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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft eine Steuerung von Motorventilen für
Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Die
Angaben in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformation bezogen
auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise
keinen Stand der Technik dar.
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Verbrennungsmotoren,
insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, fallen allgemein
in eine von zwei Kategorien, Motoren mit Funkenzündung
und Motoren mit Kompressionszündung. Bekannte Motoren mit
Funkenzündung, beispielsweise Benzinmotoren, funktionieren
durch ein Einleiten eines Kraftstoff/Luftgemischs in die Verbrennungszylinder,
das dann in dem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze
gezündet wird. Bekannte Motoren mit Kompressionszündung,
wie beispielsweise Dieselmotoren, funktionieren durch ein Einleiten
oder Einspritzen von unter Druck stehendem Kraftstoff in einen Verbrennungszylinder
in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts,
welcher Kraftstoff bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung
umfasst sowohl für bekannte Benzinmotoren als auch Dieselmotoren
vorgemischte oder Diffusionsflammen, die durch die Fluidmechanik
gesteuert werden.
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Bekannte
Benzinmotorsysteme werden bei Betriebsbedingungen mit leichter Last
und Teillast gedrosselt, um die in den Motor eingeleitete, eingefangene
Luftmasse als ein Mittel zu begrenzen, um die Motorlast zu steuern.
Dieser gedrosselte Motorbetrieb führt zu einer großen
Pumparbeit, die das Kraftstoffwirtschaftlichkeitspotential des Benzinmotors
begrenzt.
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Bekannte
Systeme mit variabler Ventilbetätigung (VVA-Systeme) können
Pumpverluste verringern, indem der Motor in Regimen betrieben wird,
die den effektiven Hub des Motors verringern. Bekannte Betriebssysteme
umfassen VVA-Strategien mit einem frühen Schließen
des Einlassventils (EIVC) und einem späten Schließen
des Einlassventils (LIVC). Bekannte LIVC-Systeme können
einen begrenzten Nutzen aufweisen, wenn sie einen Umschaltmechanismus
mit zwei diskreten Positionen verwenden und ihnen eine kontinuierliche
Nockenphaseneinstellung fehlt.
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Es
ist bekannt, dass durch eine Nockenphaseneinstellung Einlassnockenwellen,
Auslassnockenwellen oder sowohl Einlass- als auch Auslassnockenwellen
innerhalb von Grenzen kontinuierlich einstellbar sind, um eine gesteuerte
Phaseneinstellung aller entsprechenden Einlass- und Auslassventile
zu bewirken, die durch die entsprechende Nockenwelle betätigt
werden.
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Es
ist eine vollständig flexible variable Ventilbetätigung
bekannt, durch welche die Zeitsteuerung, die Dauer und der Hub einzelner
Ventile mittels verschiedener Implementierungen, einschließlich
elektronischer, hydraulischer und Kombinationen von diesen, gesteuert
werden.
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Ein
bekannter Dieselmotor umfasst eine einzelne obenliegende Nockenwelle,
die Einlassnocken für Einlassventil-Betätigungen
und Auslassnocken für Auslassventil-Betätigungen
trägt. Die Nockenwelle weist eine innere und äußere
Welle auf, die konzentrisch sind. Die Einlass- oder die Auslassnocken sind
drehbar an der inneren Welle befestigt, und die anderen von den
Einlass- und den Auslassnocken sind drehbar an der äußeren
Welle befestigt. Die relative Phaseneinstellung der Einlass- und
Auslassnocken kann dadurch eingestellt werden, wobei die relative
Phasensteuerung der Einlass- und Auslassventile, die durch eine
einzelne Nockenwelle bedient werden, eingestellt werden kann. Alle
Einlassventile sind jedoch gemeinsam in Phase, und alle Auslassventile
sind gemeinsam in Phase.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verbrennungsmotor weist eine Kurbelwelle sowie ein erstes und ein
zweites nockenbetätigtes Einlassventil auf. Ein Verfahren
zum Betreiben des Motors umfasst, dass ein erster Einlassnocken bereitgestellt
wird, der ausgebildet ist, um das erste nockenbetätigte
Einlassventil zu betätigen, und dass ein zweiter Einlassnocken
bereitgestellt wird, der ausgebildet ist, um das zweite nockenbetätigte
Einlassventil zu betätigen. Der zweite Einlassnocken ist relativ
zu der Kurbelwelle unabhängig von der Phase des ersten
Einlassnockens relativ zu der Kurbelwelle bezüglich der
Phase einstellbar. Ein Controller wird bereitgestellt und ausgebildet,
um die Phase des zweiten Einlassnockens selektiv nach spät
zu verstellen, um ein späteres Schließen des zweiten
nockenbetätigten Einlassventils zu bewirken, das ausreicht,
um das effektive Kompressionsverhältnis des Motors zu verringern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von
denen:
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1 eine
schematische Teilausschnittszeichnung eines beispielhaften Motorsystems
mit doppelter obenliegender Nockenwelle gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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2 eine
erste Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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3 eine
zweite Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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4 eine
dritte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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5 eine
vierte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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6 eine
fünfte Ausführungsform eines Motors mit doppelter
obenliegender Nockenwelle gemäß der vorliegenden
Offenbarung schematisch darstellt;
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7 eine
sechste Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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8 eine
siebte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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9 eine
achte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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10 eine
neunte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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11 eine
zehnte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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12 eine
elfte Ausführungsform eines Motors mit doppelter obenliegender
Nockenwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung
schematisch darstellt;
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13 eine
zwölfte Ausführungsform eines Motors mit doppelter
obenliegender Nockenwelle gemäß der vorliegenden
Offenbarung schematisch darstellt; und
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14A–14C ein
Verfahren für eine kontinuierlich variable differentielle
Phaseneinstellung eines Einlassventilbetriebs gemäß der
vorliegenden Offenbarung schematisch darstellen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei die Darstellungen nur zu
dem Zweck dienen, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
zu zeigen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken,
stellt 1 einen Verbrennungsmotor 10 und ein
begleitendes Steuermodul 5 schematisch dar. Der Motor 10 ist
selektiv in einem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung,
einem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und
einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und Funkenzündung
betriebsfähig.
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Der
beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor
mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die
in Zylindern 15 verschiebbar sind, die Verbrennungskammern 16 mit
variablem Volumen definieren. Jeder der Kolben 14 ist mit
einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die dessen
lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung übersetzt wird.
Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer 29,
der die Luft in einen Einlasskanal zu jeder Verbrennungskammer 16 leitet
und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftströmungs-Kanalsystem
und Einrichtungen, um die Luftströmung zu überwachen
und zu steuern. Die Einrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenströmungssensor 32,
um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur
zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise
eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, welche die Luftströmung
zu dem Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuer signal (”ETC”)
von dem Steuermodul 5 steuert. Ein Drucksensor 36 in
dem Krümmer ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck
und den barometrischen Druck zu überwachen. Ein äußerer
Strömungsdurchgang führt Abgase aus dem Motorauslass
zu dem Einlasskrümmer zurück, der ein Strömungssteuerventil
aufweist, das als Abgasrückführungsventil (”AGR-Ventil”) 38 bezeichnet
wird. Das Steuermodul 5 dient dazu, die Massenströmung
des Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern,
indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert
wird.
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Die
Luftströmung aus dem Einlasskrümmer 29 in
jede der Verbrennungskammern 16 wird durch ein oder mehrere
Einlassventile 20 gesteuert. Die Strömung der
verbrannten Gase aus jeder der Verbrennungskammern 16 zu
einem Auslasskrümmer 39 wird durch ein oder mehrere
Auslassventile 18 gesteuert. Das Öffnen und Schließen
der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 wird
vorzugsweise mit einer doppelten Nockenwelle gesteuert (wie dargestellt), deren
Drehungen mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft
und indiziert sind. Der Motor 10 ist mit Einrichtungen
ausgestattet, um den Ventilhub der Einlassventile und der Auslassventile
zu steuern, welche als Einrichtungen zur variablen Hubsteuerung
(nachstehend ”VLC-Einrichtungen”) bezeichnet werden.
Die Einrichtungen zur variable Ventilhubsteuerung dienen bei dieser
Ausführungsform dazu, den Ventilhub oder die Ventilöffnung
auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern, z. B. eine Ventilöffnung
mit niedrigem Hub (ungefähr 4–6 mm) für
einen Motorbetrieb mit niedriger Drehzahl und niedriger Last sowie
eine Ventilöffnung mit hohem Hub (ungefähr 8–10
mm) für einen Motorbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher
Last. Der Motor ist ferner mit Einrichtungen zum Steuern einer Phaseneinstellung
(d. h. der relativen Zeitsteuerung) des Öffnens und Schließens
der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 ausgestattet,
was als variable Nockenphaseneinstellung (”VCP”)
bezeichnet wird, um die Phaseneinstellung über diejenige
hinaus zu steu ern, die durch den zweistufigen VLC-Hub bewirkt wird.
Es gibt ein VCP/VLC-System 22 für die Einlassventile 20 und
ein VCP/VLC-System 24 für die Auslassventile 18.
Die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 werden von dem Steuermodul 5 gesteuert
und liefern eine Signalrückkopplung an das Steuermodul 5,
beispielsweise durch Nockenwellen-Drehpositionssensoren für
die Einlassnockenwelle und die Auslassnockenwelle. Wenn der Motor 10 in
dem HCCI-Verbrennungsmodus mit einer Abgas-Wiederverdichtungs-Ventilstrategie
arbeitet, werden die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 vorzugsweise
mit den Ventilöffnungen mit niedrigem Hub gesteuert. Wenn
der Motor in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung
arbeitet, werden die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 vorzugsweise
mit den Ventilöffnungen mit hohem Hub gesteuert, um Pumpverluste
zu minimieren. Bei dem Betrieb in dem HCCI-Verbrennungsmodus können
Ventilöffnungen mit niedrigem Hub und eine negative Ventilüberlappung
befohlen werden, um Reformate in der Verbrennungskammer 16 zu
erzeugen. Es kann eine Zeitverzögerung zwischen dem Befehl,
die Nockenphaseneinstellung und/oder den Ventilhub eines der VCP/VLC-Systeme 22 und 24 zu ändern,
und der Ausführung des Übergangs aufgrund von
physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Systems geben.
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Die
Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Systeme 22 und 24 weisen
einen begrenzten Autoritätsbereich auf, über den
das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 18 und 20 gesteuert
werden kann. VCP-Systeme können einen Autoritätsbereich
auf die Phaseneinstellung von ungefähr 60°–90° der
Nockenwellendrehung aufweisen, wodurch ermöglicht wird,
dass das Steuermodul 5 das Öffnen und Schließen
der Ventile nach früh oder nach spät verstellt.
Der Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung wird durch
die Hardware der VCP und das Steuersystem, das die VCP betätigt,
definiert und begrenzt. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-System2 22 und 24 werden
unter Verwendung einer elektro hydraulischen, hydraulischen oder
elektrischen Steuerkraft betätigt, die durch das Steuermodul 5 gesteuert
wird. Eine Ventilüberlappung der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 bezieht
sich auf eine Dauer, die durch ein Schließen des Auslassventils 18 relativ
zu einem Öffnen des Einlassventils 20 für
einen Zylinder definiert wird. Die Ventilüberlappung kann
in Kurbelwinkelgraden gemessen werden, wobei sich eine positive
Ventilüberlappung (nachstehend ”PVO”)
auf eine Dauer bezieht, während der sowohl das Auslassventil 18 als auch
das Einlassventil 20 offen sind, und sich eine negative
Ventilüberlappung (nachstehend ”NVO”)
auf eine Dauer zwischen dem Schließen des Auslassventils 18 und
dem nachfolgenden Öffnen des Einlassventils 20 bezieht,
wobei sowohl das Einlassventil 20 als auch das Auslassventil 18 geschlossen
ist. Bei dem Betrieb in dem HCCI-Verbrennungsmodus können
die Einlass- und Auslassventile eine NVO als Teil einer Abgas-Wiederverdichtungsstratgie
aufweisen. In einem homogenen SI-Verbrennungsmodus gibt es typischerweise
eine PVO.
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Der
Motor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzsystem auf, das mehrere
Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 28 umfasst,
die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen
auf ein Signal (”INJ_PW”) von dem Steuermodul 5 in
eine der Verbrennungskammern 16 direkt einzuspritzen. Die
Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 28 werden von einem Kraftstoffverteilsystem
mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
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Der
Motor 10 weist ein Funkenzündungssystem auf, durch
das Funkenenergie an eine Zündkerze 26 geliefert
wird, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in
Ansprechen auf ein Steuersignal (”IGN”) von dem
Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden
zu unterstützen. Die Zündkerze 26 verbessert
die Zündzeitpunkt-Steuerung des Motors unter bestimmten
Bedingungen (beispielsweise während eines Kaltstarts und
in der Nähe einer Niedriglast-Betriebsgrenze).
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Der
Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen
zum Überwachen des Motorbetriebs ausgestattet, einschließlich
einer Kurbelwellen-Drehposition, d. h. des Kurbelwinkels und der Kurbeldrehzahl.
Die Detektionseinrichtungen umfassen einen Kurbelwellen-Drehzahlsensor
(”Kurbelsensor”) 42, einen Verbrennungssensor 30,
der ausgebildet ist, um die Verbrennung zu überwachen,
und einen Abgassensor 40, der ausgebildet ist, um Abgase
zu überwachen, beispielsweise unter Verwendung eines Sensors
für das Luft/Kraftstoffverhältnis. Der Verbrennungssensor 30 umfasst
eine Sensoreinrichtung, die dazu dient, einen Zustand eines Verbrennungsparameters
zu überwachen, und er ist als ein Drucksensor dargestellt,
der dazu dient, den Verbrennungsdruck in dem Zylinder zu überwachen.
Die Ausgaben des Verbrennungssensors 30, des Abgassensors 40 und
des Kurbelsensors 42 werden durch das Steuermodul 5 überwacht,
das eine Verbrennungs-Phaseneinstellung ermittelt, d. h. eine Zeitsteuerung
des Verbrennungsdrucks relativ zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für
jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus.
Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht
werden, um einen mittleren effektiven Druck (”IMEP”)
für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus
zu ermitteln. Der Motor 10 und das Steuersystem 5 sind
vorzugsweise mechanisiert, um Zustände des IMEP für
jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinder-Zündungsereignisses
zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können
andere Detektionssysteme innerhalb des Umfangs der Offenbarung verwendet
werden, um Zustande anderer Verbrennungsparameter zu überwachen,
z. B. Zündungssysteme mit Ionendetektion und nicht eingreifende
Zylinderdrucksensoren.
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Der
Motor 10 ist ausgestaltet, um ungedrosselt mit Benzin oder ähnlichen
Kraftstoffmischungen über einen erweiterten Bereich von
Motordrehzahlen und -lasten in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter
Selbstzündung zu arbeiten. Der Funkenzündungs-
und drosselgesteuerte Betrieb kann jedoch unter Bedingungen verwendet
werden, die dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung
und dem Erreichen der maximalen Motorleistung nicht förderlich
sind, um eine Drehmomentanforderung eines Betreibers mit einer Motorleistung
zu erfüllen, die durch die Motordrehzahl und -last definiert
wird. Weithin verfügbare Sorten von Benzin und leichten
Ethanolmischungen mit diesem sind bevorzugte Kraftstoffe; es können
jedoch auch alternative flüssige und gasförmige
Kraftstoffe, wie beispielsweise höhere Ethanolmischungen
(z. B. E80, E85), reines Ethanol (E99), reines Methanol (M100),
Erdgas, Wasserstoff, Biogas, verschiedene Reformate, Synthesegase
und andere verwendet werden.
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Das
Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten
algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren
zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, einschließlich
der Drosselposition, des Zündfunkenzeitpunkts, der Masse
und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung, der Einlass- und/oder
Auslassventil-Zeitsteuerung und -Phaseneinstellung und der AGR-Ventilposition,
um die Strömung der zurückgeführten Abgase
zu steuern. Die Ventil-Zeitsteuerung und -Phaseneinstellung können eine
vorbestimmte Ventilüberlappung umfassen, einschließlich
der NVO und des niedrigen Hubs der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 bei
einer Abgas-Wiederverdichtungsstrategie. Das Steuermodul 5 ist
ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber, beispielsweise
eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition, um eine Drehmomentanforderung
des Betreibers zu ermitteln, und von Sensoren zu empfangen, welche
die Motordrehzahl, die Einlasslufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur
und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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Das
Steuermodul 5 ist vorzugsweise ein Allzweck-Digitalcomputer,
der im Wesentlichen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit,
Speichermedien, die einen nicht flüchtigen Speicher einschließlich
eines Festwertspeichers und eines elektrisch programmierbaren Festwertspeichers umfassen,
einen Arbeitsspeicher, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen
zur Analog-Digital-Umsetzung und zur Digital-Analog-Umsetzung und
Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen sowie geeignete Signalkonditionierungs-
und Pufferschaltungen umfasst. Das Steuermodul weist einen Satz
von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und
Kalibrierungen umfassen, die in dem nicht flüchtigen Speicher
gespeichert sind. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter
Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden von
der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen
dazu, Eingaben von den zuvor erwähnten Detektionseinrichtungen
zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen,
um den Betrieb der Aktuatoren unter Verwendung voreingestellter
Kalibrierungen zu steuern. Die Schleifenzyklen werden typischerweise
während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen
Intervallen ausgeführt, beispielsweise jede 3,125, 6,25,
12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen
in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt
werden, wie beispielsweise eine spezielle Kurbelwinkelposition.
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Nun
auf die schematischen Darstellungen von 2–13 Bezug
nehmend, ist ein einzelner Zylinder eines Verbrennungsmotors mit
doppelter obenliegender Nockenwelle dargestellt, der gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der Erfindung konstruiert ist. Andere
Zylinder des Motors sind auf ähnliche Weise ausgebildet,
wie beschrieben ist. Die Bezugszeichen, die mit denjenigen gleich
sind, die in den verschiedenen 1 bis 13 erschei nen, entsprechen
gleichen Elementen. Die Luftströmung aus dem Motoreinlass
in jede Verbrennungskammer wird bei der vorliegenden Ausführungsform
durch zwei oder mehr Einlassventile gesteuert, die der Einfachheit
halber minimal durch zwei Einlassventile 20A und 20B dargestellt
sind. Mehr als zwei Einlassventile können jedoch bei anderen
Ausführungsformen verwendet werden. Die Strömung
der verbrannten Abgase aus jeder Verbrennungskammer in ein Abgassystem
wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch zwei oder
mehr Auslassventile gesteuert, die der Einfachheit halber minimal
mit zwei Auslassventilen 18A und 18B dargestellt
sind. Mehr als zwei Auslassventile können jedoch bei anderen Ausführungsformen
verwendet werden.
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Bei
den in 2–13 dargestellten
Ausführungsformen entsprechen die linken Abschnitte der
Figuren beispielhaften Einlass-Ventiltrieben, Während die
rechten Abschnitte der Figuren beispielhaften Auslass-Ventiltrieben
entsprechen. Das Öffnen und Schließen des ersten
und zweiten Einlassventils 20A und 20B wird durch
einen entsprechenden ersten und zweiten Einlassnocken gesteuert.
Auf ähnliche Weise wird das Öffnen und Schließen
des ersten und zweiten Auslassventils 18A und 18B durch
einen entsprechenden ersten und zweiten Auslassnocken gesteuert.
Folglich gibt es in dem beispielhaften Motor mit doppelter obenliegender
Nockenwelle ein erstes und zweites Einlassventil für jeden
Zylinder und einen entsprechenden ersten und zweiten Einlassnocken
für jeden Zylinder. Alle Einlassnocken befinden sich auf
einer einzelnen Einlassnockenwelle für jede Reihe von Zylindern.
Auf ähnliche Weise gibt es ein erstes und zweites Auslassventil
für jeden Zylinder und einen entsprechenden ersten und
zweiten Auslassnocken für jeden Zylinder. Alle Auslassnocken
befinden sich auf einer einzelnen Auslassnockenwelle für
jede Reihe von Zylindern.
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Gemäß dieser
Offenbarung weist ein Motor mit doppelter obenliegender Nockenwelle
eine erste Nockenwelle, die Einlassnocken trägt, und eine
Auslassnockenwelle auf, die Auslassnocken trägt. Die Einlass-
und/oder die Auslassnockenwelle ist eine doppelte konzentrische
Nockenwelle, die eine innere Welle und eine äußere
Welle aufweist. Die innere und die äußere Welle
sind konzentrisch ausgebildet und innerhalb von Grenzen zu einer
relativen Drehung fähig. Ein erster Nocken ist an der äußeren
Welle fest angebracht, und ein zweiter Nocken ist an der inneren
Welle fest angebracht. Eine beispielhafte doppelte konzentrische
Nockenwelle, die eine innere Welle und eine äußere
Welle aufweist, ist in dem
US-Patent Nr.
7,069,892 offenbart, dessen Inhalte hierin durch Bezugnahme
eingeschlossen sind.
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Gemäß dieser
Offenbarung ist ein VCP-System mit der doppelten konzentrischen
Nockenwelle funktional gekoppelt. Das VCP-System kann mit einer
oder beiden von der inneren und äußeren Welle der
doppelten konzentrischen Nockenwelle funktional gekoppelt sein.
Ein VCP-System, das mit der inneren oder der äußeren
Welle gekoppelt ist, weist einen einzelnen Phaseneinsteller auf,
der ausgebildet ist, um die Phasenbeziehung der entsprechenden gekoppelten
inneren oder äußeren Welle bezüglich der
Motorkurbelwelle
12 einzustellen. Ein VCP-System, das sowohl
mit der inneren als auch der äußeren Welle gekoppelt
ist, weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf, die derart ausgebildet sind, dass einer der Phasensteller die
Phasenbeziehung der äußeren Welle bezüglich
der Motorkurbelwelle
12 einstellt und der andere Phasensteller
die Phasenbeziehung der inneren Welle bezüglich der Motorkurbelwelle
12 einstellt.
Dazwischenliegende Antriebsmechanismen, wie beispielsweise Zahnräder,
Rollen, Riemen, Ketten und dergleichen, können angeordnet
sein, um die Kurbelwellendrehung auf die Nockenwelle zu übertragen,
einschließlich mittels des VCP-Systems, wie es der Fall sein
kann, um eine Nockenwellendrehung gemäß der Phaseneinstellungen
zu bewirken, die von dem VCP-System erzeugt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
liefert ein einzelner Nocken-Zahnriemen die drehende Antriebskopplung
zwischen der Motorkurbelwelle
12 und allen Motornockenwellen. Das
VCP-System wird durch das Steuermodul gesteuert. Nockenpositionssensoren überwachen
vorzugsweise die Drehposition jeder von der inneren und der äußeren
Welle bezüglich der Motorkurbelwelle und liefern eine Steuerrückkopplung
an das Steuermodul. Somit werden individuelle Phasen der inneren
und der äußeren Welle relativ zu der Kurbelwelle
ermittelt (d. h. eine absolute Phase), aus der eine relative Phase
der inneren und äußeren Welle (d. h. die relative
Phase) leicht abgeleitet werden kann. Der Autoritätsbereich
auf die Phaseneinstellung wird durch die Hardware des VCP-Systems
und das Steuersystem, welches das VCP-System betätigt,
definiert und begrenzt. Die VCP-Systeme werden unter Verwendung
einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerkraft
betätigt, die durch das Steuermodul gesteuert wird. Ein
beispielhaftes VCP-System ist in der
US-Veröffentlichung Nr. 2007/0272183 offenbart,
deren Inhalte hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
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Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22B mit
einzelnem Phasensteller ist mit den inneren Wellen 51 der
doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Mo bildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 51 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 53 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine Auslassnockenwelle 60' mit Einzelwelle mit einem
ersten und einem zweiten Auslassnocken 67', 65' auf,
der an dieser fest angebracht ist, so dass sich der erste und der
zweite Auslassnocken 67', 65' miteinander in einer
festen relativen Phasenlage befinden. Die Phasenbeziehung der Auslassnockenwelle 60' mit
Einzelwelle ist bezüglich der Motorkurbelwelle 12 fest.
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Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 3 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22B mit
einzelnem Phasensteller ist mit den inneren Wellen 51 der
doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 51 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 53 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine Auslassnockenwelle 60' mit auf, die an dieser
fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite Auslassnocken 67', 65' miteinander
in einer festen relativen Phasenlage befinden. Ein Auslass-VCP-System 24A ist
mit der Auslassnockenwelle 60' mit Einzelwelle funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der Auslassnockenwelle 60' mit
Einzelwelle bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
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Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 4 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22B mit
einzelnem Phasensteller ist mit den inneren Wellen 51 der
doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 51 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 53 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere Welle 61, 63 sind
konzentrisch ausgebildet und innerhalb von Grenzen zu einer relativen
Drehung fähig. Ein erster Auslassnocken 67 ist
an der äußeren Welle 63 fest angebracht,
und ein zweiter Auslassnocken 65 ist an der inneren Welle 61 fest
angebracht.
-
Ein
Auslass-VCP-System 24B mit einzelnem Phasensteller ist
mit der inneren Welle 61 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 61 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 61 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 63 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 5 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22B mit
einzelnem Phasensteller ist mit den inneren Wellen 51 der
doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 51 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 53 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere Welle 61, 63 sind
konzentrisch ausgebildet und innerhalb von Grenzen zu einer relativen
Drehung fähig. Ein erster Auslassnocken 67 ist
an der äußeren Welle 63 fest angebracht,
und ein zweiter Auslassnocken 65 ist an der inneren Welle 61 fest
angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24C mit doppeltem Phasensteller
ist mit der inneren und der äußeren Welle 61, 63 der
doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung
der äußeren Welle 63 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen, während
der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die Phasenbeziehung
der inneren Welle 61 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 6 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 51, 53 der doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung der äußeren
Welle 53 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen,
während der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die
Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine Auslassnockenwelle 60' mit Einzelwelle mit einem
ersten und einem zweiten Auslassnocken 67', 65' auf,
die an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite
Auslassnocken 67', 65' miteinander in einer festen
relativen Phasenlage befinden. Die Phasenbeziehung der Auslassnockenwelle 60' mit
Einzelwelle ist bezüglich der Motorkurbelwelle 12 fest.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 7 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 51, 53 der doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung der äußeren
Welle 53 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen,
während der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die
Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine Auslassnockenwelle 60' mit Einzelwelle mit einem
ersten und einem zweiten Auslassnocken 67', 65' auf,
die an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der
zweite Auslassnocken 67', 65' miteinander in einer
festen relativen Phasenlage befinden. Ein Auslass-VCP-System 24A ist
mit der Auslassnockenwelle 60' mit Einzelwelle funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der Auslassnockenwelle 60' mit
Einzelwelle bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 8 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 51, 53 der doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung der äußeren
Welle 53 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen,
während der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die
Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24B mit
einzelnem Phasensteller ist mit der inneren Welle 61 der
doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 61 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 61 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 63 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 9 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle 50 auf,
die eine innere Welle 51 und eine äußere
Welle 53 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 51, 53 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Einlassnocken 57 ist an der äußeren
Welle 53 fest angebracht, und ein zweiter Einlassnocken 55 ist
an der inneren Welle 51 fest angebracht. Ein Einlass-VCP-System 22C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 51, 53 der doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung der äußeren
Welle 53 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen,
während der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die
Phasenbeziehung der inneren Welle 51 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Der Auslass-Ventiltrieb
weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 61, 63 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung
der äußeren Welle 63 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen, während
der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die Phasenbeziehung
der inneren Welle 61 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 10 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle mit einem ersten und zweiten Einlassnocken 57', 55' auf, die
an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite
Einlassnocken 57', 55' miteinander in einer festen
relativen Phasenlage befinden. Ein Einlass-VCP-System 22A ist
mit der Einlassnockenwelle 50' mit Einzelwelle funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist ausgebildet,
um die Phasenbeziehung der Einlassnockenwelle 50' mit Einzelwelle
bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
Der Auslass-Ventiltrieb weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24B mit
einzelnem Phasensteller ist mit der inneren Welle 61 der
doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist
ausgebildet, um die Phasenbeziehung der inneren Welle 61 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird
einsehen, dass, während bei der momentan beschriebenen
und dargestellten Ausführungsform die eine von der inneren
und der äußeren Welle, die bezüglich
der Phase einstellbar ist, die innere Welle 61 ist, eine
alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 63 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 11 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle mit einem ersten und zweiten Einlassnocken 57', 55' auf, die
an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite
Einlassnocken 57', 55' miteinander in einer festen
relativen Phasenlage befinden. Ein Einlass- VCP-System 22A ist
mit der Einlassnockenwelle 50' mit Einzelwelle funktional
gekoppelt und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist ausgebildet,
um die Phasenbeziehung der Einlassnockenwelle 50' mit Einzelwelle
bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
Der Auslass-Ventiltrieb weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24C mit
doppeltem Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 61, 63 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung der äußeren
Welle 63 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen,
während der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die
Phasenbeziehung der inneren Welle 61 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 12 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle mit einem ersten und zweiten Einlassnocken 57', 55' auf, die
an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite
Einlassnocken 57', 55' miteinander in einer festen
relativen Phasenlage befinden. Die Phasenbeziehung der Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle ist bezüglich der Motorkurbelwelle 12 fest.
Der Auslass-Ventiltrieb weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24B mit einzelnem
Phasensteller ist mit der inneren Welle 61 der doppelten
konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional gekoppelt
und weist einen Phasensteller auf. Der Phasensteller ist ausgebildet,
um die Phasenbeziehung der inneren Welle 61 bezüglich der
Motorkurbelwelle 12 einzustellen. Ein Fachmann wird einsehen,
dass, während bei der momentan beschriebenen und dargestellten
Ausführungsform die eine von der inneren und der äußeren
Welle, die bezüglich der Phase einstellbar ist, die innere
Welle 61 ist, eine alternative Phaseneinstellung der äußeren Welle 63 eine
im Wesentlichen äquivalente Anordnung ist.
-
Unter
spezieller Bezugnahme auf die Ausführungsform von 13 weist
der Einlass-Ventiltrieb eine Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle mit einem ersten und zweiten Einlassnocken 57', 55' auf, die
an dieser fest angebracht sind, so dass sich der erste und der zweite
Einlassnocken 57', 55' miteinander in einer festen
relativen Phasenlage befinden. Die Phasenbeziehung der Einlassnockenwelle 50' mit
Einzelwelle ist bezüglich der Motorkurbelwelle 12 fest.
Der Auslass-Ventiltrieb weist eine doppelte konzentrische Auslassnockenwelle 60 auf,
die eine innere Welle 61 und eine äußere
Welle 63 umfasst. Die innere und die äußere
Welle 61, 63 sind konzentrisch ausgebildet und
innerhalb von Grenzen zu einer relativen Drehung fähig.
Ein erster Auslassnocken 67 ist an der äußeren
Welle 63 fest angebracht, und ein zweiter Auslassnocken 65 ist
an der inneren Welle 61 fest angebracht. Ein Auslass-VCP-System 24C mit doppeltem
Phasensteller ist mit der inneren und der äußeren
Welle 61, 63 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 funktional
gekoppelt und weist einen entsprechenden ersten und zweiten Phasensteller
auf. Der erste Phasensteller ist ausgebildet, um die Phasenbeziehung
der äußeren Welle 63 bezüglich
der Motorkurbelwelle 12 einzustellen, während
der zweite Phasensteller ausgebildet ist, um die Phasenbeziehung
der inneren Welle 61 bezüglich der Motorkurbelwelle 12 einzustellen.
-
Die
VCP-Ausführungsformen mit einzelnem Phaseneinsteller von 2–5,
bei denen nur die innere Welle 51 der doppelten konzentrischen
Einlassnockenwelle 50 für eine selektive Phaseneinstellung
ausgebildet ist, und die Alternativen, bei denen nur die äußere
Welle 53 der doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 für
eine selektive Phaseneinstellung ausgebildet ist, ermöglichen
die Phaseneinstellung des ersten oder des zweiten Einlassventils,
um ein frühes Einlassventil-Öffnen oder ein spätes
Einlassventil-Schließen gemäß der Phaseneinstellungsrichtung
des selektiv bezüglich der Phase einstellbaren Einlassventils
zu bewirken. Die VCP-Ausführungsformen mit doppeltem Phasensteller
von 6–9, bei denen
sowohl die innere als auch die äußere Welle 51, 53 der
doppelten konzentrischen Einlassnockenwelle 50 für
eine selektive Phaseneinstellung ausgebildet sind, ermöglichen
die Phaseneinstellung sowohl des ersten als auch des zweiten Einlassventils,
um ein frühes Einlassventil-Öffnen, ein spätes
Einlassventil-Schließen oder sowohl ein frühes
als auch ein spätes Einlassventil-Schließen gemäß der
bzw. den Phaseneinstellungsrichtung(en) der selektiv bezüglich
der Phase einstellbaren Einlassventile zu bewirken.
-
Auf ähnliche
Weise ermöglichen die VCP-Ausführungsformen mit
einzelnem Phasensteller von 4, 8, 10 und 12,
bei denen nur die innere Welle 61 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 für
eine selektive Phaseneinstellung ausgebildet ist, und die Alternativen,
bei denen nur die äußere Welle 63 der
doppelten konzentrischen Nockenwelle 60 für eine
selektive Phaseneinstellung ausgebildet ist, die Phaseneinstellung des
ersten oder des zweiten Auslassventils, um ein frühes Auslassventil-Öffnen
oder ein spätes Einlassventil-Schließen gemäß der
Phasen einstellungsrichtung des selektiv bezüglich der Phase
einstellbaren Auslassventils zu bewirken. Die VCP-Ausführungsformen
mit doppeltem Phasensteller von 5, 9, 11 und 13,
bei denen sowohl die inneren als auch die äußeren
Wellen 61, 63 der doppelten konzentrischen Auslassnockenwelle 60 für eine
selektive Phaseneinstellung ausgebildet sind, ermöglichen
die Phaseneinstellung sowohl des ersten als auch des zweiten Auslassventils,
um ein frühes Auslassventil-Öffnen, ein spätes
Auslassventil-Schließen oder sowohl ein frühes
als auch ein spätes Auslassventil-Schließen gemäß der
bzw. den Phaseneinstellungsrichtung(en) der selektiv bezüglich
der Phase einstellbaren Auslassventile zu bewirken.
-
Jede
der verschiedenen Ausführungsformen von 2–9,
die doppelte konzentrische Einlassnockenwellen 50 verwenden,
ganz gleich, ob sie mit einer VCP 22B mit einzelnem Phasensteller (2–5)
oder mit einer VCP 22C mit doppeltem Phasensteller (6–9)
ausgebildet sind, können unterschiedlich ausgebildete Auslass-Ventiltriebe
aufweisen, die doppelte konzentrische Auslassnockenwellen 60,
die mit einer VCP 24B mit einzelnem Phasensteller (4 und 8)
oder einer VCP 24C mit doppeltem Phasensteller (5 und 9)
ausgebildet sind, und Auslassnockenwellen 60' mit Einzelwelle
umfassen, die mit einer Auslass-VCP 24A (3 und 7)
oder ohne eine Auslass-VCP (2 und 6)
ausgebildet sind.
-
Auf ähnliche
Weise kann jede der verschiedenen Ausführungsformen von 4, 5 und 8–13,
die doppelte konzentrische Auslassnockenwellen 60 verwenden,
ganz gleich, ob sie mit einer VCP 24B mit einzelnem Phasensteller
(4, 8, 10 und 12)
oder einer VCP 24C mit doppeltem Phasensteller (5, 9, 11 und 13)
ausgebildet sind, unterschiedlich ausgebildete Einlass-Ventiltriebe
aufweisen, die doppelte konzentrische Einlassnockenwellen 50,
die mit einer VCP 22B mit einzelnem Phasensteller (2–5)
oder einer VCP 22C mit doppeltem Phasensteller (6–9)
ausgebildet sind, und Einlassnockenwellen 50' mit Einzelwelle
umfassen, die mit einer Einlass-VCP 22A (10 und 11) oder
ohne eine Einlass-VCP (12 und 13) ausgebildet
sind.
-
Motoren
mit doppelter obenliegender Nockenwelle, die mit Einlass-Ventiltrieben
ausgebildet sind, die eine doppelte konzentrische Einlassnockenwelle
und eine VCP mit einzelnem Phasensteller oder doppeltem Phasensteller
aufweisen, ermöglichen über einen kontinuierlichen
und weiten Bereich von Betriebsbedingungen einen Betrieb mit geringeren
Pumpverlusten und eine Verbesserung einer Ladungsbewegung in dem
Zylinder, von welchen beide für Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteile
sorgen. Die Pumpverluste werden primär reduziert, indem
das Einlassventil-Schließen eines der zwei Einlassventile verzögert
wird, um ein spätes Schließen des Einlassventils
zu erreichen und dadurch zu ermöglichen, dass der Motor über
einen weiteren Bereich von Betriebsbedingungen bei höheren
Einlasskrümmerdrücken arbeitet. Zusätzlich
wird die größere Ladungsbewegung in dem Zylinder
erzeugt, um den Verbrennungsprozess zu verbessern, da die Einlassladung anfänglich
durch ein einzelnes Ventil geleitet wird, um eine Kombination von
Wirbel- und Fallströmungen in der Verbrennungskammer zu
erzeugen. Dieses höhere Niveau der Ladungsbewegung verbessert
den Verbrennungsprozess und ermöglicht, dass der Motor
bei höheren Verdünnungsniveaus kalibriert wird, was
ebenso zu dem Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteil hinzukommt. Diese
höhere Verdünnung kann extern mittels eines AGR-Ventils
geliefert werden, oder sie kann intern durch die unabhängige
Phasen-Einstellbarkeit sowohl des ersten als auch des zweiten Einlassventils
gesteuert werden, indem das Öffnen eines der Einlassventile
nach früh verstellt wird, um während des Auslasstakts
ein Ausstoßen von Abgasen in die Einlassöffnung
zu bewirken, die während des Einlasstakts wieder angesaugt
werden, wodurch mehr innere AGR erreicht wird. Die innere AGR kann erhöht
werden, indem das Schließen des Auslassventils derart nach
spät verstellt wird, dass es während des Einlasstakts
auftritt, wodurch Abgase während des Einlasstakts wieder
aus der Auslassöffnung angesaugt werden. Diese Abgas-Wiederansaugungsschemata
aus der Einlass- und Auslassöffnung können unabhängig
oder in Kombination implementiert werden. Es ist ebenso vorgesehen,
die innere AGR zu erreichen, indem Abgas durch ein frühes Schließen
des Auslassventils während des Auslasstakts eingeschlossen
wird.
-
Wie
allgemein bei überstöchiometrisch arbeitenden
Motoren und Dieselmotoren angewendet, kann eine Verzögerung
des Schließens eines oder beider von dem ersten und dem
zweiten Einlassventil NOx-Emissionsniveaus aus dem Motor verringern, indem
das effektive Kompressionsverhältnis verringert wird, die
Ladungstemperatur in dem Zylinder verringert wird und die NOx-Emissionsniveaus
aus dem Motor verringert werden. Das Verringern von NOx-Emissionen
ist bei Motoren wünschenswert, die bei überstöchiometrischen
Bedingungen arbeiten. Die individuelle Einlassventil-Phaseneinstellung
gemäß der Offenbarung erreicht das gewünschte
späte Schließen des Einlassventils. Zusätzlich
profitieren überstöchiometrisch arbeitende Motoren
für eine optimale Leistung von hohen Niveaus der Ladungsbewegung
in dem Zylinder. Die individuelle Einlass- und Auslassventil-Phaseneinstellung
erzeugt höhere Niveaus der erforderlichen Ladungsbewegung.
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Speziell
für die Anwendung bei Dieselmotoren ist die Verzögerung
des Einlassventil-Schließereignisses ein effektives Mittel,
um NOx-Emissionsniveaus aus dem Motor zu verringern. Hier verringert das
verzögerte Einlassventil-Schließereignis das effektive
Kompressionsverhältnis, es verringert die Ladungstemperatur
in dem Zylinder, und es verringert schließlich die NOx-Emissionsniveaus
aus dem Motor. Da der Dieselmotor bei über stöchiometrischen Bedingungen
arbeitet, können diese Emissionen nicht durch den herkömmlichen
Dreiwegekatalysator aufgebraucht werden, und eine magere Nachbehandlung
ist erforderlich, um diese mageren NOx-Emissionen zu regulieren.
Da die magere Nachbehandlung dadurch begrenzt ist, wie gut die NOx-Emissionen
aufgebraucht werden können, wird es wichtig, die NOx-Emissionen
zu minimieren, die der Motor erzeugt. Daher können gemäß der
verschiedenen Ausführungsformen, die mit Einlass-Ventiltrieben
ausgebildet sind, die ein verzögertes Schließen
des Einlassventils ermöglichen, derartige Ergebnisse bewirkt
werden. Zusätzlich erfordert der Dieselmotor für
eine optimale Leistung typischerweise höhere Niveaus der
Ladungsbewegung in dem Zylinder, und dieses spezielle Konzept würde
helfen, die erforderliche Ladungsbewegung zu erzeugen, wobei die
Einlassladung am Anfang und am Ende durch ein einzelnes Ventil geleitet
wird, was zu einer höheren Gasgeschwindigkeit und einer
verbesserten Strömungsamplitude der Wirbel- und Fallbewegung
des Gemischs führt.
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Das
Vorverstellen der Phaseneinstellung nur eines der Einlassventile
bewirkt, dass optimiertere Niveaus von innerer AGR erzeugt werden,
während der effektive Hub des Motors oder die Pumpverluste dadurch
nicht erhöht werden, dass die effektive Einlassventil-Schließzeit
gemäß der Phaseneinstellung des anderen Einlassventils
nominal bleibt. Eine andere Auswirkung ist, dass ein optimaleres
Niveau der inneren AGR erreicht werden kann, ohne dass die Effizienzverbesserung
beeinträchtigt wird, indem der Auslassventil-Öffnungszeitpunkt
weniger optimiert wird. Durch das Verstellen nur eines der Einlassventile
nach spät wird für jeden Zylinder eine längere
effektive Ventilhubdauer erreicht. Eine derartige Verstellung nach
spät bewirkt die Verringerung des effektiven Motorhubs
und der Pumpverluste. Bei Dieselmotoren kann diese Ausführungsform
den größten Teil der NOx-Verringerungsvorteile
liefern, indem das effektive Kompressionsverhältnis verringert
wird. Die Kombination des späten Schließens eines
der zwei Einlassventile und des frühen Öffnens
des anderen Einlassventils bewirkt, dass ein optimiertes Niveau
der inneren AGR, ein optimiertes Niveau des effektiven Hubs und
ein optimierter Zeitpunkt für das Öffnen des Auslassventils
für ein maximales effektives Ausdehnungsverhältnis
in dem Arbeitstakt erreicht werden. Bei Dieselmotoranwendungen kann dies
optimierte Niveaus der inneren AGR mit einer Verringerung des effektiven
Kompressionsverhältnisses und der NOx-Emissionen ermöglichen.
-
Ähnliche
Ausführungsformen der Auslassnockenwellenanordnung können
Vorteile ergeben, die auf ein Erhöhen der Abgasenthalpie
für Einrichtungen, wie beispielsweise Katalysatoren und
einen Turbo-Mechanismus, bezogen sind, ohne dass der Betrag der
AGR während der Überlappungsdauer weniger optimiert
wird.
-
Der
Betrieb der beschriebenen Motoren bewirkt eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit,
in dem der Benzinmotor während typischer Fahrbedingungen
teilweise oder vollständig ungedrosselt betrieben wird.
Das Ausmaß, mit dem der Motor ungedrosselt betrieben werden
kann, wird von der speziellen Betriebsbedingung und von Ventilereignissen abhängen.
Der Motor und die Strategie sorgen für eine Kombination
aus geringerer Pumparbeit und erhöhter Ladungsbewegung
in dem Zylinder, von welchen beide die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
des Benzinmotors verbessern. Indem einige, aber nicht alle Einlassventile
verzögert werden, kann eine ausreichende Ventilüberlappung
erreicht werden, um im Vergleich zu einer gemeinsamen Phasenverzögerung aller
Einlassventile Pumpverluste zu minimieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
des Motors aufrecht zu erhalten.
-
14A bis 14B stellen
ein Verfahren einer kontinuierlich variablen differentiellen Phaseneinstellung
eines Einlassventilbetriebs gemäß der vorliegenden
Offenbarung dar. 14A–14C stellen einen Kolbenhub an dem oberen Totpunkt (TDC)
zwischen dem Auslass- und Einlasstakt in einem beispielhaften Motor
dar. Ein erstes Einlassventil-Hubprofil (IV1), ein zweites Einlassventil-Hubprofil (IV2),
ein erstes Auslassventil-Hubprofil (EV1) und ein zweites Auslassventil-Hubprofil
(EV2) sind bezogen auf einen Kurbelwinkel (CAD) dargestellt. 14A–14C stellen
auch eine nominale Einlassventil-Phasenmetrik 70 relativ
zu einer Einlassventil-Spitzenöffnung und eine nominale
Auslassventil-Phasenmetrik 80 relativ zu einer Auslassventil-Spitzenöffnung
dar. Die Einlass- und Auslassventilprofile, die in 14A dargestellt sind, werden daher als nominale
Profile bezeichnet, und ein Fachmann wird verstehen, dass derartige
Profile im Wesentlichen mit einem herkömmlichen Betrieb
eines Verbrennungsmotors mit einer nominalen positiven Ventilüberlappung
an dem oberen Totpunkt konsistent sind.
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14B stellt eine Phasensteuerung des zweiten Einlassventils
auf eine Weise dar, die das Ventilprofil IV2 bezüglich
des nominalen nach spät verstellt, was zu einer Verringerung
des effektiven Kompressionsverhältnisses des Motors führt,
wie hierin oben detaillierter beschrieben ist. Die in 14B dargestellte Steuerung kann dadurch bewirkt
werden, dass ein zweiter Einlassnocken für eine Phasensteuerung
unabhängig von einem ersten Einlassnocken ausgebildet ist.
Ein Fachmann wird einsehen, dass eine derartige Ausbildung ebenso
verwendet werden kann, um das Ventilprofil IV2 bezüglich
des nominalen nach früh zu verstellen, um eine Zunahme
der inneren Abgasrückführung zu bewirken, wie
hierin oben detaillierter beschrieben ist.
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14C stellt zusätzlich zu der Phasensteuerung
des zweiten Einlassventils, die bezogen auf 14B beschrieben
ist, eine Phasensteuerung des ersten Einlassventils auf eine Weise
dar, die das Ventilprofil IV1 bezüglich des nominalen nach
früh verstellt, was zu einer Zunahme der inneren Abgasrückführung
führt, wie hierin oben detaillierter beschrieben ist. Die
dargestellte Steuerung von 14C kann
dadurch bewirkt werden, dass der erste Einlassnocken für
eine Phasensteuerung unabhängig von dem zweiten Einlassnocken
ausgebildet ist. Ein Fachmann wird einsehen, dass eine derartige
Konfiguration ebenso verwendet werden kann, um das Ventilprofil
IV1 bezüglich des nominalen nach spät zu verstellen,
um eine Verringerung des effektiven Kompressionsverhältnisses
des Motors zu bewirken, wie hierin oben detaillierter beschrieben
ist.
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Ein
Fachmann wird einsehen, dass die Auslassventilprofile EV1 und EV2
mit einer geeigneten Mechanisierung auf eine ähnliche Weise
phasengesteuert werden können, wie es hierin oben detaillierter
und in Kombinationen dargelegt ist. Beispielsweise können
einer von beiden oder beide von dem ersten und dem zweiten Auslassnocken
für eine Phasen-Einstellbarkeit ausgebildet sein, um eine
Verstellung der entsprechenden Auslassventilprofile nach spät
oder nach früh zu bewirken.
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Die
Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und
Veränderungen können anderen während
des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher
beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle(n) Ausführungsform(en)
eingeschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird
bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung
in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung
alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang
der beigefügten Ansprüche fallen.
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Zusammenfassung
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Ein
Verbrennungsmotor weist eine Kurbelwelle sowie ein erstes und ein
zweites nockenbetätigtes Einlassventil auf. Ein Verfahren
zum Betreiben des Motors umfasst, dass ein erster Einlassnocken bereitgestellt
wird, der ausgebildet ist, um das erste nockenbetätigte
Einlassventil zu betätigen, und dass ein zweiter Einlassnocken
bereitgestellt wird, der ausgebildet ist, um das zweite nockenbetätigte
Einlassventil zu betätigen. Der zweite Einlassnocken ist relativ
zu der Kurbelwelle unabhängig von der Phase des ersten
Einlassnockens relativ zu der Kurbelwelle bezüglich der
Phase einstellbar. Ein Controller wird bereitgestellt und ausgebildet,
um die Phase des zweiten Einlassnockens selektiv nach spät
zu verstellen, um ein späteres Schließen des zweiten
nockenbetätigten Einlassventils zu bewirken, das ausreicht,
um das effektive Kompressionsverhältnis des Motors zu verringern.
Zusätzlich kann der erste Einlassnocken relativ zu der
Kurbelwelle unabhängig von der Phase des zweiten Einlassnockens
relativ zu der Kurbelwelle bezüglich der Phase einstellbar
sein, und der Controller kann zusätzlich ausgebildet sein, um
die Phase des ersten Einlassnockens selektiv nach früh
zu verstellen, um ein früheres Öffnen des ersten
nockenbetätigten Einlassventils zu bewirken, das ausreicht,
um eine innere Abgasrückführung zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7069892 [0037]
- - US 2007/0272183 [0038]