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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung
des Betriebs eines Motors gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung
auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung des Betätigungszeitpunktes
von Motorventilen gerichtet.
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Hintergrund
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Der
Betrieb eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Diesel-,
Benzin- oder Erdgas-Motors kann die Erzeugung von unerwünschten Immissionen
bewirken. Diese Emissionen, die Partikel und Stickoxide (NOx) aufweisen
können,
werden erzeugt, wenn Brennstoff in einer Brennkammer des Motors
verbrannt wird. Ein Auslasshub eines Motorkolbens drückt Abgas,
welches diese Emissionen aufweisen kann, aus dem Motor. Wenn keine
Maßnahmen
zur Verringerung von Immissionen stattfinden, werden diese nicht
wünschenswerten
Emissionen schließlich
in die Umgebung ausgestoßen.
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Die
Forschung ist gegenwärtig
auf die Verringerung der Menge der nicht wünschenswerten Emissionen gerichtet,
die während
des Betriebs eines Motors in die Umgebung ausgestoßen werden.
Es wird erwartet, dass eine verbesserte Motorkonstruktion und eine
verbesserte Steuerung des Motorbetriebes zu einer Verringerung der
Erzeugung von nicht wünschenswerten
Emissionen führen
kann. Viele unterschiedliche Ansätze,
wie beispielsweise die Abgasrückzirkulation,
Wassereinspritzung, Brennstoffeinspritzzeitsteuerung und Brennstoffformeln
haben erwiesenermaßen
die Menge der Emissionen reduziert, die während des Betriebs eines Motors
erzeugt werden. Nachbehandlungen, wie beispielsweise Fallen und
Katalysatoren, haben erwiesenermaßen Emissionen aus einem Abgasfluss
entfernt. Unglücklicherweise
hat die Einrichtung dieser Ansätze
zur Verringerung von Emissionen typischerweise eine Verringerung
des Gesamtwirkungsgrades des Motors zur Folge.
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Zusätzliche
Bemühungen
sind darauf fokussiert gewesen, den Motorwirkungsgrad zu verbessern,
um den Wirkungsgradverlust aufgrund von Emissionsreduktionssystemen
zu kompensieren. Ein solcher Ansatz zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades
sieht die Einstellung der Betätigungszeitsteuerung
der Motorventilen vor. Beispielsweise kann die Zeitsteuerung der
Einlass- und Auslassventile modifiziert werden, um eine Variation
des typischen Diesel- oder Otto-Zyklus einzurichten, der als Miller-Zyklus
bekannt ist. In einem Miller-Zyklus mit "spätem
Einlass" werden
die Einlassventile des Motors während
eines Teils des Kompressionshubes des Kolbens offen gehalten.
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Die
Motorventile in einem Verbrennungsmotor werden typischerweise durch
eine Nockenanordnung angetrieben, die betriebsmässig mit der Kurbelwelle des
Motors verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle hat eine entsprechende
Drehung einer Nocke zur Folge, die eine oder mehrere Nockenfolgevorrichtungen
antreibt. Die Bewegung der Nockenfolgevorrichtungen hat eine Betätigung der
Motorventile zur Folge. Die Form der Nocke regelt die Zeitsteuerung
und die Dauer der Ventilbetätigung.
Wie im US-Patent 6 237 551 von Macor u.a. beschrieben, das am 29.
Mai 2001 ausgegeben wurde, kann ein Miller-Zyklus mit "spätem Einlass" in einer derartigen Nockenanordnung
eingerichtet werden, in dem man die Form der Nocke modifiziert,
so dass die Betätigung
des Einlassventils mit dem Beginn des Kompressionshubes des Kolbens überlappt.
Weiterhin sei hingewiesen auf
US 4 084 557 A1 .
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Während Einstellungen
an der Ventilbetätigungszeitsteuerung
Vorteile beim Wirkungsgrad bieten können, können jedoch diese Einstellungen
am Betätigungszeitpunkt
auch eine nachteilige Motorleistung unter gewissen Betriebsbedingungen
zur Folge haben. Beispielsweise kann ein Miller-Zyklus mit spätem Einlass
ineffizient sein, wenn der Motor startet, wenn er unter Bedingungen
bei Kälte
arbeitet, oder wenn er einen transienten Zustand erfährt, wie beispielsweise
eine plötzliche
Steigerung der Motorbelastung. Die se schädliche bzw. schlechte Motorleistung
wird durch eine Verringerung der Luftmasse verursacht, die durch
den Motor fließt.
Insbesondere bei kalten Umgebungsbedingungen kann der verzögerte Beginn
der Kompression zu Zylindertemperaturen führen, die nicht ausreichen,
um gute Verbrennungsvorgänge
und einen leichten Start zu unterstützen.
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Wie
oben erwähnt
wird der Betätigungszeitpunkt
eines Ventilsystems, welches durch eine Nockenanordnung angetrieben
wird, durch die Form der Antriebsnocke bestimmt. Weil die Form der
Nocke festgelegt ist, ist diese Art der Anordnung unflexibel und
kann nur während
des Betriebs des Motors durch Anwendung von komplexen mechanischen
Mechanismen verändert
werden.
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Das
Motorbetriebssteuersystem und das Verfahren der vorliegenden Erfindung
lösen eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb
eines Motors gerichtet, der einen Zylinder aufweist, weiter ein
Einlassventil, welches mit dem Zylinder assoziiert ist und bewegbar
ist zwischen einer ersten Position, wo das Einlassventil einen Strömungsmittelfluss
zum Zylinder verhindert, und einer zweiten Position, wo das Einlassventil
einen Strömungsmittelfluss
zum Zylinder gestattet, eine Nockenanordnung, die mit dem Einlassventil
verbunden ist, um das Einlassventil zwischen den ersten und zweiten
Positionen zu bewegen, und eine Betätigungsvorrichtung, die mit
dem Einlassventil verbunden ist. Mindestens ein Betriebsparameter
des Motors wird abgefühlt.
Der Motor wird in einem ersten Betriebszustand ansprechend darauf
betrieben, dass der abgefühlte
Betriebsparameter in einem von einem vorbestimmten ersten Satz von
Zuständen
ist. In dem ersten Betriebszustand beginnt die Nockenanordnung,
das Einlassventil aus der ersten Position zur zweiten Position zu
bewegen, wenn der Kolben auf oder nahe einer oberen Totpunktposition
eines Einlasshubes ist, und die Nocken anordnung stellt das Einlassventil
zurück
in die erste Position, wenn der Kolben auf oder nahe einer unteren
Totpunktposition des Einlasshubes ist. Der Motor wird in einem zweiten
Betriebszustand ansprechend darauf betrieben, dass der abgefühlte Betriebsparameter
in einem von einem vorbestimmten zweiten Satz von Zuständen ist.
In dem zweiten Betriebszustand beginnt die Nockenanordnung, das
Einlassventil aus der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen,
wenn der Kolben auf oder nahe einer oberen Totpunktposition eines
Einlasshubes ist, und das Einlassventil beginnt, sich zu der geschlossenen
Position zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung verhindert,
dass das Einlassventil ansprechend auf die Nockenanordnung in die
erste Position zurückkehrt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf einen Motor gerichtet,
der einen Motorblock aufweist, der einen Zylinder definiert. Ein Kolben
ist verschiebbar innerhalb des Zylinders angeordnet und ist bewegbar
zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition. Ein
Einlassventil ist betriebsmässig
mit dem Zylinder assoziiert und ist bewegbar zwischen einer ersten Position,
wo das Einlassventil verhindert, das Strömungsmittel zum Zylinder fließt, und
einer zweiten Position, wo ein Strömungsmittelfluss in dem Zylinder
eintreten darf. Eine Nockenanordnung ist mit dem Einlassventil verbunden,
um das Einlassventil zwischen den ersten und zweiten Positionen
zu bewegen. Eine Betätigungsvorrichtung
ist konfiguriert, um selektiv zu verhindern, dass das Einlassventil
in die erste Position zurückkehrt.
Ein Sensor ist konfiguriert, um mindestens einen Betriebsparameter
des Motors abzufühlen.
Eine Steuervorrichtung ist betreibbar, um selektiv den Motor in
einem ersten Betriebszustand oder in einem zweiten Betriebszustand basierend
auf dem abgefühlten
Betriebsparameter zu betreiben. Im ersten Betriebszustand beginnt
die Nockenanordnung, das Einlassventil von der ersten Position zur
zweiten Position zu bewegen, wenn der Kolben auf oder nahe der oberen
Totpunktposition eines Einlasshubes ist, und die Nockenanordnung bringt
das Einlassventil zur ersten Position zurück, wenn der Kolben auf oder
nahe einer unteren Totpunktposition des Einlasshubes ist. Im zweiten
Betriebszustand beginnt die Nockenanordnung, das Einlassventil von
der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen, wenn der Kolben
auf oder nahe der oberen Totpunktposition eines Einlasshubes ist, und
die Betätigungsvorrichtung
verhindert, dass das Einlassventil in die erste Position ansprechend
auf die Nockenanordnung zurückkehrt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels
eines Verbrennungsmotors;
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2 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Zylinder-Ventil-Betätigungsanordnung gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelversorgungssystems
einer Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
für ein
Motorventil gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4a ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelversorgungssystems
für eine
Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4b ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelversorgungssystems
für eine
Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine grafische Darstellung einer beispielhaften Einlassventilbetätigung als
eine Funktion des Motorkurbelwellenwinkels gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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6 ist
ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung
des Betriebs eines Motors gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein
beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 20 ist in 1 veranschaulicht. Für die Zwecke
der vorliegenden Offenbarung wird der Motor 20 als ein
Vier-Takt-Diesel-Motor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann
wird jedoch erkennen, dass der Motor 20 irgendeine andere
Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein
Benzin- oder Erdgas-Motor.
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Wie
in 1 veranschaulicht weist der Motor 20 einen
Motorblock 28 auf, der eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert.
Ein Kolben 24 ist verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 22 angeordnet.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 20 sechs Zylinder 22 und 6 assoziierte
Kolben 24 auf. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass
der Motor 20 eine größere oder
geringere Anzahl von Kolben 24 aufweisen kann, und dass
die Kolben 24 in einer "Reihen-Konfiguration", in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner
anderen herkömmlichen
Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie
in 1 gezeigt, weist der Motor 20 eine Kurbelwelle 27 auf,
die drehbar innerhalb des Motorblockes 28 angeordnet ist.
Eine Verbindungsstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit
der Kurbelwelle 27. Jeder Kolben 24 ist mit der
Kurbelwelle 27 gekoppelt, so dass eine Gleitbewegung des
Kolben 24 innerhalb des jeweiligen Zylinders 22 eine
Drehung der Kurbelwelle 27 zur Folge hat. In ähnlicher
Weise wird eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine Gleitbewegung
des Kolbens 24 zwischen einer oberen Totpunktposition und
einer unteren Totpunktposition innerhalb des Zylinders 22 zur
Folge haben.
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Der
Motor 20 weist auch einen Zylinderkopf 30 auf.
Der Zylinderkopf 30 definiert einen Einlassdurchlassweg 41,
der zu mindestens einem Einlassanschluss 36 für jeden
Zylinder 22 führt.
Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 36 für jeden
Zylinder 22 definieren. Ein Einlassventil 32 ist
in jedem Einlassanschluss 36 angeordnet. Das Einlassventil 32 weist
ein Ventilelement 40 auf, welches konfiguriert ist, um
selektiv den Einlassanschluss 36 zu blockieren. Wie genauer
unten beschrieben wird, kann jedes Einlassventil 32 betätigt werden,
um das Ventilelement 40 von einer ersten oder geschlossenen
Position weg zu bewegen oder "anzuheben", wo das Ventilelement 40 einen Strömungsmittelfluss
durch den jeweiligen Einlassanschluss 36 verhindert, und
zwar zu einer zweiten oder offenen Position, wo das Ventilelement 40 einen Strömungsmittelfluss
durch den jeweiligen Einlassanschluss 36 gestattet. Die
Einlassventile 32 für
jeden Zylinder 22 können
gleichzeitig oder unabhängig betätigt werden.
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Der
Zylinderkopf 30 definiert auch mindestens einen Auslassanschluss 38 für jeden
Zylinder 22. Jeder Auslassanschluss 38 führt von
den jeweiligen Zylinder 22 zu einem Auslassdurchlassweg 43. Der
Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 für jeden
Zylinder 22 definieren.
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Ein
Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschlusses 38 angeordnet.
Das Auslassventil 34 weist ein Ventilelement 48 auf,
das konfiguriert ist, um selektiv den Auslassanschluss 38 zu
blockieren. Wie genauer unten beschrieben kann jedes Auslassventil 34 betätigt werden,
um das Ventilelement 48 anzuheben, um dadurch den jeweiligen
Auslassanschluss 38 zu öffnen.
Die Auslassventile 34 für
jeden Zylinder 22 können
gemeinsam oder unabhängig
betätigt
werden.
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2 veranschaulicht
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
von einem Zylinder 22 des Motors 20. Wie gezeigt
definiert der Zylinderkopf 30 ein Paar von Einlassanschlüssen 36,
die den Einlassdurchlassweg 41 mit dem Zylinder 22 verbinden.
Jeder Einlassanschluss 36 weist einen Ventilsitz 50 auf. Ein
Einlassventil 32 ist in jedem Einlassanschluss 36 angeordnet.
Das Ventilelement 40 des Einlassventils 32 ist
konfiguriert, um mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff zu kommen.
Wenn das Einlassventil 32 in einer geschlossenen Position
ist, kommt das Ventilelement 40 in Eingriff mit dem Ventilsitz 50,
um den Einlassanschluss 36 zu schließen und blockiert dem Strömungsmittelfluss
relativ zum Zylinder 22. Wenn das Einlassventil 32 von
der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Einlassventil 32 einen Strömungsmittelfluss
relativ zum Zylinder 22.
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In ähnlicher
Weise kann der Zylinderkopf 30 zwei oder mehrere Auslassanschlüsse 38 definieren (von
denen nur einer in 1 veranschaulicht ist), die
den Zylinder 22 mit dem Auslassdurchlassweg 43 verbinden.
Ein Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschlusses 38 angeordnet.
Ein Ventilelement 48 von jedem Auslassventil 34 ist
konfiguriert, um den Auslassanschluss 38 zu schließen, wenn
das Auslassventil 34 in einer geschlossenen Position ist, und
den Strömungsmittelfluss
relativ zum Zylinder 22 blockiert. Wenn das Auslassventil 34 von
der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Auslassventil 32 einen
Strömungsmittelfluss
relativ zum Zylinder 22.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt ist eine Reihe von
Ventilbetätigungsanordnungen 44 betriebsmässig mit
jedem Einlassventil 32 und jedem Auslassventil 34 assoziiert.
Jede Ventilbetätigungsanordnung 44 ist
betreibbar, um das assoziierte Einlassventil 32 oder Auslassventil 34 zu öffnen. In
der folgenden beispielhaften Beschreibung wird die Ventilbetätigungsanordnung 44 durch
eine Kombination einer Nockenanordnung 52 und einer Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 angetrieben.
Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Ventilbetätigungsanordnung 44 durch
andere Arten von Systemen angetrieben werden kann, wie beispielsweise durch
ein hydraulisches Betätigungssystem,
ein Elektromagnetensystem oder irgend eine Kombination davon. In
dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 2 weist
die Ventilbetätigungsanordnung 44 eine
Brücke 54 auf,
die mit jedem Ventilelement 40 durch ein Paar von Ventilschäften 46 verbunden
ist. Eine Feder 56 kann um jeden Ventilschaft 46 zwischen
dem Zylinderkopf 30 und der Brücke 54 angeordnet
sein. Die Feder 56 wirkt dahingehend, dass sie beide Ventilelemente 40 in
Eingriff mit dem jeweiligen Ventilsitz 50 vorspannt, um
dadurch jeden Einlassanschluss 36 zu schließen.
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Die
Ventilbetätigungsanordnung 44 weist auch
einen Kipphebel 64 auf. Der Kipphebel 64 ist konfiguriert,
um um einen Schwenkpunkt 66 zu schwenken. Ein Ende 68 des
Kipphebels 64 ist mit der Brücke 54 verbunden.
Das gege nüberliegende Ende
des Kipphebels 64 ist mit einer Nockenanordnung 52 verbunden.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der 2 weist die Nockenanordnung 52 eine Nocke 60 mit
einem Nockenansatz auf, der an einer Nockenwelle montiert ist, weiter
eine Druckstange 61 und eine Nockenfolgevorrichtung 62.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Nockenanordnung 52 andere
Konfigurationen haben kann, wie beispielsweise eine, wo die Nocke 60 direkt
auf den Kipphebel 64 wirkt.
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Die
Ventilbetätigungsanordnung 44 kann durch
die Nocke 60 angetrieben werden. Die Nocke 60 ist
mit der Kurbelwelle 27 verbunden, so dass eine Drehung
der Kurbelwelle 27 eine entsprechende Drehung der Nocke 60 einleitet.
Die Nocke 60 kann mit der Kurbelwelle 27 durch
irgendwelche Mittel verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich sind,
wie beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Zahnradreduktionsanordnung.
Wie der Fachmann erkennen wird, wird eine Drehung der Nocke 60 bewirken,
dass die Nockenfolgevorrichtung 62 und die assoziierte
Druckstange 61 sich periodisch zwischen einer ersten oder
oberen Position und einer zweiten oder unteren Position hin und
her bewegen.
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Die
Hin- und Herbewegung der Druckstange 61 bewirkt, dass der
Kipphebel 64 um den Schwenkpunkt 66 schwenkt.
Wenn sich die Druckstange 61 in der Richtung bewegt, die
durch den Pfeil 58 gezeigt wird, wird der Kipphebel 64 schwenken
und die Brücke 54 in
der entgegengesetzten Richtung bewegen. Die Bewegung der Brücke 54 bewirkt,
dass jedes Einlassventil 32 sich anhebt und die Einlassanschlüsse 36 öffnet. Wenn
sich die Nocke 60 weiter dreht, werden die Federn 56 dahingehend
wirken, dass sie auf die Brücke 54 wirken,
um jedes Einlassventil 32 in die geschlossene Position
zurückzubringen.
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In
dieser Weise steuern die Form und die Orientierung der Nocke 60 die
Zeitsteuerung der Betätigung
der Einlassventile 32. Wie der Fachmann erkennen wird,
kann die Nocke 60 konfiguriert sein, um die Betätigung der
Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 zu
koordinieren. Beispiels weise können
die Einlassventile 32 betätigt werden, um die Einlassanschlüsse 36 zu öffnen, wenn
der Kolben 24 sich zu einer unteren Totpunktposition innerhalb
des Zylinders 22 bewegt, um zu gestatten, dass Luft vom Einlassdurchlassweg 41 in
den Zylinder 22 fließt.
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Eine ähnliche
Ventilbetätigungsanordnung 44 kann
mit den Auslassventilen 34 verbunden sein. Eine zweite
(nicht gezeigte) Nocke kann mit der Kurbelwelle 27 verbunden
sein, um den Betätigungszeitpunkt
der Auslassventile 34 zu steuern. Die Auslassventile 34 können betätigt werden,
um die Auslassanschlüsse 38 zu öffnen, wenn
der Kolben 24 sich zu einer oberen Totpunktposition innerhalb
des Zylinders 22 bewegt, um zu gestatten, das Abgas aus
dem Zylinder 22 in den Auslassdurchlassweg 34 fließt.
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Wie
in 2 gezeigt, weist die Ventilbetätigungsanordnung 44 auch
eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 auf.
Die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 weist
einen Betätigungsvorrichtungszylinder 72 auf,
der eine Betätigungsvorrichtungskammer 76 definiert.
Ein Betätigungsvorrichtungskolben 74 ist
verschiebbar innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 angeordnet
und ist mit einer Betätigungsvorrichtungsstange 78 verbunden.
Eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder
kann auf den Betätigungsvorrichtungskolben 74 wirken, um
den Betätigungsvorrichtungskolben 74 in
einer Anfangsposition zurück
zustellen. Die Betätigungsvorrichtungsstange 78 ist
mit einem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff
zu bringen.
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Eine
Strömungsmittelleitung 80 ist
mit der Betätigungsvorrichtungskammer 76 verbunden.
Unter Druck gesetztes Strömungsmittel
kann durch die Strömungsmittelleitung 80 in
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 geleitet
werden, um den Betätigungsvorrichtungskolben 74 innerhalb
des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 zu
bewegen. Die Bewegung des Betätigungsvorrichtungskolbens 74 bewirkt,
dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem
Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommt. Strömungsmittel
kann in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet
werden, wenn die Einlassventile 32 in der offenen Position
sind, um die Betätigungsvorrichtungs stange 78 in
Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bringen, um dadurch die
Einlassventile 32 in der offenen Position zu halten. Alternativ kann
Strömungsmittel
in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet
werden, wenn die Einlassventile 32 in der geschlossenen
Position sind, um die Betätigungsvorrichtungsstange 78 in
Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bewegen, und um den Kipphebel 64 um
den Schwenkpunkt 66 zu schwenken, um dadurch die Einlassventile 32 zu öffnen.
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Wie
in den 1 und 3 veranschaulicht, ist eine
Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 vorgesehen,
um Strömungsmittel
von einem Tank 87 zu ziehen und unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu
der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 zu liefern.
Der Tank 87 kann irgendeine Art von Strömungsmittel enthalten, die
dem Fachmann leicht offensichtlich ist, wie beispielsweise Hydraulikströmungsmittel,
Brennstoff oder Getriebeströmungsmittel.
Die Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 kann ein
Teil eines Schmiersystems sein, wie es typischerweise einen Verbrennungsmotor
begleitet. Ein solches Schmiersystem kann unter Druck gesetztes Öl mit einem
Druck von beispielsweise weniger als 700 kPa (100 psi) oder insbesondere
zwischen ungefähr 410
kPa und 620 kPa (60 psi und 90 psi) sein. Alternativ kann die Strömungsmittelquelle
eine Pumpe sein, die konfiguriert ist, um Öl mit einem höheren Druck
zu liefern, wie beispielsweise zwischen ungefähr 10 MPa und 35 MPa (1450
psi und 5000 psi).
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Ein
Strömungsmittelversorgungssystem 79 verbindet
die Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 mit
der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der 3 ist die Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 mit
einer Strömungsmittel-Rail 86 (Rail
= Druckleitung) durch die Strömungsmittelleitung 85 verbunden.
Ein Steuerventil 82 ist in der Strömungsmittelleitung 85 angeordnet.
Das Steuerventil 82 kann geöffnet werden, um zu gestatten,
dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 zur
Strömungsmittel-Rail 86 fließt. Das Steuerventil 82 kann
geschlossen werden, um zu verhindern, dass unter Druck gesetztes
Strömungsmittel
von der Niederdruck- Strömungsmittelquelle 84 zur
Strömungsmittel-Rail 86 fließt.
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Wie
in 3 veranschaulicht, liefert die Strömungsmittel-Rail 86 unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 zu
einer Reihe von Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen 70.
Jede Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 kann
mit einem jeweiligen Ventil der Einlassventile 32 oder
der Auslassventile 34 eines speziellen Motorzylinders 22 assoziiert
sein (siehe 1). Die Strömungsmittelleitungen 80 leiten unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Strömungsmittel-Rail 86 in
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 von
jeder Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70.
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Ein
Richtungssteuerventil 88 kann in jeder Strömungsmittelleitung 80 angeordnet
sein. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann geöffnet werden,
um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und
der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann
geschlossen werden, um zu verhindern, dass unter Druck gesetztes
Strömungsmittel
zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und
der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Das
Richtungssteuerventil 88 kann normalerweise in eine geschlossene
Position vorgespannt sein und betätigt werden, um zu gestatten,
das Strömungsmittel
durch das Richtungssteuerventil 88 fließt. Alternativ kann das Richtungssteuerventil 88 normalerweise in
eine offene Position vorgespannt sein und betätigt werden, um zu verhindern,
das Strömungsmittel durch
das Richtungssteuerventil 88 fließt. Der Fachmann wird erkennen,
dass das Richtungssteuerventil 88 irgend eine Art eines
steuerbaren Ventils sein kann, wie beispielsweise ein Verriegelungsventil
mit zwei Spulen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine
Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben kann. Wie in 4a veranschaulicht
kann beispielsweise das Strömungsmittelversorgungssystem 79 ein Rückschlagventil 94 aufweisen,
welches parallel zu dem Richtungssteuerventil 88 zwischen
dem Steuerventil 82 und der Strömungs mittelbetätigungsvorrichtung 70 angeordnet
ist. Das Rückschlagventil 94 kann
konfiguriert sein, um zu gestatten, das Strömungsmittel in der Richtung
von dem Steuerventil 82 zur Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 fließt.
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Wie
ebenfalls in 4a gezeigt, kann das Strömungsmittelversorgungssystem 79 ein
Luftableitungsventil 96 aufweisen. Das Luftableitungsventil 96 kann
irgend eine Vorrichtung sein, von der dem Fachmann offensichtlich
sein wird, dass sie gestatten kann, dass Luft aus einem Hydrauliksystem
entweicht. Beispielsweise kann das Luftableitungsventil 96 ein
federvorgespanntes Kugelventil sein, welches gestattet, dass Luft
durch das Ventil fließt,
welches jedoch schließt,
wenn es einen Strömungsmitteldruck
ausgesetzt ist.
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Zusätzlich kann
ein Bremsventil 98 (snubbing valve) in der Strömungsmittelleitung 81 angeordnet
sein, die zu der Betätigungsvorrichtungskammer 76 führt. Das
Bremsventil 98 kann konfiguriert sein, um einen Strömungsmittelfluss
durch die Strömungsmittelleitung 81 einzuschränken. Beispielsweise
kann das Bremsventil 98 konfiguriert sein, um die Rate
zu verringern, mit der Strömungsmittel
aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 austritt,
um dadurch die Rate zu verlangsamen, mit der das Einlassventil 32 schließt.
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Das
Strömungsmittelversorgungssystem 79 kann
auch einen Akkumulator 95 aufweisen. Eine einschränkende Zumessöffnung 93 kann
in dem Einlass zum Akkumulator 95 angeordnet sein. Wie
unten genauer beschrieben, bewirkt die Kombination des Akkumulators 95 und
der einschränkenden
Zumessöffnung 93 dahingehend,
dass sie Oszillationen in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 und
der Strömungsmittelleitung 80 dämpft, was
bewirken kann, dass der Betätigungsvorrichtungskolben 74 oszilliert.
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Ein
weiteres beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Strömungsmittelversorgungssystems 79 ist
in 4b veranschaulicht. Wie gezeigt weist das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine
Hochdruck- Strömungsmittelquelle 92 auf.
Das Richtungssteuerventil 88 ist konfiguriert, um selektiv
entweder die Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 oder
die Hochdruck-Strömungsmittelquelle 92 mit
der Strömungsmittelleitung 81 zu
verbinden. In dieser Weise kann entweder Niederdruck-Strömungsmittel
oder Hochdruck-Strömungsmittel
zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 geleitet
werden, um die Anforderungen der gegenwärtigen Betriebsbedingungen
zu erfüllen.
Das Richtungssteuerventil 88 kann normalerweise in einer
Position vorgespannt sein, wo die Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 mit
der Strömungsmittelleitung 81 verbunden
ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine Steuervorrichtung 100 mit
jeder Ventilbetätigungsanordnung 44 und
mit dem Steuerventil 82 verbunden. Die Steuervorrichtung 100 kann
ein elektronisches Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor
und einen Speicher hat. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist der
Speicher mit dem Mikroprozessor verbunden und speichert einen Anweisungssatz
und Variable. Mit dem Mikroprozessor und einem Teil des elektronischen
Steuermoduls sind verschiedene andere bekannte Schaltungen verbunden,
wie beispielsweise u. a. eine Leistungsversorgungsschaltung, eine
Signalkonditionierungsschaltung und eine Elektromagnettreiberschaltung.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann programmiert sein, um einen
oder mehrere Aspekte des Betriebs des Motors 20 zu steuern.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 programmiert
sein, um die Ventilbetätigungsanordnung 44,
das Brennstoffeinspritzsystem und irgendeine andere Motorfunktion
zu steuern, die gewöhnlicherweise
durch ein elektronisches Steuermodul gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 100 kann
den Motor 20 basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen
des Motors und/oder basierend auf Anweisungen steuern, die von einem
Bediener empfangen werden.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann weiter programmiert sein, um
Informationen von einem oder mehreren Sensoren aufzunehmen, die
betriebsmässig
mit dem Motor 20 verbunden sind. Jeder Sensor der möglichen
Vielzahl von Sensoren kann konfiguriert sein, um einen Betriebsparameter
des Motors 20 abzufühlen.
Beispielsweise kann mit Bezugnahme auf 3 ein Sensor 90 mit
dem Strömungsmittelversorgungssystem 79 verbunden
sein, um die Temperatur des Strömungsmittels
innerhalb des Strömungsmittelversorgungssystems 79 abzufühlen. Der Fachmann
wird erkennen, dass viele andere Arten von Sensoren in Verbindung
mit dem Sensor 90 oder unabhängig von diesem Sensor verwendet
werden können.
Beispielsweise kann der Motor 20 mit Sensoren ausgerüstet sein,
die konfiguriert sind, um einen oder mehrere der folgenden Größen abzufühlen: die
Temperatur des Motorkühlmittels,
die Oberflächentemperatur
des Motors, die Temperatur der Umgebungsluft, die Temperatur der
Einlassluft, die Drehzahl des Motors, die Belastung des Motors,
die Menge und/oder Rate des Brennstoffes, der zu dem Motor geliefert
wird, den Einlassluftdruck, die Öltemperatur,
einen Brennkammerdruck, die Abgasemissionen und die Abgastemperatur.
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Der
Motor 20 kann weiter mit einem Sensor ausgerüstet sein,
der konfiguriert ist, um den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 zu überwachen.
Die Position der Kolben 24 innerhalb ihrer jeweiligen Zylinder 22 kann
durch den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 bestimmt
werden. Wie der Fachmann erkennen wird, bewegt sich ein Kolben in
einem herkömmlichen
Vier-Takt-Diesel-Zyklus
zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition
hin und her durch einen Verbrennungshub, einen Auslasshub, einen
Einlasshub und einen Kompressionshub. Jeder Kolbenhub entspricht
ungefähr 180° der Kurbelwellendrehung.
Somit kann der Kolben 24 den Verbrennungshub bei ungefähr 0° beginnen,
den Auslasshub bei ungefähr
180°, den
Einlasshub bei ungefähr
360° und
den Kompressionshub bei ungefähr
540°.
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Der
Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 steht auch in Beziehung
mit dem Betätigungszeitpunkt
der Einlassventile 32 und der Auslassventile 34.
Eine beispielhafte Kurvendarstellung 102, die die Beziehung
zwischen der Einlassventilbetätigung 104 und
dem Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 anzeigt, ist
in 5 veranschaulicht. Wie gezeigt beginnt das Einlassventil 32,
sich bei ungefähr
360° der Kurbelwellendrehung
zu öffnen,
d. h., wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer oberen Totpunktposition des
Einlasshubes 106 ist.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann dem Betätigungszeitpunkt der Einlassventile 32 basierend
auf Informationen einstellen, die von den Sensoren aufgenommen wurden,
die die gegenwärtigen
Betriebsbedingungen des Motors 20 betreffen. Ein beispielhaftes
Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Motors 20 ist
in 6 veranschaulicht. Es sei bemerkt, dass verschiedene
Modifikationen an dem beispielhaften Verfahren vorgenommen werden
können, ohne
vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Basierend
auf Informationen, die von den Motorsensoren geliefert werden, kann
die Steuervorrichtung 100 den Motor 20 entweder
in einem ersten Betriebszustand oder in einem zweiten Betriebszustand
betreiben. Im ersten Betriebszustand wird die Betätigung des
Einlassventils 32 gesteuert, um einen herkömmlichen
Vier-Takt-Diesel-Zyklus einzurichten. In dem zweiten Motorbetriebszustand
wird die Betätigung
des Einlassventils 32 gesteuert, um einen Müller-Zyklus
mit "spätem Einlass" einzurichten.
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Eine
beispielhafte Betätigung
des Einlassventils 32 ist in 5 veranschaulicht.
Wie gezeigt, beginnt die Nockenanordnung 52, die Einlassventile 32 zu öffnen, wenn
der Kolben 24 den Einlasshub 106 beginnt, das
heißt,
wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer oberen Totpunktposition
innerhalb des Zylinders 22 ist. Wie der Fachmann erkennen
wird, werden sich die Einlassanschlüsse 36 nicht vollständig öffnen, bis
die Einlassventile 32 um eine gewisse Distanz angehoben
sind, beispielsweise ungefähr
2 mm. Während
dieses Teils des Hubes der Einlassventile 32 beginnen die
Ventilelemente 40, außer
Eingriff mit den Ventilsitzen 50 zu kommen, um das Öffnen der Einlassanschlüsse 36 zu
beginnen. Um sicherzustellen, dass die Einlassanschlüsse 36 vollständig offen sind,
wenn der Kolben 24 den Einlasshub 106 beginnt,
kann die Betätigung
oder der Hub der Einlassventile 32 geringfügig vor
dem Start des Einlasshubes 106 beginnen. Bei der beispielhaften
Betätigung der 5 beginnt
die Betätigung
des Einlassventils bei ungefähr
30° vor
dem Start des Einlasshubes 106. Dies wird sicherstellen,
dass die Einlassanschlüsse 36 vollständig offen
sind, wenn der Kolben 24 den Einlasshub 106 beginnt.
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Die
Steuervorrichtung 100 richtet den zweiten Betriebszustand
ein, indem sie selektiv die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 betätigt, um
das Einlassventil 32 für
mindestens einen Teil des Kompressionshubes 107 des Kolbens 24 offen
zu halten. Dies kann erreicht werden durch Bewegung des Steuerventils 82 und
des Richtungssteuerventils 88 in die offenen Positionen,
bevor der Kolben 24 den Einlasshub 106 beginnt.
Dies gestattet, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 durch
die Strömungsmittel-Rail 86 und
in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Die
Kraft des Strömungsmittels,
dass in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eintritt,
bewegt den Betätigungsvorrichtungskolben 74 so,
dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 dem
Ende 68 des Kipphebels 64 folgt, wenn der Kipphebel 64 schwenkt,
um die Einlassventile 32 zu öffnen. Die Distanz und die
Rate der Bewegung der Betätigungsvorrichtungsstange 78 wird
von der Konfiguration der Betätigungsvorrichtungskammer 76 und
des Strömungsmittelversorgungssystems 79 abhängen. Wenn
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 mit
Strömungsmittel
gefüllt
ist und der Kipphebel 64 die Einlassventile 32 von
der offenen Position in die geschlossene Position zurückstellt,
wird die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit
dem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommen.
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Das
Strömungsmittelversorgungssystem 79 kann
konfiguriert sein, um eine Flussrate des Strömungsmittels zu der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 zu
liefern, um die Betätigungsvorrichtungskammer 76 zu
füllen,
bevor die Nocke 60 die Einlassventile 32 in die
geschlossene Position zurückbringt.
In dem Ausführungsbeispiel
des Strömungsmittelversorgungssystems 79,
dass in 4a veranschaulicht ist, kann
unter Druck gesetztes Strö mungsmittel
durch sowohl das Richtungssteuerventil 88 als auch das
Rückschlagventil 94 in
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließen. Alternativ kann
das Richtungssteuerventil 88 in einer geschlossenen Position
bleiben, und Strömungsmittel
kann durch das Rückschlagventil 94 in
dem Betätigungsvorrichtungszylinder 76 fließen.
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Wenn
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 mit
Strömungsmittel
gefüllt
ist, kann die Steuervorrichtung 100 das Richtungssteuerventil 88 schließen. Dies
verhindert, das Strömungsmittel
aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 entweicht.
Wenn die Nocke 60 sich weiter dreht und die Federn 56 die
Einlassventile 32 zu der geschlossenen Position hin drücken, wird
die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem
Ende 68 des Kipphebels in Eingriff kommen und verhindern,
dass die Einlassventile 32 schließen. Solange wie das Richtungssteuerventil 88 in
der geschlossenen Position bleibt, wird das eingeschlossene Strömungsmittel
in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 verhindern,
dass die Federn 56 die Einlassventile 32 in die
geschlossene Position zurückbringen.
Somit wird die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 die
Einlassventile 32 in der offenen Position unabhängig von
der Wirkung der Nockenanordnung 52 halten.
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Wenn
die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit
dem Kipphebel 64 in Eingriff kommt, um zu verhindern, dass
die Einlassventile 32 schließen, kann die Kraft der Federn 56,
die durch den Kipphebel 64 wirkt, eine Steigerung des Druckes
des Strömungsmittels
in dem Strömungsmittelsystem 79 verursachen.
Ansprechend auf den gesteigerten Druck wird Strömungsmittel durch die eingeschränkte Zumessöffnung 93 in
den Akkumulator 95 fließen. Die eingeschränkte Zumessöffnung 93 wird
die Menge des Strömungsmittels
einschränken,
die in den Akkumulator 95 fließen kann. In dieser Weise wirkt
die Kombination der eingeschränkten
Zumessöffnung 93 und des
Akkumulators 95 dahingehend, dass sie irgendwelche Oszillationen
dämpft,
die aus dem Eingriff der Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit
dem Kipphebel 64 resultieren können.
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Die
Steuervorrichtung 100 kann die Einlassventile 32 durch Öffnen des
Richtungssteuerventils 88 schließen. Dies gestattet, dass unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Die
Kraft der Federn 56 drückt
Strömungsmittel
aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76,
wodurch gestattet wird, dass der Betätigungsvorrichtungskolben 74 sich
innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 bewegt.
Dies gestattet, dass der Kipphebel 64 schwenkt, so dass die
Einlassventile 32 in die geschlossene Position bewegt werden.
Das Bremsventil 98 kann die Rate einschränken, mit
der Strömungsmittel
aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 austritt,
um die Geschwindigkeit zu reduzieren, mit der die Einlassventile 32 geschlossen
werden. Dies kann verhindern, dass die Ventilelemente 40 beschädigt werden,
wenn sich die Einlassanschlüsse 36 schließen.
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Die
Steuervorrichtung 36 kann das Richtungssteuerventil 88 öffnen, um
das Schließen
der Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 zu
koordinieren. Wie in 5 veranschaulicht, tritt der
späte Verschluss 108 des
Einlasses auf, wenn die Einlassventile 32 für mindestens
einen Teil des Kompressionshubes 107 des Kolbens 24 offen
bleiben. Der späte
Verschluss gestattet, dass ein Teil der Luft im Zylinder 22 aus
dem Zylinder 22 herausgedrückt wird, wenn der Kolben 24 sich
im Zylinder 22 während
des Kompressionshubes 107 vorwärts bewegt. Die Menge der Luft,
die aus dem Zylinder 22 entweichen darf, kann durch Einstellung
des Kurbelwellenwinkels gesteuert werden, bei dem die Einlassventile 32 geschlossen
werden. Das Schließen der
Einlassventile 32 bei einem relativ früheren Kurbelwellenwinkel verringert
die Menge der entweichenden Luft, während das Schließen der
Einlassventile 32 bei einem relativ späteren Kurbelwellenwinkel die
Menge der entweichenden Luft steigert. Wie genauer unten beschrieben,
können
die Einlassventile 32 für
den gesamten Kompressionshub 107 offen gehalten werden.
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Im
ersten Betriebszustand wird die Betätigung des Einlassventils 32 gesteuert,
um einen herkömmlichen
Vier-Takt-Diesel-Zyklus einzurichten. Die Steuervorrichtung 100 kann
den Miller-Zyklus mit spätem
Einlass durch schließen
des Steuerventils 82 ausschalten. Das Schließen des
Steuerventils 82 verhindert, das Strömungsmittel von der Niederdruck-Strömungsmittelquelle 84 in
die Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Ohne
die Einleitung des Strömungsmittels
in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 wird
die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 70 nicht
verhindern, dass die Einlassventile 32 in die geschlossene
Position zurückkehren.
Somit wird die Betätigung
der Einlassventile 32 durch die Form und Orientierung der
Nocke 60 geregelt.
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Wenn
das Steuerventil 82 geschlossen wird, können somit die Einlassventile 32 einen
herkömmlichen
Diesel-Zyklus folgen, wie von der Nocke 60 geregelt. Wie
in 5 gezeigt, wird die Einlassventilbetätigung 106 einen
herkömmlichen
Verschlussvorgang 110 folgen. Bei dem herkömmlichen
Verschlussvorgang 110 fällt
das Schließen
der Einlassventile 32 im wesentlichen mit dem Ende des
Einlasshubes des Kolbens 24 zusammen. Ein Fachmann wird
erkennen, dass die Ventilelemente 40 beginnen werden, mit
den Ventilsitzen 50 in Eingriff zu kommen, und die Einlassanschlüsse 36 ungefähr am Ende
des Einlasshubes 106 schließen. Beim herkömmlichen
Verschlussvorgang 110 können
die Einlassventile 32 sich weiter bewegen, nachdem der Kolben 24 den
Kompressionshub 107 beginnt. Jedoch stellt diese fortgesetzte
Bewegung sicher, dass die Ventilelemente 40 vollständig mit
dem Ventilsitzen 50 in Eingriff sind. Für die Zwecke der vorliegenden
Offenbarung können
die Einlassventile 32 als geschlossen angesehen werden,
wenn die Ventilelemente 40 beginnen, mit dem Ventilsitzen 50 in
Eingriff zu kommen. Es wird erwartet, dass der anfängliche
Eingriff der Ventilelemente 40 mit dem Ventilsitzen 50 innerhalb
von ungefähr
5° bis 20° einer unteren
Totpunktposition des Einlasshubes 106 auftreten wird.
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Wenn
die Einlassventile 32 sich am Ende des Einlasshubes 106 schließen, wird
wenig Luft oder keine Luft aus dem Zylinder 22 während des Kompressionshubes
gedrückt.
Dies hat ein gesteigertes Kompressionsverhältnis im Zylinder 22 und
einen gesteigerten Luftfluss durch den Motor 20 im Ver gleich
zum zweiten Motorbetriebszustand zur Folge. Das gesteigerte Verdichtungs-
bzw. Kompressionsverhältnis
und der gesteigerte Luftfluss gestatten eine gesteigerte Brennstoffrate,
die eine gesteigerte Leistung zur Folge haben wird, die vom Motor 20 erzeugt
wird.
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Das
Flussdiagramm der 6 veranschaulicht ein beispielhaftes
Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Motors 20. Die
Steuervorrichtung 100 überwacht
die Betriebsbedingungen des Motors 20 basierend auf Sensoreingangsgrössen von
den Sensoren, die betriebsmässig
mit dem Motor 20 in Verbindung sind. Die Steuervorrichtung 100 wird
den Motor 20 im ersten Betriebszustand betreiben, wenn der
Motor 20 einen ersten Satz von Betriebsbedingungen erfährt, und
wird den Motor 20 im zweiten Betriebszustand betreiben,
wenn der Motor 20 einen zweiten Satz von Betriebsbedingungen
erfährt.
Wie genauer unten beschrieben, kann der erste Satz von Betriebsbedingungen
beispielsweise Bedingungen des Motorstarts und transiente Betriebszustände aufweisen.
Der zweite Satz von Betriebszuständen
kann beispielsweise das Anlaufen des Motors und einen stetigen Motorbetriebszustand
aufweisen.
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Mit
Bezug auf 6 überwacht die Steuervorrichtung 100 die
Betriebszustände
des Motors 20. (Schritt 120). Die Steuervorrichtung 100 kann
bestimmen, dass der Motor 20 den Startsprozess ausführt. (Schritt 122).
Die Steuervorrichtung 100 stellt dann die Drehzahl der
Kurbelwelle 27 fest.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass eine externe Leistungsquelle, wie beispielsweise
eine batteriegetriebener Startermotor verwendet wird, um die Kurbelwelle 27 auf
eine gewisse Drehzahl zu beschleunigen, wie beispielsweise 150 bis
170 U/min, bevor Brennstoff in die Zylinder 22 eingeleitet
wird, um den Motor 20 zu starten. Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt,
dass die Kurbelwelle 27 mit einer geringeren Drehzahl dreht,
als diese Schwelle (Schritt 124), kann die Steuervorrichtung 100 den zweiten
Betriebszustand auswählen
(Schritt 126).
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Im
zweiten Betriebszustand werden die Einlassventile 32 für einen
Teil des Kompressionshubes 107 geöffnet, und weniger Arbeit ist
erforderlich, um die Kurbelwelle 27 zu drehen. Somit wird
durch Auswahl des zweiten Betriebszustandes während des Anlaufens oder während der
anfänglichen
Beschleunigung der Kurbelwelle 27 die erforderliche Arbeitsmenge
zur Beschleunigung der Kurbelwelle 27 verringert. Entsprechend
kann ein kleinerer Startermotor und/oder eine kleinere Batterie
erforderlich sein, um den Motor 20 anzuwerfen. Wenn der
Motor 20 anläuft,
kann die Arbeitsmenge, die zur Beschleunigung der Kurbelwelle 27 erforderlich
ist, weiter reduziert werden, in dem man die Einlassventile 32 bis
zum Ende des Kompressionshubes 107 offen hält. In dieser
Weise wird sehr wenig Arbeit erforderlich sein, um die Kurbelwelle 27 zu
beschleunigen.
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Wenn
die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass die Kurbelwelle 27 sich
mit einer geeigneten Startdrehzahl dreht, kann die Steuervorrichtung 100 die
Brennstofflieferung in die Zylinder 22 einleiten und den
Motor 20 im ersten Betriebszustand betreiben. (Schritt 128).
Im ersten Betriebszustand werden die Einlassventile 32 am
Ende des Einlasshubes 106 geschlossen, was ein größeres Kompressionsverhältnis innerhalb
des Zylinders 22 zur Folge hat. Das gesteigerte Kompressionsverhältnis wird
den Start des Motors 20 insbesondere bei kalten Bedingungen erleichtern.
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Die
Steuervorrichtung 100 wird weiter den Motor 20 überwachen,
um zu bestimmen, wann der Motor 20 gestartet ist und in
einen stetigen Betriebszustand eingetreten ist. (Schritt 130).
Wenn der Motor 20 einen stetigen Betrieb erreicht hat,
wird die Steuervorrichtung 100 den Motor 20 im
zweiten Betriebszustand betreiben. (Schritt 131). Im zweiten
Betriebszustand wird der Motor 20 in dem Miller-Zyklus mit
spätem
Einlass arbeiten.
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Die
Steuervorrichtung 100 wird weiter die Betriebsbedingungen
des Motors 20 überwachen. (Schritt 132).
Die Steuervorrichtung 100 wird einen transienten Zustand
im Motorbetrieb erkennen. (Schritt 133). Ein transienter
Zustand kann auftreten, wenn die Belastung auf dem Motor 20 ansteigt,
wie bei spielsweise während
einer schnellen Beschleunigung. Die Steuervorrichtung 100 kann
den transienten Zustand durch Überwachung
von verschiedenen Motorparametern erkennen, wie zuvor beschrieben.
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Wenn
der Motor 20 einen transienten Zustand erfährt, wird
die Steuervorrichtung den Motor 20 im ersten Betriebszustand
betreiben. (Schritt 136). Wie zuvor beschrieben hat der
Motor 20 im ersten Betriebszustand ein höheres Kompressionsverhältnis und
erzeugt einen größeren Luftfluss
durch den Motor. Der größere Luftfluss
kann gestatten, dass der Motor 20 zusätzliche Leistung erzeugt, und kann
die Funktion von zusätzlichen
Motorsystemen verbessern, wie beispielsweise von einem Turbolader.
Somit wird der erste Betriebszustand gestatten, dass der Motor 20 die
gesteigerte Belastung erfüllt. Wenn
der transiente Zustand abgeschlossen worden ist, kann die Steuervorrichtung 100 den
Motor 20 in dem zweiten Betriebszustand zurück schalten. (Schritt 134).
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Es
sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 100 den Betriebszustand
des Motors 20 auf anderen Bedingungen und/oder Parametern
basieren lassen kann, und zwar zusätzlich zu jenen, die oben erwähnt werden.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 den Motor 20 im
ersten Betriebszustand betreiben, d. h. in einem herkömmlichen
Diesel-Zyklus, wenn der Motor 20 in einem stetigen Betriebszustand ist,
jedoch eine leichte Belastung erfährt. Wenn die Motorbelastung
leicht ist, wie beispielsweise weniger als ungefähr 25 Prozent Belastung, kann
die Menge der vom Motor 20 erzeugten Emissionen durch Betrieb
des Motors 20 im ersten Betriebszustand verringert werden.
Der Fachmann kann erkennen, dass die Menge der vom Motor 20 erzeugten
Emissionen durch einen Betrieb des Motors 20 entweder im
ersten Betriebszustand oder im zweiten Betriebszustand basierend
auf anderen Motorparametern und/oder Betriebsbedingungen reduziert
werden können.
Zusätzlich
kann der Fachmann erkennen, dass die Leistung des Motors 20 durch
einen Betrieb des Motors 20 entweder in dem ersten Betriebszustand
oder im zweiten Betriebszustand basierend auf anderen Motorparametern
und/oder Betriebsbedingungen verbessert werden kann.
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Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, sieht
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System vor, um einen Motor
zu steuern, um die Anforderungen von unterschiedlichen Betriebsbedingungen
zu erfüllen.
Der Motor kann in einem ersten Betriebszustand betrieben werden,
wenn der Motor schweren Belastungen während der Beschleunigung unterworfen
ist, oder wenn der Motor gestartet wird. Der erste Betriebszustand
sorgt für
eine maximale Leistungsausgabe aus dem Motor. Der Motor kann weiter
in einem zweiten Betriebszustand betrieben werden, wenn der Motor stetige
Betriebsbedingungen erfährt.
Der zweiten Betriebszustand sorgt für eine bessere Brennstoffausnutzung.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen am Motorsteuersystem der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden können,
ohne vom Umfang der Ansprüche
abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung
und aus der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.