DE102010055662A1

DE102010055662A1 - Nockenwellenprofil zur Reduktion von Zylinderdrücken beim Ankurbeln eines Motors

Info

Publication number: DE102010055662A1
Application number: DE102010055662A
Authority: DE
Inventors: Robert Lionel Jacques; Gerald J. Hysko jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-09-22
Also published as: CN102116182B; US8333173B2; CN102116182A; US20110162600A1

Abstract

Eine Nockenwellenanordnung kann eine Welle und ein Nockenelement, das zur Drehung an der Welle befestigt ist, umfassen. Das Nockenelement kann einen Nocken umfassen, der sich von einem Grundkreis aus radial nach außen erstreckt. Der Nocken kann ein Ventilschließprofil umfassen, das zwischen einer Spitze des Nockens und einem Endpunkt des Nockens auf dem Grundkreis definiert ist. Das Ventilschließprofil kann eine Schließflanke und eine Schließrampe, die sich von einem Ende der Schließflanke zum Endpunkt erstreckt, definieren. Die Schließrampe kann eine radiale Ausdehnung vom Grundkreis aus bis zum Ende der Schließflanke aufweisen, die kleiner als zehn Prozent der radialen Ausdehnung der Spitze vom Grundkreis aus ist, und sie kann eine erste Winkelausdehnung von mindestens zehn Grad aufweisen. Eine zweite Winkelausdehnung, die zwischen der Spitze und dem Endpunkt definiert ist, kann mindestens achtzig Grad betragen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motornockenwellen und insbesondere Nockenwellenprofile für Einlassnocken der Nockenwellen.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht unbedingt den Stand der Technik bilden.
Hybridfahrzeuge können durch einen Antriebsstrang angetrieben werden, der einen Verbrennungsmotor und einen oder mehrere Elektromotoren umfasst. Im Betrieb kann ein Antriebsdrehmoment durch den Motor und/oder die Elektromotoren geliefert werden. Einige Hybridmotorsysteme stoppen den Motor, wenn das Fahrzeug zum Stoppen gebracht wird und starten den Motor erneut, wenn das Fahrzeug wieder beginnt, sich zu bewegen. Einer oder mehrere der Elektromotoren können das Drehmoment liefern, das verwendet wird, um den Motor anzukurbeln und dadurch neu zu starten.
Das zum Starten des Motors benötigte Drehmoment steht in Bezug zur Verdichtung des Motors beim Ankurbeln. Ein Spätverstellen des Schließens von Motoreinlassventilen kann die Verdichtung beim Ankurbeln während des Verdichtungstakts reduzieren. Das Spätverstellen des Schließens der Einlassventile kann jedoch ein Motordrehmoment über den Betriebsdrehzahlbereich des Motors reduzieren, was einen größeren Motorhubraum erfordert, um die reduzierte Motordrehmomentausgabe zu kompensieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Nockenwellenanordnung kann eine Welle und ein Nockenelement umfassen, das zur Drehung an der Welle befestigt ist. Das Nockenelement kann einen Nocken umfassen, der sich von einem Grundkreis aus radial nach außen erstreckt. Der Nocken kann ein Ventilschließprofil umfassen, das zwischen einer Spitze des Nockens und einem Endpunkt des Nockens am Grundkreis definiert ist. Das Ventilschließprofil kann eine Schließflanke und eine Schließrampe, die sich von einem Ende der Schließflanke aus zum Endpunkt erstreckt, definieren. Die Schließrampe kann eine radiale Ausdehnung vom Grundkreis am Ende der Schließflanke aus aufweisen, die weniger als zehn Prozent der radialen Ausdehnung der Spitze vom Grundkreis aus beträgt und kann eine erste Winkelausdehnung von mindestens zehn Grad aufweisen. Eine zwischen der Spitze und dem Endpunkt definierte zweite Winkelausdehnung kann mindestens achtzig Grad betragen.
Eine Antriebsstranganordnung kann eine Motoranordnung umfassen, die eine Motorstruktur, eine Kurbelwelle, einen Kolben, ein Einlassventil, einen Ventilhubmechanismus und eine Nockenwellenanordnung umfasst. Die Motorstruktur kann eine Zylinderbohrung und einen Einlasskanal in Verbindung mit der Zylinderbohrung definieren. Die Nockenwelle kann an der Motorstruktur drehbar gelagert sein. Der Kolben kann in der Zylinderbohrung angeordnet sein und kann mit der Kurbelwelle zur Hin- und Her-Auslenkung in der Zylinderbohrung gekoppelt sein. Das Einlassventil kann durch die Motorstruktur abgestützt sein und kann den Einlasskanal selektiv öffnen und schließen. Der Ventilhubmechanismus kann durch die Motorstruktur abgestützt sein und kann mit dem Einlassventil in Eingriff stehen. Die Nockenwellenanordnung kann an der Motorstruktur drehbar gelagert sein und kann durch die Kurbelwelle drehend angetrieben werden. Die Nockenwellenanordnung kann ein Nockenelement umfassen, das mit dem Ventilhubmechanismus in Eingriff steht, um das Einlassventil zu öffnen und zu schließen, und umfasst einen Grundkreis und einen Nocken, der sich vom Grundkreis aus radial nach außen erstreckt.
Für mindestens achtzig Grad einer Kurbelwellendrehung während eines Verdichtungstakts des Kolbens unmittelbar im Anschluss an einen Ansaugtakt des Kolbens kann der Nocken mit dem Ventilhubmechanismus in Eingriff stehen. Der Nocken kann einen Ventilschließabschnitt umfassen, der zwischen einer Spitze des Nockens und einem Endpunkt des Nockens am Grundkreis definiert ist. Die Spitze kann mit dem Ventilhubmechanismus während des Ansaugtakts in Eingriff stehen und der Ventilschließabschnitt kann mit dem Ventilhubmechanismus für mindestens einhundertsechzig Grad einer Kurbelwellendrehung zwischen einem Beginn des Ansaugtakts und einem Ende des Verdichtungstakts in Eingriff stehen. Der Ventilschließabschnitt kann eine Schließflanke und eine Schließrampe, die sich von einem Ende der Schließflanke aus zum Endpunkt erstreckt, definieren.
Die Schließrampe kann eine radiale Ausdehnung vom Grundkreis aus bis zum Ende der Schließflanke aufweisen, die weniger als zehn Prozent einer radialen Ausdehnung der Spitze vom Grundkreis aus beträgt. Die Schließrampe kann mit dem Ventilhubmechanismus für mindestens zwanzig Grad einer Kurbelwellendrehung während des Verdichtungstakts in Eingriff stehen. Die radiale Ausdehnung der Schließrampe kann entlang einer ersten Winkelausdehnung, die zwischen dem Ende der Schließflanke und dem Endpunkt definiert ist, konstant abnehmen. Die Schließrampe kann eine Auslenkung des Einlassventils von mindestens 0,1 Millimeter (mm) bereitstellen.
Ein Verfahren kann umfassen, dass ein Einlassventil in Verbindung mit einem Motorzylinder während eines Ansaugtakts eines Kolbens, der im Zylinder angeordnet ist, geöffnet wird. Das Öffnen kann umfassen, dass das Einlassventil über ein Nockenelement einer Nockenwelle, das mit dem Einlassventil in Eingriff steht, in eine Position mit maximaler Auslenkung ausgelenkt wird. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass das Einlassventil über das Nockenelement der Nockenwelle für mindestens einhundertsechzig Grad einer Drehung einer Kurbelwelle, die mit dem Kolben in Eingriff steht, nach dem Auslenken des Einlassventils auf die Position mit maximaler Auslenkung offen gehalten wird. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass das Einlassventil über das Nockenelement der Nockenwelle mindestens achtzig Grad einer Drehung der Kurbelwelle nach einem Beginn eines Verdichtungstakts des Kolbens unmittelbar in Anschluss an den Ansaugtakt geschlossen wird.
Das Halten kann umfassen, dass das Einlassventil aus einer ersten Position, in der das Einlassventil mindestens 0,1 mm geöffnet ist, in eine geschlossene Position ausgelenkt wird, indem eine Schließrampe eines Ventilschließabschnitts des Nockenelements der Nockenwelle in Anspruch genommen wird. Der Ventilschließabschnitt kann zwischen einer Spitze eines Nockens, der sich von einem Grundkreis des Nockenelements der Nockenwelle aus radial nach außen erstreckt, und einem Endpunkt des Nockens am Grundkreis definiert sein. Die Schließrampe kann sich von einem Ende einer Schließflanke des Ventilschließabschnitts zum Endpunkt erstrecken und kann zwischen dem Ende der Schließflanke und dem Endpunkt eine sich vom Grundkreis aus konstant verringernde radiale Ausdehnung aufweisen. Die Schließrampe kann mit dem Einlassventil für mindestens zwanzig Grad einer Kurbelwellendrehung in Eingriff stehen. Das Auslenken des Einlassventils aus der ersten Position in die geschlossene Position kann ein Auslenken des Einlassventils mit Einlassventilgeschwindigkeiten, die nicht größer als 0,030 mm/Rotationsgrad des Nockenelements der Nockenwelle sind, und Beschleunigungen, die nicht größer als –0,005 mm/Grad² sind, umfassen.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Die Beschreibung und spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung keinesfalls einschränken.
1 ist eine schematische Veranschaulichung einer beispielhaften Hybridfahrzeuganordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Einlassnockenprofils gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Ventilauslenkungsprofil gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer Aufzeichnung der Ventilauslenkung über einem Kurbelwellendrehwinkel veranschaulicht.
In den mehreren Ansichten der Zeichnungen bezeichnen einander entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile.
GENAUE BESCHREIBUNG
Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten nicht einschränken.
Mit Bezug auf 1 ist eine Hybridfahrzeuganordnung 10 schematisch veranschaulicht. Die Hybridfahrzeuganordnung 10 kann eine Hybridleistungsanordnung 12, eine Motoranordnung 14, ein Getriebe 16 und eine Antriebsachse 18 umfassen. Die Hybridleistungsanordnung 12 und die Motoranordnung 14 können eine Antriebsstranganordnung bilden. Die Hybridleistungsanordnung 12 kann einen Elektromotor 20 und eine wiederaufladbare Batterie 22 umfassen. Der Elektromotor 20 und die Batterie 22 können einen Antriebsmechanismus für die Hybridleistungsanordnung 12 bilden.
Der Elektromotor 20 kann in elektrischer Verbindung mit der Batterie 22 stehen, um Leistung aus der Batterie 22 in mechanische Leistung umzusetzen. Der Elektromotor 20 kann eine Drehung der Motoranordnung 14 antreiben und kann als Starter arbeiten, um die Motoranordnung 14 anzukurbeln und dadurch zu starten. Der Elektromotor 20 kann zudem durch die Motoranordnung 14 angetrieben werden und als Generator betrieben werden, um Leistung zum Aufladen der Batterie 22 bereitzustellen. Die Hybridleistungsanordnung 12 kann in das Getriebe 16 eingebaut sein und damit in Eingriff stehen. Der Elektromotor 20 kann mit einer Abtriebswelle 24 gekoppelt sein, um eine Rotation der Antriebsachse 18 über das Getriebe 16 anzutreiben.
Die Motoranordnung 14 kann mit dem Getriebe 16 über eine Kopplungseinrichtung 26 gekoppelt sein und kann das Getriebe 16 antreiben. Die Kopplungseinrichtung 26 kann eine Reibkupplung oder einen Drehmomentwandler umfassen. Das Getriebe 16 kann die von der Motoranordnung 14 und/oder dem Elektromotor 20 bereitgestellte Leistung verwenden, um die Abtriebswelle 24 anzutreiben und eine Rotation der Antriebsachse 18 anzutreiben.
Die Motoranordnung 14 kann von dem Typ mit vier Kolbentakten sein, der einen Verbrennungszyklus aufweist, der einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Verbrennungstakt (oder Arbeitstakt) und einen Auslasstakt umfasst. Mit zusätzlichem Bezug auf 2 umfasst die Motoranordnung 14 eine Motorstruktur, die eine Blockanordnung 28 und eine Zylinderkopfanordnung 30, die an der Blockanordnung 28 montiert ist, umfassen kann. Die Blockanordnung 28 kann einen Motorblock 32, Kolben 34 und eine Kurbelwelle 36 umfassen.
Der Motorblock 32 kann Zylinderbohrungen 38 definieren. Die Kolben 34 können in den Zylinderbohrungen 38 angeordnet sein und können sich darin hin- und herbewegen. Die Zylinderbohrungen 38 können mit der Zylinderkopfanordnung 30 und entsprechenden Kolben 34 zusammenwirken, um entsprechende Brennräume 40 (nur einer ist gezeigt) zu definieren. Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung auf Anordnungen mit einer beliebigen Anzahl von Kolben und Zylinderbohrungen und eine Vielzahl von Motorkonfigurationen zutrifft, die V-Motoren, Reihenmotoren und Boxermotoren sowie Konfigurationen mit sowohl obenliegenden Nockenwellen als auch Nocken im Block umfassen, aber nicht darauf begrenzt sind.
Jeder der Kolben 34 kann sich während eines Betriebs der Motoranordnung 14 zwischen einer Position am oberen Totpunkt (TDC-Position) und einer Position am unteren Totpunkt (BDC-Position) hin- und her bewegen. An der TDC-Position kann der zugehörige Brennraum 40 ein Minimalvolumen definieren. An der BDC-Position kann der zugehörige Brennraum 40 ein Maximalvolumen definieren. Die Kurbelwelle 36 kann am Motorblock 32 drehbar gelagert sein und mit den Kolben 34 gekoppelt sein. Während eines Betriebs der Motoranordnung 14 kann der Kurbelwelle 36 durch die Kolben 34 drehend angetrieben werden.
Mit fortgesetztem Bezug auf 2 kann die Zylinderkopfanordnung 30 einen Zylinderkopf 112, eine Einlassventiltriebanordnung 114 und eine Auslassventiltriebanordnung 116 umfassen. Der Zylinderkopf 112 kann an den Motorblock 32 angrenzen und kann Einlasskanäle 120 und Auslasskanäle 122 definieren. Die Einlass- und Auslasskanäle 120, 122 können mit den Brennräumen 40 in Verbindung stehen.
Die Einlassventiltriebanordnung 114 kann am Zylinderkopf 112 abgestützt sein. Die Einlassventiltriebanordnung 114 kann Einlassventilanordnungen 130 umfassen, die über Einlassventilhubmechanismen 132 durch eine Einlassnockenwellenanordnung 134, die Nockenelemente 136 umfasst, betrieben werden. Die Einlassventiltriebanordnung 114 kann ferner einen ersten Nockenphasensteller (nicht gezeigt) umfassen. Die Auslassventiltriebanordnung 116 kann Auslassventilanordnungen 140 umfassen, die über Auslassventilhubmechanismen 142 durch eine Auslassnockenwellenanordnung 144, die Nockenelemente 146 umfasst, betrieben werden. Die Auslassventiltriebanordnung 116 kann ferner einen zweiten Nockenphasensteller (nicht gezeigt) umfassen. Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung auf eine Vielzahl von Nockenwellenanordnungen zutrifft, die Nockenwellen mit starren Nocken und konzentrische Nockenwellen umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist.
Die Auslassventilanordnungen 140 und die Auslassventilhubmechanismen 142 können den Einlassventilanordnungen 130 bzw. den Einlassventilhubmechanismen 132 allgemein ähneln, und daher werden sie nicht in weiterem Detail beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf Nockenelemente 146 beschränkt, die ein spezielles Auslenkungsprofil (d. h. Hubprofil) für die Auslassventile der Auslassventilanordnungen 140 bereitstellen.
Die Einlassventilanordnungen 130 können Einlassventile 150 und Federelemente 152 umfassen. Die Einlassventile 150 können in den Einlasskanälen 120 angeordnet sein und können durch die Federelemente 152 in eine geschlossene Position vorgespannt sein. Die Einlassventilhubmechanismen 132 können mit den Einlassventilen 150 und den Nockenelementen 136 der Einlassnockenwellenanordnung 134 in Eingriff stehen. Die Einlassventilhubmechanismen 132 können die Einlassventile 150 in Ansprechen auf eine Drehung der Nockenelemente 136 selektiv zwischen der geschlossenen Position und einer geöffneten Position auslenken.
Die Einlassventilhubmechanismen 132 können Kipphebel 154 und Ventilspieleinstellvorrichtungen 156 umfassen. Die Kipphebel 154 können an einem Ende mit entsprechenden Einlassventilen 150 in Eingriff treten und können sich an einem entgegengesetzten Ende um entsprechende Ventilspieleinstellvorrichtungen 156 drehen. Die Kipphebel 154 können eine erste lineare Auslenkung der Kipphebel 154 durch die Nockenelemente 136 in eine zweite lineare Auslenkung der Einlassventile 150 mit Übersetzungsverhältnissen, die größer als Eins sind, selektiv umsetzen. Die Ventilspieleinstellvorrichtungen 156 können hydraulisch betrieben sein und können eine hydraulische Ventilspieleinstellung bereitstellen, die einen Eingriff zwischen den Einlassventilanordnungen 130, den Einlassventilhubmechanismen 132 und der Einlassnockenwellenanordnung 134 selektiv aufrecht erhält.
Obwohl 2 die Einlassventilhubmechanismen 132 so darstellt, dass sie vom Kipphebeltyp sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht allein auf Kipphebeltypkonfigurationen begrenzt und trifft gleichermaßen auf andere herkömmliche Ventilhubmechanismen zu. Als ein Beispiel ohne Einschränkung trifft die vorliegende Offenbarung auf Ventilhubmechanismen zu, die Stößel umfassen, die zwischen den Einlassventilen und den Nockenelementen der Nockenwelle angeordnet sind und damit direkt in Eingriff stehen.
Die Einlassnockenwellenanordnung 134 kann eine Welle 160 umfassen, die am Zylinderkopf 112 über den Einlassventilen 150 und den Kipphebeln 154 drehbar gelagert ist. Die Einlassnockenwellenanordnung 134 kann durch die Kurbelwelle 36 drehend angetrieben werden. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die Einlassnockenwellenanordnung 134 durch die Kurbelwelle 36 über eine Kette oder einen Riemen, die bzw. der mit der Welle 160 gekoppelt ist, drehend angetrieben werden. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung ist die Einlassnockenwellenanordnung 134 zur Drehung mit einer ersten Drehzahl gekoppelt, welche die Hälfte einer zweiten Drehzahl der Kurbelwelle 36 ist.
Die Nockenelemente 136 können an der Welle 160 zur Drehung befestigt sein und können über entsprechende Einlassventilhubmechanismen 132 mit entsprechenden Einlassventilen 150 in Eingriff stehen. Jedes der Nockenelemente 136 kann ein Nockenprofil 170 definieren, das mit dem entsprechenden Einlassventilhubmechanismus 132 in Eingriff steht und das Öffnen und Schließen des entsprechenden Einlassventils 150 steuert. Wie nachstehend erörtert wird, kann das Nockenprofil 170 ein Ventilauslenkungsprofil für die Einlassventile 150 bereitstellen, das eine Verdichtung beim Ankurbeln verringert.
Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann das Ventilauslenkungsprofil die Verdichtung beim Ankurbeln senken, indem ein Einfangwirkungsgrad der Brennräume 40 bei Motorankurbeldrehzahlen verringert wird. Der Einfangswirkungsgrad bezeichnet allgemein das Verhältnis der Luftmasse, die in einem Zylinder zurückgehalten wird (erste Masse) zu der Luftmasse, die an den Zylinder geliefert wird (zweite Masse). Auqßerdem kann das Nockenprofil 170 ein Ventilauslenkungsprofil bereitstellen, das einen entsprechenden Drehmomentverlust über den Betriebsdrehzahlbereich der Motoranordnung 14 im Vergleich mit herkömmlichen Entwürfen zum späten Schließen des Einlassventils verringert.
Das Ventilauslenkungsprofil verringert den Drehmomentverlust durch einen erhöhten Einfangwirkungsgrad bei Motordrehzahlen über den Ankurbeldrehzahlen. Der Einfangwirkungsgrad wird durch die Verringerung der Zeitspanne, die bei höheren Motordrehzahlen beim Ventilschließen für ein Ausströmen aus dem Zylinder verfügbar ist, und die Pumpbeschränkung, die während des Ventilschließens durch eine kleine Abdeckschürzenfläche erzeugt wird, erhöht. Die Abdeckschürzenfläche bei einem speziellen Nockenwellenwinkel ist allgemein gleich einem Produkt aus einem Umfang und der Ventilauslenkung bei dem Nockenwellenwinkel. Als Folge kann der Motorhubraum für eine gegebene Motordrehmomentausgabe reduziert werden. Auch ein Motorvibrieren beim Ankurbeln kann reduziert werden.
Mit Bezug nun auf 3 ist eine schematische Veranschaulichung des Nockenprofils der Nockenelemente 136 gezeigt. Als Bezugspunkt können sich die Nockenelemente 136 während eines Motorbetriebs in eine Richtung drehen, die durch einen Pfeil (R1) angezeigt ist. Das Nockenprofil 170 der Nockenelemente 136 kann einen Grundkreis 200 und einen Nocken 202, der sich vom Grundkreis 200 aus radial nach außen erstreckt, umfassen. Der Grundkreis 200 kann einen Radius (R_A) aufweisen. Der Radius (R_A) kann auf der Grundlage dessen bestimmt sein, ob der spezielle Ventilhubmechanismus eine hydraulische Ventilspieleinstellung oder eine mechanische Ventilspieleinstellung vorsieht.
Der Nocken 202 des Nockenprofils 170 kann eine Öffnungsrampe 210, eine Öffnungsflanke 212, eine Nase 214 mit einer Spitze 215, eine Schließflanke 216 und eine Schließrampe 218 umfassen. Der Nocken 202 kann sich von einem Ventilöffnungspunkt 220 auf dem Grundkreis 200 aus zu einem Ventilschließpunkt 222 auf den Grundkreis 200 erstrecken. Eine erste Winkelausdehnung (θ_1A) zwischen dem Ventilöffnungspunkt 220 und der Spitze 215 kann eine Öffnungsdauer des Ventilöffnungsereignisses definieren. Eine zweite Winkelausdehnung (θ_2A) zwischen der Spitze 215 und dem Ventilschließpunkt 222 kann eine Schließdauer des Ventilöffnungsereignisses definieren. Folglich können der Ventilöffnungspunkt 220 und der Ventilschließpunkt 222 eine Gesamtwinkelausdehnung (θ_1A + θ_2A) aufweisen, die einer Gesamtdauer des Ventilöffnungsereignisses entspricht.
Die zweite Winkelausdehnung (θ_2A) kann größer als die erste Winkelausdehnung (θ_1A) sein. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die zweite Winkelausdehnung (θ_2A) größer oder gleich achtzig Grad sein und insbesondere zwischen achtzig Grad und hundert Grad liegen.
Die Öffnungsrampe 210, die Öffnungsflanke 212 und die Nase 214 können ein Ventilöffnungsprofil für das Ventilöffnungsereignis definieren. Die Öffnungsrampe 210 kann am Ventilöffnungspunkt 220 beginnen. Die Öffnungsflanke 212 kann sich von einem Ende der Öffnungsrampe 210 aus bis zu einem Startpunkt der Nase 214 erstrecken. Obwohl die Öffnungsflanke 212 so beschrieben ist, dass sie sich bis zum Startpunkt der Nase 214 erstreckt, kann sich die Öffnungsflanke 212 auch bis zu der Spitze 215 erstrecken. In diesem Fall kann die Öffnungsflanke 212 ein Ventilauslenkungsprofil zum Übergang von der Öffnungsrampe 210 bis zu der Spitze 215 bereitstellen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine spezielle Öffnungsdauer (d. h. θ_1A) oder ein spezielles Ventilöffnungsprofil beschränkt. Daher werden die Öffnungsrampe 210, die Öffnungsflanke 212 und die Nase 214 nicht im Detail erörtert.
Die Nase 214, die Schließflanke 216 und die Schließrampe 218 können ein Ventilschließprofil für das Ventilöffnungsereignis definieren. Die Nase 214 kann bei einem Startpunkt (nicht gezeigt) der Schließflanke 216 enden. Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf einen speziellen Entwurf der Nase 214 beschränkt ist. Die Nase 214 kann allgemein ein Ventilauslenkungsprofil zum Übergang aus der Öffnungsflanke 212 durch die Spitze 215 zu der Schließflanke 216 bereitstellen. Die Nase 214 kann ein Ventilauslenkungsprofil bereitstellen, das abnehmende Geschwindigkeiten (d. h. ein Geschwindigkeitsprofil mit negativer Steigung) und niedrige negative Beschleunigungen der Einlassventile 150 bereitstellt. Die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Einlassventils können variieren und können eine Funktion einer Ventiltriebgeometrie sein.
Die Spitze 215 kann eine radiale Ausdehnung (D_MAX) vom Grundkreis 200 aus aufweisen, die eine maximale Auslenkung (L_MAX) des entsprechenden Einlassventils 150 bereitstellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine spezielle maximale Auslenkung (L_MAX) begrenzt ist. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die maximale Auslenkung (L_MAX) etwa 10,0 mm betragen.
Die Schließflanke 216 kann bei einem Startpunkt 230 der Schließrampe 218 enden. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf ein spezielles Profil für die Schließflanke 216 beschränkt. Die Schließflanke 216 kann allgemein ein Ventilauslenkungsprofil zum Übergang zwischen der Nase 214 und der Schließrampe 218 bereitstellen. Die Schließflanke 216 kann ein Ventilauslenkungsprofil bereitstellen, das zunehmende Geschwindigkeiten (d. h. ein Geschwindigkeitsprofil mit positiver Steigung) und niedrige positive Beschleunigungen der Einlassventile 150 bereitstellt. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die Schließflanke Einlassventilgeschwindigkeiten zwischen 0,20 mm/Grad und 0,35 mm/Grad der Nockenwellendrehung und Einlassventilbeschleunigungen, die kleiner als 0,015 mm/Grad² sind, bereitstellen. Obwohl die Schließflanke 216 so beschrieben ist, dass sie einen Startpunkt am Ende der Nase 214 aufweist, kann die Schließflanke 216 an der Spitze 215 beginnen. In diesem Fall kann die Schließflanke 216 ein Ventilauslenkungsprofil zum Übergang von der Spitze 215 bis zu der Schließrampe 218 bereitstellen.
Die Schließrampe 218 kann sich von der Schließflanke 216 aus bis zum Ventilschließpunkt 222 erstrecken. Die Schließrampe 218 kann ein Ventilauslenkungsprofil bereitstellen, dass eine niedrige und allgemein konstante Geschwindigkeit des Einlassventils 150 über die Dauer der Schließrampe 218 bereitstellt. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die Schließrampe 218 Einlassventilgeschwindigkeiten, die kleiner als 0,030 mm/Grad an Nockenwellendrehung sind und insbesondere etwa 0,014 mm/Grad betragen, bereitstellen. Als ein weiteres Beispiel ohne Einschränkung kann die Schließrampe 218 Einlassventilbeschleunigungen, die kleiner als –0,005 mm/Grad² sind und insbesondere zwischen null mm/Grad² und –0,005 mm/Grad² liegen, bereitstellen.
Die Schließrampe 218 kann eine dritte Winkelausdehnung (θ_3A) die größer oder gleich zehn Grad ist und insbesondere zwischen zehn und zwanzig Grad liegt, aufweisen. Beim Startpunkt 230 kann die Schließrampe 218 eine radiale Ausdehnung (D_RAMP) vom Basiskreis 200 aus aufweisen, die eine Auslenkung (L_RAMP) der Einlassventile 150 bereitstellt. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann die Auslenkung (L_RAMP) größer oder gleich 0,1 mm sein und insbesondere zwischen 0,1 mm und 1,0 mm liegen. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung ist die Auslenkung (L_RAMP) als 0,5 mm veranschaulicht (4).
Vom Startpunkt 230 am Ende der Schließflanke 216 aus bis zum Ventilschließpunkt 222 kann die Schließrampe 218 eine radiale Ausdehnung aufweisen, die allgemein konstant abnimmt. Die radiale Ausdehnung der Schließrampe 218 am Startpunkt 230 (D_RAMP) kann kleiner als zehn Prozent der radialen Ausdehnung der Nase 214 an der Spitze 215 (D_MAX) sein. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung beträgt die radiale Ausdehnung der Schließrampe 218 beim Startpunkt 230 etwa fünf Prozent (0,5 mm/10,0 mm = 0,05) der radialen Ausdehnung der Nase 214 an der Spitze 215 (D_MAX).
Der Startpunkt 230 kann eine Funktion der zweiten Winkelausdehnung (θ_2A) und der dritten Winkelausdehnung (θ_3A) sein. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann der Startpunkt 230 von der Spitze 215 durch eine vierte Winkelausdehnung (θ_4A) von sechzig bis fünfundachtzig Grad drehversetzt sein.
4 veranschaulicht die Auslenkung des Einlassventils 150, die durch den Nocken 202 bereitgestellt wird. Der Graph von 4 veranschaulicht die Ventilauslenkung allgemein in Millimeter entlang der Y-Achse (Y1) und die Drehauslenkung der Kurbelwelle 36 entlang der X-Achse (X1). In 4 entsprechen null Grad allgemein einer TDC-Position der Kurbelwelle 36 an einem Ende eines Auslasstakts und einem Beginn eines Ansaugtakts. Zudem entsprechen einhundertachtzig Grad allgemein einer BDC-Position der Kurbelwelle 36 an einem Ende des Ansaugtakts und einem Beginn eines Verdichtungstakts.
Der Punkt der maximalen Auslenkung, die während des Ansaugtakts durch die Spitze 215 bereitgestellt wird, kann nominell zwischen einhundert Grad und einhundertfünfundvierzig Grad nach dem TDC angeordnet sein. Entsprechend ist bei dem in dem Graph veranschaulichten vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung der Punkt der maximalen Auslenkung allgemein so gezeigt, dass er bei einhundert Grad nach dem TDC angeordnet ist. Als Bezugspunkte sind Abschnitte des Ventilauslenkungsprofils, die Merkmalen des Nockens 202 entsprechen, gekennzeichnet. Insbesondere sind die Abschnitte des Ventilauslenkungsprofils gekennzeichnet, die den Ventilöffnungs- und Schließpunkten 220, 222, der Spitze 215 und dem Startpunkt 230 der Schließrampe 218 entsprechen.
Wie vorstehend erörtert wurde, ist die beispielhafte Drehzahl der Einlassnockenwellenanordnung 134 die Hälfte der zweiten Drehzahl der Kurbelwelle 36. Es versteht sich daher, dass erste, zweite, dritte und vierte Winkelausdehnungen (θ_1B, θ_2B, θ_3B, θ_4B) des Ventilauslenkungsprofils das Doppelte der Dauer der ersten, zweiten, dritten und vierten Winkelausdehnungen (θ_1A, θ_2A, θ_3A, θ_4A) des Nockenprofils 170 sind. Auf ähnliche Weise sind Bereiche für die zweite, dritte und vierte Winkelausdehnung (θ_2B, θ_3B, θ_4B) das Doppelte der oben erörterten Bereiche für die zweite, dritte und vierte Winkelausdehnung (θ_2A, θ_3A, θ_4A). Insbesondere kann die zweite Winkelausdehnung (θ_2B) zwischen einhundertsechzig Grad und zweihundert Grad an Kurbelwellendrehung betragen. Auf ähnliche Weise kann die dritte Winkelausdehnung (θ_3B) zwischen zwanzig und vierzig Grad an Kurbelwellendrehung betragen und die vierte Winkelausdehnung (θ_4B) kann zwischen einhundertzwanzig und einhundertsiebzig Grad an Kurbelwellendrehung betragen.
Bei dem in 4 veranschaulichten Beispiel ohne Einschränkung ist der Ventilschließpunkt 222 allgemein so gezeigt, dass er bei einer Kurbeiwellendrehposition von zweihundertsechzig Grad nach dem TDC oder achtzig Grad nach dem BDC angeordnet ist. Obwohl der Ventilschließpunkt 222 bei zweihundertsechzig Grad nach dem TDC gezeigt ist, kann er zwischen zweihundertsechzig Grad und dreihundert Grad nach dem TDC oder zwischen achtzig und einhundertzwanzig Grad nach dem BDC angeordnet sein.
Der Startpunkt 230 der Schließrampe 218 ist allgemein so gezeigt, dass er bei einer Kurbelwellendrehposition von zweihundertvierzig Grad nach dem TDC oder sechzig Grad nach dem BDC angeordnet ist. Obwohl der Startpunkt 230 bei zweihundertvierzig Grad nach dem TDC gezeigt ist, kann er in Abhängigkeit von der Stelle des Ventilschließpunkts 222 und der dritten Winkelausdehnung (θ_3B) variieren. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden kann der Startpunkt 230 zwischen zweihundertzwanzig Grad und zweihundertsiebzig Grad nach dem TDC oder zwischen vierzig und neunzig Grad nach dem BDC angeordnet sein.
Wie vorstehend erörtert wurde, kann die Auslenkung der Einlassventile 150 beim Startpunkt 230 zwischen 0,1 mm und 1,0 mm betragen. 4 veranschaulicht als ein Beispiel ohne Einschränkung eine Auslenkung von 0,5 mm.

Claims

Antriebsstranganordnung, umfassend: eine Motoranordnung, die eine Motorstruktur umfasst, welche eine Zylinderbohrung und einen Einlasskanal in Verbindung mit der Zylinderbohrung definiert; eine Kurbelwelle, die an der Motorstruktur drehbar gelagert ist; einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist und mit der Kurbelwelle für eine Hin- und Her-Auslenkung in der Zylinderbohrung gekoppelt ist; ein Einlassventil, das durch die Motorstruktur abgestützt ist und den Einlasskanal selektiv öffnet und schließt; einen Ventilhubmechanismus, der durch die Motorstruktur abgestützt ist und mit dem Einlassventil in Eingriff steht; und eine Nockenwellenanordnung, die an der Motorstruktur drehbar gelagert ist und durch die Kurbelwelle drehend angetrieben wird, wobei die Nockenwellenanordnung ein Nockenelement umfasst, das mit dem Ventilhubmechanismus zum Öffnen und Schließen des Einlassventils in Eingriff steht, wobei das Nockenelement einen Grundkreis und einen Nocken umfasst, der sich von dem Grundkreis aus radial nach außen erstreckt, wobei der Nocken mit dem Ventilhubmechanismus während eines Verdichtungstakts des Kolbens unmittelbar im Anschluss an einen Ansaugtakt des Kolbens für mindestens achtzig Grad an Kurbelwellendrehung in Eingriff steht.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei der Nocken einen Ventilschließabschnitt umfasst, der zwischen einer Spitze des Nockens und einem Endpunkt des Nockens auf dem Grundkreis definiert ist, wobei die Spitze mit dem Ventilhubmechanismus während de Ansaugtakts in Eingriff steht und der Ventilschließabschnitt mit dem Ventilhubmechanismus für mindestens einhundertsechzig Grad an Kurbelwellendrehung zwischen einem Beginn des Ansaugtakts und einem Ende des Verdichtungstakts in Eingriff steht.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei der Nocken einen Ventilschließabschnitt umfasst, der zwischen einer Spitze des Nockens und einem Endpunkt des Nockens auf dem Grundkreis definiert ist, wobei der Ventilschließabschnitt eine Schließflanke und eine Schließrampe, welche sich von einem Ende der Schließflanke bis zu dem Endpunkt erstreckt, definiert, wobei die Schließrampe eine radiale Ausdehnung vom Grundkreis aus am Ende der Schließflanke aufweist, die weniger als zehn Prozent einer radialen Ausdehnung der Spitze vom Grundkreis aus beträgt, wobei die Schließrampe mit dem Ventilhubmechanismus während des Verdichtungstakts für mindestens zwanzig Grad an Kurbelwellendrehung in Eingriff steht.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3, wobei die radiale Ausdehnung der Schließrampe entlang einer ersten Winkelausdehnung, die zwischen dem Ende der Schließflanke und dem Endpunkt definiert ist, konstant abnimmt.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 4, wobei die Schließrampe eine Auslenkung des Einlassventils von mindestens 0,1 Millimeter bereitstellt.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3, wobei der Ventilschließabschnitt mit dem Ventilhubmechanismus zwischen einem Beginn des Ansaugtakts und einem Ende des Verdichtungstakts für mindestens einhundertsechzig Grad an Kurbelwellendrehung in Eingriff steht.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 6, wobei die Spitze mit dem Ventilhubmechanismus während des Ansaugtakts in Eingriff tritt und die Schließrampe mit dem Ventilhubmechanismus zwischen einhundertzwanzig Grad und einhundertsiebzig Grad an Kurbelwellendrehung in Eingriff tritt, nachdem die Spitze mit dem Ventilhubmechanismus in Eingriff getreten ist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3, wobei der Nocken ferner einen Ventilöffnungsabschnitt umfasst, der zwischen einem Startpunkt des Nockens auf dem Grundkreis und der Spitze des Nockens definiert ist, wobei der Ventilöffnungsabschnitt eine Öffnungsrampe, die am Startpunkt beginnt, und eine Öffnungsflanke, die sich von einem Ende der Öffnungsrampe aus erstreckt, definiert, wobei die Schließrampe eine größere Rotationsausdehnung als die Öffnungsrampe aufweist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 3, ferner eine Hybridleistungsanordnung umfassend, die mit der Motoranordnung in Eingriff steht und ausgelegt ist, um eine Drehung derselben anzutreiben.