DE102014100402A1

DE102014100402A1 - Vorrichtungen und verfahren zur abgasrückführung in einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102014100402A1
Application number: DE102014100402.7A
Authority: DE
Inventors: Brad Alan Boyer; Eric Warren Curtis; Kim Hwe Ku; Gregory Patrick McConville; James Douglas Ervin; Daniel Joseph Styles; Joseph Norman Ulrey; Michael Howard Shelby
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-08-07
Also published as: RU151182U1; US20140196703A1; US9279393B2; CN203892071U

Abstract

Es wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der eine Abgasrückführungs-(EGR)-Leitung in Strömungsverbindung mit einem ersten Auslassventil in einem Zylinder und einer Ansauganlage und eine Abgasleitung in Strömungsverbindung mit einem zweiten Auslassventil in dem Zylinder und einer Emissionssteuervorrichtung enthält. Während des Betriebes, wenn das erste Ventil aktiv ist und das zweite Ventil deaktiviert ist, kann ein fester EGR-Pegel herbeigeführt werden. Wenn jedoch während des Betriebes das erste Ventil deaktiviert ist und das zweite Ventil aktiv ist, so kann eine höhere Motorleistung mit reduzierter EGR erreicht werden, ohne dass eine zusätzliche Abgasdrosselung oder Umschaltventile erforderlich sind.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Ventilverstellvorrichtungen zum Umlenken des Abgasstroms aus einem Zylinder selektiv zu jeder einer Abgasrückführungsleitung und einer Abgasanlage.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation, EGR) kann in Verbrennungsmotoren verwendet werden, um die Emissionen (zum Beispiel Stickoxidemissionen) zu verringern, die Klopffestigkeit zu verbessern, die Verbrennungseffizienz zu steigern und Drosselverluste zu verringern. EGR kann in Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung oder Fremdzündung verwendet werden. Das EGR-System kann Abgas aus einem oder mehreren der Zylinder des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer EGR-Leitung zur Ansauganlage des Verbrennungsmotors leiten. EGR-Ventile können in EGR-Leitungen angeordnet sein, um den Abgasstrom durch die Leitungen zu regeln.
US 2012/0260897 offenbart ein EGR-System mit zwei dedizierten EGR-Zylindern, wobei jeder Zylinder zwei Auslassventile aufweist, die dafür konfiguriert sind, Abgas entsprechend der Konfiguration von Ventilbaugruppen, die in Leitungen positioniert sind, welche die Zylinder mit dem EGR und der Abgasanlage koppeln, zu einer EGR-Leitung oder einer Abgasbehandlungsvorrichtung in der Abgasanlage zu leiten. Genauer gesagt, verwendet das EGR-System drei externe Ventilbaugruppen zum Regeln des Abgasstromes zu dem EGR-System und der Abgasanlage.
Die Erfinder haben eine Reihe von Nachteilen bei dem in US 2012/0260897 offenbarten EGR-System festgestellt. Zum Beispiel können die Ventilbaugruppen infolge der durch sie hindurchströmenden heißen Abgase einer thermischen Degradation unterliegen. Außerdem können die EGR-Ventile teuer sein, wodurch die Kosten für den Verbrennungsmotor steigen. Darüber hinaus können die Ventilbaugruppen die Verluste in der EGR-Leitung sowie in der Abgasanlage vergrößern, während die Abgasleitungen selbst die Kompaktheit des Verbrennungsmotors verringern.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben die oben angesprochenen Probleme erkannt und einen Verbrennungsmotor entwickelt, der eine Abgasrückführungs(EGR)-Leitung in Strömungsverbindung zwischen einem ersten Auslassventil in einem Zylinder und einer Ansauganlage und eine Abgasleitung in Strömungsverbindung zwischen einem zweiten Auslassventil in dem Zylinder und einer Emissionssteuervorrichtung enthält. Der Verbrennungsmotor kann des Weiteren ein Ventilverstellsystem, wie zum Beispiel ein erstes Nockenprofilumschalt(Cam Profile Switching, CPS)-System, zum selektiven Aktivieren des ersten Auslassventils und des zweiten Auslassventils enthalten.
Auf diese Weise kann das Ventilverstellsystem dafür verwendet werden, mit Hilfe dedizierter Zylinderventile und Leitungen die Menge an EGR, die der Ansauganlage aus einem einzelnen Zylinder zugeführt wird, und die Menge an Abgas, die der Abgasanlage aus einem einzelnen Zylinder zugeführt wird, zu justieren. Infolge dessen kann die Verbrennungseffizienz verbessert werden, und die Emissionen (zum Beispiel Stickoxidemissionen) können reduziert werden, ohne dass ein kompliziertes Netz aus Abgasdrosseln benötigt wird (obgleich Abgasdrosseln gewünschtenfalls durchaus hinzugefügt werden können).
In einem Beispiel aktiviert ein erstes CPS-Bauelement den Ventilbetrieb des ersten Auslassventils während eines ersten Zustands und hemmt den Ventilbetrieb des ersten Auslassventils während eines zweiten Zustands. Außerdem aktiviert ein zweites CPS-Bauelement den Ventilbetrieb des zweiten Auslassventils während des zweiten Zustands und hemmt den Ventilbetrieb des zweiten Auslassventils während des ersten Betriebszustands. Auf diese Weise kann im Wesentlichen das gesamte Abgas während des ersten Zustands aus dem Zylinder zu der EGR-Leitung geleitet werden, und kann während des zweiten Zustands zu der Emissionssteuervorrichtung geleitet werden. Der erste Zustand kann sein, wenn der Verbrennungsmotor unterhalb einer Schwellentemperatur ist. Infolge dessen kann die Emissionssteuervorrichtung eine Anspringtemperatur schneller erreichen. Der erste Zustand kann außerdem eine verbesserte Motorspitzenleistung ermöglichen, indem der Abgaswärmeinhalt dieses Zylinders zur Turboladerturbine umgeleitet wird. Im zweiten Zustand wird das Abgas dieses Zylinders als EGR zum Ansaugkrümmer geleitet, wodurch die Kraftstoffökonomie dank verbesserter Verbrennungseffizienz verbessert wird, die Pumpverluste reduziert werden und die Klopfneigung verringert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann eine einzelne Nockenumschaltvorrichtung die Aktivierung/Deaktivierung des ersten und des zweiten Ventils gemeinsam steuern.
Die oben dargelegten Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie allein oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung lediglich dazu dient, in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher ausgeführt werden. Sie dient nicht dazu, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes herauszustellen; dessen Schutzumfang wird allein durch die Ansprüche definiert, die der detaillierten Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die einen oder mehrere der Nachteile beseitigen, die oben oder in irgend einem Teil dieser Offenbarung genannt wurden bzw. werden. Des Weiteren sind die oben angesprochenen Probleme durch die Autoren der vorliegenden Erfindung festgestellt worden und werden deshalb nicht dem bekannten Stand der Technik zuerkannt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors;
2 zeigt eine beispielhafte Auslassventil- und Nockenprofilumschalt(CPS)-Vorrichtung, die in den in 1 gezeigten Verbrennungsmotor eingebaut werden kann;
3 zeigt eine weitere beispielhafte Auslassventil- und CPS-Vorrichtung, die in den in 1 gezeigten Verbrennungsmotor eingebaut werden kann;
4 zeigt einen beispielhaften Nockenstößel, der in der in 3 gezeigten CPS-Vorrichtung enthalten ist; und
5–7 zeigen verschiedene Betriebsverfahren für einen Verbrennungsmotor.
3 und 4 sind ungefähr maßstabsgetreu gezeichnet; jedoch können gewünschtenfalls auch andere relative Abmessungen verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im vorliegenden Text wird ein Verbrennungsmotor beschrieben. Der Verbrennungsmotor kann eine Ventilverstellvorrichtung enthalten, die dafür konfiguriert ist, einen Abgasstrom aus einem Zylinder zu einer Abgasrückführungs(EGR)-Leitung und aus dem Zylinder zu der Abgasanlage zu erlauben und zu hemmen. Zum Beispiel kann ein erstes Auslassventil in dem Zylinder (mit einem EGR-Durchgang gekoppelt, der zum Lufteinlass des Verbrennungsmotors führt) während einiger Zustände aktiv sein, während ein zweites Auslassventil in dem Zylinder (mit dem Abgas von anderen Zylindern gekoppelt) während anderer Zustände aktiv sein kann. Auf diese Weise kann die Ventilaktivierung/-deaktivierung während der Verbrennungszyklen des Verbrennungsmotors dafür verwendet werden, den Abgasstrom zu dedizierten EGR- und Abgasleitungen zu lenken. Zum Beispiel können unter verschiedenen Zuständen im Wesentlichen die gesamten Abgase in dem Zylinder zu der EGR-Leitung (und nicht zur Abgasanlage) oder zur Abgasanlage (und nicht zur EGR-Leitung) strömen, wodurch die Abgase dieses Zylinders nach Bedarf für eine verbesserte Kraftstoffökonomie oder für ein verbessertes Auslösen einer Abgasnachbehandlung und eine höhere Spitzenleistung genutzt werden können. Darum kann die EGR-Leitung in einem Beispiel auch ohne EGR-Ventil auskommen. Infolge dessen können die Kosten des Verbrennungsmotors gesenkt werden. Außerdem brauchen die Auslassventile in einem Beispiel nicht von äquivalenter Größe zu sein, um unterschiedliche Grade des Abgasstroms zu den EGR- und Abgasleitungen zu leiten, um den EGR- und den Nicht-EGR-Betrieb durch Erzeugen gewünschter Abgasstromraten zum EGR und zur Abgasanlage zu verbessern.
1 zeigt ein Schaubild eines Verbrennungsmotors 10, der in einem Vortriebssystem eines Fahrzeugs 100 enthalten ist. Der Verbrennungsmotor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem 80, das einen Regler 12 enthält, und durch Eingaben eines Fahrzeuglenkers 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP.
Eine Ansauganlage 20 und eine Abgasanlage 22 sind ebenfalls in dem Fahrzeug 100 enthalten. Die Ansauganlage 20 und die Abgasanlage 22 sind von dem Verbrennungsmotor 10 separat dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Ansaug- und/oder die Abgasanlage oder Teile dieser Anlagen in einigen Beispielen auch in den Verbrennungsmotor integriert sein können.
Die Ansauganlage 20 ist dafür konfiguriert, den Verbrennungsmotor 10 mit Ansaugluft zu versorgen. Die Ansauganlage 20 enthält einen Verdichter 24, der dafür konfiguriert ist, den Druck und damit die Masse der Ansaugluft zu erhöhen. Auf diese Weise kann verdichtete Luft in den Verbrennungsmotor 10 geleitet werden, um gewünschtenfalls die Verbrennungseffizienz und/oder die Leistung zu erhöhen. In einem Beispiel kann der Verdichter ein Verdichter mit variabler Geometrie sein. Jedoch kann in anderen Beispielen die Geometrie der Rotorschaufeln unveränderlich sein. Der Pfeil 26 bezeichnet den Ansaugluftstrom in dem Verdichter 24. Des Weiteren braucht der Verdichter 24 in anderen Beispielen nicht in dem Fahrzeug 100 enthalten zu sein. Darum kann der Verbrennungsmotor 10 in einigen Beispielen ein normaler Saugmotor sein. Der Verdichter 24 kann mit einer Turbine 28 in der Abgasanlage 22 drehbar gekoppelt sein, was hier noch ausführlicher besprochen werden wird. Der Verdichter 24 und die Turbine 28 können in einem Turbolader 30 enthalten sein. Der Verdichter 24 und die Turbine 28 können mechanisch über eine (nicht gezeigte) Antriebswelle und/oder eine andere geeignete mechanische Verbindung gekoppelt sein. Jedoch kann der Verdichter 24 in anderen Beispielen drehbar mit einer Kurbelwelle 32 gekoppelt sein, um ein sogenanntes ”Supercharging” (Aufladen) des Verbrennungsmotors vorzunehmen.
Ansaugluft kann dem Verdichter 24 mit Hilfe eines Lufteinlasses zugeführt werden, der in einigen Beispielen einen Luftfilter enthalten kann. Der Verdichter 24 steht in Strömungsverbindung mit einem Ladeluftkühler 34, der dafür konfiguriert ist, Wärme aus der hindurchströmenden Ansaugluft auszutragen. Die aus der Ansaugluft ausgetragene Wärme kann in einigen Beispielen an die Umgebung abgegeben werden. Eine Ansaugluftleitung, die mit einem Pfeil 35 angedeutet ist, ermöglicht eine Strömungsverbindung zwischen dem Verdichter 24 und dem Ladeluftkühler 34. Der Pfeil 39 bezeichnet die Strömungsverbindung zwischen dem Ladeluftkühler 34 und einem Ansaugkrümmer 36 über eine Ansaugluftleitung.
Eine Drosselklappe 37 ist mit der Ansaugluftleitung 35 gekoppelt. Die Drosselklappe 37 ist dafür konfiguriert, die durch die Ansaugluftleitung 35 strömende Luftmenge zu justieren. Die Drosselklappe 37 ist stromabwärts des Verdichters 24 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 34 positioniert. Es sind aber auch andere geeignete Drosselklappenpositionen in Betracht gezogen worden, wie zum Beispiel stromabwärts des Ladeluftkühlers 34.
Der Ladeluftkühler 34 kann so bemessen sein, dass er einen gewünschten Betrag an Wärmeabfuhr aus der Ansaugluft bewirkt. Somit fungiert der Ladeluftkühler 34 als ein Wärmetauscher. In einigen Beispielen kann der Ladeluftkühler 34 so bemessen ein, dass er das EGR-Gas um einen gewünschten Betrag kühlt.
Die Ansauganlage 20 enthält des Weiteren einen Ansaugkrümmer 36 und Ansaugkanäle 38. In einigen Beispielen können der Ansaugkrümmer 36 und/oder die Ansaugkanäle 38 in den Verbrennungsmotor 10 integriert sein. Der Ansaugkrümmer 36 steht mit dem Ladeluftkühler 34 in Strömungsverbindung. Die Ansaugkanäle 38 stehen mit Einlassventilen 40 in dem Verbrennungsmotor 10 in Strömungsverbindung. Die Einlassventile 40 sind in den Zylindern (41, 42, 43 und 44) in dem Verbrennungsmotor 10 enthalten oder mit ihnen gekoppelt. Die Einlassventile 40 sind dafür konfiguriert, zu öffnen und zu schließen, um einen Ansaugluftstrom aus den Ansaugkanälen 38 zu den Zylindern (41, 42, 43 und 44) zuzulassen oder zu hemmen. Die Einlassventile 40 können zum Beispiel Tellerventile sein.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit vier Zylindern (41, 42, 43 und 44) in einer Reihenkonfiguration dargestellt, wobei eine Ebene durch die Mittelachse jedes Zylinders verläuft. Jedoch sind auch andere Zylinderkonfigurationen in Betracht gezogen worden. In dem dargestellten Beispiel enthält jeder Zylinder in dem Verbrennungsmotor 10 zwei Einlassventile. Jedoch ist auch ein Verbrennungsmotor mit einer anderen Anzahl von Einlassventilen pro Zylinder in Betracht gezogen worden. Außerdem ist ein Ansaugkanal für jedes Einlassventil vorhanden.
Die Zündanlage 88 kann die Zylinder (41, 42, 43 und/oder 44) mit Hilfe von Zündvorrichtungen 45 (zum Beispiel Zündkerzen) in Reaktion auf ein Zündverstellsignal (Spark Advance, SA) von dem Regler 12 unter ausgewählten Betriebsmodi mit einem Zündfunken versorgen. Obgleich in einigen Beispielen Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, können die Zylinder (41, 42, 43 und/oder 44) des Verbrennungsmotors 10 auch in einem Verdichtungszündungsmodus – mit oder ohne Zündfunken – betrieben werden.
Der Verbrennungsmotor 10 kann des Weiteren eine Kraftstoffanlage enthalten. Die Kraftstoffanlage kann Kraftstoffinjektoren enthalten, die direkt mit jedem Zylinder gekoppelt sind, um eine Kraftstoffdirekteinspritzung auszuführen. Zusätzlich oder alternativ können mehrere Kraftstoffinjektoren stromaufwärts der Einlassventile 40 positioniert sein, um eine sogenannte Einlasskanaleinspritzung auszuführen. Die Kraftstoffanlage kann einen Kraftstofftank und eine Kraftstoffpumpe enthalten, die ein Ansaugrohr enthält, das in dem Kraftstofftank positioniert ist. Der Kraftstoffinjektor kann mit den Kraftstoffinjektoren in Strömungsverbindung stehen.
Die Zylinder (41, 42 und 43) können jeweils zwei Auslassventile 46 enthalten. Jedes der Auslassventile 46 kann geöffnet und geschlossen werden, um den Abgasstrom aus den Zylindern (41, 42 und 43) zu der Abgasanlage 22 zu ermöglichen oder zu hemmen. Es sind jedoch auch Zylinder mit einer anderen Anzahl von Auslassventilen in Betracht gezogen worden. Die Auslassventile in den Zylindern (41, 42 und 43) können im Wesentlichen von identischer Größe und Funktion sein. Jedoch können Größe und Funktion der Auslassventile 46 in anderen Beispielen variieren. Die Auslassventile 46 stehen mit einem Abgaskrümmer 52 in Strömungsverbindung. Auslasskanäle 54 stehen mit den Auslassventilen 46 und dem Abgaskrümmer 52 in Strömungsverbindung. Die Auslasskanäle 54 sind Arten von Abgasleitungen. Jedoch kann in anderen Beispielen eine andere Art von Abgasleitung eine Strömungsverbindung zwischen den Auslassventilen und dem Abgaskrümmer herstellen.
Der Zylinder 44 enthält ein erstes Auslassventil 48 und ein zweites Auslassventil 50. In einem Beispiel braucht das erste Auslassventil 48 nicht in seiner Größe dem zweiten Auslassventil 50 äquivalent zu sein. Genauer gesagt, kann das erste Auslassventil 48 kleiner sein als das zweite Auslassventil 50. Das erste Auslassventil 48 steht mit der Ansauganlage 20 in Strömungsverbindung. Eine EGR-Leitung 56 stellt die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Auslassventil 48 und der Ansauganlage 20 her. Somit steht die EGR-Leitung 56 in Strömungsverbindung zwischen dem ersten Auslassventil und der Ansauganlage. Die EGR-Leitung 56 enthält eine Auslassöffnung 57 in der Ansaugluftleitung 35. Somit leitet die EGR-Leitung 56 EGR-Gas in die Ansauganlage 20 an einer Stelle stromabwärts des Verdichters 24 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 34. Auf diese Weise kann der Ladeluftkühler 34 die verdichtete Luft aus dem Verdichter 24 sowie das EGR-Gas kühlen. Der Ladeluftkühler 34 kann so bemessen sein, dass er ausreichend Kühlung zum Kühlen zweier Strömungspfade bereitstellt.
In einem Beispiel braucht die EGR-Leitung 56 nur zwischen dem ersten Auslassventil 48 und der Ansauganlage 20 gekoppelt zu sein, wobei die EGR-Leitung mit der Ansauganlage an einer Stelle stromaufwärts aller Zylinder des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Des Weiteren braucht in einem Beispiel die EGR-Leitung 56 nicht mit Auslassventilen anderer Zylinder des Verbrennungsmotors gekoppelt zu sein. In einem Beispiel kann die EGR-Leitung 56 unbehindert von einem verstellbaren Ventil zwischen dem ersten Auslassventil und der Ansauganlage ausgelegt sein.
In einem Beispiel kann der Zylinder 44 als ein EGR-Zylinder bezeichnet werden, und die Zylinder (41, 42 und 43) können als Nicht-EGR-Zylinder bezeichnet werden. Das zweite Auslassventil 50 steht mit dem Abgaskrümmer 52 in Strömungsverbindung. Auf diese Weise kann der Abgasstrom aus dem Zylinder (41, 42, 43 und 44) während einiger Betriebszustände zu einem einzigen Abgasstrom in dem Abgaskrümmer fusionieren.
Eine Abgasleitung 58 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Auslassventil 50 und dem Abgaskrümmer 52 her. Somit steht die Abgasleitung 58 in Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Auslassventil 50 in dem Zylinder und einer Emissionssteuervorrichtung 60. Auf diese Weise steht das zweite Auslassventil 50 in Strömungsverbindung mit der Turbine 28 und einer Emissionssteuervorrichtung 60, die stromabwärts der Turbine 28 in der Abgasanlage 22 positioniert ist. Die Abgasleitung 58 ist fluidisch von der EGR-Leitung 56 getrennt. Die Emissionssteuervorrichtung 60 kann ein Dreiwegekatalysator (3-Weg-Kat), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen, oder Kombinationen davon sein. In einigen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 60 eine erste von mehreren Emissionssteuervorrichtungen sein, die in der Abgasanlage positioniert sind. In einigen Beispielen kann die Emissionssteuervorrichtung 60 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 10 periodisch zurückgesetzt werden, indem mindestens ein Zylinder des Verbrennungsmotors innerhalb eines bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses betrieben wird. Eine Abgasleitung, die mit einem Pfeil 62 bezeichnet ist, ermöglicht eine Strömungsverbindung zwischen der Turbine 28 und der Emissionssteuervorrichtung 60. Eine Abgasleitung, die mit einem Pfeil 64 bezeichnet ist, ermöglicht eine Strömungsverbindung zwischen dem Abgaskrümmer 52 und der Turbine 28.
Der Verbrennungsmotor 10 kann des Weiteren eine Einlassnockenwelle 66 enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann eine elektronische Ventilbetätigung verwendet werden, um mindestens einige der Einlassventile in dem Verbrennungsmotor zu betätigen. Die Einlassnockenwelle 66 enthält mehrere Einlassnockennasen 68, die dafür konfiguriert sind, die Einlassventile 40 zyklisch zu betätigen. Die Einlassnockenwelle 66 ist mechanisch mit der Kurbelwelle 32 gekoppelt, die mit einem Pfeil 62 bezeichnet ist. Die Kurbelwelle 32 kann mechanisch mit (nicht gezeigten) Kolben gekoppelt sein, die in den Zylindern (41, 42, 43 und 44) angeordnet sind. Lager 69 sind dafür konfiguriert, die Einlassnockenwelle 66 zu stützen und die Rotation der Einlassnockenwelle zu ermöglichen.
Der Verbrennungsmotor kann des Weiteren eine Auslassnockenwelle 70 enthalten. Die Auslassnockenwelle 70 enthält mehrere Auslassnockennasen 72, die dafür konfiguriert sind, die Auslassventile 46 zyklisch zu betätigen. Genauer gesagt, ist in dem dargestellten Beispiel ein Nocken für jedes der Auslassventile 46 vorhanden. Jedoch sind noch weitere Nockenkonfigurationen und -anordnungen für die Auslassventile 46 in Betracht gezogen worden. Lager 73 sind dafür konfiguriert, die Auslassnockenwelle 70 zu stützen und die Rotation der Auslassnockenwelle zu ermöglichen. Die Auslassnockenwelle 70 ist mechanisch mit der Kurbelwelle 32 gekoppelt, die mit einem Pfeil 74 bezeichnet ist. Gewünschtenfalls kann eine variable Nockensteuerung in dem Verbrennungsmotor 10 verwendet werden.
Die Auslassnockenwelle 70 enthält des Weiteren mehrere Nocken, die mit dem Zylinder 44 verknüpft sind. Die Auslassnocken, die dem Zylinder 44 entsprechen, können in einer ersten CPS-Vorrichtung 76 und einer zweiten CPS-Vorrichtung 78 enthalten sein. Die erste CPS-Vorrichtung 76 und die zweite CPS-Vorrichtung 78 können in einem Deaktivierungsmechanismus 79 in einem Ventilverstellsystem 81 enthalten sein. Es versteht sich, dass auch Ventilverstellsysteme mit zusätzlichen oder alternativen geeigneten Komponenten in Betracht gezogen werden.
Es versteht sich, dass das Ventilverstellsystem 81 in dem Verbrennungsmotor 10 enthalten sein kann. Das Ventilverstellsystem 81 kann mit dem ersten und dem zweiten Auslassventil (48 und 50) des Zylinders 44 gekoppelt sein und ist dafür konfiguriert, die Ventile zu betätigen und zu deaktivieren.
Die erste CPS-Vorrichtung 76 ist mit dem ersten Auslassventil 48 gekoppelt oder darin integriert. Gleichermaßen ist eine zweite CPS-Vorrichtung 78 mit dem zweiten Auslassventil 50 gekoppelt oder darin integriert. Die erste CPS-Vorrichtung 76 ist dafür konfiguriert, die zyklische Betätigung des ersten Auslassventils 48 selektiv zu aktivieren und zu hemmen. Gleichermaßen ist die zweite CPS-Vorrichtung 78 dafür konfiguriert, die zyklische Betätigung des zweiten Auslassventils 50 selektiv zu aktivieren und zu hemmen. Auf diese Weise kann die CPS-Vorrichtung den Ventilbetrieb in ihren jeweiligen Auslassventilen selektiv aktivieren. Das Steuersystem 80 und insbesondere der Regler 12 kommunizieren elektronisch mit der ersten CPS-Vorrichtung 76 und der zweiten CPS-Vorrichtung 78. Jedoch kann ein CPS-Regler in anderen Beispielen dafür konfiguriert sein, den Betrieb der CPS-Vorrichtungen zu justieren.
Wie gezeigt, enthält die EGR-Leitung 56 weder ein EGR-Ventil noch einen EGR-Kühler. Es versteht sich, dass die zweite CPS-Vorrichtung 78 eine Justierung des Abgasstroms durch die EGR-Leitung ermöglicht. Somit übernimmt die zweite CPS-Vorrichtung 78 die Funktion eines EGR-Ventils. Jedoch kann in anderen Beispielen mindestens eines von einem EGR-Ventil und einem EGR-Kühler mit der EGR-Leitung 56 gekoppelt sein.
Der Regler 12 ist in elektronischer Kommunikation mit der ersten CPS-Vorrichtung 76 und der zweiten CPS-Vorrichtung 78 gezeigt. Des Weiteren können die erste CPS-Vorrichtung 76 und die zweite CPS-Vorrichtung 78 in dem Steuersystem 80 enthalten und/oder mit ihm gekoppelt sein.
In einem Beispiel kann das Steuersystem 80 dafür konfiguriert sein, während eines ersten Betriebszustands eine zyklische Betätigung des ersten Auslassventils zu aktivieren, um Abgas über die erste CPS-Vorrichtung aus dem Zylinder zu der EGR-Leitung zu leiten, und während eines zweiten Betriebszustands die zyklische Betätigung des zweiten Auslassventils zu aktivieren, um Abgas über die zweite CPS-Vorrichtung aus dem Zylinder zu der Abgasleitung zu leiten.
Der Abgassensor 128 ist so gezeigt, dass er mit dem Abgasdurchgang 62 der Abgasanlage 22 stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 60 gekoppelt ist. Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Melden des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas sein, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal oder wide-range Exhaust Gas Oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (Heated EGO), ein NOx-, HC- oder ein CO-Sensor. In einigen Beispielen kann der Abgassensor 126 ein erster von mehreren Abgassensoren sein, die in der Abgasanlage positioniert sind. Zum Beispiel können weitere Abgassensoren stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 60 positioniert sein.
Der Regler 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Nurlesespeicher 106 (Read Only Memory, ROM) (zum Beispiel ein Speicherchip) gezeigt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108 (Random Access Memory, RAM), einen Funktionserhaltungsspeicher 110 (Keep Alive Memory, KAM) und einen Datenbus. Der Regler 12 kann verschiedene Signale von Sensoren empfangen, die in dem Verbrennungsmotor 10 enthalten sind, wie zum Beispiel ein absolutes Krümmerdrucksignal (Manifold Pressure Signal, MAP) vom Sensor 122. Es versteht sich, dass der Regler 12 in anderen Beispielen Signale von weiteren Sensoren empfangen kann, wie zum Beispiel von einem Drosselklappenpositionssensor, einem Motortemperatursensor, einem Motordrehzahlsensor, einem Kraftstoff-Luft-Sensor usw.
Während des Betriebes durchläuft jeder der Zylinder (41, 42, 43 und 44) in dem Verbrennungsmotor 10 in der Regel einem Viertaktzyklus, und zwar den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Auslasstakt. Während des Ansaugtaktes schließen sich allgemein die Auslassventile, und die Einlassventile öffnen sich. Luft gelangt zum Beispiel über den Ansaugkrümmer in einen Zylinder, und ein Kolben bewegt sich zum unteren Ende des Brennraums, um das Volumen innerhalb des Zylinders zu vergrößern. Die Position, an der sich der Kolben fast am unteren Ende des Brennraums und am Ende seines Hubes befindet (zum Beispiel, wenn der Zylinder sein größtes Volumen hat), wird vom Fachmann in der Regel als der untere Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstaktes sind die Einlassventile und Auslassventile geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, so dass die Luft innerhalb des Zylinders verdichtet wird. Der Punkt, an dem der Kolben sich am Ende seines Hubes befindet und dem Zylinderkopf am nächsten ist (zum Beispiel, wenn der Zylinder sein kleinstes Volumen hat), wird vom Fachmann in der Regel als der obere Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem Prozess, der im Weiteren als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. In einem Prozess, der im Weiteren als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen, wie zum Beispiel eine Zündkerze, gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder alternativ kann Verdichtung verwendet werden, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden. Während des Arbeitstaktes drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UT. Eine Kurbelwelle kann die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der rotierenden Welle umwandeln. Schließlich öffnen sich während des Auslasstaktes die Auslassventile, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem Abgaskrümmer auszulassen, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Im Fall des Zylinders 44 braucht in einigen Beispielen nur eines der Auslassventile in dem Zylinder während des Auslasstakts zu öffnen. Es ist zu beachten, dass das Obige lediglich als ein Beispiel beschrieben wurde und dass die Steuerzeiten des Öffnens und/oder Schließens von Einlass- und Auslassventilen variieren können, wie zum Beispiel zum Bewirken einer positiven oder negativen Ventilüberschneidung, eines verzögerten Schließens des Einlassventils, oder verschiedene andere Beispiele. Zusätzlich oder alternativ kann eine Verdichtungszündung in einem oder mehreren der Zylinder (41, 42, 43 und 44) implementiert werden.
2 zeigt eine beispielhafte CPS-Vorrichtung 200. Die CPS-Vorrichtung 200 kann eine der in 1 gezeigten CPS-Vorrichtungen (76 und 78) sein. Die CPS-Vorrichtung 200 kann ein Auslassventil 202 in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen aktivieren oder deaktivieren. Wie zum Beispiel weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann das Ventil 202 durch Verstellen von Zylindernockenmechanismen auf der Basis von Motorbetriebszuständen mit oder ohne Ventilhub betrieben werden. In anderen Beispielen kann das Auslassventil 202 in mehreren verschiedenen Ventilhubmodi betrieben werden, zum Beispiel einem hohen Ventilhub, einem niedrigen Ventilhub und einem Null-Ventilhub, anstatt aktiviert oder deaktiviert zu werden. Das Auslassventil 202 kann entweder ein Auslassventil 48 oder ein Auslassventil 50 sein, wie in 1 gezeigt.
Die CPS-Vorrichtung 200 enthält einen Mechanismus 282, der mit der Nockenwelle 70 gekoppelt ist, um einen Ventilhubbetrag für dieses Ventil zu verstellen und/oder um dieses Ventil zu deaktivieren. In dem in 2 dargestellten Beispiel enthält der Mechanismus 282 zwei verschiedene Hubprofilnocken: eine Nullhubnockennase 226 und eine Hubnockennase 228. Es versteht sich jedoch, dass die Mechanismen noch weitere Hubprofile enthalten können, ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen (zum Beispiel einen Hochhubnocken, einen Niedrighubnocken und einen Nullhubnocken). Es versteht sich, dass die Hubprofile der Hubnockennase 228 in einem Beispiel zwischen den CPS-Vorrichtungen (76 und 78) variieren können. Auf diese Weise können gewünschtenfalls ausgewählte Mengen Abgas zum EGR-System und zur Abgasanlage geleitet werden.
Die CPS-Vorrichtung 200 kann die Auslassnockenwelle 70 veranlassen, Motorzylinder über einen Kontakt zwischen einem Stift 272, der mit einem Solenoid 270 und einem Shuttle 274 gekoppelt ist, zu aktivieren und zu deaktivieren. Wie gezeigt, kann eine Wellennut 276 um einen Umfang des Shuttles herum verlaufen, dergestalt, dass eine Bewegung des Stiftes in der Nut eine axiale Bewegung des Shuttles entlang der Nockenwelle bewirken kann. Das heißt, die CPS-Vorrichtung 200 kann dafür konfiguriert sein, bestimmte Abschnitte der Nockenwelle in Längsrichtung zu translatieren, wodurch veranlasst wird, dass der Betrieb der Zylinderventile zwischen den Nocken 226 und 228 und/oder anderen Nocken variiert. Auf diese Weise kann die CPS-Vorrichtung 200 zwischen mehreren Nockenprofilen umschalten. Obgleich nicht gezeigt, kann in hydraulischen Ausführungsformen ein Schieberventil anstelle eines Stiftes in physischem Kontakt mit dem Shuttle stehen, um eine axiale Bewegung des Shuttles zu bewirken.
Die CPS-Vorrichtung 200 kann das Auslassventil 202 zwischen einer offenen Position, in der Abgas aus dem Ventilport strömen kann, und einer geschlossenen Position, die im Wesentlichen Gas am Austreten aus dem Ventilport hemmt, betätigen. Im vorliegenden Beispiel hat die Nullhubnockennase 226 ein Nullhubnockennasenprofil zum Deaktivieren ihrer jeweiligen Zylinder auf der Basis von Motorbetriebszuständen. Des Weiteren hat im vorliegenden Beispiel die Hubnockennase 228 ein Hubnockennasenprofil, das größer als das Nullhubnockennasenprofil zum Öffnen des Einlass- oder Auslassventils ist.
Der Nockenmechanismus 282 kann direkt über dem Ventil 202 positioniert sein. Des Weiteren können die Nockennasen (226 und 228) gleitfähig an der Auslassnockenwelle 70 angebracht sein.
Der Nockenturm 292 kann mit einem Zylinderkopf 210 des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Jedoch kann in anderen Beispielen der Nockenturm auch mit anderen Komponenten eines Motorblocks gekoppelt sein, zum Beispiel mit einem Nockenwellenträger oder einer Nockenabdeckung. Der Nockenturm kann die oben liegenden Nockenwellen stützen und kann die Mechanismen trennen, die an den Nockenwellen über dem Ventil positioniert sind.
Zu weiteren Elementen, die in 2 nicht gezeigt sind, können Stößelstangen, Kipphebel, Nockenstößel usw. gehören. Solche Vorrichtungen und Merkmale können die Betätigung des Auslassventils durch Umwandeln einer Drehbewegung des Nockens in eine Translationsbewegung des Ventils umwandeln.
Die oben beschriebene Konfiguration von Nocken kann dafür verwendet werden, die Menge und den Zeitpunkt von Luft zu steuern, die in den Zylinder 44 einströmt bzw. aus dem Zylinder 44 ausströmt. Es können jedoch auch andere Konfigurationen verwendet werden, um es der CPS-Vorrichtung 200 zu ermöglichen, die Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehr Nocken umzuschalten. Zum Beispiel kann ein umschaltbarer Nockenstößel oder Kipphebel verwendet werden, um die Ventilsteuerung zwischen zwei oder mehr Nocken zu variieren.
Die oben beschriebene CPS-Vorrichtung 200 kann hydraulisch angetrieben werden, oder elektrisch betätigt werden, oder in Kombinationen davon betätigt werden. Signalleitungen können Steuersignale an die CPS-Vorrichtung 200 senden und eine Nockensteuerungs- und/oder Nockenauswahlmessung von der CPS-Vorrichtung 200 empfangen. In einem Beispiel kann die CPS-Vorrichtung 200 die bevorzugte CPS-Vorrichtung zur Verwendung in dem in 1 gezeigten Zylinder 44 sein.
Wenden wir uns nun 3 zu, wo eine weitere beispielhafte Konfiguration einer CPS-Vorrichtung 300 zur Verwendung mit dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor 10 dargestellt ist. Die CPS-Vorrichtung 300 ist mit einem Auslassventil 302 gekoppelt. Die CPS-Vorrichtung 300 kann die erste CPS-Vorrichtung 76 und/oder die zweite CPS-Vorrichtung 78, wie in 1 gezeigt, sein. Somit können in einigen Beispielen die erste CPS-Vorrichtung 76 und die zweite CPS-Vorrichtung 78 im Wesentlichen identisch sein. Jedoch können in anderen Beispielen bestimmte Eigenschaften der CPS-Vorrichtungen variieren. Zum Beispiel können die Nockenprofile zwischen CPS-Vorrichtungen variieren. Somit können die Nocken in den CPS-Vorrichtungen verschiedene Profile haben. Genauer gesagt, kann in einem Beispiel der Nocken, der dem Auslassventil zugeordnet ist, das in Strömungsverbindung mit der EGR-Leitung steht, ein eher allmählich verlaufendes Hubprofil haben, um den Blowdown-Impuls weiter zu spreizen und eine sanfte EGR-Zufuhr auszuführen. Des Weiteren kann das Auslassventil 302 das erste Auslassventil 48 und/oder das zweite Auslassventil 50, wie in 1 gezeigt, sein.
Die Auslassnockenwelle 70 kann Nockennasen 310 und 312 enthalten, die ein Hubprofil für das Auslassventil 302 definieren. Des Weiteren versteht es sich, dass die Nocken in der in 1 gezeigten ersten CPS-Vorrichtung 76 ein anderes Profil haben können als die Nocken in der in 1 gezeigten zweiten CPS-Vorrichtung 78. In dem dargestellten Beispiel würde eine Nockennase 310 das Ventil für eine CPS-Vorrichtung deaktivieren, während die andere Nockennase 312 den gewünschten Hub und die gewünschte Dauer für entweder den dedizierten EGR-Pfad oder den Abgaspfad veranlassen würde. Somit würde die CPS-Vorrichtung entweder das EGR- oder Abgaspfad-Auslassventil deaktivieren, während das Abgas- oder EGR-Pfad-Auslassventil gemäß dem gewünschten Hub und der gewünschten Dauer aktiviert wird.
In dem dargestellten Beispiel können die Nockennasen 310 und 312 identische Hubprofile haben. Des Weiteren kann in einigen Beispielen eine Nockennase zwischen den Nockennasen 310 und 312 positioniert sein. Die zwischen den Nockennasen 310 und 312 positionierte Nockennase kann ein anderes Hubprofil haben als die Nockennasen 310 und 312. In einem solchen Beispiel kann die Nockennase ein niedrigeres Hubprofil haben als die Nockennasen 310 und 312. Genauer gesagt, braucht das niedrige Hubprofil nicht das Auslassventil 302 zu betätigen. Jedoch kann in einigen Beispielen der zwischen den Nockennasen 310 und 312 positionierte Nocken das Ventil 302 geringfügig öffnen. Auf diese Weise kann die EGR-Rate verringert werden, wobei ein Teil der Abgasenergie zu der Turbine strömt, um eine höhere Verdichtung herbeizuführen.
Der umschaltbare Nockenstößel 316 ist dafür konfiguriert, mit mehreren Nockennasen der Auslassnockenwelle 70 zu interagieren. Insbesondere können die Nockennasen 310 und 312 mit einer äußeren Oberseite der äußeren Sektion 318 des umschaltbaren Nockenstößels 316 interagieren. Eine mittige Oberseite einer mittigen Sektion 320 des umschaltbaren Nockenstößels 316 interagiert in dem dargestellten Beispiel nicht mit den Nockennasen. Jedoch kann in einigen Beispielen ein zwischen den Nockennasen 310 und 312 positionierter Nocken mit der mittigen Sektion 320 interagieren. Die äußere Sektion 318 kann als eine erste Sektion bezeichnet werden, und die mittige Sektion kann als eine zweite Sektion bezeichnet werden, oder umgekehrt. Auf diese Weise kann die erste Sektion die zweite Sektion umschließen. Jedoch sind auch andere Sektionspositionen in Betracht gezogen worden. Zum Beispiel können die erste Sektion und die zweite Sektion nebeneinander positioniert sein.
Während des Ventilbetriebes kann der umschaltbare Nockenstößel 316 durch die Nockennasen 310 und 312 als eine Einheit betätigt werden, um ein Ventilhubprofil zu erzeugen. Alternativ kann die äußere Sektion 318 von der mittigen Sektion 320 entkoppelt sein, wie in 3 beschrieben, und der umschaltbare Nockenstößel 316 braucht durch die Nockennasen 310 und 312 nicht betätigt zu werden. Wenn also die mittige Sektion 320 mittels der CPS-Vorrichtung 300 von der äußeren Sektion 318 entkoppelt wird, so wird das Auslassventil 302 nicht betätigt. Auf diese Weise kann die CPS-Vorrichtung 300 betätigt werden, um die Ventilbetätigung selektiv zu aktivieren und zu hemmen. Es versteht sich, dass die CPS-Vorrichtung 300 elektronisch mit dem in 1 gezeigten Regler 12 kommunizieren kann, wie oben besprochen wurde.
Obgleich dieses Beispiel einen Verbrennungsmotor mit oben liegenden Nocken zeigt, wobei ein Nockenstößel mit den Ventilschäften gekoppelt ist, können Nockenstößel auch mit einem Stößelstangen-Verbrennungsmotor verwendet werden, und ein zusammenklappbarer Nockenstößel kann so mit einer Stößelstange gekoppelt werden.
3 zeigt des Weiteren eine Feder 330, die mit dem Ventil 302 gekoppelt ist. Die Feder 330 kann dafür konfiguriert sein, eine Rückholkraft auf das Ventil 302 auszuüben, wenn sich das Ventil in einer offenen Position befindet. Des Weiteren versteht es sich, dass das Ventil 302 in einer geschlossenen Position auf einem Ventilsitz des Zylinders 44, wie in 1 gezeigt, sitzen und abdichten kann. Gleichermaßen kann das Ventil 302 in einer offenen Position von dem Ventilsitz entfernt sein.
4 zeigt ein Beispiel des umschaltbaren Nockenstößels 316, der in der CPS-Vorrichtung 300, wie in 3 gezeigt, enthalten ist, wobei ein Arretierstift 354 verwendet wird, um die mittige Sektion 320 mit der bzw. von der äußeren Sektion 318 zu koppeln. Auf diese Weise, wenn sich der Stift in der arretierten Position befindet, veranlasst die Bewegung, die durch den Kontakt mit den in 3 gezeigten Nockennasen 310 und 312 verursacht wird, dass der innere Abschnitt der Bewegung folgt und somit der Ventilschaft und das Ventil, das mit dem inneren Abschnitt gekoppelt ist, betätigt werden. Alternativ kann, wenn sich der Stift in der nicht-arretierten Position befindet, eine Totgangfeder in der inneren Sektion 356 veranlassen, dass sich die äußere Sektion 318 separat von der mittigen Sektion 320 bewegt. In der nicht-arretierten Position kann sich die äußere Sektion 318 auf und ab bewegen, während das in 3 gezeigte Auslassventil 302 im Wesentlichen unbewegt bleibt. Darum kann in einer solchen Konfiguration das Auslassventil daran gehindert werden, durch die in 3 gezeigten Nockennasen 310 und 312 betätigt zu werden. Auf diese Weise kann der Auslassventilbetrieb durch die CPS-Vorrichtung deaktiviert werden.
Es versteht sich, dass gewünschtenfalls auch andere Beispiele einer Ventilbetätigung verwendet werden können. Zum Beispiel kann der umschaltbare Nockenstößel durch einen mittigen Nocken in der nicht-arretierten Position mit einem niedrigen Hubprofil betätigt werden.
In einem Beispiel kann der Stift 354 mittels Hydraulikdruck betätigt werden, der mittels eines Hydraulikventils gesteuert wird, das mit dem in 1 gezeigten Regler 12 kommuniziert, um den umschaltbaren Nockenstößel zwischen der arretierten Position und der nicht-arretierten Position umzuschalten. Des Weiteren kann eine Ölkreislaufkonfiguration implementiert werden, um das Umschalten von Nockenstößeln verschiedener Zylinderventile zu steuern.
5 zeigt ein Verfahren 500 zum Betreiben eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren 500 kann durch den Verbrennungsmotor und die Systeme implementiert werden, die oben mit Bezug auf die 1–4 besprochen wurden, oder kann durch einen weiteren geeigneten Verbrennungsmotor und weitere geeignete Systeme implementiert werden.
Bei 502 enthält das Verfahren das Strömen von Abgas aus einem ersten Zylinder zu einer Emissionssteuervorrichtung. Das Strömen von Abgas aus einem ersten Zylinder zu einer Emissionssteuervorrichtung kann das Strömen von Abgas aus dem ersten Zylinder durch eine Turbine enthalten, die stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung positioniert ist.
Als nächstes enthält das Verfahren bei 504 das Aktivieren einer zyklischen Ventilbetätigung in einem ersten Auslassventil, das mit einem zweiten Zylinder über eine erste CPS-Baugruppe gekoppelt ist, die mit dem ersten Auslassventil gekoppelt ist. Bei 506 enthält das Verfahren das Strömen von Abgas aus dem zweiten Zylinder zu der Emissionssteuervorrichtung. Das Strömen von Abgas aus dem zweiten Zylinder zu der Emissionssteuervorrichtung kann bei 508 das Strömen von Abgas aus dem zweiten Zylinder zu einem Abgaskrümmer enthalten, bei 510 das Strömen von Abgas aus dem Abgaskrümmer zu einer Turbine, und bei 512 das Strömen von Abgas aus der Turbine zu der Emissionssteuervorrichtung.
Bei 514 enthält das Verfahren das Hemmen einer zyklischen Ventilbetätigung eines zweiten Auslassventils über eine zweite CPS-Baugruppe. Das zweite Auslassventil ist mit dem zweiten Zylinder gekoppelt, und die zweite CPS-Baugruppe ist mit dem zweiten Auslassventil gekoppelt. Auf diese Weise wird der Ventilbetrieb des zweiten Auslassventils gehemmt. In einem Beispiel ist das erste Auslassventil größer als das zweite Auslassventil. Es sind jedoch auch andere Auslassventilgrößen in Betracht gezogen worden.
Bei 516 enthält das Verfahren das Aktivieren einer zyklischen Ventilbetätigung in dem zweiten Auslassventil, das mit dem zweiten Zylinder über eine zweite CPS-Baugruppe gekoppelt ist, die mit dem zweiten Auslassventil gekoppelt ist. Als nächstes enthält das Verfahren bei 518 das Strömen von Abgas aus dem zweiten Zylinder zu einer Ansauganlage. In diesem Modus kann der zweite Zylinder in einem alternativen Verbrennungsmodus arbeiten (zum Beispiel mit einem fetten Gemisch), um die Verbrennungstoleranz und die Effektivität des rückgeführten Abgases zu erhöhen. Bei 520 enthält das Verfahren das Hemmen einer zyklischen Ventilbetätigung des ersten Ventils über die erste CPS-Baugruppe. Auf diese Weise wird der Ventilbetrieb des ersten Auslassventils gehemmt.
Die Schritte 502, 504, 506, 508, 510, 512 und 514 können während eines ersten Zustands implementiert werden. Andererseits können die Schritte 516, 518 und 520 während eines zweiten Zustands implementiert werden. In einem Beispiel kann der erste Zustand sein, wenn eine Motortemperatur unterhalb eines Schwellenwertes liegt, und der zweite Zustand kann sein, wenn eine Motortemperatur mindestens so hoch wie der Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann Abgas zu der Emissionssteuervorrichtung geleitet werden, um ein rasches Erwärmen und weniger Emissionen zu erreichen, und kann anschließend zu der Ansauganlage geleitet werden, um Kraftstoffökonomievorteile der EGR zu realisieren, nachdem die Emissionssteuervorrichtung eine gewünschte Temperatur erreicht hat. In einem weiteren Beispiel kann der erste Zustand sein, wenn eine Motordrehzahl/-last innerhalb eines Motordrehzahl/-lastbereichs liegt oder größer als ein Motordrehzahl/-last-Schwellenwert ist, um ein höheres, verstärktes Motordrehmoment und mehr PS zu erreichen, und der zweite Zustand kann sein, wenn eine Motordrehzahl/-last nicht innerhalb des Motordrehzahl/-lastbereichs liegt oder kleiner als ein Motordrehzahl/-last-Schwellenwert ist. In einem weiteren Beispiel kann der erste Zustand sein, wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis über einem Schwellenwert liegt, und der zweite Zustand ist, wenn ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis unterhalb eines Schwellenwertes liegt, wie zum Beispiel mit fetter Stoichiometrie, um die Verbrennungstoleranz und Effektivität des rückgeführten Abgases zu erhöhen.
6 zeigt ein Verfahren 600 für den Betrieb eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren 600 kann durch den Verbrennungsmotor und die Systeme implementiert werden, die oben mit Bezug auf die 1–4 besprochen wurden, oder kann durch einen weiteren geeigneten Verbrennungsmotor und weitere geeignete Systeme implementiert werden.
Bei 602 enthält das Verfahren das Lenken von Abgas aus einem Zylinder nur an dem ersten Auslassventil vorbei zurück zu einem Lufteinlass stromaufwärts eines Einlassventils des Zylinders. Bei 604 enthält das Verfahren das Lenken von Abgas aus dem Zylinder nur an dem zweiten Auslassventil vorbei zum Auslass stromabwärts des Zylinders.
Schritt 602 kann während eines ersten Zustands implementiert werden, und Schritt 6 kann während eines zweiten Zustands implementiert werden. In einem Beispiel braucht das Abgas aus dem Zylinder nur an dem zweiten Ventil vorbei geleitet zu werden, um mit Abgas aus einem anderen Zylinder vermischt zu werden, und der zweite Zustand kann einen Motorkaltstart und das Abrufen eines Spitzendrehmoments enthalten, wobei der erste Zustand nicht den zweiten Zustand enthält. In einem solchen Beispiel können die Abgase stromaufwärts eines Katalysators fusionieren. Des Weiteren können die Abgase in einem solchen Beispiel stromabwärts eines Katalysators fusionieren. Des Weiteren können die Abgase in einem solchen Beispiel stromaufwärts eines Turboladers fusionieren, oder die Abgase können stromabwärts eines Turboladers fusionieren. Des Weiteren können die Abgase in einem solchen Beispiel in einem Abgaskrümmer fusionieren, der in einem weiteren Beispiel innerhalb eines Zylinderkopfes positioniert ist.
7 zeigt ein Verfahren 700 für den Betrieb eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren 700 kann durch den Verbrennungsmotor und die Systeme implementiert werden, die oben mit Bezug auf die 1–4 besprochen wurden, oder kann durch einen weiteren geeigneten Verbrennungsmotor und weitere geeignete Systeme implementiert werden.
Bei 702 enthält das Verfahren das Lenken einer ersten Menge an Abgas aus einem ersten Auslassventil zu einer Emissionssteuervorrichtung, und bei 704 enthält das Verfahren das Lenken einer zweiten Menge an Abgas aus einem zweiten Auslassventil zu einer Ansauganlage. In einigen Beispielen braucht die erste Menge an Abgas nicht der zweiten Menge an Abgas äquivalent zu sein.
Es versteht sich, dass die Schritte 702 und 704 an überlappenden oder in einigen Fällen gleichzeitigen Zeitintervallen implementiert werden können. Des Weiteren können die Schritte 702 und 704 während eines ersten Zustands implementiert werden. Der erste Zustand kann sein, wenn eine reduzierte Abgasrückführung erwünscht ist und die Motorlast größer als ein Schwellenwert ist oder innerhalb eines Lastbereichs liegt, der kleiner als eine Leistungserhöhungsspitze sein kann.
Es ist zu beachten, dass die im vorliegenden Text beschriebenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die im vorliegenden Text beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Bearbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Insofern können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Sequenz oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Gleichermaßen muss die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt eingehalten werden, um die Merkmale und Vorteile der im vorliegenden Text beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern diese soll lediglich die Veranschaulichung und Beschreibung vereinfachen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der konkret angewendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Des Weiteren können die beschrieben Handlungen auf grafische Weise Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem einprogrammiert wird.
Es versteht sich, dass die im vorliegenden Text offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Art sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden dürfen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auch auf V6-, I4-, I6- und V12- anstatt auf 4-Zylinder- und andere Verbrennungsmotorentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht-offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die im vorliegenden Text offenbart wurden.
Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen besonders heraus, die als neuartig und nicht-offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können von „einem” Element oder „einem ersten” Element oder Äquivalenten davon sprechen. Diese Ansprüche sind so zu interpretieren, dass sie die Einbindung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob im Schutzumfang breiter als die ursprünglichen Ansprüche, enger als die ursprünglichen Ansprüche, gleich den ursprünglichen Ansprüchen oder verschieden von den ursprünglichen Ansprüchen, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
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 2012/0260897 [0003, 0004]

Claims

Verbrennungsmotor, der Folgendes umfasst: eine Abgasrückführungs-(EGR)Leitung in Strömungsverbindung zwischen einem ersten Auslassventil in einem Zylinder und einer Ansauganlage; und eine Abgasleitung in Strömungsverbindung zwischen einem zweiten Auslassventil in dem Zylinder und einer Emissionssteuervorrichtung.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die EGR-Leitung nur zwischen dem ersten Auslassventil und der Ansauganlage gekoppelt ist, wobei die EGR-Leitung mit der Ansauganlage an einer Stelle stromaufwärts aller Zylinder des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die EGR-Leitung nicht mit Auslassventilen anderer Zylinder des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die EGR-Leitung unbehindert von einem verstellbaren Ventil zwischen dem ersten Auslassventil und der Ansauganlage ausgelegt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der des Weiteren ein Ventilverstellsystem umfasst, das mit dem ersten und dem zweiten Auslassventil des Zylinders gekoppelt ist, um die Ventile zu aktivieren und zu deaktivieren.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Ventilverstellsystem einen Deaktivierungsmechanismus enthält, der mit dem ersten und dem zweiten Auslassventil gekoppelt ist.
Verfahren, das Folgendes umfasst: während eines ersten Zustands, Lenken von Abgas aus einem Zylinder nur an dem ersten Auslassventil vorbei zurück zu einem Lufteinlass stromaufwärts eines Einlassventils des Zylinders; und während eines zweiten Zustands, Lenken von Abgas aus dem Zylinder nur an dem zweiten Auslassventil vorbei zu einem Auslass stromabwärts des Zylinders.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Abgas aus dem Zylinder nur an dem zweiten Auslassventil vorbei geleitet wird, um mit Abgas aus einem anderen Zylinder zu fusionieren, wobei der zweite Zustand einen Motorkaltstart und das Abrufen eines Spitzendrehmoments enthält, wobei der erste Zustand nicht den zweiten Zustand enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgase stromaufwärts eines Katalysators fusionieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgase stromabwärts eines Katalysators fusionieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgase stromaufwärts eines Turboladers fusionieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgase stromabwärts eines Turboladers fusionieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Abgase in einem Abgaskrümmer fusionieren, der innerhalb eines Zylinderkopfes positioniert ist.
Verbrennungsmotor, der Folgendes umfasst: eine Abgasrückführungs(EGR)-Leitung in Strömungsverbindung mit einem ersten Auslassventil in einem Zylinder und einer Ansauganlage; eine Abgasleitung in Strömungsverbindung mit einem zweiten Auslassventil in dem Zylinder und einer Emissionssteuervorrichtung; eine erste Nockenprofilumschalt(Cam Profile Switching, CPS)-Vorrichtung, die mit dem ersten Auslassventil gekoppelt ist, zum selektiven Aktivieren des Ventilbetriebs; und eine zweite CPS-Vorrichtung, die mit dem zweiten Auslassventil gekoppelt ist, zum selektiven Aktivieren des Ventilbetriebs.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, der des Weiteren ein Steuersystem umfasst, das mit der ersten CPS-Vorrichtung und der zweiten CPS-Vorrichtung gekoppelt ist, wobei das Steuersystem für Folgendes konfiguriert ist: während eines ersten Betriebszustands, Aktivieren einer zyklischen Betätigung des ersten Auslassventils, um Abgas aus dem Zylinder über die erste CPS-Vorrichtung zu der EGR-Leitung zu leiten; und während eines zweiten Betriebszustands, Aktivieren einer zyklischen Betätigung des zweiten Auslassventils, um Abgas über die zweite CPS-Vorrichtung aus dem Zylinder zu der Abgasleitung zu leiten, wobei die EGR-Leitung und die Abgasleitung fluidisch voneinander getrennt sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, wobei das zweite Auslassventil größer ist als das erste Auslassventil, wobei der Verbrennungsmotor des Weiteren einen zweiten Zylinder umfasst, der zwei oder mehr Auslassventile in Strömungsverbindung mit der Emissionssteuervorrichtung enthält.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei das erste und das zweite Auslassventil verschiedene Hubprofile haben, wenn sie aktiviert werden.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, der des Weiteren eine Turbine umfasst, die stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung positioniert ist, wobei die Abgasleitung einen Auslass enthält, der stromaufwärts der Turbine positioniert ist, und die Turbine mit einem Verdichter in der Ansauganlage gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, wobei die EGR-Leitung kein EGR-Ventil enthält.