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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2009 031 100 A1 ist bereits eine Brennkraftmaschinenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Aktuatoreinheit, die zu einer Betätigung eines Abgasventils vorgesehen ist, bekannt.
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Weiter sind Brennkraftmaschinenvorrichtungen, die einen Wasserkreislauf aufweisen, die in zumindest einem Betriebszustand einen Wasserdruck bereitstellen, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Kosten der Brennkraftmaschinenvorrichtung zu reduzieren. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschinenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Aktuatoreinheit, die zu einer Betätigung wenigstens eines Ventils, insbesondere eines Abgasventils, vorgesehen ist, und einem Wasserkreislauf, der in zumindest einem Betriebszustand einen Wasserdruck bereitstellt.
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Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Aktuatoreinheit wenigstens eine hydraulische Druckkammer aufweist, die in zumindest einem Betriebszustand strömungstechnisch an den Wasserkreislauf angebunden ist. Dadurch kann ein inkompressibles, unbrennbares Betätigungsmittel zur Betätigung des Ventils bereitgestellt werden, wodurch eine Brandgefahr reduziert und eine Sicherheit besonders kostengünstig erhöht werden kann. Durch das inkompressible Betätigungsmittel kann eine Hysterese im Vergleich zu kompressiblen Betätigungsmitteln reduziert werden, wodurch eine Steuerung und/oder eine Regelung des Ventils vereinfacht werden kann. Es kann eine robuste und/oder verschleißarme Brennkraftmaschinenvorrichtung realisiert werden, wodurch eine Lebensdauer erhöht werden kann. Weiter kann besonders einfach eine Steuerungs-, Regelungs- und/oder Betätigungsdynamik erhöht werden, wodurch eine Steuerungs-, Regelungs- und/oder Betätigungsgenauigkeit verbessert werden kann. Weiter kann ein benötigter Bauraum reduziert und ein Einsatz teurer Lager zumindest reduziert werden, wodurch eine Kompaktheit der Brennkraftmaschinenvorrichtung erhöht werden kann. Dadurch können Kosten der Brennkraftmaschinenvorrichtung reduziert werden.
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Unter einer „Betätigung eines Ventil” soll insbesondere eine Betätigung eines beweglichen Ventilteils, der vorzugsweise dazu vorgesehen ist, ein Öffnungsquerschnitt des Ventils zu verändern, verstanden werden. Durch die Betätigung ist vorteilhaft eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Druck und/oder ein Massenstrom eines Gases, vorzugsweise eines Abgases, oder einer Flüssigkeit durch das Ventil einstellbar. Unter einer „Aktuatoreinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die eine Eingangsgröße, vorzugsweise eine hydraulische Eingangsgröße, in eine mechanische Bewegung umsetzt. Die Aktuatoreinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, ein durch hohe Temperaturen belastetes Ventil, vorteilhaft ein heißes Gas und/oder eine heiße Flüssigkeit führendes Ventil, insbesondere ein Abgas führendes Ventil, zu betätigen. Die Aktuatoreinheit ist vorteilhaft zur Betätigung eines Abgasventils und besonders vorteilhaft eines Abgasrückführventils vorgesehen. Unter einem „Abgasventil” soll insbesondere ein Ventil verstanden werden, das ein Abgas einer Brennkraftmaschine führt und/oder einer Abgasführung zugeordnet ist. Vorzugsweise ist das Ventil als ein Abgasrückführventil ausgebildet und damit vorteilhaft einer Abgasrückführung zugeordnet. Unter einem „Abgasrückführventil” soll insbesondere ein Bypassventil der Abgasrückführung verstanden werden. Die Aktuatoreinheit kann aber auch zur Betätigung und/oder Regelung eines Wastegate-Ventils und/oder von variablen Turbinen aufgeladener Brennkraftmaschinen vorgesehen werden. Unter einer „hydraulischen Druckkammer” soll insbesondere eine hydraulisch beaufschlagbare Kammer verstanden werden, die zumindest eine feste Wand und zumindest eine bewegliche Wand umfasst. Unter einer „Druckkammer, die strömungstechnisch an den Wasserkreislauf angebunden ist” soll insbesondere verstanden werden, dass die Druckkammer zur Betätigung des Ventils mit einem als Wasser ausgebildeten Betätigungsmittel beaufschlagt wird. Unter einem „Betätigungsmittel” soll insbesondere eine inkompressible Flüssigkeit verstanden werden, die zur Bewegung der beweglichen Wand, und damit zur Betätigung des Ventils, ein Volumen in der Druckkammer einnimmt. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschinenvorrichtung eine Schnittstelle, die in zumindest einem Betriebszustand die wenigstens eine Druckkammer strömungstechnisch an den Wasserkreislauf anbindet, und einen strömungstechnisch nach der Schnittstelle angeordneten Druckverstärker, der dazu vorgesehen ist, den Wasserdruck für die Aktuatoreinheit zu erhöhen, aufweist. Dadurch kann ein ausreichend hoher Druck des als Wasser ausgebildeten Betätigungsmittels zur Betätigung des Ventils besonders vorteilhaft bereitgestellt werden.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Druckverstärker zumindest ein Antriebselement aufweist, das zu einer antriebstechnischen Anbindung an eine Kurbelwelle und/oder an ein Betriebsmitteldrucksystem vorgesehen ist. Dadurch kann die Bereitstellung des Betätigungsmittels und die Druckerzeugung räumlich getrennt voneinander realisiert werden. Unter einer „antriebstechnischen Anbindung an eine Kurbelwelle” soll insbesondere verstanden werden, dass der Druckverstärker durch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine der Brennkraftmaschinenvorrichtung mit Energie versorgt wird, wie beispielsweise direkt durch eine mechanische Anbindung des Antriebselements an einen Ketten-, Riemen- oder Rädertrieb der Brennkraftmaschine oder indirekt durch eine mechanische Anbindung des Antriebselements an einen durch den Ketten-, Riemen- oder Rädertrieb angetriebenen Generator. Unter einer „antriebstechnischen Anbindung an ein Betriebsmitteldrucksystem” soll insbesondere verstanden werden, dass der Druckverstärker durch ein Betriebsmittel mit Energie versorgt wird, wie beispielsweise durch ein Betriebsmittelöl oder eine Druckluft. Das Betriebsmittelöl ist vorzugsweise als ein Motoröl der Brennkraftmaschine oder als ein Kraftfahrzeughydrauliköl ausgebildet. Die Druckluft ist vorzugsweise als eine durch einen Motorluftpresser bereitgestellte Druckluft ausgebildet.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Aktuatoreinheit wenigstens eine weitere hydraulische Druckkammer aufweist, die in zumindest einem Betriebszustand strömungstechnisch an den Wasserkreislauf angebunden ist, wodurch das Ventil besonders vorteilhaft betätigt werden kann. Vorzugsweise weist die Aktuatoreinheit zumindest ein Schaltventil auf, das zu einer Steuerung und/oder Regelung der Betätigung des wenigstens einen Ventils vorgesehen ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Wasserkreislauf als ein Kühlwasserkreislauf ausgebildet ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Betätigungsmittel bereitgestellt werden. Der Kühlwasserkreislauf ist vorteilhaft als ein Brennkraftmaschinenkühlwasserkreislauf ausgebildet.
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Außerdem wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenvorrichtung vorgeschlagen, wodurch ein kostengünstiges Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschinenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschinenvorrichtung weist zu einer Bereitstellung eines Antriebsmoments eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine auf. Zu einer Reduzierung von Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschine umfasst die Brennkraftmaschinenvorrichtung eine nicht näher dargestellte Abgasrückführung. Zu einer Steuerung oder Regelung der Abgasrückführung weist die Brennkraftmaschinenvorrichtung ein Ventil auf, das eine Abgasrückführrate einstellt. Das Ventil ist außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet. Die Abgasrückführung ist als eine externe Abgasrückführung ausgebildet. Das Ventil ist als ein Abgasventil ausgebildet. Es ist als ein Abgasrückführventil ausgebildet. Zu einer Kühlung der Brennkraftmaschine weist die Brennkraftmaschinenvorrichtung einen Wasserkreislauf 11 auf. Der Wasserkreislauf 11 stellt zumindest in einem Betrieb der Brennkraftmaschine einen Wasserdruck, der größer Null ist, bereit. Der Wasserkreislauf 11 ist als ein Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug auch als ein Nutzkraftfahrzeug ausgebildet sein. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass das Ventil als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Ventil in dem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
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Zu einer Betätigung, und damit einer Schaltung des Ventils, weist die Brennkraftmaschinenvorrichtung eine hydraulische Aktuatoreinheit 10 auf. Die Aktuatoreinheit 10 weist eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 auf. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 ist doppelt wirkend ausgebildet. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 umfasst einen Betätigungszylinder 18, einen Betätigungskolben 19 und ein Betätigungselement 20. Das Betätigungselement 20 stellt einen Durchflussquerschnitt des Ventils ein, wodurch die Abgasrückführrate eingestellt wird. Der Betätigungskolben 19 ist axial verschiebbar in dem Betätigungszylinder 18 angeordnet. Der Betätigungskolben 19 ist fest mit dem Betätigungselement 20 verbunden. Sie sind einstückig miteinander ausgeführt. Das Betätigungselement 20 ist als ein Verschlussteil des Ventils ausgebildet. Es ist als ein Ventilteller ausgebildet. Grundsätzlich kann das Betätigungselement 20 auch anders, dem Fachmann als sinnvoll erscheinend ausgebildet sein.
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Die Aktuatoreinheit 10 ist zur Betätigung des Ventils versorgungstechnisch an ein wasserbetriebenes Hydrauliksystem angebunden. Sie ist versorgungstechnisch an den Wasserkreislauf 11 der Brennkraftmaschinenvorrichtung angebunden. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 der Aktuatoreinheit 10 weist eine erste hydraulische Druckkammer 12 und eine zweite hydraulische Druckkammer 13 auf, die in bestimmten Betriebszuständen strömungstechnisch an den Wasserkreislauf 11 angebunden sind. Durch die strömungstechnische Anbindung der Druckkammern 12, 13 ist ein Betätigungsmittel zu einer linearen Verschiebung des Betätigungskolbens 19 als ein Wasser ausgebildet. Das Betätigungsmittel ist als ein Kühlwasser der Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Aktuatoreinheit 10 ist als eine wasserbetriebene Betätigungseinheit ausgebildet.
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Zu einer Realisierung der strömungstechnischen Anbindung der Aktuatoreinheit 10 an den Wasserkreislauf 11 weist die Brennkraftmaschinenvorrichtung eine hydraulische Schnittstelle 14 auf. Die Schnittstelle 14 bindet die Druckkammern 12, 13 strömungstechnisch an den Wasserkreislauf 11 an, wodurch die Druckkammern 12, 13 zumindest in dem Betrieb der Brennkraftmaschine jeweils mit dem Wasserdruck des Wasserkreislaufs 11 beaufschlagbar sind. Die Schnittstelle 14 ist als eine Abzweigung ausgebildet.
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Zu einer Bereitstellung eines ausreichend hohen Wasserdrucks zur Bewegung des Betätigungskolbens 19 und damit zur Betätigung des Ventils weist die Brennkraftmaschinenvorrichtung einen Druckverstärker 15 auf. Der Druckverstärker 15 ist strömungstechnisch nach der Schnittstelle 14 angeordnet. Der Druckverstärker 15 erhöht zur Betätigung des Ventils den Wasserdruck für die Aktuatoreinheit 10. Er erhöht zur Betätigung des Ventils den Wasserdruck in der entsprechenden Druckkammer 12, 13. Der Druckverstärker 15 ist strömungstechnisch zwischen dem Wasserkreislauf 11 und der Aktuatoreinheit 10 angeordnet. Er ist strömungstechnisch vor der Aktuatoreinheit 10 angeordnet. Der Druckverstärker 15 weist eine Saugseite 21 auf, die strömungstechnisch mit dem Wasserkreislauf 11 verbunden ist. Der Druckverstärker 15 weist eine Druckseite 22 auf, die strömungstechnisch mit der Aktuatoreinheit 10 verbunden ist. Die Druckseite 22 ist zur Betätigung des Ventils mit den Druckkammern 12, 13 strömungstechnisch verbindbar.
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Zu einer Energieversorgung ist der Druckverstärkers 15 antriebstechnisch an eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebunden. Der Druckverstärker 15 ist antriebstechnisch an einen Riementrieb 23 der Brennkraftmaschine angebunden. Der Riementrieb 23 versorgt den Druckverstärker 15 mit Energie. Er treibt den Druckverstärker 15 an. Der Druckverstärker 15 ist über den Riementrieb 23 antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden. Der Druckverstärker 15 weist ein Antriebselement 16 auf, das antriebstechnisch an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebunden ist. Das Antriebselement 16 ist antriebstechnisch an den Riementrieb 23 angebunden. Der Druckverstärker 15 ist als eine Pumpe ausgebildet. Sie Ist als eine Wasserpumpe ausgebildet. Das Antriebselement 16 ist als eine Antriebswelle ausgebildet.
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Grundsätzlich kann der Druckverstärker 15 auch anders, dem Fachmann als sinnvoll erscheinend mit Energie versorgt werden. Falls die Brennkraftmaschine einen Kettentrieb oder einen Stirnradtrieb aufweist, ist der Druckverstärker 15 über den Kettentrieb oder den Stirnradtrieb antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden. Der Druckverstärker 15 kann weiter indirekt durch einen elektrischen Generator, der durch den Riementrieb 23, den Kettentrieb oder den Stirnradtrieb angetrieben wird, mit Energie versorgt werden. Außerdem kann der Druckverstärker 15 auch durch ein Betriebsmitteldrucksystem des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt werden, wie beispielsweise durch ein Motoröl, ein Hydrauliköl und/oder eine Druckluft.
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Zu einer Steuerung oder Regelung der Betätigung des Ventils weist die Aktuatoreinheit 10 ein Wegeventil 24 auf. Das Wegeventil 24 verbindet oder trennt die Zylinder-Kolben-Einheit 17 strömungstechnisch von dem Wasserkreislauf 11. Das Wegeventil 24 ist strömungstechnisch zwischen dem Druckverstärker 15 und der Zylinder-Kolben-Einheit 17 angeordnet. Es ist strömungstechnisch nach dem Druckverstärker 15 angeordnet. Das Wegeventil 24 ist mit der Druckseite 22 strömungstechnisch verbunden. Das Wegeventil 24 ist als ein 4/3-Wegeventil ausgebildet.
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Das Wegeventil 24 weist drei Schaltstellungen auf. In der ersten Schaltstellung verbindet das Wegeventil 24 die Druckseite 22 des Druckverstärkers 15 strömungstechnisch mit der ersten Druckkammer 12 und die zweite Druckkammer 13 strömungstechnisch mit dem Wasserkreislauf 11. In der ersten Schaltstellung des Wegeventils 24 kann die erste Druckkammer 12 durch den Druckverstärker 15 mit einem Wasserdruck, der höher ist als ein Wasserdruck in der zweiten Druckkammer 13, beaufschlagt werden. Dadurch kann der Betätigungskolben 19, und damit das Betätigungselement 20, in eine Richtung 25 bewegen werden. In der 1 ist das Wegeventil 24 in der ersten Schaltstellung dargestellt.
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In der zweiten Schaltstellung trennt das Wegeventil 24 die Druckkammern 12, 13 strömungstechnisch von dem Wasserkreislauf 11 und dem Druckverstärker 15. Die zweite Schaltstellung ist als eine Sperr-Mittelstellung ausgebildet. In der dritten Schaltstellung verbindet das Wegeventil 24 die Druckseite 22 des Druckverstärkers 15 strömungstechnisch mit der zweiten Druckkammer 13 und die erste Druckkammer 12 strömungstechnisch mit dem Wasserkreislauf 11. In der dritten Schaltstellung des Wegeventils 24 kann die zweite Druckkammer 13 durch den Druckverstärker 15 mit einem Wasserdruck, der höher ist als ein Wasserdruck in der ersten Druckkammer 12, beaufschlagt werden. Dadurch kann der Betätigungskolben 19, und damit das Betätigungselement 20, in eine, der Richtung 25 entgegengesetzt orientierte Richtung 26 bewegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aktuatoreinheit
- 11
- Wasserkreislauf
- 12
- Druckkammer
- 13
- Druckkammer
- 14
- Schnittstelle
- 15
- Druckverstärker
- 16
- Antriebselement
- 17
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 18
- Betätigungszylinder
- 19
- Betätigungskolben
- 20
- Betätigungselement
- 21
- Saugseite
- 22
- Druckseite
- 23
- Riementrieb
- 24
- Wegeventil
- 25
- Richtung
- 26
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009031100 A1 [0002]
