WO2018014065A1 - Brennkraftmaschine mit einer ventilbetätigungseinrichtung - Google Patents

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cam
valve
internal combustion
combustion engine
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Andreas Zurk
Martin KLAMPFER
Gernot HIRSCHL
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Avl List Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a valve actuation device, wherein the internal combustion engine has at least one first exhaust valve and a second exhaust valve per cylinder which in at least one operating range of the internal combustion engine via an exhaust valve bridge and a first valve lever by a first cam lobe of a camshaft arranged on a first exhaust cam common are operable.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with at least one first exhaust valve and a second exhaust valve per cylinder, which are actuated jointly in at least one operating range via an exhaust valve bridge and a first valve lever by a first cam lobe of a first exhaust cam arranged on a camshaft.
  • an internal engine brake valve in an internal combustion engine in addition to the exhaust valves, which is clocked during engine braking or constantly open.
  • Such engine brake valves are usually actuated hydraulically or pneumatically and are known, for example, from DE 44 23 657 C2, DE 38 39 452 C2, DE 38 39 450 C2, AT 004.387 Ul or AT 003.600 Ul. From DE 41 25 831 AI further motor braking device is known, the engine brake valve is electrically actuated.
  • known actuators for engine brake valves require a relatively high construction cost and require a comparatively large amount of space in the cylinder head, which can be difficult to provide in many cases.
  • an additional tank and a high-pressure oil system with a high-pressure pump and electro-hydraulic valves for each cylinder are usually required.
  • known motor brake device on a high number of items which increase the susceptibility to interference and adversely affect the manufacturing cost.
  • US 6,000,374 A describes an engine brake for an internal combustion engine in which several braking phases can be realized per working cycle.
  • an additional brake rocker arm per cylinder is provided which - driven by a brake cam - actuates an exhaust valve. All rocker arms have a hydro element at their valve end. Solenoids can be used to influence which hydrogel be subjected to pressure oil and which are not. This ensures that in normal working mode, the brake rocker arm runs empty and the exhaust valve is not operated via the brake rocker arm, because its hydro element without oil supply can not transmit the force.
  • the intake and exhaust rocker arms operate during operation as long as their hydro elements are filled with oil.
  • a valve train for an internal combustion engine which per cylinder has a first and a second exhaust valve, which can be actuated together via a valve bridge and a first valve lever by a first exhaust cam.
  • the second exhaust valve can also be actuated to realize an engine brake via a second valve lever by a second exhaust cam, wherein between the second valve lever and the second exhaust valve, a hydraulic transmission device is arranged.
  • Both the first and the second exhaust cam are rotatably connected to a camshaft. The activation or deactivation of the engine brake is effected by the hydraulic transmission device.
  • EP 1 945 918 B1 also shows a camshaft arrangement which comprises an inner shaft and an outer shaft, wherein the inner shaft is arranged within the outer shaft rotatable relative thereto.
  • a first group of cams is non-rotatably connected to the outer tube, a second group of cams rotatably connected to the inner tube.
  • the object of the invention is to allow the simplest possible way a rapid warm-up of an internal combustion engine of the type mentioned.
  • a further object is to make it possible in the simplest possible way for a quick start of the exhaust gas aftertreatment device in such an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine in that the camshaft a second exhaust cam with at least one additional cam lobe, with which the second exhaust valve can be actuated in an engine braking operation of the internal combustion engine, and at least one second cam lobe, wherein in the effective path between the second exhaust cam and the second exhaust valve, a preferably hydraulically switchable transmission device is arranged with which a defined lift height having Leerhub can be activated or deactivated and the first exhaust cam is formed rotatable relative to the second exhaust cam and / or the second exhaust cam relative to the first exhaust cam in different rotational positions, viewed in a projection parallel to the axis of rotation of the camshaft in at least a first rotational position of the camshaft, the second cam lobe can be covered by the first cam lobe and in at least a second rotational position, in which the first exhaust cam is rotated about the axis of rotation of the camshaft against the second exhaust cam, the first cam lobe and the second cam lobe on
  • the rotatability of the first exhaust cam relative to the second exhaust cam may be realized in a manner similar to that described in EP 1 945 918 B1: the camshaft may have a first and a second shaft, the two shafts being concentric with each other, and the first shaft by means of a phaser with respect to the second shaft is rotatable.
  • One of the two shafts - for example the first shaft - can be designed as a hollow shaft and the other shaft - for example, the second shaft - be arranged within the first shaft.
  • the first shaft is advantageously rotatably mounted on the second shaft, wherein the first exhaust cam rotatably connected to the first shaft and the second exhaust cam rotatably connected to the second shaft.
  • the first exhaust cams can be advanced by rotating the first shaft relative to the second shaft, for example.
  • the control of the second exhaust cam remains unchanged.
  • the exhaust stroke in a second rotational position can be shifted sooner or later ("earlier” and “later” here both in terms of crank angle and time with respect to rotation of the crankshaft), whereby with the second cam lobe a further exhaust stroke becomes active.
  • the second cam lobe extends the exhaust stroke and allows for a complete exhaust - the earlier commencement of the exhaust stroke allows hot exhaust gas to be introduced into the exhaust tract and the exhaust aftertreatment components and their heated up or maintained temperature.
  • a second cam lobe of the second exhaust cam is configured to be within the normal exhaust stroke defined by the first exhaust cam in terms of timing and geometric shape in at least one rotational position of the first exhaust cam. If the first shaft and thus the first exhaust cam are not twisted in their home position, the stroke of each first exhaust cam overlaps the strokes of the corresponding adjacent second exhaust cam.
  • the second cam lobe has a maximum lift height which is equal to a maximum lift height of the first cam lobe or less than the maximum lift height of the first lobe lift.
  • a lifting or opening duration can be defined with the second cam elevation, which is equal to or less than a lifting or opening duration of the first cam elevation.
  • the at least one additional cam lobe and the second cam lobe of the second exhaust cam are configured such that the additional cam lobe can be transferred to the second exhaust valve only when the idle stroke is deactivated and the second cam lobe is independent of the state of the transmission device on the second exhaust valve is transferable.
  • the stroke caused by the additional cam elevation can be activated or deactivated via the state of the transmission device, while the stroke of the second cam elevation is not influenced by the state of the transmission device.
  • "Deactivated" idle stroke here means that no idle stroke is present, but cam surveys are passed through the transmission device.
  • the exhaust port time may be extended by at least the second cam lobe of the second exhaust cam quasi out of the shadow of the exhaust stroke. This makes it possible to maintain or change the opening duration of at least one exhaust valve with simultaneous displacement of the main outlet.
  • the second exhaust valve via a second valve lever by the second exhaust cam is actuated independently of the first exhaust valve, wherein preferably the second valve lever is mounted coaxially to the first valve lever pivotally.
  • the second exhaust cam has at least two additional cam lobes, preferably at least one additional cam lobe training a Motorbremshub. det. This can be realized via the additional cam lobes an engine braking operation.
  • the maximum lifting height of at least one additional cam elevation is smaller than the maximum lifting height of the second cam elevation.
  • This embodiment is particularly advantageous in the effective path between the second exhaust cam and the second outlet valve arranged hydraulic transmission device, with which a defined lifting height having Leerhub can be activated or deactivated.
  • the second exhaust cam thus fulfills two functions: On the one hand, it can - by the second cam lobe - to influence, in particular extension of the Auslassöschensdauer be used. On the other hand, it serves - by means of the additional cam lobe (s) - to enable effective engine braking operation by at least one exhaust valve - outside the exhaust stroke - at least once, for example, at the end of the intake and / or compression stroke is opened.
  • the idle stroke of the transmission device - preferably adjusted by a transmission ratio of the second valve lever - at least equal to the maximum lifting height of at least one additional cam lobe.
  • the second exhaust cam In the rest position - ie without phase adjustment of the first shaft - the second exhaust cam is covered by the first exhaust cam.
  • the first shaft When the first shaft is rotated, for example, early, the second cam lobe of the second exhaust cam at least partially comes out of the overlap area of the first cam lobe of the first exhaust cam, thereby increasing the exhaust duration. Due to the shape of the second exhaust cam while the course of the entire exhaust stroke is determined. If the second cam lobe is smaller than the first cam lobe, then a step-shaped entire exhaust stroke course may possibly occur.
  • the exhaust valve lift By rotating the first exhaust cam, the exhaust valve lift can be advanced.
  • the exhaust stroke in particular the exhaust stroke end, can be retarded.
  • the camshaft has a second exhaust cam with at least one additional cam lobe, with which at least the second exhaust valve is actuated in at least one engine braking region of the internal combustion engine, and at least one second cam lobe,
  • both exhaust valves are operated simultaneously only by the first exhaust cam is rotated in at least a second operating range of the internal combustion engine, the first exhaust cam relative to the second exhaust cam, wherein in a first phase of the exhaust stroke, the first and the second exhaust valve simultaneously only by the first exhaust cam and in a second phase of the exhaust stroke, the second exhaust valve is actuated or held open only by the second exhaust cam, in particular the second cam lobe, w ei the stroke transmission between the second exhaust cam and the second exhaust valve is partially interrupted and only a defined value exceeding strokes are transmitted from the second exhaust cam to the second exhaust valve.
  • the stroke transmission between the second exhaust cam and the second exhaust valve is released and at least one brake stroke of the second exhaust valve is performed at the end of the intake stroke and / or the compression stroke.
  • the non-twisted second exhaust cam can avoid acoustic problems due to residual gas compression by lengthening the exhaust port duration.
  • thermodynamic goals can be achieved.
  • 1 shows a valve actuating device of an internal combustion engine according to the invention in an oblique view
  • 2 shows a first and a second foreign cam in an oblique view, in a first rotational position of the first exhaust cam.
  • FIG 3 shows a first and a second foreign cam in an oblique view, in a second rotational position of the first exhaust cam.
  • valve 4 shows a detail of the valve actuating device, in a section along the line IV-IV in FIG. 1, in a first position of the second valve lever;
  • FIG. 5 shows a detail of the valve actuating device, in a section along the line IV - IV in Figure 1, in a second position of the second valve lever.
  • FIG. 6 shows a valve lift diagram of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment variant with the engine brake deactivated
  • Fig. 7 is a Ventilhubdiagramm this internal combustion engine with activated
  • FIG. 8 shows a valve lift diagram of an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment variant with deactivated engine brake.
  • valve actuating device 1 of an internal combustion engine of the reciprocating type which has at least two exhaust valves, namely a first exhaust valve 11 and a second exhaust valve 21 per cylinder, which can be actuated together via a valve bridge 2 and a first valve lever 12.
  • the designed as a rocker arm first valve lever 12 is pivotally mounted about a lever axis 3 in the cylinder head of the internal combustion engine not shown.
  • the actuation of the first valve lever 12 is effected by a first exhaust cam 13 of a rotation axis 4 rotatably arranged in the cylinder head camshaft 5, whose axis of rotation is indicated by reference numeral 4, via a rotatably mounted on the first valve lever 12 first roller 14.
  • the first exhaust cam 13 has at least a first cam lobe 15.
  • valve actuating device 1 adjacent to the first valve lever 12, a second valve lever 22, which is also mounted pivotably about the lever axis 3.
  • the actuation of the second valve lever 22 is effected by a second exhaust cam 23 having at least one cam lobe of the camshaft, not shown, via a second roller 24 mounted rotatably on the second valve lever 22.
  • the second exhaust valve 21 can be operated separately to the first exhaust valve 11 through the second exhaust cam 23.
  • the second valve lever 22 is pressed against the second exhaust cam 23 and prevents lifting of the second valve lever 22 from the exhaust cam 23. With the second valve lever 22 can thus be realized via the second exhaust cam at least one brake stroke.
  • Fig. 1 for reasons of clarity, the second exhaust cam 23 with only one cam lobe represents - for details see Fig. 2 and Fig. 3 and associated description.
  • Both the first exhaust cam 13 and the second exhaust cam 23 are disposed on and rotated by the camshaft 5.
  • the camshaft 5 can - as shown in EP 1 945 918 Bl - have a hollow shaft part and an inner shaft part, wherein the first exhaust cam 13 with the inner shaft part and the second exhaust cam 23 are rotatably connected to the outer shaft part.
  • the inner shaft part can be rotated in a known manner via a phase divider relative to the hollow shaft part.
  • the first 13 and the second exhaust cam 23 can be adjusted against each other, wherein the first exhaust cam 13 relative to the second exhaust cam 23 can be adjusted to earlier or later.
  • first 13 and second exhaust cam 23 are not rotated against each other, in at least a second rotational position, the exhaust cam 13, 23 are rotated against each other. In principle, discrete and continuous rotations of the cams 13, 23 against each other are possible.
  • a total of three cam elevations are executed on the second exhaust cam 23.
  • the second exhaust cam 23 has at least one auxiliary cam elevation 26 designed as a brake cam elevation in order to enable engine braking operation.
  • a first additional cam lobe 26a is provided for performing a Motorbremshubes at the end of the intake stroke and a second additional cam lobe 26b for performing a Motorbremshubes at the end of the compression stroke.
  • only one of these additional cam lobes 26a, 26b may be provided.
  • a second cam lobe 25 is provided according to the invention.
  • the maximum lifting height h 2 6max of each additional cam lobe 26a, 26b is less than In at least a first rotational position of the first exhaust cam 13, the profile of the second cam lobe 25 of the second exhaust cam 23 is viewed through the first cam lobe 15 of the first exhaust cam 13 - in a projection parallel to the axis of rotation 4 of the camshaft 5 - coverable.
  • the second cam lobe 25 in this case has a maximum lifting height h25max, which in the exemplary embodiment is smaller than the maximum lifting height h ismax of the first cam lobe 15. Furthermore, the second cam lobe 25 defines an opening duration t 2 5, which in the example shown is smaller than an opening duration tis However, it is also conceivable to match the shape and size of the second cam lobe 25 of the first cam lobe 15.
  • first exhaust cam 13 is rotated with respect to the second exhaust cam 23 into at least one second rotary position shown in FIG. 3, for example pre-adjusted, the overlap of the second cam lobe 25 is again viewed in a projection parallel to the rotational axis 4 of the camshaft 5 lifted the first cam lobe 15.
  • the exhaust stroke caused by the first cam elevation 15 is shifted forward in time, so that higher temperature exhaust gas is passed from the cylinder or its combustion chamber into the exhaust system, in particular an exhaust aftertreatment system, and heats the exhaust aftertreatment components there.
  • the rotation can be chosen substantially arbitrary, so that the closing time of the exhaust valves 11, 21 despite Vorverformaten the first cam lobe 15 remains the same or is also relocated to earlier.
  • the second cam lobe 25 can be covered by the first cam lobe 15 and in at least a second rotational position in which the first exhaust cam 13 about the axis of rotation 4 of the camshaft 5 is rotated against the second exhaust cam 23, the first cam lobe 15 and the second cam lobe 25 on the exhaust valves 11, 21 transferable.
  • the valve actuating device 1 has a hydraulically switchable transmission device 30 in the path of action between the second exhaust cam 23 and the second exhaust valve 21.
  • the transmission device 30 shown in different operating states in FIGS. 4 and 5 is arranged in the second valve lever 22 and has an actuating piston 31 which is displaceably mounted in a guide cylinder 32.
  • the actuating piston 31 is adjacent to a pressure chamber 33 which can be acted upon by a hydraulic medium via a channel 34 arranged in the second valve lever 22.
  • a pressure holding valve and / or control valve is arranged, with which the transmission device 30 (and thus the engine braking operation) can be deactivated or activated.
  • 4 shows the transmission device in the deactivated state, in which the pressure chamber 33 is switched without pressure. The actuating piston 31 is thus moved by the return spring 35 in its rest position shown in Fig.
  • the idle stroke 36 corresponds at least to the lift heights h 2 6 at least one additional cam lobe 26.
  • the maximum effective stroke to follow the second cam lobe 25 thus corresponds the difference Er of the maximum heights h 25max "h 2 6max- This means that with deactivated transmission device 30 no strokes h 2 6 of the additional cam lobes 26 are transmitted, but only strokes h 2 5 of the second cam lobe 25, which extend beyond the idle stroke 36th
  • Fig. 5 shows the transmission device 30 in the activated, ie hydraulically stiff switched state.
  • the pressure chamber 33 is acted upon by the pressurized hydraulic medium - for example, lubricating oil of the internal combustion engine - the piston is pressed against the restoring force of the return spring 35 in Fig. 5, the engine brake position shown, in which the actuating piston 31 on the valve stem 27 and the valve stem 28 is present. Since the Pressure is maintained in the pressure chamber 33, the deflection of the second valve lever 22 is transmitted to the second outlet valve 21 unabated.
  • valve tappet 28 is displaceably mounted in the valve lift 2 in the opening stroke direction of the second outlet valve 21 and is supported on a shoulder 7 of the valve bridge 2 in the closing direction of the second outlet valve 21, the second outlet valve 21 can be opened independently of the first outlet valve 11 by means of the second valve lever 22 become.
  • the second exhaust valve 21 can be actuated by the transmission device 30 without the valve bridge 2 being moved along.
  • valve lifts h of the intake valves and the exhaust valves 11, 21 are shown above the crank angle KW for a working cycle of an internal combustion engine in a first embodiment variant.
  • the intake valve lift curves are designated by iE, the exhaust valve lift curve of the first exhaust cam 13 by h i3 and the exhaust valve lift curve of the second exhaust cam 23 by h 23 .
  • o is the stroke of the exhaust valves 11, 21 at untwisted first position of the first exhaust cam 13 and hi 3
  • v the stroke of the exhaust valves 11, 21 with relative rotation of the first exhaust cam 13 with respect to the second exhaust cam 23 is designated
  • h 23 o the stroke is due to the second exhaust cam 23 when the engine brake is deactivated
  • h 23 B is the stroke due to the second exhaust cam 23 when the engine brake is activated.
  • Activated and deactivated engine brake here designates the operating states of the hydraulic transmission device 30 described in connection with FIGS. 4 and 5.
  • valve operating device 1 makes it possible to realize different modes of operation: normal operation, engine braking operation and extended or postponed exhaust operation.
  • the second cam lobe 25 of the second exhaust cam 23 for the exhaust stroke extension is concealed by the first exhaust cam 13. Furthermore, as shown in FIG. 4, the actuating piston 31 is retracted in the second valve lever 22, as a result of which the second cam lobe 25 produces only a reduced stroke ⁇ h instead of the full stroke h 2 5 in engine braking operation (see h 23 , FIG. see line h 23 , o in Fig. 6. Since this reduced stroke ⁇ h in normal operation within the direction indicated in Fig. 6 by a dashed line stroke hi 3 , o the exhaust valves 11, 21 is thus the second valve lever 22 without function , The first valve lever 12 actuates both outlet valves 11, 21 via the valve bridge 2.
  • the function of an engine brake can be implemented by the second exhaust valve is actuated directly by the additional cam lobes 26.
  • the second valve lever 22 can be activated by an additional hydraulic which bridges a clearance s between the second valve lever 22 and the second outlet valve 21.
  • This bridgeable game s is designed so that it completely eliminates the Bremsventilhub in the deactivated state of the transmission device 30, wherein the second valve lever 22 performs the movement of the additional cam lobes 26, but no contact with the second outlet valve 21 due to the game s is present.
  • FIG. 8 shows the valve strokes h of the intake valves and the exhaust valves 11, 21 above the crank angle KW for a working cycle of an internal combustion engine in a second embodiment of the invention, in which the second exhaust cam 23 is rotatable by the phase divider relative to the first exhaust cam 13.
  • the second exhaust cam 23 is controlled by means of phase turned actuator of the camshaft 5 in a retarded position and the actuating piston 31 moves in the second valve lever 22 in the rest position shown in Fig. 4.
  • the reduced lift curve h 23 , o of the second exhaust cam 23 shifts in late position and emerges from the shadow of the lift curve hi 3 of the first exhaust cam 13, whereby it is effective.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1), wobei die Brennkraftmaschine zumindest ein erstes Auslassventil (11) und ein zweites Auslassventil (21) pro Zylinder aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigbar sind. Um auf möglichst einfache Weise ein rasches Aufwärmen der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Nockenwelle (5) einen zweiten Auslassnocken (23) mit zumindest einer Zusatznockenerhebung (26) und zumindest einer zweiten Nockenerhebung (25) aufweist, wobei im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) eine Übertragungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit welcher ein Leerhub (36) aktivierbar oder deaktivierbar ist und der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und/oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (13) in verschiedene Drehlagen verdrehbar ausgebildet ist, wobei in zumindest einer ersten Drehlage der Nockenwelle (5) die zweite Nockenerhebung (25) durch die erste Nockenerhebung (15) abdeckbar ist und in zumindest einer zweiten Drehlage, in der der erste Auslassnocken (13) um die Drehachse (4) der Nockenwelle (5) gegen den zweiten Auslassnocken (23) verdreht ist, die erste Nockenerhebung (15) und die zweite Nockenerhebung (25) auf die Auslassventile (11, 21) übertragbar sind.

Description

Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung, wobei die Brennkraftmaschine zumindest ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil pro Zylinder aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch eine erste Nockenerhebung eines auf einer Nockenwelle angeordneten ersten Auslassnockens gemeinsam betätigbar sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem ersten Auslassventil und einem zweiten Auslassventil pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich über eine Auslassventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch eine erste Nockenerhebung eines auf einer Nockenwelle angeordneten ersten Auslassnockens gemeinsam betätigt werden.
Es ist bekannt, bei einer Brennkraftmaschine zusätzlich zu den Auslassventilen ein eigenes Motorbremsventil anzuordnen, welches während der Motorbremsung getaktet oder ständig geöffnet wird. Derartige Motorbremsventile werden üblicherweise hydraulisch oder pneumatisch betätigt und sind beispielsweise aus der DE 44 23 657 C2, der DE 38 39 452 C2, der DE 38 39 450 C2, der AT 004.387 Ul oder der AT 003.600 Ul bekannt. Aus der DE 41 25 831 AI ist weiters eine Motorbremseinrichtung bekannt, deren Motorbremsventil elektrisch betätigbar ist.
Bekannte Betätigungseinrichtungen für Motorbremsventile erfordern allerdings einen relativ hohen Bauaufwand und benötigen vergleichsweise viel Platz im Zylinderkopf, welcher in vielen Fällen nur schwer bereitgestellt werden kann. Um den Zylinderdruck abzulassen, ist meist ein zusätzlicher Behälter sowie ein Hoch- druckölsystem mit Hochdruckpumpe und elektrohydraulischen Ventilen für jeden Zylinder erforderlich. Zudem weisen bekannte Motorbremseinrichtung eine hohe Zahl an Einzelteilen auf, welche die Störungsanfälligkeit erhöhen und sich nachteilig auf den Fertigungsaufwand auswirken.
Die US 6,000,374 A beschreibt eine Motorbremse für eine Brennkraftmaschine, bei der pro Arbeitszyklus mehrere Bremsphasen verwirklicht werden können. Dabei ist neben Ein- und Auslasskipphebel ein zusätzlicher Bremskipphebel pro Zylinder vorgesehen, der - angetrieben von einem Bremsnocken - ein Auslassventil betätigt. Alle Kipphebeln verfügen dabei über ein Hydroelement an ihrem ventilseitigen Ende. Über Solenoide kann beeinflusst werden, welche Hydroele- mente mit Drucköl beaufschlagt werden und welche nicht. Dadurch wird erreicht, dass im normalen Arbeitsbetrieb der Bremskipphebel nur leer läuft und das Auslassventil über den Bremskipphebel nicht betätigt wird, weil sein Hydroelement ohne Ölversorgung die Kraft nicht übertragen kann. Die Ein- und Auslasskipphebel arbeiten im Arbeitsbetrieb, solange ihre Hydroelemente mit Öl befüllt sind. Im Bremsbetrieb werden die Hydroelemente der Auslasskipphebel deaktiviert und die Hydroelemente der Bremskipphebel aktiviert. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Ventilbewegungen hydraulisch zu manipulieren, um eine Bremsleistungsregelung und eine Anpassung zu jeder Drehzahl zu gewährleisten. Nachteilig ist, dass ein hoher Regelungsaufwand erforderlich ist.
Aus der WO 2015/177127 AI ist ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche pro Zylinder ein erstes und ein zweites Auslassventil aufweist, die über eine Ventilbrücke und einen ersten Ventilhebel durch einen ersten Auslassnocken gemeinsam betätigt werden können. Das zweite Auslassventil kann darüber hinaus zur Realisierung einer Motorbremse über einen zweiten Ventilhebel durch einen zweiten Auslassnocken betätigt werden, wobei zwischen dem zweiten Ventilhebel und dem zweiten Auslassventil eine hydraulische Übertragungseinrichtung angeordnet ist. Sowohl der erste, als auch der zweite Auslassnocken sind drehfest mit einer Nockenwelle verbunden. Die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Motorbremse erfolgt durch die hydraulische Übertragungseinrichtung.
Weiters sind aus den Druckschriften US 9,188,030 B2, DE 10 2014 225 054 AI, DE 10 2010 023 571 AI und WO 11/032632 AI variable Ventilbetätigungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die Steuerzeit durch relatives Verdrehen zweier Nocken einer Nockenwelle verstellt werden kann. Auch die EP 1 945 918 Bl zeigt eine Nockenwellenanordnung, welche eine Innenwelle und eine Außenwelle umfasst, wobei die Innenwelle innerhalb der relativ zu dieser verdrehbaren Außenwelle angeordnet ist. Eine erste Gruppe von Nocken ist drehfest mit dem Außenrohr, eine zweite Gruppe von Nocken drehfest mit dem Innenrohr verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es auf möglichst einfache Weise ein rasches Aufwärmen einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe ist es, auf möglichst einfache Weise ein rasches Anspringen der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einer solchen Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Nockenwelle einen zweiten Auslassnocken mit zumindest einer Zusatznockenerhebung, mit welcher das zweite Auslassventil in einem Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine betätigbar ist, und zumindest einer zweiten Nockenerhebung aufweist, wobei im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil eine vorzugsweise hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub aktivierbar oder deaktivierbar ist und der erste Auslassnocken relativ zum zweiten Auslassnocken und/oder der zweite Auslassnocken relativ zum ersten Auslassnocken in verschiedene Drehlagen verdrehbar ausgebildet ist, wobei in einer Projektion parallel zur Drehachse der Nockenwelle betrachtet in zumindest einer ersten Drehlage der Nockenwelle die zweite Nockenerhebung durch die erste Nockenerhebung abdeckbar ist und in zumindest einer zweiten Drehlage, in der der erste Auslassnocken um die Drehachse der Nockenwelle gegen den zweiten Auslassnocken verdreht ist, die erste Nockenerhebung und die zweite Nockenerhebung auf die Auslassventile übertragbar sind. Mit anderen Worten ist in der zweiten Drehlage die erste Nockenerhebung relativ zur zweiten Nockenerhebung verdreht und die zweite Nockenerhebung durch die erste Nockenerhebung nicht mehr abdeckbar.
Die Verdrehbarkeit des ersten Auslassnockens relativ zum zweiten Auslassnocken kann in ähnlicher Weise wie in EP 1 945 918 Bl beschrieben realisiert werden : Die Nockenwelle kann dabei eine erste und eine zweite Welle aufweisen, wobei die beiden Wellen konzentrisch zueinander angeordnet sind, und wobei die erste Welle mittels eines Phasenstellers in Bezug auf die zweite Welle verdrehbar ist. Eine der beiden Wellen - beispielsweise die erste Welle - kann dabei als Hohlwelle ausgeführt und die andere Welle - beispielsweise die zweite Welle - innerhalb der ersten Welle angeordnet sein. Die erste Welle ist vorteilhaft drehbar auf der zweiten Welle gelagert, wobei der erste Auslassnocken drehfest mit der ersten Welle und der zweite Auslassnocken drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist.
Durch Verwendung des Phasenstellers lassen sich die ersten Auslassnocken durch Verdrehen der ersten Welle relativ zur zweiten Welle zum Beispiel nach früh verschieben. Die Steuerung der zweiten Auslassnocken bleibt unverändert.
Erfindungsgemäß kann damit der Auslasshub in einer zweiten Drehlage nach früher oder später ("früher" und "später" sind hier sowohl hinsichtlich Kurbelwinkel als auch zeitlich in Bezug auf eine Drehung der Kurbelwelle zu verstehen) verschoben werden, wodurch mit der zweiten Nockenerhebung ein weiterer Auslasshub aktiv wird. Bei Verstellung des Beginns des Auslasshubs nach früher verlängert die zweite Nockenerhebung den Auslasshub und ermöglicht einen vollständigen Auslass - der frühere Beginn des Auslasshubs ermöglicht ein Einleiten von heißem Abgas in den Abgastrakt und die Abgasnachbehandlungskomponenten und deren Aufheizen bzw. Auf-Temperatur-Halten. Mit anderen Worten ist somit eine zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens so gestaltet, dass sie in Bezug auf Steuerzeit und geometrischer Form in zumindest einer Drehlage des ersten Auslassnockens innerhalb des durch den ersten Auslassnocken definierten normalen Auslasshubes liegt. Ist die erste Welle und somit der erste Auslassnocken nicht verdreht in Ihrer Ausgangsposition, überlagert der Hubs jedes ersten Auslassnockens den Hubs des entsprechenden benachbarten zweiten Auslassnockens.
Vorzugsweise weist die zweite Nockenerhebung eine maximale Hubhöhe auf, welche gleich einer maximalen Hubhöhe der ersten Nockenerhebung oder kleiner als die maximale Hubhöhe der ersten Nockenerhebung ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass mit der zweiten Nockenerhebung eine Hub- bzw. Öffnungsdauer definierbar ist, welche gleich oder kleiner ist als eine Hub- bzw. Öffnungsdauer der ersten Nockenerhebung.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Zusatznockenerhebung und die zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens so ausgeführt sind, dass die Zusatznockenerhebung nur bei deaktiviertem Leerhub auf das zweite Auslassventil übertragbar ist und die zweite Nockenerhebung unabhängig vom Zustand der Übertragungseinrichtung auf das zweite Auslassventil übertragbar ist. Damit lässt sich der durch die Zusatznockenerhebung bewirkte Hub über den Zustand der Übertragungseinrichtung aktivieren oder deaktivieren, während der Hub der zweiten Nockenerhebung durch den Zustand der Übertragungseinrichtung nicht beeinflusst wird. "Deaktivierter" Leerhub bedeutet hier, dass kein Leerhub vorhanden ist, sondern Nockenerhebungen durch die Übertragungseinrichtung weitergegeben werden.
Durch Verdrehen des ersten Auslassnockens relativ zum zweiten Auslassnocken und/oder Verdrehen des zweiten Auslassnockens relativ zum ersten Auslassnocken kann die Auslassöffnungszeit verlängert werden, indem zumindest die zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens quasi aus dem Schatten des Auslasshubes tritt. Dadurch ist es möglich die Öffnungsdauer zumindest eines Auslassventiles bei gleichzeitiger Verschiebung des Hauptauslasses beizubehalten oder zu verändern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Auslassventil über einen zweiten Ventilhebel durch den zweiten Auslassnocken unabhängig vom ersten Auslassventil betätigbar ist, wobei vorzugsweise der zweite Ventilhebel gleichachsig zum ersten Ventilhebel schwenkbar gelagert ist. Dabei kann in Weiterführung der Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite Auslassnocken zumindest zwei Zusatznockenerhebungen aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Zusatznockenerhebung einen Motorbremshub ausbil- det. Damit lässt sich über die Zusatznockenerhebungen ein Motorbremsbetrieb realisieren.
Besonders günstig ist es, wenn die maximale Hubhöhe zumindest einer Zusatznockenerhebung kleiner ist als die maximale Hubhöhe der zweiten Nockenerhebung. Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil angeordneter hydraulischer Übertragungseinrichtung, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub aktivierbar oder deaktivierbar ist. Der zweite Auslassnocken erfüllt somit zwei Funktionen : Einerseits kann er - durch die zweite Nockenerhebung - zur Beeinflussung, insbesondere Verlängerung der Auslassöffnungsdauer verwendet werden. Andererseits dient er - mittels der Zusatznockenerhebung(en) - dazu, einen wirksamen Motorbremsbetrieb zu ermöglichen, indem zumindest ein Auslassventil - außerhalb des Auslasstaktes - zumindest einmal, beispielsweise am Ende des Einlass- und/oder Verdichtungstaktes geöffnet wird.
Besondere Vorteile lassen sich erreichen, wenn der Leerhub der Übertragungseinrichtung - vorzugsweise bereinigt um ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Ventilhebels - mindestens der maximalen Hubhöhe zumindest einer Zusatznockenerhebung entspricht. Dies ermöglicht es, die Motorbremse ein- und Auszuschalten. Bei ausgeschalteter Motorbremse ist durch die Übertragungseinrichtung der Leerhub aktiviert - die Auslenkung des zweiten Ventilhebels durch die Zusatznockenerhebung wird vollständig durch den Leerhub kompensiert. Somit wird der Hub aus der Zusatznockenerhebung nicht an das Auslassventil weitergeleitet. Da der maximale Hub der zweiten Nockenerhebung größer ist als der maximale Hub der Zusatznockenerhebung, wird die den Leerhub überschreitende Hubdifferenz zwischen zweiter Nockenerhebung und Zusatznockenerhebung von der Übertragungseinrichtung weitergeleitet. Eine Öffnung des entsprechenden Auslassventiles kann aber nur dann auftreten, wenn die zweite Auslassnockenerhebung des zweiten Auslassnockens nicht durch die erste Auslassnockenerhebung des ersten Auslassnockens verdeckt wird.
In der Ruhelage - also ohne Phasenverstellung der ersten Welle - wird der zweite Auslassnocken vom ersten Auslassnocken abgedeckt. Wird die erste Welle, beispielsweise nach früh, verdreht, so kommt die zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens zumindest teilweise aus dem Überdeckungsbereich der ersten Nockenerhebung des ersten Auslassnockens, wodurch die Auslassdauer verlängert wird. Durch die Form des zweiten Auslassnockens wird dabei der Verlauf des gesamten Auslasshubes bestimmt. Ist die zweite Nockenerhebung kleiner als die erste Nockenerhebung, so kann sich ggf. ein stufenförmiger gesamter Auslasshubverlauf einstellen. Durch Verdrehen des ersten Auslassnockens kann der Auslassventilhub nach früh verstellt werden. Durch Verdrehen des zweiten Auslassnockens kann der Auslasshub, insbesondere das Auslasshubende, nach spät verstellt werden.
Die oben genannte Aufgabe wird des Weiteren durch das eingangs erwähnte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Nockenwelle einen zweiten Auslassnocken mit zumindest einer Zusatznockenerhebung, mit welcher zumindest das zweite Auslassventil in zumindest einem Motorbremsbereich der Brennkraftmaschine betätigt wird, und zumindest einer zweiten Nockenerhebung aufweist, wobei in zumindest einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beide Auslassventile gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken betätigt werden, in zumindest einem zweiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der erste Auslassnocken relativ zum zweiten Auslassnocken verdreht wird, wobei in einer ersten Phase des Auslasstaktes das erste und das zweite Auslassventil gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken und in einer zweiten Phase des Auslasstaktes das zweite Auslassventil nur durch den zweiten Auslassnocken, insbesondere die zweite Nockenerhebung, betätigt bzw. offengehalten wird, wobei die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil teilweise unterbrochen wird und nur einen definierten Wert überschreitende Hübe vom zweiten Auslassnocken an das zweite Auslassventil übertragen werden.
In einer Variante der Erfindung wird in einem dritten Motorbetriebsbereich die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken und dem zweiten Auslassventil freigegeben wird und zumindest ein Bremshub des zweiten Auslassventils am Ende des Einlasstaktes und/oder des Verdichtungstaktes durchgeführt.
Durch Frühverstellen der Auslassventilerhebung des ersten Auslassnockens wird ein schnelles Aufheizen der Brennkraftmaschine und ein frühes Anspringen der Abgasnachbehandlung erreicht. Gleichzeitig können durch den nicht verdrehten zweiten Auslassnocken Akustikprobleme in Folge Restgasverdichtung vermieden werden, indem die Auslassöffnungsdauer verlängert wird.
Durch Verdrehen des zweiten Auslassnockens nach spät können thermodynami- sche Ziele erreicht werden.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsvarianten erläutert. Darin zeigen :
Fig. 1 eine Ventilbetätigungseinrichtung einer erfindungsmäßen Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht; Fig. 2 einen ersten und einen zweiten Auslandsnocken in einer Schrägansicht, in einer ersten Drehlage des ersten Auslassnockens;
Fig. 3 einen ersten und einen zweiten Auslandsnocken in einer Schrägansicht, in einer zweiten Drehlage des ersten Auslassnockens;
Fig. 4 ein Detail der Ventilbetätigungseinrichtung, in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 1, in einer ersten Stellung des zweiten Ventilhebels;
Fig. 5 ein Detail der Ventilbetätigungseinrichtung, in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 1, in einer zweiten Stellung des zweiten Ventilhebels;
Fig. 6 ein Ventilhubdiagramm einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante mit deaktivierter Motorbremse;
Fig. 7 ein Ventilhubdiagramm dieser Brennkraftmaschine mit aktivierter
Motorbremse; und
Fig. 8 ein Ventilhubdiagramm einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante mit deaktivierter Motorbremse.
Fig. 1 zeigt eine Ventilbetätigungseinrichtung 1 einer Brennkraftmaschine der Hubkolben-Bauart, welche zumindest zwei Auslassventile, und zwar ein erstes Auslassventil 11 und ein zweites Auslassventil 21 pro Zylinder aufweist, welche gemeinsam über eine Ventilbrücke 2 und einen ersten Ventilhebel 12 betätigt werden können. Der als Kipphebel ausgeführte erste Ventilhebel 12 ist um eine Hebelachse 3 schwenkbar im nicht weiter dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert. Die Betätigung des ersten Ventilhebels 12 erfolgt durch einen ersten Auslassnocken 13 einer um eine Drehachse 4 drehbar im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle 5, deren Drehachse mit Bezugszeichen 4 angedeutet ist, über eine drehbar am ersten Ventilhebel 12 gelagerte erste Rolle 14. Der erste Auslassnocken 13 weist zumindest eine erste Nockenerhebung 15 auf.
Weiters weist die Ventilbetätigungseinrichtung 1 benachbart zum ersten Ventilhebel 12 einen zweiten Ventilhebel 22 auf, welcher ebenfalls um die Hebelachse 3 schwenkbar gelagert ist. Die Betätigung des zweiten Ventilhebels 22 erfolgt durch einen zumindest eine Nockenerhebung aufweisenden zweiten Auslassnocken 23 der nicht dargestellten Nockenwelle über eine drehbar am zweiten Ventilhebel 22 gelagerte zweite Rolle 24. Über den zweiten Ventilhebel 22, wel- eher ebenfalls als Kipphebel ausgebildet ist, lässt sich das zweite Auslassventil 21 separat zum ersten Auslassventil 11 durch den zweiten Auslassnocken 23 betätigen. Mittels der Feder 6 wird der zweite Ventilhebel 22 an den zweiten Auslassnocken 23 gedrückt und ein Abheben des zweiten Ventilhebels 22 vom Auslassnocken 23 unterbunden. Mit dem zweiten Ventilhebel 22 lässt sich damit über den zweiten Auslassnocken zumindest ein Bremshub realisieren. Es wird darauf hingewiesen, dass Fig. 1 aus Gründen Übersichtlichkeit den zweiten Auslassnocken 23 mit nur einer Nockenerhebung darstellt - für Details siehe Fig. 2 und Fig. 3 und zugehörige Beschreibung.
Sowohl der erste Auslassnocken 13 als auch der zweite Auslassnocken 23 sind auf der Nockenwelle 5 angeordnet und werden durch diese gedreht. Die Nockenwelle 5 kann dabei - wie in der EP 1 945 918 Bl gezeigt - einen Hohlwellenteil und einen Innenwellenteil aufweisen, wobei der erste Auslassnocken 13 mit dem Innenwellenteil und der zweite Auslassnocken 23 mit dem Außenwellenteil drehfest verbunden sind. Der Innenwellenteil kann in bekannter Weise über einen Phasensteiler relativ zum Hohlwellenteil verdreht werden. Damit lassen sich der erste 13 und der zweite Auslassnocken 23 gegeneinander verstellen, wobei der erste Auslassnocken 13 gegenüber dem zweiten Auslassnocken 23 nach früher oder nach später verstellt werden kann. Das bedeutet, dass der durch die erste Nockenerhebung 15 des ersten Auslassnockens 13 resultierende Auslasshub zeitlich vor oder nach den durch die zumindest eine zweite Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens 23 resultierenden Hub (bzw. weitere Hübe, die durch zusätzliche Nockenerhebungen am zweiten Auslassnocken 23 realisiert werden) verschoben werden kann. In einer ersten Drehlage sind erster 13 und zweiter Auslassnocken 23 nicht gegeneinander verdreht, in zumindest einer zweiten Drehlage sind die Auslassnocken 13, 23 gegeneinander verdreht. Grundsätzlich sind diskrete und kontinuierliche Verdrehungen der Nocken 13, 23 gegeneinander möglich.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind am zweiten Auslassnocken 23 insgesamt drei Nockenerhebungen ausgeführt: Der zweite Auslassnocken 23 weist zumindest eine als Bremsnockenerhebung ausgebildete Zusatznockenerhebung 26 auf, um einen Motorbremsbetrieb zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Zusatznockenerhebung 26a zur Durchführung eines Motorbremshubes am Ende des Einlasstaktes und eine zweite Zusatznockenerhebung 26b zur Durchführung eines Motorbremshubes am Ende des Verdichtungstaktes vorgesehen. Natürlich kann auch nur eine dieser Zusatznockenerhebungen 26a, 26b vorgesehen sein.
Zusätzlich ist erfindungsgemäß eine zweite Nockenerhebung 25 vorgesehen. Die maximale Hubhöhe h26max jeder Zusatznockenerhebung 26a, 26b ist geringer als die maximale Hubhöhe h25max der zweiten Nockenerhebung 25. In zumindest einer ersten Drehlage des ersten Auslassnockens 13 ist das Profil der zweiten Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 durch die erste Nockenerhebung 15 des ersten Auslassnockens 13 - in einer Projektion parallel zur Drehachse 4 der Nockenwelle 5 betrachtet - überdeckbar.
Die zweite Nockenerhebung 25 weist dabei eine maximale Hubhöhe h25max auf, welche im Ausführungsbeispiel kleiner ist als die maximale Hubhöhe h ismax der ersten Nockenerhebung 15. Weiters definiert die zweite Nockenerhebung 25 eine Öffnungsdauer t25, welche im gezeigten Beispiel kleiner ist als eine Öffnungsdauer tis der ersten Nockenerhebung 15. Es ist aber auch denkbar, die Form und Größe der zweiten Nockenerhebung 25 der ersten Nockenerhebung 15 anzugleichen.
Wird der erste Auslassnocken 13 in Bezug auf den zweiten Auslassnocken 23 in zumindest eine in Fig. 3 dargestellte zweite Drehlage verdreht, beispielsweise vorverstellt, so wird - wieder in einer Projektion parallel zur Drehachse 4 der Nockenwelle 5 betrachtet - die Überdeckung der zweiten Nockenerhebung 25 durch die erste Nockenerhebung 15 aufgehoben. Der durch die erste Nockenerhebung 15 bewirkte Auslasshub wird zeitlich nach vorne verlegt, so dass Abgas höherer Temperatur aus dem Zylinder bzw. dessen Brennraum in das Abgassystem, insbesondere ein Abgasnachbehandlungssystem geleitet wird und die dortigen Abgasnachbehandlungskomponenten erwärmt. Um zu verhindern, dass die Auslassventile 11, 21 auch früher schließen und dadurch Abgas im Zylinder verbleibt bzw. der Druck darin zu hoch wird, wirkt die aus dem Schatten des ersten Auslassnocken 13 aufgetauchte zweite Nockenerhebung 25 ein Offenhalten zumindest eines Auslassventils 11, 21. Durch die zweite Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 lässt sich also trotz Verdrehen des ersten Auslassnockens 13 eine verlängerte Auslassöffnung realisieren.
Die Verdrehung kann dabei im Wesentlichen beliebig gewählt werden, sodass der Schließzeitpunkt der Auslassventile 11, 21 trotz Vorverdrehen der ersten Nockenerhebung 15 gleich bleibt oder ebenfalls nach früher verlegt wird. Mit anderen Worten ist also in einer Projektion parallel zur Drehachse 4 der Nockenwelle 5 betrachtet in zumindest einer ersten Drehlage der Nockenwelle 5 die zweite Nockenerhebung 25 durch die erste Nockenerhebung 15 abdeckbar und in zumindest einer zweiten Drehlage, in der der erste Auslassnocken 13 um die Drehachse 4 der Nockenwelle 5 gegen den zweiten Auslassnocken 23 verdreht ist, die erste Nockenerhebung 15 und die zweite Nockenerhebung 25 auf die Auslassventile 11, 21 übertragbar. Während also die zweite Nockenerhebung 25 erfindungsgemäß durch den unverdrehten ersten Auslassnocken 13 überdeckt bzw. durch den verdrehten ersten Auslassnocken 13 wirksam geschaltet wird, wirken die für den Bremsbetrieb vorgesehenen Zusatznockenerhebungen 26a, 26b immer auf den zweiten Ventilhebel 22 ein. Um den Motorbremsbetrieb zu aktivieren bzw. zu deaktivieren weist die Ventilbetätigungseinrichtung 1 im Wirkungsweg zwischen dem zweiten Auslassnocken 23 und dem zweiten Auslassventil 21 eine hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung 30 auf. Die in den Fig. 4 und Fig. 5 in verschiedenen Betriebszuständen gezeigte Übertragungseinrichtung 30 ist im zweiten Ventilhebel 22 angeordnet und weist einen Betätigungskolben 31 auf, der in einem Führungszylinder 32 verschiebbar gelagert ist.
Der Betätigungskolben 31 grenzt dabei an einen Druckraum 33, welcher über einen im zweiten Ventilhebel 22 angeordneten Kanal 34 von einem Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Bei Füllen des Druckraumes 33 wird der Betätigungskolben 31 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 35 ausgelenkt. Im Kanal 34 oder in einer mit diesem verbundenen Leitung ist ein nicht weiter dargestelltes Druckhalteventil und/oder Steuerventil angeordnet, mit welchem die Übertragungseinrichtung 30 (und damit der Motorbremsbetrieb) deaktiviert oder aktiviert werden kann. Die Fig. 4 zeigt die Übertragungseinrichtung im deaktivierten Zustand, in welchem der Druckraum 33 drucklos geschalten ist. Der Betätigungskolben 31 wird somit durch die Rückstellfeder 35 in seine in Fig. 4 dargestellte Ruhelage bewegt, wodurch sich ein einen Leerhub 36 der Übertragungseinrichtung 30 definierendes Spiel s zwischen dem zweiten Auslassventil 21 - genauer gesagt zwischen einem auf den Ventilschaft 27 des zweiten Auslassventils 21 angreifenden Ventilstößel 28 - und dem Betätigungskolben 31 einstellt. Der Leerhub 36 entspricht mindestens der Hubhöhen h26 zumindest einer Zusatznockenerhebung 26. Somit werden nur Auslenkungen des zweiten Ventilhebels 21 an das zweite Auslassventil 21 übertragen, welche größer sind als der Leerhub 36. Der maximale wirksame Hub zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 entspricht also der Differenz Äh der maximalen Hubhöhen h 25max " h26max- Dies bedeutet, dass bei deaktivierter Übertragungseinrichtung 30 keine Hübe h26 der Zusatznockenerhebungen 26 übertragen werden, sondern nur Hübe h25 der zweiten Nockenerhebung 25, welche den Leerhub 36 überragen.
Fig. 5 zeigt die Übertragungseinrichtung 30 im aktivierten, d.h. hydraulisch steif geschaltetem Zustand. Der Druckraum 33 ist dabei mit dem unter Druck stehendem Hydraulikmedium - beispielsweise Schmieröl der Brennkraftmaschine - beaufschlagt, wobei der Kolben entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 35 in Fig. 5 die dargestellte Motorbremsstellung gedrückt wird, bei der der Betätigungskolben 31 am Ventilschaft 27 bzw. am Ventilstößel 28 anliegt. Da der Druck im Druckraum 33 gehalten wird, wird die Auslenkung des zweiten Ventilhebels 22 unvermindert an das zweite Auslassventil 21 übertragen. Da der Ventilstößel 28 in der Ventilbrücke 2 in Öffnungshubrichtung des zweiten Auslassventils 21 verschiebbar gelagert ist und sich in Schließrichtung des zweiten Auslassventils 21 an einem Absatz 7 der Ventilbrücke 2 abstützt, kann das zweite Auslassventil 21 unabhängig vom ersten Auslassventil 11 mittels des zweiten Ventilhebels 22 geöffnet werden. Damit kann im Bremsbetrieb das zweite Auslassventil 21 durch die Übertragungseinrichtung 30 betätigt werden, ohne dass die Ventilbrücke 2 mitbewegt wird.
In Fig. 6 und Fig. 7 sind die Ventilhübe h der Einlassventile und der Auslassventile 11, 21 über dem Kurbelwinkel KW für einen Arbeitszyklus einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. Dabei sind die Einlassven- tilhubkurven mit iE, die Auslassventilhubkurve des ersten Auslassnockens 13 mit h i3 und die Auslassventilhubkurve des zweiten Auslassnockens 23 mit h23 bezeichnet. Mit hi3,o ist dabei der Hub der Auslassventile 11, 21 bei unverdrehter erster Stellung des ersten Auslassnockens 13 und mit hi3,v der Hub der Auslassventile 11, 21 bei relativer Verdrehung des ersten Auslassnockens 13 in Bezug auf den zweiten Auslassnocken 23 bezeichnet. Mit h23,o ist der Hub zu Folge des zweiten Auslassnockens 23 bei deaktivierter Motorbremse und mit h23,B ist der Hub zu Folge des zweiten Auslassnockens 23 bei aktivierter Motorbremse bezeichnet. Aktivierte und deaktivierte Motorbremse bezeichnet hier die im Zusammenhang mit Fig. 4 und Fig. 5 beschriebenen Betriebszustände der hydraulischen Übertragungseinrichtung 30.
Wie aus den Fig. 6 und Fig. 7 anschaulich hervorgeht, lassen sich mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Ventilbetätigungseinrichtung 1 verschiedene Betriebsweisen verwirklichen : Normalbetrieb, Motorbremsbetrieb und verlängerter bzw. nach früher verschobener Auslassbetrieb.
Im Normalbetrieb ist, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, die zweite Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 für die Auslasshubverlängerung durch den ersten Auslassnocken 13 verdeckt. Des Weiteren ist, wie in Fig. 4 gezeigt, im zweiten Ventilhebel 22 der Betätigungskolben 31 eingefahren, wodurch zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 anstelle des vollen Hubes h25 im Motorbremsbetrieb (siehe h23,ß) nur ein reduzierter Hub Äh entsteht, siehe Linie h23,o in Fig. 6. Da sich dieser reduzierte Hub Äh im Normalbetrieb innerhalb des in Fig. 6 durch eine strichlierte Linie angedeuteten Hubes hi3,o der Auslassventile 11, 21 befindet, ist somit der zweite Ventilhebel 22 ohne Funktion. Der erste Ventilhebel 12 betätigt über die Ventilbrücke 2 beide Auslassventile 11, 21. Im Motorbremsbetrieb ist, wie in Fig. 5 ersichtlich, im zweiten Ventilhebel 22 der Betätigungskolben 31 mittels Öldruck ausgefahren, wodurch der volle Hub h25 zu Folge der zweiten Nockenerhebung 25 des zweiten Auslassnockens 23 durchgeführt wird, siehe Fig. 7. Hierdurch entstehen zusätzliche Bremshübe h26 durch die Zusatznockenerhebungen 26 am zweiten Auslassventil 21 am Ende des Einlasshubes iE und vor dem Auslasshub hi3. Der erhöhte Hub h25 zu Folge der zweiten Nockenerhebung des zweiten Auslassnockens 23 wird weiterhin durch den durch den ersten Auslassnocken 13 bewirkten normalen Auslasshub hi3,o verdeckt.
Durch den zweiten Ventilhebel 22 kann somit die Funktion einer Motorbremse umgesetzt werden, indem das zweite Auslassventil direkt durch den die Zusatznockenerhebungen 26 betätigt wird. Der zweite Ventilhebel 22 ist durch eine zusätzliche Hydraulik, welche ein Spiel s zwischen dem zweiten Ventilhebel 22 und dem zweiten Auslassventil 21 überbrückt, aktivierbar. Dieses überbrückbare Spiel s ist so ausgeführt, dass es im deaktivierten Zustand der Übertragungseinrichtung 30 den Bremsventilhub vollständig eliminiert, wobei der zweite Ventilhebel 22 zwar die Bewegung der Zusatznockenerhebungen 26 ausführt, aber kein Kontakt zum zweiten Auslassventil 21 aufgrund des Spieles s vorhanden ist.
Im verlängerten Auslassbetrieb ist, wie in Fig. 3 ersichtlich, der erste Auslassnocken 13 mittels (nicht dargestelltem) Phasensteiler der Nockenwelle 5 in eine Frühstellung gedreht und der Betätigungskolben 31 im zweiten Ventilhebel 22 in die in Fig. 4 dargestellte Ruhestellung bewegt. Hierdurch verschiebt sich die Auslasshubkurve hi3 in die mit Linie hi3;V in Fig. 6 angedeutete Frühstellung, wobei die mit Linie h23,o angedeutete reduzierte Hubkurve des zweiten Auslassnockens 23 wirksam ist. Durch die Vorverschiebung der Auslasshubkurve hi3 des ersten Auslassnockens 13 wird der durch die zweite Nockenerhebung 25 definierte reduzierte Hub Äh nicht mehr verdeckt und verlängert somit die Auslassöffnungszeit zumindest des zweiten Auslassventils 21 auf tGes (siehe Fig. 6).
Durch Frühverstellen der Auslassventilerhebung des ersten Auslassnockens 13 kann ein schnelles Aufheizen der Brennkraftmaschine und ein frühes Anspringen einer - nicht weiter dargestellten - Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht werden. In dem die Auslassöffnungsdauer durch den nicht verdrehten zweiten Auslassnocken 23 verlängert wird, können außerdem Akustikprobleme in Folge der Restgasverdichtung vermieden werden.
Fig. 8 zeigt die Ventilhübe h der Einlassventile und der Auslassventile 11, 21 über dem Kurbelwinkel KW für einen Arbeitszyklus einer Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, bei der der zweite Auslassnocken 23 durch den Phasensteiler relativ zum ersten Auslassnocken 13 verdrehbar ist. Im verlängerten Auslassbetrieb wird der zweite Auslassnocken 23 mittels Phasen- steller der Nockenwelle 5 in eine Spätstellung gedreht und der Betätigungskolben 31 im zweiten Ventilhebel 22 in die in Fig. 4 dargestellte Ruhestellung bewegt. Hierdurch verschiebt sich die reduzierte Hubkurve h23,o des zweiten Auslassnockens 23 in Spätstellung und tritt aus dem Schatten der Hubkurve hi3 des ersten Auslassnockens 13, womit sie wirksam wird. Durch die Spätverschiebung der Auslasshubkurve h23,o des zweiten Auslassnockens 23 wird der durch die zweite Nockenerhebung 25 definierte reduzierte Hub Äh nicht mehr verdeckt und verlängert somit die Auslassöffnungszeit zumindest des zweiten Auslassventils 21. Diese Funktion dient zum Erreichen von thermischen Zielen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1), wobei die Brennkraftmaschine zumindest ein erstes Auslassventil (11) und ein zweites Auslassventil (21) pro Zylinder aufweist, welche in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (5) einen zweiten Auslassnocken (23) mit zumindest einer Zusatznockenerhebung (26), mit welcher das zweite Auslassventil (21) in einem Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine betätigbar ist, und zumindest einer zweiten Nockenerhebung (25) aufweist, wobei im Wirkweg zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) eine vorzugsweise hydraulisch schaltbare Übertragungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit welcher ein eine definierte Hubhöhe aufweisender Leerhub (36) aktivierbar oder deaktivierbar ist u n d der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und/oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (13) in verschiedene Drehlagen verdrehbar ausgebildet ist, wobei in einer Projektion parallel zur Drehachse (4) der Nockenwelle (5) betrachtet in zumindest einer ersten Drehlage der Nockenwelle (5) die zweite Nockenerhebung (25) durch die erste Nockenerhebung (15) abdeckbar ist und in zumindest einer zweiten Drehlage, in der der erste Auslassnocken (13) um die Drehachse (4) der Nockenwelle (5) gegen den zweiten Auslassnocken (23) verdreht ist, die erste Nockenerhebung (15) und die zweite Nockenerhebung (25) auf die Auslassventile (11, 21) übertragbar sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenerhebung (25) eine maximale Hubhöhe (h25max) aufweist, welche gleich einer maximalen Hubhöhe (h ismax) der ersten Nockenerhebung (15) ist oder kleiner als die maximale Hubhöhe (h ismax) der ersten Nockenerhebung (15) ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zusatznockenerhebung (26) und die zweite Nockenerhebung (25) des zweiten Auslassnockens (23) so ausgeführt sind, dass die Zusatznockenerhebung (26) nur bei deaktiviertem Leerhub (36) auf das zweite Auslassventil (21) übertragbar ist und die zweite Nockenerhebung (25) unabhängig vom Zustand der Übertragungseinrichtung (30) auf das zweite Auslassventil (21) übertragbar ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Nockenerhebung (25) eine Öffnungsdauer (t25) definierbar ist, welche gleich oder kleiner ist als eine Öffnungsdauer (tis) der ersten Nockenerhebung (15).
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auslassventil (21) über einen zweiten Ventilhebel (22) durch den zweiten Auslassnocken (23) unabhängig vom ersten Auslassventil (11) betätigbar ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilhebel (22) gleichachsig zum ersten Ventilhebel (12) schwenkbar gelagert ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Auslassnocken (23) zumindest zwei Zusatznockenerhebungen (26, 26a, 26b) aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Zusatznockenerhebung (26, 26a, 26b) einen Motorbremshub ausbildet.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Hubhöhe (h26max) zumindest einer Zusatznockenerhebung (26) kleiner als die maximale Hubhöhe (h25max) der zweiten Nockenerhebung (25) ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerhub (36) der Übertragungseinrichtung (30) - vorzugsweise bereinigt um ein Übersetzungsverhältnis des zweiten Ventilhebels (22) - mindestens der maximalen Hubhöhe (h26max) zumindest einer Zusatznockenerhebung (26) entspricht.
10. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (1) mit zumindest einem ersten Auslassventil (11) und einem zweiten Auslassventil (21) pro Zylinder, welche in zumindest einem Betriebsbereich über eine Auslassventilbrücke (2) und einen ersten Ventilhebel (12) durch eine erste Nockenerhebung (15) eines auf einer Nockenwelle (5) angeordneten ersten Auslassnockens (13) gemeinsam betätigt werden, wobei die Nockenwelle (5) einen zweiten Auslassnocken (23) mit zumindest einer Zusatznockenerhebung (26), mit welcher zumindest das zweite Auslassventil (21) in zumindest einem Motorbremsbereich der Brennkraftmaschine betätigt wird, und zumindest einer zweiten Nockenerhebung (25) aufweist, wobei in zumindest einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine beide Auslassventile (11, 12) gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken (13) betätigt werden, in zumindest einem zweiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der erste Auslassnocken (13) relativ zum zweiten Auslassnocken (23) und/oder der zweite Auslassnocken (23) relativ zum ersten Auslassnocken (13) verdreht wird, wobei in einer ersten Phase des Auslasstaktes das erste (11) und das zweite Auslassventil (21) gleichzeitig nur durch den ersten Auslassnocken (13) und in einer zweiten Phase des Auslasstaktes das zweite Auslassventil (21) nur durch den zweiten Auslassnocken (23), insbesondere die zweite Nockenerhebung (25), betätigt bzw. offengehalten wird, wobei die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) teilweise unterbrochen wird und nur einen definierten Wert überschreitende Hübe vom zweiten Auslassnocken (23) an das zweite Auslassventil (21) übertragen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in einem dritten Motorbetriebsbereich die Hubübertragung zwischen dem zweiten Auslassnocken (23) und dem zweiten Auslassventil (21) freigegeben wird und zumindest ein Bremshub des zweiten Auslassventils (21) am Ende des Einlasstaktes und/oder des Verdichtungstaktes durchgeführt wird.
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