DE102017118725A1 - Ein einlasskanal zum erzeugen von starkem wirbel und drall - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Systeme zum Erzeugen von Wirbel in Ansaugluft durch Herstellen einer asymmetrischen Ringöffnung zum Strömen von Ansaugluft in eine Brennkammer eines Motorzylinders werden bereitgestellt. Die asymmetrische Ringöffnung kann durch Verändern eines Winkels eines Einlassventiltellers eines Einlassventils hergestellt werden. Der Winkel des Einlassventiltellers kann auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern durch Ausfahren oder Zurückziehen einer oder mehrerer Verbindungsstangen, die an eine Ringwirbelführung, die innerhalb eines Ringkanals aufgenommen ist, gekoppelt ist, variieren.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Erzeugen von Wirbel und Drall in Ansaugluft, die in eine Brennkammer eines Fahrzeugmotors strömt.
  • Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
  • Die Verteilung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors zum Zündzeitpunkt betrifft im engeren Sinne die Motorleistung und Emissionsqualität, insbesondere die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoffmonoxid und Partikeln. Während der Direktkraftstoffeinspritzung können ein Wirbelstrom, wobei ein Wirbel in einer vertikalen Ebene des Zylinders entsteht, und ein Drallstrom, wobei ein Wirbel in einer horizontalen Ebene des Zylinders entsteht, eingeführt werden, um die Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer des Zylinders zu beschleunigen und zu unterstützen. Aufgrund des erzeugten Wirbels und Dralls kann sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch weitreichend durch die gesamte Brennkammer verteilen, wodurch die Verbrennung gefördert wird. Das Verbessern von Wirbel und Drall stellt die Kraftstoffverfügbarkeit nahe einer Zündquelle, wie etwa einer Zündkerze, sicher, wodurch Verbrennungseffizienz, Kraftstoffeffizienz und Leistung des Motors verbessert werden.
  • Andere Versuche, einen adäquaten Wirbel und Drall zu erzeugen, beinhalten eine variable Einlasskanalgeometrie, um den gewünschten Wirbel und Drall der Ansaugluft zu erhalten. Die variable Einlasskanalgeometrie kann die Verwendung einer Ablenkplatte oder eines Antriebsstücks in oder neben dem Einlasskanal und die Verwendung einer Ablenkplatte oder eines Deflektors auf dem Einlassventil beinhalten. Drall-erzeugende Einlasskanäle mit verschiedenen Formen von Ventilen, Klappenventilen, Schaufeln oder anderen Vorrichtung können außerdem die Einlasskanalkonfiguration variieren. In einem beispielhaften Ansatz, der in US 4,309,969 gezeigt ist, beinhaltet eine Rückseite eines Einlassventils eine Randverkleidung, richtungsgebende Schaufeln und einen halbkreisförmigen Teller, der an einer oberen Kante der richtungsgebenden Schaufeln befestigt ist. Die daraus folgende Einlasskanalkonfiguration kann den gewünschten Wirbel und Drall in der Ansaugluft auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern erzeugen.
  • Die Erfinder haben hierin jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel ist der Einstellmechanismus von Ventilen und Schaufeln, um Drall einzuleiten, umständlich und teuer. Außerdem können strukturelle Modifizierungen des Einlasskanals den Strom einschränken, insbesondere während Vollgasbedingungen, die zu einem erheblichen Druckabfall führen können. Ferner kann sich Ruß auf der Ablenkplatte oder den Antriebsstücken, auf den Ventilmechanismen und/oder auf den Schaufeln ansammeln, was zu einer Verschlechterung führen kann.
  • In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme von einer Wirbelführung, die beweglich in einem Kanal eines Zylinderkopfs direkt unterhalb eines Ventilsitzes, der dazu konfiguriert ist, sich mit einem Einlassventil zu verbinden, aufgenommen ist, und einem Aktor angegangen werden, der dazu konfiguriert ist, die Wirbelführung zu bewegen, um Kontakt mit einem Einlassventilteller des Einlassventils herzustellen, um einen Winkel des Einlassventiltellers zu verändern.
  • In einem Beispiel kann die Wirbelführung eine Ringwirbelführung sein, die in einem Ringkanal aufgenommen ist, und eine Verbindungsstange kann die Ringwirbelführung an den Aktor koppeln. Bei einer Standardlänge der Verbindungsstange kann die Ringwirbelführung vollständig innerhalb des Ringkanals aufgenommen sein, und eine Öffnung, die einen Einlasskanal fluidisch mit der Brennkammer verbindet, kann symmetrisch sein.
  • Die Länge der Verbindungsstange kann weg von der Standardlänge erhöht oder reduziert werden, um einen Winkel des Einlassventiltellers zu verändern. Zum Beispiel kann eine Ringwirbelführung bei einer ausgefahrenen Länge der Verbindungsstange zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragen. Das erste Segment der Ringwirbelführung kann mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommen, wenn das Einlassventil auf eine offene Position betätigt wird, wodurch der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine erste asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen. Ähnlich dazu bewegt sich das erste Segment der Ringwirbelführung bei einer zurückgezogenen Länge der Verbindungsstange weiter zurück in den Ringkanal, weg vom Einlassventilteller, und ein zweites Segment der Ringwirbelführung, das sich gegenüber dem ersten Segment befindet, ragt zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers heraus. Das zweite Segment der Ringwirbelführung kann mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommen, wenn das Einlassventil zu einer offenen Position betätigt wird, wodurch der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine zweite asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen.
  • Auf diese Weise stellt das Verändern des Winkels des Einlassventiltellers durch Ausfahren oder Zurückziehen der Verbindungsstange, die an die Ringwirbelführung gekoppelt ist, eine asymmetrische Öffnung vom Einlasskanal zur Brennkammer her. Der Winkel des Einlassventils kann auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen reguliert werden, beispielsweise auf der Grundlage der Motorlast und von Motorkaltstartbedingungen. Das Einleiten von Ansaugluft durch die asymmetrische Öffnung in die Brennkammer kann, in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern, einen gewünschten Wirbel erzeugen. Der erzeugte Wirbel und Drall kann die Kraftstoffverbrennung erhöhen, wodurch die Kraftstoffeffizienz erhöht und Emissionen verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es wird nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig in den Ansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die obenstehend oder in jeglichem Teil dieser Offenbarung vermerkte Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Motorsystem eines Fahrzeugs.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht eines Einlassventils in einer geschlossenen Position entlang eines Einlasskanals, einschließlich einer Wirbelführung.
  • 3 zeigt eine Draufsicht des Einlassventils aus 2.
  • 4A zeigt das Einlassventil aus 2 in einer offenen Position und die Wirbelführung in einer Nicht-Wirbel-erzeugenden Position.
  • 4B zeigt eine Draufsicht des Einlassventils aus 4A.
  • 5A zeigt das Einlassventil aus 2 in der offenen Position und die Wirbelführung in einer ersten Wirbel-erzeugenden Position.
  • 5B zeigt eine Draufsicht des Einlassventils aus 5A.
  • 6A zeigt das Einlassventil aus 2 in der offenen Position und die Wirbelführung in einer zweiten Wirbel-erzeugenden Position.
  • 6B zeigt eine Draufsicht des Einlassventils aus 6A.
  • 7A und 7B veranschaulichen Draufsichten des Einlassventils aus 2 mit der Wirbelführung in einer dritten bzw. vierten Wirbel-erzeugenden Position.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Wirbel in Ansaugluft.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Erzeugen von Wirbel und Drall in Ansaugluft, die durch einen Einlasskanal in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotorsystems strömt. 1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem, umfassend ein Einlassventil zum Regulieren von Strom von Ansaugluft in eine Brennkammer eines Zylinders des Motors. Die Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer kann durch Regulieren eines Winkels eines Einlassventiltellers durch eine Ringwirbelführung gesteuert werden, während das Einlassventil geöffnet wird. 2A zeigt eine Ausführungsform eines Einlassventils zusammen mit einer Ringwirbelführung zum Regulieren des Winkels eines Einlassventiltellers durch Ausfahren oder Zurückziehen einer oder mehrerer Stangen, die an die Ringwirbelführung gekoppelt sind. Die Symmetrie des Ansaugluftstromwegs um das Einlassventil und durch die Öffnung, die Ansaugluft vom Einlasskanal in die Brennkammer leitet, kann von der Position der Ringwirbelführung relativ zum Einlassventilteller abhängen. Die 2A, 4A, 5A und 6A veranschaulichen Seitenansichten und die 3, 4B, 5B, 6B, 7A und 7B veranschaulichen Draufsichten der relativen Position der Ringwirbelführung und des Einlassventiltellers während verschiedener Positionen der Wirbelführung und des Einlassventils (geschlossene Position, offene Position oder abgewinkelte offene Positionen). Für eine spezifische Motorbetriebsbedingung können der gewünschte Wirbel und Drall durch Regulieren des Winkels des Einlassventiltellers erzeugt werden, was wiederum die Symmetrie der Öffnung, die Ansaugluft in die Brennkammer leitet, definiert. 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Wirbel in Ansaugluft, die durch ein in 2 veranschaulichtes Einlassventil strömt, auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern.
  • Um ein adäquates Mischen von Ansaugluft mit Kraftstoff während der Verbrennung sicherzustellen, können Wirbel und Drall in der Ansaugluft erzeugt werden, um das Luft- und Kraftstoffmischen zu verbessern, um eine Verbrennung einzuleiten. Um das Luft-Kraftstoff-Mischen zu verbessern, kann ein Winkel eines Einlassventiltellers verändert werden, während das Einlassventil geöffnet wird, um Ansaugluft in die Brennkammer zu strömen. Je nach Winkel des Einlassventiltellers kann eine Öffnung des Einlasskanals in die Brennkammer symmetrisch oder asymmetrisch sein. Bei einer symmetrischen Öffnung kann der Einlasskanal eine gleichmäßige fluidische Verbindung zur Brennkammer um einen gesamten äußeren Umfang des Einlassventiltellers aufweisen, wenn sich das Einlassventil in einer offenen Position befindet. Im Gegensatz dazu kann sich der Einlasskanal bei einer asymmetrischen Öffnung fluidisch mit der Brennkammer um bestimmte Abschnitte des äußeren Umfangs des Einlassventiltellers verbinden, während der Einlasskanal keine fluidische Verbindung oder eine begrenzte fluidische Verbindung zur Brennkammer um andere Abschnitte des äußeren Umfangs des Einlassventiltellers aufweisen kann, wenn das Einlassventil offen ist. Die Symmetrie der Öffnung, die den Einlasskanal mit der Brennkammer verbindet, kann den Wirbel und Drall, die in der Ansaugluft, die durch die Öffnung strömt, erzeugt wird, bestimmen.
  • In einem Beispiel kann eine Ringwirbelführung, die an eine oder mehrere Verbindungsstangen gekoppelt ist, verwendet werden, um Wirbel in der Ansaugluft, die von einem Einlasskanal zur Brennkammer strömt, zu erzeugen. Die Position der Ringwirbelführung in Bezug auf einen Einlassventilteller des Einlassventils kann je nach Motorbetrieb verändert werden. Die Länge der einen oder mehreren Verbindungsstangen kann variiert werden, um verschiedene Segmente der Ringwirbelführung von einem Ringkanal um eine innere Wand eines Einlasskanals unterhalb eines Einlassventilsitzes herauszudrücken und/oder zurückzuziehen. In Abhängigkeit von den Motorbetriebsparametern kann das Segment der Ringwirbelführung, die aus dem Ringkanal herausragt, einen Winkel des Einlassventiltellers ändern, wenn das Einlassventil geöffnet wird, wodurch eine asymmetrische Öffnung zum Strömen von Ansaugluft in die Brennkammer hergestellt wird. Die asymmetrische Öffnung kann Wirbel und Drall in der Ansaugluft, die durch die Öffnung strömt, ohne zusätzliche Wirbel-erzeugende Vorrichtungen, wie etwa Drallschaufeln oder Ablenkbleche, die an das Einlassventil und/oder den Einlasskanal gekoppelt sind, erzeugen.
  • Die 1–7B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie so gezeigt werden, dass sie sich direkt berühren oder direkt aneinander gekoppelt sind, können derartige Elemente zumindest in einem Beispiel jeweils als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die anliegend aneinander oder benachbart zueinander gezeigt werden, zumindest in einem Beispiel jeweils anliegend aneinander oder benachbart zueinander sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem Flächen teilenden Kontakt zu einander liegen als in Flächen teilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum dazwischen ist und keine anderen Komponenten, zumindest in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in wenigstens einem Beispiel als „Oberteil“ der Komponente bezeichnet werden, und ein Element oder ein Punkt, das/der sich am nächsten am Boden des Elements befindet, kann als „Boden“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne kann sich Oberteil/Boden, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und verwendet werden, um die Anordnung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Von daher sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als ein weiteres Beispiel können ferner Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die so gezeigt werden, dass sie einander kreuzen, zumindest in einem Beispiel als kreuzende Elemente oder einander kreuzend bezeichnet werden. Weiterhin kann ein Element, das in einem anderen Element oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10, der in ein Propulsionssystem eines Automobils. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das die Steuerung 12 beinhaltet, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Brennkammer 30 des Motors 10 kann die Brennkammerwände 32 umfassen, wobei der Kolben 36 darin positioniert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Stirnseite des Kolbens 36 innerhalb des Zylinders 30 eine Schale aufweisen. Der Kolben 36 kann an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein intermediäres Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassmotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über den Abgaskanal 48 ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können über des entsprechende Einlassventil 52 und Auslassventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In manchen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
  • Der Ansaugkanal 42 oder der Ansaugkrümmer 44 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 beinhalten. In diesem besonderen Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64, oder einer Drosselöffnung, durch die Steuerung 12 über ein Signal variiert werden, welches einem Elektromotor oder einem Aktor bereitgestellt wird, den die Drossel 62 umfasst, wobei es sich um eine Auslegung handelt, die gemeinhin als eine elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 dazu betrieben werden, dass die Ansaugluft variiert wird, die unter anderen Motorzylindern der Brennkammer 30 bereitgestellt wird. Die Position der Drosselklappe 64 kann durch das Drosselstellungssignal TP zur Steuerung 12 geleitet werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 12 beinhalten.
  • Der Ansaugkanal 42 oder der Ansaugkrümmer 44 kann Ansaugluft stromabwärts der Drosselklappe 64 zu einer Einlassöffnung jedes Zylinders im Mehrzylindermotor strömen. Das Einlassventil 52 kann den Strom von Ansaugluft zur Brennkammer 30 regulieren, und eine Position des Einlassventils 52 kann von der Steuerung 12 über einen elektrischen Ventilaktor (EVA) 51 gesteuert werden. In einem Beispiel kann ein Winkel eines Einlassventiltellers 49 des Einlassventils 52 verändert werden, um einen gewünschten Wirbel und Drall in der Ansaugluft, die durch das Einlassventil zur Brennkammer strömt, zu erzeugen. Der Winkel des Einlassventiltellers 49 kann durch eine Aktor-regulierte Ringwirbelführung reguliert werden, wobei die Position der Ringwirbelführung auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern durch die Steuerung 12 verändert werden kann.
  • Das Auslassventil 54 kann an den Abgaskanal 48 gekoppelt und durch die Steuerung 12 über EVA 53 gesteuert werden. Alternativ kann der variable Ventilaktor elektrohydraulisch oder ein beliebiger anderer erdenklicher Mechanismus sein, um die Ventilbetätigung zu ermöglichen. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Stellantrieben 51 und 53 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der entsprechenden Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann durch Ventilpositionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch einen oder mehrere Nocken betätigt werden und sie können eines oder mehrere des Nockenprofilverstellungs-(CPS), variablen Nockensteuerungs-(VCT), variablen Ventilsteuerungs-(VVT) und/oder variables Ventilhub-(VVL)-Systems nutzen, um den Ventilbetrieb zu variieren. Beispielsweise kann Zylinder 30 alternativ ein über elektronische Ventilansteuerung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenansteuerungssysteme gesteuertes Auslassventil beinhalten, die CPS und/oder VCT beinhalten.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 67 ist in der Darstellung direkt an die Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des Signals FPW1, das von Steuerung 12 empfangen wird, direkt darin einzuspritzen. So stellt die Einspritzvorrichtung 67 eine direkte Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bereit. Die Einspritzvorrichtung kann beispielsweise an der Seite der Brennkammer oder an der Oberseite der Brennkammer angebracht werden. Zusätzlich ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 in der Darstellung direkt an den Einlasskanal gekoppelt, um Kraftstoff stromaufwärts des Einlassventils 52 einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 bereit, was als Saugrohreinspritzung in die Brennkammer 30 bekannt ist. Der Kraftstoff kann den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 67 und 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht abgebildet) zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffzuteiler gehört.
  • Das Zündsystem 88 kann der Brennkammer 30 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. Obwohl Fremdzündungskomponenten gezeigt werden, kann/können die Brennkammer 30 oder ein oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
  • Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein System zur Abgasrückführung (AGR) einen gewünschten Teil des Abgases vom Abgaskanal 48 zum Ansaugkrümmer 44 leiten. In diesem Beispiel wird ein Hochdruck-(HP)-AGR-Kanal 140 veranschaulicht. Der bereitgestellte Umfang der AGR für den Ansaugkrümmer 44 kann durch die Steuerung 12 über das HP-AGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 144 innerhalb des HP-AGR-Kanals 140 angeordnet sein und eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen. Alternativ kann der AGR-Strom durch einen berechneten Wert auf der Grundlage von Signalen vom MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP-(Ansaugkrümmer), MAT-(Krümmergastemperatur) und des Kurbeldrehzahlsensors gesteuert werden. Außerdem kann der AGR-Strom auf der Grundlage eines Abgas-O2-Sensors und/oder eines Ansaug-Sauerstoffsensors (Ansaugkrümmer) gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System auch verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer und/oder die Temperatur nahe PF 72 zu regulieren. Während 1 ein Hochdruck-AGR-System zeigt, kann zusätzlich, oder alternativ, ein Niederdruck-AGR-System verwendet werden. Bei einem Niederdruck-AGR-System kann AGR von stromabwärts einer Turbine oder eines Turboladers nach stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers geleitet werden.
  • Der Motor 10 kann ferner eine Verdichtungsvorrichtung wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor beinhalten, welche mindestens einen Verdichter 162 umfasst, der entlang des Ansaugkrümmers 44 angeordnet ist. Im Falle eines Turboladers kann der Verdichter 162 zumindest teilweise von einer Turbine 164 (z. B. über eine Welle), die entlang eines Abgaskanals 48 angeordnet ist, angetrieben werden. Im Falle eines Kompressors kann der Verdichter 162 zumindest teilweise von dem Motor 10 und/oder einer elektrischen Maschine angetrieben werden und beinhaltet eventuell keine Turbine. Daher kann das Maß an Verdichtung, das einem oder mehreren Zylindern des Motors über einen Turbolader oder Kompressor bereitgestellt wird, durch die Steuerung 12 variiert werden.
  • Ein Abgassensor 126 ist der Darstellung nach an den Abgaskanal 48 stromaufwärts von der Emissionssteuerungsvorrichtung (ECD) 70 gekoppelt. Der Abgassensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses sein, wie zum Beispiel eine lineare Lambdasonde oder UEGO (Universal- oder Weitbereich-Abgas-Sauerstoff), eine Zweizustands-Lambdasonde oder EGO, eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Obwohl die Lambdasonde 14 und der Temperatursensor 16 zusätzlich zu dem Abgassensor 126 in 1 gezeigt sind, kann/können einer oder mehrere dieser Sensor weggelassen und/oder bewegt werden.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, beinhaltend einen Mikroprozessor 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium (z. B. computerlesbar) für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem konkreten Beispiel als Nurlesespeicher 106 gezeigt, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder anderer Art), der an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselklappenstellung (TP), oder einer Drosselöffnung, von einem Drosselklappenstellungssensor; und eines Krümmer-Absolutdruck-Signals, MAP, von einem Sensor 122. Die Steuerung 12 nutzt die verschiedenen Aktoren aus 1, um den Motorbetrieb auf der Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal (MAP) vom Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der vorangehend erwähnten Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor und umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Angabe des Verbrennungsmotordrehmoments geben. Ferner kann dieser Sensor gemeinsam mit der detektierten Motordrehzahl eine Schätzung der Ladung (einschließlich Luft), die in den Zylinder eingeleitet wurde, bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der ebenfalls als Motordrehzahlsensor verwendet werden kann, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen je Umdrehung der Kurbelwelle produzieren.
  • Ein Nurlesespeicher 106 eines Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die vom Mikroprozessor 102 zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die vorausgesetzt, jedoch nicht explizit aufgezählt werden, ausführbar sind.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors und jeder Zylinder kann gleichermaßen seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung, Zündkerzen usw. beinhalten.
  • 2 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Einlasskanals 234, der von einer Wand 211 eines Zylinderkopfes 210 definiert wird. Ein Einlassventil 200, einschließlich eines Einlassventiltellers 202, der an eine Druckstange 204 gekoppelt ist, erstreckt sich entlang des Einlasskanals 234 in Richtung einer Brennkammer 236. Das Einlassventil 200 und die Brennkammer 236 können nicht einschränkende Beispiele des Einlassventils 52 und der Brennkammer 30 aus 1 sein. Zusätzlich zum Einlassventil 200 können sich ein Auslassventil (wie etwa das Auslassventil 54 aus 1) und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 67 aus 1 zur Direkteinspritzung) jeweils auf der Brennkammer öffnen. In einem anderen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung Kraftstoff in den Einlasskanal einspritzen (Saugrohreinspritzungen), beispielsweise die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 aus 1, der dann gemeinsam mit der Ansaugluft in die Brennkammer geleitet werden kann. In einem Beispiel kann mehr als ein Einlassventil an die Brennkammer jedes Zylinders des Motors gekoppelt werden.
  • Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 280 kann an die Brennkammer gekoppelt werden, um der Brennkammer 236 Kraftstoff direkt zuzuführen. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 280 rechts des Einlassventils positioniert sein, wie in 2 veranschaulicht, wenn der im Fahrzeug installierte Motor von vorn betrachtet wird. In anderen Beispielen kann die Position der Kraftstoffeinspritzvorrichtung links des Einlassventils sein.
  • Das Einlassventil 200 wird in einer geschlossenen Position 251 in 2 veranschaulicht. Der Einlassventilteller 202 kann, wenn er sich mit einem Ventilsitz 215 entlang des Zylinderkopfes 210 in Kontakt befindet, die fluidische Verbindung des Einlasskanals 234 mit der Brennkammer 236 blockieren, wodurch das Einlassventil geschlossen und der Strom von Ansaugluft vom Einlasskanal 234 zur Brennkammer 236 verhindert wird, wie in 2 veranschaulicht. Im Gegensatz dazu kann Ansaugluft, die durch den Einlasskanal einströmt, in die Brennkammer 236 eingeleitet werden, indem das Einlassventil 200 geöffnet wird, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4A–7B erörtert wird.
  • Der Einlassventilteller 202 kann eine Unterfläche 252 beinhalten, die der Brennkammer gegenüberliegt. Wenn sich das Einlassventil in der geschlossenen Position befindet, kann die Unterfläche 252 parallel zur einer Längsachse 255 einer Öffnung 260 der Brennkammer 236 sein. Eine Oberfläche 250, die der Unterfläche 252 des Einlassventiltellers 202 gegenüberliegt, kann sich dem Einlasskanal zuwenden und sich von der Brennkammer 236 weg wenden. In einem Beispiel kann die Oberfläche 250 nach unten in Richtung der Unterfläche 252 geneigt sein, sodass der Einlassventilteller eine konische Auslegung aufweist, wie in der Seitenansicht in 2 veranschaulicht. In einem anderen Beispiel kann die Auslegung der Oberfläche relativ zur Unterfläche 252 unterschiedlich sein, um beispielsweise dazu konfiguriert zu sein, den Einlassventilteller oval, kreisförmig, rechteckig usw. zu machen.
  • In 2 ist die Unterfläche 252 des Einlassventiltellers 202 parallel zur Längsachse 255 der Öffnung 260 der Brennkammer 236 und ist senkrecht zu einer Längsachse 253 der Druckstange 204. Die Oberfläche 250 des Einlassventiltellers 202 kann an einen Schwenkmechanismus 220 auf einer Basis der Druckstange 204 gekoppelt werden. In einem Beispiel kann der Schwenkmechanismus ein Scharniergelenk auf der Basis der Druckstange sein, die sich mit dem Einlassventilteller koppelt. In einem anderen Beispiel kann der Schwenkmechanismus 220 ein Kugelgelenk sein, der die Druckstange 204 an den Einlassventilteller 202 koppelt. Der Schwenkmechanismus 220 kann einen Winkel A zwischen der Unterfläche 252 und der Längsachse 253 verändern. Der Schwenkmechanismus 220 kann dem Einlassventilteller erlauben, in eine beliebige Richtung zu schwenken. In einigen Beispielen kann der Bewegungsbereich am Schwenkmechanismus eingeschränkt sein, beispielsweise kann der Winkel A nicht weniger als 15° relativ zur Längsachse 253 sein. In anderen Beispielen kann der Schwenkmechanismus einen relativ uneingeschränkten Bewegungsbereich bereitstellen. Ein Mechanismus zum Erlauben einer Winkelbewegung des Einlassventiltellers wird nachfolgend erörtert.
  • Zusätzlich zur Winkelbewegung des Einlassventiltellers 202 kann die Druckstange 204, die an den Einlassventilteller 202 gekoppelt ist, den Einlassventilteller in einer nach unten gerichteten Richtung (d. h. in Richtung der Brennkammer 236, während das Ventil geöffnet wird, um den Ansaugluftstrom vom Einlasskanal zur Brennkammer zu erlauben) oder in einer nach oben gerichteten Richtung (d. h. weg von der Brennkammer 236 in Richtung des Einlasskanals, während das Ventil geschlossen wird) bewegen.
  • Die Druckstange 204 kann an einen Aktor gekoppelt sein (zum Beispiel einen elektrischen Aktor oder ein Nocken einer Nockenwelle). Die nach oben/unten gerichtete Bewegung der Druckstange und somit des gekoppelten Einlassventiltellers kann von dem Aktor reguliert werden. Der Aktor kann die Druckstange und den gekoppelten Einlassventilteller 202 betätigen, um sich zu Beginn eines Ansaugtaktes eines Motorzyklus nach unten zur Brennkammer zu bewegen, und kann die Druckstange mit dem Einlassventilteller am Ende des Ansaugtaktes weg von der Brennkammer bewegen, wodurch das Einlassventil geöffnet bzw. geschlossen wird. Die nach oben und unten gerichtete Bewegung des Einlassventiltellers gemeinsam mit der Winkelbewegung des Einlassventiltellers am Schwenkmechanismus 220 definiert das Öffnen des Einlasskanals 234 zur Brennkammer 236 und wird ferner unter Bezugnahme auf die 4A–7B erörtert.
  • Ein Mechanismus zum Erlauben der Winkelbewegung des Einlassventiltellers kann eine Ringwirbelführung 208 beinhalten, die beweglich innerhalb eines Ringkanals 206 aufgenommen sein kann. Der Ringkanal 206 kann sich direkt unterhalb des Ventilsitzes 215 um einen inneren Umfang der Öffnung 260 der Brennkammer befinden. Der Ringkanal 206 kann sich entlang des Zylinderkopfes unterhalb des Ventilsitzes 215 ohne intervenierende Strukturen im Zylinderkopf zwischen dem Ringkanal 206 und dem Ventilsitz 215 befinden. Die Beziehung der Ringwirbelführung relativ zum Einlassventilteller kann durch Bewegung der Ringwirbelführung in den oder aus dem Ringkanal verändert werden. Eine erste Stange 212 (veranschaulicht in 2 und 3) und eine zweite Stange 214 (veranschaulicht in 3) kann an die Ringwirbelführung 208 gekoppelt werden. 2 veranschaulicht die erste Stange 212, die an einen ersten Aktor 221 gekoppelt ist. Die erste Stange kann eine Standardlänge L1 aufweisen, sodass die Ringwirbelführung vollständig innerhalb des Ringkanals entlang des Umfangs des Ringkanals 206 beibehalten wird. Wie hierin verwendet, beinhaltet „vollständig“ innerhalb des Ringkanals alle Abschnitte der Wirbelführung, die innerhalb des Ringkanals enthalten sind, sodass kein Abschnitt der Wirbelführung aus dem Ringkanal in die Öffnung herausragt. Allerdings kann vollständig innerhalb des Ringkanals in einigen Beispielen einen Teil der Wirbelführung, der aus dem Ringkanal und in die Öffnung ragt, beinhalten, solange die Wirbelführung den Einlassventilteller an einem beliebigen Punkt der Betätigung des Einlassventils nicht berührt.
  • Eine Draufsicht 300 des Einlassventiltellers in 3 zeigt die Ringwirbelführung 208 in Bezug auf den Einlassventilteller 202, der an die Druckstange 204 gekoppelt ist. In der Veranschaulichung in 3 befindet sich der Einlassventilteller 202 in geschlossener Position (der Einlassventilteller 202 ist in Kontakt mit dem in der Seitenansicht in 2 veranschaulichten Ventilsitz 215). Die erste Stange, die an den ersten Aktor 221 gekoppelt ist, und die zweite Stange 214, die an den zweiten Aktor 222 gekoppelt ist, können jeweils die Standardlänge von L1 bzw. L1‘ aufweisen, wodurch die Ringwirbelführung 208 im Ringkanal bei einem gleichmäßigen Abstand vom Einlassventilteller 202 um den Umfang des Einlassventiltellers beibehalten wird. In einem Beispiel können sowohl die erste Stange als auch die zweite Stange entlang eines ersten Viertels des Umfangs der Ringwirbelführung positioniert sein, wie in der Draufsicht 300 des Einlassventils 200 veranschaulicht.
  • Die Länge der ersten Stange und/oder der zweiten Stange kann von dem ersten Aktor oder dem zweiten Aktor je nach Motorbetriebsparametern geändert werden, damit ein Segment der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragt. Das herausragende Segment des Einlassventils kann mit der Unterfläche 252 des Einlassventiltellers in Kontakt kommen, während das Einlassventil geöffnet wird. Der Kontakt zwischen dem Einlassventilteller und dem Segment des Einlassventiltellers, das aus dem Ringkanal herausragt, kann einen Winkel des Einlassventils relativ zur Längsachse 253 der Druckstange 204 ändern. Der Strömungsweg der Ansaugluft in die Brennkammer kann auf dem Winkel des Einlassventiltellers und durch die Symmetrie der Öffnung der Brennkammer beruhen, wie nachfolgen erörtert wird.
  • 4A veranschaulicht eine Seitenansicht des Einlassventils 200 in einer offenen Position 201, wo der Einlassventilteller 202 innerhalb der Brennkammer 236 über dem Ventilsitz 215 hinaus positioniert ist. Die Ringwirbelführung 208 ist innerhalb der Ringwirbelführung positioniert, wobei die erste Stange die Standardlänge L1 aufweist, sodass die Ringwirbelführung 208 nicht über den Ringkanal um den Umfang des Ringkanals hinaus ausgefahren wird. Ähnlich hierzu kann auch die zweite Stange 214 (nicht sichtbar) die Standardlänge L1‘ aufweisen, wodurch die Ringwirbelführung nicht aus dem Ringkanal herausgedrückt wird. Der Einlassventilteller 202 ist nicht abgewinkelt und somit kann die Unterfläche 252 des Einlassventiltellers 202 parallel zur Längsachse 255 der Öffnung 260 der Brennkammer und bei dem Winkel A (wie in der geschlossenen Position 251 in 1) relativ zur Längsachse 253 sein, wobei der Winkel A 90° sein kann.
  • Wenn sich der Einlassventilteller innerhalb der Brennkammer über dem Ringkanal hinaus befindet und der Einlassventilteller nicht abgewinkelt ist, kann ein symmetrischer Spalt 230 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf entstehen. Ansaugluft aus dem Einlasskanal 234 strömt symmetrisch durch den symmetrischen Spalt 230 in die Brennkammer 236. Der Einlassventilteller ist nicht abgewinkelt und somit wird ein Ausgangsausmaß von Wirbel in Ansaugluft, die in die Brennkammer strömt, erzeugt, wie durch die Pfeile 263 veranschaulicht, z. B. für eine gegebene Ansaugluftstrommasse und/oder -geschwindigkeit.
  • 4B veranschaulicht eine Draufsicht 203, die die relative Position des Einlassventiltellers 202 und der Ringwirbelführung 208 während der offenen Position von 4A zeigt. Wenn sich die Ringwirbelführung innerhalb des Ringkanals befindet und sich das Einlassventil innerhalb der Brennkammer über dem Ringkanal hinaus befindet, erlaubt der symmetrische Spalt 230 der Ansaugluft aus dem Einlasskanal gleichmäßig/symmetrisch zur Brennkammer 236 zu strömen, wie in 4A veranschaulicht. Der symmetrische Spalt 230 ist symmetrisch (z. B. ist der Spalt entlang einer Gesamtheit des Umfangs des Einlassventiltellers gleichmäßig), wenn die Ringwirbelführung nicht aus dem Ringkanal entlang des Umfangs des Ringkanals herausragt und der Einlassventilteller nicht abgewinkelt ist.
  • 5A veranschaulicht eine Seitenansicht des Einlassventils 200 in einer ersten abgewinkelten offenen Position 205, wo der Einlassventilteller 202 innerhalb der Brennkammer 236 über dem Ventilsitz 215 hinaus positioniert ist. Die erste Stange weist eine ausgefahrene Länge L2 auf, die länger ist als die Standardlänge L1 (veranschaulicht in den 2–4A), sodass ein erstes Segment 208a der Ringwirbelführung 208 über den Ringkanal 206 hinaus ausgefahren wird, während ein gegenüberliegendes zweites Segment 208b der Ringwirbelführung weiter zurück in den Ringkanal 206 gedrückt wird. Das erste Segment beinhaltet eine erste Hälfte der Ringwirbelführung, die an die erste Stange 212 gekoppelt werden kann, und das zweite Segment 208b ist eine zweite Hälfte der Ringwirbelführung gegenüber dem ersten Segment 208a. Das erste Segment 208a kann die Hälfte der Ringwirbelführung 208 auf der linken Seite einer Mittelachse 262 sein und das zweite Segment 208b kann die gegenüberliegende Hälfte der Ringwirbelführung 208 auf der rechten Seite der Mittelachse 262 sein, wie in einer Draufsicht in 5B veranschaulicht wird.
  • Das erste Segment 208a kann in unterschiedlichem Maße aus dem Ringkanal herausragen und demzufolge kann sich das zweite Segment der Ringwirbelführung in unterschiedlichem Maße entlang des Umfangs des Ringkanals weiter zurück in den Ringkanal bewegen. Die zweite Stange 214 (nicht sichtbar in 5A, veranschaulicht in 5B) kann die Standardlänge L1‘ aufweisen, wobei die Ringwirbelführung nicht aus dem Ringkanal herausgedrückt wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 5A, wenn sich der Einlassventilteller nach unten in Richtung der Brennkammer bewegt, um das Einlassventil 200 zu öffnen, kann die Unterfläche 252 mit dem ersten Segment 208a der Ringwirbelführung, die aus dem Ringkanal herausragt, in Kontakt kommen. Der Einlassventilteller 202, wenn er mit den Drehzapfen der Ringwirbelführung am Schwenkmechanismus 220 in Berührung kommt, sodass die Unterfläche 252 sich bei einem Winkel A1 relativ zur Längsachse 253 befindet, wobei der Winkel A1 geringer sein kann als 90°.
  • Der Grad des Winkels A1 kann je nach Ausmaß des Vorsprungs der Ringwirbelführung variieren. Das Ausmaß des Vorsprungs kann wiederum von der Länge der ersten Stange abhängen. In einem ersten Beispiel kann der Winkel A1 30° betragen, wenn die Länge der ersten Stange maximal ist und somit auch ein Vorsprung der Ringwirbelführung maximal ist. Im Gegensatz dazu kann der Winkel A1 in einem zweiten Beispiel 60° betragen, wenn die Länge der ersten Stange weniger als im ersten Beispiel beträgt und somit auch der Vorsprung der Ringwirbelführung geringer ist.
  • Der Winkel des Einlassventiltellers passt die Öffnung 260 der Brennkammer an, um einen asymmetrischen Spalt 232 zwischen dem Einlassventilteller und der Brennkammeröffnung, die durch den Zylinderkopf 210 definiert wird, zu bilden. Der asymmetrische Spalt 232 beinhaltet einen ersten Abstand d1 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf, der die Brennkammeröffnung einrahmt, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und der Brennkammer ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu kann ein zweiter Abstand d2 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf, der die Öffnung 260 der Brennkammer definiert, keine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und der Brennkammer ermöglichen. Ansaugluft strömt durch den asymmetrischen Spalt 232 im Uhrzeigersinn in die Brennkammer, wie durch einen Pfeil 265 angegeben. In einem Beispiel, wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 280 auf der rechten Seite des Einlassventils positioniert ist, kann Ansaugluft, die durch den asymmetrischen Spalt 232 strömt, weg von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung strömen.
  • 5B veranschaulicht eine Draufsicht 207, die die Position des Einlassventiltellers 202 relativ zur Öffnung der Brennkammer während der ersten abgewinkelten Position von 5A zeigt. Wie oben beschrieben, ragt das erste Segment der Ringwirbelführung 208 aus dem Ringkanal und der Einlassventilteller ist abgewinkelt, wenn das Einlassventil geöffnet wird. Die Öffnung der Brennkammer wird angepasst, um den asymmetrischen Spalt 232 durch die abgewinkelte Position des Einlassventiltellers 202 zu bilden, wodurch Ansaugluft vom Einlasskanal zur Brennkammer 236 strömen kann, wie oben beschrieben.
  • 6A veranschaulicht eine Seitenansicht des Einlassventils 200 in einer zweiten abgewinkelten offenen Position 209, wo der Einlassventilteller 202 innerhalb der Brennkammer 236 über dem Ventilsitz 215 hinaus positioniert ist. Die erste Stange weist eine zurückgezogene Länge L3 auf, die kürzer ist als die Standardlänge L1 (veranschaulicht in 4A), sodass das erste Segment 208a der Ringwirbelführung 208 den gesamten Weg innerhalb des Ringkanals 206 gezogen wird, während ein gegenüberliegendes Segment der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal herausragt. Die zweite Stange 214 (nicht sichtbar in 6A, veranschaulicht in 6B) kann die Standardlänge von L1‘ aufweisen, wobei die Ringwirbelführung nicht aus dem Ringkanal gedrückt wird.
  • Wenn die Druckstange 204 den Einlassventilteller nach unten bewegt, um das Einlassventil 200 zu bewegen, kann die Unterfläche 252 des Einlassventiltellers 202 mit dem zweiten Segment 208b der Ringwirbelführung, die aus dem Ringkanal ragt, in Kontakt kommen. Der Einlassventilteller 202, wenn er mit den Drehzapfen der Ringwirbelführung entlang des Schwenkmechanismus 220 in Berührung kommt, sodass die Unterfläche 252 sich bei einem Winkel A2 befindet, wobei A2 relativ zur Längsachse 253 größer ist als 90°, wie in 6A gezeigt. Der Grad des Winkels A2 des Einlassventiltellers relativ zur Längsachse 253 kann von dem Ausmaß des Vorsprungs der Ringwirbelführung abhängen, die wiederum von der Länge der ersten Stange abhängt. In einem ersten Beispiel kann der Winkel A2 160° betragen, wenn die Länge L3 der ersten Stange maximal ist und somit der Vorsprung des zweiten Segments der Ringwirbelführung maximal ist. Im Gegensatz dazu kann der Winkel A2 in einem zweiten Beispiel 110° betragen, wenn die Länge der ersten Stange größer ist als im ersten Beispiel.
  • Wenn der Einlassventilteller bei einem Winkel A2 relativ zur Längsachse 253 ist und sich innerhalb der Brennkammer über den Ventilsitz 215 hinaus befindet, wird die Öffnung 260 der Brennkammer angepasst, um einen asymmetrischen Spalt 235 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf, der die Öffnung 260 definiert, zu bilden. Der asymmetrische Spalt 235 beinhaltet einen dritten Abstand d3 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf, der die Öffnung 260 der Brennkammer definiert, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und der Brennkammer ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu kann ein vierter Abstand d4 zwischen dem Einlassventilteller und dem Zylinderkopf, der die Öffnung der Brennkammer definiert, keine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und der Brennkammer ermöglichen. Somit strömt Ansaugluft durch den asymmetrischen Spalt 235 gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer, wie durch einen Pfeil 267 angegeben. Wenn sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 280 auf der rechten Seite des Einlassventils befindet, wie in 2 veranschaulicht, wird der Strom von Ansaugluft gegen den Uhrzeigersinn in Richtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung geleitet.
  • 6B veranschaulicht eine Draufsicht 213, die die Position des Einlassventiltellers 202 relativ zur Öffnung der Brennkammer während der zweiten abgewinkelten Position von 6A zeigt. Wie oben beschrieben, ragt das zweite Segment der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal, und der Einlassventilteller ist beim Öffnen abgewinkelt (innerhalb der Brennkammer über den Ventilsitz und den Ringkanal hinaus). Der asymmetrische Spalt 235 ermöglicht die Erzeugung von Wirbel und drall von Ansaugluft, die vom Einlasskanal zur Brennkammer 236 strömt, wie in 6A veranschaulicht.
  • 7A zeigt eine Draufsicht mit dem Einlassventilteller 202 bei einer dritten abgewinkelten Position 700, und 7B zeigt eine Draufsicht des Einlassventils in einer vierten abgewinkelten Position 702. Während der dritten abgewinkelten Position weist die erste Stange 212 die Standardlänge L1 auf, wobei die Ringwirbelführung nicht aus dem Ringkanal gedrückt wird. Allerdings kann die zweite Stange 214 auf eine Länge L3 ausgefahren werden, wobei die Länge L3 länger ist als die Standardlänge L1‘ der zweiten Stange 214. Die ausgefahrene Länge L3 der zweiten Verbindungsstange kann das gekoppelte Segmente 208 der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal drücken, während das gegenüberliegende Segment der Ringwirbelführung weiter zurück in den Ringkanal gedrückt wird. Die herausragende Ringwirbelführung kann den Einlassventilteller anwinkeln, wenn sie mit der Unterfläche 252 des Einlassventiltellers in Kontakt kommt, während das Einlassventil geöffnet wird. Ein asymmetrischer Spalt 238 wird zwischen dem Einlassventilteller 202 und dem Zylinderkopf, der die Öffnung der Brennkammer definiert, erzeugt. Ansaugluft strömt in die Brennkammer 236 mit zusätzlichem Wirbel und Drall gegen den Uhrzeigersinn durch den asymmetrischen Spalt 238. Wenn sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung an der rechten Seite des Einlassventils befindet, wie in 2 veranschaulicht, wird Ansaugluft, die durch den asymmetrischen Spalt 238 strömt, weg von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung geleitet.
  • Wenn die zweite Stange 214 eine vollständig zurückgezogene Länge L4 aufweist, die geringer ist als die Standardlänge L1‘ der zweiten Stange 214, bewegt sich ein Segment der Ringwirbelführung, die direkt an die zweite Stange gekoppelt ist, den gesamten Weg zurück in den Ringkanal 206 und demzufolge bewegt sich das gegenüberliegende Segment des Ringkanals aus dem Ringkanal, wodurch der Winkel des Einlassventiltellers verändert werden kann. Während der vollständig zurückgezogenen Länge der zweiten Stange, wenn sich das Einlassventil öffnet, kommt das Segment der Ringwirbelführung, das aus dem Ringkanal ragt, mit der Unterfläche 252, die den Einlassventilteller anwinkelt, in Kontakt. Der abgewinkelte Einlassventilteller passt die Öffnung der Brennkammer, die vom Zylinderkopf definiert wird, an, um einen asymmetrischen Spalt 240 zu bilden, wie in der Draufsicht in 7B veranschaulicht wird. Ansaugluft strömt gegen den Uhrzeigersinn durch den asymmetrischen Spalt in die Brennkammer 240.
  • Alternativ können sowohl die erste Stange als auch die zweite Stange jeweils von einer gleichen Länge oder von einer unterschiedlichen Länge gleichzeitig ausgefahren oder zurückgezogenen werden, wobei jede aus der Ringwirbelführung in Richtung des Einlassventiltellers ragen kann. Der Winkel des Einlassventiltellers kann, in Abhängigkeit von der Länge von jeder ersten Stange und der zweiten Stange, anhand des Ausmaßes der herausragenden Ringwirbelführung bestimmt werden. Die Länge der ersten Stange und der zweiten Stange kann durch die entsprechenden Aktoren auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motordrehzahl usw., reguliert werden.
  • In einem Beispiel können sowohl die erste Stange als auch die zweite Stange gleichzeitig in Eingriff genommen sein (zurückgezogenen und/oder ausgefahren). Wenn beide Stangen gleichzeitig ausgefahren werden, wobei sich die erste Stange in einer Westposition befindet und sich die zweite Stange in einer Nordposition befindet, kann der Einlassventilteller in südöstlicher Richtung abgewinkelt werden, was bedeutet, dass die Unterfläche des Einlassventiltellers in einer nordwestlichen Richtung vertikal höher und in einer südöstlichen Richtung vertikal niedriger ist. Die Standardlänge von jeder der ersten Stange und der zweiten Stange kann die gleiche sein oder die Standardlängen können unterschiedlich sein. In einigen Beispielen können mehr als zwei Stangen an die Wirbelführung gekoppelt werden, während in anderen Beispielen eine Stange an die Ringführung gekoppelt werden kann.
  • In einem Beispiel können die erste Stange und die zweite Stange eine Vielzahl von Teleskopsegmenten beinhalten, wobei die Stangen auf der Grundlage des Bewegens eines oder mehrerer Teleskopsegmente ausgefahren oder zurückgezogen werden können, um sich in andere Teleskopsegmente einzuschieben oder daraus auszufahren. Ein Aktor kann die relative Bewegung der Vielzahl von Teleskopsegmenten auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motorlast usw., regulieren. In einem anderen Beispiel können die Verbindungsstangen eine Vielzahl von Faltsegmenten beinhalten, wobei eine oder mehrere Segmente entfaltet/ausgefahren werden können, um die Länge der Verbindungsstangen zu erhöhen, und ein oder mehrere Segmente gefaltet und zusammengelegt werden können, um die Verbindungsstangen zurückzuziehen. In einem weiteren Beispiel können die Verbindungsstangen eine oder mehrere Federn beinhalten, die zusammengedrückt werden können, um die Verbindungsstangen zurückzuziehen, oder die Kompressionskraft von den Federn kann reduziert/entfernt werden, um die Verbindungsstangen auszufahren. In anderen Beispielen kann ein anderer Rückzugs- und Ausfahrmechanismus für die erste Stange und die zweite Stange verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann somit eine Ringwirbelführung bewegt werden, um einen Einlassventilteller während der Betätigung des Einlassventils zu berühren oder nicht zu berühren, wodurch der Winkel des Einlassventiltellers relativ zur Druckstange des Einlassventils angepasst wird. Somit kann das Ausmaß von Wirbel und Drall, der in der Ansaugluft, die in den Zylinder eingeleitet wird, erzeugt wird, eingestellt werden. Die Ringwirbelführung kann aus einem kranzförmigen (z. B. ringförmigen) Teller bestehen, der dazu konfiguriert ist, die Ansaugöffnung des Zylinders zu umgeben, und kann im Zylinderkopf unterhalb des Einlassventilsitzes positioniert sein. Eine oder mehrere Verbindungsstangen oder andere geeignete Strukturen können die Position der Ringwirbelführung über einen entsprechenden Aktor seitlich einzustellen.
  • Die oben beschriebene beispielhafte Wirbelführung ist ein Beispiel dafür, wie das Abwinkeln des Einlassventiltellers erreicht werden kann, jedoch sind andere Auslegungen möglich, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Wirbelführung aus einer oder mehreren Stangen oder anderen Strukturen bestehen, die direkt an einen Aktor gekoppelt werden, anstatt ringförmig zu sein. Wenn der Aktor die Stange bewegt, kann sie in den Zylinder ragen und den Einlassventilteller berühren, wenn das Einlassventil betätigt wird. In solchen Beispielen kann Ansaugluft noch immer um eine Gesamtheit des Einlassventils strömen, obwohl mehr Ansaugluft um bestimmte Regionen des Einlassventils als andere Regionen strömen kann, wenn der Ventilteller abgewinkelt ist. In einem weiteren Beispiel kann die Wirbelführung, die im Zylinderkopf unter dem Ventilsitz aufgenommen ist, vollständig abgegeben werden und ein Mechanismus kann innerhalb des Einlassventils selbst vorhanden sein, um den Ventilteller abzuwinkeln. Zum Beispiel kann/können eine oder mehrere Stellstangen entlang oder innerhalb der Druckstange vorhanden sein, und eine Stellstange kann betätigt werden (z. B. ausgefahren oder anderweitig nach unten gedrückt), um eine Seite des Ventiltellers nach unten zu drücken, während die andere Seite nach oben schwenkt.
  • In einem Beispiel, in dem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Brennkammer auf der rechten Seite des Einlassventils befestigt wird, kann sich das Einlassventil unter Motorkaltstartbedingungen in der in den 6A–6B veranschaulichten offenen Position befinden. Das Einlassventil in der offenen Position kann einen Wirbel in der Ansaugluft, die in die Brennkammer gelangt, gegen den Uhrzeigersinn bereitstellen, was zu mehr verdampften Kraftstoff in Richtung der Zündkerze führt und das Luft-Kraftstoff-Mischen während der Einlass-Kraftstoffeinspritzung verbessert, um HC-Emission und Motorfehlzündung zu reduzieren. Im Gegensatz dazu kann sich das Einlassventil unter einer Motorvolllastbedingung in der in den 5A–5B veranschaulichten offenen Position befinden. Ansaugluft strömt im Uhrzeigersinn, um einen Wandaufprall von Kraftstoffnebel zu reduzieren und das Luft-Kraftstoff-Mischen zu verbessern. Unter Teillastbedingung können die Stangen in Eingriff genommen werden, um den Winkel des Einlassventiltellers zu verändern.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 800 zum Erzeugen von Wirbel in Ansaugluft durch Verändern eines Winkels eines Einlassventiltellers eines Einlassventils, um eine asymmetrische Öffnung für den Ansaugluftstrom in die Brennkammer eines Motors zu schaffen. In einem Beispiel kann der Winkel des Einlassventiltellers 202 des Einlassventils 200 auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen reguliert werden, um einen gewünschten Wirbel zu erzeugen. In einem Beispiel kann die Länge des ersten Stabs 212 verändert werden, um die Position der Ringwirbelführung 208 zu variieren, um den gewünschten Wirbel auf der Grundlage von Motorlast zu erzeugen. In einem anderen Beispiel kann die Länge der zweiten Stange 214 geändert werden, um die Position der Ringwirbelführung 208 zu variieren, um den gewünschten Wirbel auf der Grundlage der Motorlast zu erzeugen, wie oben unter Bezugnahme auf die 2–7B erörtert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 280 und zusammen mit einer Zündkerze kann auf der rechten Seite des Einlassventils 200 positioniert werden, wie in 2 veranschaulicht.
  • Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 800 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (wie etwa die Steuerung 12 aus 1) auf der Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um den Motorbetrieb anzupassen, wie etwa die Aktoren 221 und 222, um die Länge der ersten Stange 212 und der zweiten Stange 214 aus den 2–7B zu regulieren, um Wirbel zu erzeugen, gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren.
  • Das Verfahren 800 beginnt bei 802, was das Schätzen und/oder Messen der Motorbetriebsbedingungen umfasst. Motorbetriebsbedingungen können unter anderem beinhalten Motordrehzahl, Motortemperatur, Motorlast, Drehmomentbedarf, Position der Drosselklappe, Position des Einlassventils, Position des Auslassventils, Position der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, MAP, MAF usw.
  • Das Verfahren 800 geht zu 804 über, um zu bestimmen, ob Motorkaltstartbedingungen vorhanden sind. Das Bestimmen der Kaltstartbedingung kann Bestimmen beinhalten, ob die Dauer zwischen der letzten Motorabschaltungsbedingung und der aktuellen Anlassbedingung größer ist als eine Schwellendauer. In einigen Beispielen kann eine Kaltstartbedingung durch Vergleichen einer Motortemperatur mit einem Schwellenwert bestimmt werden. Zum Beispiel können Kaltstartbedingungen angegeben werden, wenn die Motortemperatur gleich der Umgebungstemperatur ist und/oder wenn die Motortemperatur sich unterhalb einer Schwellentemperatur befindet. Wenn Motorkaltstartbedingungen vorhanden sind, geht das Verfahren 800 zu 806 über.
  • Bei 806 kann die Länge einer Verbindungsstange verändert (ausgefahren oder zurückgezogenen) werden, um ein Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus dem Ringkanal zu drücken. Durch das Drücken des Segments der Ringwirbelführung kann der Winkel des Einlassventiltellers verändert werden, wenn das Einlassventil geöffnet wird (Bewegung nach unten in Richtung der Brennkammer), um Ansaugluft bei 808 gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer zu strömen. Der Strom gegen den Uhrzeigersinn kann in Richtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfolgen, die auf der rechten Seite des Einlassventils positioniert ist. Wenn sich allerdings das Einlassventil auf der linken Seite des Einlassventils befindet, kann der Winkel des Einlassventiltellers unterschiedlich angepasst werden, um Ansaugluft zu erzeugen, um im Uhrzeigersinn in Richtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu wirbeln.
  • In einem Beispiel, wie bei 809 angegeben, kann die Länge der ersten Stange zu einer Mindestlänge zurückgezogen werden, um die zweite abgewinkelte Position mit einem asymmetrischen Spalt zum Ansaugluftstrom zu erzeugen, wie in den 6A–6B veranschaulicht. Das Einlassventil in der offenen Position aus 6A–6B kann einen Wirbel gegen den Uhrzeigersinn in der Ansaugluft, die in die Brennkammer gelangt, bereitstellen, was zu mehr verdampften Kraftstoff aus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf der rechten Seite des Einlassventils in Richtung der Zündkerze führen kann und das Luft-Kraftstoff-Mischen während der Kraftstoffeinspritzung verbessern kann, um HC-Emission und Motorfehlzündung zu reduzieren.
  • In einem anderen Beispiel, wie bei 810 angegeben, kann sich die Länge der zweiten Stange auf eine Mindestlänge verändern, wie in 7A veranschaulicht, um eine asymmetrische Öffnung für den Strom von Ansaugluft in die Brennkammer gegen den Uhrzeigersinn zu erzeugen. Das Verfahren 800 geht zu 812 über, wo sich die Ansaugluft mit dem Wirbel und Drall mit dem Kraftstoff vermischt, das in die Brennkammer eingespritzt wird. Anschließend kehrt das Verfahren 800 zurück.
  • Wenn bei 804 keine Motorkaltstartbedingung vorhanden ist, geht das Verfahren 800 zu 814 über und bestimmt, ob die Motorlast geringer ist als ein erster Schwellenwert. Die Motorlast kann geringer sein als der erste Schwellenwert, zum Beispiel, wenn die Motorlast weniger als 30 % der maximal bewerteten Motorlast beträgt. In einem Beispiel, wenn die Motorlast geringer ist als der erste Schwellenwert, kann dies wiedergeben, dass die Drosselposition weniger offen/geschlossener ist (zum Beispiel ist die Drossel zu 20 % offen). Wenn die Drossel weniger offen ist, wird dem Motor somit weniger Luftstrom bereitgestellt, als wenn die Drossel vollständig oder größtenteils offen ist (wenn die Drossel zum Beispiel zu 70 % offen ist), was wiedergibt, dass die aktuelle Motorlast geringer ist als der erste Schwellenwert. Wenn die Motorlast geringer ist als der erste Schwellenwert, geht das Verfahren 800 zu 816 über, wo die erste Stange und die zweite Stange bei der Standardlänge beibehalten werden, sodass die Ringwirbelführung sich innerhalb des Ringkanals um den Umfang der Ringwirbelführung befindet. Kein Segment der Ringwirbelführung ragt aus dem Ringkanal.
  • Bei 818 beinhaltet das Verfahren 800 Öffnen des Einlassventils durch Betätigen der Druckstange, die an den Einlassventilteller gekoppelt ist, in der nach unten gerichteten Richtung zur Brennkammer. Das Einlassventil bewegt sich über den Einlassventilsitz und den Ringkanal im Zylinderkopf hinaus und bewegt sich in die Brennkammer. Ein symmetrischer Spalt um den Einlassventilteller öffnet sich, um der Ansaugluft zu ermöglichen, symmetrisch vom Einlasskanal zur Brennkammer zu strömen, ohne zusätzlichen Wirbel und Drall zu erzeugen, wie in den 4A–4B veranschaulicht. Bei 820 vermischt sich die Ansaugluft innerhalb der Brennkammer mit dem Kraftstoff innerhalb der Brennkammer. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer wird gezündet, um die gewünschte Leistung bereitzustellen, um den Motorlastbedarf zu erfüllen. Anschließend kehrt das Verfahren 800 zurück.
  • Wenn die Motorlast nicht geringer ist als die erste Schwellenlast bei 814, beispielsweise bei hohen Motordrehzahlen, wenn die Drossel weiter geöffnet ist, geht das Verfahren 800 zu 822 über. Bei 822 bestimmt das Verfahren, ob die Motorlast geringer ist als ein zweiter Schwellenwert, wobei der zweite Schwellenwert höher ist als der erste Schwellenwert. Die Motorlast darf nicht geringer sein als der zweite Schwellenwert bei sehr hoher Motordrehzahl, wobei die Drossel weit geöffnet ist (zum Beispiel ist die Drossel zu 85 % offen). Wenn die Motorlast nicht geringer ist als der erste Schwellenwert, geht das Verfahren 800 zu 824 über, wo die Länge einer Verbindungsstange verändert wird, um ein Segment der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal zu drücken. Das Verfahren geht zu 826 über, wo der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, wenn der Einlassventilteller nach unten in Richtung der Brennkammer bewegt wird, um das Einlassventil zu öffnen, damit Ansaugluft im Uhrzeigersinn in die Brennkammer strömt.
  • In einem Beispiel, wie bei 827 angegeben, kann sich das Einlassventil bei der ersten abgewinkelten Position aus 5A–5B befinden, wo die Länge der ersten Stange ausgefahren werden kann, um den Winkel des Einlassventiltellers durch Herausragen der Ringwirbelführung zu verändern, wie oben beschrieben. In der ersten abgewinkelten offenen Position strömt Ansaugluft in einem asymmetrischen Muster im Uhrzeigersinn in die Brennkammer, um einen Wandaufprall von Kraftstoffnebel zu reduzieren und das Luft-Kraftstoff-Mischen zu verbessern.
  • In einem Beispiel, wie bei 828 angegeben, kann sich das Einlassventil an der vierten abgewinkelten Position aus 7B befinden. In der vierten abgewinkelten Position kann sich die Länge der zweiten Stange auf eine Mindestlänge verändern, wie in 7B veranschaulicht, um eine asymmetrische Öffnung für den Strom von Ansaugluft in die Brennkammer im Uhrzeigersinn zu erzeugen. Das Verfahren 800 geht zu 830 über, wo sich die Ansaugluft mit dem Wirbel und Drall mit dem Kraftstoff vermischt, das in die Brennkammer eingespritzt wird. Anschließend kehrt das Verfahren 800 zurück.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 822 geht das Verfahren 800 zu 832 über, wenn die Motorlast geringer ist als der zweite Schwellenwert (d. h. die Motorlast ist nicht zu hoch oder zu niedrig und befindet sich zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert). Bei 832 kann die Länge beider Stangen gleichzeitig für einen gewünschten Ventilunterflächenwinkel in einer bestimmten Zeit verändert werden, was das gewünschte Wirbelverhältnis erzeugt. Das Ausfahren oder Zurückziehen der ersten Stange und/oder der zweiten Stange kann zum Herausdrücken eines Segments der Ringwirbelführung aus dem Ringkanal führen. Bei 834 kann sich der Winkel des Einlassventiltellers verändern, damit Ansaugluft mit Wirbel und Drall in die Brennkammer strömt. Bei 836 vermischt das Verfahren 800 die Ansaugluft mit dem starken Wirbel und Drall mit Kraftstoff, der in die Brennkammer eingespritzt wird. Anschließend kehrt das Verfahren 800 zurück.
  • Auf diese Weise können Wirbel und Drall in Ansaugluft, die in die Brennkammer strömt, erzeugt werden, indem ein Winkel des Einlassventiltellers variiert wird. Der Winkel des Einlassventiltellers kann durch Ausfahren oder Zurückziehen der Länge einer oder mehrerer Stangen, die an eine Ringwirbelführung gekoppelt ist, verändert wird, damit die Ringwirbelführung aus dem Ringkanal ragt. Das Verändern des Winkels des Einlassventiltellers erzeugt eine asymmetrische Öffnung zum Erzeugen von Wirbel und Drall in der Ansaugluft, die in die Brennkammer strömt.
  • Der technische Effekt des Erzeugens einer asymmetrischen Öffnung durch Verändern eines Winkels des Einlassventiltellers durch Ausfahren oder Zurückziehen einer oder mehrerer Stangen, die an die Ringwirbelführung gekoppelt sind, beinhaltet Erzeugen von Wirbel und Drall in Ansaugluft, ohne zusätzliche Drallschaufeln und/oder Ventile an den Einlasskanal und/oder das Einlassventil zu koppeln. Der durch Verändern des Winkels des Einlassventiltellers erzeugte Wirbel und Drall in der Ansaugluft verbessert das Luft-Kraftstoff-Mischen in der Brennkammer, ohne die strukturelle Komplexität des Einlasskanals und/oder des Einlassventils zu erhöhen. Eine Erhöhung des Luft-Kraftstoff-Mischens stellt sicher, dass sich weniger abgelagerter Kraftstoff entlang der Wände der Brennkammer befindet, einschließlich während des Motorkaltstarts, und mehr Kraftstoff für die Zündung zur Verfügung gestellt wird, wodurch Kraftstoffeffizienz erhöht, Emissionen verbessert und die gewünschte Leistungsabgabe auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen erzeugt werden.
  • Eine Einlassventilbaugruppe, beinhaltend eine Wirbelführung, die beweglich in einem Kanal eines Zylinderkopfes direkt unter einem Ventilsitz, der dazu konfiguriert ist, sich mit einem Einlassventil, das an eine Brennkammer gekoppelt ist, zu verbinden, aufgenommen ist, und einen Aktor, der dazu konfiguriert ist, die Wirbelführung zu bewegen, um Kontakt mit einem Einlassventilteller des Einlassventils herzustellen, um einen Winkel des Einlassventiltellers zu verändern. Ein erstes Beispiel des Systems beinhaltet, wo der Einlassventilteller an eine Druckstange an einem beweglichen Gelenk gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wo die Wirbelführung eine Ringwirbelführung ist, die in einem Ringkanal aufgenommen ist, und umfasst ferner eine Verbindungsstange, die die Ringwirbelführung an den Aktor koppelt, wobei die Ringwirbelführung bei einer Standardlänge der Verbindungsstange vollständig innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, wo eine Öffnung, die einen Einlasskanal fluidisch mit der Brennkammer verbindet, den symmetrischen Strom von Ansaugluft bei der Standardlänge der Verbindungsstange zur Brennkammer leitet. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, wo ein erstes Segment der Ringwirbelführung bei einer ausgefahrenen Länge der Verbindungsstange zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragt. Ein fünftes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das erste Segment der Ringwirbelführung bei der ausgefahrenen Länge der Verbindungsstange mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommt, wenn das Einlassventil zu einer offenen Position betätigt wird, wobei der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine erste asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen, der sich fluidisch mit der Brennkammer verbindet. Ein sechstes Beispiel des Systems beinhaltet ein oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, wo sich das erste Segment der Ringwirbelführung bei einer zurückgezogenen Länge der Verbindungsstange weiter zurück in den Ringkanal, weg vom Einlassventilteller, bewegt, und ein zweites Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragt. Ein siebentes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das zweite Segment der Ringwirbelführung bei der zurückgezogenen Länge der Verbindungsstange mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommt, wenn das Einlassventil zu einer offenen Position betätigt wird, wobei der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine zweite asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen, der sich fluidisch mit der Brennkammer verbindet.
  • Ein anderes beispielhaftes System, umfassend ein Einlassventil, einschließlich eines Einlassventiltellers, der an eine Druckstange gekoppelt ist, wobei das Einlassventil dazu konfiguriert ist, einen Einlasskanal fluidisch mit einer Brennkammer eines Motorzylinders zu verbinden, eines beweglichen Gelenks, das den Einlassventilteller an die Druckstange koppelt, eine Ringwirbelführung, die beweglich in einem Ringkanal direkt unterhalb eines Ventilsitzes eines Zylinderkopfes aufgenommen ist, und mindestens eine Verbindungsstange, die an die Ringwirbelführung gekoppelt ist, wobei die Ringwirbelführung dazu konfiguriert ist, Kontakt mit dem Einlassventilteller herzustellen, um einen Winkel des Einlassventiltellers relativ zu einer Öffnung des Einlasskanals zu verändern. Ein erstes Beispiel des Systems, ferner umfassend eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um die mindestens eine Verbindungsstange zu einer ersten Länge zurückzuziehen, um ein erstes Segment der Ringwirbelführung mit einer Unterfläche des Einlassventiltellers zu verbinden, um einen Ansaugluftstrom gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer als Reaktion auf einen Motorkaltstart zu erzeugen. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wo die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, um die mindestens eine Verbindungsstange zu einer zweiten Länge auszufahren, um ein zweites Segment, das dem ersten Segment der Ringwirbelführung gegenüberliegt, mit der Unterfläche des Einlassventiltellers zu verbinden, um einen Ansaugluftstrom im Uhrzeigersinn in die Brennkammer als Reaktion darauf, dass sich eine Motorlast über einem Schwellenwert befindet, zu erzeugen. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, wo die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, um die mindestens eine Verbindungsstange bei einer dritten Länge beizubehalten, damit die Ringwirbelführung als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast unterhalb des Schwellenwerts befindet, weiterhin innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, wo die dritte Länge geringer ist als die zweite Länge und größer ist als die erste Länge.
  • Ein beispielhaftes Verfahren, umfassend Einstellen eines Winkels eines Einlassventiltellers eines Einlassventils relativ zu einer Druckstange des Einlassventils auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern, um eine Öffnung zum Strömen von Ansaugluft in eine Brennkammer einzustellen. Ein erstes Beispiel des Verfahrens, wobei Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers Ausfahren einer Verbindungsstange, die an eine Ringwirbelführung gekoppelt ist, als Reaktion darauf, dass sich eine Motorlast über einem Schwellenwert befindet, um ein erstes Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus einem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers zu bewegen, umfasst. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers, was ferner Öffnen des Einlassventils umfasst, um den Einlassventilteller, der mit dem ersten Segment der Ringwirbelführung in Kontakt ist, zu bewegen, um den Winkel des Einlassventiltellers zu verändern, wodurch die Öffnung zu einer ersten asymmetrischen Öffnung für den Ansaugluftstrom im Uhrzeigersinn in die Brennkammer eingestellt wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis zweite Beispiel und umfasst ferner Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers, was Zurückziehen der Verbindungsstange als Reaktion auf einen Motor beim Kaltstart umfasst, um das erste Segment der Ringwirbelführung weg vom Einlassventilteller weiter in den Ringkanal zu bewegen und ein zweites Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers zu bewegen.
  • Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis dritte Beispiel und umfasst ferner Einstellen der Öffnung zu einer zweiten asymmetrischen durch Verbinden des zweiten Segments der Ringwirbelführung mit dem Einlassventilteller, um den Winkel des Einlassventiltellers zu verändern, während das Einlassventil für den Ansaugluftstrom gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer geöffnet wird. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis vierte Beispiel und umfasst ferner Beibehalten einer Länge der Verbindungsstange, um die Ringwirbelführung, die innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist, als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast unterhalb des Schwellenwerts befindet, beizubehalten. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste bis fünfte Beispiel und umfasst ferner Einstellen der Öffnung zu einer asymmetrischen Öffnung durch Beibehalten der Ringwirbelführung innerhalb des Ringkanals ohne Veränderung des Winkels des Einlassventiltellers, während das Einlassventil geöffnet wird.
  • Es ist zu beachten, dass die hier eingeschlossenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzabläufe mit unterschiedlichen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -abläufe können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, einschließend die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Abläufe können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der dargestellten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch einen Code repräsentieren, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließend die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Abläufe beispielhafter Natur sind und diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4309969 [0003]

Claims (20)

  1. Einlassventilbaugruppe, umfassend: eine Wirbelführung, die beweglich in einem Kanal eines Zylinderkopfs direkt unterhalb eines Ventilsitzes, der dazu konfiguriert ist, sich mit einem Einlassventil, das an eine Brennkammer gekoppelt ist, zu verbinden, aufgenommen ist; und einen Aktor, der dazu konfiguriert ist, die Wirbelführung zu bewegen, um Kontakt mit einem Einlassventilteller des Einlassventils herzustellen, um einen Winkel des Einlassventiltellers zu verändern.
  2. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Einlassventilteller an eine Druckstange an einem beweglichen Gelenk gekoppelt ist.
  3. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Wirbelführung eine Ringwirbelführung ist, die in einem Ringkanal aufgenommen ist, und ferner umfassend eine Verbindungsstange, die die Ringwirbelführung an den Aktor koppelt, wobei die Ringwirbelführung bei einer Standardlänge der Verbindungsstange vollständig innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist.
  4. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 3, wobei eine Öffnung, die einen Einlasskanal fluidisch mit der Brennkammer verbindet, den symmetrischen Durchfluss von Ansaugluft bei der Standardlänge der Verbindungsstange zur Brennkammer leitet.
  5. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 3, wobei ein erstes Segment der Ringwirbelführung bei einer ausgefahrenen Länge der Verbindungsstange zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragt.
  6. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 5, wobei das erste Segment der Ringwirbelführung bei der ausgefahrenen Länge der Verbindungsstange mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommt, wenn das Einlassventil zu einer offenen Position betätigt wird, wobei der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine erste asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen, der sich fluidisch mit der Brennkammer verbindet.
  7. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 5, wobei sich das erste Segment der Ringwirbelführung bei einer zurückgezogenen Länge der Verbindungsstange weiter zurück in den Ringkanal, weg vom Einlassventilteller, bewegt, und ein zweites Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers herausragt.
  8. Einlassventilbaugruppe nach Anspruch 7, wobei das zweite Segment der Ringwirbelführung bei der zurückgezogenen Länge der Verbindungsstange mit dem Einlassventilteller in Kontakt kommt, wenn das Einlassventil zu einer offenen Position betätigt wird, wobei der Winkel des Einlassventiltellers verändert wird, um eine zweite asymmetrische Öffnung um den Einlassventilteller herzustellen, der sich fluidisch mit der Brennkammer verbindet.
  9. Verfahren, umfassend: Einstellen eines Winkels eines Einlassventiltellers eines Einlassventils relativ zu einer Druckstange des Einlassventils auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern, um eine Öffnung zum Strömen von Ansaugluft in eine Brennkammer einzustellen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers Ausfahren einer Verbindungsstange, die an eine Ringwirbelführung gekoppelt ist, als Reaktion darauf, dass sich eine Motorlast über einem Schwellenwert befindet, um ein erstes Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus einem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers zu bewegen, umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers ferner Öffnen des Einlassventils umfasst, um den Einlassventilteller, der mit dem ersten Segment der Ringwirbelführung in Kontakt ist, zu bewegen, um den Winkel des Einlassventiltellers zu verändern, wodurch die Öffnung zu einer ersten asymmetrischen Öffnung für den Ansaugluftstrom im Uhrzeigersinn in die Brennkammer eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Einstellen des Winkels des Einlassventiltellers Zurückziehen der Verbindungsstange als Reaktion auf einen Motor beim Kaltstart umfasst, um das erste Segment der Ringwirbelführung weg vom Einlassventilteller weiter in den Ringkanal zu bewegen und ein zweites Segment der Ringwirbelführung zumindest teilweise aus dem Ringkanal in Richtung des Einlassventiltellers zu bewegen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Einstellen der Öffnung zu einer zweiten asymmetrischen durch Verbinden des zweiten Segments der Ringwirbelführung mit dem Einlassventilteller, um den Winkel des Einlassventiltellers zu verändern, während das Einlassventil für den Ansaugluftstrom gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer geöffnet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Beibehalten einer Länge der Verbindungsstange, um die Ringwirbelführung, die innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist, als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast unterhalb des Schwellenwerts befindet, beizubehalten.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend Einstellen der Öffnung zu einer asymmetrischen Öffnung durch Beibehalten der Ringwirbelführung innerhalb des Ringkanals ohne Veränderung des Winkels des Einlassventiltellers, während das Einlassventil geöffnet wird.
  16. System, umfassend: ein Einlassventil, beinhaltend einen Einlassventilteller, der an eine Druckstange gekoppelt ist, wobei das Einlassventil dazu konfiguriert ist, einen Einlasskanal mit einer Brennkammer eines Motorzylinders zu verbinden; ein bewegliches Gelenk, das den Einlassventilteller an die Druckstange koppelt; eine Ringwirbelführung, die beweglich in einem Ringkanal direkt unterhalb eines Ventilsitzes eines Zylinderkopfes aufgenommen ist; und zumindest eine Verbindungsstange, die an die Ringwirbelführung gekoppelt ist, wobei die Ringwirbelführung dazu konfiguriert ist, Kontakt mit dem Einlassventilteller herzustellen, um einen Winkel des Einlassventiltellers relativ zu einer Öffnung des Einlasskanals zu verändern.
  17. System nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um die mindestens eine Verbindungsstange zu einer ersten Länge zurückzuziehen, um ein erstes Segment der Ringwirbelführung mit einer Unterfläche des Einlassventiltellers zu verbinden, um einen Ansaugluftstrom gegen den Uhrzeigersinn in die Brennkammer als Reaktion auf einen Motorkaltstart zu erzeugen.
  18. System nach Anspruch 17, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, um die mindestens eine Verbindungsstange zu einer zweiten Länge auszufahren, um ein zweites Segment, das dem ersten Segment der Ringwirbelführung gegenüberliegt, mit der Unterfläche des Einlassventiltellers zu verbinden, um einen Ansaugluftstrom im Uhrzeigersinn in die Brennkammer als Reaktion darauf, dass sich eine Motorlast über einem Schwellenwert befindet, zu erzeugen.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, um die mindestens eine Verbindungsstange bei einer dritten Länge beizubehalten, damit die Ringwirbelführung als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast unterhalb des Schwellenwerts befindet, weiterhin innerhalb des Ringkanals aufgenommen ist.
  20. System nach Anspruch 19, wobei die dritte Länge weniger als die zweite Länge und mehr als die erste Länge beträgt.
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