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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Motorventilbetätigungssystem und ein Verfahren zur Steuerung eines Motors gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Ventilbetätigungssystem für einen Verbrennungsmotor gerichtet.
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Hintergrund
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Der Betrieb eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Diesel-, Benzin- oder Erdgas-Motors, kann die Erzeugung von unerwünschten Emissionen verursachen. Diese Emissionen, die Partikel und Stickoxide (NOx) aufweisen, werden erzeugt, wenn Brennstoff in einer Brennkammer des Motors verbrannt wird. Ein Auslasshub eines Motorkolbens drückt Abgas, welches diese Emissionen mit einschließt, aus dem Motor. Wenn keine Maßnahmen zur Verringerung von Emissionen stattfinden, werden diese unerwünschten Emissionen schließlich in die Umgebung ausgelassen.
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Die Forschungen werden gegenwärtig darauf gerichtet, die Menge der unerwünschten Emissionen zu verringern, die während des Betriebs eines Motors in die Umgebung ausgelassen werden. Es wird erwartet, dass eine verbesserte Motorkonstruktion und eine verbesserte Steuerung des Motorbetriebs zu einer Verringerung der unerwünschten Emissionen führen kann. Man hat herausgefunden, dass unterschiedliche Ansätze, wie beispielsweise die Rückzirkulation von Motorgasen bzw. Abgasen und Nachbehandlungen, die Menge der Emissionen reduzieren, die während des Betriebs eines Motors erzeugt werden. Unglücklicherweise kann die Einrichtung dieser Ansätze zur Verringerung von Emissionen eine Verringerung des gesamten Wirkungsgrades des Motors zur Folge haben.
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Zusätzliche Bemühungen sind auf die Verbesserung des Motorwirkungsgrades fokussiert, um den Verlust des Wirkungsgrades aufgrund von Systemen zur Verringerung von Emissionen zu kompensieren. Ein solcher Ansatz zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades sieht die Einstellung der Betätigungszeitsteuerung der Motorventile vor. Beispielsweise kann die Betätigungszeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile modifiziert werden, um eine Veränderung an dem typischen Diesel- oder Otto-Zyklus einzurichten, der als der Miller-Zyklus bekannt ist. Bei einem Miller-Zyklus mit ”spätem Einlass” werden die Einlassventile des Motors während eines Teils des Kompressionshubes des Kolbens offen gehalten.
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Die Motorventile in einem Verbrennungsmotor werden typischerweise durch eine Nockenanordnung angetrieben, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle hat eine entsprechende Drehung einer Nocke zur Folge, die einen oder mehrere Nockenfolgevorrichtungen antreibt. Die Bewegung der Nockenfolgevorrichtungen hat eine Betätigung der Motorventile zur Folge. Somit regelt die Form der Nocke die Zeitsteuerung und die Dauer der Ventilbetätigung.
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Wie im
US-Patent 6 237 551 B1 von Macor und anderen beschrieben, welches am 29. Mai 2001 ausgegeben wurde, kann ein Miller-Zyklus mit ”spätem Einlass” in einer solchen Nockenanordnung eingerichtet werden, indem man die Form der Nocke modifiziert, so dass die Betätigung des Einlassventils mit dem Beginn des Kompressionshubes des Kolbens überlappt. Diese Art von Systemen ist relativ unflexibel, da die Zeitsteuerung der Motorventile ungeachtet der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs konstant bleiben wird. Weitere Systeme zur Betätigung von Einlassventilen sind bekannt aus
US 4 917 056 A ,
JP H 08-170512A ,
US 6 302 069 B1 und
US 4 711 207 A .
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Hydraulische Lösungen, um einen Betrieb im Miller-Zyklus mit spätem Einlass zu erreichen, können ungleichmäßiges Verhalten bei kalten Temperaturen mit sich bringen, beispielsweise während eines Kaltstarts des Motors und während Betriebsbedingungen bei Kälte. Da Strömungsmittel, wie beispielsweise Schmieröl, viskoser ist, wenn es kalt ist, kann das Strömungsmittel nicht durch kleinere Leitungen fließen, die verwendet werden können, um einen Betrieb im Miller-Zyklus mit spätem Einlass zu betreiben, was einen unvorhersagbaren Betrieb zur Folge hat.
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Das Einlassventilbetätigungssystem der vorliegenden Erfindung kann eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme lösen und insbesondere einen gleichmäßigen Betrieb im Miller-Zyklus bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen erreichen. Dies wird durch ein Motorventilbetätigungssystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Steuerung eines Motors gemäß Anspruch 4 erreicht.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Motorventilbetätigungssystem mit einem Einlassventil, welches bewegbar ist zwischen einer ersten Position, die einen Strömungsmittelfluss blockiert, und einer zweiten Position, die einen Strömungsmittelfluss zulässt. Das System kann auch eine Nockenanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, um das Einlassventil zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen. Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Zeitsteuerung des Einlassventils bei der Bewegung von der zweiten Position zur ersten Position selektiv zu modifizieren.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein Verfahren zur Steuerung eines Motors mit einem Kolben, der über einen Einlasshub bewegbar ist, der von einem Kompressionshub gefolgt wird. Das Verfahren kann ein Einlassventil über eine Nocke bewegen, und zwar zwischen einer ersten Position, die einen Strömungsmittelfluss blockiert, und einer zweiten Position, die einen Strömungsmittelfluss während des Einlasshubes des Kolbens gestattet. Das Verfahren kann auch die Betätigung eines Elektromagneten aufweisen, der mit dem Einlassventil assoziiert ist, wenn das Einlassventil von der ersten Position entfernt ist, um selektiv eine Zeitsteuerung des Einlassventils bei der Bewegung aus der zweiten Position in die erste Position zu modifizieren.
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Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind, und das diese die Erfindung nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine diagrammartige Darstellung einer beispielhaften Ventilbetätigungsanordnung für den Motor der 1; und
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3 ist eine grafische Darstellung einer beispielhaften Ventilbetätigung als eine Funktion des Motorkurbelwellenwinkels für einen Motorbetrieb gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 20 ist in 1 veranschaulicht. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung ist der Motor 20 als ein Vier-Takt-Diesel-Motor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 20 irgend eine andere Art eines Verbrennungsmotors sein könnte, wie beispielsweise ein Benzin- oder Erdgas-Motor.
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Wie in 1 veranschaulicht, weist der Motor 20 einen Motorblock 28 auf, der eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert. Ein Kolben 24 ist innerhalb jedes Zylinders 22 verschiebbar angeordnet. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 20 sechs Zylinder 22 und sechs assoziierte Kolben 24 auf. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass der Motor 20 eine größere oder geringere Anzahl von Kolben 24 aufweisen kann, und dass die Kolben 24 in einer ”Reihenkonfiguration” in einer ”V-Konfiguration” oder in irgendeiner anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie ebenfalls in 1 gezeigt, weist der Motor 20 eine Kurbelwelle 27 auf, die drehbar innerhalb des Motorblocks 28 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit der Kurbelwelle 27. Jeder Kolben 24 ist mit der Kurbelwelle 27 gekoppelt, so dass eine Gleitbewegung des Kolbens 24 innerhalb des jeweiligen Zylinders 22 eine Drehung der Kurbelwelle 27 zur Folge hat. In ähnlicher Weise wird eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine Gleitbewegung des Kolbens 24 zur Folge haben.
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Der Motor 20 weist auch einen Zylinderkopf 30 auf. Der Zylinderkopf 30 definiert einen Einlassdurchlassweg 41, der zu mindestens einem Einlassanschluss 36 für jeden Zylinder 22 führt. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 36 für jeden Zylinder 22 definieren.
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Ein Einlassventil 32 ist innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet. Jedes Einlassventil 32 weist ein Ventilelement 40 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den jeweiligen Einlassanschluss 36 zu blockieren. Wie genauer unten beschrieben, kann jedes Einlassventil 32 betätigt werden, um das Ventilelement 40 zu bewegen oder ”anzuheben”, um dadurch den jeweiligen Einlassanschluss 36 zu öffnen. In einem Zylinder 22 mit einem Paar von Einlassanschlüssen 36 und einem Paar von Einlassventilen 32 kann das Paar von Einlassventilen 32 durch eine einzige Ventilbetätigungsanordnung oder durch ein Paar von Ventilbetätigungsanordnungen betätigt werden.
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Der Zylinderkopf 30 definiert auch mindestens einen Auslassanschluss 38 für jeden Zylinder 22. Jeder Auslassanschluss 38 führt von dem jeweiligen Zylinder 22 zu einem Auslassdurchlassweg 43. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 für jeden Zylinder 22 definieren.
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Ein Auslassventil 34 ist in jedem Auslassanschluss 38 angeordnet. Jedes Auslassventil 34 weist ein Ventilelement 48 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den jeweiligen Auslassanschluss 38 zu blockieren. Wie genauer unten beschrieben, kann jedes Auslassventil 34 betätigt werden, um das Ventilelement 48 zu bewegen oder ”anzuheben”, um dadurch den jeweiligen Auslassanschluss 38 zu öffnen. In einem Zylinder 22 mit einem Paar von Auslassanschlüssen 38 und einem Paar von Auslassventilen 34 kann das Paar von Auslassventilen 34 durch eine einzige Ventilbetätigungsanordnung betätigt werden, oder durch ein Paar von Ventilbetätigungsanordnungen.
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2 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Zylinders 22 des Motors 20. Der Einlassdurchlassweg 41 führt von einer Einlasssammelleitungsöffnung 87 zum Einlassanschluss 36 und in die Brennkammer 23. Zusätzlich weist der Motor 20 eine Einlasssammelleitung 88 auf, die im Eingriff mit dem Zylinderkopf 30 sein kann. Die Einlassgase können von der Einlasssammelleitung 88 durch den Einlassdurchlassweg 41 zu der Brennkammer 23 geleitet werden.
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Das Einlassventilelement 40 ist konfiguriert, um selektiv mit einem Ventilsitz 50 in dem Einlassanschluss 36 in Eingriff zu kommen. Das Einlassventilelement 40 kann bewegt werden zwischen einer ersten Position, wo das Einlassventilelement 40 mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff steht, um einen Strömungsmittelfluss relativ zum Einlassanschluss 36 zu verhindern, und einer zweiten Position (wie in 2 veranschaulicht), wo das Einlassventilelement 40 entfernt vom Ventilsitz 50 ist, um einen Fluss von Strömungsmittel relativ zum Einlassanschluss 36 zu gestatten.
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Der Motor 20 weist auch eine Nockenwelle 39 auf. Die Nockenwelle 39 ist betriebsmässig in Eingriff mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Motors 20. Die Nockenwelle 39 kann mit der Kurbelwelle in irgendeiner Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist, wobei eine Drehung der Kurbelwelle eine entsprechende Drehung der Nockenwelle 39 zur Folge haben wird. Beispielsweise kann die Nockenwelle 39 mit der Kurbelwelle durch einen Antriebsstrang verbunden sein, der die Drehzahl der Nockenwelle 39 ungefähr auf die Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle verringert.
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Wie in 2 gezeigt, kann eine Einlassnocke 60 auch mit der Nockenwelle 39 assoziiert sein, um sich mit der Nockenwelle 39 zu drehen. Die Einlassnocke 60 kann einen Nockenansatz 61 aufweisen. Wie genauer später im Detail erklärt, wird die Form des Nockenansatzes 61 auf der Einlass Nocke 60 zumindest teilweise die Betätigungszeitsteuerung des Einlassventilelementes 40 bestimmen. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 2 variiert die Distanz zwischen der äußeren Kante des Nockenansatzes 61 zwischen einer ersten Ansatzposition 90 und einer zweiten Ansatzposition 92, einer dritten Ansatzposition 94 und einer vierten Ansatzposition 96. Der Fachmann wird erkennen, dass die Einlassnocke 60 eine größere Anzahl von Nockenansätzen und/oder einen Nockenansatz mit einer anderen Konfiguration aufweisen kann, und zwar abhängig von der erwünschten Betätigungszeitsteuerung des Einlassventils.
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Der Motor 20 weist auch eine Reihe von Ventilbetätigungsanordnungen 44 auf (von denen eine in 2 veranschaulicht ist). Eine Ventilbetätigungsanordnung 44 kann vorgesehen sein, um das Auslassventilelement 48 zwischen den ersten und zweiten Positionen zu bewegen. Eine weitere Ventilbetätigungsanordnungen 44 kann vorgesehen sein, um das Einlassventilelement 40 zwischen den ersten und zweiten Positionen zu bewegen.
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Jede Ventilbetätigungsanordnung 44 weist einen Kipphebel 64 auf, der ein erstes Ende 76, ein zweites Ende 78 und einen Schwenkpunkt 66 aufweist. Das erste Ende 76 des Kipphebels 64 ist betriebsmäßig in Eingriff mit dem Einlassventilelement 40 durch einen Ventilschaft 46. Das zweite Ende 78 des Kipphebels 64 ist betriebsmäßig mit einer Druckstange 63 assoziiert.
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Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann auch eine Ventilfeder 72 aufweisen. Die Ventilfeder 72 kann auf den Ventilschaft 46 durch eine Verriegelungsmutter 74 wirken. Die Ventilfeder 72 kann dahingehend wirken, dass sie das Einlassventilelement 40 relativ zum Zylinderkopf 30 bewegt. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wirkt die Ventilfeder 72 dahingehend, dass sie das Einlassventilelement 40 in die erste Position vorspannt, wodurch das Einlassventilelement 40 mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff kommt, um einen Strömungsmittelfluss relativ zum Einlassanschluss 36 zu verhindern.
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Das Ventilbetätigungssystem 44 kann von der Nocke 60 angetrieben werden. Wie der Fachmann erkennen wird, wird eine Drehung der Nocke 60 bewirken, dass die Nockenfolgevorrichtung 62 und die assoziierte Druckstange 63 sich periodisch zwischen einer oberen Position und einer unteren Position hin und her bewegen. Die Hin- und Herbewegung der Druckstange 63 bewirkt, dass der Kipphebel 64 sich um den Schwenkpunkt 66 dreht. Wenn die Druckstange 63 sich in der Richtung bewegt, die vom Pfeil 58 gezeigt wird, wird der Kipphebel 64 schwenken und das erste Ende 76 in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Die Bewegung des ersten Endes 76 bewirkt, dass jedes Einlassventil 32 sich vom Ventilsitz 50 abhebt und den Einlassanschluss 36 öffnet. Wenn die Nocke 60 sich weiterdreht, wird die Ventilfeder 72 auf das erste Ende 76 des Kipphebels 64 wirken, um jedes Einlassventil 32 zu der geschlossenen Position zurückzubringen.
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In dieser Weise steuert die Form und die Orientierung der Nocke 60 die Zeitsteuerung der Betätigung der Einlassventile 32. Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Nocke 60 konfiguriert sein, um die Betätigung der Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 zu koordinieren. Beispielsweise können die Einlassventile 32 betätigt werden, um die Einlassanschlüsse 36 zu öffnen, wenn der Kolben 24 sich innerhalb des Zylinders 22 zurückzieht, um zu gestatten, dass Luft aus dem Einlassdurchlassweg 41 in den Zylinder 22 fließt.
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Eine ähnliche Ventilbetätigungsanordnung kann mit den Auslassventilen 34 verbunden sein. Eine zweite (nicht gezeigte) Nocke kann mit der Kurbelwelle 27 verbunden sein, um den Betätigungszeitpunkt der Auslassventile 34 zu steuern. Die Auslassventile 34 können betätigt werden, um die Auslassanschlüsse 38 zu öffnen, wenn der Kolben 24 sich innerhalb des Zylinders 22 vorschiebt, was gestattet, dass das Abgas aus dem Zylinder 22 in den Auslassdurchlassweg 43 fließt.
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Wie in 2 gezeigt, weist die Ventilbetätigunganordnung 44 auch eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 80 auf, beispielsweise einen Verriegelungselektromagneten, der an dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 angeordnet ist. Die Betätigungsvorrichtung 80 kann eine Elektromagnetspule 82 und einen Anker 84 aufweisen, der mit einem Kern 85 gekoppelt ist. Der Anker 84 und der Kern 85 sind relativ zu der Elektromagnetspule 82 bewegbar. Beispielsweise können der Anker 84 und der Kern 85 verschiebbar durch die Elektromagnetspule 82 bewegbar sein. Die Betätigungsvorrichtung 80 kann betreibar sein, um mit dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 über ein Ende 86 des Kerns 85 in Eingriff zu kommen.
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Wie in 1 gezeigt, kann eine Steuervorrichtung 100 mit jeder Ventilbetätigungsanordnung 44 verbunden sein. Die Steuervorrichtung 100 kann ein elektronisches Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor und einen Speicher hat. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist der Speicher mit dem Mikroprozessor verbunden und speichert einen Anweisungssatz und Variable. Mit dem Mikroprozessor und einem Teil des elektronischen Steuermoduls sind verschiedene andere bekannte Schaltungen verbunden, wie beispielsweise unter anderem eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung und eine Elektromagnettreiberschaltung.
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Die Steuervorrichtung 100 kann programmiert sein, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Motors 20 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 programmiert sein, um die Ventilbetätigungsanordnung, dass Brennstoffeinspritzsystem und irgendeine andere Funktion zu steuern, die leicht dem Fachmann offensichtlich sein wird. Die Steuervorrichtung 100 kann den Motor 20 basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors und/oder basierend auf Anweisungen steuern, die von einem Bediener empfangen wurden.
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Die Steuervorrichtung 100 kann weiter programmiert sein, um Informationen von einem oder mehreren Sensoren aufzunehmen, die betriebsmässig mit dem Motor 20 verbunden sind. Jeder der Sensoren kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors 20 abzufühlen. Beispielsweise kann der Motor 20 mit Sensoren ausgerüstet sein, die konfiguriert sind, um einen oder mehrere der folgenden Größen abzufühlen: die Temperatur des Motorkühlmittels, die Temperatur des Motors, die Umgebungslufttemperatur, die Motordrehzahl, die Belastung des Motors und den Einlassluftdruck.
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Der Motor 20 kann weiter mit einem Sensor ausgerüstet sein, der konfiguriert ist, um den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 zu überwachen, um dadurch die Position der Kolben 24 in ihren jeweiligen Zylindern 22 zu bestimmen. Der Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 steht auch in Beziehung zu der Betätigungszeitsteuerung der Einlassventile 32 und der Auslassventile 34. Eine beispielhafte Kurvendarstellung 102, die die Beziehung zwischen dem Ventilbetätigungszeitpunkt und den Kurbelwellenwinkel anzeigt, ist in 3 veranschaulicht. Wie durch die Kurvendarstellung 102 gezeigt, wird die Auslassventilbetätigung 104 zeitlich gesteuert, so dass sie im wesentlichen mit dem Auslasshub des Kolbens 24 zusammenfällt, und die Einlassventilbetätigung 106 wird zeitlich so gesteuert, dass sie im wesentlichen mit dem Einlasshub des Kolbens 24 zusammenfällt. 3 veranschaulicht den Ventilhub für einen beispielhaften späten Einlassverschluss 108 und einen beispielhaften herkömmlichen Verschluss 110.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Basierend auf Informationen, die von den Motorsensoren geliefert werden, kann die Steuervorrichtung 100 jede Ventilbetätigungsanordnung 44 betätigen, um dadurch selektiv einen Miller-Zyklus mit späten Einlass oder einen herkömmlichen Otto-Zyklus für jeden Zylinder 22 des Motors 20 einzurichten. Bei normalen Betriebsbedingungen wird die Einrichtung des Miller-Zyklus mit späten Einlass dem gesamten Wirkungsgrad des Motors 20 steigern.
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Die folgende Besprechung beschreibt die Einrichtung eines Miller-Zyklus mit späten Einlass in einem einzigen Zylinder 22 des Motors 20. Der Fachmann wird erkennen, dass das System der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um selektiv einen Miller-Zyklus mit späten Einlass in allen Zylindern des Motors 20 einzurichten, und zwar in gleicher oder in ähnlicher Weise. Zusätzlich kann das offenbarte System verwendet werden, um andere Ventilbetätigungsveränderungen an dem herkömmlichen Diesel-Zyklus vorzunehmen, wie beispielsweise einen Auslass-Miller-Zyklus.
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Wenn der Motor 20 unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet, richtet die Steuervorrichtung 100 einen Miller-Zyklus mit späten Einlass ein, indem sie zuerst einen Strom an der Elektromagnetspule 82 während eines ersten Teils des Kompressionshubes des Kolbens 24 anliegt. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82, welches den Anker 84 und den Kern 85 zu einer ausgefahrenen Position in einer ersten Richtung drückt. Beispielsweise kann die Elektromagnetspule 82 den Anker 84 und den Kern 85 in einer Richtung zu der Elektromagnetspule 82 hin ziehen, so dass das Ende 86 des Kerns 85 mit dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 in Eingriff steht, um das Einlassventil 32 für einen ersten Teil des Kompressionshubes des Kolbens 24 offen zu halten.
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In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 80 ein Verriegelungselektromagnet. In einem solchen Ausführungsbeispiel bleiben der Anker 84 und der Kern 85 in der ausgefahrenen Position, auch wenn der erste Strom nicht länger an dem Elektromagneten 82 anliegt. Wenn es erwünscht ist, zu gestatten, dass das Einlassventil 32 sich schließt, wird ein zweiter Strom an der Elektromagnetspule 82 in einer Richtung entgegengesetzt zum ersten Strom angelegt. Der zweite Strom erzeugt ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82, welches den Anker 84 und den Kern 85 in einer zurückgezogenen Position drückt, und zwar in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung. Beispielsweise kann die Elektromagnetspule 82 den Anker 84 und den Kern 85 in einer Richtung weg von der Elektromagnetspule 82 drücken, so dass das Ende 86 des Kerns 85 nicht länger mit dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 in Eingriff steht und gestattet, dass das Einlassventil 32 schließt.
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Es sei bemerkt, dass ein zusätzlicher Strom an der Elektromagnetspule 82 angelegt werden könnte, wenn die Kraft der Feder 72 beginnt, das Ventil 32 zu schließen, um die Aufschlagkraft des Ventilelementes 48 auf den Ventilsitz 50 zu reduzieren. Dieser zusätzliche Strom kann einen Wert zwischen den ersten und zweiten Strömen haben. Der zusätzliche Strom kann den Anker 84 und den Kern 85 zu der ausgefahrenen Position zurückbringen und den Anker 84 und den Kern 85 in einer ausgefahrenen Position halten.
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Ein beispielhafter später Einlassverschluss 108 ist in 3 veranschaulicht. Wie gezeigt wird die Einlassventilbetätigung 106 in einen Teil des Kompressionshubes des Kolbens 24 erweitert. Dies gestattet, dass ein Teil der Luft in dem Zylinder 22 entweicht. Die Menge der Luft, die aus dem Zylinder 22 entweichen darf, kann gesteuert werden, indem man den Kurbelwellenwinkel einstellt, bei dem der erste Strom an die Elektromagnetspule 82 der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 80 angelegt wird. Der erste Strom kann an die Elektromagnetspule 82 bei einem früheren Kurbelwellenwinkel angelegt werden, um die Menge der entweichenden Luft zu verringern, oder bei einem späteren Kurbelwellenwinkel, um die Menge der entweichenden Luft zu vergrößern.
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Die elektronische Betätigungsvorrichtung 80 kann auch betätigt werden, um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der die Einlassventile 32 geschlossen werden. Dies kann verhindern, dass die Ventilelemente 40 beschädigt werden, wenn man die Einlassanschlüsse 36 schließt. Beispielsweise kann unabhängig davon, ob die Steuervorrichtung 100 einen Miller-Zyklus mit späten Einlass oder einen herkömmlichen Diesel-Zyklus einrichtet, ein Strom an der Elektromagnetspule 82 zu einem Zeitpunkt angelegt werden, wenn das Einlassventil 32 schließt. Beispielsweise wird während eines Miller-Zyklus mit spätem Einlass dieser Strom angelegt, nachdem die zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ströme angelegt wurden. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82, welches den Anker 84 und den Kern 85 zu der ausgefahrenen Position in der ersten Richtung drückt, um mit dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 in Eingriff zukommen. Die Kraft des Magnetfeldes ist stark genug, um den Verschluss des Einlassventils 32 zu stoppen, jedoch nicht stark genug, um einen Schaden an dem Ventilschaft 46 oder an dem Kipphebel 64 zu verursachen. Ein umgekehrter Strom kann kurz danach angelegt werden, um zu gestatten, dass das Einlassventil 32 sich weiter ohne eine signifikante Verzögerung schließt, während das Verschlussmoment des Einlassventils 32 verlangsamt wird, um den Stoß des Ventilelementes 40 auf den Ventilsitz 50 zu reduzieren. Der Effekt des Stroms zur Verringerung der Verschlussgeschwindigkeit des Einlassventils ist aus der allmählichen Verjüngung der Verschlusskurve 108 bei spätem Einlass zu sehen, wenn sich der Kompressionshub des Kolbens 24 dem oberen Totpunkt nähert.
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Es sei bemerkt, dass andere Alternativen zur Verringerung der Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 existieren. Beispielsweise kann ein (nicht gezeigter) Stoßdämpfer zwischen dem Kern 85 und dem Kipphebel 64 angeordnet sein. Der Stoßdämpfer kann ein Feder/Dämpfer-Element aufweisen, wie beispielsweise ein abgeschlossenes hydraulisches, pneumatisches oder aus Elastomer bestehendes Element. Als ein weiteres Beispiel kann eine (nicht gezeigte) Nocke verwendet werden, um die Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 zu reduzieren. Eine solche Nocke kann als eine ”Abbremsungsnocke” oder ”Übergabenocke” bezeichnet werden, weil sie die Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 beim Übergabepunkt oder Auftreffpunkt reduziert.
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Das offenbarte Motorventilbetätigungssystem kann selektiv den Zeitpunkt der Betätigung des Einlassventils und/oder des Auslassventils eines Verbrennungsmotors ändern. Die Betätigung der Motorventile kann auf abgefühlten Betriebsbedingungen des Motors basieren. Beispielsweise kann das Motorventilbetätigungssystem einen Miller-Zyklus mit spätem Einlass einrichten, wenn der Motor unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet, und der Miller-Zyklus mit spätem Einlass kann ausgeschaltet werden, wenn der Motor unter anderen Bedingungen arbeitet. Das Motorventilbetätigungssystem kann verwendet werden, um den Miller-Zyklus mit spätem Einlass während des Kaltstarts des Motors oder während anderen Bedingungen mit kaltem Motor einzurichten, da die betriebliche Zuverlässigkeit der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 80 nicht von der Betriebstemperatur abhängt. Somit sieht die vorliegende Erfindung ein flexibles Motorventilbetätigungssystem vor, welches sowohl eine verbesserte Kaltstartfähigkeit als auch Gewinne bei der Brennstoffausnutzung bietet.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem offenbarten Motorventilbetätigungssystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
