DE102017103494A1

DE102017103494A1 - Motorsystem mit drehbarer strömungsführung

Info

Publication number: DE102017103494A1
Application number: DE102017103494.3A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-09-14
Also published as: CN107178416A; US9970365B2; RU2017105789A3; RU2681397C2; RU2017105789A; US20170260913A1

Abstract

Es wird ein Motorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem enthält eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile des durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms erzeugt. Ferner enthält das Motorsystem einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht.

Description

Hintergrund/Kurzfassung
In Zylindern von Verbrennungsmotoren können Einlassluftströmungsprofile Verbrennungseigenschaften, wie zum Beispiel Wirkungsgrad, Zündung und Klopfen, beeinflussen. Der Einlassluftstrom beeinflusst sowohl Einlasskanal- als auch Direkteinspritzungssysteme. Tumble- und Drallprofile werden zur Charakterisierung verschiedener Aspekte der Turbulenz im Zylinder verwendet. Insbesondere können Tumble- und Drallprofile zum Quantifizieren des Ausmaßes dieser Strömungsprofile verwendet werden. Das Tumble-Verhältnis wird als die Stärke einer horizontalen Rückführung des Einlassgases im Zylinder definiert, während das Drallverhältnis als die Stärke einer vertikalen Rückführung im Zylinder definiert wird. Tumble- und Drallprofile haben unterschiedliche Einflüsse auf verschiedene Facetten der Verbrennung, wie zum Beispiel Zündung, Klopfen, Wirkungsgrad, Emissionen, Leistung usw. Bei vorherigen Motoren sind Einlasskanäle dazu konzipiert, festgelegte Tumble- und Drallprofile bereitzustellen, die die Verbrennung nur für eine bestimmte Betriebsbedingung verbessern. Deshalb können sich die eingestellten Profile des Verbrennungsluftstroms, wenn der Motor über verschiedenste Bedingungen hinweg betrieben wird, negativ auf die Verbrennung auswirken, wenn der Motor außerhalb der vorgegebenen Betriebsbedingung betrieben wird.
Um mindestens einigen der oben genannten Probleme zu begegnen, wird ein Motorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem enthält eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile des durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms erzeugt. Ferner enthält das Motorsystem einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht. Auf diese Weise ändert die Strömungsänderungsfläche die Turbulenz der in den Zylinder eintretenden Luft, um über die verschiedensten Betriebsbedingungen hinweg den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern, Klopfen zu reduzieren, Leistung zu erhöhen und/oder Emissionen zu verringern. Somit kann die Strömungsänderungsfläche, falls gewünscht, gedreht werden, um Turbulenz im Zylinder bereitzustellen, die für die aktuellen Betriebsbedingungen am besten geeignet ist. Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Darstellung eines Motors;
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Teils des in 1 gezeigten Motors, der ein Motorsystem enthält, das eine drehbare Strömungsführung mit einer Fläche stromaufwärts eines Zylinders aufweist;
3, 4 und 5 zeigen beispielhafte detaillierte Darstellungen verschiedener Seiten der in dem in 2 gezeigten Motorsystem enthaltenen drehbaren Strömungsführung;
6 und 7 zeigen Darstellungen beispielhafter Drall- und Tumble-Strömungsmuster in dem in 2 gezeigten Zylinder;
8 zeigt die Fläche in dem in 2 gezeigten Motorsystem in einer anderen Position, die verstärken Tumble im Zylinder erzeugt;
9 und 10 zeigen die Strömungsänderungsfläche in dem in 2 gezeigten Motorsystem in zwei Positionen, die verstärkten Drall im Zylinder erzeugt; und
11 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Motorsystems.
Detaillierte Beschreibung
Es wird hierin ein Motorsystem beschrieben, das zur dynamischen Einstellung von Einlasskanal- und Zylinderströmungseigenschaften, wie zum Beispiel Tumble- und Drallverhältnissen des Einlassluftstroms, konfiguriert ist. Das Motorsystem enthält eine einstellbare Strömungsführung mit einer Strömungsänderungsfläche, die in einem Einlasskanal eines Motors positioniert ist. Die Strömungsänderungsfläche kann eine erste Seite mit einer konkaven Kontur und eine zweite Seite mit einer konvexen Kontur, ähnlich der Form eines Löffels, aufweisen. Die Strömungsänderungsfläche wird zum Einstellen der Turbulenz des in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms basierend auf Motorbetriebsbedingungen gedreht. Insbesondere kann der Winkel, in dem die erste und die zweite Seite angeordnet sind, sowohl Tumble als auch Drall, die im Zylinder erzeugt werden, beeinflussen. Dies wird dadurch erreicht, dass die gekrümmten Konturen der Strömungsänderungsfläche eine größere Luftstrommenge zu ausgewählten Teilen eines Einlassventilkopfs leiten, um Tumble- und/oder Drallstrom zu erzeugen. Diese Strömungsprofile werden durch ein Ungleichgewicht der Luftstromraten um das Einlassventil herum verursacht. Auf diese Weise kann Turbulenz von in den Zylinder eintretender Luft basierend auf sich ändernden Bedingungen im Motor eingestellt werden, um den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern, Klopfen zu reduzieren, Leistung zu erhöhen und/oder Emissionen zu verringern. Deshalb ermöglicht die drehbare Strömungsführung ein Ändern der Turbulenz im Zylinder, um den aktuellen Betriebsbedingungen zur Verbesserung von Verbrennung am besten zu entsprechen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors 10, der beispielsweise zur Bereitstellung von Antriebsenergie für ein Fahrzeug verwendet wird. In dem gezeigten Beispiel enthält der Motor 10 einen Zylinderkopf 12, der unter Bildung eines Zylinders 16 mit einem Zylinderblock 14 gekoppelt ist. Der Motor 10 ist dazu konfiguriert, einen Verbrennungsbetrieb in einem Zylinder 16 zu implementieren. Ein Einlassventil 18 ist dazu im Motor 10 vorgesehen, in ausgewählten Zeitintervallen Einlassluft in den Zylinder 16 zu leiten. Dementsprechend ist im Motor 10 ein Auslassventil 20 vorgesehen, um in ausgewählten Zeitintervallen Abgas aus dem Zylinder in ein stromabwärtiges Auslasssystem zu leiten.
Pfeil 22 stellt den Einlassluftstrom von stromaufwärtigen Komponenten des Einlasssystems, wie zum Beispiel Einlassleitungen, einem Einlasskrümmer, einer Drosselklappe, einem Verdichter usw., zum Einlassventil 18 dar. Andererseits stellt der Pfeil 24 den Abgasstrom zu stromabwärtigen Komponenten, wie zum Beispiel Auslassleitungen, dem Auslasskrümmer, einer oder mehreren Abgasreinigungsvorrichtungen, einer Turbine usw., vom Auslassventil 20 dar.
Ein Kraftstoffversorgungssystem 26 ist auch im Motor 10 vorgesehen. Das Kraftstoffversorgungssystem 26 ist dazu konfiguriert, in bestimmten Zeitintervallen Kraftstoff zur Verbrennung im Zylinder 16 bereitzustellen. Das Kraftstoffversorgungssystem 26 enthält in dem dargestellten Beispiel eine Direkteinspritzdüse 28 und stromaufwärtige Komponenten 30. Die stromaufwärtigen Komponenten 30, wie zum Beispiel Kraftstoffpumpen, Ventile, Leitungen usw., sind dazu konfiguriert, Kraftstoff für die Kraftstoffeinspritzdüse 28 bereitzustellen. Jedoch kann zusätzlich oder als Alternative eine Kanaleinspritzdüse zur Zuführung von Kraftstoff in eine Leitung stromaufwärts des Zylinders im Kraftstoffversorgungssystem 26 enthalten sein. Der Motor 10 ist dazu konfiguriert, einen Viertaktverbrennungszyklus im Motor zu implementieren. Die Verbrennungshübe umfassen einen Einlasshub, einen Verdichtungshub, einen Verbrennungshub und einen Auslasshub.
Ferner enthält der Motor 10 ein Motorsystem 50, das dazu konfiguriert ist, die Turbulenz in der Einlassluft im Zylinder 16 einzustellen. Insbesondere ist das Motorsystem 50 dazu konfiguriert, die Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms im Zylinder 16 basierend auf Motorbetriebsbedingungen einzustellen. Das Einstellen von Turbulenz im Zylinder ermöglicht eine Verbesserung der Verbrennung über die verschiedensten Motorbetriebsbedingungen. Insbesondere kann der Verbrennungswirkungsgrad erhöht werden, während Emissionen und Klopfen reduziert werden, wenn Tumble- und Drallprofile im Zylinder zum Entsprechen der Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Das Motorsystem 50 wird unter Bezugnahme auf die 2–10 ausführlicher beschrieben.
Die Steuerung 100 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (input/output, I/O) 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem bestimmten Beispiel als ein Festwertspeicher (read only memory, ROM)-Chip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108 (random access memory, RAM), einen Erhaltungsspeicher 110 (keep alive memory, KAM) und einen Datenbus umfasst. Die Steuerung 100 kann verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Signalen empfangen. Zum Beispiel kann die Steuerung 100 eine Messung der eingeleiteten Luftmasse (mass air flow, MAF) von dem Luftmassensensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) vom Temperatursensor 112; ein Profilzündungsaufnahmesignal (profile ignition pickup, PIP) von einem Hall-Sensor 120 oder Sensor anderer Art, der mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist; die Drosselklappenstellung (throttle position, TP) von einem mit einem durch einen Bediener 132 betätigten Pedal 130 gekoppelten Drosselklappenstellungssensor 134; und ein Absolutkrümmerdrucksignal (manifold absolute pressure, MAP von dem Sensor 122 empfangen. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 100 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Anzeige des Vakuums oder des Drucks in dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie zum Beispiel ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP Sensor das Motordrehmoment anzeigen. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Motordrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann ein Motordrehzahlsensor eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
Die Steuerung 100 kann in einem Steuersystem enthalten sein, das dazu konfiguriert ist, Sensorsignale von Sensoren im Motor zu empfangen und Befehle zu verschiedenen Aktuatoren im Motor zu senden. Des Weiteren kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, die hierin beschriebenen Verfahren und anderen Motorsteuerungstechniken zu implementieren. Insbesondere kann die Steuerung 100 dazu konfiguriert sein, eine drehbare Strömungsführung zum Drehen einer Strömungsänderungsfläche in der Führung in verschiedene Konfigurationen, die hierin ausführlicher beschrieben werden, anzusteuern.
Obgleich der Motor 10 als nur einen einzigen Zylinder aufweisend gezeigt wird, kann der Motor 10 in anderen Beispielen mehr als einen Zylinder enthalten, wobei jeder Zylinder ein entsprechendes Motorsystem mit einer drehbaren Strömungsführung und einem Strömungsführungsaktuator ähnlich der drehbaren Strömungsführung und dem Strömungsführungsaktuator, die hierin unter Bezugnahme auf die 2–10 ausführlicher besprochen werden, aufweist. Die Steuerung 100 kann dazu konfiguriert sein, jeden der Strömungsführungsaktuatoren unter bestimmten Betriebsbedingungen unabhängig einzustellen und kann dazu konfiguriert sein, unter anderen Betriebsbedingungen jeden der Strömungsführungsaktuatoren synchron einzustellen.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Teils des Motors 10, der das Motorsystem 50 sowie den Zylinderblock 14, den Zylinderkopf 12 und den Zylinder 16 enthält. Ein Kolben 200 ist im Zylinder 16 angeordnet. Es versteht sich, dass der Kolben 200 mit einer Kurbelwelle drehgekoppelt sein kann.
Der Motor 10 enthält einen Einlassdurchgang 202 und einen stromabwärts eines Einlassdurchgangs 202 positionierten Einlasskanal 204. Es versteht sich, dass der Einlassdurchgang 202 Einlassluft von stromaufwärtigen Komponenten, wie zum Beispiel einem Lufteinlass, einem Luftfilter, einer Drosselklappe, einem Verdichter, einem Krümmer usw., empfängt.
Das Einlassventil 18 erstreckt sich durch den Einlasskanal 204. Das Einlassventil 18 befindet sich in 2 in einer geöffneten Stellung, in der Einlassluft vom Einlasskanal 204 in den Zylinder 16 strömt. Somit stellt 2 einen Einlasshub in einem Verbrennungszyklus dar. Wenn sich das Einlassventil 18 in einer geschlossenen Stellung befindet, ist das Ventil jedoch an einem Abschnitt des Einlasskanals 204 angeordnet und dichtet diesen ab, um zu verhindern, dass Luftstrom in den Zylinder 16 eintritt. Insbesondere enthält das Einlassventil 18 einen Schaft 206 und einen Kopf 208, der dazu konfiguriert ist, in einer geschlossenen Konfiguration an einem Teil des Zylinderkopfs 12 angeordnet zu werden und diesen abzudichten.
Des Weiteren sind in dem in 2 gezeigten Abschnitt des Motors 10 ein Auslassdurchgang 210 und das Auslassventil 20 enthalten. Das Auslassventil 20 befindet sich in einer geschlossenen Stellung, in der das Auslassventil 20 an einem Teil des Zylinderkopfs 12 angeordnet ist und diesen abdichtet. Während des Auslasshubs kann das Auslassventil 20 jedoch geöffnet werden.
Das Einlassventil 18 und das Auslassventil 20 können über eine Nockenwelle oder elektronische Aktuatoren betätigt werden. 2 stellt den Motor während eines Einlasshubs im Verbrennungszyklus dar. Es versteht sich, dass der Motor 10 auch dazu konfiguriert ist, im Anschluss an den Einlasshub Verdichtungs-, Zündungs- und Auslasshübe durchzuführen.
Das Motorsystem 50 enthält eine drehbare Strömungsführung 212, die eine Strömungsänderungsfläche 214 enthält, welche sich von einer mit einem Strömungsführungsaktuator 218 gekoppelten Welle 216 erstreckt (zum Beispiel davon weg neigt). Wie gezeigt, erstreckt sich die Welle 216 durch eine Wand 220 (zum Beispiel die Unterwand) des Einlasskanals 204 im Zylinderkopf 12. Der Strömungsführungsaktuator 218 ist dazu konfiguriert, die Welle 216 und deshalb die Strömungsänderungsfläche 214 um eine Drehachse 221 zu drehen. In dem gezeigten Beispiel ist die Strömungsänderungsfläche 214 in der in 2 gezeigten inaktiven Konfiguration sowie in den in den 8–10 gezeigten aktiven Konfigurationen unter einer Mittellinie 223 des Einlasskanals 202 positioniert. Zum Bezug wird eine vertikale Achse bereitgestellt.
Insbesondere ist der Strömungsführungsaktuator 218 dazu konfiguriert, die Strömungsänderungsfläche 214 zum Einstellen eines Strömungsaufprallausmaßes des Einlassluftstroms auf verschiedene Seiten der Strömungsänderungsfläche 214 zu drehen. Somit ändert die Drehbewegung der Strömungsänderungsfläche die Beziehung der ersten und der zweiten Seite zu dem Einlassluftstrom, um Tumble- und Drallprofile basierend auf Motorbetriebsbedingungen zwecks Verbesserung des Verbrennungsbetriebs zu erzeugen. Die Betriebsbedingungen können in einem Beispiel Motorleistung und/oder -last und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder Temperatur und/oder Motordrehzahl und/oder Abgaszusammensetzung umfassen. Es versteht sich, dass die in 1 gezeigte Steuerung 100 dazu konfiguriert sein kann, den Strömungsführungsaktuator 218 zum Drehen der Strömungsänderungsfläche 214 basierend auf den oben genannten Betriebsbedingungen anzusteuern. Darüber hinaus kann im Motorsystem 50 auch ein Lager 219 vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Drehung der Welle 216 zu ermöglichen.
Bei der in 2 dargestellten Konfiguration befindet sich die Strömungsänderungsfläche 214 in einer inaktiven Position, in der sich die Strömungsänderungsfläche neben der Wand 220 des Einlasskanals 204 befindet. Insbesondere ist in dem gezeigten Beispiel ein Abschnitt 225 (zum Beispiel ein ausgesparter Abschnitt) der Wand 220 so konturiert, dass die Strömungsänderungsfläche 214 in der inaktiven Position mit der Wand 220 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann Einlassluft an der Strömungsänderungsfläche 214 vorbeiströmen, ohne durch die Strömungsänderungsfläche drastisch beeinflusst zu werden. Es versteht sich jedoch, dass die Strömungsänderungsfläche 214 so gedreht werden kann, dass sie sich in den Einlasskanal 204 erstreckt, so dass im Zylinder 16 ein gewünschtes Tumble- und Drallausmaß erzeugt wird. Das Drehausmaß der Strömungsänderungsfläche 214 gibt das durch die Strömungsänderungsfläche erzeugte Tumble- und Drallausmaß vor. Zum Beispiel kann eine Drehung der Strömungsänderungsfläche 214 um 180 Grad den im Zylinder 16 erzeugten Tumble verstärken, während eine Drehung um 270 oder 90 Grad den im Zylinder 16 erzeugten Drall verstärken kann. Insbesondere können Drehwinkelbereiche der Strömungsänderungsfläche zwischen 60 und 120 Grad und 240 und 300 Grad im Uhrzeigersinn mehr Drall als Tumble erzeugen. Darüber hinaus können Drehwinkelbereiche der Strömungsänderungsfläche zwischen 150 und 210 Grad und 330 und 30 Grad im Uhrzeigersinn mehr Tumble als Drall erzeugen, und Drehwinkelbereiche der Strömungsänderungsfläche zwischen 30 und 60 Grad, 120 und 150 Grad, 210 und 240 Grad und 300 und 30 Grad können ein im Wesentlichen gleiches Ausmaß von Drall und Tumble erzeugen. Eine 0-Grad-Anordnung der Strömungsänderungsfläche kann die in 2 gezeigte Position der Strömungsänderungsfläche in der inaktiven Position sein. Die Konturen der Strömungsänderungsfläche 214 ermöglichen die Erzeugung von gewünschten Drall- und Tumble-Luftströmungsprofilen. In einem Beispiel ermöglichen insbesondere die Konturen der Strömungsänderungsfläche 214 eine unabhängige Erzeugung von Drall und Tumble im Zylinder. Die Geometrie der Strömungsänderungsfläche 214 wird unter Bezugnahme auf die 3–4 ausführlicher besprochen.
Der Strömungsführungsaktuator 218 ist dazu konfiguriert, ein Signal von der in 1 gezeigten Steuerung 100 zu empfangen, um den Strömungsführungsaktuator 218 dahingehend anzusteuern, die Strömungsänderungsfläche 214 zu drehen. Es kann ein Elektromotor zur Bereitstellung der Drehfunktionalität im Strömungsführungsaktuator 218 verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Drehvorrichtungen in Betracht gezogen worden.
Wie gezeigt, schneidet die Drehachse 221 der drehbaren Strömungsführung 212 die mittlere Achse 222 des Einlassventils 18 in einem nicht geraden Winkel 224. Insbesondere kann der Winkel 224 größer als der Winkel zwischen dem Ventilschaft und dem Einlasskanal sein und im Bereich zwischen 45 und 60 Grad liegen. Die Anordnung der Strömungsführung in diesem Winkel ermöglicht die Einstellung des Dralls und Tumble des Zylinderluftstroms auf eine gewünschte Weise. In anderen Beispielen können jedoch auch andere relative Positionen der drehbaren Strömungsführung und des Einlassventils verwendet werden.
Pfeil 230 zeigt die allgemeine Richtung des Einlassluftstroms an der Strömungsänderungsfläche 214 vorbei. Es versteht sich, dass sich die Strömungsänderungsfläche in der inaktiven Position befindet. Deshalb hat die Strömungsänderungsfläche keine große Auswirkung auf den Einlassluftstrom. Die Pfeile 232 zeigen die allgemeine Richtung des Einlassluftstroms am Einlassventil 18 vorbei und im Zylinder 16. Es versteht sich, dass die Differenzen zwischen Luftstromraten um verschiedene Abschnitte des Einlassventilkopfs 208 herum möglicherweise nicht stark variieren. Wenn die Luftstromraten nicht stark voneinander abweichen, kann somit nur ein geringes Ausmaß von Tumble und Drall erzeugt werden.
Die Strömungsänderungsfläche 214 erstreckt sich in einem Winkel 233 von der Welle 216 weg. Der Winkel 233 misst den Abstand zwischen der Drehachse 221, die eine durch eine Längsspitze der Strömungsänderungsfläche 214 verlaufende Linie 235 schneidet, und dem Schnittpunkt zwischen der Welle 216 und der Strömungsänderungsfläche 214. In einigen Beispielen kann der Winkel 233 kleiner als 35, 30 oder 15 Grad sein. In zusätzlichen Beispielen kann der Winkel 233 größer als 5, 10 oder 15 Grad sein.
Die Strömungsänderungsfläche 214 ist in dem gezeigten Beispiel von der Drehachse 221 radial versetzt. Somit umkreist die Strömungsänderungsfläche 214 während der Drehung der drehbaren Strömungsführung 212 im Wesentlichen die Drehachse 221. Dies ermöglicht es der Strömungsänderungsfläche 214 in einer inaktiven Konfiguration mit dem Abschnitt 225 zu koppeln und sich in einer aktiven Konfiguration um ein gewünschtes Ausmaß in den Einlasskanal 204 zu erstrecken. Somit kann sich die Strömungsänderungsfläche 214 von dem Abschnitt 225 (zum Beispiel dem ausgesparten Abschnitt) weg erstrecken, wenn Turbulenz in dem in den Zylinder eintretenden Luftstrom verstärkt werden soll, und in eine inaktive (zum Beispiel deaktivierte) Konfiguration gedreht werden, in der die Strömungsänderungsfläche 214 mit dem Abschnitt 225 der Unterwand 220 gekoppelt wird und keine starke Auswirkung auf Turbulenzerzeugung im Einlassluftstrom hat.
Die 3 und 4 zeigen die drehbare Strömungsführung 212, die die in 2 gezeigte Strömungsänderungsfläche 214 und die mit dem Strömungsführungsaktuator 218 gekoppelte Welle 216 enthält. Insbesondere zeigt 3 eine erste Seite 300 der Strömungsänderungsfläche 214, und 4 zeigt eine zweite Seite 400 der Strömungsänderungsfläche 214. Die erste und die zweite Seite (300 und 400) weisen jeweils eine gekrümmte Kontur auf. In dem gezeigten Beispiel weist die erste Seite 300 eine konkave Kontur auf, und die zweite Seite 400 weist eine konvexe Kontur auf. Somit weisen die erste und die zweite Seite entgegengesetzte Konturen auf. Die Form der Strömungsänderungsfläche 214 ähnelt in den hierin dargestellten Beispielen einem "Löffel", wobei das Ende wie ein Löffel mit einer löffelförmigen Innen- und Außenfläche ausgebildet ist und der Löffel einen wie ein Löffelgriff ausgebildeten Absatz aufweist, der durch einen Aktuator um eine mittlere Achse des Löffelgriffs gedreht wird. Es sind jedoch auch andere Strömungsänderungsflächengeometrien in Betracht gezogen worden. Die Krümmung der ersten und der zweiten Seite der Strömungsänderungsfläche ermöglicht die Erzeugung eines Soll-Ausmaßes des Drall- und Tumble-Luftstroms in dem in den Zylinder eintretenden Einlassluftstrom.
Darüber hinaus weist ein Umfangsrand 302 der Strömungsänderungsfläche 214 in dem dargestellten Beispiel eine gekrümmte Kontur auf. Es sind jedoch auch andere Außenumfangsrandkonturen in Betracht gezogen worden. Die gekrümmte Kontur der Umfangsränder ermöglicht die Erzeugung von Luftsogen hinter der Strömungsänderungsfläche, um Turbulenz im Einlassluftstrom bereitzustellen und so den Verbrennungsbetrieb zu verbessern.
Darüber hinaus sind die erste Seite 300 und die zweite Seite 400 der Strömungsänderungsfläche 216 entlang einer Querachse 350 und einer Längsachse 352 gekrümmt. Des Weiteren ist die Strömungsänderungsfläche 216 in dem gezeigten Beispiel um die Längsachse 352 symmetrisch. Die Krümmungen um diese beiden Achsen ermöglichen die Erzeugung eines Soll-Ausmaßes von Tumble- und Drallströmungsprofilen, wenn sich die Fläche in einer aktiven Position befindet. Es können in anderen Beispielen jedoch auch andere Konturen der Strömungsänderungsfläche verwendet werden. Zum Beispiel ist die Störungsänderungsfläche möglicherweise nur um eine einzige Achse gekrümmt.
5 zeigt eine Seitenansicht der drehbaren Strömungsführung 212, die die Welle 216 und die Strömungsänderungsfläche 214 enthält. In dieser Ansicht sind sowohl die erste Seite 300 als auch die zweite Seite 400 der Strömungsänderungsfläche 214 dargestellt. Der Winkel 233 wird in 5 auch dargestellt. Wie zuvor besprochen, misst der Winkel 233 den Abstand zwischen der Drehachse 221 und der durch die Längsspitze 500 der Strömungsänderungsfläche 214 verlaufenden Linie 235 und dem Schnittpunkt 501 zwischen der Welle 216 und der Strömungsänderungsfläche 214. Der Winkel 233 kann ein nichtgerader Winkel von unter 35, 30 oder 15 Grad und/oder über 5, 10 oder 15 Grad sein. Winkel in diesen Bereichen ermöglichen eine Bewegung der Strömungsänderungsfläche 214 in einer Bahn, die die Drehachse 221 "umkreist". Die Drehbahn der Strömungsänderungsfläche 214 ermöglicht es der Strömungsänderungsfläche 214, in aktiven Positionen aufprallenden Einlassstrom zu empfangen und in der inaktiven Position, in der die Fläche einen begrenzten Einfluss auf den Einlassstrom hat, auf einen Umfang des Einlasskanals 204 ausgerichtet zu sein. Darüber hinaus kreuzt der konvexe Abschnitt 502 der Strömungsänderungsfläche 214 in dem gezeigten Beispiel nicht die Drehachse 221. Es sind jedoch auch andere Flächengeometrien in Betracht gezogen worden. Zum Beispiel kann die Strömungsänderungsfläche einen ersten Abschnitt, der parallel zur Drehachse verläuft, und einen zweiten Abschnitt, der sich in einem Winkel von der Drehachse weg erstreckt, enthalten. Darüber hinaus ist der Abschnitt 504 der Strömungsänderungsfläche 214 radial von der Welle 216 versetzt.
Die 6 und 7 zeigen den Zylinder 16 mit beispielhaften Drall- und Tumble-Strömungsprofilen, wobei sie visuelle Bezüge der Strömungsprofile bereitstellen. Es versteht sich jedoch, dass die im Zylinder erzeugten tatsächlichen Strömungsprofile eine größere Komplexität aufweisen können als die in den 6 und 7 gezeigten Profile. Zum Beispiel kann der Luftstrom im Zylinder sowohl Drall- als auch Tumble-Eigenschaften aufweisen. Somit stellen die in den 6 und 7 gezeigten Profile für Bezugszwecke modellierte Drall- und Tumble-Strömungsprofile dar.
Insbesondere zeigt 6 eine beispielhafte Darstellung des Zylinders 16 mit einem drallartigen Luftströmungsprofil. Pfeil 600 zeigt die allgemeine Luftstromrichtung im Zylinder 16. Ein als die Stärke der vertikalen Rückführung definiertes Drallverhältnis kann zum Quantifizieren dieser Art von Luftströmungsprofil verwendet werden. Eine vertikale Achse 602, um die die Luft zirkuliert, wird für Bezugszwecke bereitgestellt. Die Drallrichtung in 6 verläuft im Uhrzeigersinn. In anderen Beispielen kann die Drallrichtung jedoch in einem Gegenuhrzeigersinn verlaufen. Es kann wünschenswert sein, Drall im Zylinder 16 unter Motorkaltstart- und -leerlaufbedingungen zu erzeugen, um Kraftstoffstrahlaufprall auf die Zylinderwand zu reduzieren (zum Beispiel zu verhindern).
7 zeigt eine Darstellung des Zylinders 16 mit einem Tumble-artigen Luftströmungsprofil. Pfeil 700 zeigt die allgemeine Luftstromrichtung im Zylinder 16. Ein als die Stärke der horizontalen Rückführung definiertes Tumble-Verhältnis kann zum Quantifizieren dieser Art von Luftströmungsprofil verwendet werden. Eine horizontale Achse 702, um die die Luft zirkuliert, wird für Bezugszwecke bereitgestellt. Es kann wünschenswert sein, unter Bedingungen, unter denen der Motor mit hoher Leistung (zum Beispiel Spitzenleistung) und hoher Last betrieben wird, Tumble im Zylinder 16 zu erzeugen. Bei leichten bis mittleren Motorlastbedingungen ist für eine verbesserte (zum Beispiel optimale) Luft-Kraftstoff-Bewegung im Zylinder sowohl Drallströmung als auch Tumble-Strömung erwünscht. Die 8–10 stellen die Strömungsänderungsfläche 214 im Motorsystem 50 in verschiedenen aktiven Positionen dar, die zum Erzeugen von verstärktem Drall und/oder Tumble im Vergleich zu der in 2 gezeigten inaktiven Position der Strömungsänderungsfläche konfiguriert sind. Die Strömungsänderungsflächenpositionen in den 8–10 sind von der in 2 gezeigten inaktiven Position weggedreht. Der Zylinderkopf 12 und der Zylinderblock 14, die den Zylinder 16 bilden, sind in den 8–10 dargestellt.
Insbesondere zeigt 8 die Strömungsänderungsfläche 214 der drehbaren Strömungsführung 212 im Motorsystem 50 in eine Konfiguration gedreht, die für die Erzeugung von Tumble im Zylinderluftstrom förderlich ist. Insbesondere ist die Strömungsänderungsfläche 214 über den Strömungsführungsaktuator 218 um 180 Grad von der in 2 gezeigten Strömungsänderungsflächenposition weggedreht. Wie oben besprochen, kann der Strömungsführungsaktuator 218 durch die in 1 gezeigte Steuerung 100 angesteuert werden, um die Strömungsänderungsfläche 214 in die in 8 gezeigten Position zu bewegen.
Die erste Seite 300 der Strömungsänderungsfläche 214 weist in der in 8 gezeigten Position zur Mitte des Einlasskanals 204. Andererseits weist die zweite Seite 400 der Strömungsänderungsfläche 214 in der in 8 gezeigten Strömungsänderungsflächenposition zur Unterwand 220 des Einlasskanals 204.
Pfeil 800 zeigt den allgemeinen Luftstrom stromaufwärts der Strömungsänderungsfläche 214. Pfeil 802 zeigt eine Luftstromzunahme in der Nähe eines Abschnitts des Einlassventils 18 neben der mittleren Achse 602 (das heißt der vertikalen Achse) des Zylinders 16. Somit erzeugt dieses Luftstromratenungleichgewicht um das Einlassventil 18 herum Tumble im Zylinder 16. Pfeil 804 zeigt das Tumble-Profil des Zylinderluftstroms. Wie gezeigt, dreht sich der Pfeil 804 um eine horizontale Zylinderachse 806. Es versteht sich, dass die in 8 gezeigte Strömungsänderungsflächenposition eine größere Luftstrommenge zu einer Innenseite des Kopfs 208 des Einlassventils 18 leitet, um während eines Einlasshubs Tumble im Zylinder einzuleiten. Das Auslassventil 20 wird auch in 8 gezeigt.
9 zeigt die Strömungsänderungsfläche 214 der drehbaren Strömungsführung 212 im Motorsystem 50 des Motors 10. In 9 ist die Strömungsänderungsfläche 214 in eine Konfiguration gedreht, die der Erzeugung von Drall im Zylinder 16 förderlich ist. Insbesondere ist die Strömungsänderungsfläche 214 um 270 Grad im Gegenuhrzeigersinn von der in 2 gezeigten Strömungsänderungsflächenposition weg gedreht. Wie oben besprochen, kann der Strömungsführungsaktuator 218 durch die in 1 gezeigte Steuerung 100 dahingehend angesteuert werden, die Strömungsänderungsfläche 214 in die in 9 gezeigte Position zu drehen.
Pfeil 900 zeigt die allgemeine Luftstromrichtung stromaufwärts der Strömungsänderungsfläche 214 im Einlassdurchgang 202. Pfeil 902 zeigt die allgemeine Luftstromrichtung stromabwärts der Strömungsänderungsfläche 214 um das Einlassventil 18 herum und im Zylinder 16. Es versteht sich, dass der Luftstromaufprall auf die erste Seite 300 der Strömungsänderungsfläche 214 mit einer konkaven Kontur die zu einem Abschnitt des Einlassventils 18 neben der Unterwand 220 geleitete Luftstrommenge erhöht. Folglich erzeugt das Strömungsungleichgewicht um den Kopf 208 des Einlassventils 18 herum ein Gegenuhrzeigersinndrallströmungsprofil, wobei Luftstrom um die mittlere Achse 602 (das heißt die vertikale Achse) des Zylinders 16 herum zirkuliert. Darüber hinaus werden in 9 auch das Auslassventil 20, der Zylinderkopf 12 und der Zylinderblock 14 gezeigt.
10 zeigt die Strömungsänderungsfläche 214 der drehbaren Strömungsführung 212, die in eine andere Position gedreht ist, welche zur Erzeugung von Drall im Zylinder 16 förderlich ist. Insbesondere ist die Strömungsänderungsfläche 214 im Gegenuhrzeigersinn oder Uhrzeigersinn um 180 Grad von der in 9 gezeigten Strömungsänderungsflächenposition gedreht. Wie oben besprochen, kann der Strömungsführungsaktuator 218 durch die in 1 gezeigte Steuerung 100 zum Drehen der Strömungsänderungsfläche 214 in die in 10 gezeigte Position angesteuert werden.
Pfeil 1000 zeigt den allgemeinen Luftstrom stromaufwärts der Strömungsänderungsfläche 214, und Pfeil 1002 zeigt den allgemeinen Luftstrom stromabwärts der Strömungsänderungsfläche 214. Es versteht sich, dass der Luftstromaufprall auf die zweite Seite 400 der Strömungsänderungsfläche 214 mit einer konvexen Kontur die zu einem Abschnitt des Einlassventils 18 neben der mittleren Achse 602 des Zylinders 16 geleitete Luftstrommenge erhöht. Das in 10 erzeugte Drallprofil verläuft im Uhrzeigersinn. Darüber hinaus werden in 10 auch der Motor 10, das Motorsystem 50, das Auslassventil 20, der Zylinderkopf 12 und der Zylinderblock 14 gezeigt.
11 zeigt ein Verfahren 1100 zum Betrieb eines Motorsystems. Das oben unter Bezugnahme auf die 1–10 besprochene Motorsystem kann in einem Beispiel zum Implementieren des Verfahrens 1100 verwendet werden. In anderen Beispielen können jedoch andere geeignete Motorsysteme zum Implementieren des Verfahrens 1100 verwendet werden.
Bei 1102 umfasst das Verfahren unter einer ersten Betriebsbedingung Leiten von Einlassluft durch einen Einlasskanal an einer Strömungsänderungsfläche in einer drehbaren Strömungsführung in einer inaktiven Position, in der sich die Strömungsänderungsfläche direkt neben einer Wand eines Einlasskanals stromaufwärts eines Einlassventils eines Zylinders befindet, vorbei. Somit ändert die Strömungsänderungsfläche in der inaktiven Position nicht wesentlich das Strömungsprofil der Einlassluft. Insbesondere kann die Einlassluft in der inaktiven Position nicht auf einen Abschnitt (zum Beispiel eine Seite) der Strömungsänderungsfläche aufprallen. Es versteht sich, dass die Strömungsänderungsfläche eine erste Seite mit einer konkaven Kontur und eine zweite Seite mit einer konvexen Kontur aufweisen kann. Somit kann die Strömungsänderungsfläche "löffelförmig" sein. In solch einem Beispiel kann die konvexe Seite der Strömungsänderungsfläche zu der Mitte des Einlasskanals weisen.
Als Nächstes bestimmt das Verfahren bei 1104, ob es wünschenswert ist, Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder zu verstärken. Wenn bestimmt wird, dass es nicht wünschenswert ist, den Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder zu verstärken (NEIN bei 1104), kehrt das Verfahren zu 1104 zurück. Wenn jedoch bestimmt wird, dass es wünschenswert ist, den Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder zu verstärken (JA bei 1104), rückt das Verfahren zu 1106 vor.
Bei 1106 umfasst das Verfahren unter einer zweiten Betriebsbedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt. In einem Beispiel kann die aktive Position ein Winkel von über 3, 5 oder 10 Grad im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn von der inaktiven Position weg sein. Zum Beispiel kann die Strömungsänderungsfläche im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um 180 Grad oder 270 Grad gedreht werden, um Tumble oder Drall zu verstärken.
Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 1108 Bestimmen, ob es wünschenswert ist, den Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder einzustellen. Wenn bestimmt wird, dass es nicht wünschenswert ist, den Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder einzustellen (NEIN bei 1108), kehrt das Verfahren zu 1108 zurück. Wenn jedoch bestimmt wird, dass es wünschenswert ist, den Tumble und/oder Drall des Luftstroms im Zylinder einzustellen (JA bei 1108), rückt das Verfahren zu 1110 vor. Bei 1110 umfasst das Verfahren unter einer dritten Betriebsbedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine zweite aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein zweites ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt. In einem Beispiel kann unter der dritten Betriebsbedingung ein Drallverhältnis des Einlassluftstroms erhöht werden, und ein Tumble-Verhältnis des Einlassluftstroms kann verringert werden. In anderen Beispielen kann das Drallverhältnis jedoch verringert werden, und das Tumble-Verhältnis kann erhöht werden. Auf diese Weise können verschiedene Aspekte des Zylinderluftstroms basierend auf Motorbetriebsbedingungen zur Verbesserung des Verbrennungsbetriebs eingestellt werden.
Ferner ist in einem Beispiel die erste Betriebsbedingung, wenn die Motordrehzahl unter einem Schwellenwert liegt, und die zweite Betriebsbedingung ist, wenn die Motordrehzahl über einem Schwellenwert liegt. Ferner kann in einigen Beispielen das Tumble-Verhältnis des Luftstroms im Zylinder erhöht werden, wenn der Motor mit oder nahe seinen Vollast- oder Spitzenleistungsbedingungen betrieben wird. Darüber hinaus kann in einigen Beispielen das Drallverhältnis des Luftstroms im Zylinder erhöht werden, wenn der Motor unter Kaltstart- oder Leerlaufbedingungen betrieben wird. In noch einem anderen Beispiel kann das Tumble-Verhältnis erhöht werden, und das Drallverhältnis des Luftstroms im Zylinder kann verringert werden, wenn der Motor unter seiner Hochlastbedingung arbeitet. Umgekehrt kann das Tumble-Verhältnis verringert werden, und das Drallverhältnis des Luftstroms im Zylinder kann erhöht werden, wenn der Motor unter einer Leerlaufbedingung arbeitet. Deshalb kann das Tumble- und Drallverhältnis in einem Beispiel basierend auf Motorleistung und/oder -last und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder Temperatur und/oder Motordrehzahl und/oder Abgaszusammensetzung eingestellt werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird in den folgenden Absätzen weiter beschrieben. Gemäß einem Aspekt wird ein Motorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem enthält eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile des durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms erzeugt, und einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Motorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem enthält eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer konkaven Kontur und eine zweite Seite mit einer konvexen Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile des durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms erzeugt, und einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst unter einer ersten Betriebsbedingung Leiten von Einlassluft durch einen Einlasskanal an einer Strömungsänderungsfläche in einer drehbaren Strömungsführung in einer inaktiven Position, in der sich die Strömungsänderungsfläche direkt neben einer Wand eines Einlasskanals stromaufwärts eines Einlassventils eines Zylinders befindet, vorbei und unter einer zweiten Betriebsbedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Motorsystem ferner eine Steuerung enthalten, die zum Ansteuern des Strömungsführungsaktuators zum Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine inaktive Position und mehrere aktive Positionen basierend auf Motorbetriebsbedingungen konfiguriert ist.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann die Strömungsänderungsfläche eine zweite Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweisen, wobei die Strömungsänderungsfläche löffelförmig mit einer ebenfalls löffelförmigen gegenüberliegenden Fläche ist, so dass insgesamt eine Löffelform gebildet wird, wobei der Aktuator die Löffelform um eine Achse des Löffelgriffs dreht.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte können die erste und die zweite Seite der Strömungsänderungsfläche entgegengesetzte Konturen aufweisen.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann eine Drehbewegung der Strömungsänderungsfläche die Beziehung der ersten und der zweiten Seite zu dem Einlassluftstrom ändern, um gewünschte Tumble- und Drallprofile zu erzeugen.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann die erste Seite eine konkave Kontur aufweisen und die zweite Seite weist eine konvexe Kontur auf.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann das Motorsystem ferner eine Steuerung enthalten, die dazu konfiguriert ist, den Strömungsführungsaktuator zur Drehung der Strömungsänderungsfläche in eine inaktive Position und mehrere aktive Positionen basierend auf Motorbetriebsbedingungen anzusteuern. Bei diesem Aspekt können die Motorbetriebsbedingungen Motorleistung und/oder -last und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder Temperatur und/oder Motordrehzahl und/oder Abgaszusammensetzung umfassen.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann die drehbare Strömungsführung eine Welle enthalten, die direkt an der Strömungsänderungsfläche und dem Strömungsführungsaktuator befestigt ist.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann ein zwischen einer Drehachse der Welle und einer durch eine Längsspitze der Strömungsänderungsfläche verlaufenden Linie und einem Schnittpunkt zwischen der Welle und der Strömungsänderungsfläche gebildeter Winkel größer als 5 Grad sein.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann ein Abschnitt der Strömungsänderungsfläche radial von einer Drehachse der Welle versetzt sein.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann sich die Welle durch eine Unterwand eines Einlasskanals in einem Zylinderkopf erstrecken.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann eine Drehachse der Strömungsänderungsfläche eine mittlere Achse des Einlassventils in einem nicht geraden Winkel schneiden.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte können Tumble-Verhältnisse und/oder Drallverhältnisse des Einlassluftstroms, wenn sich die Strömungsänderungsfläche in den mehreren aktiven Positionen befindet, jeweils größer sein als ein Tumble-Verhältnis und/oder Drallverhältnis des Einlassluftstroms, wenn sich die Strömungsänderungsfläche in der inaktiven Position befindet.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann eine Drehachse der Strömungsänderungsfläche eine mittlere Achse des Einlassventils in einem nicht geraden Winkel schneiden.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann das Verfahren ferner unter einer dritten Betriebsbedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine zweite aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein zweites ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt, umfassen.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte wird unter der dritten Betriebsbedingung ein Drallverhältnis des Einlassluftstroms erhöht, und ein Tumble-Verhältnis des Einlassluftstroms wird verringert.
Bei jeglichen der hierin beschriebenen Aspekte oder bei irgendeiner Kombination der Aspekte kann die erste Betriebsbedingung sein, wenn die Motordrehzahl unter einem Schwellenwert liegt, und die zweite Betriebsbedingung kann sein, wenn die Motordrehzahl über dem Schwellenwert liegt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können je nach der bestimmten Strategie, die verwendet wird, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem zu programmierenden Code grafisch darstellen.
Es versteht sich von selbst, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, R-4- (I-4-), R-6- (I-6-), V-12-, Boxer-4- und andere Motorarten angewendet werden. Ferner können eine oder mehrere der verschiedenen Systemkonfigurationen in Kombination mit einer oder mehreren der beschriebenen Diagnoseroutinen verwendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.

Claims

Motorsystem, umfassend: eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile des durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstroms erzeugt; und einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die Strömungsänderungsfläche eine zweite Seite mit einer gekrümmten Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche löffelförmig mit einer ebenfalls löffelförmigen gegenüberliegenden Fläche ist, so dass insgesamt eine Löffelform gebildet wird, wobei der Aktuator die Löffelform um eine Achse des Löffelgriffs dreht.
Motorsystem nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Seite der Strömungsänderungsfläche entgegengesetzte Konturen aufweisen.
Motorsystem nach Anspruch 3, wobei eine Drehbewegung der Strömungsänderungsfläche die Beziehung der ersten und der zweiten Seite zu dem Einlassluftstrom ändert, um gewünschte Tumble- und Drallprofile zu erzeugen.
Motorsystem nach Anspruch 2, wobei die erste Seite eine konkave Kontur aufweist und die zweite Seite eine konvexe Kontur aufweist.
Motorsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die zum Ansteuern des Strömungsführungsaktuators zum Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine inaktive Position und mehrere aktive Positionen basierend auf Motorbetriebsbedingungen konfiguriert ist.
Motorsystem nach Anspruch 6, wobei die Motorbetriebsbedingungen Motorleistung und/oder -last und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder Temperatur und/oder Motordrehzahl und/oder Abgaszusammensetzung umfassen.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei die drehbare Strömungsführung eine Welle enthält, die direkt an der Strömungsänderungsfläche und dem Strömungsführungsaktuator befestigt ist.
Motorsystem nach Anspruch 8, wobei ein zwischen einer Drehachse der Welle und einer durch eine Längsspitze der Strömungsänderungsfläche verlaufenden Linie und einem Schnittpunkt zwischen der Welle und der Strömungsänderungsfläche gebildeter Winkel größer als 5 Grad ist.
Motorsystem nach Anspruch 8, wobei ein Abschnitt der Strömungsänderungsfläche radial von einer Drehachse der Welle versetzt ist.
Motorsystem nach Anspruch 8, wobei sich die Welle durch eine Unterwand eines Einlasskanals in einem Zylinderkopf erstreckt.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei eine Drehachse der Strömungsänderungsfläche eine mittlere Achse des Einlassventils in einem nicht geraden Winkel schneidet.
Motorsystem, umfassend: eine drehbare Strömungsführung, die eine stromaufwärts eines Einlassventils positionierte Strömungsänderungsfläche enthält, welche eine erste Seite mit einer konkaven Kontur und eine zweite Seite mit einer konvexen Kontur aufweist, wobei die Strömungsänderungsfläche in mehreren aktiven Positionen Tumble- und Drallströmungsprofile in dem durch das Einlassventil in einen Zylinder eintretenden Einlassluftstrom erzeugt; und einen Strömungsführungsaktuator, der die Strömungsänderungsfläche zum Ändern der Tumble- und Drallströmungsprofile des Einlassluftstroms dreht.
Motorsystem nach Antwort 13, ferner umfassend eine Steuerung, die zum Ansteuern des Strömungsführungsaktuators zum Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine inaktive Position und mehrere aktive Positionen basierend auf Motorbetriebsbedingungen konfiguriert ist.
Motorsystem nach Anspruch 13, wobei Tumble-Verhältnisse und/oder Drallverhältnisse des Einlassluftstroms, wenn sich die Strömungsänderungsfläche in den mehreren aktiven Position befindet, jeweils größer sind als ein Tumble-Verhältnis und/oder Drallverhältnis des Einlassluftstroms, wenn sich die Strömungsänderungsfläche in der inaktiven Position befindet.
Motorsystem nach Anspruch 13, wobei eine Drehachse der Strömungsänderungsfläche eine mittlere Achse des Einlassventils in einem nicht geraden Winkel schneidet.
Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems, umfassend: unter einer ersten Betriebsbedingung Leiten von Einlassluft durch einen Einlasskanal an einer Strömungsänderungsfläche in einer drehbaren Strömungsführung in einer inaktiven Position, in der sich die Strömungsänderungsfläche direkt neben einer Wand eines Einlasskanals stromaufwärts eines Einlassventils eines Zylinders befindet, vorbei; und unter einer zweiten Bedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt.
Verfahren nach 17, ferner umfassend unter einer dritten Betriebsbedingung Drehen der Strömungsänderungsfläche in eine zweite aktive Position, in der die Strömungsänderungsfläche ein zweites ausgewähltes Tumble- und Drallströmungsprofil der durch das Einlassventil in den Zylinder eintretenden Einlassluft erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei unter der dritten Betriebsbedingung ein Drallverhältnis des Einlassluftstroms erhöht wird und ein Tumble-Verhältnis des Einlassluftstroms verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Betriebsbedingung ist, wenn die Motordrehzahl unter einem Schwellenwert liegt, und die zweite Betriebsbedingung ist, wenn die Motordrehzahl über dem Schwellenwert liegt.