.
  • Switching valve can be increased, at the same time a time-graded cross-sectional release can be done so pressure peaks and thus ultimately pressure pulsations as well
  • Pressure oscillations in the pressure chamber can be minimized or eliminated. It is therefore possible, at the same time a large total opening area - especially preferably larger than when using only one switching valve - to provide, and still avoid pressure pulsations in the pressure chamber and the associated disadvantages. This allows steeper flanks of a real lift curve for the gas exchange valve, in particular steeper
  • the gas exchange valve may in particular be an inlet valve or a
  • Exhaust valve act which is associated with a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the gas exchange valve is an inlet valve.
  • the fact that the first drive mimic is mechanically driven means, in particular, that it is not hydraulically driven.
  • the first mechanically driven drive mimic preferably has a direct mechanical drive connection to a valve drive, in particular to a camshaft.
  • the first drive mimic is therefore particularly preferred cam-driven. In this case, defines the shape of an outer peripheral surface of one with the first drive mimic
  • the first drive mimic can also be referred to as the drive side or cam-side drive mimic, because it is operatively connected to the valve drive.
  • the second drive mimic is preferably mechanically connected to the gas exchange valve for its displacement, more preferably purely mechanically, without further hydraulic or other kind, non-mechanical couplings.
  • the second drive mimic can also be referred to as a gas exchange valve side drive mimic, since it is directly connected to the gas exchange valve and insofar is assigned to it directly.
  • the first drive mimic preferably has a first piston, which limits the pressure chamber of the hydraulic coupling device on one side, and a first piston rod connected to the piston.
  • a cam of the valve drive preferably acts with the first
  • Piston rod of the first drive mimic together. But it is also possible that between the cams and the first piston rod is still connected a Umlenkmimik.
  • the deflection mimic is preferably designed mechanically.
  • the second drive mimic also preferably has a pressure chamber of the hydraulic coupling device on another side facing away from the first piston of the first drive mimic side second piston and connected thereto second piston rod, wherein the second piston rod of the second drive mimic - preferably via a particular mechanical Umlenkmimik - Connected to the gas exchange valve.
  • the control unit is in particular designed to control the switching valves during the stroke movement of the gas exchange valve with a time delay, but overlapping in time.
  • the control unit is set up to control the switching valves.
  • the wording "during a stroke movement of the gas exchange valve” means in particular that the switching valves are delayed in time but overlapping in time during a same stroke movement of the gas exchange valve, preferably in the form of an override
  • Valve device are constructed identical. Particularly in this case, particularly low logistical costs and low development costs result because a common part strategy not only with respect to an internal combustion engine, but with respect various series, sizes and performance classes of internal combustion engines can be used, as already explained.
  • High-speed valves in particular as so-called High Speed Solenoid Valves (HSSV) are formed.
  • HSSV High Speed Solenoid Valves
  • the time-related switching behavior of the valve device can be influenced by controlling the different switching valves with a time offset, but overlapping.
  • the control unit is set up to vary the time offset between the control of the switching valves.
  • control unit is in particular designed to vary the time offset between the control of the same valve means associated switching valves.
  • Offset is preferably characteristic dependent. So can for each operating point of the
  • each of the switching valves is assigned an output stage for driving.
  • the output stage provides the necessary power to, in particular réellenelln the switching valve assigned to it or its associated switching valves.
  • an output stage is understood in particular as meaning an electronic device for actuating a switching valve, which is in particular designed to be a
  • the valve drive has a plurality of gas exchange valves, which are assigned to different combustion chambers of an internal combustion engine.
  • each combustion chamber is preferably assigned at least one hydraulic coupling device with a corresponding valve device.
  • the different combustion chambers that is, in particular different hydraulic coupling devices are assigned, wherein the gas exchange cycles of the different combustion chambers are separated in time, a common output stage is assigned. In this way, there is no duplication of the number of final stages used for the valve train due to the
  • first drive mimic is actually caused to a lifting movement, while the other gas exchange valve is currently inactive. Therefore, in the valve drive proposed here with the same number of output stages as in a conventional valve train in particular twice the number of switching valves can be controlled. In this respect, no additional costs arise in connection with the valve drive proposed here.
  • the object is also achieved by providing an internal combustion engine which has a valve drive according to one of the previously described embodiments.
  • the internal combustion engine has a plurality of combustion chambers, wherein each combustion chamber is associated with at least one gas exchange valve and at least one hydraulic coupling device of the valve train.
  • each combustion chamber is assigned at least one inlet valve and at least one outlet valve, with each inlet valve particularly preferably having a hydraulic valve
  • Coupling device of the valve train is assigned.
  • the exhaust valves are each assigned a hydraulic coupling device.
  • the combustion chambers each have a plurality of intake valves and / or exhaust valves, in particular two intake valves and two exhaust valves.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible.
  • the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably as
  • Diesel engine as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas formed.
  • the internal combustion engine when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • the object is finally achieved by providing a method for operating an internal combustion engine with a valve train is provided which has at least one gas exchange valve and a first, mechanically driven drive mimic and a second, connected to the at least one gas exchange valve drive mimic, wherein the first drive mimic with the second drive mimic is operatively connected via a hydraulic coupling device, wherein the hydraulic coupling device has a pressure chamber, which is relieved of pressure via a valve device, and which is adapted to couple the first drive mimic and the second drive mimic under hydraulic pressure with each other and decouple in depressurized state from each other.
  • the valve device has at least two with the pressure chamber
  • a valve drive according to one of the embodiments described above is preferably used.
  • the time offset between the control of the switching valves - in particular operating point-dependent and particularly preferred map-dependent - is varied. It is possible that the control unit of the valve train an engine control unit of
  • valve train Internal combustion engine is, or that the functionality of the control device of the valve train is integrated into a control unit, in particular in the engine control unit of the internal combustion engine. But it is also possible that the valve train is assigned a separate control unit.
  • the method proposed here can be permanently implemented in an electronic device, in particular a hardware, of the control device. But it is also possible that runs on the control unit, a computer program product, which includes instructions on the basis of which the method described here is feasible. In this respect also becomes one
  • Computer program product which has machine-readable instructions, on the basis of which a method according to one of the previously described embodiments is performed when the computer program product runs on a computing device, in particular on a control device.
  • a data carrier which has such a computer program product is also preferred.
  • valve train and the internal combustion engine on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to one another. Method steps which have been described explicitly or implicitly in connection with the valve train and / or the internal combustion engine are preferably individually or combined with one another
  • valve train and / or the internal combustion engine which have been explained in connection with the method are preferably individually or combined with each other features of a preferred embodiment of the valve train and / or the internal combustion engine.
  • the method is preferably characterized by at least one method step, which is due to at least one feature of an inventive or preferred embodiment of the valve train or the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine and / or the valve train draws / preferably characterized by at least one feature, which is due to at least one step of an inventive or preferred embodiment of the method.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine with a valve train
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the mode of operation of the valve drive according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine 1 with a valve train 3.
  • the valve train 3 here several gas exchange valves, in the schematic representation of two gas exchange valves 5, 5 ', assigned, in turn different combustion chambers 7, 7 'of the internal combustion engine 1, which are also shown here only schematically assigned.
  • valve train 3 The operation of the valve train 3 is first in connection with the first
  • Valve gear 3 explained in more detail.
  • the gas exchange valves 5, 5 'are preferably designed as inlet valves. But it is also possible that they are designed as exhaust valves, or that the valve gear 1 in addition to the intake valves 5, 5 'are associated with corresponding exhaust valves.
  • the internal combustion engine 1 preferably has more than two combustion chambers 7, 7 '.
  • the number of combustion chambers 7, 7 ' is basically not limited.
  • the internal combustion engine 1 may in particular have four, six, eight, ten, twelve, sixteen, eighteen, twenty or twenty-four combustion chambers 7, 7 '.
  • the first gas exchange valve 5 is associated with a first, mechanically driven drive mime 9, which in particular has a first piston 11 and a first piston rod 13, wherein the first piston rod 13 is operatively connected here with a cam 15 of a camshaft through which the first piston rod 13 and so that at the same time the first piston 11 is lift-actuated.
  • the first drive mimic 9 and the second drive mimic 17 are via a hydraulic
  • Coupling device 25 operatively connected to each other, wherein the hydraulic coupling device 25 in particular has a pressure chamber 27 which is pressure relieved via a valve device 29, wherein the pressure chamber 27 is adapted to the first drive mime 9 and the second Triemimik 17 to couple under hydraulic pressure with each other and decouple in the pressure-relieved condition of each other.
  • the two pistons 11, 19 are arranged together in the pressure chamber 27, so that the second piston 19, when the pressure chamber 27 is under hydraulic pressure, a lifting movement of the first piston 11 - mediated by the hydraulic means - follows, the second piston 19 of the first piston 11 can be decoupled by the pressure chamber 27 is relieved of pressure, so that the coupling is canceled via the hydraulic fluid, in which case the second piston 19 can no longer follow a stroke movement of the first piston 11.
  • a variable stroke for the gas exchange valve 5 can be represented via the hydraulic coupling device 25, wherein in particular undercurves with respect to a defined by the shape of the cam 15 Ventilhubkurve can be obtained.
  • the valve train 3 is therefore designed as a variable valve train 3 and in particular as a fully variable valve train 3.
  • the valve device 29 has at least two, here exactly two with the pressure chamber 27 fluidly connected in parallel to each other switching valves 31, 33, namely a first switching valve 31 and a second switching valve 33, wherein the pressure chamber 27 in the open state of at least one of the switching valves 31, 33rd relieved of pressure.
  • the valve drive 3 also has a control unit 35, of which schematically only two output stages, namely a first output stage 37 and a second output stage 39, are shown.
  • the control unit 35 is designed to control the switching valves 31, 33 during a same stroke movement of the gas exchange valve 5 during a same stroke movement of the gas exchange valve 5 with a time shift, but preferably temporally overlapping, in particular to control.
  • the switching valves 31, 33 as well as the switching valves 31 ', 33' of the second gas exchange valve 5 'are of identical construction.
  • the switching valves 31, 33, 31 ', 33' are preferably designed as high-speed valves, in particular as high-speed solenoid valves (HSSV).
  • HSSV high-speed solenoid valves
  • the control unit 35 is preferably set up to compensate for the time offset between the
  • Control of a same valve means 29, 29 'associated switching valves 31, 33, 31', 33 'to vary, the variation of the time offset in particular depending on a current operating point of the internal combustion engine 1, most preferably
  • Each of the switching valves 31, 33, 31 ', 33' is associated with an output stage 37, 39.
  • the first output stage 37 and the second switching valves 33, 33 ' are assigned to the second output stage 39 here the first switching valves 31, 31'. It turns out that each two switching valves 31, 31 ', 33, 33', the different
  • Combustion chambers 7, 7 ' are assigned, wherein the gas cycles of the combustion chambers 7, 7' are separated in time, a common output stage 37, 39 is assigned.
  • a common output stage 37, 39 is assigned.
  • the combustion chambers 7, 7 ' shown here it is provided in particular that their working cycles are phase-shifted relative to one another by half a cycle of working cycles, at one
  • the two respective first switching valves 31, 31 ' which are assigned to the various gas exchange valves 5, 5', by a common output stage, namely the first output stage 37, are driven, wherein the two second switching valves 33, 33 'also from a another common output stage, namely here by the second output stage 39, which is different from the first output stage 37, driven can be.
  • the switching valves 31, 33, 31 ', 33' of the same gas exchange valve 5, 5 ' are each driven by different output stages 37, 39, so that a temporal offset in the control can be realized.
  • two switching valves 31, 31 ', 33', 33 'assigned to the various gas exchange valves 5, 5' share a common output stage 37, 39.
  • Valve lift is controlled, which can be changed via the control of the first switching valve 31.
  • the second cam 15 ' in a position in which it causes no valve lift of the second gas exchange valve 5' on the first drive mime 9 ', so that the second gas exchange valve 5' - regardless of the switching behavior of its associated first switching valve 31 '- no lifting movement performs.
  • the activation of the second gas exchange valve 5 'associated first switching valve 31' in addition to the control of the first gas exchange valve 5 associated first switching valve 31 by the first output stage 37 so unfolds no additional effect, which is why it is possible, the two first switching valves 31, 31 ' to control the common first output stage 37.
  • the output stages 37, 39 are activated with a time delay, so that the respective first switching valves 31, 31 'and the respective second switching valves 33, 33' with a time shift - but preferably temporally overlapping - are controlled.
  • FIG. 2 shows a diagrammatic representation of the mode of operation of the valve drive 3 according to FIG. 1.
  • a diagrammatic plot-in schematic form-of a drive current I against the crankshaft angle of the internal combustion engine 1 is plotted.
  • first curve Kl of the first output stage 37 output drive current I for the first switching valves 31, 31 ' is shown, wherein the dashed second curve K2, the drive current I of the second output stage 39 for the second switching valves 33, 33' is shown ,
  • This temporal offset ⁇ t is preferably variable, wherein it is preferred by the control unit 35
  • the time offset ⁇ t for the activation of the switching valves 31, 33 'can preferably be selected so that resulting pressure pulsations due to the opening of the switching valves 31, 33 'can preferably be selected so that resulting pressure pulsations due to the opening of the switching valves 31, 33 'can
  • valve drive 3 the internal combustion engine 1 and the method proposed here, a very efficient and cost-effective possibility is provided of realizing a fully variable valve drive 3 with steep flanks while avoiding pressure pulsations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (3) für eine Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Gaswechselventil (5,5'); einer ersten, mechanisch angetriebenen Triebmimik (9,9'); einer zweiten, mit dem wenigstens einen Gaswechselventil (5,5') zu dessen Verlagerung verbundenen Triebmimik (17,17'), wobei die erste Triebmimik (9,9') mit der zweiten Triebmimik (17,17') über eine hydraulische Koppeleinrichtung (25,25') wirkverbunden ist, wobei die hydraulische Koppeleinrichtung (25,25') einen Druckraum (27,27') aufweist, der über eine Ventileinrichtung (29,29') druckentlastbar ist, und der eingerichtet ist, um die erste Triebmimik (9,9') und die zweite Triebmimik (17,17') unter Hydraulikdruck miteinander zu koppeln und im druckentlastetem Zustand voneinander zu entkoppeln. Dabei ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung (29,29') mindestens zwei mit dem Druckraum (27,27') strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile (31,33;31',33')aufweist, über die der Druckraum (27,27') in geöffnetem Zustand von wenigstens einem der Schaltventile (31,33;31',33') druckentlastbar ist, wobei der Ventiltrieb (3) ein Steuergerät (35) aufweist, das eingerichtet ist, um die Schaltventile (31,33;31',33') zur Darstellung eines variablen Ventilhubs des wenigstens einen Gaswechselventils (5,5') während einer Hubbewegung des Gaswechselventils (5,5') zeitversetzt anzusteuern.

Description

BESCHREIBUNG Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine mit einem solchen
Ventiltrieb und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb, und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
Ein Ventiltrieb der hier angesprochenen Art weist wenigstens ein Gaswechselventil sowie eine erste, mechanisch angetriebene Triebmimik auf. Weiterhin weist der Ventiltrieb eine zweite, mit dem wenigstens einen Gaswechselventil zu dessen Verlagerung verbundene Triebmimik auf. Die erste Triebmimik ist mit der zweiten Triebmimik über eine hydraulische Koppeleinrichtung wirkverbunden, wobei die hydraulische Koppeleinrichtung einen Druckraum aufweist, der über eine Ventileinrichtung druckentlastbar ist, wobei die Koppeleinrichtung eingerichtet ist, um die erste Triebmimik und die zweite Triebmimik unter Hydraulikdruck in dem Druckraum miteinander zu koppeln und im druckentlasteten Zustand des Druckraums voneinander zu entkoppeln. Um den Druckraum druckentlasten zu können, ist mit diesem strömungstechnisch ein Schaltventil verbunden, über welches der Druckraum im geöffneten Zustand des
Schaltventils druckentlastbar ist. Somit ist es möglich, einen vollvariablen Ventiltrieb darzustellen. Dabei gibt die mechanisch angetriebene Triebmimik typischerweise eine
Ventilhubkurve vor, die nur dann vollständig in einen entsprechenden Ventilhub des
Gaswechselventils umgesetzt wird, wenn der Druckraum während des gesamten Verlaufs der Ventilhubkurve unter Hydraulikdruck gehalten wird, wobei die Kopplung der ersten Triebmimik mit der zweiten Triebmimik durch Druckentlasten des Druckraums über das Schaltventil während des Verlaufs der Ventilhubkurve zumindest teilweise aufgehoben werden kann, sodass für das Gaswechselventil sogenannte Unterkurven dargestellt werden können, wobei
beispielsweise im Vergleich zu der vorgegebenen Ventilhubkurve insbesondere ein späteres Öffnen, ein verringerter Hubweg und/oder ein früheres Schließen des Gaswechselventils bewirkt werden kann/können. Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist, dass das Schaltventil schwer auf den Betrieb einer Brennkraftmaschine abstimmbar ist. Dies betrifft insbesondere die Auswahl einer geeigneten Größe des Schaltventils für eine bestimmte Brennkraftmaschine. Dabei zeigt sich, dass insoweit insbesondere ein Produkt aus einem Strömungsquerschnitt und einem Durchflussbeiwert für das Verhalten des Schaltventils entscheidend ist: Ist dieses Produkt zu klein, erfolgt die Absteuerung von Hydraulikmittel aus dem Druckraum langsam, woraus flache Flanken für den Ventilhub des Gaswechselventils resultieren, wobei dieses mithin insbesondere zu träge reagiert. Ist das Produkt aus Strömungsquerschnitt und Durchflussbeiwert dagegen zu groß, kann zwar eine schnelle Reaktion des Gaswechselventils auf eine Ansteuerung des Schaltventils bewirkt werden, dafür kommt es aber zu hohen Druckpulsationen in dem Druckraum und letztlich zu
Schwingungen, die das Verhalten des Ventiltriebs unkontrollierbar und unvorhersagbar machen. Es kommt erschwerend hinzu, dass für jede Baureihe, Baugröße und/oder Leistungsklasse einer Brennkraftmaschine ein eigenes Schaltventil entwickelt werden muss, sodass in der Produktion für verschiedene Brennkraftmaschinen keine Gleichteile verwendet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Ventiltrieb der zuvor angesprochenen Art dadurch weitergebildet wird, dass die Ventileinrichtung mindestens zwei mit dem Druckraum strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile aufweist, über die der
Druckraum in geöffnetem Zustand von wenigstens einem der Schaltventile druckentlastbar ist, wobei der Ventiltrieb ein Steuergerät aufweist, das eingerichtet ist, um die Schaltventile zur Darstellung eines variablen Ventilhubs des wenigstens einen Gaswechselventils während einer Hubbewegung des Gaswechselventils zeitversetzt zueinander anzusteuern. Hierdurch kann das Produkt aus Strömungsquerschnitt und Durchflussbeiwert im Vergleich zu nur einem
Schaltventil vergrößert werden, wobei zugleich eine zeitlich gestufte Querschnittsfreigabe erfolgen kann, sodass Druckspitzen und damit letztlich auch Druckpulsationen sowie
Druckschwingungen in dem Druckraum minimiert oder eliminiert werden können. Es ist daher möglich, zugleich einen großen Gesamtöffnungsquerschnitt - insbesondere bevorzugt größer als bei der Verwendung nur eines Schaltventils - bereitzustellen, und trotzdem Druckpulsationen im Druckraum sowie die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden. Damit können steilere Flanken einer realen Hubkurve für das Gaswechselventil, insbesondere steilere
Ventilschließflanken, erreicht werden, was insgesamt zu fülligeren Hubkurven führt.
Zudem wird eine Gleichteilstrategie für verschiedene Baureihen, Baugrößen und
Leistungsklassen von Brennkraftmaschinen möglich, indem beispielsweise bei kleineren Brennkraftmaschinen - wie auch bisher üblich - nur ein Schaltventil verwendet wird, wobei für größere Brennkraftmaschinen zwei oder auch mehr Schaltventile verwendet werden können, wobei insbesondere für alle Brennkraftmaschinen die gleichen Schaltventile verwendet werden können. Dies führt zu einer vereinfachten Auslegung der verschiedenen Brennkraftmaschinen sowie zur Reduktion von Beschaffungs- und Logistikkosten in Zusammenhang mit den
Schaltventilen.
Als zusätzlicher Vorteil kommt hinzu, dass die Schaltventile redundant vorhanden sind, sodass der Ventiltrieb auch dann noch funktionsfähig ist, wenn eines der Schaltventile ausfällt. Es ist dann zwar nicht mehr die volle Variabilität des Ventiltriebs vorhanden, jedoch genügt die noch vorhandene Funktionalität jedenfalls, um die Brennkraftmaschine - im Sinne einer Limp Home- oder Notlauf-Funktion - bis zu einer nächstmöglichen Wartung zu betreiben.
Bei dem Gaswechselventil kann es sich insbesondere um ein Einlassventil oder um ein
Auslassventil handeln, welches einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist das Gaswechsel ventil ein Einlassventil.
Dass die erste Triebmimik mechanisch angetrieben ist, bedeutet insbesondere, dass sie nicht hydraulisch angetrieben ist. Bevorzugt weist die erste mechanisch angetriebene Triebmimik eine direkte mechanische Antriebswirkverbindung zu einem Ventilantrieb auf, insbesondere zu einer Nockenwelle. Die erste Triebmimik ist also besonders bevorzugt nockengetrieben. Dabei definiert die Form einer äußeren Umfangsfläche eines mit der ersten Triebmimik
zusammenwirkenden Nockens die Ventilhubkurve, unter der im Hubweg-Zeit-Diagramm des Gaswechselventils mittels der hydraulischen Koppeleinrichtung Unterkurven dargestellt werden können. Die erste Triebmimik kann auch als antrieb sseitige oder nockenseitige Triebmimik bezeichnet werden, weil sie mit dem Ventilantrieb wirkverbunden ist.
Die zweite Triebmimik ist vorzugsweise mechanisch mit dem Gaswechselventil zu dessen Verlagerung verbunden, besonders bevorzugt rein mechanisch, ohne weitere hydraulische oder anders geartete, nicht mechanische Kopplungen. Die zweite Triebmimik kann auch als gaswechselventilseitige Triebmimik bezeichnet werden, da sie mit dem Gaswechselventil direkt verbunden und insoweit diesem unmittelbar zugeordnet ist. Die erste Triebmimik weist vorzugsweise einen ersten Kolben auf, der den Druckraum der hydraulischen Koppeleinrichtung einseitig begrenzt, sowie eine mit dem Kolben verbundene erste Kolbenstange. Ein Nocken des Ventilantriebs wirkt vorzugsweise mit der ersten
Kolbenstange der ersten Triebmimik zusammen. Es ist aber auch möglich, dass zwischen den Nocken und die erste Kolbenstange noch eine Umlenkmimik geschaltet ist. Die Umlenkmimik ist vorzugsweise mechanisch ausgestaltet.
Auch die zweite Triebmimik weist vorzugsweise einen den Druckraum der hydraulischen Koppeleinrichtung auf einer anderen, dem ersten Kolben der ersten Triebmimik abgewandten Seite abschließenden zweiten Kolben sowie eine mit diesem verbundene zweite Kolbenstange auf, wobei die zweite Kolbenstange der zweiten Triebmimik - vorzugsweise über eine insbesondere mechanische Umlenkmimik - mit dem Gaswechselventil verbunden ist.
Das Steuergerät ist insbesondere eingerichtet, um die Schaltventile während der Hubbewegung des Gaswechselventils zeitversetzt, aber zeitlich überlappend anzusteuern. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet, um die Schaltventile aufzusteuern. Die Formulierung„während einer Hubbewegung des Gaswechselventils" bedeutet insbesondere, dass die Schaltventile während einer selben Hubbewegung des Gaswechselventils zeitversetzt, aber zeitlich überlappend an-, vorzugsweise aufgesteuert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltventile der
Ventileinrichtung baugleich ausgebildet sind. Insbesondere in diesem Fall ergeben sich besonders geringe logistische Kosten sowie ein geringer Entwicklungsaufwand, weil eine Gleichteil Strategie nicht nur bezüglich einer Brennkraftmaschine, sondern bezüglich verschiedener Baureihen, Baugrößen und Leistungsklassen von Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, wie dies bereits erläutert wurde.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltventile als
Hochgeschwindigkeitsventile, insbesondere als sogenannte High Speed Solenoid Valves (HSSV) ausgebildet sind. Solche Ventile können sehr schnell geschaltet werden, wobei sie diskrete Schaltpositionen besitzen, nämlich insbesondere eine Geschlossenstellung und eine
Offenstellung. Dabei ist es bei der Ansteuerung eines solchen
Hochgeschwindigkeitsschaltventils typischerweise nicht möglich, dessen Schaltgeschwindigkeit zu beeinflussen. Vielmehr kann dieses lediglich digital geschaltet werden. Bei dem hier vorgeschlagenen Ventiltrieb kann gleichwohl das zeitliche Schaltverhalten der Ventileinrichtung beeinflusst werden, indem die verschiedenen Schaltventile zeitlich versetzt, jedoch überlappend, angesteuert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät eingerichtet ist, um den zeitlichen Versatz zwischen der Ansteuerung der Schaltventile zu variieren.
Insbesondere auf diese Weise ist es möglich, das zeitliche Verhalten der Ventileinrichtung und damit letztlich auch die Hubbewegung des Gaswechselventils zu beeinflussen, auch wenn die einzelnen Schaltventile lediglich digital angesteuert werden können. Dabei ist das Steuergerät insbesondere eingerichtet, um den zeitlichen Versatz zwischen der Ansteuerung der einer selben Ventileinrichtung zugeordneten Schaltventile zu variieren. Die Variation des zeitlichen
Versatzes erfolgt bevorzugt kennf eidabhängig. So kann für jeden Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine eine optimale Ansteuerung der Ventileinrichtung und damit auch eine optimale Hubbewegung des Gaswechselventils gewählt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedem der Schaltventile eine Endstufe zur Ansteuerung zugeordnet ist. Die Endstufe stellt dabei die nötige Leistung bereit, um das ihr zugeordnete Schaltventil oder die ihr zugeordneten Schaltventile an- und insbesondere aufzusteuern. Unter einer Endstufe wird dabei insbesondere eine elektronische Einrichtung zur Ansteuerung eines Schaltventils verstanden, die insbesondere eingerichtet ist, um ein
Schaltsignal mit der erforderlichen Ansteuerleistung zur Schaltung des Schaltventils umzusetzen und das Schaltventil damit zu treiben. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventiltrieb eine Mehrzahl von Gaswechselventilen aufweist, die verschiedenen Brennräumen einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise jedem Brennraum wenigstens eine hydraulische Koppeleinrichtung mit einer entsprechenden Ventileinrichtung zugeordnet. Es ist vorgesehen, dass jeweils wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Schaltventilen, die verschiedenen Brennräumen, das heißt insbesondere verschiedenen hydraulischen Koppeleinrichtungen, zugeordnet sind, wobei die Gaswechseltakte der verschiedenen Brennräume zeitlich voneinander getrennt sind, eine gemeinsame Endstufe zugeordnet ist. Auf diese Weise bedarf es keiner Vervielfältigung der Zahl der für den Ventiltrieb verwendeten Endstufen aufgrund der
Vervielfältigung der Zahl der Schaltventile, da in geschickter Weise die Tatsache ausgenutzt wird, dass die Gaswechseltakte verschiedener Brennräume einer Brennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist, zeitlich auseinanderfallen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Gaswechseltakte solcher Brennräume miteinander nicht überlappen. Besonders bevorzugt werden jeweils zwei Schaltventile von einer gemeinsamen Endstufe angesteuert, die verschiedenen Brennräumen zugeordnet sind, wobei die Gaswechseltakte der Brennräume um ein halbes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, bei einem Viertaktmotor also um 360°
Kurbel wellenwinkel, relativ zueinander phasenverschoben sind. Sendet die Endstufe ein
Ansteuersignal aus, werden beide der Endstufe zugeordneten Schaltventile angesteuert. Dies führt aber nur bei einem der den Schaltventilen zugeordneten Gaswechselventile tatsächlich zu einer Veränderung des Ventilhubs, da nur eines der Gaswechselventile über die ihm
zugeordnete, erste Triebmimik tatsächlich zu einer Hubbewegung veranlasst wird, während das andere Gaswechselventil momentan inaktiv ist. Daher kann bei dem hier vorgeschlagenen Ventiltrieb mit der gleichen Zahl von Endstufen wie bei einem herkömmlichen Ventiltrieb insbesondere die doppelte Zahl an Schaltventilen angesteuert werden. Es entstehen insoweit in Verbindung mit dem hier vorgeschlagenen Ventiltrieb keine Mehrkosten.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche einen Ventiltrieb gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In
Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Ventiltrieb erläutert wurden.
Insbesondere dann, wenn der zeitliche Versatz zwischen der Ansteuerung der einer selben Ventileinrichtung zugeordneten Schaltventile kennfeldabhängig variiert werden kann, sind die Druckamplituden und damit letztlich der Ventilhub der Gaswechselventile über einen gesamten Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine aktiv beeinflussbar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist, wobei jedem Brennraum wenigstens ein Gaswechselventil sowie wenigstens eine hydraulische Koppeleinrichtung des Ventiltriebs zugeordnet ist.
Bevorzugt ist jedem Brennraum wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil zugeordnet, wobei insbesondere bevorzugt jedem Einlassventil eine hydraulische
Koppeleinrichtung des Ventiltriebs zugeordnet ist. Es ist aber alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass den Auslassventilen jeweils eine hydraulische Koppeleinrichtung zugeordnet ist. Ebenso ist es möglich, dass die Brennräume jeweils eine Mehrzahl von Einlassventilen und/oder Auslassventilen, insbesondere zwei Einlassventile und zwei Auslassventile, aufweisen.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als
Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb geschaffen wird, der wenigstens ein Gaswechselventil sowie eine erste, mechanisch angetriebene Triebmimik und eine zweite, mit dem wenigstens einen Gaswechselventil verbundene Triebmimik aufweist, wobei die erste Triebmimik mit der zweiten Triebmimik über eine hydraulische Koppeleinrichtung wirkverbunden ist, wobei die hydraulische Koppeleinrichtung einen Druckraum aufweist, der über eine Ventileinrichtung druckentlastbar ist, und der eingerichtet ist, um die erste Triebmimik und die zweite Triebmimik unter Hydraulikdruck miteinander zu koppeln und in druckentlastetem Zustand voneinander zu entkoppeln. Dabei weist die Ventileinrichtung mindestens zwei mit dem Druckraum
strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile auf, über die der Druckraum in geöffnetem Zustand von wenigstens einem der Schaltventile druckentlastbar ist. Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schaltventile zur Darstellung eines variablen Ventilhubs des wenigstens eines Gaswechselventils während einer Hubbewegung des Gaswechselventils zeitversetzt - insbesondere jedoch zeitlich überlappend - zueinander angesteuert, insbesondere aufgesteuert werden. Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt ein Ventiltrieb nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Ventiltrieb und der Brennkraftmaschine erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zeitversatz zwischen der Ansteuerung der Schaltventile - insbesondere betriebspunktabhängig und besonders bevorzugt kennfeldabhängig - variiert wird. Es ist möglich, dass das Steuergerät des Ventiltriebs ein Motorsteuergerät der
Brennkraftmaschine ist, oder dass die Funktionalität des Steuergeräts des Ventiltriebs in ein Steuergerät, insbesondere in das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine integriert ist. Es ist aber auch möglich, dass dem Ventiltrieb ein separates Steuergerät zugeordnet ist. Das hier vorgeschlagene Verfahren kann in eine elektronische Anordnung, insbesondere eine Hardware, des Steuergeräts fest implementiert sein. Es ist aber auch möglich, das auf dem Steuergerät ein Computerprogrammprodukt läuft, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer das hier beschriebene Verfahren durchführbar ist. Insofern wird auch ein
Computerprogrammprodukt bevorzugt, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinrichtung, insbesondere auf einem Steuergerät, läuft. Es wird auch ein Datenträger bevorzugt, der ein solches Computerprogrammprodukt aufweist.
Weiterhin wird ein Steuergerät bevorzugt, welches ein solches Computerprogrammprodukt aufweist oder auf welchem ein solches Computerprogrammprodukt läuft. Die Beschreibung des Ventiltriebs sowie der Brennkraftmaschine einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Ventiltrieb und/oder der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale des Ventiltriebs und/oder der Brennkraftmaschine, die in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Ventiltriebs und/oder der Brennkraftmaschine. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels des Ventiltriebs oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Brennkraftmaschine und/oder der Ventiltrieb zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, und
Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Ventiltriebs gemäß Figur 1.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Ventiltrieb 3. Dabei sind dem Ventiltrieb 3 hier mehrere Gaswechselventile, in der schematischen Darstellung zwei Gaswechselventile 5, 5', zugeordnet, die ihrerseits wiederum verschiedenen Brennräumen 7, 7' der Brennkraftmaschine 1, die hier ebenfalls nur schematisch dargestellt sind, zugeordnet sind.
Die Funktionsweise des Ventiltriebs 3 wird zunächst in Zusammenhang mit dem ersten
Gaswechselventil 5 erläutert. Dabei sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, die dem zweiten Gaswechselventil 5' zugeordnet sind, mit jeweils entsprechenden, gestrichenen
Bezugszeichen versehen, sodass es einer separaten Erläuterung dieser Elemente und deren Funktionsweise nicht bedarf; insofern wird vielmehr auf die Erläuterung zu den mit
ungestrichenen Bezugszeichen versehenen Elementen verwiesen. Anschließend wird das Zusammenwirken der Ansteuerung der verschiedenen Gaswechselventile 5, 5' bei dem
Ventiltrieb 3 näher erläutert.
Die Gaswechselventile 5, 5' sind bevorzugt als Einlassventile ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass sie als Auslassventile ausgebildet sind, oder dass dem Ventiltrieb 1 zusätzlich zu den Einlassventilen 5, 5' entsprechende Auslassventile zugeordnet sind. Die Brennkraftmaschine 1 weist bevorzugt mehr als zwei Brennräume 7, 7' auf. Dabei ist die Anzahl der Brennräume 7, 7' grundsätzlich nicht begrenzt. Die Brennkraftmaschine 1 kann insbesondere vier, sechs, acht, zehn, zwölf, sechzehn, achtzehn, zwanzig oder vierundzwanzig Brennräume 7, 7' aufweisen. Dem ersten Gaswechselventil 5 ist eine erste, mechanisch angetriebene Triebmimik 9 zugeordnet, die hier insbesondere einen ersten Kolben 11 und eine erste Kolbenstange 13 aufweist, wobei die erste Kolbenstange 13 hier mit einem Nocken 15 einer Nockenwelle wirkverbunden ist, durch welchen die erste Kolbenstange 13 und damit zugleich der erste Kolben 11 hubbeweglich betätigbar ist.
Es ist außerdem eine zweite, mit dem Gaswechselventil 5 mechanisch zu dessen Verlagerung verbundene Triebmimik 17 vorgesehen, die insbesondere einen zweiten Kolben 19 und eine zweite Kolbenstange 21 aufweist, wobei sie weiter eine Umlenkmimik 23 aufweist, über welche die zweite Kolbenstange 21 mit dem Gaswechselventil 5 mechanisch gekoppelt ist.
Die erste Triebmimik 9 und die zweite Triebmimik 17 sind über eine hydraulische
Koppeleinrichtung 25 miteinander wirkverbunden, wobei die hydraulische Koppeleinrichtung 25 insbesondere einen Druckraum 27 aufweist, der über eine Ventileinrichtung 29 druckentlastbar ist, wobei der Druckraum 27 eingerichtet ist, um die erste Triebmimik 9 und die zweite Triemimik 17 unter Hydraulikdruck miteinander zu koppeln und im druckentlasteten Zustand voneinander zu entkoppeln. Hierzu sind die beiden Kolben 11, 19 gemeinsam in dem Druckraum 27 angeordnet, sodass der zweite Kolben 19 dann, wenn der Druckraum 27 unter Hydraulikdruck steht, einer Hubbewegung des ersten Kolbens 11 - vermittelt über das Hydraulikmittel - folgt, wobei der zweite Kolben 19 von dem ersten Kolben 11 entkoppelt werden kann, indem der Druckraum 27 druckentlastet wird, sodass die Kopplung über das Hydraulikmittel aufgehoben wird, wobei dann der zweite Kolben 19 einer Hubbewegung des ersten Kolbens 11 nicht mehr folgen kann. Entsprechend kann über die hydraulische Koppeleinrichtung 25 ein variabler Hub für das Gaswechselventil 5 dargestellt werden, wobei insbesondere Unterkurven mit Bezug auf eine durch die Form des Nockens 15 definierte Ventilhubkurve erhalten werden können. Der Ventiltrieb 3 ist daher als variabler Ventiltrieb 3 und insbesondere als vollvariabler Ventiltrieb 3 ausgebildet.
Die Ventileinrichtung 29 weist mindestens zwei, hier genau zwei mit dem Druckraum 27 strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile 31, 33 auf, nämlich ein erstes Schaltventil 31 und ein zweites Schaltventil 33, wobei der Druckraum 27 in geöffnetem Zustand von wenigstens einem der Schaltventile 31, 33 druckentlastbar ist.
Der Ventiltrieb 3 weist außerdem ein Steuergerät 35 auf, von dem hier schematisch nur zwei Endstufen, nämlich eine erste Endstufe 37 und eine zweite Endstufe 39, dargestellt sind. Das Steuergerät 35 ist eingerichtet, um die Schaltventile 31, 33 zur Darstellung eines variablen Ventilhubs während einer selben Hubbewegung des Gaswechselventils 5 zeitversetzt, jedoch bevorzugt zeitlich überlappend, anzusteuern, insbesondere aufzusteuern.
Anstelle - wie von konventionellen Ventiltrieben bekannt - eines einzigen Schaltventils, über welches der Druckraum 27 druckentlastbar ist, sind diesem bei dem hier vorgeschlagenen Ventiltrieb 3 demnach mindestens die beiden Schaltventile 31, 33 zugeordnet, wodurch es möglich wird, zugleich einen vergleichsweise hohen Strömungsquerschnitt freizugeben und Druckpulsationen in dem Druckraum 27 zu minimieren, nämlich indem eine zeitlich gestufte Querschnittsfreigabe in Form der zeitversetzten Ansteuerung der Schaltventile 31, 33 durchgeführt wird. Somit können für das Gaswechselventil 5 steilere Ventilhubflanken, insbesondere steilere Ventilschließflanken, erreicht werden, wodurch sich insgesamt fülligere Hubkurven ergeben. Weiterhin ist eine Verwendung von Gleichteilen nicht nur an der
Brennkraftmaschine 1, sondern auch bei einer gesamten Baureihe oder bei verschiedenen Baureihen, insbesondere verschiedenen Größen oder Leistungsklassen von Brennkraftmaschinen 1 möglich, weil das gleiche Schaltventil zur Bereitstellung größerer Strömungsquerschnitte vervielfältigt vorgesehen werden kann.
Insoweit ist insbesondere vorgesehen, dass die Schaltventile 31, 33 sowie auch die Schaltventile31 ', 33' des zweiten Gaswechselventils 5' baugleich ausgebildet sind. Die Schaltventile 31, 33, 31 ', 33' sind bevorzugt als Hochgeschwindigkeitsventile, insbesondere als High Speed Solenoid Valves (HSSV) ausgebildet.
Das Steuergerät 35 ist bevorzugt eingerichtet, um den zeitlichen Versatz zwischen der
Ansteuerung der einer selben Ventileinrichtung 29, 29' zugeordneten Schaltventile 31, 33, 31 ', 33' zu variieren, wobei die Variation des zeitlichen Versatzes insbesondere abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1, ganz besonders bevorzugt
kennfeldabhängig erfolgen kann. Somit kann für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 eine geeignete Ventilhubkurve und ein eigenes, geeignetes Schaltverhalten der Schaltventile 31, 33, 31 ', 33', dargestellt werden.
Jedem der Schaltventile 31, 33, 31 ', 33' ist eine Endstufe 37, 39 zugeordnet. Beispielsweise sind hier den ersten Schaltventilen 31, 31 ' die erste Endstufe 37 und den zweiten Schaltventilen 33, 33' die zweite Endstufe 39 zugeordnet. Dabei zeigt sich, dass jeweils zwei Schaltventilen 31, 31 ', 33, 33', die verschiedenen
Brennräumen 7, 7' zugeordnet sind, wobei die Gaswechseltakte der Brennräume 7, 7' zeitlich voneinander getrennt sind, eine gemeinsame Endstufe 37, 39 zugeordnet ist. Bei den hier dargestellten Brennräumen 7, 7' ist insoweit insbesondere vorgesehen, dass deren Arbeitsspiele relativ zueinander um eine halbe Arbeitsspiel-Periode phasenverschoben sind, bei einem
Viertaktmotor also gerade um 360° Kurbelwellen winkel. Daher können die beiden jeweils ersten Schaltventile 31, 31 ', die den verschiedenen Gaswechselventilen 5, 5' zugeordnet sind, von einer gemeinsamen Endstufe, hier nämlich der ersten Endstufe 37, angesteuert werden, wobei die beiden zweiten Schaltventile 33, 33' ebenfalls von einer anderen gemeinsamen Endstufe, hier nämlich von der zweiten Endstufe 39, die von der ersten Endstufe 37 verschieden ist, angesteuert werden können. Die Schaltventile 31, 33, 31 ', 33' des jeweils selben Gaswechselventils 5, 5' werden dabei von jeweils verschiedenen Endstufen 37, 39 angesteuert, sodass ein zeitlicher Versatz in der Ansteuerung verwirklicht werden kann. Dabei teilen sich aber je zwei den verschiedenen Gaswechselventilen 5, 5' zugeordnete Schaltventile 31, 31 ', 33, 33' eine gemeinsame Endstufe 37, 39.
Sendet beispielsweise die erste Endstufe 37 ein Ansteuersignal aus, wird dies von den beiden ersten Schaltventilen 31, 31 ' empfangen, woraufhin diese aufgesteuert werden. Dies führt aber zu dem in Figur 1 dargestellten Zeitpunkt oder Kurbelwellenwinkel lediglich zu einer Wirkung auf das erste Gaswechselventil 5, da nur dessen erste Triebmimik 9 momentan durch den ersten Nocken 15 mechanisch betätigt wird, sodass das erste Gaswechsel ventil 5 zu einer
Ventilhubbewegung angesteuert wird, die über die Ansteuerung des ersten Schaltventils 31 verändert werden kann. Dagegen ist der zweite Nocken 15' in einer Position, in der er keine Ventilhubbewegung des zweiten Gaswechselventils 5' über dessen erste Triebmimik 9' bewirkt, sodass das zweite Gaswechselventil 5' - unabhängig von dem Schaltverhalten des ihm zugeordneten ersten Schaltventils 31 ' - keine Hubbewegung durchführt. Die Ansteuerung des dem zweiten Gaswechselventil 5' zugeordneten ersten Schaltventils 31 ' zusätzlich zu der Ansteuerung des dem ersten Gaswechselventils 5 zugeordneten ersten Schaltventil 31 durch die erste Endstufe 37 entfaltet also keine zusätzliche Wirkung, weshalb es möglich ist, die beiden ersten Schaltventile 31, 31 ' über die gemeinsame erste Endstufe 37 anzusteuern.
Das Gleiche gilt völlig analog für die zweite Endstufe 39 und die zweiten Schaltventile 33, 33'.
Die Endstufen 37, 39 werden zeitversetzt aktiviert, sodass die jeweils ersten Schaltventile 31, 31 ' und die jeweils zweiten Schaltventile 33, 33' zeitversetzt - jedoch vorzugsweise zeitlich überlappend - aufgesteuert werden.
Fig. 2 zeigt eine diagrammatische Darstellung der Funktionsweise des Ventiltriebs 3 gemäß Figur 1. Dabei ist bei a) eine diagrammatische Auftragung - in schematischer Form - eines Ansteuerstroms I gegen den Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen. Als durchgezogene, erste Kurve Kl ist der durch die erste Endstufe 37 ausgegebene Ansteuerstrom I für die ersten Schaltventile 31, 31 ' dargestellt, wobei als gestrichelte, zweite Kurve K2 der Ansteuerstrom I der zweiten Endstufe 39 für die zweiten Schaltventile 33, 33' dargestellt ist. Dabei zeigt sich, dass die erste Kurve Kl und die zweite Kurve K2 miteinander zeitlich überlappen, jedoch einen zeitlichen Versatz At zueinander aufweisen. Dieser zeitliche Versatz At ist vorzugsweise variabel, wobei er durch das Steuergerät 35 vorzugsweise
betriebspunktabhängig, insbesondere kennfeldabhängig, gewählt werden kann. Bei b) ist das Produkt aus einem Strömungsquerschnitt A der Schaltventile 31, 33 mit einem Durchflussbeiwert Cd gegen den Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen. Dabei zeigt sich, dass sich die Freigabe der Strömungsquerschnitte der einzelnen Schaltventile 31, 33 aufgrund von deren zeitversetzter Ansteuerung additiv verhält. Der Verlauf der
Gesamtströmungsquerschnittsfreigabe für die beiden Schaltventile 31, 33, die zeitversetzt, jedoch überlappend zueinander aufgesteuert werden, verhält sich also gerade wie die Summe aus den jeweiligen Strömungsquerschnittfreigaben für die einzelnen Schaltventile 31, 33.
Somit ist es möglich, den Gesamtströmungsquerschnitt zeitlich gestuft freizugeben, und zugleich Druckpulsationen in dem Druckraum 27 zu minimieren, vorzugsweise zu verhindern.
Dabei kann der zeitliche Versatz At für die Ansteuerung der Schaltventile 31, 33' bevorzugt so gewählt werden, dass sich entstehende Druckpulsationen aufgrund der Öffnung der
verschiedenen Schaltventile 31, 33 weginterferieren. Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Ventiltrieb 3, der Brennkraftmaschine 1 und dem Verfahren eine sehr effiziente und kostengünstige Möglichkeit geschaffen wird, einen vollvariablen Ventiltrieb 3 mit steilen Flanken unter Vermeidung von Druckpulsationen zu verwirklichen.

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Venti ltrieb (3) für eine Brennkraftmaschine ( 1 ), m it
- wenigstens einem Gaswechselventi! (5,5 '):
- einer ersten, mechanisch angetriebenen Triebmimik (9.9' );
- einer zweiten, m it dem wenigstens einen Gaswechselventi! (5.5'} zu dessen Verlagerung verbundenen Triebmimik ( 1 7, 1 7' ), wobei.
- die erste Triebmimik (9,9') mit der zweiten Triebmimik ( ! 7,17*) über eine hydraulische Koppeleinrichtung (25,25' ) wirkverbunden ist. wobei
- die hydraulische Koppeleinrichtung (25.25 ' ) einen Druckraum (27.27 " ) aufweist, der über eine Ventileinrichtung (29,29') druckentlastbar ist, und der eingerichtet ist, um die erste Triebmimik (9,9' ) und die zweite Triebmimik ( 1 7, 1 7') unter Hydrautikdruck miteinander zu koppeln und im druckentlastetem Zustand voneinander zu entkoppeln,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vcntileinrichtung (29.29' ) mindestens zwei mit dem Druckraum (27.27' )
strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile (31 ,33:3 1 33 ' ) ', aufweist, über die der Druckraum (27,27') in geöffnetem Zustand von wenigstens ei.ne.ra der Schaltventile (3 1 ,33;3 1 ',33 ') druckentlastbar ist, wobei
- der Ventiltrieb (3) ein Steuergerät (3.5) aufweist, das eingerichtet ist, um die Schaltventile (3 1.33:3 ! ' ,33 ' ) zur Darstellung eines variablen Ventilhubs des wenigstens einen
Gaswechseiventifs (5,5' ) während einer Hubbewegung des Gaswechselventils (5.5') zeitversetzt anzusteuern.
2. Ventiltrieb (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (3 1 ,33 :31 ', 33' ) der Ventileinrichtung (29,29') baugleich ausgebildet sind.
3. Ventiltrieb (3 ) nach einem, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (3 1 ,33;31', 33') als Hochgeschwindigkeilsventile ausgebildet sind.
4. Ventiltrieb (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (35) eingerichtet ist, um den zeitlichen Versatz zwischen der Ansteuerung der Schaltventile (31.33;31', 33') zu variieren.
5. Ventiltrieb (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Schaltventile (31 ,33;31 ',33') eine Endstufe (37,39) zur Ansteuerung zugeordnet ist.
6. Ventiitrieb (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb (3) eine Mehrzahl von verschiedenen Brennräumen (7.7') einer
Brennkraftmaschine (1 ) zugeordneten Gaswechsel ventifen (5,5' ) aufweist, wobei jeweils wenigstens zwei Schaltventilen (31 ,3 1 ' ;33.33'), die verschiedenen Brennräumen (7,7' ) zugeordnet sind, deren Gaswechseltakte zeitlich voneinander getrennt sind, eine gemeinsame Endstufe (37,39) zugeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine ( 1 ), mit einem Ventiitrieb (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Brennkraftmaschine ( 1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennkraftmaschine ( I ) eine Mehrzahl von Brennräumen (7,7' ) aufweist, wobei jedem
Brennraum (7,7' ) wenigstens ein Gaswechselventil (5,5') sowie wenigstens eine hydraulische Koppeleinrichtung (25,25 ') des Ventiltriebs (3 ) zugeordnet ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ( I ) mit einem Ventiltrieb (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mit einem selben Druckraum (27,27') einer hydraulischen Koppeleinrichtung (25,25') des Ventiltriebs (3) strömungstechnisch parallel zueinander verbundene Schaltventile (3 1.33:3 1 ',33 ') während einer Hubbewegung eines der hydraulischen Koppeleinrichtung (25.25') zugeordneten Gaswechselventils (5,5') zeitversetzt zueinander angesteuert werden.
10. Verfahren nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz in der Ansteuerung der Schaltventile (31 ,33;31 ', 33') variiert wird.
EP17829154.8A 2016-12-12 2017-12-11 Ventiltrieb für eine brennkraftmaschine, brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem solchen ventiltrieb Active EP3551854B1 (de)

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