DE102019130669A1

DE102019130669A1 - Verfahren und systeme für ein kontinuierlich variables ventlihubsystem

Info

Publication number: DE102019130669A1
Application number: DE102019130669.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Shelby
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-05-14
Also published as: US11326482B2; CN111188661A; US20200149437A1

Abstract

Die Offenbarung stellt Verfahren und Systeme für ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem bereit. Es werden Verfahren und Systeme für ein Ventilsystem zum Betätigen von zwei Zylinderventilen in einem Motor bereitgestellt. In einem Beispiel kann das Ventilsystem eine einzelne Pumpe und ein Magnetventil beinhalten, die in der Lage sind, die zwei Zylinderventile, die an separate Zylinder gekoppelt sind, nichtgleichzeitig zu betätigen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/767,295 mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR A CONTINUING VARIABLE VALVE LIFT SYSTEM“, eingereicht am 14. November 2018. Die gesamten Inhalte der oben aufgeführten Anmeldung werden hiermit für sämtliche Zwecke per Verweis mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem (continuously variable valve lift - cVVL).
STAND DER TECHNIK
Ein Zylinder in einer Brennkraftmaschine wird mit einem Einlassventil zum Zuführen eines Luft-Kraftstoffgemisches in die Brennkammer und mit einem Auslassventil zum Ausführen von verbranntem Gas aus der Brennkammer bereitgestellt. Die Einlass- und Auslassventile öffnen und schließen die Brennkammer mit einer Ventilhubvorrichtung, die mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Basierend auf Motorbetriebsbedingungen kann der Ventilhub für das Einlassventil und das Auslassventil jedes Zylinders eingestellt werden, um eine Gasmenge zu regulieren, die eingeführt oder abgeführt wird.
Verschiedene Ansätze werden für ein kontinuierliches variables Ventilhub(cVVL)-System bereitgestellt, bei denen der Ventilhub basierend auf Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden kann. In einem beispielhaften Ansatz, wie in US-Anmeldung 6,883,492 gezeigt, zeigt Vanderpoel ein variables Ventilbetätigungssystem mit einem Geberkolben, der hydraulisch mit einem Nehmerkolben verbunden ist, und einer dedizierten Nocke, die mit dem Geberkolben wirkverbunden ist. Der Nehmerkolben ist dazu ausgelegt, ein oder mehrere Ventile zu betätigen, die an denselben Zylinder gekoppelt sind. Im cVVL-System können an jeden Zylinder gekoppelte Ventile mit einer einzelnen Magnetspule, einer Pumpe und einem Druckspeicher verbunden sein.
Die Erfinder haben jedoch potenzielle Nachteile an dem vorstehenden Ansatz erkannt. Zum Beispiel kann das Verbinden von Ventilen, die an jeden Zylinder gekoppelt sind, mit einer einzelnen Magnetspule, einer Pumpe und einem Druckspeicher, die Herstellungskosten erhöhen. Außerdem kann eine Vielzahl von Komponenten, die an die Ventile jedes Zylinders gekoppelt sind, Raum im Motor in Anspruch nehmen, was zu Packproblemen führen kann.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfinder haben erkannt, dass die oben beschriebenen Probleme durch ein System für einen Motor gelöst werden können, das Folgendes umfasst: ein Ventilsystem, das eine Pumpe und ein Magnetventil zur nichtgleichzeitigen Betätigung von zwei Zylinderventilen beinhaltet, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind. Auf diese Art können durch das Koppeln zweier Ventile von zwei verschiedenen Zylindern an eine einzelne Pumpe und Magnetspule Komponentenkosten und Packeffizienz verbessert werden.
In einem Beispiel können eine einzelne Magnetspule, eine Pumpe und ein Druckspeicher an zwei separate Ventile von zwei separaten Zylindern in einem I-4-Motor (Vierzylinder-Reihenmotor) gekoppelt werden. Eine Dreiwegemagnetspule mit vier Anschlüssen kann zum Koppeln der zwei Ventile alternativer Zylinder an die zwei Ventile verwendet werden, wobei die zweite Magnetspule als Schalter verwendet wird, um ein zu betätigendes Ventil auszuwählen. In einem 1-4 Motor können ein erster Zylinder und ein vierter Zylinder die selbe Einlassventil- und Auslassventilansteuerung aufweisen, während ein zweiter Zylinder und ein dritter Zylinder dieselbe Einlassventil- und Auslassventilansteuerung aufweisen. Deshalb können die Einlass- oder Auslassventile des ersten Zylinders und des vierten Zylinders über ein erstes Ventilsystem gekoppelt sein, während die Einlass- oder Auslassventile des zweiten Zylinders und des dritten Zylinders über ein zweites Ventilsystem gekoppelt sein können. In einem anderen System können ein Nockenantrieb und eine Nockenwelle eliminiert werden und Nocken einer Kurbelwelle können an eine Dreiwege-Magnetspule mit vier Anschlüssen gekoppelt werden, die zwei verschiedene Einlass- oder Auslassventile antreibt. Zwei Ventilsysteme, von denen jedes eine Magnetspule und Pumpeneinheit beinhaltet, können zum Antrieb von vier Einlassventilen oder Auslassventilen verwendet werden.
Auf diese Art können unter Verwendung eines Einzelventilsystems zum Antreiben von zwei Einlass- oder Auslassventilen, die an separate Zylinder gekoppelt sind, die Anzahl von Komponenten und die mit der Motormontage verbundenen Kosten reduziert werden. Durch die Verwendung von weniger Komponenten kann die Unterbringung von Komponenten im Motorblock verbessert werden. Die technische Wirkung der Verwendung eines nockenfreien Systems zum Antrieb der Einlass- und Auslassventile besteht darin, dass die Kosten der Motormontage gesenkt werden können und der Motorstart verbessert werden kann. Außerdem kann durch Eliminieren des Nockenantriebs und der Nockenwellen ermöglicht werden, einen Ventilhub auf Null einzustellen und einen Motorzylinder beim Verlangsamen zu deaktivieren, ohne dass sowohl für Einlassventile als auch Auslassventile zusätzliche Hardware erforderlich ist.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile vermeiden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zylinders in einem Reihenmotorsystem.
2 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten einer Magnetspulen- und Pumpeneinheit, die an ein einzelnes Zylinderventil gekoppelt ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten eines Ventilsystems, das an zwei separate Ventile gekoppelt ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines nockenfreien Zylinderventilsystems.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben von Einlass- und Auslassventilen in Motorzylindern.
6 zeigt eine Ventilansteuerung in dem Vierzylinder-Reihenmotorsystem.
7 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten eines alternativen Ventilsystems, das an zwei separate Ventile gekoppelt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem (cVVL-System). Das cVVL-System kann an Motorzylinder, wie etwa den in 1 gezeigten beispielhaften Zylinder, in einem Vierzylinder(I4)-Reihenmotor gekoppelt sein. Wie in 3 and 7 gezeigt, kann ein Einzelventilsystem an zwei Ventile an zwei verschiedenen Zylindern gekoppelt sein. Das Einzelventilsystem ist in 2 abgebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann ein nockenfreies Ventilsystem, wie in 4 gezeigt, an die Motorzylinder gekoppelt sein. Eine Motorsteuerung kann dazu konfiguriert sein, eine beispielhafte Routine durchzuführen, wie etwa gemäß dem im 5 beschriebenen Verfahren, um die Einlass- und Auslassventile des 14-Motors zu betreiben. Eine beispielhafte Ventilansteuerung für die Motorzylindereinlass- und -auslassventile ist in 6 gezeigt.
1 zeigt ein Beispiel für einen Zylinder 14 einer Brennkraftmaschine 10, die ein einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann. Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 beinhalten. Der Kolben 138 kann so an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 gekoppelt sein, wie nachfolgend näher beschrieben. Ferner kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein autonomes Fahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen handeln, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In weiteren Beispielen handelt es sich beim Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug mit lediglich einem Motor. In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 ist zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor der jeweiligen Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln.
Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weise ausgelegt sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als Elektrofahrzeug kann eine Systembatterie 58 eine Traktionsbatterie sein, die der elektrischen Maschine 52 elektrische Leistung zuführt, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 zudem als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Laden der Systembatterie 58 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 58 in anderen Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen als Nicht-Elektrofahrzeug, eine typische Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (Starting, Lighting, Ignition Battery - SLI-Batterie) sein kann, die an eine Lichtmaschine 46 gekoppelt ist.
Die Lichtmaschine 46 kann dazu ausgelegt sein, die Systembatterie 58 unter Verwendung von Motordrehmoment über die Kurbelwelle 140 bei laufendem Motor zu laden. Zusätzlich kann die Lichtmaschine 46 ein oder mehrere elektrische Systeme des Motors, wie etwa ein oder mehrere Hilfssysteme, einschließlich eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HLK-)Systems, einer elektrischen Heizung, die an einen elektrisch beheizten Katalysator (EHC) gekoppelt ist, Fahrzeugleuchten, eines bordeigenen Unterhaltungssystems und anderer Hilfssysteme, auf Grundlage ihrer elektrischen Bedarfe mit Leistung versorgen. In einem Beispiel kann ein an der Lichtmaschine entnommener Strom auf Grundlage von jedem von einem Bedienerkabinenkühlbedarf, einer Batterieladeanforderung, Anforderungen anderer Hilfsfahrzeugsysteme und Elektromotordrehmoment kontinuierlich variieren. Ein Spannungsregler kann an die Lichtmaschine 46 gekoppelt sein, um die Leistungsabgabe der Lichtmaschine auf Grundlage von Systemnutzungsanforderungen, einschließlich des Bedarfs von Hilfssystemen, zu regulieren.
Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über eine Reihe von Ansaugkanälen 142 und 144 und einen Ansaugkrümmer 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 146 kann neben dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. Einer oder mehrere der Ansaugkanäle können eine oder mehrere Aufladungsvorrichtungen, wie z. B. einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Beispielsweise ist der Motor 10 in 1 mit einem Turbolader ausgelegt, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 135 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader ausgelegt ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor versehen ist, kann der Verdichter 174 jedoch durch Antriebsleistung von einem Elektromotor oder dem Motor angetrieben werden und kann die Abgasturbine 176 gegebenenfalls entfallen. In wieder anderen Beispielen kann der Motor 10 mit einem elektrischen Kompressor (z. B. einem „eBooster“) versehen sein und kann der Verdichter 174 durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Eine Drossel 162, einschließlich einer Drosselklappe 164, kann in den Motoransaugkanälen bereitgestellt sein, um eine Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Die Drossel 162 kann beispielsweise stromabwärts des Verdichters 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt sein.
Ein Abgaskrümmer 148 kann neben dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 126 ist an den Abgaskrümmer 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 126 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV) des Abgases ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde, einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. In dem Beispiel von 1 ist der Abgassensor 126 eine UEGO-Sonde. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln. In dem Beispiel von 1 ist die Emissionssteuervorrichtung 178 ein elektrisch beheizbarer Katalysator (EHC). Eine elektrische Heizung (hier auch als Heizelement bezeichnet) 179 kann an den EHC 178 gekoppelt sein, um den Katalysator bei Kaltstartbedingungen elektrisch zu beheizen. Durch das aktive Heizen des EHC 178 kann das Anspringen des Katalysators beschleunigt werden, wodurch die Emissionsqualität bei Kaltstartbedingungen verbessert wird.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-Zuleitungskanal kann an den Abgaskanal stromaufwärts der Turbine 176 gekoppelt sein, um dem Motoransaugkrümmer stromabwärts des Verdichters 174 Hochdruck-AGR (HD-AGR) bereitzustellen. Ein AGR-Ventil kann an den AGR-Kanal an der Verbindungstelle des AGR-Kanals und des Ansaugkanals gekoppelt sein. Das AGR-Ventil kann geöffnet werden, um eine kontrollierte Abgasmenge für eine gewünschte Verbrennung- und Emissionskontrollleistung in den Verdichterauslass treten zu lassen. Das AGR-Ventil kann als kontinuierlich variables Ventil oder als Ein/Aus-Ventil konfiguriert sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Motorsystem einen Niedrigdruck-AGR(ND-AGR)-Strömungsweg beinhalten, wobei Abgas von stromabwärts der Turbine 176 abgesaugt und zu dem Motoransaugkrümmer zurückgeleitet wird, stromaufwärts des Verdichters 174.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach mindestens ein Einlassventil 150 und mindestens ein Auslassventil 156, die sich in einer oberen Region des Zylinders 14 befinden. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, zumindest zwei Einlassventile und zumindest zwei Auslassventile beinhalten, die sich in einer oberen Region des Zylinders befinden. Das Einlassventil 150 kann von der Steuerung 12 über einen Aktor 152 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 156 von der Steuerung 12 über einen Aktor 154 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können von jeweiligen Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Bei einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die Signale variieren, die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellt werden, um das Öffnen und Schließen des jeweiligen Einlass- und Auslassventils zu steuern. Die Ventilaktoren können elektrische Ventilaktoren, hydraulisch, nockenbetätigt oder eine Kombination davon sein. Die Ansteuerung des Einlass- und Auslassventils kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festen Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere von Systemen mit Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variabler Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variabler Ventilansteuerung (variable valve timing - VVT) und/oder variablem Ventilhub (variable valve lift - VVL) verwenden, die von der Steuerung 12 zum Variieren des Ventilbetriebs betrieben werden können. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuert wird, beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
In einem Beispiel kann der Ventilhub für jeden des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 basierend auf Motorbedingungen kontinuierlich variabel sein, wie etwa in einem kontinuierlich variablen Ventilhubsystem (cVVL-System). Basierend auf der Ventilansteuerung können das Einlassventil 150 und das Auslassventil 156 über ein Ventilsystem geöffnet werden, das eine Magnetspule und eine Pumpeneinheit beinhaltet. Ein beispielhaftes Ventilsystem, das zum Ventilbetrieb verwendet wird, ist in Verbindung mit 2 ausführlicher erläutert. Die Einlass- und Auslassventile der zwei Zylinder ohne sich überschneidende Ventilansteuerung können über ein Einzelventilsystem betrieben werden, das eine Pumpe und ein einzelnes Magnetventil beinhaltet, wodurch die Anzahl von Komponenten (wie etwa Pumpen, Magnetspulen usw.), die zum Ventilbetrieb verwendet wird, um die Hälfte reduziert wird. Das Magnetventil beinhaltet vier Anschlüsse, einen ersten Anschluss, der an die Pumpe gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der an einen Druckspeicher gekoppelt ist, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss, die an die hydraulischen Ventilaktoren jedes der zwei Zylinderventile gekoppelt sind. Die zwei Zylinderventile können ein erstes Einlassventil, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Einlassventil, das an einen vierten Zylinder gekoppelt ist, beinhalten. Ein Beispiel für ein Ventilsystem mit einer einzelnen Pumpeneinheit, die zwei Zylinderventile betreibt, ist unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher erläutert. In einem Beispiel kann ein nockenfreies Motorventilbetätigungssystem, wie unter Bezugnahme auf 4 ausführlicher erläutert ist, eine Kurbelwelle beinhalten, die ein Ventilsystem antreibt, das zwei Zylinderventile betätigt, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, einen Druckspeicher und ein Magnetventil beinhaltet.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, aus einem Kraftstoffsystem 8 empfangenen Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine/n oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffleitungen beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 ist der Darstellung nach direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 erhalten wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert gezeigt ist, kann sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ über dem Kolben befinden, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung über und nahe dem Einlassventil befinden, um die Mischung zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung zugeführt werden. Außerdem kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
In einem alternativen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in einer Konfiguration, die eine sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (im Folgenden auch als „PFI“ (port fuel injection) bezeichnet) in ein Saugrohr stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt, in einem Ansaugkanal angeordnet sein, anstatt direkt an den Zylinder 14 gekoppelt zu sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 mehrere Einspritzvorrichtungen beinhalten, die als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtungen, Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtungen oder eine Kombination daraus konfiguriert sein können. Demnach versteht es sich, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen konkreten Auslegungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sein sollen.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann eine Zündkerze 192 zum Einleiten von Verbrennung beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 bei ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und des Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zündfunke bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und die Effizienz des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV), in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben. In anderen Beispielen kann die Zündung vom MBT verzögert werden, um das Aufwärmen des Katalysators während des Motorstarts zu beschleunigen oder ein Auftreten von Motorklopfen zu reduzieren.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nicht transitorischer Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich bereits erörterter Signale und weiterhin einschließlich einer Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor; eines UEGO-Signals von einem Abgassensor 126, das durch die Steuerung 12 zum Bestimmen des LKV des Abgases verwendet werden kann; und eines Absolutkrümmerdrucksignals (Absolute Manifold Pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung 178 auf Grundlage des von dem Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beispielsweise kann die Steuerung eine einzelne Pumpe betreiben, die an zwei Motorventil gekoppelt ist, basierend auf Ventilansteuerung und einer Position des Ventils, um das jeweilige Ventil zu öffnen oder zu schließen.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
2 zeigt eine schematische Darstellung von Komponenten einer Magnetspulen- und Pumpeneinheit 200 (hierin auch als Ventilsystem bezeichnet), die an ein einzelnes Zylinderventil gekoppelt ist. Das Ventilsystem 200 kann einen Druckspeicher 202 beinhalten, der über eine federgespannte Kopplung an eine Mitteldruckkammer 206 gekoppelt ist. Motoröl kann der Mitteldruckkammer 206 über eine Leitung 204 zugeführt werden. Die Mitteldruckkammer kann an ein Magnetventil 210 gekoppelt sein. Ein Rollenschlepphebel 220 kann mit einer Nockenwelle 203 in Kontakt stehen, wobei der Rollenschlepphebel 220 ferner über eine weitere federgespannte Kopplung an eine Pumpe 208 gekoppelt ist. Jedes der Magnetventile 210 und die Pumpe 208 kann eine Hochdruckkammer 212 gekoppelt sein. Die Hochdruckkammer 212 und das Magnetventil 210 können an eine Ventileinheit 215 gekoppelt sein. Die Ventileinheit 215 kann eine Bremseinheit mit einem Kolben und einem hydraulischen Spielausgleichselement 214 (hierin auch als der hydraulische Ventilaktor bezeichnet) an dem oberen Abschnitt (näher am Magnetventil 210) und ein Ventil 216 am unteren Abschnitt (entfernt vom Magnetventil 210) beinhalten. Das Ventil 216 kann ein Einlassventil, das im Einlassanschluss eines Zylinders untergebracht ist, oder ein Auslassventil, das im Auslassanschluss des Zylinders untergebracht ist, sein.
Die Bewegung des Ventils 216 kann einem Profil an der Nockenwelle 203 folgen. Die Nockenwelle 203 kann den Rollenschlepphebel 220 antreiben, was dazu führt, das Öldruck in der Hochdruckkammer 212 erzeugt wird. Öl kann über die Pumpe 208 zu der Hochdruckkammer gepumpt werden. Nach Schließen des Magnetventils 210 kann der Öldruck mittels eines Kolben auf das Ventil 216 wirken, und das Ventil öffnet sich. Sobald Öl durch das offene hydraulische Ventil aus der Hochdruckkammer 212 fließt, fällt das Niveau der Kraft, die auf das Ventil 216 gegen die Ventilfederanordnung wirkt, und das Ventil 216 schließt sich. Wenn sich das Magnetventil 210 bei Nockenhub öffnet, fließt das Öl aus der Hochdruckkammer 212 in die Mitteldruckkammer 206. Das Magnetventil 210 aus 2 kann ein Ein/Aus-Ventil sein. Wenn die Magnetspule 210 geschlossen ist, kann Öl von der Pumpe 208 zur Hochdruckkammer 212 übertragen werden, und wenn die Magnetspule offen ist, kann Öl von der Pumpe 208 an den Speicher 202 übertragen werden, und das entsprechende Ventil 215 kann sich schließen. Auf diese Weise können ein einzelner Druckspeicher, ein Magnetventil und eine Pumpe verwendet werden, um eine Ventileinheit zu betreiben.
3 zeigt eine schematische Darstellung 300 von Komponenten eines Einzelventilsystems 301, die an zwei separate Ventile von zwei separaten Motorzylindern gekoppelt sind. Eine Nockenwelle 350 kann an eine Pumpeneinheit 352 gekoppelt sein, die wiederum an ein Magnetventil 356 gekoppelt ist. In einem Beispiel kann die Nockenwelle 350 die Nockenwelle 203 in 2 sein und das Magnetventil kann das Magnetventil 210 aus 2 sein. Das Magnetventil 210 aus 2 kann an jedes von einem Druckspeicher über eine Mitteldruckkammer, eine Pumpe über eine Hochdruckkammer und eine Einzelventileinheit gekoppelt sein, während das Magnetventil 356 aus 3 ein Magnetventil mit vier Anschlüssen sein kann.
Das Magnetventil mit vier Anschlüssen 356 kann an jedes von der Pumpeneinheit 352 über einen ersten Anschluss und an einen Druckspeicher 354 über einen zweiten Anschluss gekoppelt sein. Ein dritter Anschluss und ein vierter Anschluss des Magnetventils 356 können an eine erste Ventileinheit 358 bzw. eine zweite Ventileinheit 360 gekoppelt sein. Jede der Ventileinheiten 358 und 360 können die Ventileinheit 215 aus 2 sein. Die erste Ventileinheit 358 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein erstes Einlassventil 308 beinhalten, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, und die zweite Ventileinheit 360 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein zweites Einlassventil 326 beinhalten, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist. Jeder von dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder kann Einlassanschlüsse 315 und 335 und Auslassanschlüsse beinhalten. Ein erstes Auslassventil 306 kann an den ersten Zylinder 302 gekoppelt sein und ein zweites Auslassventil 324 kann an den zweiten Zylinder 322 gekoppelt sein. Kraftstoff kann jedem von dem ersten Zylinder 302 bzw. dem zweiten Zylinder 322 über die Saugrohreinspritzvorrichtungen 312 bzw. 330 und/oder über Direkteinspritzvorrichtungen 310 bzw. 328 zugeführt werden. Über die Zündkerzen 314 bzw. 322 kann jedem des ersten Zylinders 302 und des zweiten Zylinders 322 ein Funke verliehen werden.
Die Ventilansteuerung für die Einlassventile des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders können sich nicht überschneiden. Daher kann eine einzelne Pumpeneinheit, Nockenwelle, ein Druckspeicher und Magnetventil (hierin zusammen als Ventilsystem 301 bezeichnet) dazu verwendet werden, jede der ersten Ventileinheit 358 und der zweiten Ventileinheit 360 ohne Störungen zu betreiben. In einem Beispiel können sich in einem Vierzylinder-Reihenmotor Einlassventile des ersten Zylinders und des vierten Zylinders nicht überschneiden, und ein Einzelventilsystem kann dazu verwendet werden, die Einlassventile des ersten Zylinders und des vierten Zylinders (hier als Zylinder 302 und 322 abgebildet) anzutreiben. Ein Einlassventil und ein Auslassventil von zwei verschiedenen Zylindern können ebenfalls über ein Einzelventilsystem betrieben werden. In einem weiteren Beispiel können sich in einem Vierzylinder-Reihenmotor das Einlassventil des ersten Zylinders und das Auslassventil des zweiten Zylinders nicht überschneiden und ein Einzelventilsystem kann dazu verwendet werden, das Einlassventil des ersten Zylinders und das Auslassventil des zweiten Zylinders anzutreiben. Auf diese Weise können in einem Vierzylindersystem vier separate Ventilsysteme verwendet werden, um alle Einlass- und Auslassventile zu betreiben, wodurch die Anzahl von Motorkomponenten sowie die mit der Motormontage verbundenen Kosten reduziert werden.
Eine alternative Ausführungsform 700 eines Einzelventilsystems 701, das an zwei separate Ventile von zwei separaten Motorzylindern gekoppelt ist, ist in 7 gezeigt. Bereits in 3 eingeführte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt. Im Ventilsystem 701 können der Druckspeicher 354 und die Pumpeneinheit 352 an zwei separate Magnetspulen gekoppelt sein, eine erste Magnetspule 704 und eine zweite Magnetspule 356. Durch Aktivieren der ersten Magnetspule 704 können Ventile von einem einzelnen Zylinder (wie etwa dem ersten Zylinder 302 oder dem zweiten Zylinder 322) mit der Pumpeneinheit 352 und der zweiten Magnetspule 356 zur Betätigung verbunden werden. Auf diese Weise kann die separate Magnetspule (wie etwa die erste Magnetspule 704) dazu verwendet werden, ein Ventil (einem Zylinder entsprechend) auszuwählen, das geöffnet oder geschlossen werden soll. 4 zeigt eine schematische Darstellung 400 von Komponenten eines nockenfreien Motorzylinderventilbetätigungssystems 401. Das Motorsystem kann vier Zylinder 420, 430, 440 und 450 beinhalten, jeder davon mit einer separaten Einlass- und Auslassventileinheit. Jede der Einlassventileinheiten 426, 436, 446 und 456 kann die Ventileinheit 215 aus 2 sein. Jeder der vier Zylinder 420, 430, 440 und 450 kann an einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss, eine Saugrohreinspritzvorrichtung, eine Direkteinspritzvorrichtung und eine Zündkerze gekoppelt sein.
Die erste Ventileinheit 426 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein erstes Einlassventil 424 beinhalten, das an den Einlassanschluss 428 des ersten Zylinders 420 gekoppelt ist, die zweite Ventileinheit 436 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein zweites Einlassventil 434 beinhalten, das an den Einlassanschluss 438 des zweiten Zylinders 430 gekoppelt ist, die dritte Ventileinheit 446 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein drittes Einlassventil 444 beinhalten, das an den Einlassanschluss 448 des dritten Zylinders 440 gekoppelt ist, und die vierte Ventileinheit 456 kann einen hydraulischen Ventilaktor und ein viertes Einlassventil 454 beinhalten, das an den Einlassanschluss 458 des vierten Zylinders 450 gekoppelt ist.
In dem nockenfreien Ventilbetätigungssystem kann eine Kurbelwelle 402 verwendet werden, um die Zylinderventile anzutreiben. Ein erstes Teilsystem 470 kann eine erste Pumpeneinheit 404, die direkt an die Kurbelwelle an einem Ende und an ein erstes Magnetventil 406 am anderen Ende gekoppelt ist, und einen ersten Druckspeicher 408, der an die erste Magnetspule 406 gekoppelt ist, beinhalten. Das erste Teilsystem 470 kann an die zweite Einlassventileinheit 436 und an die dritte Einlassventileinheit 446 gekoppelt sein und jede der zweiten Ventileinlasseinheit 436 und die dritte Einlassventileinheit 446 können sequenziell über die einzelne Pumpeneinheit, das Magnetventil und den Druckspeicher des ersten Teilsystems 470 betrieben werden. Ein zweites Teilsystem 472 kann eine zweite Pumpeneinheit 410, die direkt an die Kurbelwelle an einem Ende und an ein zweites Magnetventil 414 am anderen Ende gekoppelt ist, und einen zweiten Druckspeicher 412, der an die zweite Magnetspule 414 gekoppelt ist, beinhalten. Das zweite Teilsystem 472 kann an die erste Einlassventileinheit 426 und an die vierte Einlassventileinheit 456 gekoppelt sein und jede der ersten Ventileinlasseinheit 426 und die dritte Einlassventileinheit 456 können sequenziell über die einzelne Pumpeneinheit, das Magnetventil und den Druckspeicher des zweiten Teilsystems 472 betrieben werden. Auf diese Weise können statt vier zwei Pumpeneinheiten und Magnetventile verwendet werden, um vier Einlassventile in einem nockenfreien Ventilbetätigungssystem anzutreiben. Die Eliminierung von Komponenten wie etwa den Nockenwellen, Nockenantrieben, Nockensensoren usw. kann Motorkosten und Packprobleme reduzieren.
In diesem Beispiel ist ein nockenfreies Ventilbetätigungssystem für die Einlassventile eines Vierzylindermotors gezeigt. Ein ähnliches nockenfreies Ventilbetätigungssystem kann auch für die Auslassventile der Motorzylinder benutzt werden. Zwei zusätzliche Teilsysteme mit jeweils einer separaten Pumpe, einem Magnetventil und einem Druckspeicher können dazu benutzt werden, vier Auslassventile anzutreiben.
Durch Eliminieren der Nockenwelle kann das Kompressionsmodul des Motoröls erhöht werden. In einem Beispiel können sich die Pumpeneinheiten in dem nockenfreien Ventilbetätigungssystem in dem Zylinderkopf befinden und mit einer mechanischen Stange angetrieben werden, wodurch die Ölkreisläufe verkürzt werden. In einem anderen Beispiel können sich die hydraulischen Ventilaktuatoren einschließlich der Bremseinheiten für jede Ventileinheit im Motorblock befinden und können über Schubstangen und Kipphebel an die Ventile gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel kann anstelle von Motoröl ein separates Hydraulikfluid für den Ventiltrieb verwendet werden. Durch die Verwendung eines separaten Fluids können Sauberkeit, geringe Belüftung und optimale Viskosität des Fluids aufrechterhalten werden (unabhängig davon, ob der Bediener das Motoröl wechselt).
Durch Eliminieren von Nockensensoren aus dem Ventiltrieb können Motorsteuerungen nicht mehr mit der Nockenposition synchronisiert werden. Die Startzeiten des Motors können verbessert werden, da ein Zylinder, der sich abwärts bewegt, für einen Einlasshub verwendet und mit Kraftstoff versorgt werden kann (oder jeder sich aufwärts bewegende Zylinder kann für einen Kompressionshub verwendet werden und über Direkteinspritzung mit Kraftstoff versorgt werden). Auf diese Weise kann das Steuersystem ohne einen Nockensensor den Motorhub basierend auf einer Position des Kolbens (ohne Koordination mit einer Nockenwelle) bestimmen. Durch Eliminieren von nockenbetätigten Zylinderventilen kann eine Zylinderdeaktivierung durch Deaktivierung von Zylinderventilen bei niedrigeren Motorlastbedingungen ausgeführt werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Öffnen von Einlass- und Auslassventilen in einem Vierzylinder(I4)-Reihenmotor. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 500 und des Rests der hierin aufgeführten Verfahren können durch eine Steuerung basierend auf in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen, wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 502 kann ein erstes Ventilsystem (Ventilsystem 1) dazu verwendet werden, ein erstes Einlassventil zu öffnen. Das Ventilsystem 1 kann jede zuvor für das Ventilsystem 301 erwähnte Komponente beinhalten. Eine einzelne Pumpe und Magnetspule des Ventilsystems 1 können zum Antrieb der Einlassventile eines ersten Zylinders und eines vierten Zylinders in dem 14-Motor verwendet werden.
Bei 504 kann ein viertes Ventilsystem (Ventilsystem 4) dazu verwendet werden, ein viertes Auslassventil zu öffnen. Das Ventilsystem 4 kann ebenfalls jede zuvor für das Ventilsystem 301 erwähnte Komponente beinhalten. Eine einzelne Pumpe und Magnetspule des Ventilsystems 4 können zum Antrieb der Auslassventile eines ersten Zylinders und eines vierten Zylinders in dem 14-Motor verwendet werden.
Bei 506 kann ein zweites Ventilsystem (Ventilsystem 2) dazu verwendet werden, ein drittes Einlassventil zu öffnen. Das Ventilsystem 2 kann ebenfalls jede zuvor für das Ventilsystem 301 erwähnte Komponente beinhalten. Eine einzelne Pumpe und Magnetspule des Ventilsystems 2 können zum Antrieb der Einlassventile eines ersten Zylinders und eines dritten Zylinders in dem 14-Motor verwendet werden.
Bei 508 kann ein drittes Ventilsystem (Ventilsystem 3) dazu verwendet werden, ein zweites Auslassventil zu öffnen. Das Ventilsystem 3 kann ebenfalls jede zuvor für das Ventilsystem 301 erwähnte Komponente beinhalten. Eine einzelne Pumpe und Magnetspule des Ventilsystems 3 können zum Antrieb der Auslassventile eines zweiten Zylinders und eines dritten Zylinders in dem 14-Motor verwendet werden.
Bei 510 kann das Ventilsystem 1 dazu verwendet werden, ein viertes Einlassventil zu öffnen. Da das erste Einlassventil vor dem Öffnen des vierten Einlassventils geschlossen sein kann, kann das Ventilsystem 1 effektiv dazu benutzt werden, zwei Einlassventile nichtgleichzeitig zu betreiben. Bei 512 kann das Ventilsystem 4 dazu verwendet werden, ein erstes Auslassventil zu öffnen. Da das vierte Auslassventil vor dem Öffnen des ersten Auslassventils geschlossen sein kann, kann das Ventilsystem effektiv dazu benutzt werden, zwei Auslassventile nichtgleichzeitig zu betreiben. Bei 514 kann das Ventilsystem 2 dazu benutzt werden, ein zweites Einlassventil nichtgleichzeitig zu öffnen. Da das dritte Einlassventil vor dem Öffnen des zweiten Einlassventils geschlossen sein kann, kann das Ventilsystem 2 effektiv dazu benutzt werden, zwei Einlassventile zu betreiben. Bei 516 kann das Ventilsystem 3 dazu benutzt werden, ein drittes Auslassventil zu öffnen. Da das zweite Auslassventil vor dem Öffnen des dritten Auslassventils geschlossen sein kann, kann das Ventilsystem 3 effektiv dazu benutzt werden, zwei Einlassventile zu betreiben. Auf diese Weise können vier Ventilsysteme dazu benutzt werden, acht Motorventile zu betreiben, wodurch die Anzahl von erwünschten Komponenten für Motorventilvorgänge reduziert wird.
Auf diese Art kann ein erstes Ventilsystem betrieben werden, um ein erstes Ventil zu öffnen, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, das erste Ventil zu schließen, dann ein zweites Ventil zu öffnen, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und das zweite Ventil zu schließen, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, ein Magnetventil und einen Druckspeicher umfasst.
6 zeigt eine beispielhafte 600 Ventilansteuerung in dem Vierzylinder-Reihenmotorsystem. Die x-Achse zeigt einen Kurbelwinkel (in Grad) und die y-Achse zeigt die Zylinderzahl. Die Einlassventile jedes Zylinders sind mit durchgezogenen Linien dargestellt, während die Auslassventile jedes Zylinders durch gestrichelte Linien dargestellt sind.
Das Einlassventil des ersten Zylinders wird zwischen dem 360°- und dem 540°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Auslassventil des ersten Zylinders wird zwischen dem 180°- und dem 360°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Einlassventil des zweiten Zylinders wird zwischen dem 180°- und dem 360°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Auslassventil des zweiten Zylinders wird zwischen dem 0°- und dem 180°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Einlassventil des dritten Zylinders wird zwischen dem 540°- und dem 720°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Auslassventil des dritten Zylinders wird zwischen dem 360°- und dem 540°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Einlassventil des vierten Zylinders wird zwischen dem 0°- und dem 180°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten. Das Auslassventil des vierten Zylinders wird zwischen dem 540°- und dem 720°-Kurbelwinkelintervall offen gehalten.
Aus dem Ventilansteuerungsdiagramm für jedes der Ventile ist ersichtlich, dass das Einlassventil des ersten Zylinders sich nicht mit jedem der Einlassventile des vierten Zylinders und dem Auslassventil des zweiten Zylinders überschneidet. Daher kann ein Einzelventilsystem (wie etwa das Ventilsystem 301 aus 3) dazu verwendet werden, das Einlassventil des ersten Zylinders zusammen mit entweder dem Einlassventil des vierten Zylinders oder dem Auslassventil des zweiten Zylinders ohne Störungen anzutreiben. Das Einlassventil des zweiten Zylinders überschneidet sich nicht mit jedem der Einlassventile des dritten Zylinders und dem Auslassventil des vierten Zylinders. Daher kann ein Einzelventilsystem dazu verwendet werden, das Einlassventil des zweiten Zylinders zusammen mit entweder dem Einlassventil des dritten Zylinders oder dem Auslassventil des vierten Zylinders ohne Störungen anzutreiben. Das Auslassventil des ersten Zylinders überschneidet sich nicht mit jedem der Auslassventile des vierten Zylinders und dem Einlassventil des dritten Zylinders. Daher kann ein Einzelventilsystem dazu verwendet werden, das Auslassventil des ersten Zylinders zusammen mit entweder dem Auslassventil des vierten Zylinders oder dem Einlassventil des dritten Zylinders ohne Störungen anzutreiben. Das Auslassventil des zweiten Zylinders überschneidet sich nicht mit jedem der Auslassventile des dritten Zylinders und dem Einlassventil des ersten Zylinders. Daher kann ein Einzelventilsystem dazu verwendet werden, das Auslassventil des zweiten Zylinders zusammen mit entweder dem Auslassventil des dritten Zylinders oder dem Einlassventil des ersten Zylinders ohne Störungen anzutreiben.
Auf diese Weise kann durch das Reduzieren der Anzahl von Komponenten in einem Zylinderventilbetätigungssystem die Unterbringung der Motorkomponenten verbessert werden und Komponenten- und Fertigungskosten können gesenkt werden.
In einem Beispiel umfasst ein System für einen Motor Folgendes: ein Ventilsystem mit einer Pumpe und einem Magnetventil zur nichtgleichzeitigen Betätigung von zwei Zylinderventilen, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind. Im vorangehenden Beispiel beinhaltet der Motor zusätzlich oder wahlweise vier Zylinder in einer Reihenformation, wobei jedes der zwei Zylinderventile einen hydraulischen Ventilaktor beinhaltet, der an das Magnetventil gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen sind die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise Einlassventile oder Auslassventile, wobei die Ventilansteuerungen der zwei Zylinderventile sich nicht überschneiden. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise ein erstes Einlassventil, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Einlassventil, das an einen vierten Zylinder gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise ein zweites Einlassventil, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und ein drittes Einlassventil, das an einen dritten Zylinder gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise das erste, an den ersten Zylinder gekoppelte Einlassventil und ein zweites, an den zweiten Zylinder gekoppeltes Auslassventil. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise ein erstes Auslassventil, das an den ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Auslassventil, das an den vierten Zylinder gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise das zweite Auslassventil, das an den zweiten Zylinder gekoppelt ist, und ein drittes Auslassventil, das an den dritten Zylinder gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen, ferner umfassend, zusätzlich oder wahlweise, eine Nockenwelle, die einen Rollenschlepphebel antreibt, der an die Pumpe gekoppelt ist. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhaltet die Magnetspule, zusätzlich oder wahlweise, vier Anschlüsse, einen ersten Anschluss, der an die Pumpe gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der an einen Druckspeicher gekoppelt ist, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss, die an die hydraulischen Ventilaktoren jedes der zwei Zylinderventile gekoppelt sind. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen, ferner umfassend, zusätzlich oder wahlweise, eine weitere Magnetspule, die an den Druckspeicher und die Magnetspule gekoppelt ist, wobei die Magnetspule dazu aktiviert wird, eines der zwei Zylinderventile selektiv zu betätigen. In einem oder allen der vorangehenden Beispielen beinhaltet der Motor, zusätzlich oder wahlweise, vier verschiedene Ventilsysteme zum Betätigen von acht Zylinderventilen, wobei das Ventilsystem ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem ist.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst Folgendes: Betreiben eines ersten Ventilsystems zum Öffnen eines ersten Ventils, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, Schließen des ersten Ventils, dann Öffnen eines zweiten Ventils, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und Schließen des zweiten Ventils, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, ein Magnetventil und einen Druckspeicher umfasst. In dem vorangehenden Beispiel wird die Pumpe zusätzlich oder wahlweise durch eine Nockenwelle betätigt, die über einen Rollenschlepphebel betätigt wird, der an die Pumpe gekoppelt ist, wobei der Motor vier Zylinder beinhalten kann, die in einer Reihe angeordnet sind. In einem oder allen vorangehenden Beispielen befindet sich der erste Zylinder zusätzlich oder wahlweise in einer ersten Position mit der Reihe und der zweite Zylinder befindet sich in einer vierten Position in der Reihe und bei jedem des ersten Ventils und des zweiten Ventils handelt es sich um Einlassventile, die an einen Einlassanschluss des ersten Zylinders bzw. des zweiten Zylinders gekoppelt sind. In einem oder allen vorangehenden Beispielen befindet sich der erste Zylinder zusätzlich oder wahlweise in einer zweiter Position in der Reihe und der zweite Zylinder befindet sich in einer dritten Position in der Reihe. In einem oder allen vorangehenden Beispielen handelt es sich bei jedem des ersten Ventils und des zweiten Ventils zusätzlich oder wahlweise um Auslassventile, die an einen Einlassanschluss des ersten Zylinders bzw. des zweiten Zylinders gekoppelt sind, wobei die Magnetspule an jedes von dem ersten Ventil, dem zweiten Ventil, der Pumpe und eines Druckspeichers gekoppelt ist.
In noch einem weiteren Beispiel umfasst ein nockenfreies Motorventilbetätigungssystem Folgendes: eine Kurbelwelle, die ein Ventilsystem antreibt, das zwei Zylinderventile betätigt, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, einen Druckspeicher und ein Magnetventil beinhaltet. In dem vorangehenden Beispiel ist die Pumpe zusätzlich oder wahlweise direkt an die Kurbelwelle gekoppelt und wird von dieser betätigt. In einem oder allen der vorangehenden Beispiele beinhalten die zwei Zylinderventile zusätzlich oder wahlweise ein erstes, an einen ersten Zylinder gekoppeltes Einlassventil und ein viertes, an einen vierten Zylinder gekoppeltes Einlassventil in einem Vierzylinder(I4)-Motor.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „etwa“ so ausgelegt, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs ausdrückt, insofern nichts anderes dargelegt ist.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Ventilsystem mit einer Pumpe und einem Magnetventil zur nichtgleichzeitigen Betätigung von zwei Zylinderventilen, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Motor vier Zylinder in einer Reihenformation, wobei jedes der zwei Zylinderventile einen hydraulischen Ventilaktor beinhaltet, der an das Magnetventil gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zwei Zylinderventile Einlassventile oder Auslassventile, wobei die Ventilansteuerungen der zwei Zylinderventile sich nicht überschneiden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile ein erstes Einlassventil, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Einlassventil, das an einen vierten Zylinder gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile ein zweites Einlassventil, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und ein drittes Einlassventil, das an einen dritten Zylinder gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile das erste, an den ersten Zylinder gekoppelte Einlassventil und ein zweites, an den zweiten Zylinder gekoppeltes Auslassventil.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile ein erstes Auslassventil, das an den ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Auslassventil, das an den vierten Zylinder gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile das zweite Auslassventil, das an den zweiten Zylinder gekoppelt ist, und ein drittes Auslassventil, das an den dritten Zylinder gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jedes der zwei Zylinderventile einen hydraulischen Ventilaktor, der an das Magnetventil gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch eine Nockenwelle gekennzeichnet, die einen Rollenschlepphebel antreibt, der an die Pumpe gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Magnetspule vier Anschlüsse, einen ersten Anschluss, der an die Pumpe gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der an einen Druckspeicher gekoppelt ist, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss, die an die hydraulischen Ventilaktoren jedes der zwei Zylinderventile gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch eine weitere Magnetspule gekennzeichnet, die an den Druckspeicher und die Magnetspule gekoppelt ist, wobei die Magnetspule dazu aktiviert wird, eines der zwei Zylinderventile selektiv zu betätigen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Motor vier verschiedene Ventilsysteme zum Betätigen von acht Zylinderventilen, wobei das Ventilsystem ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Betreiben eines ersten Ventilsystems zum Öffnen eines ersten Ventils, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, Schließen des ersten Ventils, dann Öffnen eines zweiten Ventils, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und Schließen des zweiten Ventils, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, ein Magnetventil und einen Druckspeicher umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Pumpe durch eine Nockenwelle betätigt, die über einen Rollenschlepphebel betätigt wird, der an die Pumpe gekoppelt ist, wobei der Motor vier Zylinder beinhalten kann, die in einer Reihe angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der erste Zylinder in einer ersten Position mit der Reihe und der zweite Zylinder befindet sich in einer vierten Position in der Reihe und bei jedem des ersten Ventils und des zweiten Ventils handelt es sich um Einlassventile, die an einen Einlassanschluss des ersten Zylinders bzw. des zweiten Zylinders gekoppelt sind.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der erste Zylinder in einer zweiter Position in der Reihe und der zweite Zylinder befindet sich in einer dritten Position in der Reihe.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei jedem des ersten Ventils und des zweiten Ventils um Auslassventile, die an einen Einlassanschluss des ersten Zylinders bzw. des zweiten Zylinders gekoppelt sind, wobei die Magnetspule an jedes von dem ersten Ventil, dem zweiten Ventil, der Pumpe und eines Druckspeichers gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein nockenfreies Motorventilbetätigungssystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Kurbelwelle, die ein Ventilsystem antreibt, das zwei Zylinderventile betätigt, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, einen Druckspeicher und ein Magnetventil beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Pumpe direkt an die Kurbelwelle gekoppelt und wird von dieser betätigt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die zwei Zylinderventile ein erstes, an einen ersten Zylinder gekoppeltes Einlassventil und ein viertes, an einen vierten Zylinder gekoppeltes Einlassventil in einem Vierzylinder(I4)-Motor.
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 62767295 [0001]
US 6883492 [0004]

Claims

System für einen Motor, Folgendes umfassend: ein Ventilsystem mit einer Pumpe und einem Magnetventil zur nichtgleichzeitigen Betätigung von zwei Zylinderventilen, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor vier Zylinder in einer Reihenformation beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei die zwei Zylinderventile Einlassventile oder Auslassventile sind, wobei die Ventilansteuerungen der zwei Zylinderventile sich nicht überschneiden.
System nach Anspruch 1, wobei die zwei Zylinderventile ein erstes Einlassventil, das an einen ersten Zylinder gekoppelt ist, und ein viertes Einlassventil, das an einen vierten Zylinder gekoppelt ist, beinhalten.
System nach Anspruch 1, wobei die zwei Zylinderventile ein zweites Einlassventil, das an einen zweiten Zylinder gekoppelt ist, und ein drittes Einlassventil, das an einen dritten Zylinder gekoppelt ist, beinhalten.
System nach Anspruch 4, wobei die zwei Zylinderventile das erste, an den ersten Zylinder gekoppelte Einlassventil und ein zweites, an den zweiten Zylinder gekoppeltes Auslassventil beinhalten.
System nach Anspruch 1, wobei jedes der zwei Zylinderventile einen hydraulischen Ventilaktor beinhaltet, der an das Magnetventil gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Nockenwelle, die einen Rollenschlepphebel antreibt, der an die Pumpe gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei das Magnetventil vier Anschlüsse beinhaltet, einen ersten Anschluss, der an die Pumpe gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der an einen Druckspeicher gekoppelt ist, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss, die an die hydraulischen Ventilaktoren jedes der zwei Zylinderventile gekoppelt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor vier verschiedene Ventilsysteme zum Betätigen von acht Zylinderventilen beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei das Ventilsystem ein kontinuierlich variables Ventilhubsystem ist.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend eine weitere Magnetspule, die an den Druckspeicher und die Magnetspule gekoppelt ist, wobei die Magnetspule dazu aktiviert wird, eines der zwei Zylinderventile selektiv zu betätigen.
Nockenfreies Motorventilbetätigungssystem, Folgendes umfassend: eine Kurbelwelle, die ein Ventilsystem antreibt, das zwei Zylinderventile betätigt, die an zwei separate Zylinder gekoppelt sind, wobei das Ventilsystem eine Pumpe, einen Druckspeicher und ein Magnetventil beinhaltet.
System nach Anspruch 13, wobei die Pumpe direkt an die Kurbelwelle gekoppelt ist und von dieser betätigt wird.
System nach Anspruch 13, wobei die zwei Zylinderventile ein erstes, an einen ersten Zylinder gekoppeltes Einlassventil und ein viertes, an einen vierten Zylinder gekoppeltes Einlassventil in einem Vierzylinder(I4)-Motor beinhalten.