DE102014202439A1

DE102014202439A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014202439A1
Application number: DE102014202439.0A
Authority: DE
Inventors: Carsten Koolmann; Gerrit Simon
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-13
Also published as: EP2905435A1; EP2905435B1; US9874178B2; US20150226160A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einer Nockenwelle (2). Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Nockenwelle (2) eine Außenwelle (3) und eine relativ dazu verstellbare Innenwelle (4) aufweist, wobei an der Außenwelle (3) fest mit dieser verbundene erste Nocken (5) zur Betätigung eines Auslassventils (6) angeordnet sind und wobei fest mit der Innenwelle (4) verbundene zweite Nocken (7) vorgesehen sind, die in einer aktivierten Winkelstellung eine interne Abgasrückführung ermöglichen. Hierdurch lässt sich eine besonders energiearme interne Abgasrückführung ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 603 09 536 T2 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle bekannt, die über einen Kipphebel mit einem Ventil verbunden ist. Die Nockenwelle besitzt dabei Hauptnocken, die dazu verwendet werden eine volle Ventilöffnung einzuleiten, sowie Zusatznocken, die dazu verwendet werden eine partielle Ventilöffnung einzuleiten, die eine Abgasrückführungsfunktion hat. Die Abgasrückführrate wird dabei über ein Ventilbetätigungssystem bzw. eine Ventilspielregelvorrichtung gesteuert, die über eine Buchse auf den Kipphebel einwirkt und je nach Verdrehung der Buchse mittels einer kippbar montierten Verlängerung das Abrollen des Kipphebels ausschließlich auf dem Hauptnockenprofil oder zusätzlich auf dem Zusatznockenprofil bewirkt. Rollt dabei der Kipphebel über das Zusatznockenprofil ab, wird das Auslassventil der Brennkraftmaschine länger bzw. zu einem zweiten, separaten Hub erneut geöffnet und dadurch eine interne Abgasrückführung ermöglicht.
Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventilbetätigungssystemen zur internen Rückführung ist jedoch oftmals, dass diese im Bereich der oszillierenden Kipphebel angebracht sind und dadurch allein für deren Bewegung vergleichsweise viel Energie aufgewendet werden muss.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen energieärmeren Betrieb auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ventilbetätigungssystem zur internen Abgasrückführung nicht mehr an oszillierenden Kipp- bzw. Schlepphebeln anzuordnen, sondern durch eine Cam-In-Cam-Lösung zu realisieren, so dass der gesamte Schaltmechanismus zur internen Abgasrückführung deutlich energieärmer betrieben werden kann. Die Brennkraftmaschine weist dabei zumindest eine Nockenwelle auf, die erfindungsgemäß eine Außenwelle sowie eine relativ dazu verstellbare Innenwelle umfasst. An der Außenwelle sind dabei fest mit dieser verbundene erste Nocken zur Betätigung eines Auslassventils angeordnet, wogegen zusätzlich fest mit der Innenwelle verbundene zweite Nocken vorgesehen sind, die in einer aktivierten Winkelstellung die interne Abgasrückführung durch eine verlängerte bzw. zweite Öffnung des Auslassventils ermöglichen. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine entfällt bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nunmehr der Energieaufwand zur oszillierenden Bewegung der Masse des Ventilbetätigungssystems, da dies nun erfindungsgemäß in die verstellbare Nockenwelle integriert ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist jeweils ein zweiter Nocken zwischen zwei ersten Nocken angeordnet, oder umgekehrt. Bei der ersten Alternative kann man von einem sogenannten Mehrfachnocken sprechen, der aus insgesamt drei Nocken, nämlich zwei außenliegenden ersten und einem innenliegenden zweiten Nocken besteht. Der innenliegende zweite Nocken, mittels welchem die interne Abgasrückführung ermöglicht wird, ist dabei beispielsweise über eine Verstiftung drehfest mit der Innenwelle verbunden, wogegen die zweiten Nocken drehfest auf der Außenwelle angeordnet sind.
Alternativ ist es auch denkbar, dass jeweils paarweise ein erster und ein zweiter Nocken zueinander benachbart angeordnet sind.
Sind dabei die zweiten Nocken in ihrer aktivierten Winkelstellung, so läuft ein das jeweilige Auslassventil betätigender Schlepp- bzw. Kipphebel auf dem Nockenprofil der ersten Nocken und zusätzlich auf dem Nockenprofil des zweiten Nockens ab. Liegt dabei das Nockenprofil des zweiten Nockens innerhalb des Nockenprofils der ersten Nocken findet keine interne Abgasrückführung statt, sondern ausschließlich dann, sofern das Nockenprofil des zweiten Nockens dasjenige der ersten Nocken überragt. Bei der internen Abgasrückführung wird das Auslassventil später geschlossen bzw. zu einem zweiten, separaten Hub erneut geöffnet, so dass beim Ansaugvorgang der Brennkraftmaschine zusätzlich ein zumindest gewisser Anteil an Abgas wieder angesaugt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Übergang zwischen dem ersten Nocken und dem aktivierten zweiten Nocken stetig ausgebildet. Um einen möglichst geräuscharmen und ruhigen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können, sollte auch bei aktiviertem zweiten Nocken eine Abrollbahn des Kipp- oder Schlepphebels keine Knigge bzw. Sprünge aufweisen. Durch den stetig ausgebildeten Übergang zwischen dem ersten Nockenprofil und dem zweiten Nockenprofil kann somit ein besonders geräuscharmer und ruhiger Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Zweckmäßig besitzt die Brennkraftmaschine ein Niederdruck-Abgasrückführsystem, welches optional zusätzlich eine Kühleinrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgases aufweisen kann. Ein derartiges Niederdruck-Abgasrückführsystem leitet beispielsweise stromab der Turbine eines Abgasturbolader entnommenes Abgas über eine entsprechende Leitung zurück zur Brennkraftmaschine, wobei in dieser Leitung zur Leistungssteigerung zusätzlich eine Kühleinrichtung, beispielsweise ein Abgaskühler, angeordnet werden kann. Durch die Verringerung der Temperatur des rückgeführten Abgases ist im gleichen Volumen eine größere Luftmasse enthalten, wodurch proportional mehr Kraftstoff in der Brennkraftmaschine verbrannt werden kann. Ein derartiger Abgaskühler dient somit vornehmlich der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, wobei selbstverständlich das Niederdruck-Abgasrückführsystem lediglich rein optional vorgesehen ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
2 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Nockenwelle,
3 eine Schnittdarstellung durch zwei übereinander gelegte Nocken,
4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei anders angeordneten und ausgebildeten ersten/zweiten Nocken,
5 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei aktiviertem zweiten Nocken.
Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eine Nockenwelle 2 mit einer relativ zu einer Außenwelle 3 verstellbaren Innenwelle 4 auf. An der Außenwelle 3 sind dabei fest mit dieser verbundene erste Nocken 5 zur Betätigung eines Auslassventils 6 angeordnet. Erfindungsgemäß sind nun fest mit der Innenwelle 4 verbundene zweite Nocken 7 vorgesehen, die in einer aktivierten Winkelstellung, wie diese gemäß der 1, der rechten Darstellung in der 3 und 5 dargestellt ist, eine interne Abgasrückführung ermöglichen. Eine derartige interne Abgasrückführung findet statt, sofern das Auslassventil 6 beim Ansaugvorgang der Brennkraftmaschine 1, das heißt bei geöffnetem Einlassventil, zumindest zeitweilig noch geöffnet ist, so dass beim Ansaugen der Brennkraftmaschine 1 nicht nur ein Kraftstoff-Luft-Gemisch über das Einlassventil, sondern zugleich auch etwas Abgas über das Auslassventil 6 in einen Brennraum eingezogen wird.
Gemäß der 2 ist dargestellt, dass jeweils ein zweiter Nocken 7 zwischen zwei ersten Nocken 5 angeordnet ist. Der zweiten Nocken 7 ist dabei über einen Stift 8 drehfest mit der Innenwelle 4 verbunden, wobei durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlochöffnung durchdringt. Um einen möglichst geräuscharmen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu ermöglichen, ist ein Übergang 9 zwischen dem ersten Nocken 5 und dem aktivierten zweiten Nocken 7 stetig ausgebildet, was näherungsweise in der rechten Darstellung der 3 gezeigt ist.
Zusätzlich zu der internen Abgasrückführung kann die Brennkraftmaschine 1 selbstverständlich auch ein Niederdruckabgasrückführsystem 10 besitzen, welches stromab eines Abgasturboladers 11 Abgas entnimmt und diese einem Brennraum der Brennkraftmaschine 1 wieder zuführt. Im Bereich des Niederdruck-Abgasrückführsystems 10 kann darüber hinaus eine Kühleinrichtung 11 zur Kühlung des rückgeführten Abgases angeordnet sein.
Gemäß der 3 ist eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Nockenwelle 2 gezeigt, wobei in der linken Darstellung der zweiten Nocken 7 innerhalb des Nockenprofils des ersten Nockens 5 angeordnet ist, also aktiviert ist, wogegen er in der rechten Darstellung in Bezug auf den ersten Nocken 5 verdreht ist, so dass seine Nockenerhebung 12 über das Nockenprofil des ersten Nocken 5 hinaussteht. Mit dieser Nockenerhebung 12 wird das Auslassventil 6 nochmals geöffnet bzw. kurzfristig länger geöffnet gehalten, so dass während eines Ansaugvorgangs der Brennkraftmaschine 1 Abgas intern rückgeführt werden kann.
Gemäß den 4 und 5 ist eine Nockenwelle 2 dargestellt, bei welcher jeweils ein erster Nocken 5 zwischen zwei zweiten Nocken 7 angeordnet ist. Der zweiten Nocken 7 ist dabei über einen Stift 8 drehfest mit der Innenwelle 4 verbunden, wobei durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlochöffnung 13 durchdringt. Um einen möglichst geräuscharmen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu ermöglichen, ist ein Übergang 9 zwischen dem ersten Nocken 5 und dem aktivierten zweiten Nocken 7 stetig ausgebildet. Dieser Übergang 9 muss natürlich nicht unbedingt stetig ausgebildet sein, was gemäß der 3 verdeutlicht wird. Um den stetigen Übergang 9 zu realisieren, können die Nockenerhebungen 12 des ersten und/oder des zweiten Nockens 5, 7 am Übergang 9 eine Kehle 14 aufweisen. Gemäß der 4 wird dabei keine interne Abgasrückführung bewirkt, da sich das Nockenprofil des zweiten Nockens 7 innerhalb des Nockenprofils des ersten Nockens 5 befindet. Demgegenüber wird gemäß der 5 intern Abgas rückgeführt.
Mit der erfindungsgemäßen verstellbaren Nockenwelle 2 und insbesondere dem zweiten Nocken 7 ist somit erstmals eine interne Abgasrückführung möglich, bei welchem sich die zusätzliche Masse zur Steuerung der Abgasrückführrate nicht an einem Kipp- oder Schlepphebel befindet und dadurch aufwändig oszillierend bewegt werden muss, sondern erstmals als rotierende Masse in die Nockenwelle 2 integriert werden kann, was deutlich energiesparender ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60309536 T2 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einer Nockenwelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) eine Außenwelle (3) und eine relativ dazu verstellbare Innenwelle (4) aufweist, wobei an der Außenwelle (3) fest mit dieser verbundene erste Nocken (5) zur Betätigung eines Auslassventils (6) angeordnet sind und wobei fest mit der Innenwelle (4) verbundene zweite Nocken (7) vorgesehen sind, die in einer aktivierten Winkelstellung eine interne Abgasrückführung ermöglichen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein zweiter Nocken (7) zwischen zwei ersten Nocken (5) angeordnet ist, oder umgekehrt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erster Nocken (5) benachbart zu einem zweiten Nocken (7) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (9) zwischen dem ersten Nocken (5) und dem aktivierten zweiten Nocken (7) stetig ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Dieselmotor ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) ein Niederdruck-Abgasrückführsystem (10) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Abgasrückführsystem (10) eine Kühleinrichtung (11) zur Kühlung des rückgeführten Abgases aufweist.