DE60205066T2

DE60205066T2 - Wirbelkanalsystem für eine Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60205066T2
Application number: DE60205066T
Authority: DE
Inventors: Roger M. Brisbane; Michael R. Brosseau
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: US20030000497A1; EP1270905A3; DE60205066D1; US6571782B2; US20030000506A1; US20030010314A1; US6748935B2; US6772729B2; EP1270924A2; EP1270920A3; US6758196B2; EP1270920B1; US20030136388A1; EP1270898A2; EP1270905A2; EP1270897A2; EP1270920A2; DE60227133D1; EP1270924A3; EP1270898B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Vorrichtungen zum Management einer Gasströmung durch Verbrennungsmotoren; insbesondere eine oder mehrere dem Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors zugehörige Ventilanordnungsvorrichtung/en; und noch spezieller eine Ansaugkrümmerbaugruppe für einen Verbrennungsmotor wie z. B. einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor mit variablem Ventilhub, wobei ein Abgasrückführungsventil, ein Krümmeransaugluft-Steuerventil und Wirbelöffnungs-Steuerventile in die Baugruppe integriert sind und durch eine Nockenwelle betätigt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist ein Merkmal von Dieselmotoren und einigen Benzinmotoren mit variablem Ventilhub, dass in den Ansaugkrümmern solcher Motoren praktisch kein Unterdruck vorhanden ist. Der fehlende Unterdruck schafft Probleme bei der Bereitstellung von unterdruckgestützten Funktionen für Anwendungen wie z. B. Kraftfahrzeuge, Meeresschiffe und stationäre Stromaggregate. Ein herkömmlicher benzinbetriebener Motor umfasst ein Klappenventil an dem Einlass zu dem Ansaugkrümmer, um die Luftströmung in den Motor zu steuern und dadurch die Drehzahl des Motors zu regulieren. Eine solche Drosselreglung des Einlasses erzeugt variabel eine subatmosphärischen Bedingung in dem Krümmer. Die Rückführung von Abgas in den Ansaugkrümmer verwendet einen Druckabfall zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer, um Abgas in den Ansaugkrümmer zu saugen. Solch ein Druckabfall ist in einem nicht modifizier ten Dieselmotor und auch in einem Benzinmotor, in dem die Gasströmung durch Verändern des Hubs der Ansaugventile gesteuert wird, praktisch nicht vorhanden.
Es ist bekannt, einen Krümmerunterdruck in einem Dieselansaugkrümmer durch Bereitstellen eines Luft-Steuerventils an dem Krümmereinlass, typischerweise ein Drehklappenventil, zu erzeugen. Solch ein Ventil wird typischerweise durch einen Elektromotor und Getriebezug oder einen Schrittmotor betätigt und ist als eine Unterbaugruppe vorgesehen, die an dem Krümmer durch Verschrauben angebracht werden muss und die ihre eigenen Strom- und Steueranschlüsse in einem Kabelstrang erfordert. Ungünstigerweise weist ein Drehklappenventil ein stark nicht-lineares Strömungsprofil als eine Funktion des Klappenwinkels auf; ist schwierig vollständig zu schließen, ohne zu blockieren; und lässt typischerweise in der „geschlossenen" Stellung eine beträchtliche Luftströmung durch.
Es ist ferner bekannt, ein Abgasrückführungs(AGR)-Ventil mit seinem eigenen Stellantrieb und Ventilkörper zu versehen, die ebenfalls an den Ansaugkrümmer geschraubt werden müssen. AGR-Ventile, die typischerweise durch einen Elektromagneten in entweder einem stellungsmodulierten oder zeitmodulierten Modus betätigt werden, erfordern zusätzliche und getrennte Strom- und Steueranschlüsse. Des Weiteren sind solche Elektromagneten dafür bekannt, dass sie auf Grund von Korrosion durch eingedrungenes Gas fehleranfällig sind. AGR-Ventile nach dem Stand der Technik stellen allgemein Abgas an das Innere des Ansaugkrümmers bereit, der dann das Gas zusammen mit Ansaugluft über Rohre zu den einzelnen Zylindern verteilt.
Es ist ferner bekannt, jeden Diesel-Zylinder mit doppelten Ansaugöffnungen zu versehen, siehe z. B. die EP 0 886 063 A , wobei eine solche Öff nung immer offen ist und die andere solche Öffnung durch ein Klappen-„Wirbel"-Ventil schließbar ist. Die Öffnungen sind aus der Achse der Zylinder so dass, wenn die Wirbelventile geschlossen sind, wie unter niedrigen Motorlastbedingungen, in den Zylinder eintretende Luft in vorteilhafter Weise verwirbelt wird, um die Kraftstoffaufladung in dem Zylinder zu zentrieren. Typischerweise sind die einzelnen Wirbelventile durch z. B. elektrisch betriebene Dreh-Stellantriebe ähnlich jenen, wie sie für ein Klappenventil bekannt sind, betätigt.
Es ist ein vordringliches Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Luftansaugkrümmer und die zugehörige Steuerungs-Ventilanordnung für einen Dieselmotor zu vereinfachen, um Fertigungskosten zu verringern, den Zusammenbau zu vereinfachen, die Luftregelung durch einen Motor zu verbessern und zu integrieren und die Motorzuverlässigkeit zu erhöhen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine solche Ventilanordnung mit Wirbelventilen innen in dem Ansaugkrümmer zu verbinden und zu betätigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz beschrieben umfasst eine integrierte Ansaugkrümmerbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung ein Krümmerunterdruck-Steuer-Tellerventil (poppet manifold vacuum regulating valve = MVR-Ventil), das an dem Lufteinlass zu dem Krümmer angeordnet ist, um die Luftströmung in den Krümmer hinein zu regeln; ein an dem Krümmer angeordnetes Teller-AGR-Ventil zum Regeln der Abgasströmung in das Luftansaugsystem hinein; und eine bidirektionale Nockenwelle und Nocken, die gleichzeitig das MVR-Ventil und das AGR-Ventil betätigen. Die Ventilkörper sind einstückig in der Wand des Ansaugkrümmers ausgebildet. Die Nockenwel le ist von einem Einzelbürsten-Gleichstrommotor und einem Getriebezug angetrieben. Die Nocken sind an der Welle angeordnet, um für ein optimales synchronisiertes Öffnen und Schließen der zugehörigen Ventile zu sorgen. Die Nocken können auch individuell geformt sein, wie es notwendig ist, um das Betätigungsprofil eines jeden Ventils zu optimieren. Wenn die Baugruppe an einem Dieselmotor verwendet wird, kann sie ferner eine Wirbelventilplatte umfassen, die zwischen dem Krümmer und dem Motorkopf angeordnet ist und eine Vielzahl von verbundenen Wirbelventilen, die durch ein mit der Nockenwelle verbundenes und innen von dem Krümmer und der Wirbelplatte angeordnetes Gestänge betätigt werden, aufweist. Vorzugsweise ist die Wirbelplatte auch als eine Verteilerleitung mit einer Öffnung versehen, um Abgas von dem AGR-Ventil aufzunehmen und es zu den einzelnen Zylindern zu verteilen, wobei sie alles zusammen um das Innere des Ansaugkrümmers leitet und Rußablagerungen in dem Krümmer verhindert.
Die Ventilteller der MVR- und AGR-Ventile sind als gegabelte Joche abgewandelt, die als sich hin- und herbewegende Streben in die Nockenwelle eingreifen, um die Seitenbelastung der Ventilschäfte durch die Drehwirkung der Nocken zu minimieren.
Eine integrierte Krümmerbaugruppe gemäß der Erfindung eliminiert im Vergleich mit Baugruppen von Einzelkomponenten nach dem Stand der Technik acht Schrauben und zwei Dichtungen; eliminiert zwei Stellantriebe und die zugehörige Verkabelung; eliminiert Unterdruckbetätigung und Schläuche; reduziert Ruß in dem Luftansaugsystem und schützt Luftkomponenten; reduziert die elektrischen Anschlüsse auf zwei; vereinfacht die Fertigung und den Zusammenbau; und reduziert die Gesamtgröße und -masse des Luftregelsystems.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich und geschätzt aus der folgenden Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 eine isometrische Darstellung von oben einer Ausführungsform der Erfindung mit einer zugehörigen Wirbelplatte ist;
2 eine isometrische Darstellung wie die in 1 gezeigte ist, jedoch von der gegenüberliegenden Seite der Ausführungsform, und die Wirbelplatte und Wirbelventile zeigt;
3 eine Draufsicht der Ausführungsform von oben ohne die Wirbelplatte ist;
4 eine Draufsicht der Ausführungsform von unten ohne die Wirbelplatte ist;
5 eine isometrische Darstellung des in der Ausführungsform wie in 1 gezeigt enthaltenen Wirkungsmechanismus aus derselben Perspektive ist, wobei der Krümmer weggelassen ist;
6 eine Querschnittsdarstellung im Aufriss der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform entlang der Linie 6-6 in 3 ist;
7 eine Aufrissansicht der Ausführungsform ist, die die Anordnungen verschiedener Querschnitte in den folgenden Zeichnungen zeigt;
8 eine Querschnittsdarstellung im Aufriss einer zurzeit bevorzugten Anordnung eines Gestänges zwischen der Nockenwelle und der in dem Ansaugkrümmer und der Wirbelplatte enthaltenen Wirbelventilwelle ist, die auch die Verteilung von Abgas von dem AGR-Ventil durch eine Abgasverteilerleitung zeigt;
9 eine Querschnittsdarstellung im Aufriss des Krümmerunterdruck-Steuerventils entlang der Linie 9-9 in 7 ist;
10 eine Querschnittsdarstellung im Aufriss des Abgasrückführungsventils entlang der Linie 10-10 in 7 ist;
11 eine detaillierte Querschnittsdarstellung im Aufriss des Krümmerunterdruck-Steuerventils ist, die die Aufnahme eines sich hin- und herbewegenden Jochs zur Begrenzung der Seitenbelastung der Ventilwelle in seinem Gleitlager zeigt;
12 eine Querschnittsdarstellung im Aufriss des Motors und des die Nockenwelle betätigenden Getriebezugs entlang der Linie 12-12 in 7 zeigt;
13 eine Seitenansicht der Ausführungsform von dem Ende des elektromechanischen Antriebs ist;
14 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 14-14 in 13 ist, die die Beziehungen zwischen Antriebsmotor, Getriebezug und Nockenwelle zeigt;
15 ein Graph ist, der Betätigungskurven für die Wirbelventile, das Krümmerunterdruck-Steuerventil und das Abgasrückführungsventil, optimiert für einen beispielhaften Dieselmotor, zeigt; und
16 bis 19 isometrische Darstellungen von oben der Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe an vier unterschiedlichen Stufen einer Nockenwellendrehung sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass die Ausführungsform derart orientiert ist, dass ein zugehöriger Motor neben und ein Abgaskrümmer unterhalb der Ausführungsform liegt. Die Verwendung der Ausdrücke hinauf, hinunter, ober, unter, oberhalb und unterhalb setzen eine solche Orientierung voraus.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 umfasst eine integrierte Ansaugkrümmerbaugruppe 10 gemäß der Erfindung ein vorzugsweise durch Druckguss eines Metalls wie z. B. Aluminiumlegierung gebildetes Ansaugkrümmerelement 12. Einstückig mit dem Element 12 ausgebildet sind: ein erstes Gehäuse 14 für eine MVR-Ventilbaugruppe 16; ein zweites Gehäuse 18 für eine AGR-Ventilbaugruppe 20; ein drittes Gehäuse 22 für einen Antriebsmotor (in diesen Zeichnungen nicht zu sehen); ein viertes Gehäuse 24 für einen Getriebezug (ebenfalls nicht zu sehen); ein fünftes Gehäuse 26 für einen an einer Nockenwelle 82 angebrachten Hebelstellantrieb 28; ein erster Befestigungsflansch 30 zum Anbringen der Baugruppe 10 an einem Motorblock oder -kopf 32; ein zweiter Befestigungsflansch 34 zum Anbringen der Baugruppe 10 an einem Abgaskrümmer 36; und eine Aufnahme 38 zum Befestigen eines Krümmerunterdrucksensors 40 mit einem elektrischen Verbinder 42 für einen herkömmlichen Anschluss an ein Motorsteuergerät (MEZ) (nicht gezeigt). Im Gegensatz zu Ansaugkrümmern nach dem Stand der Technik, in denen MVR-Ventile und AGR-Ventile auf einen Krümmer montiert sind und eine einzelne elektrische Betätigung, Positionserfassung und Steuerung erfordern, sind die gegenwärtigen MVR- und AGR-Ventile einstückig in den Krümmer selbst hinein ausgebildet und werden mechanisch durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigt, wie weiter unten stehend beschrieben.
An der integrierten Ansaugkrümmerbaugruppe 10 angebracht aber von dieser getrennt ist eine Wirbelventilplatte 44 zwischen der Baugruppe 10 und dem Motor 32 angeordnet. Die Platte 44 umfasst erste Öffnungen 46 zum Verteilen von Luft von dem Krümmer 12 in jeden von vier Zylindern (nicht gezeigt) unter niedriger Motorlast und zweite Öffnungen 48 strömungsparallel mit den ersten Öffnungen 46, die zusätzliche Luft unter Hochlastbedingungen bereitstellen. Die Luftströmung von dem Krümmer 12 durch die zweiten Öffnungen 48 kann durch Wirbel-Steuerventile 50, die für eine gemeinsame Wirkung verbunden sind, indem sie an einer einzelnen Steuerwelle 52, die sich durch axial ausgerichtete Bohrungen 54 in der Platte 44 erstreckt, befestigt sind, geregelt werden. Ein Verbindungsglied 56 verbindet den ersten Hebelstellantrieb 28 mit einem an der Welle 52 angebrachten ähnlichen zweiten Hebelstellantrieb 58 (8, 18 und 19). Wenn die Ventile 50 geschlossen sind, wird Luft nur über die Öffnungen 46 tangential in die Zylinder eingeleitet, was eine Wirbelbewegung bewirkt, die darauf gerichtet ist, die Kraftstoffaufladung auf dem Kolben zu zentrieren. Unter hohen Luft- und Kraftstoffvolumina, wenn die Ventile 50 offen sind, ist eine solche Verwirbelung unwichtig und wird eliminiert.
Solch ein Gestänge kann mit dem Stellantrieb 28 entweder oberhalb der Drehachse, wie z. B. in den 1, 2, 5 und 16–19 gezeigt, oder unterhalb der Drehachse, wie in 8 gezeigt, verbunden sein. Die gegenwärtig in 8 gezeigte bevorzugte Anordnung erlaubt die Betätigung eines Wirbelöffnungssystems ohne Gestänge außerhalb des Ansaugkrümmers. Alle Komponenten dieses Mechanismus können somit durch geeignetes Konfigurieren des Krümmers auf bekannte Art und Weise innen, innerhalb des Ansaugkrümmers und der Wirbelplatte, versteckt werden. Nachdem die Baugruppe an dem Motor befestigt ist, werden alle beweglichen Teile vor der Umgebung verborgen und geschützt, was für eine sichere robuste Baugruppe sorgt.
Vorzugsweise ist die Platte 44 auch mit einem länglichen Kanal 60 versehen, der mit einem ähnlichen in der Baugruppe 10 ausgebildeten Kanal 62 zusammengepasst werden kann, um eine Abgasverteilerleitung 64 zu bilden, die über einen Abgaskanal 66 von der AGR-Ventilbaugruppe 20 mit Abgas versorgt wird. Die Leitung 64 ist über einzelne Rohre (nicht zu sehen) mit jeder der ersten Öffnungen 46 verbunden, um Abgas in jeden von den Zylindern des Motors 32 abzugeben. Diese Anordnung führt somit eine gesteuerte Abgasrückführung an die Zylinder aus, ohne das Innere des Ansaugkrümmers Ruß und korrosiven Oxiden auszusetzen. Selbstverständlich kann zur Vereinfachung des Aufbaus eine integrierte AGR-Ventilbaugruppe 20 gemäß der Erfindung Abgas einfach über einen Kanal 66' analog dem Kanal 66 direkt in den Krümmer 12 zur Verteilung mit Luft in die Zylinder wie im Stand der Technik zuführen. Darüber hinaus ist in einigen Anwendungen der Erfindung auf fremdgezündete benzinbetriebene Motoren die Wirbelplatte und die Verteilung der AGR auf die einzelnen Zylinder nicht erforderlich, in welchem Fall die Baugruppe 10 direkt auf dem Motor 32 befestigt wird und der Kanal 66' die bevorzugte Ausführungsform darstellt.
In Benzinmotoren, die durch variablen Ventilhub gedrosselt werden, kann die Ventilbaugruppe 16 als ein den Krümmerunterdruck-Steuerventil ar beiten, im Wesentlichen wie in einem wie hierin beschriebenen Dieselmotor. Jedoch kann in Benzinmotoren, die in herkömmlicher Weise durch ein Krümmereinlassventil gedrosselt werden, eine integrierte Ansaugkrümmerbaugruppe gemäß der Erfindung nützlicherweise für eine herkömmliche Drosselsteuerung durch die Ventilbaugruppe 16 angepasst werden.
Unter Bezugnahme auf die 5, 6, 13 und 14 ist der Mechanismus 68 der Erfindung in den verschiedenen integrierten Gehäusen untergebracht, die in dem Krümmer 12 ausgebildet sind wie oben stehend ausgeführt.
Der Antriebsstrang ist ein herkömmlicher Motor und ein Untersetzungsgetriebe. Ein in dem dritten Gehäuse 22 untergebrachter Einzelbürsten-Gleichstrommotor 70 ist mit einem ersten Ritzel 72 versehen, das mit einem an einer Vorgelegeachse 76 befestigten ersten Hohlrad 74 in Eingriff steht. Ein an dem ersten Hohlrad 74 angebrachtes zweites Ritzel 78 steht mit einem zweiten Hohlrad 80, welches über eine Abtriebsfeder 84 an der Nockenwelle 82 befestigt ist, in Eingriff. Ein Nockenwellenpositionssensor 79 ist an dem nahen Ende 81 der Nockenwelle 82 angeordnet. Der Getriebezug und der Positionssensor sind in einem an dem Ansaugkrümmer anschraubbaren Deckel 83 untergebracht. Ein elektrischer Verbinder 85 stellt Energie und Betriebssignale an den Motor bereit und trägt Information von dem Positionssensor 79 zu dem MEZ.
Die Nockenwelle 82 ist in drei Sätzen von Kugellagern 87, die in Lagergehäusen, welche in dem Ansaugkrümmer 12 ausgebildet sind, gehalten werden, gelagert und dreht sich um eine Achse 77. Der MVR-Nocken 86 und der AGR-Nocken 88, die Durchgangsbohrungen aufweisen, sind an der Nockenwelle 82 an vorbestimmten axialen Positionen und unter einer vorbestimmten Winkelbeziehung zueinander angeordnet. Nachdem die Nocken während des Zusammenbaus richtig positioniert wurden, werden sie durch Stellschrauben 90 in Position fixiert. Vorzugsweise werden die Nocken nach dem Zusammenbau und Überprüfen gebohrt und an der Nockenwelle befestigt 91.
Unter Bezugnahme auch auf die 9 und 11 umfasst eine Krümmerunterdruck-Steuerventilbaugruppe 16 einen Tellerventilkopf 92, der mit einem einstückig mit dem Krümmer 12 ausgebildeten Sitz 94 zusammenpasst. Der Sitz 94 ist in einer Bohrung 96 ausgebildet, die einen Lufteinlass zu dem Krümmer 12 definiert. Ein Ventilzapfen 98 erstreckt sich von der Unterseite des Tellerkopfes 92 und ist in einem Zapfenlagereinsatz 100 aufgenommen, der in einem zylindrischen Vorsprung 102 in dem Krümmer 12 ausgebildet ist, um den Zapfen und den Kopf während einer Betätigung des Ventils entlang einer ersten Bewegungsachse 103 rechtwinklig zu der Nockenwellenachse 77 zu führen. Eine Rückholfeder 104 umgibt den Vorsprung 102 und liegt gegen eine Stufe in dem Vorsprung 102 an, um den Kopf 92 gegen den Sitz 94 in eine normal geschlossene Stellung zu drängen. Der Tellerventilkopf 92 ist ferner mit einem Schlitz und einer Querbohrung versehen, um eine Rolle 106 und einen Stift 107 zum Folgen der Fläche des MVR-Nockens 86 aufzunehmen. In den 5, 6, 9 und 11 ist die MVR-Ventilbaugruppe 16 in der offenen Stellung gezeigt, die das Strömen von Luft durch die Einlassbohrung 96 in den Ansaugkrümmer 12 hinein zulässt.
Vorzugsweise ist die Feder 104 derart gewählt und sind der Ventilkopf und -sitz derart aufgebaut, dass die Baugruppe 16 vollständig geschlossen ist, wenn der Motor abgestellt ist. Dies verhindert den Eintritt zusätzlicher Luft in den Motor, was wichtig für einige Benzinmotoren ist, um den bekannten „Diesel"-Effekt des Weiterlaufens unter Kompression, wenn die Zündung ausgeschaltet ist, zu vermeiden. Krümmereinlass-Klappenventile nach dem Stand der Technik sind nicht in der Lage, diesen Vorteil bereitzustellen. Zusätzlich ist die Federkraft der Feder 104 vorzugsweise derart gewählt, dass im Fall eines Ventilsteuerungsfehlers das Ventil durch von einem Dieselkompressor komprimierte Luft aufgezwungen werden kann und der Motor weiterlaufen kann, wenn auch nicht optimal.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf die 5 und 6 und zusätzlich auf 10 umfasst die Abgasrückführungsventilbaugruppe 20 einen Tellerventilkopf 108, der mit einem Sitz 110, der in einer Stufe 112 in einem glockenförmigen Ventilkörper 114, welcher einstückig mit dem Krümmer 12 ausgebildet ist, zusammenpasst. Der Körper 114 endet an seinem unteren Ende in dem Flansch 34 wie oben stehend ausgeführt zum Befestigen auf dem Abgaskrümmer 36. Ein Ventilzapfen 116 erstreckt sich durch den Tellerkopf 108 und ist an diesem durch eine Mutter 109 befestigt, die die Toleranzensummierung in der Ventilbaugruppe festlegt. Des Weiteren erstreckt sich der Zapfen 116 von der Oberseite des Tellerkopfes 108 und ist in einer Stufenbohrung 118 aufgenommen, die in dem Krümmer 12 ausgebildet ist, um den Zapfen und den Kopf während einer Betätigung des Ventils entlang einer zweiten Bewegungsachse 119 rechtwinklig zu der Nockenwellenachse 77 zu führen. Eine Rückholfeder 120 umgibt den Zapfen 116 und ist zwischen einem Zapfenlagereinsatz 122 und einem kreisringförmigen Flansch 124 an dem Zapfen 116 eingeschlossen, um den Kopf 108 gegen den Sitz 110 in eine normal geschlossene Stellung zu drängen. Das obere Ende des Zapfens 116 ist ferner mit einem Schlitz und einer Querbohrung versehen, um eine Rolle 126 und einen Stift 127 zum Folgen der Fläche des AGR-Nockens 88 aufzunehmen. Unter neuerlicher Bezugnahme auf 8 verbindet der erste Kanal 66 die AGR-Ventilbaugruppe 20 mit der Abgasleitung 64. In den 5, 6 und 10 ist die AGR-Ventilbaugruppe 20 in der geschlossenen Stellung gezeigt, die das Strömen von Abgas durch den Flansch 34 in die Abgasleitung 64 hinein verhindert.
Unter Bezugnahme auf 10 ist der AGR-Nocken 88 vorzugsweise mit einem Hakenabschnitt 128 versehen, der in eine Rolle 126 eingreift und diese fest hält, wenn der Nocken 88 ausreichend gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, wodurch die Baugruppe 20 in einer geschlossenen Stellung mechanisch arretiert wird.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf die 5, 6 und 11 ist jeder von den Ventiltellern in den Baugruppen 16, 20 mit einem Jochelement 130 versehen, das sich entweder von dem Ventilkopf (MVR-Ventilkopf 92) oder dem Ventilzapfen (AGR-Ventilzapfen 116) in Richtung der Nockenwelle 82 erstreckt und in flachen Gabelzinken 132 endet, die die Nockenwelle umfassen und verschiebbar gegen ihre jeweiligen Nockenerhebungen 86, 88 anliegen. Falls gewünscht kann eine zusätzliche Steifigkeit der Zinken durch Verbinden der Zinken mit einem Band 134 erhalten werden, wie in 11 gezeigt. Die Zinken sorgen so für einen seitlichen Halt der Ventilzapfen 98, 116 an ihren oberen Enden und verhindern dadurch eine seitliche Belastung der Zapfen durch die Drehwirkung der Nockenerhebungen. Dies reduziert den Verschleiß der Zapfen und Zapfenlager und erhöht die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Ventile.
15 zeigt den Betrieb einer integrierten Ansaugkrümmerbaugruppe gemäß der Erfindung. Beispielhafte Betätigungskurven für die Wirbelventilwelle 52, das MVR-Ventil 16 und das AGR-Ventil 20 sind für eine typische Dieselmotoranwendung gezeigt. Siehe auch die 16 bis 19, in denen die begleitende Wirkung der Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe 138 gezeigt ist. Die relative Ventilstellung ist in 15 als eine Funktion der Nockenwellenposition gezeigt. Nach Belieben stellen die Kurven volle Motordrehzahl ganz links (270° der Nockenwellendrehung) und Motorabstellen ganz rechts (0° der Nockenwellendrehung) dar.
Beginnend bei maximaler Motordrehzahl und Luftströmung, ganz links in 15 gezeigt, sind die Wirbelventile 50 (16) und die MVR vollständig offen. Es gibt keine Abgasrückführung. Das AGR-Ventil wird durch den Haken 128 sowohl geschlossen wie auch geschlossen arretiert, um zu verhindern, dass es durch hohe Ansaugkrümmerdrücke von dem Motorturbolader aufgezwungen wird, was den Wirkungsgrad des Turboladers einschränken würde.
Da der erste Hebelstellantrieb 28 ein geschlitzte Bogenöffnung 136 zur Verbindung mit dem Verbindungsglied 56 aufweist, können die Nockenwelle und der Wirbel-Steuerkörper 140 sich hinreichend (etwa 20°) gegen den Uhrzeigersinn drehen, um das AGR-Ventil zu entriegeln, bevor das Verbindungsglied 56 in die Steuerung der Wirbelventile eingreift. Eine erste Drehstabfeder 142 ist in Drehkompression an dem Körper 140 zwischen einer Kerbe 144 und dem Stiftansatz 146 angeordnet (siehe auch 5) und drängt so das Verbindungsglied 56 in Richtung geschlossener Ventilstellung wie in den 16 und 17 gezeigt. Auch eine zweite Drehstabfeder 148 ist in Drehkompression an dem Körper 140 zwischen dem Hebelstellantrieb 28 und einer Ausnehmung in dem Krümmer 12 (nicht gezeigt) angeordnet, sie ist jedoch der Feder 142 entgegengesetzt gewunden. Die Feder 148 drängt den Stellantrieb 28 gegen den Uhrzeigersinn, wie in den 16–19 gezeigt (die Federn sind in den 17–19 zum besseren Verständnis weggelassen oder teilweise weggelassen).
Die Nockenwelle 82 ist mit einem radialen Mitnehmer 150 versehen, der mit einem axialen Mitnehmer 152, welcher sich von dem Körper 140 erstreckt, in Eingriff gelangen kann. In der 0°-Nockenwellenposition, die in 16 gezeigt ist, werden der Körper 140 und der Stellantrieb 28 derart von der Nockenwelle gedreht, dass das AGR-Ventil durch den Haken 128 sowohl geschlossen wie auch geschlossen arretiert wird, wie in 10 gezeigt.
Wenn die Motorlast verringert wird (die Nockenwelle beginnt sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen), wird das AGR-Ventil in den ersten 25° der Drehung entriegelt. Da der erste Stellantrieb 28 eine geschlitzte Bogenöffnung 136 zum Verbinden mit dem Verbindungsglied 56 aufweist, kann die Nockenwelle sich ausreichend im Uhrzeigersinn drehen, um das AGR-Ventil zu entriegeln ohne zu beginnen, die Wirbelventile zu schließen, wie in 17 gezeigt. Das Verbindungsglied 56 wird durch den Stellantrieb 28 am rechten Ende des Schlitzes 136 in Eingriff gebracht.
Zwischen etwa 25° und 45° Drehung wird das Verbindungsglied 56 durch Betätigung des Hebels 28 gegen den Uhrzeigersinn gezogen, schließt die Wirbelventile vollständig wie in 18 gezeigt, und der Motor wird somit mit Luft nur durch die ersten Öffnungen 46 (2) versorgt. Durch Schließen der Wirbelventile wird das Verbindungsglied nun daran gehindert, sich weiter zu bewegen, so dass eine weitere Drehung des Körpers 140 verhindert wird; die Nockenwelle jedoch kann innerhalb des Körpers 140 weiter gedreht werden, da der Körper 140 drehbar an gedichteten Lagern 141 (6), die an der Nockenwelle 82 befestigt sind, angeordnet ist. Wenn die Nockenwellendrehung andauert, trennt der Mitnehmer 150 sich von dem Mitnehmer 152, wie in 19 gezeigt.
Bei etwa 50° Nockenwellendrehung beginnt das AGR-Ventil zu öffnen und setzt der in die Zylinder eintretenden Luft Abgas zu. Das MVR-Ventil bleibt bis etwa 90° Drehung weit offen und beginnt dann zu schließen. Da das MVR-Ventil ein Tellerventil an Stelle eines herkömmlichen Drehklap penventils ist, ist der offene Bereich zwischen dem Sitz und dem Kopf zylindrisch und daher ist die Strömung durch das Ventil linear in Bezug auf die Zapfenbewegung, und der Anstieg der Kurve wird einfach durch eine geeignete Formgebung der MVR-Nockenerhebung gesteuert.
Der normale Betriebsbereich des Motors liegt typischerweise zwischen Nockenpositionen von etwa 100° bis 150°. Jenseits von etwa 180° ist das MVR-Ventil vollständig geschlossen (keine Frischluft wird in den Motor eingelassen) und ist das AGR-Ventil vollständig offen. Solch eine Bedingung kann während Nichtverbrennungsperioden wie z. B. Bergabfahren, wenn Kraftstoff von den Zylindern zurückgehalten wird und die Rückführung von verbrauchtem Abgas die Motorzylinder fortschreitend kühlen kann, nützlich sein.
Zuletzt, beim Abstellen des Motors, wird die Nockenwelle bis etwa 270° zu der in 19 gezeigten Position gedreht und die Wirbel-, MVR- und AGR-Ventile werden geschlossen. Wenn der Motor wieder gestartet wird, wird die Nockenwelle automatisch im Uhrzeigersinn durch einen vorbestimmten Winkel gedreht, um optimale Öffnungseinstellungen für die MVR- und AGR-Ventile bereitzustellen, wobei die Wirbelventile geschlossen bleiben, bis wieder eine hohe Motordrehzahl benötigt wird.
Alle angeführten Nockenwellenpositionen werden auf bekannte Art und Weise in ein herkömmliches Motorsteuergerät einprogrammiert, wobei das Steuergerät verschiedene die Krümmerdrucksignale von dem Sensor 40 und die Nockenpositionssignale von dem Sensor 79 umfassende Motoreingänge empfängt. Das MEZ steuert die Aktivität des Motors 70 in Ansprechen auf diese und weitere Signale und darin gespeicherte Algorithmen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte einzusehen sein, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Gedankens und des Umfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte vorgenommen werden können. Demzufolge soll die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen durch den Wortlaut der nachfolgenden Ansprüche definierten Umfang aufweisen.

Claims

Ansaugkrümmerbaugruppe (10) für einen Verbrennungsmotor (32) mit: a) einem Ansaugkrümmer (12) mit einer Vielzahl von Rohren zum Befördern von Luft von einem Ansaugluftsammler in Richtung einer Vielzahl von einzelnen Zylindern des Motors; b) einer Wirbelventilplatte (44), die benachbart des Ansaugkrümmers angeordnet und an dem Motor befestigbar ist und eine Vielzahl von Durchgängen durch sie hindurch aufweist, die mit den Krümmerrohren zusammenpassen und in einer ersten und einer zweiten Öffnung (46, 48) für jeden einzelnen Zylinder des Motors enden, um Luft von den Rohren zu den einzelnen Zylindern zu befördern, wobei die Wirbelplatte eine Vielzahl von Wirbelventilen (50), die in den zweiten Öffnungen angeordnet und zum Öffnen und Schließen durch eine Wirbelventilbetätigungswelle (52) betätigbar sind, umfasst, gekennzeichnet durch: c) eine an dem Ansaugkrümmer drehbar angeordnete steuerbar angetriebene Welle (82); d) eine an der angetriebenen Welle befestigte Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe (38, 138); und e) ein zwischen die Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe und die Wirbelventilbetätigungswelle geschaltetes Betätigungsgestänge (28, 56, 58).
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, ferner mit einer Abgasrückführungsventilbaugruppe (20) und einem Abgaskanal (66), wobei der Kanal mit der Vielzahl von Durchgängen in Fluidverbindung steht, wodurch Abgas von der Abgasrückführungsventilbaugruppe (20) den einzelnen Zylindern des Motors zugeführt wird.
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Betätigungsgestänge (28, 56, 58) in dem Ansaugkrümmer enthalten ist.
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Ansaugkrümmer zumindest ein Tellerventil (92, 108) umfasst und wobei die steuerbar angetriebene Welle eine Nockenwelle (82) zur Betätigung des zumindest einen Tellerventils ist.
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei jedes der Vielzahl von Wirbelventilen (50) ein in der zweiten Öffnung in der Wirbelplatte zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Motor angeordnetes Klappenventil ist.
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe (138) umfasst: a) einen an der angetriebenen Welle drehbar befestigten Körper (140); b) einen Betätigungshebel (28), der sich von dem Körper erstreckt, um mit dem Betätigungsgestänge verschwenkbar in Eingriff zu stehen; c) eine erste Feder (142), um das Gestänge in Richtung der Wirbelplatte zu drängen; d) eine zweite Feder (148), um den Hebel in Richtung der Wirbelplatte zu drängen; und e) ein Mittel (136), um den Körper und die angetriebene Welle variabel drehbar in Eingriff und außer Eingriff zu bringen.
Krümmerbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Dieselmotor ist, worin ein Schließen der Wirbelventile ein Verwirbeln einer Motorkraftstoffladung in Zylindern unterstromig der Wirbelventile bewirkt.
Verbrennungsmotor (32) mit einer Ansaugkrümmerbaugruppe (10), wobei die Baugruppe umfasst: einen Ansaugkrümmer (12) mit einer Vielzahl von Rohren zum Befördern von Luft von einem Ansaugluftsammler in Richtung einer Vielzahl von einzelnen Zylindern des Motors, eine Wirbelventilplatte (44), die benachbart des Ansaugkrümmers angeordnet und an dem Motor befestigbar ist und eine Vielzahl von Durchgängen durch sie hindurch aufweist, die mit den Krümmerrohren zusammenpassen und in einer ersten und einer zweiten Öffnung (46, 48) für jeden einzelnen Zylinder enden, um Luft von den Krümmerrohren zu den einzelnen Zylindern zu befördern, wobei die Wirbelplatte eine Vielzahl von Wirbelventilen (50), die in den zweiten Öffnungen angeordnet und zum Öffnen und Schließen durch eine Wirbelventilbetätigungswelle (52) betätigbar sind, umfasst, gekennzeichnet durch: eine an dem Ansaugkrümmer drehbar angeordnete steuerbar angetriebene Welle (82), eine an der angetriebenen Welle befestigte Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe (38, 138); und ein zwischen die Wirbelventilsteuerungs-Unterbaugruppe und die Wirbelventilbetätigungswelle geschaltetes Betätigungsgestänge (28, 56, 58).