DE102015205297A1 - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Einlassnockenwelle (2) und einer Auslassnockenwelle (3). Erfindungswesentlich ist dabei, – dass zumindest die Einlassnockenwelle (2) oder die Auslassnockenwelle (3) als verstellbare Nockenwelle mit einer Außenwelle (4) und einer relativ dazu verstellbaren Innenwelle (5) ausgebildet ist, wobei zumindest ein fest mit der Außenwelle (4) verbundener erster Nocken (6) und zumindest ein fest mit der Innenwelle (5) verbundener zweiter Nocken (7) vorgesehen sind, die über ein Ventiltriebsystem (8) auf ein gemeinsames Ventil (9) der Brennkraftmaschine (1) einwirken, – dass das Ventiltriebsystem (8) derart schaltbar ist, dass ein vom zumindest einen ersten Nocken (6) bewirkter Ersthub (10) des Ventils (9) um einen vom zumindest einen zweiten Nocken (7) bewirkten Zweithub (11) des Ventils (9) ergänzbar ist.The present invention relates to an internal combustion engine (1) having an intake camshaft (2) and an exhaust camshaft (3). It is essential to the invention that at least the intake camshaft (2) or the exhaust camshaft (3) is designed as an adjustable camshaft having an outer shaft (4) and an inner shaft (5) which is adjustable relative thereto, at least one fixedly connected to the outer shaft (4) first cam (6) and at least one fixedly connected to the inner shaft (5) second cam (7) are provided which act via a valve train system (8) on a common valve (9) of the internal combustion engine (1), - that the valve train system ( 8) is switchable such that one of the at least one first cam (6) effected Ersthub (10) of the valve (9) by a at least one second cam (7) effected second stroke (11) of the valve (9) can be supplemented.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to an internal combustion engine having an intake camshaft and an exhaust camshaft according to the preamble of
Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen sind dabei aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und in nahezu jedem Kraftfahrzeug verbaut. Generic internal combustion engines are well known from the prior art and installed in almost every motor vehicle.
Aus der
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen ist jedoch, dass ein unterschiedlicher Ventilhub über beispielsweise die verstellbaren Tassenstößel lediglich zu- oder abschaltbar ist. A disadvantage of the known from the prior art internal combustion engines, however, is that a different valve lift over, for example, the adjustable bucket tappets only on or off.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine nochmals deutlich verbesserte Steuerung der Ventilöffnungszeiten und damit auch des Betriebsablaufs der Brennkraftmaschine ermöglicht. The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least an alternative embodiment for an internal combustion engine of the generic type, which in particular enables a significantly improved control of the valve opening times and thus also the operation of the internal combustion engine.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteile Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantages Embodiments are subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Brennkraftmaschine sowohl ein schaltbares Ventiltriebsystem zum Zu- und Abschalten eines Zweithubes eines zugehörigen Ventils vorzusehen, als zugleich auch die das Ventiltriebsystem betätigende Nockenwelle als verstellbare Nockenwelle auszubilden ist und dadurch zu ermöglichen, den Kurbelwinkel, in welchem der Zweithub aktiv ist, verschieben und einstellen zu können. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist hierzu eine Einlassnockenwelle und eine Auslassnockenwelle auf, wovon zumindest eine als verstellbare Nockenwelle mit einer Außenwelle und einer relativ dazu verstellbaren Innenwelle ausgebildet ist. Dabei ist zumindest ein fest mit der Außenwelle verbundener erster Nocken und zumindest ein fest mit der Innenwelle verbundener zweiter Nocken vorgesehen, die über das zuvor beschriebene Ventiltriebsystems auf ein gemeinsames Ventil, beispielsweise ein Einlassventil oder ein Auslassventil, der Brennkraftmaschine einwirken. Das Ventiltriebsystem ist nun derart schaltbar, dass ein vom zumindest einen ersten Nocken bewirkter Ersthub des Ventils um einen vom zumindest einen zweiten Nocken bewirkten Zweithub des Ventils ergänzt werden kann. Hierdurch ist es möglich, sowohl das Timing als auch den Hub des zweiten Nockens nicht nur zu- und abzuschalten, sondern auch nahezu beliebig hinsichtlich seiner Phase und damit hinsichtlich seinem aktivierten Zustand einzustellen. The present invention is based on the general idea of providing an internal combustion engine with both a switchable valve train system for connecting and disconnecting a second stroke of an associated valve, as at the same time the camshaft actuating the camshaft system is to be formed as an adjustable camshaft and thereby allow the crank angle, in which the second-stroke is active, to be able to move and adjust. For this purpose, the internal combustion engine according to the invention has an intake camshaft and an exhaust camshaft, of which at least one is designed as an adjustable camshaft with an outer shaft and an inner shaft that can be adjusted relative thereto. In this case, at least one connected to the outer shaft first cam and at least one fixedly connected to the inner shaft second cam is provided, which act on the valve drive system described above on a common valve, such as an intake valve or an exhaust valve, the internal combustion engine. The valve train system is now switchable such that a first lift of the valve effected by the at least one first cam can be supplemented by a second lift of the valve effected by the at least one second cam. This makes it possible not only to turn on and off both the timing and the stroke of the second cam, but also to set almost arbitrarily in terms of its phase and thus in terms of its activated state.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist jeweils ein erster Nocken zwischen zwei zweiten Nocken angeordnet. In diesem Fall sind die zumindest zwei Nocken somit als Mehrfachnocken ausgebildet, die über das Ventiltriebsystem auf das gemeinsame Einlassventil oder Auslassventil einwirken. Das Ventiltriebsystem kann in diesem Fall beispielsweise ein schaltbarer Tassenstößel sein, wie dieser insbesondere aus der
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Betrieb der zuvor beschriebenen Brennkraftmaschine anzugeben, bei welchen die verstellbare Nockenwelle als Auslassnockenwelle ausgebildet ist und ein zweiter Hub eines Auslassventils während einer Ansaugphase und gleichzeitig geöffnetem Einlassventil erfolgt, wodurch eine interne Abgasrückführung bewirkt wird, indem Abgas in den Zylinder gesaugt wird. Der Zweithub erfolgt somit auf der Auslassseite, das heißt an dem Auslassventil, welches mit seinem Zweithub während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine, das heißt bei gleichzeitig zumindest teilweise geöffnetem Einlassventil, in Höhe des Zweithubs geöffnet wird. Durch das kurze Öffnen des Auslassventils bei gleichzeitig geöffnetem Einlassventil kann somit ein Teil des ausgestoßenen Abgases in den Zylinder gesaugt werden. Durch die verstellbare Auslassnockenwelle ist es dabei möglich, den Kurbelwinkel, das heißt den Öffnungszeitpunkt des Auslassventils während des Zweithubs während der Ansaugphase zu verstellen und damit zu optimieren. Dies ermöglicht die Regelung der internen Restgasmenge, was z.B. beim Brennverfahren mit homogener Kompressionszündung (HCCI) bzw. CAI-Brennverfahren einen relevanten Parameter bei der Steuerung des Zündbeginns darstellt.The present invention is further based on the general idea to provide a method for operating the internal combustion engine described above, in which the adjustable camshaft is formed as an exhaust camshaft and a second stroke of an exhaust valve during an intake and simultaneously open inlet valve, whereby an internal exhaust gas recirculation is effected by sucking exhaust gas into the cylinder. The second stroke thus takes place on the outlet side, that is to say on the outlet valve which, with its second stroke, is opened at the level of the second stroke during the intake phase of the internal combustion engine, that is to say with at least partially opened inlet valve. As a result of the brief opening of the outlet valve while the inlet valve is simultaneously open, part of the exhaust gas emitted can be sucked into the cylinder. Due to the adjustable exhaust camshaft, it is possible to adjust the crank angle, that is, the opening time of the exhaust valve during the second stroke during the intake and thus to optimize. This allows the regulation of the internal residual gas quantity, which is a relevant parameter in the control of the ignition start, for example, in the combustion process with homogeneous compression ignition (HCCI) or CAI combustion process.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der zuvor beschriebenen Brennkraftmaschine ist die verstellbare Nockenwelle als Einlassnockenwelle ausgebildet und ein Zweithub eines damit zusammenwirkenden Einlassventils erfolgt während einer Ausschiebephase und gleichzeitig geöffnetem Auslassventil, wodurch ebenfalls eine interne Abgasrückführung bewirkt werden kann, indem Abgas in einen Ansaugtrakt geschoben wird. Während des Ausschiebetaktes wird somit das Einlassventil kurz geöffnet und damit Abgas in den Ansaugtrakt geschoben, wobei das in den Ansaugtrakt geschobene Abgas im sich anschließenden Ansaugtakt wieder in den Zylinder gelangt. Aufgrund der verstellbaren Einlassnockenwelle ist hier ebenfalls eine Variation des Öffnungszeitpunkts des Einlassventils für seinen Zweithub über einen vergleichsweise großen Kurbelwellenwinkelbereich möglich, wodurch auch hier die Abgasrückführung besonders genau regelbar ist. In a further inventive method for operating the internal combustion engine described above, the adjustable camshaft is formed as an intake camshaft and a second lift of a cooperating intake valve during a Ausschiebephase and simultaneously open exhaust valve, whereby also an internal exhaust gas recirculation can be effected by exhaust gas is pushed into an intake , During the Ausschiebetaktes thus the intake valve is opened briefly and thus pushed exhaust gas into the intake, wherein the pushed into the intake exhaust gas in the subsequent intake stroke gets back into the cylinder. Due to the adjustable intake camshaft, a variation of the opening timing of the intake valve for its second stroke over a comparatively large crankshaft angle range is likewise possible here, as a result of which the exhaust gas recirculation can also be regulated particularly precisely here.
Erfolgt der Ventil-Zweithub des Einlassventils bzw. Auslassventils bei geöffnetem Auslass- bzw. Einlassventils (Ventilüberschnitt) dann, wenn ein Druck im Ansaugstrang höher ist als ein Druck im Abgasstrang wird das sogenannte „Scavenging“-Verfahren ermöglicht. Unter dem „Scavenging“-Verfahren wird eine Betriebsweise einer Brennkraftmaschine verstanden, bei der sich die Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventil teilweise überschneiden (
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen zum Betrieb der zuvor genannten Brennkraftmaschine ist die verstellbare Nockenwelle als Auslassnockenwelle ausgebildet und ein Zweithub eines Auslassventils erfolgt während eines Expansionstakts, wodurch die Expansionsarbeit verringert und ein Bremsmoment erzeugt werden kann. Hierdurch kann eine sogenannte Dekompressionsbremse im Schubbetrieb realisiert werden. Im Schubbetrieb, in welchem keine Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine erfolgt, kann im Expansionstakt das Auslassventil über seinen Zweithub geringfügig geöffnet werden, um so die Expansionsarbeit zu verhindern und damit das Bremsmoment zu erhöhen. In a further inventive for operating the aforementioned internal combustion engine, the adjustable camshaft is formed as an exhaust camshaft and a second lift of an exhaust valve during an expansion stroke, whereby the expansion work can be reduced and a braking torque can be generated. In this way, a so-called decompression brake can be realized in overrun mode. In overrun operation, in which no injection of fuel into the internal combustion engine takes place, the exhaust valve can be slightly opened in the expansion stroke over its second stroke, so as to prevent the expansion work and thus to increase the braking torque.
Selbstverständlich ist es dabei möglich, die zuvor genannten Verfahren sowohl alternativ als auch kumulativ anzuwenden, insbesondere wenn sowohl die Einlassnockenwelle als auch die Auslassnockenwelle als verstellbare Nockenwellen ausgebildet sind. Of course, it is possible to use the aforementioned methods both alternatively and cumulatively, in particular if both the intake camshaft and the exhaust camshaft are designed as adjustable camshafts.
Generell kann mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und den erfindungsgemäßen Verfahren eine deutlich verbesserte Anpassung des Zweithubtimings und damit der Restgassteuerung unter Berücksichtigung eines Druckgefälles erreicht werden.In general, with the internal combustion engine according to the invention and the method according to the invention, a significantly improved adaptation of the second-stroke timing and thus of the residual gas control can be achieved taking into account a pressure gradient.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Entsprechend den
Das Ventiltriebsystem
Betrachtet man die
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
Betrachtet man beispielsweise die
Betrachtet man die
Für einen sogenannten Scavenging-Prozess erfolgt der Zweithub
Betrachtet man schließlich noch das Hub-Kurbelwellenwinkeldiagramm gemäß der
Betrachtet man nochmals die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R079 | Amendment of ipc main class |
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R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |