DE-102013217412-B4 - Wahlweise mittels Zweitaktverfahren oder Viertaktverfahren betreibbare Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Abstract

Brennkraftmaschine, die wahlweise gemäß einem ersten Betriebsmodus mittels Zweitaktverfahren oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus mittels Viertaktverfahren betreibbar ist, mit - mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlaßöffnung zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und - einem Ventiltrieb umfassend ein Ventil für jede Öffnung und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Ventile, die mindestens eine Nockenwelle mit mehreren Nocken umfaßt, bei der - mindestens ein mechanischer Lader im Ansaugsystem angeordnet ist, wobei eine Bypaßleitung zur Umgehung des mechanischen Laders vorgesehen ist, die stromaufwärts des Laders aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts des Laders wieder in das Ansaugsystem einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist, - mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter stromaufwärts des mechanischen Laders im Ansaugsystem vorgesehen ist, - mindestens eine Nockenwelle zur Betätigung mindestens eines modusanpaßbaren Ventils zwei unterschiedliche Nocken aufweist, wobei ein erster Nocken der Betätigung dieses modusanpaßbaren Ventils im ersten Betriebsmodus und ein zweiter Nocken der Betätigung dieses modusanpaßbaren Ventils im zweiten Betriebsmodus dient, - der Ventiltrieb (1) schaltbar in der Art ausgeführt ist, dass die Betätigung des mindestens einen modusanpaßbaren Ventils im zweiten Betriebsmodus mittels zweitem Nocken und im ersten Betriebsmodus mittels erstem Nocken erfolgt, und - die Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Ventile mehrere ventilzugehörige Nockenfolgeelemente (2) umfaßt, wobei jedes ventilzugehörige Nockenfolgeelement (2) im Kraftfluß zwischen einem Nocken und einem Ventil in der Art angeordnet ist, dass das Ventil bei einer Rotation der Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung ausführt, wobei für die zwei unterschiedlichen Nocken des mindestens einen modusanpaßbaren Ventils zwei nockenzugehörige Nockenfolgeelemente (3,4) vorgesehen sind, die mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar sind, wobei ein erstes dem ersten Nocken zugehöriges Nockenfolgeelemente (3) mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar ist, um das modusanpaßbare Ventil im ersten Betriebsmodus mittels erstem Nocken zu betätigen, und ein zweites dem zweiten Nocken zugehöriges Nockenfolgeelemente (4) mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar ist, um das Ventil im zweiten Betriebsmodus mittels zweitem Nocken zu betätigen.

Inventors

• Christian Winge Vigild
• Andreas Kuske
• Wilbert Hemink
• Torsten Tietze

Assignees

• FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20130902

Priority Date

20120907

Claims (12)

1. Brennkraftmaschine, die wahlweise gemäß einem ersten Betriebsmodus mittels Zweitaktverfahren oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus mittels Viertaktverfahren betreibbar ist, mit - mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlaßöffnung zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und - einem Ventiltrieb umfassend ein Ventil für jede Öffnung und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Ventile, die mindestens eine Nockenwelle mit mehreren Nocken umfaßt, bei der - mindestens ein mechanischer Lader im Ansaugsystem angeordnet ist, wobei eine Bypaßleitung zur Umgehung des mechanischen Laders vorgesehen ist, die stromaufwärts des Laders aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts des Laders wieder in das Ansaugsystem einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist, - mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter stromaufwärts des mechanischen Laders im Ansaugsystem vorgesehen ist, - mindestens eine Nockenwelle zur Betätigung mindestens eines modusanpaßbaren Ventils zwei unterschiedliche Nocken aufweist, wobei ein erster Nocken der Betätigung dieses modusanpaßbaren Ventils im ersten Betriebsmodus und ein zweiter Nocken der Betätigung dieses modusanpaßbaren Ventils im zweiten Betriebsmodus dient, - der Ventiltrieb (1) schaltbar in der Art ausgeführt ist, dass die Betätigung des mindestens einen modusanpaßbaren Ventils im zweiten Betriebsmodus mittels zweitem Nocken und im ersten Betriebsmodus mittels erstem Nocken erfolgt, und - die Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Ventile mehrere ventilzugehörige Nockenfolgeelemente (2) umfaßt, wobei jedes ventilzugehörige Nockenfolgeelement (2) im Kraftfluß zwischen einem Nocken und einem Ventil in der Art angeordnet ist, dass das Ventil bei einer Rotation der Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung ausführt, wobei für die zwei unterschiedlichen Nocken des mindestens einen modusanpaßbaren Ventils zwei nockenzugehörige Nockenfolgeelemente (3,4) vorgesehen sind, die mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar sind, wobei ein erstes dem ersten Nocken zugehöriges Nockenfolgeelemente (3) mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar ist, um das modusanpaßbare Ventil im ersten Betriebsmodus mittels erstem Nocken zu betätigen, und ein zweites dem zweiten Nocken zugehöriges Nockenfolgeelemente (4) mit dem ventilzugehörigen Nockenfolgeelement (2) mechanisch koppelbar ist, um das Ventil im zweiten Betriebsmodus mittels zweitem Nocken zu betätigen.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das mindestens eine ventilzugehörige Nockenfolgeelemente (2) ein Kipphebel (2a) ist und/oder die mindestens zwei nockenzugehörigen Nockenfolgeelemente (3,4) Kipphebel (3a,4a) sind.
3. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass sowohl die mindestens eine Einlaßöffnung als auch die mindestens eine Auslaßöffnung des mindestens einen Zylinders mit einem modusanpaßbaren Ventil ausgestattet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Auslaßöffnung des mindestens einen Zylinders mit einem modusanpaßbaren Ventil ausgestattet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Zylinder mindestens eine weitere Öffnung zum Zuführen von Ladeluft aufweist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der mindestens eine Zylinder mindestens einen als weitere Öffnung dienenden Schlitz aufweist, der mittels im Zylinder oszillierendem Kolben zum Zuführen von Ladeluft steuerbar ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Abgasrückführung vorgesehen ist, welche eine Rückführleitung umfaßt, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts des Verdichters in das Ansaugsystem einmündet.
8. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ausgehend von einer im zweiten Betriebsmodus betriebenen Brennkraftmaschine, bei der das mindestens eine modusanpaßbare Ventil mittels zweitem Nocken betätigt wird, der Ventiltrieb zur Überführung der Brennkraftmaschine in den ersten Betriebsmodus geschaltet wird, falls die Drehzahl n mot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl n mot,limit unterschreitet, und zwar in der Art, dass das mindestens eine modusanpaßbare Ventil mittels erstem Nocken betätigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Brennkraftmaschine ausgehend vom zweiten Betriebsmodus nur dann in den ersten Betriebsmodus überführt wird, falls die Last T mot der Brennkraftmaschine größer ist als eine vorgebbare Last T mot,limit .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Absperrelement im Rahmen der Überführung der Brennkraftmaschine vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus in Richtung Schließstellung verstellt wird, um den durch den mechanischen Lader geführten Ladeluftstrom zu erhöhen.
11. Verfahren nach Anspruch 8 , 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet , dass der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers auf größere Ladeluftmassenströme ausgelegt ist, die oberhalb der vorgebbaren Drehzahl n mot,limit auftreten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass das Absperrelement in Richtung Offenstellung verstellt wird, falls die Drehzahl n mot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl n mot,limit überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die wahlweise gemäß einem ersten Betriebsmodus mittels Zweitaktverfahren oder gemäß einem zweiten Betriebsmodus mittels Viertaktverfahren betreibbar ist, mit- mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlaßöffnung zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und- einem Ventiltrieb umfassend ein Ventil für jede Öffnung und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Ventile, die mindestens eine Nockenwelle mit mehreren Nocken umfasst,- mindestens eine Ladevorrichtung im Ansaugsystem angeordnet ist, wobei eine Bypassleitung zur Umgehung dieser Ladevorrichtung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Ladevorrichtung aus dem Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts der Ladevorrichtung wieder in das Ansaugsystem einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist, und- mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter stromaufwärts der Ladevorrichtung im Ansaugsystem vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird in der US 2010/0300383 A1 beschrieben und beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Dieselmotoren, aber auch Ottomotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen. Infolge der intermittierenden Verbrennung moderner Brennkraftmaschinen, ist es erforderlich, die Abgase nach der Verbrennung im Rahmen eines Ladungswechsels aus dem mindestens einen Zylinder abzuführen und Ladeluft bzw. Frischgemisch wieder zu zuführen. Dabei sind grundsätzlich Zweitaktverfahren und Viertaktverfahren voneinander zu unterscheiden. Im Folgenden wird zunächst auf den Ladungswechsel des Viertaktverfahrens näher eingegangen. Beim Viertaktverfahren erfolgt im Rahmen des Ladungswechsels das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Zylinders mit Frischgemisch bzw. Ladeluft über die Einlaßöffnungen. Die Auslaßöffnungen sowie die Einlaßöffnungen werden auch verkürzt als Öffnungen bezeichnet und unter diesem Begriff zusammengefasst. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen öffnen bzw. schließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Dabei ist es die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Zylinder rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- und ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung der Zylinder mit Frischgemisch bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Ausschieben der Verbrennungsgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden die Zylinder daher auch häufig mit zwei oder mehr Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen ausgestattet. Auch die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, soll bei Bedarf im Viertaktverfahren betrieben werden können, weshalb der mindestens eine Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung und mindestens eine Einlaßöffnung aufweist. Die in der Regel verwendeten Hubventile sind entlang ihrer Längsachse zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar, d. h. verschiebbar, um eine Öffnung eines Zylinders freizugeben bzw. zu versperren. Zur Betätigung eines Ventils werden einerseits Ventilfedermittel vorgesehen, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und andererseits eine Ventilbetätigungseinrichtung eingesetzt, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen. Die Ventilbetätigungseinrichtung umfaßt mindestens eine Nockenwelle, auf der eine Vielzahl von Nocken, vorliegend mindestens zwei Nocken, angeordnet ist und die - beispielsweise mittels eines Kettenantriebes - von der Kurbelwelle in Drehung versetzt wird und zwar beim Viertaktverfahren in der Art, dass die Nockenwelle mitsamt den Nocken mit der halben Kurbelwellendrehzahl umläuft. Ein Arbeitsspiel erstreckt sich dabei über zwei Kurbelwellenumdrehungen und umfaßt vier Arbeitstakte, nämlich neben dem Ansaugen und dem Ausschieben auch das Komprimieren und das Expandieren infolge der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Grundsätzlich wird dabei zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden, wobei auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock Bezug genommen wird. Untenliegende Nockenwellen eignen sich für die Betätigun