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Dokumentenidentifikation DE102006005943A1 23.08.2007
Titel Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Ventiltrieb
Anmelder Bayerische Motoren Werke AG, 80809 München, DE
Erfinder Meyer, Johannes, 85757 Karlsfeld, DE
DE-Anmeldedatum 09.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006005943
Offenlegungstag 23.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse F01L 9/04(2006.01)A, F, I, 20060411, B, H, DE
Zusammenfassung Verbrennungsmotor mit
- mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes und ein zweites Einlassventil aufweist,
- einem dem ersten Einlassventil zugeordneten ersten im Bereich eines Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordneten Schwenkelement,
- einem dem zweiten Einlassventil zugeordneten zweiten im Bereich eines Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordneten Schwenkelement, wobei die Schwenkelemente
· einen ersten nockenartigen Umfangsabschnitt aufweisen, der dazu vorgesehen ist, in einem Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors das zugeordnete Einlassventil teilweise zu öffnen, und
· einen zweiten nockenartigen Umfangsabschnitt, der dazu vorgesehen ist, das zugeordnete Einlassventil maximal zu öffnen, und
· die Schwenkbewegung der Schwenkelemente, durch die die Einlassventile geöffnet werden, durch mindestens einen Elektromotor gesteuert wird, wobei im Teillastbetrieb das erste Einlassventil eine sich von dem zweiten Einlassventil unterscheidende Öffnungscharakteristik aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Ventiltrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Aus der DE 101 40 461 A1 ist ein elektrischer Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei dem ein Ventil mittels eines nockenartigen Drehaktors entgegen der Kraft der Ventilschließfeder geöffnet werden kann. Der nockenartige Drehaktor weist ein auf einer Welle angeordnetes nockenartiges Element auf, das auf ein Übertragungselement wirkt, welches wiederum gegen ein Ende des Ventilschafts drückt. Die Welle, auf der das nockenartige Element angeordnet ist, kann mittels eines Elektromotors verschwenkt werden. Um während des Öffnungsvorgangs nicht die gesamte zum Öffnen des Ventils erforderliche Energie über den Elektromotor aufzubringen, ist eine Schenkelfeder vorgesehen, die gegen einen mit der Welle bzw. mit dem nockenartigen Element verbundenen Schwenkhebel drückt. Wenn sich das Ventil in seiner Schließstellung befindet, ist die Schenkelfeder maximal gespannt. Während des Öffnungsvorgangs wird das nockenartige Element bzw. die Welle durch den Elektromotor in eine Öffnungsstellung verschwenkt. Dabei wird die Öffnungsbewegung durch das von der Schenkelfeder auf den Schwenkhebel ausgeübte Drehmoment unterstützt, so dass lediglich ein Teil der Öffnungsenergie von dem Elektromotor aufgebracht werden muss.

Aus der DE 102 52 991 A1 ist eine Weiterentwicklung des in DE 101 40 461 A1 beschriebenen Ventiltriebs bekannt. Bei dem Ventiltrieb der DE 102 52 991 A1 weist das nockenartige Element einen ersten und einen zweiten nockenartigen Abschnitt auf. Der erste nockenartige Abschnitt ist für Teillastbetrieb vorgesehen und weist einen geringeren Maximalhub als der zweite nockenartige Abschnitt auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit elektrischem Ventiltrieb zu schaffen, der hinsichtlich seiner Leistung und seines Kraftstoffverbrauchs verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem, vorzugsweise aber mehreren Zylindern. Jeder Zylinder weist mindestens zwei Einlassventile auf, die jeweils über einen elektrischen Ventiltrieb mit einem Doppelnocken, wie in der DE 102 52 991 A1 beschrieben ist, angesteuert werden. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, die in der DE 102 52 991 A1 beschrieben sind, zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht werden, auch wenn sie nicht explizit in der vorliegenden Anmeldung erwähnt sind. Einzelne Merkmale bzw. Formulierungen aus der DE 102 52 991 A1 sollen also bei Bedarf in die vorliegende Anmeldung aufgenommen werden können. Bei einem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dem ersten Einlassventil ein im Bereich des Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordnetes erstes Schwenkelement zugeordnet. Dem zweiten Einlassventil ist dementsprechend ein im Bereich des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordnetes zweites Schwenkelement zugeordnet. Jedes der beiden Schwenkelemente weist, entsprechend dem in der DE 102 52 991 A1 beschriebenen Schwenkelementes einen ersten nockenartigen Umfangsabschnitt auf, der dazu vorgesehen ist, in einem Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors das zugeordnete Einlassventil teilweise zu öffnen, und einen zweiten nockenartigen Umfangsabschnitt, der dazu vorgesehen ist, das zugeordnete Einlassventil maximal zu öffnen. Die zweiten nockenartigen Umfangsabschnitte weisen also einen größeren Maximalhub auf als die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte. Analog zur DE 102 52 991 A1 wird die Schwenkbewegung der beiden Schwenkelemente, durch die die Einlassventile geöffnet werden, durch mindestens einen Elektromotor gesteuert. Die beiden Schwenkelemente können dabei auf ein und derselben Welle angeordnet und somit durch einen gemeinsamen Elektromotor betätigt werden. Alternativ dazu können die Schwenkelemente auch jeweils durch einen separaten Elektromotor betätigt werden bzw. auf einer separaten Welle angeordnet sein.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der elektrische Ventiltrieb derart "beschaffen" ist, dass die Einlassventile im Teillastbetrieb, d.h. wenn die Einlassventile über die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente geöffnet werden, sich voneinander unterscheidende Öffnungscharakteristika aufweisen. Anders ausgedrückt, die Öffnungsbewegungen der Einlassventile laufen nicht exakt parallel bzw. nicht exakt gleichförmig ab. Dadurch wird erreicht, dass im Teillastbetrieb eine verbesserte Verwirbelung bzw. ein höherer Drall des in den Zylinder eingebrachten Kraftstoff-/Luftgemischs entsteht, wodurch sich die Verbrennung und somit die Leistung bzw. die Ausnutzung der in dem Kraftstoff-/Luftgemisch enthaltenen Energie verbessert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Teillastbetrieb der "Öffnungsbeginn" des ersten Einlassventils zeitlich, d.h. auf den Kurbelwellenwinkel bezogen, vor dem Öffnungsbeginn des zweiten Einlassventils liegt. Anders ausgedrückt, zu Beginn des Ansaugtaktes wird asymmetrisch, d.h. zunächst nur über eines der beiden Einlassventile, Kraftstoff-/Luftgemisch in den Zylinder eingesaugt. Wenn dann auch das zweite Einlassventil öffnet, hat sich im Zylinder bereits ein hinreichend hoher Drall entwickelt, so dass auch das übrige im weiteren Verlauf des Ansaugtaktes eingesaugte Kraftstoff-/Luftgemisch gut verwirbelt und verbrannt werden kann.

Unterschiedliche Öffnungscharakteristika der beiden Einlassventile im Teillastbetrieb können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente unterschiedliche Geometrien aufwiesen. Die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte können beispielsweise so beschaffen sein, dass sich ein unterschiedlicher Öffnungsbeginn ergibt. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte unterschiedliche Maximalhübe aufweisen. Dies muss aber nicht so sein. Die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte können auch denselben Maximalhub aufweisen.

Die ersten nockenartigen Umfangsabschnitte müssen aber nicht notwendigerweise eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Denkbar ist, dass die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte dieselbe Geometrie aufweisen, jedoch in Schwenkrichtung zueinander versetzt sind, so dass die Bewegungen der Einlassventile im Teillastbetrieb gleichförmig aber phasenverschoben sind.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Betriebszuständen, in denen die Einlassventile durch die zweiten nockenartigen Umfangsabschnitte geöffnet werden, insbesondere bei Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors, das erste Einlassventil und das zweite Einlassventil dieselbe Öffnungscharakteristik aufweisen. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, dass die zweiten nockenartigen Umfangsabschnitte dieselbe Geometrie aufweisen und zeitlich synchron angesteuert werden. In einfacher Weise kann dies, wie bereits erwähnt, erreicht werden, wenn die Schwenkelemente auf ein und derselben Welle angeordnet sind und durch einen gemeinsamen Elektromotor angesteuert werden.


Anspruch[de]
Verbrennungsmotor mit

– mindestens einem Zylinder, der mindestens ein erstes und ein zweites Einlassventil aufweist,

– einem dem ersten Einlassventil zugeordneten ersten im Bereich eines Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordneten ersten Schwenkelement,

– einem dem zweiten Einlassventil zugeordneten zweiten im Bereich eines Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors schwenkbar angeordneten zweiten Schwenkelement, wobei die Schwenkelemente

• einen ersten nockenartigen Umfangsabschnitt aufweisen, der dazu vorgesehen ist, in einem Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors das zugeordnete Einlassventil teilweise zu öffnen, und

• einen zweiten nockenartigen Umfangsabschnitt, der dazu vorgesehen ist, das zugeordnete Einlassventil maximal zu öffnen und,

• die Schwenkbewegung der Schwenkelemente durch die die Einlassventile geöffnet werden, durch mindestens einen Elektromotor gesteuert wird, wobei im Teillastbetrieb das erste Einlassventil eine sich von dem zweiten Einlassventil unterscheidende Öffnungscharakteristik aufweist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Teilllastbetrieb der Öffnungsbeginn des ersten Einlassventils zeitlich vor dem Öffnungsbeginn des zweiten Einlassventils liegt. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwenkelemente auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Schwenkelemente auf einer separaten Welle angeordnet ist und durch einen separaten Elektromotor angesteuert wird. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente unterschiedliche Geometrien aufweisen. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente dieselbe Geometrie aufweisen, jedoch in Schwenkrichtung einen Phasenversatz in Bezug aufeinander aufweisen. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente denselben Maximalhub aufweisen. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten nockenartigen Umfangsabschnitte der Schwenkelemente unterschiedliche Maximalhübe aufweisen. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Betriebsphasen, in denen die Einlassventile durch die zweiten nockenartigen Umfangsabschnitt der Schwenkelemente geöffnet werden, die beiden Einlassventile eine identische Öffnungscharakteristik aufweisen. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten nockenartigen Umfangsabschnitte ein und dieselbe Geometrie aufweisen und in ein und derselben Phasenlage angeordnet sind.






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