DE102010018542A1

DE102010018542A1 - Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010018542A1
Application number: DE102010018542A
Authority: DE
Inventors: Todd Jay Dearborn Brewer; Katherine Jane Dearborn Randall
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2010-11-25
Also published as: CN201943854U; US8100108B2; US20100294238A1

Abstract

Ein hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugkrümmer mit einer Anzahl von Ansaugkanälen und einer Anzahl von drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen, die in mindestens einem Teil der Ansaugkanäle eingebaut sind. Ein Hydraulikmotor positioniert die Luftstromsteuerungsvorrichtungen drehbar.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Keiner.
Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine, das eine hydraulisch betriebene Luftstromsteuerbarkeit, die mit dem Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, aufweist.
Stand der Technik
Vorrichtungen zum Steuern des Strömens von Ladeluft in einem Ansaugkrümmer haben bisher typischerweise entweder Unterdruck oder elektrische Leistung verwendet. Jede dieser Arten von Energiequelle ist durch bestimmte Mängel gekennzeichnet. Im Fall von Unterdruckvorrichtungen kann die Verfügbarkeit von Unterdruck unter manchen Betriebsbedingungen, zum Beispiel bei Betrieb bei großer Höhe, ein Problem sein. Im Fall von elektrischen Vorrichtungen stellen Einbauraum und Zuverlässigkeit Probleme dar. Zudem kann bei beiden Arten von Systemen die Handhabung eines fehlerhaften Betriebszustands ein Problem sein. Übermäßige Geräuschentwicklung und im Fall von elektrischen Vorrichtungen elektromagnetische Kompatibilität können ebenfalls Probleme sein, ebenso wie hohe Kosten, wobei sich versteht, dass Kostensenkung im Gebiet der Kraftfahrzeugkonstruktion ein nie endendes Ziel ist.
Es wäre wünschenswert, ein Brennkraftmaschinen-Ladeluftsystem mit Luftstromsteuerungsvorrichtungen vorzusehen, die die mit elektrischen und unterdruckbetriebenen Vorrichtungen verbundenen Schwierigkeiten bewältigen, während sie übermäßige Kosten vermeiden.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine einen Ansaugkrümmer mit einer Anzahl von Ansaugkanälen und einer Anzahl von drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen, die in mindestens einem Teil der Ansaugkanäle eingebaut sind. Ein Hydraulikmotor positioniert die Luftstromsteuerungsvorrichtungen gemäß Befehlen eines Steuergeräts, das eine vorbestimmte Steuerstrategie enthält, oder unabhängig von einem Steuergerät als Funktion von Brennkraftmaschinenöldruck drehbar. Zum Beispiel kann ein Hydraulikmotor, der Luftstromsteuerungsvorrichtungen positioniert, die mit Steuerung von langen/kurzen Kanälen verwendet werden, gemäß einer Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine betrieben werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein Ansaugkrümmer eine Anzahl kurzer Ansaugkanäle und eine Anzahl langer Ansaugkanäle aufweisen, wobei drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen als Ansaugkanal-Steuerventile konfiguriert sind, die in den kurzen Ansaugkanälen eingebaut sind.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung können drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen Ladungsbewegungssteuerventile umfassen, insbesondere Steuerventile mit einem Steuerungsbereich, der kleiner als der Durchflussquerschnitt des Ansaugkanals ist, in dem der Ventilteller eingebaut ist. In jedem Fall werden drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen an einer drehbaren Welle angebracht, die mit dem Hydraulikmotor gekoppelt ist.
Nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann der Hydraulikmotor durch eine Schmierpumpe der Brennkraftmaschine betrieben sein, wobei der Motor ein Gehäuse und einen mehrflügeligen Rotor umfasst, der in dem Gehäuse drehbar positioniert ist, so dass Brennkraftmaschinenöl, das durch geeignete Steueröffnungen strömt, den Rotor veranlasst, die Luftstromsteuerungsvorrichtungen in einer erwünschten Drehstellung zu positionieren.
Ein Vorteil des vorliegenden Systems liegt darin, dass das für das System erforderliche Einbauvolumen kleiner als das für bekannte pneumatische Systeme oder Elektroantriebssysteme erforderliche Volumen ist.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Systems liegt darin, dass Probleme mit elektromagnetischer Kompatibilität und hörbarem Geräusch behoben werden.
Ein noch anderer Vorteil des vorliegenden Systems liegt darin, dass die Reaktionsgeschwindigkeit aufgrund der Arbeitsprinzipien des Hydraulikmotors, der die Stromsteuerungsvorrichtungen positioniert, sehr hoch ist
Ein noch anderer Vorteil des vorliegenden Systems liegt darin, dass die Kosten für ein Ladeluftsystem verglichen mit bekannten Unterdruckvorrichtungen und elektrisch betriebenen Vorrichtungen gering sind.
Andere Vorteile sowie Merkmale des vorliegenden Systems werden für den Leser dieser Beschreibung offenkundig.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, die ein hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ansaugkrümmers gemäß der vorliegenden Offenbarung, die das erfindungsgemäße hydraulisch betriebene Ladeluftsystem zeigt.
3 ist eine teilweise schematische Ansicht eines Hydraulikmotors, der mit dem vorliegenden Ladeluftsystem verwendet wird.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in 1 gezeigt ist ein hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem 10 an einer Brennkraftmaschine 14 angebracht, die einen Zylinderkopf 16, mit Einlassventilen 22 und Auslassventilen 26 ausgestattete Zylinder 18 sowie Zündkerzen 30 aufweist. Eine Drosselklappe 34, die an dem Ansaugkrümmer 36 angebracht ist, regelt die in die Brennkraftmaschine 14 eindringende Luftmenge. An der Drosselklappe 34 vorbeiströmende Luft dringt in einen ersten Sammler 38 und einen zweiten Sammler 42 ein. Lange Ansaugkanäle 46 verlaufen von dem ersten Sammler 38 zu Zylindern 18, und kurze Ansaugkanäle 50 verlaufen von dem Sammler 42 zu Zylindern 18. Eine in 1 als Kanalsteuerventil 58 gezeigte Luftstromsteuerungsvorrichtung ist in jedem der kurzen Ansaugkanäle 50 eingebaut. Die Position der Kanalsteuerventile 58 wird durch einen Hydraulikmotor 66 gesteuert, der durch ein Steuergerät 64 betrieben wird und durch den Zylinderkopf 16 von der Ölpumpe 86 der Brennkraftmaschine mit druckbeaufschlagtem Schmieröl versorgt wird.
2 zeigt eine drehbare Steuerwelle 54, die in großer Nähe zu einem Ansaugkrümmer-Montageflansch 78 angebracht ist. In der Ausführungsform von 2 ist ein Teller 62 des Ladungsbewegungssteuerventils (CMCV, kurz vom engl. Charge Motion Control Valve) in jedem der Kanäle 52 eingebaut. 2 zeigt auch den Hydraulikmotor 66, der ein Gehäuse 80 und einen daran angebrachten Rotor 70 mit zwei Flügeln 74 umfasst. Eine Torsionsfeder 84 wird verwendet, um die drehbare Steuerwelle 54, einschließlich CMCV-Teller 62, zu ihrer geschlossenen Stellung zu treiben, wenn kein Öldruck zugeführt wird, sowie im Fall eines Verlusts von Steuerstrategie. Der Fachmann wird im Hinblick auf diese Offenbarung erkennen, dass eine einzige Brennkraftmaschine nicht nur mit Kanalsteuerventilen, sondern auch mit Ladungsbewegungssteuerventilen ausgestattet werden könnte, wobei beide Arten von Ventilen gemäß der vorliegenden Offenbarung betrieben werden.
3 zeigt zusätzliche Einzelheiten des Hydraulikmotors 66, der einen Ölzufuhrdurchlass 82 und einen Rückführdurchlass 83 umfasst, die mit im Zylinderkopf 16 vorgesehenen (nicht gezeigten) Öldurchlässen in Verbindung stehen. Der Ölzufuhrdurchlass 82 wird selektiv mit druckbeaufschlagtem Brennkraftmaschinenöl versorgt, das in eine obere Kammer 89 strömt, um den Rotor 70 zu veranlassen, gegen den Uhrzeigersinn zu einer Sollposition für ein CMCV bzw. ein Kanalsteuerventil zu drehen. Ein Durchlass 87 lässt Öl durch den Rotor 74 zu einer unteren Kammer 90 strömen. Wenn der Durchlass 83 geöffnet ist, kann Öl die Kammern 89 und 90 verlassen, und die Torsionsfeder 84 treibt den Flügel 74 und die Steuerwelle 54 zu der geschlossenen Stellung.
Der Fachmann wird im Hinblick auf diese Offenbarung erkennen, dass der Rotor 70 mit mehr als zwei Flügeln konfiguriert werden könnte, alternativ der Rotor 70 mit einem einzigen Flügel ausgestattet werden könnte; solche Details werden dem Ermessen desjenigen überlassen, der das vorliegende System verwenden will. Zudem kann das vorliegende System mit Brennkraftmaschinen mit Konfigurationen eingesetzt werden, die sich von der in 1 gezeigten Konfiguration unterscheiden
Die Flügel 74 des Rotors 70 weisen einen eingeschlossenen Winkel von etwa 140° auf, der konfiguriert ist, um der maximalen Drehung des Rotors 70 zu dem Ventiltelleröffnungswinkel zu entsprechen. Die Flügel 74 könnten einen Bereich von dazwischen eingeschlossenen Winkeln haben. Vorteilhafterweise erstreckt sich der Hydraulikmotor nicht über die Trennlinie zwischen dem Zylinderkopf 16 und dem Ansaugkrümmer 36 hinaus.
In 2 ist die Luftstromsteuerungsvorrichtung 62 mit einem Steuerbereich gezeigt, der an der Stelle, an der die Vorrichtung 62 eingebaut ist, etwa fünfundsiebzig Prozent des Durchflussquerschnitts des Ansaugkanals 52 nahekommt. Der Fachmann wird im Hinblick auf diese Offenbarung jedoch erkennen, dass andere Arten von CMCV-Vorrichtungen zur Verwendung mit dem vorliegenden System geeignet sein können, wobei klar ist, dass die veranschaulichte Vorrichtung lediglich ein Beispiel für einen ganzen Bereich solcher Vorrichtungen ist.
Das vorstehende System wurde gemäß den relevanten rechtlichen Normen beschrieben, so dass die Beschreibung eher von beispielhafter denn beschränkender Natur ist. Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen können für den Fachmann offenkundig werden und fallen in den Schutzumfang der Offenbarung. Demgemäß kann der Umfang des Rechtsschutzes nur durch Prüfen der folgenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims

Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine, welches umfasst: einen Ansaugkrümmer mit mehreren Ansaugkanälen; mehrere drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen, die in mindestens einem Teil der Ansaugkanäle eingebaut sind; und einen Hydraulikmotor zum drehbaren Positionieren der Luftstromsteuerungsvorrichtungen
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkrümmer mehrere kurze Ansaugkanäle und mehrere lange Ansaugkanäle aufweist.
Ladeluftsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen in den kurzen Ansaugkanälen eingebaut sind.
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen sowohl Ladungsbewegungssteuerventile als auch Kanalsteuerventile umfassen.
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen Ladungsbewegungssteuerventile umfassen, die als Tellerventile konfiguriert sind, wobei jedes Tellerventil einen Steuerbereich aufweist, der kleiner als die Durchflussquerschnitt des Ansaugkanals ist, in den das Tellerventil eingebaut ist.
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen Kanalsteuerventile umfassen.
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor einen Flügelzellenmotor umfasst.
Ladeluftsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügelzellenmotor an dem Ansaugkrümmer angebracht ist.
Ladeluftsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügelzellenmotor einen mehrflügeligen Rotor umfasst, der in einem an dem Ansaugkrümmer angebrachten Gehäuse enthalten ist, wobei der Rotor mit einer drehbaren Welle gekoppelt ist, die die drehbaren Luftstromsteuerungsvorrichtungen trägt.
Ladeluftsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrflügelige Rotor zwei Flügel mit einem eingeschlossenen Winkel von etwa 140° aufweist.
Ladeluftsystem nach Anspruch 1, welches weiterhin ein Steuerberät zum Betreiben des Hydraulikmotors umfasst, um die Luftstromsteuerungsvorrichtungen gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie zu positionieren.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine, welches umfasst: einen Ansaugkrümmer mit mehreren Ansaugkanälen; mehrere drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen, die in den Ansaugkanälen benachbart zu einem Ansaugkrümmer-Montageflansch eingebaute Ladungsbewegungssteuerventile umfassen; und einen Hydraulikmotor zum drehbaren Positionieren der Ladungsbewegungssteuerventile.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor an dem Ansaugkrümmer angebracht ist und von einer Brennkraftmaschinen-Schmierpumpe angetrieben ist.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Ladungsbewegungssteuerventile als Tellerventil mit einem Steuerbereich konfiguriert ist, der kleiner als der Durchflussquerschnitt des Ansaugkanals ist, in dem das Tellerventil eingebaut ist.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Tellerventile mit einem Steuerbereich konfiguriert ist, der 75 Prozent des Durchflussquerschnitts des Ansaugkanals nahe kommt, in dem das Tellerventil eingebaut ist.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem für eine Brennkraftmaschine, welches umfasst: einen Ansaugkrümmer mit mehreren kürzeren Ansaugkanälen und mehreren längeren Ansaugkanälen; mehrere drehbare Luftstromsteuerungsvorrichtungen, die in mindestens einem Teil der Ansaugkanäle eingebaute Kanalsteuertellerventile umfassen; und einen Hydraulikmotor zum drehbaren Positionieren der Kanalsteuerventile.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor an dem Ansaugkrümmer angebracht ist, wobei der Hydraulikmotor mit einer gemeinsamen, drehbaren Welle gekoppelt ist, an der die Kanalsteuerventile angebracht sind.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Kanalsteuerventile in einem der kürzeren Ansaugkanäle eingebaut ist.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalsteuerventile benachbart zu einem Ansaugkrümmer-Montageflansch eingebaut sind.
Hydraulisch betriebenes Ladeluftsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor durch eine Brennkraftmaschinen-Schmierpumpe angetrieben ist.