DE102015205297A1 - Internal combustion engine - Google Patents

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exhaust
camshaft
internal combustion
combustion engine
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DE102015205297.4A
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Sascha Naujoks
Simon Streng
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Mahle International GmbH
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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 claim 1.

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 DE 196 06 054 C2 ist eine weitere Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil je Zylinder bekannt. Diese Brennkraftmaschine besitzt eine die Gaswechselventile betätigende Einlassnockenwelle, die zur Verschiebung der Ventilöffnungsphasen gegenüber der sie antreibenden Welle relativ verdrehbar ist, wodurch in den Endstellungen des Verdrehvorgangs eine frühe und eine späte Ventilöffnungsphase eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind Hubübertragungselemente zwischen den Nocken der Einlassnockenwelle und den Gaswechselventilen vorgesehen, mit Mitteln zur Veränderung des Ventilhubes des Gaswechselventils, wobei mindestens ein Gaswechselventil je Zylinder mit einem Nocken mit mindestens zwei Hubkurven zusammenwirkt. Das Hubübertragungselement dieses Gaswechselventils weist zwei Hubelemente auf, die jeweils mit unterschiedlichen Hubkurven des Nockens zusammenwirken und wobei die Hubelemente durch ein verschiebbares Koppelelement lösbar miteinander verbindbar sind. Hierdurch ist es möglich, in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine im mittleren Drehzahlbereich eine frühe Ventilöffnungsphase einstellen zu können und im Drehzahlbereich bei geringer bis mittlerer Last die Einlassventile mit den Hubkurven für kleine Ventilhübe zusammenwirken zu lassen. In diesem Drehzahlbereich erfolgt bei Überschreiten einer vorgegebenen Last eine Umschaltung zu den Kurven für große Ventilhübe. Insgesamt soll mit der vorliegenden Brennkraftmaschine eine Beeinflussung der Steuerzeiten des Ventiltriebs mit konstruktiv einfachen Mitteln und möglichst geringem Platzbedarf ermöglicht werden. From the DE 196 06 054 C2 is another internal combustion engine with at least one gas exchange valve per cylinder known. This internal combustion engine has an intake camshaft which actuates the gas exchange valves, which is relatively rotatable for displacing the valve opening phases relative to the shaft driving them, whereby an early and a late valve opening phase can be set in the end positions of the twisting operation. In addition, Hubübertragungselemente between the cam of the intake camshaft and the gas exchange valves are provided with means for changing the valve lift of the gas exchange valve, wherein at least one gas exchange valve per cylinder cooperates with a cam having at least two lift curves. The Hubübertragungselement this gas exchange valve has two lifting elements, which cooperate in each case with different lifting curves of the cam and wherein the lifting elements are releasably connected to each other by a sliding coupling element. This makes it possible, depending on the load and speed of the internal combustion engine in the middle speed range to be able to set an early valve opening phase and to let the intake valves cooperate with the lift curves for small valve lifts in the speed range at low to medium load. In this speed range, when a given load is exceeded, a changeover to the curves for large valve lifts takes place. Overall, it should be possible with the present internal combustion engine to influence the timing of the valve train with structurally simple means and the smallest possible space.

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 DE 196 06 054 C2 bekannt ist, wobei selbstverständlich das Ventiltriebsystem auch anders realisiert werden kann, beispielsweise als System mit einem schaltbaren Schlepphebel oder einem schaltbaren Kipphebel. Wichtig ist dabei lediglich, dass dieses Ventiltriebsystem es ermöglicht, zwischen dem ersten und zweiten Nocken umzuschalten. In an advantageous development of the solution according to the invention, in each case a first cam is arranged between two second cams. In this case, the at least two cams are thus designed as multiple cams which act on the common intake valve or exhaust valve via the valve train system. The valve train system may in this case, for example, be a switchable bucket tappets, as this particular from the DE 196 06 054 C2 is known, of course, the valve train system can also be realized differently, for example as a system with a switchable drag lever or a switchable rocker arm. It is only important that this valve train system makes it possible to switch between the first and second cam.

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 (4 und 5). Hierdurch ist es möglich, dass ein Teil der angesaugten, kalten Frischluft das im Zylinder befindliche heiße Abgase in den Abgaskrümmer spült und dadurch sich die Füllung im Vergleich zum konventionellen Betrieb deutlich verbessert, was insbesondere auch zu einem erhöhten Massenstrom im Abgasstrang führt, wodurch wiederum ein Ansprechverhalten eines Abgasturboladers, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, deutlich verbessert werden kann. Hierdurch lässt sich also insbesondere das sogenannte "Turboloch" verringern. Zudem begünstigt das hohe Sauerstoffangebot die Nachverbrennung der Abgase im Zylinder. If the valve second lift of the intake valve or exhaust valve takes place when the exhaust or intake valve (valve overcut) is open, when a pressure in the intake manifold is higher than a pressure in the exhaust system, the so-called "scavenging" method is enabled. The "scavenging" method is understood as meaning an operating mode of an internal combustion engine in which the opening and closing valve opening times partially overlap ( 4 and 5 ). This makes it possible that a portion of the sucked, cold fresh air flushes the hot exhaust gases located in the cylinder in the exhaust manifold and thereby significantly improves the filling compared to conventional operation, which in particular also leads to an increased mass flow in the exhaust system, which in turn Response behavior of an exhaust gas turbocharger, especially at low speeds, can be significantly improved. As a result, in particular, the so-called "turbo lag" can be reduced. In addition, the high oxygen supply favors the afterburning of the exhaust gases in the cylinder.

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,

1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Vollhub, das heißt vollwirksamen ersten Nocken, 1 a sectional view through an internal combustion engine according to the invention in full stroke, that is, fully effective first cam,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einem Teilhub, 2 a representation like in 1 , but at a partial lift,

3 unterschiedliche Ansichten bzw. Schnittdarstellungen auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, 3 different views or sectional views of the internal combustion engine according to the invention,

4 ein Hub-Kurbelwellendiagramm bei einer internen Abgasrückführung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine während der Ansaugphase mit Zweithub am Auslassventil, 4 a stroke crankshaft diagram in an internal exhaust gas recirculation of the internal combustion engine according to the invention during the intake phase with a second stroke at the exhaust valve,

5 eine Darstellung wie in 4, jedoch mit interner Abgasrückführung durch Zweithub des Einlassventils während der Ausschiebephase, 5 a representation like in 4 , but with internal exhaust gas recirculation through the second lift of the intake valve during the discharge phase,

6 eine mittels Zweithub öffenbares Auslassventil, wobei der Zweithub während einer Expansionsphase erfolgt und dadurch ein Bremsbetrieb ermöglicht wird. 6 a second-stroke openable exhaust valve, wherein the second stroke is during an expansion phase and thereby a braking operation is enabled.

Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eine Einlassnockenwelle 2 sowie eine Auslassnockenwelle 3 auf. Dabei ist selbstverständlich klar, dass in der jeweiligen Darstellung gemäß den 1 bis 3, die gezeigte Nockenwelle entweder als Einlassnockenwelle 2 oder als Auslassnockenwelle 3 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist nun zumindest die Einlassnockenwelle 2 oder die Auslassnockenwelle 3 als verstellbare Nockenwelle mit einer Außenwelle 4 und einer relativ dazu verstellbaren, das heißt verdrehbaren, Innenwelle 5 ausgebildet, 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. Ist dabei die verstellbare Nockenwelle als Einlassnockenwelle 2 ausgebildet, so ist selbstverständlich das Ventil 9 als Einlassventil ausgebildet, wogegen bei einer Ausbildung der verstellbaren Nockenwelle als Auslassnockenwelle 3 das Ventil 9 als Auslassventil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist nun das Ventiltriebsystem 8 derart schaltbar, dass ein vom zumindest einen ersten Nocken 6 bewirkter Ersthub 10 (vgl. die 4 bis 6) des Ventils 9 um einen vom zumindest einen zweiten Nocken 7 bewirkten Zweithub 11 des Ventils 9 ergänzbar ist. According to the 1 to 3 , Has an internal combustion engine according to the invention 1 an intake camshaft 2 and an exhaust camshaft 3 on. It is clear, of course, that in the respective representation according to the 1 to 3 , the camshaft shown either as an intake camshaft 2 or as an exhaust camshaft 3 is trained. According to the invention is now at least the intake camshaft 2 or the exhaust camshaft 3 as adjustable camshaft with an outer shaft 4 and a relatively adjustable, that is rotatable, inner shaft 5 formed, at least one fixed to the outer shaft 4 connected first cam 6 and at least one fixed to the inner shaft 5 connected second cam 7 are provided, which via a valve train system 8th on a common valve 9 the internal combustion engine 1 act. Is the adjustable camshaft as intake camshaft 2 trained, so of course is the valve 9 formed as an intake valve, whereas in an embodiment of the adjustable camshaft as an exhaust camshaft 3 the valve 9 is designed as an outlet valve. According to the invention is now the valve train system 8th switchable such that one of the at least one first cam 6 effected Ersthub 10 (see the 4 to 6 ) of the valve 9 around one of the at least one second cam 7 caused second stroke 11 of the valve 9 can be supplemented.

Das Ventiltriebsystem 8 kann dabei beispielsweise als verstellbarer Tassenstößel 12 (vgl. die 1 bis 3) ausgebildet sein. In diesem Fall besitzt der Tassenstößel eine Bolzenfeder 13, einen zweiteiligen Verriegelungsbolzen 14, eine Öleintrittsbohrung 15 sowie eine Ausgleichsfeder 16. Je nach Schaltzustand ermöglicht dabei der verstellbare Tassenstößel 12 einen Ersthub 10, auch Vollhub genannten, des Ventils 9 mittels der ersten Nocken 6 (vgl. 1) oder alternativ einen Zweithub 11, auch Teilhub genannt, mittels des zumindest einen zweiten Nockens 7. Alternativ zu der Ausführungsform als verstellbarer Tassenstößel 12, kann das Ventiltriebsystem 8 selbstverständlich auch einen schaltbaren Schlepphebel oder einen schaltbaren Kipphebel (nicht gezeigt) umfassen. Derartige schaltbare Schlepphebel bzw. schaltbare Kipphebel sind aus dem Stand der Technik jedoch mannigfaltig bekannt. The valve train system 8th can be used, for example, as an adjustable tappet 12 (see the 1 to 3 ) be formed. In this case, the bucket tappet has a bolt spring 13 , a two-piece locking bolt 14 , an oil inlet hole 15 and a compensating spring 16 , Depending on the switching state allows the adjustable bucket tappets 12 a first lift 10 , also called full stroke, of the valve 9 by means of the first cam 6 (see. 1 ) or alternatively a second stroke 11 , also called partial lift, by means of the at least one second cam 7 , Alternatively to the embodiment as an adjustable bucket tappet 12 , the valve train system can 8th Of course, also include a switchable drag lever or a switchable rocker arm (not shown). Such switchable drag levers or switchable rocker arms are known from the prior art, however, manifold.

Betrachtet man die 1 bis 3, so kann man erkennen, dass jeweils ein erster Nocken 6 zwischen zwei zweiten Nocken 7 angeordnet ist. Looking at the 1 to 3 , so you can see that each has a first cam 6 between two second cams 7 is arranged.

Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 lassen sich nun unterschiedlichste Verfahren zum Betrieb derselben realisieren. With the internal combustion engine according to the invention 1 Now can be realized a variety of methods for operating the same.

Betrachtet man beispielsweise die 4, so ist dort ein Hub-Kurbelwellenwinkeldiagramm dargestellt mit einer Ausschiebephase 17 und einer Ansaugphase 18. Gemäß der 4 ist dabei die verstellbare Nockenwelle als Auslassnockenwelle 3 ausgebildet und bewirkt einen Zweithub 11 eines Auslassventils 19 während der Ansaugphase 18 und gleichzeitig geöffnetem Einlassventil 20, wodurch eine interne Abgasrückführung bewirkt werden kann, in dem Abgas in den Zylinder eingesaugt wird. Durch die als verstellbare Nockenwelle ausgebildete Auslassnockenwelle 3 kann dabei der Zweithub 11 des Auslassventils 19 im Bereich der Ansaugphase 18 um einen Kurbelwellenwinkel α von ca. 100° verschoben werden, wodurch eine besonders feine Justierung der Abgasrückführung und damit eine besonders exakte Justierung der Brennkraftmaschine 1 ermöglicht wird. Hierdurch lässt sich auch der Zeitpunkt des Zweithubs 11 individuell einstellen. Gemäß der 4 ist dabei der Zweithub 11 bei einem Kurbelwellenwinkel von ca. 540° eingezeichnet, während dieser beispielsweise durch ein Verdrehen der Innenwelle 5 relativ zur Außenwelle 4 auch um einen Kurbelwellenwinkel von ca. 100° nach vorne verlegt werden kann, das heißt in Richtung eines Kurbelwellenwinkels von 440°. Während des Ansaugens von Frischluft durch das geöffnete Einlassventil 20 wird somit durch das kurze Öffnen des Auslassventils 19 ein Teil des Abgases in den Zylinder gesaugt und dadurch die interne Abgasrückführung ermöglicht. Consider, for example, the 4 , so there is a lift crankshaft angle diagram shown with a Ausschiebephase 17 and a suction phase 18 , According to the 4 is the adjustable camshaft as an exhaust camshaft 3 trained and causes a second stroke 11 an exhaust valve 19 during the intake phase 18 and simultaneously open inlet valve 20 , whereby an internal exhaust gas recirculation can be effected, is sucked in the exhaust gas into the cylinder. By designed as an adjustable camshaft exhaust camshaft 3 can the second stroke 11 the exhaust valve 19 in the suction phase 18 be shifted by a crank angle α of about 100 °, whereby a particularly fine adjustment of the exhaust gas recirculation and thus a particularly accurate adjustment of the internal combustion engine 1 is possible. This also allows the timing of the Zweithubs 11 set individually. According to the 4 is the second stroke 11 drawn at a crankshaft angle of about 540 °, while this example, by rotating the inner shaft 5 relative to the outer shaft 4 It can also be moved forward by a crankshaft angle of approx. 100 °, ie in the direction of a crankshaft angle of 440 °. During the intake of fresh air through the open inlet valve 20 is thus due to the short opening of the exhaust valve 19 a part of the exhaust gas sucked into the cylinder, thereby allowing the internal exhaust gas recirculation.

Betrachtet man die 5, so ist bei dieser die verstellbare Nockenwelle als Einlassnockenwelle 2 ausgebildet und ein Zweithub 11 des Einlassventils 20 erfolgt während der Ausschiebephase 17 und gleichzeitig geöffnetem Auslassventil 19, wodurch ebenfalls eine interne Abgasrückführung bewirkt, in dem Abgas in einen Ansaugtrakt geschoben wird. Dieses gelangt dann im anschließenden Ansaugtrakt wieder in den Zylinder. Durch die als verstellbare Nockenwelle ausgebildete Einlassnockenwelle 2 kann auch hier der Zeitpunkt des Zweithubes 11 um den Kurbelwellenwinkel α während der Ausschiebephase 17 variiert werden. Wodurch ebenfalls eine besonders exakte Justage möglich ist. Looking at the 5 , so at this is the adjustable camshaft as intake camshaft 2 trained and a second stroke 11 of the inlet valve 20 takes place during the ejection phase 17 and simultaneously opened exhaust valve 19 , which also causes an internal exhaust gas recirculation, in which exhaust gas is pushed into an intake tract. This then returns to the cylinder in the subsequent intake tract. By designed as an adjustable camshaft intake camshaft 2 can also be the time of the second stroke 11 around the crankshaft angle α during the push-out phase 17 be varied. Which also makes a particularly accurate adjustment possible.

Für einen sogenannten Scavenging-Prozess erfolgt der Zweithub 11 des Einlassventils 20 bei geöffnetem Auslassventil 19 oder der Zweithub 11 des Auslassventils 19 bei geöffnetem Einlassventil 20 dann, wenn ein Druck im Ansaugstrang höher ist als ein Druck im Abgasstrang. Hierdurch kann ein Teil der angesaugten Frischluft durch das geöffnete Einlass- und Auslassventil (20 und 19) den Zylinder durchströmen und damit den Abgasmassenstrom erhöhen, wodurch wiederum ein sogenanntes Turboloch vermieden werden kann. Zudem begünstigt der hohe Sauerstoff die Nachverbrennung der Abgase. For a so-called scavenging process the second stroke takes place 11 of the inlet valve 20 with the exhaust valve open 19 or the second stroke 11 the exhaust valve 19 with the inlet valve open 20 when a pressure in the intake manifold is higher than a pressure in the exhaust system. As a result, a portion of the intake fresh air through the open inlet and outlet valve ( 20 and 19 ) flow through the cylinder and thus increase the exhaust gas mass flow, which in turn a so-called turbo lag can be avoided. In addition, the high oxygen promotes the afterburning of the exhaust gases.

Betrachtet man schließlich noch das Hub-Kurbelwellenwinkeldiagramm gemäß der 6, so ist in diesem gezeigt, dass ein Zweithub 11 eines Auslassventils 19 während eines Expansionstakts 21 erfolgt, wodurch die Expansionsarbeit verringert und ein Bremsmoment erzeugt werden kann. Dies erfolgt insbesondere im Schubbetrieb, z.B. als Dekompressionsbremse. Im Schubbetrieb erfolgt keine Einspritzung von Kraftstoff, so dass im Expansionstakt 21 das Auslassventil 19 mittels des Zweithubes 11 (kleiner Ventilhub) geöffnet werden kann und dadurch die Expansionsarbeit verringert und das Bremsmoment erhöht. Anschließend an die Ansaugphase 18 ist in Fig. die Kompressionsphase 22 gezeichnet. In welche jedoch sowohl das Einlassventil 20 als auch das Auslassventil 19 üblicherweise geschlossen sind. Finally, considering the stroke crankshaft angle diagram according to the 6 , so shown in this is a second-stroke 11 an exhaust valve 19 during an expansion stroke 21 takes place, whereby the expansion work can be reduced and a braking torque can be generated. This is done especially in overrun mode, eg as a decompression brake. In overrun mode, there is no injection of fuel, so that in the expansion stroke 21 the outlet valve 19 by means of the second stroke 11 (small valve lift) can be opened, thereby reducing the expansion work and increasing the braking torque. After the suction phase 18 is in Fig. The compression phase 22 drawn. In which, however, both the inlet valve 20 as well as the exhaust valve 19 usually closed.

Betrachtet man nochmals die 4 bis 6, so kann man jeweils die besondere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 durch die prinzipielle Verschiebbarkeit des Zweithubes 11 um einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel α erkennen. Durch die Anpassung des Zweithub-Timings kann die Restgassteuerung unter Berücksichtigung des Druckgefälles optimal eingestellt werden. Looking again at the 4 to 6 , so you can each have the special possibility of the internal combustion engine according to the invention 1 by the principle displacement of the second stroke 11 to recognize a predetermined crankshaft angle α. By adjusting the two-stroke timing, the residual gas control can be optimally adjusted taking into account the pressure gradient.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19606054 C2 [0003, 0008] DE 19606054 C2 [0003, 0008]

Claims (10)

Brennkraftmaschine (1) mit einer Einlassnockenwelle (2) und einer Auslassnockenwelle (3), dadurch gekennzeichnet, – 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. Internal combustion engine ( 1 ) with an intake camshaft ( 2 ) and an exhaust camshaft ( 3 ), characterized in that - at least the intake camshaft ( 2 ) or the exhaust camshaft ( 3 ) as an adjustable camshaft with an outer shaft ( 4 ) and a relatively adjustable inner shaft ( 5 ) is formed, wherein at least one fixed to the outer shaft ( 4 ) connected first cam ( 6 ) and at least one fixed to the inner shaft ( 5 ) connected second cam ( 7 ) are provided, which via a valve train system ( 8th ) to a common valve ( 9 ) of the internal combustion engine ( 1 ), - that the valve train system ( 8th ) is switchable such that one of the at least one first cam ( 6 ) first lift ( 10 ) of the valve ( 9 ) around one of the at least one second cam ( 7 ) caused a second stroke ( 11 ) of the valve ( 9 ) can be supplemented. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erster Nocken (6) zwischen zwei zweiten Nocken (7) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in each case a first cam ( 6 ) between two second cams ( 7 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventiltriebsystem (8) einen schaltbaren Tassenstößel (12), einen schaltbaren Schlepphebel oder einen schaltbaren Kipphebel umfasst. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve train system ( 8th ) a switchable bucket tappets ( 12 ), a switchable drag lever or a switchable rocker arm comprises. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (9) als Einlassventil (20) oder als Auslassventil (19) ausgebildet ist. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve ( 9 ) as an inlet valve ( 20 ) or as an outlet valve ( 19 ) is trained. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die verstellbare Nockenwelle als Auslassnockenwelle (3) ausgebildet ist und ein Zweithub (11) eines Auslassventils (19) während einer Ansaugphase (18) und gleichzeitig geöffnetem Einlassventil (20) erfolgt, wodurch eine interne Abgasrückführung bewirkt wird, indem Abgas in den Zylinder gesaugt wird. Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the adjustable camshaft as an exhaust camshaft ( 3 ) is formed and a second stroke ( 11 ) an exhaust valve ( 19 ) during a suction phase ( 18 ) and simultaneously opened inlet valve ( 20 ), whereby internal exhaust gas recirculation is effected by sucking exhaust gas into the cylinder. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die verstellbare Nockenwelle als Einlassnockenwelle (2) ausgebildet ist und ein Zweithub (11) eines Einlassventils (20) während einer Ausschiebephase (17) und gleichzeitig geöffnetem Auslassventil (19) erfolgt, wodurch eine interne Abgasrückführung bewirkt wird, indem Abgas in einen Ansaugtrakt geschoben wird.Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the adjustable camshaft as an intake camshaft ( 2 ) is formed and a second stroke ( 11 ) an intake valve ( 20 ) during an ejection phase ( 17 ) and simultaneously opened exhaust valve ( 19 ), whereby internal exhaust gas recirculation is effected by pushing exhaust gas into an intake tract. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweithub (11) des Einlassventils (20) dann erfolgt, wenn das Auslassventil (19) geöffnet ist und ein Druck im Ansaugstrang höher ist als ein Druck im Abgasstrang. Method according to claim 6, characterized in that the second stroke ( 11 ) of the inlet valve ( 20 ) then takes place when the exhaust valve ( 19 ) is open and a pressure in the intake manifold is higher than a pressure in the exhaust system. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweithub (11) des Auslassventils (19) dann erfolgt, wenn das Einlassventil (20) geöffnet ist und ein Druck im Ansaugstrang höher ist als ein Druck im Abgasstrang. Method according to claim 6, characterized in that the second stroke ( 11 ) of the exhaust valve ( 19 ) then takes place when the inlet valve ( 20 ) is open and a pressure in the intake manifold is higher than a pressure in the exhaust system. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die verstellbare Nockenwelle als Auslassnockenwelle (3) ausgebildet ist und ein Zweithub (11) eines Auslassventils (19) während eines Expansionstakts (21) erfolgt, wodurch die Expansionsarbeit verringert und ein Bremsmoment erzeugt wird.Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the adjustable camshaft as an exhaust camshaft ( 3 ) is formed and a second stroke ( 11 ) an exhaust valve ( 19 ) during an expansion cycle ( 21 ), whereby the expansion work is reduced and a braking torque is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein relatives Verdrehen der Innenwelle (5) zur Außenwelle (4) der Zweithub (11) um einen Kurbelwellenwinkel α verstellbar und damit der Zeitpunkt des Zweithubs (11) einstellbar ist.Method according to one of claims 4 to 9, characterized in that by a relative rotation of the inner shaft ( 5 ) to the outer shaft ( 4 ) the second stroke ( 11 ) by a crankshaft angle α adjustable and thus the time of the second lift ( 11 ) is adjustable.
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