DE102008035744A1

DE102008035744A1 - Druckausgeglichenes Schwenkventil

Info

Publication number: DE102008035744A1
Application number: DE200810035744
Authority: DE
Inventors: Patrick Ypsilanti Sexton
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20090100834A1; CN101413420A; US7712312B2; GB0817467D0; CN101413420B; GB2453830A

Abstract

Als Beispiel wird eine dafür ausgelegte Vorrichtung, das Strömen in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotorsystems zu regeln, vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein in dem Auslasskanal angeordnetes Gehäuse, das einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich festlegt, wobei der erste Bereich ein erstes Absperrelement und eine erste Ventilplatte umfasst, wobei das erste Absperrelement den ersten Bereich vollständig umgibt und wobei die erste Ventilplatte an dem ersten Absperrelement sitzt, um den ersten Bereich abzudichten, und wobei der zweite Bereich ein zweites Absperrelement und eine zweite Ventilplatte umfasst, wobei das zweite Absperrelement den zweiten Bereich vollständig umgibt und wobei die zweite Ventilplatte an dem zweiten Absperrelement sitzt, um den zweiten Bereich abzudichten, und wobei ein erstes Absperrelement einen zwischen der ersten und der zweiten Platte verbauten Umsetzungsmechanismus, wobei der Mechanismus die erste und die zweite Platte durch einen Satz Zahnräder in dem Gehäuse verbindet, so dass zum Schließen der ersten Platte wirkende Kräfte durch den Mechanismus umgewandelt werden, um zum Öffnen der zweiten Platte zu dienen und umgekehrt; und einen Schieber zum Bewegen des Umsetzungsmechanismus, wobei eine solche Bewegung die erste und die zweite Platte gleichzeitig drehen lässt.

Description

Hintergrund/Kurzdarlegung
Ventile werden in Verbrennungsmotoren zum Erschweren des Strömens von Fluid einen Kanal hinunter zum Steuern eines Turboladers verwendet. Ein Schwenkventil kann aufgrund seiner Fähigkeit zum wirksamen Abdichten des Auslasskanals in einem Motorauslass verwendet werden, wobei es sehr wenig Fluid stromabwärts des Ventils strömen lässt. Schwenkventile erfordern aufgrund ihrer Auslegung im Verhältnis zur Richtung des Strömens einen sehr großen Energiebetrag zum Arbeiten.
Ein Beispiel für eine Turboladersteuerung wird in U.S. Patent Nr. 5,634,333 beschrieben. In diesem Beispiel wird die Notwendigkeit erkannt, einen Auslasskanal so effizient wie möglich ordnungsgemäß abzudichten. Es wird ein abgewandeltes Schwenkventil verwendet, um den Auslasskanal abzudichten. Die Abwandlung umfasst einen Federmechanismus und eine durch eine Reihe von Wellen und Drehzapfen mit der Ventilplatte verbundene Membran. Die Membran ist mit dem Ansaugkrümmer verbunden, was es dem Krümmerdruck ermöglicht, eine Kraft auf die die Feder bewegende Membran auszuüben und ein Öffnen des Auslassventils ermöglicht. Dies lässt den Motor aufgrund der Verwendung von Einlassdruck statt Elektrizität zum Antreiben des Ventilschiebers effizienter arbeiten.
Eine andere Vorgehensweise zum Steuern von Strömen in dem Auslass kann ein Drosselventil sein. Das Drosselventil erfordert viel weniger Betätigungskraft zum Öffnen des Ventils. Leider dichtet das Drosselventil aufgrund seiner fehlenden Fähigkeit, die Drehklappe aufliegen zu lassen, was das Strömen von Fluid in dem Kanal sperrt, den Kanal unwirksam ab.
Der vorliegende Erfinder hat mehrere Probleme mit jeder der vorstehenden Vorgehensweisen erkannt. Zunächst kann das abgewandelte Schwenkventil unter verschiedenen Motorbedingungen nicht öffnen. Wenn zum Beispiel der Krümmerdruck zu niedrig ist, kann das abgewandelte Schwenkventil nicht geöffnet werden. Die Verwendung des Ansaugluftdrucks zum Antreiben des Schiebers bei dem abgewandelten Schwenkventil mindert Druck, den der Motor den Zylindern in dem Motor effektiv liefern kann, was die Motordrehzahl senkt. Das zum Antreiben des Schiebers in dem abgewandelten Schwenkventil verwendete System von Rohren würde die Größe und Kosten des Motors durch das Hinzufügen von extra Teilen erhöhen. Schließlich benötigt das Drosselventil eventuell keine sehr große Betätigungskraft zum Öffnen, es kann aber den Kanal eventuell nicht wirksam abdichten, was eine große Menge an Fluid an dem Ventil vorbei stromabwärts strömen lässt, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet.
In einer Ausführungsform können die vorstehenden Probleme durch Nutzen eines druckausgeglichenen Schwenkventils in einem Auslasskanal angegangen werden, das zum Senken des Betrags an Antriebskraft genutzt wird, die zum Betreiben des Schwenkventils erforderlich ist, was das Turboladersystem effizienter arbeiten lässt, während in dem Kanal eine wirksame Abdichtung beibehalten werden, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung befindet. Dies erfolgt durch Umwandeln der Kraft, die von dem Fluid auf das Ventil ausgeübt wird, durch ein einfaches Zahnradsatzsystem in Gegenkräfte. Auf diese Weise kann eine effiziente Nutzung des Strömungsquerschnitts erhalten werden, und ferner kann die Vorgehensweise auf verschiedene Rohrformen angewendet werden, die ein rundes Rohr einschließen. Zusätzlich können in einem Beispiel mittels eines inneren Zahnradsatzmechanismus Kräfte umgewandelt werden, wodurch eine kompakte Auslegung vorgesehen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines seriellen sequentiellen Turboladersystems mit einem druckausgeglichenen Schwenkventil.
2a zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils in einer geschlossenen Stellung.
2b zeigt eine schematische Darstellung des beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils in einer geöffneten Stellung.
2c zeigt eine weitere Ansicht des beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils von 2a und 2b.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Betriebs des Motorsystems von 1 darstellt.
Eingehende Beschreibung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 50, das ein serielles sequentielles Paar an Turboladern und einen Verbrennungsmotor 36 umfasst. Das Paar serieller sequentieller Turbolader kann einen Turbolader 20 größeren Volumens und einen Turbolader 28 kleineren Volumens umfassen. Der Turbolader größeren Volumens kann einen Verdichter 22 größeren Volumens umfassen, der mit einer Turbine 26 größeren Volumens durch eine Achse 24 verbunden ist. Der Turbolader kleineren Volumens kann einen Verdichter 30 kleineren Volumens umfassen, der mit einer Turbine 34 kleineren Volumens durch eine Achse 32 verbunden ist. Die Turbolader 20 und 28 können einzeln oder kombiniert verwendet werden, um einen festgelegten Ladedruckwert über einem breiteren Bereich an Betriebsbedingungen vorzusehen. Verdichterumgehungskanäle 13 und 17 können vorgesehen werden, um es Ansaugluft zu ermöglichen, die Verdichter 22 bzw. 30 zu umgehen. Ein Verdichterumgehungsventil 14 kann entlang des Verdichterumgehungskanals 13 vorgesehen sein, und ein Verdichterumgehungsventil 18 kann entlang des Verdichterumgehungskanals 17 vorgesehen sein, um die jeden der Verdichter umgehende Ansaugluftmenge zu steuern.
Zusätzlich oder alternativ zu den Verdichterumgehungskanälen und zugehörigen Verdichterumgehungsventilen können Verdichtereinlassventile 12 und 16 vorgesehen werden, um die Menge an Ansaugluft weiter zu regeln, die den Verdichtern 22 bzw. 30 geliefert wird. Die Verdichterumgehungsventile und/oder Verdichtereinlassventile können Schwenkventile, Drosselklappen oder druckausgeglichene Schwenkventile sein. Eine schematische Darstellung eines beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils, das als eines der Ventile 12, 14, 16 oder 18 verwendet werden kann, wird unter Bezug auf 2a–2c näher beschrieben.
Stromaufwärts der Verdichter und Verdichterumgehungsventile kann eine Einlassdrossel 10 angeordnet sein, um die Ansaugluftmenge, die der Motor erhält, weiter zu regeln. Alternativ oder zusätzlich kann eine Einlassdrossel stromabwärts eines Auslasses des Verdichters 30 vorgesehen sein. Ein Motorauslasskanal 37, der stromabwärts des Mehrzylinderverbrennungsmotors 36 angeordnet ist, liefert der Turbine 34 und/oder der Turbine 26, die in diesem Beispiel in Reihe verbunden sind, Abgas. Es können Umgehungskanäle 39 und 43 für die Turbinen 34 bzw. 26 vorgesehen werden. Die Umgehungskanäle 39 und 43 können Umgehungsventile 40 bzw. 44 umfassen. Die Umgehungsventile 40 und 44 können durch ein elektronisches Steuergerät 48 gesteuert werden, um die Abgasmenge zu verändern, die um eine oder beide der Turbinen umgeleitet wird. Zu beachten ist, dass das Steuergerät 48 zwar mit dem Ventil 44 kommunizierend gezeigt wird, das Steuergerät 48 aber auch mit jedem der hierin beschriebenen Ventile kommunizieren kann. Das Steuergerät 48 kann zum Beispiel eine Eingabe von jedem der Ventile erhalten, die Ventilstellung anzeigt, und kann dem Schieber, der jedem der Ventile zugeordnet ist, ein Ventilsteuersignal zum Verändern der Ventilstellung liefern. Die Turbineneinlassventil 38 und 42 können stromaufwärts der Turbinen 34 bzw. 26 positioniert sein, um die Abgasmenge, die die Turbine erhält, weiter zu regeln Die Turbinenumgehungsventile und/oder die Turbineneinlassventile können Schwenkventile, Drosselklappen oder druckausgeglichene Schwenkventile sein. Somit kann die Stellung der verschiedenen Ventile während Motorbetrieb beruhend auf dem gewähltem Motorbetriebsmodus und den Betriebsbedingungen verändert werden, wie unter Bezug auf 3 hierin näher beschrieben wird. Eine schematische Darstellung eines beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils, das als eines der Ventile 38, 40, 42 oder 44 verwendet werden kann, wird unter Bezug auf 2a–2c näher beschrieben.
Stromabwärts des Auslasses der Turbine 26 größeren Volumens kann eine Nachbehandlungsvorrichtung 46 vorgesehen werden. Die Nachbehandlungsvorrichtung kann einen Katalysator, einen Filter, eine Falle oder eine andere geeignete Nachbehandlungsvorrichtung umfassen.
Es kann ein Steuersystem 48 vorgesehen werden, das ein Steuergerät 48 zum Feststellen von Betriebsbedingungen des Motorsystems und Anpassen und/oder Überwachen einer oder mehrerer der folgenden Komponenten umfasst: die Stellung der Einlassdrosselklappe 10, die Stellung der Verdichterumgehungsventile 14 und 18, die Stellung der Verdichtereinlassventile 12 und 16, die Stellung der Turbinenumgehungsventile 40 und 44, die Stellung der Turbinenventile 38 und 42, Kurbelwinkelsensoren des Motors 36, Motordrehzahl, Steuerzeiten und Menge des in die Zylinder des Motors eingespritzten Kraftstoffs und Temperatur des Motors neben anderen hierin beschriebenen Motorparametern.
Unter Bezug nun auf 2a, 2b und 2c wird ein beispielhaftes druckausgeglichenes Schwenkventil beschrieben, das als eines der in 1 gezeigten Ventile 12, 14, 16, 18, 38, 40, 42 und/oder 44 verwendet werden kann. Es versteht sich aber, dass das hierin beschriebene druckausgeglichene Schwenkventil in anderen Motorsystemauslegungen enthalten sein kann, die nicht unbedingt einen Turbolader umfassen.
2a zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines beispielhaften druckausgeglichenen Schwenkventils 200 in einer vollständig geschlossenen Stellung. Zum Beispiel kann das druckausgeglichene Schwenkventil entlang eines Einlass- oder Auslasskanals, der bei 290 gezeigt wird, wie in 2a und 2b als Längsschnittansicht des Kanals dargestellt wird, angeordnet sein.
In diesem bestimmten Beispiel wird das druckausgeglichene Schwenkventil 200 mit einem Ventilgehäuse 232 gezeigt, das an der Innenwand von Kanal 290 sitzen kann. Das Ventil 200 umfasst eine Umsetzungsvorrichtung bzw. einen Umsetzungsmechanismus 236, der von einer Umsetzungsvorrichtungsmuffe bzw. einem Umsetzungsvorrichtungsgehäuse umschlossen ist, das allgemein bei 230 gezeigt wird. Eine erste Ventilplatte 212 ist mittels eines Ventilplattenarms 213 mit der Umsetzungsvorrichtung 236 beweglich verbunden. Eine zweite Ventilplatte 224 ist durch einen Ventilplattenarm 225 mit der Umsetzungsvorrichtung 236 beweglich verbunden. Die erste und zweite Platte können jeweils teilweise gerundet sein, beispielsweise eine im Wesentlichen halbmondartige Form, wie in den Figuren gezeigt wird. Zum Beispiel können die Ventilplatten eine erste, gerundete Kante aufweisen, die im Wesentlichen einer Form des Außenkanals 290 entspricht, der in einem Beispiel im Wesentlichen rund sein kann. Die Ventilplatten können auch jeweils eine zweite, im Wesentlichen gerade Kante in einem Innenbereich des Ventils aufweisen, wie in 2c gezeigt wird. Des Weiteren kann die zweite Kante in dem Innenbereich zusätzliche Aussparungen umfassen, um das Anbringen an den Zahlrädern zu ermöglichen, wie in den Figuren gezeigt wird. Auf diese Weise kann eine effiziente Flächennutzung erzielt werden, während der druckausgeglichene Ventilbetrieb vorgesehen wird.
In manchen Beispielen kann die Ventilplatte 212 mit dem Arm 213 mittels der Schwenkverbindung 215 beweglich verbunden werden, und die Ventilplatte 224 kann mittels einer Schwenkverbindung 227 mit dem Arm 225 beweglich verbunden werden. In diesem bestimmten Beispiel lassen die Schwenkverbindungen 215 und 227 die Platten 212 und 224 mit einem einzigen Freiheitsgrad im Verhältnis zu ihren jeweiligen Armen drehen, es versteht sich aber, dass in anderen Beispielen die Schwenkverbindungen 215 und 217 so ausgelegt sein können, dass sie die Platten 212 und 224 in mehreren Freiheitsgraden im Verhältnis zu ihren jeweiligen Armen drehen lassen. Zum Beispiel können die Schwenkverbindungen 215 und 227 als Kugelgelenke ausgelegt sein. Auf diese Weise können die Schwenkverbindungen 215 und 227 ein besseres Übereinstimmen der Ventilplatten mit der Passfläche der Absperrrahmen ermöglichen, wodurch während der in 2a gezeigten geschlossenen Stellung ein besserer Ventilsitz vorgesehen wird.
Das Ventil 200 umfasst einen ersten Strömbereich 229, der durch einen ersten Absperrrahmen 210 festgelegt ist. In der in 2a gezeigten geschlossenen Stellung kann die Ventilplatte 212 an dem Absperrrahmen 210 anliegen, um Luftstrom durch den Strömbereich 229 wesentlich zu verringern oder zu unterbinden. Somit legt zumindest in einem Beispiel der Absperrrahmen 210 einen Umfang des ersten Strömbereichs 229 fest. Das Ventil 200 umfasst auch einen zweiten Strömbereich 231, der durch einen zweiten Absperrrahmen 222 festgelegt ist. In der in 2a gezeigten geschlossenen Stellung kann die Ventilplatte 224 an dem Absperrrahmen 222 anliegen, um den Luftstrom durch den Strömbereich 231 wesentlich zu verringern oder zu unterbinden. Somit legt in mindestens einem Beispiel der Absperrrahmen 222 einen Umfang des ersten Strömbereichs 231 fest. Als nicht einschränkendes Beispiel weisen die oberen und unteren Ventilplatten eine halbringartige Scheibenform auf, die wie in 2c gezeigt durch ihre jeweiligen Absperrrahmen ergänzt werden kann. In anderen Beispielen können die relative Größe und/oder Form der Ventilplatten variieren. Die Absperrrahmen und/oder Ventilplatten können zum Beispiel von unterschiedlicher Form sein, um der spezifischen Geometrie des Kanals zu entsprechen.
Die Ventilarme 213 und 225 werden mit der Umsetzungsvorrichtung 236 verbunden gezeigt. Die Umsetzungsvorrichtung 236 kann so ausgelegt werden, dass eine Bewegung der Ventilplatte 212 in eine Richtung, die einer Abnahme von Fluidstrom durch den Fluidbereich 229 entspricht (z. B. bewegt sich die Ventilplatte 212 hin zum Absperrrahmen 210), zu einer Bewegung der Ventilplatte 224 in eine Richtung führt, die auch einer Abnahme von Fluidstrom durch den Fluidbereich 231 entspricht (z. B. bewegt sich die Ventilplatte 224 hin zum Absperrrahmen 222). Analog führt die Bewegung der Ventilplatte 212 in eine Richtung, die einer Zunahme des Strömbereichs 229 entspricht (z. B. bewegt sich die Ventilplatte 212 weg von dem Absperrrahmen 210) zu einer Bewegung der Ventilplatte 224 in eine Richtung, die ebenfalls einer Zunahme des Strömbereichs 231 entspricht (z. B. bewegt sich die Ventilplatte 224 weg von dem Absperrrahmen 222). Auf diese Weise kann das Paar Ventilplatten ebenfalls in einer gemeinsamen Winkelrichtung drehen, was zu einer Gegenrichtung der Umsetzung der Ventilplatten im Verhältnis zur Richtung des bei 234 gezeigte Fluidstroms führt. Zu beachten ist, dass sich in diesem bestimmten Beispiel die Ventilplatte 212 an einer stromaufwärtigen Seite des Absperrrahmens 210 befindet und sich die Ventilplatte 224 an einer stromabwärtigen Seite des Absperrrahmens 222 befindet. Somit werden zum Schließen beider Strombereiche die Ventilplatten 212 und 224 auf ihrem jeweiligen Absperrrahmen zum Sitzen gebracht (z. B. mittels eines rechtwinkligen Kontakts), was im Wesentlichen die Gesamtheit des Kanals 290 abdichtet.
Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Umsetzungsvorrichtung die vorstehende Funktionalität mittels einer ersten Welle oder eines Lagers 219, das ein erstes Zahnrad 218 umfasst, vorsehen. Das Zahnrad 218 kann mit Zahnrädern 216 und 220 kämmen, die durch Wellen oder Lager 217 bzw. 221 gelagert sind. Der Arm 213 kann mit der Welle 217 und/oder dem Zahnrad 216 fest verbunden sein, so dass eine Drehung der Welle 217 und/oder des Zahnrads 216 zu einer Drehung des Arms 213 und umgekehrt führt. Analog kann der Arm 225 fest mit der Welle 221 und/oder dem Zahnrad 220 verbunden sein, so dass eine Drehung der Welle 221 und/oder des Zahnrads 220 zu einer Drehung des Arms 225 und umgekehrt führt.
Die Welle 219 kann eine Eingangsleistung von einem Motor oder Schieber (z. B. in 2c gezeigt) aufnehmen, um eine Drehung des Zahnrads 218 entweder in Richtung des Uhrzeigersinns oder gegen den Uhrzeigersinn zu bewirken, wodurch eine entsprechende Drehung der Arme 213 und 225 hervorgerufen wird. Ferner überspannt in manchen Beispielen die Umsetzungsvorrichtung 210 und/oder die Welle 219 die Mitte des Kanals 290. Zum Beispiel kann das Ventilgehäuse 232 an mindestens zwei Stellen, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Kanals befinden, wie zum Beispiel in 2c gezeigt wird, fest verbunden an dem Gehäuse 230 und/oder Umsetzungsmechanismus 236 angebracht sein.
Zum Öffnen des druckausgeglichenen Schwenkventils von einer geschlossenen Stellung dreht der Schieber das Antriebszahnrad (z. B. Zahnrad 219) im Uhrzeigersinn, was die oberen und unteren Ventilplatten vom Sitz heben und sie gegen den Uhrzeigersinn (z. B. bezüglich 1a und 1b) dreht. Wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung im Ruhezustand befindet, wird an der oberen Ventilplatte durch das Fluid eine Kraft 228 ausgeübt, was die obere Ventilplatte in geschlossenen Zustand zwingt, und ein Moment um das linke Abtriebszahnrad erzeugt, das wiederum auf das Antriebszahnrad 218 eine Kraft gegen den Uhrzeigersinn ausübt. Eine Kraft 230 wird durch das Fluid auch auf die untere Ventilplatte ausgeübt, was die untere Ventilplatte in einen offenen Zustand zwingt und ein Moment um das rechte Abtriebszahnrad erzeugt, das wiederum auf das Antriebszahnrad 218 eine Kraft im Uhrzeigersinn ausübt. Diese entgegengesetzten Kräfte ermöglichen es dem Schieber, verglichen mit einem nicht ausgeglichenen Schwenkventil geringere Betätigungskräfte zum Öffnen und Schließen des Ventils auszuüben. Die Größe und Kraft des Schiebers können ebenfalls durch das Ausgleichen von Kräften an den Ventilplatten verringert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Schiebers verbessert wird, ohne ein Abdichten des Stroms zu opfern, selbst in der aggressiven Umgebung eines Motorauslasses.
Das rechte Abtriebszahnrad (z. B. Zahnrad 220), das linke Abtriebszahnrad (z. B. Zahnrad 216) und das Antriebszahnrad (z. B. Zahnrad 218) können durch das Gehäuse 232 eingeschlossen sein. Das Gehäuse kann so ausgelegt sein, dass es das Strömen des Fluids durch die Umsetzungsvorrichtung behindert oder verringert, wodurch es den eingeschlossenen Komponenten möglich wird, bei geringerem Einwirken von aggressiven Umweltbedingungen bei einer niedrigeren Temperatur zu bleiben. Dies verringert wiederum eine thermische Beschädigung der Komponenten und/oder verringert das Aufbauen von Rückständen, die durch das Fluid an der Umsetzungsvorrichtung zurückbleiben (z. B. Abgasprodukte). Dieses Gehäuse kann aus einem Metall, beispielsweise Edelstahl, bestehen. Es kann ebenso ein anderes Material mit ähnlichen wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Eigenschaften verwendet werden. Von dem Gehäuse kann auch eine (nicht dargestellte) Isolierung eingeschlossen sein, um eine Wärmeübertragung von dem Fluid auf die Umsetzungsvorrichtung zu verringern. Bei einer (nicht gezeigten) anderen Ausführungsform können andere Auslegungen der Umsetzungsvorrichtung verwendet werden, einschließlich zusätzlicher Zahnradsätze. Des Weiteren versteht sich bei manchen Beispielen, dass die Umsetzungsvorrichtung 236 andere Auslegungen umfassen kann, die keine Zahnräder umfassen oder andere Zahnradkonfigurationen umfassen, während sie immer noch die vorstehend beschriebene gleiche Funktionalität bietet.
2b zeigt das Druckausgleich-Schwenkventil in einer offenen Stellung von der Seite. In dieser Stellung wirken geringere Kräfte auf sowohl die oberen als auch unteren Ventilplatten, da die oberen und unteren Ventilplatten mit den Stromlinien eines Gasstroms 234 ausgerichtet sind. Wenn sich aber das Druckausgleich-Schwenkventil in der geschlossenen Stellung befindet und ein Öffnungsmodus ausgelöst wird (z. B. durch das Steuergerät 48), können die auf die Platten durch den Fluidstrom (z. B. Luftstrom) wirkenden Kräfte allmählich ansteigen, wenn die Ventilplatten durch eine mechanische Eingangsleistung (z. B. mittels eines Schiebers oder Motors), die dem Antriebsrad 218 geliefert wird, weg von ihren jeweiligen Absperrrahmen gedreht werden. Das Druckausgleich-Schwenkventil wandelt die auf die oberen und unteren Ventilplatten ausgeübten Kräfte in Gegenkräfte um, was es dem Schieber ermöglicht, eine geringere Betätigungskraft auszuüben, als andernfalls zum Öffnen und Schließen des Ventils nötig wäre. Wenn sich das Druckausgleich-Schwenkventil in der offenen Stellung befindet und von dem Steuergerät ein Schließbefehl ausgelöst wird, kann das Antriebszahnrad eine Kraft gegen den Uhrzeigersinn ausüben (z. B. unter Bezug auf 1a und 1b), um die Kräfte 228 und 230 zu überwinden, bis sich sowohl die obere Ventilplatte als auch die untere Ventilplatte in direktem Kontakt mit den Absperrelementen befinden.
In diesem Beispiel werden ein geöffneter und ein geschlossener Modus beschrieben. In dem geschlossenen Modus kann eine erste Drehrichtung vorgesehen werden (z. B. eine Betätigungskraft gegen den Uhrzeigersinn), bis die Ventilplatten an ihren jeweiligen Absperrrahmen zum Anliegen kommen. In dem geöffneten Modus kann von dem Steuergerät eine Betätigungskraft im Uhrzeigersinn ausgeübt werden, bis die Ventilplatten im Wesentlichen parallel zur Richtung des Fluidstroms ausgerichtet sind. Es gibt viele unterschiedliche Modi, die durch Ausüben der erforderlichen Betätigungskraft implementiert werden können, was es den Ventilplatten erlaubt, in einer festen Stellung zu bleiben, die nicht senkrecht oder parallel zur Bewegung des Fluids ist (z. B. teilweise geöffnete Stellung). Auf diese Weise kann die sich durch das Ventil bewegende Luftstrommenge präzis gesteuert werden. Zu beachten ist, dass ein Motorsteuergerät zum Steuern der Drehung des Ventils 200, wie zum Beispiel in 1c gezeigt wird, mit einem Schieber oder Motor kommunizierend verbunden sein kann.
2c zeigt eine alternative Ansicht entlang eines Querschnitts von Kanal 290, die rechtwinklig zu der Längsschnittansicht von 1a und 1b ist. In dem Beispiel von 2c befindet sich das druckausgeglichene Schwenkventil in einer geschlossenen Stellung. Der untere Absperrrahmen, die obere Ventilplatte und die untere Ventilplatte werden zusammen mit dem Schieber 280 mit dem Steuergerät 48 in Verbindung stehend gezeigt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Betriebs des Motorsystems 50 von 1 darstellt. Bei 310 können Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Steuergerät 48 die vorliegenden Betriebsbedingungen des Motorsystems beruhend auf Signalen ermitteln, die von verschiedenen Sensoren empfangen werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 Motordrehzahl mittels eines Motordrehzahlmessers feststellen, der mit einer Kurbelwelle des Motors in Verbindung steht. Das Steuergerät 48 kann auch eine vom Fahrer geforderte Motorleistung beruhend auf einem Signal feststellen, das von einer Bedienereingabevorrichtung, beispielsweise einem Gaspedal, empfangen wurde. Ferner kann das Steuergerät 48 Signale empfangen, die Luftmassenstrom von Ansaugluft, Ansauglufttemperatur und/oder Ansaugluftdruck von verschiedenen Bereichen der Einlass- und/oder Auslasssysteme des Motors anzeigen. Diese und andere geeignete Motorsensoren können dem Steuergerät 48 einen Hinweis auf Motorbetriebsbedingungen liefern, wie für den Durchschnittsfachmann im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung offenkundig ist.
Als Reaktion auf bei 310 ermittelte Betriebsbedingungen kann bei 312 festgestellt werden, ob ein Betrieb des Turboladers 20 größeren Volumens auszulösen ist. Zum Beispiel kann das Steuergerät ermitteln, dass der Betrieb des Turboladers größeren Volumens beruhend auf Motordrehzahl und/oder einer geforderten Motorleistung mittels Fahrzeugbedienereingabe auszulösen ist. Zum Beispiel kann der Betrieb des Turboladers höheren Volumens bei höheren Motordrehzahlen genutzt werden und kann bei niedrigeren Motordrehzahlen eingestellt oder reduziert werden. Wenn die Antwort bei 312 Ja lautet, kann das Steuergerät Befehle zu den jeweiligen Ventilen ausgeben, um den Betrieb des Turboladers größeren Volumens auszulösen, wie durch einen oder mehrere der Vorgänge von 314–320 gezeigt wird.
Zum Beispiel kann das Steuergerät bei 314 das Verdichterventil 12 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 316 kann das Steuergerät das Verdichterumgehungsventil 14 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 318 kann das Steuergerät das Turbinenventil 42 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 320 kann das Steuergerät das Turbinenumgehungsventil 44 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Auf diese Weise können Abgase durch die Turbine 26 des größeren Turboladers 20 geleitet werden, wodurch die Drehzahl des Verdichters 22 angehoben wird, was wiederum dem Motor 36 verstärkten Ladedruck bieten kann. Zu beachten ist, dass in jedem der hierin vorgesehenen Beispiele ein oder mehrere Ventile 12, 14, 42 und 44 das unter Bezug auf 2a–2c beschriebene Druckausgleich-Schwenkventil umfassen können.
Wenn alternativ die Antwort bei 312 Nein lautet, kann das Steuergerät Befehle zu den geeigneten Ventilen ausgeben, um den Betrieb des Turboladers größeren Volumens einzustellen, wie durch einen oder mehrere der Vorgänge von 322–328 gezeigt wird. Zum Beispiel kann das Steuergerät bei 322 das Verdichterventil 12 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 316 kann das Steuergerät das Verdichterumgehungsventil 14 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 318 kann das Steuergerät das Turbinenventil 42 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 320 kann das Steuergerät das Turbinenumgehungsventil 44 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Auf diese Weise kann die Abgasmenge, die durch die Turbine 26 des größeren Turboladers 20 geleitet wird, verringert oder eingestellt werden, wodurch die Drehzahl an Verdichter 22 verringert wird, was wiederum die Drehzahl am Verdichter 22 verringert, was wiederum den dem Motor 36 gelieferten Ladedruckwert verringern kann.
Bei 330 kann festgestellt werden, ob der Betrieb des Turboladers 28 kleineren Volumens beruhend auf den bei 310 ermittelten Betriebsbedingungen ausgelöst werden soll. Zum Beispiel kann der Betrieb des Turboladers kleineren Volumens verglichen mit dem Turbolader höheren Volumens bei niedrigeren Motordrehzahlen oder bei niedrigeren Motorleistungsforderungen ausgelöst werden. Somit kann der Betrieb des Turboladers geringeren Volumens ausgelöst werden und der Betrieb des Turboladers höheren Volumens eingestellt werden, wenn die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment oder die Ausgangsleistungen verringert werden. Umgekehrt kann der Betrieb des Turboladers höheren Volumens ausgelöst werden und der Betrieb des Turboladers kleineren Volumens eingestellt werden, wenn die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment oder die Ausgangsleistungen angehoben werden. Weiterhin kann während noch niedrigeren Motordrehzahlen oder Motorleistungsforderungen der Betrieb sowohl des Turboladers größeren Volumens als auch des Turboladers kleineren Volumens eingestellt werden. Des Weiteren kann während noch höheren Motordrehzahlen oder Motorleistungsforderungen der Betrieb sowohl des Turboladers größeren Volumens als auch des Turboladers kleineren Volumens ausgelöst werden.
Wenn die Antwort bei 330 Ja lautet, kann das Steuergerät Befehle zu den entsprechenden Ventilen ausgeben, um den Betrieb des Turboladers kleineren Volumens auszulösen, wie durch einen oder mehrere Vorgänge von 332–338 gezeigt wird. Bei 332 kann das Steuergerät das Verdichterventil 16 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 334 kann das Steuergerät das Verdichterumgehungsventil 18 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 336 kann das Steuergerät das Turbinenventil 38 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 338 kann das Steuergerät das Turbinenumgehungsventil 40 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Auf diese Weise können Abgase durch die Turbine 34 des kleineren Turboladers 28 geleitet werden, wodurch die Drehzahl an dem Verdichter 30 angehoben wird, was wiederum dem Motor 36 von dem Turbolader 28 vermehrten Ladedruck liefern kann. Zu beachten ist, dass in jedem der hierin vorgesehenen Beispiele ein oder mehrere Ventile 16, 18, 38 und 40 das unter Bezug auf 2a–2c beschriebene Druckausgleich-Schwenkventil umfassen können.
Wenn alternativ die Antwort bei 330 Nein lautet, kann das Steuergerät Befehle zu den geeigneten Ventilen ausgeben, um den Betrieb des Turboladers kleineren Volumens einzustellen, wie durch einen oder mehrere der Vorgänge von 340–346 gezeigt wird. Zum Beispiel kann das Steuergerät bei 340 das Verdichterventil 16 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 342 kann das Steuergerät das Verdichterumgehungsventil 18 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Bei 344 kann das Steuergerät das Turbinenventil 38 zu einer geschlossenen Stellung befehlen. Bei 346 kann das Steuergerät das Turbinenumgehungsventil 40 zu einer geöffneten Stellung befehlen. Auf diese Weise kann die Abgasmenge, die durch die Turbine 34 des kleineren Turboladers 28 geleitet wird, verringert oder eingestellt werden, wodurch die Drehzahl an Verdichter 30 verringert wird, was wiederum den dem Motor 36 gelieferten Ladedruckwert verringern kann.
Während eine beispielhafte Vorgehensweise zum Nutzen des hierin beschriebenen druckausgeglichenen Schwenkventils im Kontext eines Motorsystems vorgesehen wurde, das zwei in Reihe angeordnete Turbolader umfasst, versteht sich, dass das druckausgeglichene Schwenkventil in anderen Motorsystemen verwendet werden kann, um die gleichen oder andere Vorteile zu erreichen, einschließlich Motorsysteme mit anderen Turboladerauslegungen oder Motorsysteme, die keinen Turbolader oder eine andere Ladevorrichtung umfassen.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motorkonfigurationen, wie sie oben beschrieben wurden, verwendet werden können. Die hierin beschriebene spezifische Routine kann eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Schritte einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Steuergerät 24 einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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

- US 5634333 [0002]

Claims

Verfahren, welches umfasst: Regeln von Gasstrom durch einen runden Kanal in einem Motorsystem mittels eines Ventils, wobei das Ventil eine erste teilweise runde Ventilplatte und eine zweite teilweise runde Ventilplatte aufweist; zum Anliegen bringen der ersten Ventilplatte an einem ersten Absperrelement um einen gesamten Umfang der ersten Platte und zum Anliegen bringen der zweiten Ventilplatte an einem zweiten Absperrelement um einen gesamten Umfang der zweiten Platte, um das Ventil zu schließen; Abheben der ersten Ventilplatte von dem ersten Absperrelement und Abheben der zweiten Ventilplatte von dem zweiten Absperrelement, um das Ventil zu öffnen; und Umwandeln von Gasstromkräften, die auf die ersten und zweiten Platten wirken, in entgegengesetzte und ausgleichende Kräfte während mindestens des Ventilöffnens und Ventilschließens mittels eines inneren Zahnradmechanismus.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Verstellen der ersten und zweiten Ventilplatten umfasst, um einen Betrieb eines Turboladers des turbogeladenen Motorsystems zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kräfte mittels mehrerer Zahnräder, die zwischen der ersten und der zweiten Platte wirkverbunden sind, umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Fläche der ersten Ventilplatte und eine Fläche der zweiten Ventilplatte im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten durch Drehen der Platten in eine gemeinsame Drehrichtung zum Anliegen gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Stromkräfte an der ersten Ventilplatte die erste Ventilplatte in einen geschlossenen Zustand zwingen und Stromkräfte an der zweiten Ventilplatte die zweite Ventilplatte in einen offenen Zustand zwingen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Ventilplatten eine Form einer halbringförmigen Scheibe aufweist.
Vorrichtung, die zum Regeln von Strömen in einem runden Auslasskanal eines Verbrennungsmotorsystems ausgelegt ist, welche umfasst: ein in dem runden Auslasskanal angeordnetes rundes Gehäuse, das einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich ausbildet, wobei der erste Bereich ein erstes Absperrelement und eine erste Ventilplatte umfasst, wobei das erste Absperrelement den ersten Bereich vollständig umgibt, und die erste Ventilplatte an dem ersten Absperrelement anliegt, um den ersten Bereich abzudichten, und wobei der zweite Bereich ein zweites Absperrelement und eine zweite Ventilplatte umfasst, wobei das zweite Absperrelement den zweiten Bereich vollständig umgibt und die zweite Ventilplatte an dem zweiten Absperrelement anliegt, um den zweiten Bereich abzudichten, und wobei das erste Absperrelement; einen zwischen der ersten und zweiten Platte verbauten umsetzenden Zahnradmechanismus, wobei der Mechanismus die erste und zweite Platte durch einen Satz von Zahnrädern in dem Gehäuse verbindet, so dass zum Schließen der ersten Platte wirkende Kräfte durch den Mechanismus umgewandelt werden, so dass sie zum Öffnen der zweiten Platte dienen und umgekehrt; und einen Schieber zum Bewegen des Umsetzungsmechanismus, wobei eine solche Bewegung sowohl die erste als auch die zweite Platte gleichzeitig drehen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzungsmechanismus mehrere Zahnräder umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ventilplate im Wesentlichen die gleiche Größe haben.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzungsmechanismus mindestens drei Zahnräder umfasst, wobei ein erstes Zahnrad mit der ersten Platte an einer Achse der ersten Platte verbunden ist, das zweite Zahnrad mit der zweiten Platte an einer Achse der zweiten Platte verbunden ist und das dritte Zahnrad zwischen dem ersten und zweiten Zahnrad verbaut ist, wobei sich, wenn das betätigte Ventil mit dem dritten Zahnrad verbunden ist, die ersten, zweiten und dritten Zahnräder in einer gemeinsamen Ebene befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzungsmechanismus von dem Gehäuse umschlossen ist, so dass der Umsetzungsmechanismus von dem Gasstrom getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ventilplatte die Form einer halbringförmigen Scheibe aufweisen.
System für einen Motor, welches umfasst: einen Turbolader mit einer Umgehung; und eine Ventilvorrichtung, die zum Regeln von Abgasstrom in der Umgehung ausgelegt ist, wobei die Vorrichtung aufweist: einen ersten Absperrrahmen, der in dem Auslasskanal angeordnet ist und einen ersten Strömbereich des Auslasskanals festlegt; einen zweiten Absperrrahmen, der in dem Auslasskanal angeordnet ist und einen zweiten Strömbereich des Auslasskanals festlegt; eine Ventilmuffe, die zwischen einem Teil des ersten Absperrrahmens und einem Teil des zweiten Absperrrahmens außerhalb des ersten und zweiten Strömbereichs angeordnet ist, wobei ein Ventilplattenumsetzer in einem Innenbereich der Ventilmuffe angeordnet ist, eine erste halbmondförmige Ventilplatte mit dem Ventilplattenumsetzer drehbar verbunden ist, wobei die erste Ventilplatte in dem Auslasskanal stromaufwärts des ersten Absperrrahmens angeordnet ist, eine zweite halbmondförmige Ventilplatte mit dem Ventilplattenumsetzer drehbar verbunden ist, wobei die zweite Ventilplatte in dem Auslasskanal stromabwärts des zweiten Absperrrahmens angeordnet ist und wobei der Ventilplattenumsetzer dafür ausgelegt ist, eine erste Kraft, die die erste Ventilplatte von einer Stelle stromaufwärts des ersten Absperrrahmens hin zu dem ersten Absperrrahmen zwingt, in eine zweite Kraft umzuwandeln, die die zweite Ventilplatte von einer Stelle stromabwärts des zweiten Absperrrahmens zu dem zweiten Absperrrahmen zwingt, und wobei die erste Ventilplatte um eine erste Achse dreht, die stromaufwärts einer zweiten Achse angeordnet ist, um die die zweite Ventilplatte dreht.
System nach Anspruch 14, welches weiterhin einen zweiten Turbolader kleineren Volumens als der Turbolader umfasst, wobei der zweite Turbolader einen stromabwärts eines Verdichters des Turboladers angeordneten Verdichter umfasst.
System nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Ventilplattenschieber umfasst, der mit dem Ventilplattenumsetzer wirkverbunden ist, wobei der Ventilplattenschieber dafür ausgelegt ist, mittels des Ventilplattenumsetzers die erste Ventilplatte im Verhältnis zum ersten Absperrrahmen und die zweite Ventilplatte im Verhältnis zum zweiten Absperrrahmen zu bewegen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilplattenschieber dafür ausgelegt ist, mittels des Ventilplattenumsetzers die erste Ventilplatte weg von dem ersten Absperrrahmen und die zweite Ventilplatte weg von dem zweiten Absperrrahmen zu bewegen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilplattenumsetzer dafür ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Dreheingangsleistung von dem Ventilplattenschieber die erste Ventilplatte im Verhältnis zur Muffe durch Drehen der zweiten Ventilplatte im Verhältnis zur Muffe zu bewegen; und dass der Ventilplattenumsetzer dafür ausgelegt ist, als Reaktion auf die Dreheingangsleistung von dem Ventilplattenschieber die zweite Ventilplatte durch Drehen der zweiten Ventilplatte im Verhältnis zur Muffe zu bewegen.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung der ersten Ventilplatte einer ähnlichen Drehung der zweiten Ventilplatte im Verhältnis zur Muffe entspricht.