DE10233181A1

DE10233181A1 - Variable Ventilzeitsteuerung in einem Dieselmotor mit homogener Ladung

Info

Publication number: DE10233181A1
Application number: DE10233181A
Authority: DE
Inventors: Ronald P Maloney; Steven J Funke; James J Faletti; Keith E Lawrence
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2003-07-03
Also published as: US6769392B2; US20030116124A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet von Kompressionszünd- bzw. Dieselmotoren mit homogener Ladung, in die Brennstoff eingespritzt wird, wenn sich der Zylinderkolben relativ nahe an der unteren Totpunktposition für seinen Kompressionshub befindet. Der Brennstoff vermischt sich mit Luft in dem Zylinder während des Kompressionshubs, um eine relativ magere homogene Mischung zu erzeugen, die vorzugsweise, wenn der Kolben relativ nahe der oberen Totpunktposition ist, zündet. Wenn der Zündvorgang jedoch entweder früher oder später als gewünscht auftritt, kann sich eine verringerte Leistung, Motorfehlzündung oder selbst eine Motorbeschädigung ergeben. Die vorliegende Erfindung verwendet eine interne Abgasrezirkulation und/oder eine Kompressionsverhältnissteuerung, um das Timing bzw. die Zeitsteuerung der Zündvorgänghe und der Verbrennungsdauer in Dieselmotoren mit homogener Ladung zu steuern. Daher ist wenigstens ein elektrohydraulischer Unterstützungsbetätiger vorgesehen, der in der Lage ist, mechanisch mit wenigstens einem nockenbetätigten Einlass- und/oder Auslassventil in Eingriff zu kommen.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Ventilanordnungen und insbesondere auf Ventilanordnungen für Kompressionszünd- bzw. Dieselmotoren mit homogener Ladung.

Ausgangspunkt

Ein übliches Verfahren zum Erreichen einer Kompressionszündung einer homogenen Ladung ist das Vorsehen wenigstens einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die Brennstoff in ihren jeweiligen Motorzylinder einspritzt, wenn sich der Zylinderkolben relativ weit entfernt von einer oberen Totpunktposition während eines Kompressionshubs befindet. Der Brennstoff vermischt sich dann mit Luft in dem Zylinder während des Kompressionshubs, um eine relativ magere, homogene Brennstoff-/Luftmischung zu bilden. Für bestimmte Motorbetriebsbedingungen kann diese Art des Motorbetriebs eine Verbrennung zur Folge haben, die weniger unerwünschte Emissionen erzeugt als ein typischer Dieselmotorbetrieb. Da der eingespritzte Brennstoff jedoch nicht sofort zündet, sei bemerkt, daß eine Zeitsteuerung der Zündung während des Dieselmotorbetriebs mit homogener Ladung kritisch ist. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, daß die Zündung bzw. der Zündungsvorgang auftritt, wenn der Zylinderkolben die obere Totpunktposition für ihren Kompressionshub erreicht oder sich ihr annähert. Wenn der Beginn des Zündvorgangs zu früh auftritt, verbrennt die Brennstoff- und Luftmischung während des Kompressionshubs des Zylinderkolbens, was eine mögliche Motorbeschädigung und eine schlechte Zykluseffizienz zur Folge hat. Zusätzlich könnte dies zu hohen Temperaturen während des nächsten Motorzyklus führen, was einen weiteren frühen Start des Zündvorgangs zur Folge haben kann.
Unterschiedliche Versuche wurden unternommen, um die Zündzeitsteuerung für diese Motoren mit homogener Ladung zu steuern. Ein Beispiel für einen solchen Versuch ist in US-Patent 5,832,880 von Dickey am 10. November 1998 mit dem Titel Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Kompressionszündverbrennung einer homogenen Ladung in Dieselmotoren beschrieben. In Dickey ist eine Regelstrategie offenbart, welche das Regeln der Zündzeitsteuerung umfaßt über eine Wassermenge, die in einen Zylinder eines Dieselmotors mit homogener Ladung injiziert wird. Obwohl diese dargestellte Lösung einen gewissen Vorteil bietet, gibt es immer noch Raum für Verbesserungen. Zum Beispiel ist für solche Motoren, die keine wasserspritzenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwenden, eine Lösung zum Steuern des Zeitpunkts des Zündvorgangs und der Dauer des Zündvorgangs notwendig.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der ober genannten Probleme zu überwinden.

Die Erfindung

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Dieselmotor mit homogener Ladung, ein Motorgehäuse, das eine Vielzahl von Motorzylindern definiert, wobei jeder der Vielzahl von Motorzylindern einen bewegbaren Kolben umfaßt, der sich zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition bewegt. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist für jeden Motorzylinder vorgesehen und dient betriebsmäßig zum Einspritzen von Brennstoff in den Motorzylinder, wenn sich der Kolben näher an der oberen Totpunktposition als an der unteren Totpunktposition befindet. Wenigstens ein Einlassventil ist für jeden Motorzylinder vorgesehen. Ein Nocken ist so bemessen und positioniert, daß er mechanisch mit dem wenigstens einem Einlassventil in Eingriff kommen kann. Ein elektrohydraulischer Unterstützungsbetätiger ist in der Lage, mechanisch mit dem wenigstens einen Einlassventil in Eingriff zu kommen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betrieb eines Motors einen Schritt des Einspritzens von Brennstoff in einen Motorzylinder, wenn ein Zylinderkolben sich näher an einer unteren Totpunktposition als an einer oberen Totpunktposition befindet. Wenigstens ein Gasaustauschventil wird offengehalten und zwar wenigstens teilweise durch einen rotierenden Nocken, der mechanisch mit wenigstens einem Gasaustauschventil in Eingriff kommt. Die Zündzeitsteuerung bzw. das -timing wird wenigstens teilweise eingestellt durch Betätigen eines elektrohydraulischen Unterstützungsbetätigers, der in der Lage ist, mechanisch mit wenigstens einem Gasaustauschventil in Eingriff zu kommen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Ventilanordnung wenigstens ein Gasaustauschventil. Ein rotierender Nocken ist vorgesehen, der mechanisch in Eingriff bringbar ist mit dem wenigstens einen Gasaustauschventil. Ein elektrohydraulischer Unterstützungsbetätiger ist vorgesehen, der einen bewegbaren Plunger bzw. Kolben umfaßt, und der in der Lage ist, mit dem wenigstens einen Gasaustauschventil in Eingriff zu kommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine geschnittene schematische Vorderansicht eines Zylinders gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische isometrische Ansicht einer Ventilanordnung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische teilweise isometrische Ansicht eines elektrohydraulischen Unterstützungsbetätigers gemäß Fig. 2;
Fig. 5 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines Strömungssteuerventils für den elektrohydraulischen Unterstützungsbetätiger gemäß Fig. 3;
Fig. 6a eine graphische Darstellung einer durch einen Nocken bestimmten Einlassventilbewegung und eine potentielle elektrohydraulische Einlassventilbewegung, und zwar in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel für einen Viertaktbetrieb des in Fig. 1 gezeigten Motors;
Fig. 6b eine graphische Darstellung einer durch einen Nocken bestimmten Auslassventilbewegung und eine potentielle elektrodynamische Auslassventilbewegung, und zwar in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel für einen Viertaktbetrieb des in Fig. 1 gezeigten Motors;
Fig. 7a eine graphische Darstellung einer Einlassventilposition in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7b eine graphische Darstellung einer Einlassventilposition in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7c eine graphische Darstellung der Einlassventilposition in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Gemäß Fig. 1 ist ein Motor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Niedrigdruckreservoir 12 ist im Motor 10 vorgesehen und umfaßt vorzugsweise eine Menge eines unter niedrigem Druck stehenden Motorschmieröls. Während das Niedrigdruckreservoir 12 vorzugsweise eine Ölwanne ist, die eine Menge an Motorschmieröl enthält, sei bemerkt, daß andere Fluidquellen mit einer Menge eines verfügbaren Fluids, wie beispielsweise Kühlmittel, Getriebefluid oder Brennstoff statt dessen verwendet werden könnte. Eine Hochdruckpumpe 13 pumpt Öl von dem Niedrigdruckreservoir 12 und liefert dasselbe an eine Hochdrucksammelleitung 14. Unter hohem Druck stehendes Öl, das aus der Hochdrucksammelleitung 14 fließt, wird über eine Hochdruckfluidversorgungsleitung 15 zu einem Hydrauliksystem geliefert, das in dem Motor 10 vorgesehen ist, und Öl wird zu dem Niedrigdruckreservoir 12 zurückgeführt über eine Niedrigdruckrückführleitung 16 nachdem es seine Arbeit in dem Hydrauliksystem verrichtet hat. Der Motor 10 sieht auch ein Motorgehäuse 11 vor, das eine Vielzahl von Motorzylindern 19 definiert.
Jeder Zylinder 19, der durch das Motorgehäuse 11 definiert wird, besitzt einen bewegbaren Kolben 20. Jeder Kolben 20 ist bewegbar zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition für einen typischen Viertaktdieselmotor 10 mit homogener Ladung; die Vorschub- und Rückzughübe des Kolbens 20 entsprechen den vier Takten bzw. Stufen des Betriebs des Motors 10. Wenn sich der Kolben 20 von seiner oberen Totpunktposition zu seiner unteren Totpunktposition zum ersten Mal zurückzieht, führt er einen Ansaughub durch, und Luft kann in den Zylinder 19 über ein Einlassventil 80 angesaugt werden. Wenn sich der Kolben 20 zum ersten Mal von seiner unteren Totpunktposition zu seiner oberen Totpunktposition vorschiebt, führt er einen Kompressionshub durch. Während des Kompressionshubs wird dann, wenn sich der Kolben 20 näher an seiner unteren Totpunktposition als an seiner oberen Totpunktposition befindet, Brennstoff von der Brennstoffquelle 21 über eine Brennstoffversorgungsleitung 22 vorzugsweise über eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 in den Zylinder 19 eingespritzt. Die Zeitsteuerung bzw. das Timing dieses Brennstoffeinspritzvorgangs wird vorzugsweise gesteuert durch einen elektrischen Betätiger, der innerhalb der Einspritzvorrichtung 25 angeordnet ist und elektronisch mit einem elektronischen Steuermodul 17 gekoppelt ist über eine Kommunikationsleitung 18. Während der Kolben 20 sich seiner oberen Totpunktposition während des Kompressionshubs annähert, werden der Brennstoff und die Luft innerhalb des Zylinders 19 in eine relativ magere homogene Mischung vermischt. Gegen Ende des Kompressionshubs, wenn sich der Kolben 20 relativ nahe an seiner oberen Totpunktposition befindet, zündet sich die Brennstoff- und Luftmischung innerhalb des Zylinders 19 vorzugsweise, was den Kolben 20 nach unten zu der unteren Totpunktposition antreibt, und zwar für dessen Arbeitshub. Wenn sich der Kolben 20 schlußendlich wieder von seiner unteren Totpunktposition zu seiner oberen Totpunktposition vorschiebt, können Nachverbrennungsprodukte, die in dem Zylinder 19 verbleiben, über ein Auslass- bzw. Ausstoßventil ausgestoßen werden, was dem Ausstoßhub des Kolbens 20 entspricht. Während der Motor 10 als ein Viertakt-, Vier-Zylinder-Dieselmotor mit homogener Ladung dargestellt wurde, sei bemerkt, daß jegliche Anzahl von Zylindern in dem Motorgehäuse 11 definiert sein kann. Zusätzlich sei bemerkt, daß der Motor 10 statt dessen ein Zweitaktdieselmotor mit homogener Ladung sein kann.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 sieht jeder Zylinder 19 eine Anzahl von Gasaustauschventilen vor, vorzugsweise einschließlich von zwei Einlassventilen 80 und zwei Auslassventilen 90 (Fig. 3). Ein Nocken 37 ist vorgesehen, der zum mechanischen in-Eingriff-Kommen mit den Einlassventilen 80, vorzugsweise über eine Kipphebelanordnung 28, positioniert ist. Während sich der Nocken 37 dreht, wird eine Hubanordnung 34 nach ober über die Welle 35 der Hubgruppe angehoben. Die Hubanordnung 34 wirkt auf die Kipphebelanordnung 28, die einen Kipphebel 29 umfaßt, der zum Schwenken um einen Schwenkpunkt 30 herum angebracht ist, und zwar entsprechend der Drehbewegung eines Nockens 37 über eine Verbindungsstange 31. Somit kann der Nocken 37 mechanisch mit einem Einlassventilglied 83 in Eingriff kommen, das bewegbar innerhalb jedes Einlassventils 80 positioniert ist, und zwar über die Kipphebelanordnung 28. Zusätzlich ist eine Brücke 36 vorgesehen, welche erlaubt, daß ein einzelner Kipphebel 29 mechanisch mit den Einlassventilgliedern 83 von zwei Einlassventilen 80 gekoppelt ist. Mit jedem Ansaughub des Kolbens 20 wird das Einlassventilglied 83 nach unten hin angetrieben, zum Öffnen des Zylinders 19 zu einer Einlasssammelleitung 87 über einen Einlassdurchlaß 85, der in dem Zylinderkopfaufbau definiert ist.
In ähnlicher Art und Weise sind zusätzliche Nockenvorsprünge bzw. Keulen (nicht gezeigt) durch den Motor 10 vorgesehen, die mechanisch mit den Auslassventilen 90 in Angriff kommen können, und zwar vorzugsweise über eine Auslassventil-Kipphebelanordnung 91. Eine Drehung dieses Auslassnockens kann bewirken, dass sich ein Auslassventil-Kipphebel 92 in einer entsprechenden Art und Weise entweder zum Öffnen oder Schließen des Auslassventils 90 bewegt. Somit wird bei jedem Ausstoßhub des Kolbens 20 eine Verbindungsstange 20 (nicht gezeigt) nach oben zum Öffnen des Zylinders 19 zu einer Auslasssammelleitung (nicht gezeigt) angetrieben und zwar über den Kipphebel 92. Obwohl die Kipphebelanordnung 28 und die Kipphebelanordnung 91 als die mechanische Verbindung zwischen den Einlassventilen 80 und den Auslassventilen 90 und ihren jeweiligen Nocken beschrieben wurden, sei bemerkt, dass andere Verbindungen eingesetzt bzw. substituiert werden können. Z. B. können die Nocken 37 und/oder der Auslassnocken stattdessen obenliegende Nocken sein, die mechanisch mit dem jeweiligen Gasaustauschventil in Eingriff kommen, über eine alternative Verbindung. Zusätzlich können die Nocken 37 und der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger den Kipphebelarm 29 an gegenüberliegenden Seiten des Schwenkpunktes 30 kontaktieren bzw. mit ihm in Eingriff kommen.
Zum Motor 10 sei ferner bemerkt, dass während die Einlassventile 80 und die Auslassventile 90 nockenbetätigt sind, sie mechanisch in Eingriff gebracht werden können mit einem elektrohydraulischen Unterstützungs- Einlassbetätiger 39 bzw. einem elektrohydraulischen Unterstützungs- Auslassbetätiger 93 (Fig. 4), die durch eine Ventilanordnung 38 vorgesehen werden. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger 39 vorzugsweise mit einem zweiten Abstand d₂ vom Schwenkpunkt 30 entfernt, der größer ist als ein erster Abstand d₁ zwischen dem Schwenkpunkt 30 und dem Nocken 37. Zusätzlich sind der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 und der elektrohydraulische Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 vorzugsweise parallel zum Nocken 37 bzw. dem Auslassnocken positioniert.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 4 sieht der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 eine Einlassplungeranordnung 40 vor, welche mit dem Ventilglied 83 des Einlassventils 80 in Eingriff kommen kann über den Kipphebel 29 und eine Einstellschraube 50 (Fig. 2). Vorzugsweise ist der Plunger 40 ein zweistufiger Plunger, der einen äußeren Plunger 41 mit größerem Durchmesser (erste Stufe) umfasst, der sich in einer äußeren Plungerbohrung 43 hin und her bewegt, die definiert wird durch den elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger 39, und einen inneren Plunger 42 mit einem kleineren Durchmesser (zweite Stufe), der sich in einer inneren Plungerbohrung 44 hin und her bewegt, die teilweise durch den äußeren Plunger 41 definiert wird. Der äußere Plunger 41 bewegt sich über einen kürzeren Abstand als der innere Plunger 42 und sieht eine ausreichende Kraft vor zum Ineingriffbringen des Kipphebels 29 und zum Öffnen der Motorventile, wenn die Verbrennungskammer unter Druck gesetzt wird. Eine Bewegung des äußeren Plungers 41 wird durch eine Anschlagkomponente 48 begrenzt. Der innere Plunger 42 sieht eine ausreichende Kraft vor, um das Einlassventil 80 gegen den Druck innerhalb des Zylinders 19 und der Ventilfedern offen zu halten. Eine Anschlagplatte 49 begrenzt die Öffnungsbewegung des hydraulischen Unterstützungsventils durch Vorsehen eines mechanischen Anschlags für den inneren Plunger oder den Plunger der zweiten Stufe. Während eine zweistufige Plungeranordnung 40 bevorzugt wird, um ein übermäßiges Ventilüberschießen zu begrenzen, sei bemerkt, dass stattdessen ein einstufiger Plunger verwendet werden könnte. Die Einlassplungeranordnung 40 ist bewegbar zwischen einer nach unten zurückgezogenen Position und einer nach oben vorgeschobenen Position. Wenn sich der Plunger 40 in seiner nach oben vorgeschobenen Position befindet, kann er mit dem Kipphebel 29 in Eingriff kommen. Ein Einlassplunger-Steuerdurchlass 73 wird definiert durch den elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 und er ermöglicht dass Hydraulikfluid, wie beispielsweise unter Druck stehendes Motorschmieröl, gegen den Plunger 40 wirkt, um ihn in seine obere Position zu bewegen. Hydraulikfluid in dem Einlassplunger-Steuerdurchlass 73 kann an einer Hydraulikoberfläche 46 des äußeren Plungers 41 sowie an einer Hydraulikoberfläche 47 des inneren Plungers 42 wirken, und zwar über einen inneren Plungersteuerdurchlass 74. Eine Strömung von Hydraulikfluid in den Einlassplunger-Steuerdurchlass 73 und den inneren Plunger-Steuerdurchlass 74 wird durch ein Strömungssteuerventil 51 gesteuert.
Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, sieht ein elektrohydraulischer Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 einen Auslassplunger 94 vor, der mit Auslassventilen 90 in Eingriff kommen kann über einen Kontakt zwischen einer Eingriffsoberfläche 95 und einer Einstellschraube an dem Auslasskipphebel 92. Der Auslassplunger 94 wird in seiner Bewegung gesteuert durch ein Auslassströmungssteuerventil 99 und er kann mit dem Kipphebel 92 in Eingriff kommen zum Öffnen des Auslassventils 90 zum Zylinder 19. Der Auslassplunger 94 umfasst vorzugsweise eine Eingriffsoberfläche 95, die in Kontakt steht mit einer Spieleinstellschraube in dem Kipphebel, um einen Eingriff des Auslasskipphebels 92 durch den elektrohydraulischen Unterstützungs- Auslassbetätiger 93 zu ermöglichen. Zusätzlich umfasst der Auslassplunger 94 eine Hydraulikoberfläche 96, die Fluiddruck im Auslasssteuerdurchlass 98 ausgesetzt ist, der definiert wird durch den elektrohydraulischen Unterstützungs-Auslassbetätiger 93. Da der elektrohydraulische Unterstützungs- Auslassbetätiger 93 vorzugsweise in einer ähnlichen Art und Weise wie der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 arbeitet, wird nur der Betrieb an einem dieser Betätiger im Detail beschrieben. Wie die gerade definierte Einlassbetätigerstruktur, umfasst der Plunger 94 eine Schulter, die einen Anschlag kontaktiert zum Begrenzen der Bewegung des hydraulischen Unterstützungsventils. Obwohl der elektrohydraulische Unterstützungs- Einlassbetätiger 39 als außerhalb des Nockens 37 und des Schwenkpunkts 30 positioniert dargestellt ist (Fig. 2) sei bemerkt, dass er stattdessen an einer anderen geeigneten Stelle am Kipphebel 29 positioniert sein kann. Es sei daher bemerkt, dass die Anordnung des elektrohydraulischen Unterstützungs- Einlassbetätigers 39 und die Länge einer Schubstange derart gewählt sein sollte, dass der Kipphebel 29 in ausreichender Weise in Eingriff gebracht werden kann. Da der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 zusätzlich in der Lage ist den Kipphebel 29 zu einer Zeit zu kontaktieren, wenn der Kipphebel 29 nicht im Eingriff mit dem Nocken 37 steht, sei bemerkt, dass eine Spieleinstellschraube 33 am Kipphebel 29 einstellbar ist und mit einer Schubstange 31 zusammenpasst, welche ausreichend lang sein sollte, dass sie innerhalb einer Aufnahme bzw. Schale 32 verbleibt, selbst wenn der Kipphebel 29 durch die Plungeranordnung 40 angehoben wird. Wenn der Hubstift 33 nicht ausreichend lang und die Aufnahme bzw. Tasse 32 nicht ausreichend tief ist, könnten sich diese Komponenten während einer elektrohydraulisch unterstützten Bewegung des Kipphebels 29 entkoppeln bzw. auseinander bewegen, was potentiell eine Beschädigung des Nockens 37 und des Motors 10 zur Folge haben könnte.
Gemäß Fig. 5 ist eine schematische, geschnittene Seitenansicht des Strömungssteuerventils 51 gezeigt. Das Strömungssteuerventil 51 umfasst vorzugsweise einen Elektromagneten 52, der eine Vorspannfeder 53, eine Spule 54 und einen Anker 55 vorsieht. Vorzugsweise ist ein Vorsteuerventil 57 mechanisch mit dem Anker 55 gekoppelt, und zwar über einen Stift 56. Das Vorsteuerventilglied 57 ist bewegbar zwischen einem Hochdrucksitz 58 und einem Niedrigdrucksitz 59. Das Vorsteuerventilglied 57 ist zu seiner unteren Position vorgespannt, in der es den Niedrigdrucksitz 59 schließt, und zwar über die Vorspannfeder 53. Wenn der Elektromagnet 52 erregt wird, werden das Vorsteuerventilglied 57 und der Anker 55 angehoben zu einer oberen Position, so dass das Vorsteuerventilglied 57 den Hochdrucksitz 58 schließt und den Niedrigdrucksitz 59 öffnet.
Durch das Strömungssteuerventil 51 ist ferner ein Schieberventilglied 63 vorgesehen. Das Schieberventilglied 63 sieht eine Hochdruckoberfläche 64 vor, die konstant dem Hochdruckfluid in einem Hochdruckdurchlass 62 ausgesetzt ist, der durch das Strömungssteuerventil 51 definiert wird. Hochdruckfluid strömt zu der Hochdruckoberfläche 64 über einen Hochdruckringraum 65 und eine Vielzahl von Radialdurchlässen 66, die alle durch das Schieberventilglied 63 definiert werden. Das Schieberventilglied 63 ist bewegbar zwischen einer zurückgezogenen oberen Position und einer vorgeschobenen unteren Position und ist zu seiner oberen Position vorgespannt durch eine Vorspannfeder 68. Wenn das Vorsteuerventilglied 57 sich in seiner unteren Position befindet, wie beispielsweise wenn der Elektromagnet 52 enterregt ist, ist der Hochdrucksitz 58 geöffnet und Hochdruckfluid in dem Hochdruckdurchlass 62 kann in einen Schieberhohlraum 71 strömen über einen variablen Druckdurchlass 61. Hochdruckfluid kann dann an einer Steueroberfläche 70 wirken, die am Schieberventilglied 63 vorgesehen ist und die gegenüberliegend zur Hochdruckoberfläche 64 positioniert ist, wodurch bewirkt wird, dass das Schieberventilglied 63 hydraulisch balanciert bzw. ausgeglichen ist. Wenn das Schieberventilglied 63 derart hydraulisch ausgeglichen ist, verbleibt es in seiner oberen zurückgezogenen Position unter der Wirkung der Vorspannfeder 68 oder bewegt sich zu dieser. Wenn sich das Schieberventilglied 63 in seiner oberen vorgespannten Position befindet, wird ein Einrichtungssteuerdurchlass 72, der durch das Strömungssteuerventil 51 definiert wird, strömungstechnisch mit einem Niedrigdruckdurchlass 69 verbunden über einen Niedrigdruckringraum 67, der durch das Schieberventilglied 63 definiert wird. Wenn niedriger Druck in dem Einrichtungssteuerdurchlass 62 und dem Einlassplungersteuerdurchlass 73 wirkt, verbleibt der Einlassplunger 40 (Fig. 4) in seiner unteren Position.
Wenn das Vorsteuerventilglied 57 sich in seiner oberen Position befindet, so beispielsweise wenn der Elektromagnet 52 erregt ist, ist der Hochdrucksitz 58 geschlossen und der Schieberhohlraum 71 ist zu einem Niedrigdruckdurchlass 60 geöffnet über den variablen Druckdurchlass 61. Wenn niedriger Druck an der Steueroberfläche 70 und dem Schieberhohlraum 71 wirkt, ist das Schieberventilglied 63 nicht länger hydraulisch balanciert bzw. ausgeglichen, und das Hochdruckhydraulikfluid, das an der Hochdruckoberfläche 64 wirkt reicht aus, um das Schieberventilglied 63 nach unten gegen die Wirkung der Vorspannfeder 68 zu bewegen. Wenn sich das Schieberventilglied 63 in seiner unteren Position befindet, ist der Einrichtungssteuerdurchlass 72 strömungsmittelmäßig mit dem Hochdruckdurchlass 62 verbunden und zwar über den Hochdruckringraum 65. Wenn Hochdruckhydraulikfluid in dem Einrichtungssteuerdurchlass 62 und dem Einlassplungersteuerdurchlass 73 wirkt, kann der Einlassplunger 40 (Fig. 4) zu seiner oberen Position bewegt werden, um mit dem Kipphebel 29 in Eingriff zu kommen. Es sei jedoch bemerkt, dass der hohe Druck, der an dem Einlassplunger 40 wirkt nicht ausreicht, um den Einlassplunger 40 nach oben in Eingriff mit dem Kipphebel 29 zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Motors 10 zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise den elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger 39, um die Zeitsteuerung des Öffnen und Schließen bzw. das Timing des Einlassventils 80 und/oder des Auslassventils 90 zu verändern, um die Zündeinstellung bzw. das -timing und/oder die Verbrennungsdauer innerhalb des Zylinders 19 einzustellen. Z. B. kann das elektronische Steuermodul 17 kontinuierlich einen oder mehrere Motorbetriebsbedingungen während des Betriebs des Motors 10 überwachen. Diese Betriebsbedingungen können Folgendes umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, eine Lastanforderung, Sammelleitungsdruck, Einlasstemperatur und Mengenfluss der Luft. Durch Auswerten von einem oder mehrerer dieser Motorbetriebsbedingungen kann das elektronische Steuermodul 17 bestimmen, ob das Zündtiming und/oder die Verbrennungsdauer durch variables Ventiltiming bzw. variable Ventilzeitsteuerung verändert werden sollte.
Um das Zündtiming nach vorne zu verschieben, oder die Verbrennungsdauer auszudehnen, wird der Motor 10 vorzugsweise eine interne Abgasrezirkulation durchlaufen. Um eine interne Abgasrezirkulation durchzuführen, wird der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 vorzugsweise aktiviert zum Öffnen des Einlassventils 80 während eines Teils des Auslasshubs des Kolbens 20 und zwar vor dem zu ändernden Zündvorgang. Dies erlaubt, dass ein Teil des relativ heißen Abgases in die Einlasssammelleitung 87 gedrückt wird. Wenn das Einlassventil 80 nachfolgend für den Einlasshub des Kolbens 20 wiedergeöffnet wird, können die relativ heißen Abgase zum Zylinder 19 zurückgeführt werden über den Einlassdurchlass 85, wodurch die Temperatur im Zylinder 19 auf ein Niveau angehoben wird, das über dem liegt, das üblicherweise während des Ansaughubs erreicht wird. Der sich aus dieser internen Abgasrezirkulation ergebende Temperaturanstieg wird zu einem Start der Zündung führen, der früher auftritt als er sonst auftreten würde. Zusätzlich wird die Verdünnung, die über die Abgasrezirkulation eingebracht wird, zu einem Verbrennungsvorgang mit einer ausgedehnten Dauer führen. Es sei bemerkt, dass das Einlassventil 80 nicht zu seiner maximalen geöffneten Position für diese interne Abgasrezirkulation geöffnet werden muss. Stattdessen Könnte das Einlassventil 80 nur leicht geöffnet werden, so lange es um einen ausreichenden Abstand geöffnet ist, um zu erlauben, dass eine adäquate Menge des Abgases in die Einlasssammelleitung 87 gezogen wird. Z. B. könnte eine ausreichende Menge des Abgases in den Zylinder 19 gezogen werden, wenn der Einlassventilbetätiger 83 um weniger als die Hälfte seines maximal geöffneten Abstands geöffnet ist.
Zusätzlich zur internen Abgasrezirkulation, die das variable Ventiltiming des Einlassventils 80 verwendet, könnte auch das variable Ventiltimung des Auslassventils 90 verwendet werden. In diesem Fall könnte der elektrohydraulische Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 zum Öffnen des Auslassventils 90 aktiviert werden während eines Teils des Ansaughubs des Kolbens 20. Somit würden relativ heiße Gase von der Abgassammelleitung in den Zylinder 20 gesaugt werden, was einen Anstieg der Zylindertemperatur zur Folge hat. Wiederum würde eine Verdünnung infolge der Abgasrezirkulation einen vorgeschobenen Zündvorgang und eine ausgedehnte Verbrennungsdauer zur Folge haben. Wie bei dem Einlassventil 80 müßte der elektrohyraulische Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 das Auslassventil 90 nicht zu seiner vollständig geöffneten Position öffnen, um eine interne Abgasrezirkulation durchzuführen. Stattdessen müßte der elektrohydraulische Unterstützungs- Anlassbetätiger 93 das Auslassventil 90 nur zu einer Position öffnen, die ausreicht, dass eine adäquate Menge an Abgas in den Zylinder 19 zurückgesaugt wird.
Zum Verzögern des Timings des Zündvorgangs kann das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 reduziert werden unter Verwendung des variablen Ventiltimings der vorliegenden Erfindung. Hier könnte der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 direkt vor oder während des Kompressionshubs des Kolbens 20 aktiviert werden, so dass das Einlassventil 80 für einen Teil des Kompressionshubs geöffnet wird oder geöffnet bleibt. Durch Öffnen des Einlassventils 80 während des Kompressionshubs wird das Kompressionsverhältnis im Zylinder 19 verringert infolge einer Verzögerung beim Start der Kompression. Dieses reduzierte Kompressionsverhältnis wird einen späteren oder verzögerten Start der Zündung zur Folge haben. Wiederum muss das Einlassventil 80 nicht in seiner vollständig geöffneten Position während des Kompressionshubs gehalten werden. Stattdessen könnte das Einlassventil 80 nur leicht geöffnet sein, solange das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 in ausreichender Weise reduziert wird.
Gemäß Fig. 6a ist eine nockenbetätigte Bewegung des Einlassventilgliedes 83 für einen Viertaktbetrieb des Motors 10 dargestellt, sowie eine potentielle elektrohydraulisch unterstützte Bewegung des Einlassventilgliedes 83, und zwar in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie durch den Bereich A dargestellt ist, wird das Ventil 80 während des Ansaughubs des Kolbens 20, wenn der Kipphebel 29 mit dem Nocken 37 in Eingriff steht, geöffnet. Es sei jedoch bemerkt, dass der Einlassplunger 40 in der Lage ist, mit dem Kipphebel 29 in Eingriff zu kommen zum Öffnen des Einlassventils 80, und zwar für eine Zeitperiode vor der durch die Nocken bestimmten Einlassventilöffnungszeit (Bereich B) oder für eine Zeitperiode über die durch die Nocken bestimmte Einlassventilschließzeit (Bereich C) heraus. Zusätzlich sei bemerkt, dass der elektrohydraulische Unterstützungs- Einlassbetätiger 39 das Einlassventil 80 auch während eines Teils des Arbeitshubs und/oder des Ausstoßhubs des Kolbens 20 öffnen kann und zwar gemäß dem Bereich D in Fig. 6a. Es sei bemerkt, dass während das Einlassventilglied 83 wie dargestellt bewegt werden kann durch Eingriff des Kipphebels 29 mit dem Einlassplunger 40, dass es nicht zu seiner maximal geöffneten Position geöffnet oder an ihr offengehalten wird, wie zuvor bemerkt. Der Abstand mit dem das Einlassventilglied 83 geöffnet wird hängt ab von einer Anzahl von Faktoren, wie beispielsweise dem Hydraulikdruck in dem Einlassplunger-Steuerdurchlass 73, der Position des elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätigers 39 entlang des Kipphebels 29 und der Länge des Hebelarms bezüglich dem Punkt an dem der Plunger an den Kipphebel drückt.
Gemäß Fig. 6b ist eine nockenbetätigte Bewegung des Auslassventils 90 für einen Viertaktbetrieb des Motors 10, sowie eine potentielle elektrohydraulisch unterstützte Bewegung des Auslassventils 90 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie durch den Bereich G dargestellt ist, wird sich das Auslassventil 90 während des Ausstoßhubs des Kolbens 20 öffnen, wenn der Kipphebel 92 in Eingriff mit dem Auslassnocken steht. Wie bei dem Einlassplunger 40, ist der Auslassplunger 94 jedoch in der Lage, mit dem Kipphebel 92 in Eingriff zu kommen zum Öffnen des Auslassventils 90 für eine Zeitperiode vor der durch die Nocken bestimmten Auslassventilöffnungszeit, und zwar entsprechend dem Bereich F. Zusätzlich könnte der elektrohydraulische Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 auch das Auslassventil 90 während eines Teils des Ansaughubs 20 öffnen für eine interne Abgasrezirkulation, und zwar entsprechend dem Bereich E. Während das Auslassventil 90 durch Eingriff mit dem Kipphebel 92 durch den Auslassplunger 94 geöffnet werden kann, muss er nicht zu seiner maximal geöffneten Position geöffnet oder an dieser offengehalten werden, wie zuvor bemerkt wurde. Wie bei dem Einlassventil 80 hängt die Größe mit der das Auslassventil 90 geöffnet wird von einer Anzahl von Faktoren, wie beispielsweise dem Hydraulikdruck, der an dem Auslassplunger 94 wirkt und der Position des elektrohydraulischen Unterstützungs-Auslassbetätigers 93 entlang des Kipphebels 92 ab.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß den Fig. 1 bis 5 wird der Betrieb des Motors 10 während eines Viertaktbetriebs eines einzelnen Kolbens 20 beschrieben. Es sei wiederum darauf hingewiesen, dass obwohl die vorliegende Erfindung zur Verwendung mit einem Viertaktmotor 10 beschrieben wurde, dass die vorliegende Erfindung auch bei Zweitaktmotoren einsetzbar ist. An irgendeinem Zeitpunkt vor dem Ansaughub des Kolbens 20 bestimmt das elektronische Steuermodul 17 Betriebsbedingungen des Motors 10, wie beispielsweise eine Lastanforderung, Sammelleitungsdruck, Einlasstemperatur und Mengenströmung der Luft und bestimmt ob das Timing des nächsten Zündvorgangs innerhalb des Zylinders 19 vorgeschoben oder verzögert werden sollte oder ob die Dauer des Zündvorgangs ausgedehnt werden sollte. Wenn das elektronische Steuermodul 17 bestimmt, dass die nachfolgende Zündung vorgeschoben werden sollte oder dass die Verbrennungsdauer ausgedehnt werden sollten, kann der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 mit dem Kipphebel 29 in Eingriff kommen, so dass interne Abgasrezirkulation im Zylinder 19 während des Ausstoßhubs des Kolbens 20 auftritt, wie durch Fig. 7a dargestellt ist. Alternativ könnte der elektrohydraulische Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 in Eingriff mit dem Kipphebel 92 aktiviert werden, so dass die interne Abgasrezirkulation im Zylinder 19 während des Ansaughub des Kolbens 20 im Zylinder 19 auftritt.
Wenn das elektronische Steuermodul 17 bestimmt, dass das Timing der Zündung verzögert werden sollte, wird das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 verringert, in dem der elektrohydraulische Unterstützungs- Einlassbetätiger 39 das Einlassventil 80 geöffnet hält und zwar nach der durch den Nocken bestimmten Ventilschließzeit, und zwar für einen Teil des Kompressionshubs des Kolbens 20 wie durch Fig. 7b dargestellt ist. Für Darstellungszwecke sind beide dieser Vorgänge für einen Viertaktdurchlauf des Kolbens 20 beschrieben, wie durch Fig. 7c dargestellt ist. Somit wird der Retrieb des Motors 10 für solche Betriebsbedingungen beschrieben, welche bewirken, dass das elektronische Steuermodul 17 bestimmt, dass die Verbrennungsvorgangsdauer ausgedehnt werden sollte, während der Zündvorgang verzögert wird. Es sei jedoch bemerkt, dass das elektronische Steuermodul 17 bestimmen könnte, dass nur die interne Abgasrezirkulation oder das Absenken des Kompressionsverhältnisses für den nachfolgenden Zündvorgang auftreten soll. Ferner könnte das elektronische Steuermodul 17 bestimmen, dass keiner dieser Vorgänge während des Kolbenhubs auftreten soll.
Wenn sich der Kolben 20 des Motors 10 für seinen Ausstoßhub, der einem Zündvorgang folgt, nach oben bewegt, wird der Elektromagnet 52 betätigt, so dass sich das Vorsteuerventilglied 57 zu seiner oberen Position bewegt, zum Öffnen des Schieberhohlraums 71 zum Niedrigdruckdurchlass 60 über den variablen Druckdurchlass 61. Wenn der niedrige Druck an der Steueroberfläche 70 wirkt, wird das Schieberventilglied 63 zu seiner unteren Position bewegt, und zwar unter der Kraft des Hochdruckhydraulikfluids, das an der Hochdruckoberfläche 64 wirkt. Hochdruckhydraulikfluid kann nun in den Einrichtungssteuerdurchlass 72 strömen und zwar über den Hochdruckringraum 65. Hochdruckhydraulikfluid in dem Einrichtungssteuerdurchlass 72 kann nun in den Einlassplunger-Steuerdurchlass 73 strömen um an der Hydraulikoberfläche 46 des äußeren Plungers 41 und der Hydraulikoberfläche 47 des inneren Plungers 42 zu wirken. Der äußere Plunger 41 wird nun zu seiner vorgeschobenen Position gegen die Anschlagkomponente 48 bewegt und der innere Plunger 42 wird in seine vorgeschobenen Position bewegt zum Ineingriffkommen mit dem Kipphebel 29 und zum Lösen desselben vom Nocken 37.
Wenn der Einlassplunger 40 in seine obere Position angehoben ist, bewegt sich der Kipphebel 29 in einer entsprechenden Art und Weise und drückt an der Ventilbrücke 36 nach unten, um simultan beide Einlassventile zu bewegen. Das Einlassventilglied 83 wird dann in seine untere geöffnete Position bewegt durch die nach unten gerichtete Bewegung der Ventilbrücke 63. Gemäß Fig. 7c, welche die Einlassventilposition in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel darstellt, entspricht dieses Öffnen des Einlassventils 80 während des Ausstoßhubs des Kolbens 20 dem Bereich A. Da der Kolben 20 einen Ausstoßhub durchläuft sei bemerkt, dass das Auslassventil 90 auch durch den Auslassnocken zu diesem Zeitpunkt geöffnet ist, wie in dem gestrichelten Linienteil in Fig. 7c dargestellt ist, was dem Bereich E_x entspricht. Da sich der Kolben 20 nach oben zu der oberen Totpunktposition für seinen Ausstoßhub bewegt, wird eine Menge von relativ heißem Abgas zu der Einlasssammelleitung 87 gedrückt und zwar über den Einlassdurchlass 85, während das Einlassventil 80 geöffnet ist. Der Elektromagnet 52 des Strömungssteuerventils 51 wird dann enterregt, so dass das Vorsteuerventilglied 57 zu seiner unteren Position zurückkehrt zum Schließen des Schieberhohlraums 61 gegenüber dem Niedrigdruckdurchlass 60 und zum Öffnen desselben zum Hochdruckdurchlass 62. Das Schieberventilglied 63 ist nun hydraulisch ausgeglichen und kehrt in seine obere Position zurück durch die Vorspannfeder 68. Der Einrichtungssteuerdurchlass 72 wird nun wieder zum Niedrigdruckdurchlass 59 geöffnet über den Niedrigdruckringraum 67. Wenn niedriger Druck an den Hydraulikoberflächen 46 und 47 wirkt, können der äußere Plunger 41 und der innere Plunger 42 zu ihren unteren zurückgezogenen Positionen zurückkehren, gefolgt durch eine entsprechende Bewegung des Kipphebels 29. Das Einlassventilglied 83 wird nun in seine obere geschlossene Position zurückgeführt durch die Ventilrückführfedern.
Sobald der Kolben 20 seine obere Totpunktposition erreicht, beginnt er sich nach unten zu der unteren Totpunktposition zurückzuziehen, und zwar für seinen Ansaughub. Der Nocken 37 fährt fort sich zu drehen und kommt mit dem Kipphebel 29 in Eingriff, um ihn einer entsprechenden Art und Weise zu bewegen. Der Kipphebel 29 wird zu seiner unteren Position bewegt durch die Drehung des Nocken 37, was bewirkt, dass sich das Einlassventilglied 83 zu seiner unteren Position bewegt. Wiederum gemäß Fig. 7c entspricht dieses Öffnen des Einlassventils 80 dem Bereich B. Das relative heiße Abgas, das während des vorhergehenden Ausstoßhubs zur Einlasssammelleitung 87 gedrückt wurde, strömt in den Zylinder 19 zurück, und zwar mit der Bewegung des Einlassventilgliedes 83. Die Temperatur innerhalb des Zylinders 19 wird somit auf ein höheres Niveau angehoben als das, das erreicht würde, wenn nur der nockenbetätigte Ansaugvorgang erlaubt worden wäre. Eine höhere Temperatur innerhalb des Zylinders 19 während des Kompressionshubs des Kolbens 20 wird zu einem früheren Verbrennungsvorgang führen. Wenn zusätzlich interne Abgasrezirkulation durchgeführt wird ohne ein nachfolgendes Absenken des Kompressionsverhältnisses innerhalb des Zylinders 19 wird auch das Zündtiming bzw. die Zündzeitsteuerung vorgeschoben.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung dargestellt wurde für einen Betrieb des Motors 10, wenn die Verbrennungszeitsteuerung gesteuert wird, während das Zündtiming verzögert wird. Da jedoch infolge der internen Abgasrezirkulation das Zündtiming vorgeschoben wird zusätzlich zum Ausdehnen des Verbrennungsvorgangs, sollte das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 verringert werden. Daher sollte direkt bevor der Kolben 20 die untere Totpunktposition für seinen Ansaughub erreicht, der Elektromagnet 52 wieder erregt werden, was bewirkt, dass sich das Vorsteuerventil 57 in seine obere Position bewegt, und zwar durch den Anker 55. Das Schieberventil 71 wird wiederum zum Niedrigdruckdurchlass 60 über den variablen Druckdurchlass 61 geöffnet. Das Schieberventilglied 63 kann daher zu seiner unteren Position zurückkehren unter der Kraft des Hydraulikfluids, das an der Hochdruckoberfläche 64 wirkt. Hochdruckfluid kann nun wiederum in den Einrichtungssteuerdurchlass 72 über den Hochdruckringraum 65 eintreten. Es sei bemerkt, dass der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 vorzugsweise vor dem Schließen des Einlassventils 80 aktiviert wird, so dass das Einlassventil 80 nur für einen Teil des Kompressionshubs des Kolbens 20 offen verbleibt. Dem Einlassventil 80 könnte erlaubt werden, sich für den Ansaughub zu schließen und könnte dann zu einem Zeitpunkt während des Kompressionshubs wieder geöffnet werden.
Während der Kolben 20 die untere Totpunktposition für seinen Ansaughub erreicht und beginnt sich für seinen Kompressionshub zur oberen Totpunktposition vorzuschieben, fährt der Nocken 37 fort sich zu drehen. Während solcher Motorzyklen bzw. Takten, in denen ein variables Ventiltiming nicht verwendet wird zum Reduzieren des Kompressionsverhältnisses innerhalb des Zylinders 19, würde das Einlassventilglied 83 zu seiner oberen geschlossenen Position zurückkehren durch die Ventilfeder, was eine Bewegung des Kipphebels 29 bewirkt. Da der Einlassplunger 40 sich jedoch in seiner vorgeschobenen Position befindet, besteht der Kipphebel 29 in Eingriff mit dem Einlassplunger 40 und ist vom Nocken 37 gelöst, wodurch verhindert wird, dass er zu einer Position, die das Einlassventil 80 schließt, zurückkehrt. Das Einlassventil 80 ist somit über die durch den Nocken bestimmte Ventilschließzeit hinaus geöffnet. Dieser Teil des Betriebs des Einlassventils 80 entspricht dem Bereich C in Fig. 7c.
Sobald das Einlassventilglied 83 für eine Zeitdauer geöffnet war, die ausreicht zum Reduzieren des Kompressionsverhältnisses innerhalb des Zylinders 19, wird der Elektromagnet 52 enterregt und das Vorsteuerventilglied 47 wird zu seiner unteren Position zurückgeführt, zum Öffnen des Hochdrucksitzes 58 und zum strömungsmittelmäßigen Verbinden des Schieberhohlraums 71 mit dem Hochdruckdurchlass 67 über den variablen Druckdurchlass 61. Es sei bemerkt, dass diese Zeitdauer den Motorbetriebsbedingungen entspricht, wie beispielsweise dem Sammelleitungsdruck und der Einlasstemperatur. Das Schieberventilglied 63 wird wiederum hydraulisch ausgeglichen und kehrt in seine obere Position unter der Kraft der Vorspannfeder 68 zurück. Der Einrichtungssteuerdurchlass 72, der Einlassventilsteuerdurchlass 73 und der innere Plungersteuerdurchlass 74 werden wieder einmal zum Niedrigdruckfluid geöffnet über den Niedrigdruckringraum 67. Der äußere Plunger 41 und der innere Plunger 42 können nun zu ihren unteren Positionen zurückkehren, wodurch dem Kipphebel 29 erlaubt wird, sich in einer entsprechenden Art und Weise zu bewegen und das Einlassventil 80 zu schließen.
Während der Kolben 20 einen Kompressionshub durchläuft, vermischt sich der Brennstoff, der in den Zylinder 19 eingespritzt wurde mit der relativ heißen Luft innerhalb des Zylinders 19, um eine relative magere Brennstoffmischung, zu bilden. Während der Kolben 20 seine obere Totpunktposition erreicht, zündet sich die relativ magere Brennstoffmischung und bewirkt, dass sich der Kolben 20 nach unten bewegt und zwar für seinen Arbeitshub. Da eine interne Abgasrezirkulation und eine Kompressionsverhältnis-Reduzierung durchgeführt wurde, wird der Zündbeginn zu einem Zeitpunkt auftreten, der dem entspricht, wenn keiner dieser beiden Vorgänge durchgeführt worden wäre, während die Verbrennungsdauer auf eine gewünschte Länge ausgedehnt wird. Sobald der Kolben 20 die untere Totpunktposition für seinen Arbeitshub erreicht, beginnt er für den Ausstoßhub zu seiner oberen Totpunktposition zurückzukehren. Das Auslassventil 90 wird durch die Drehung des Nockens 37 geöffnet und der Zünd- bzw. Verbrennungsrest kann aus dem Zylinder 19 entfernt werden, und zwar über das Auslassventil 90, was dem Bereich E_x in Fig. 7c entspricht. Wenn das elektronische Steuermodul bestimmt hat, dass der nachfolgende Zündvorgang vorgeschoben oder ausgedehnt werden sollte, wird der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 wieder aktiviert und das Anlassventil 80 wird für einen Teil des Ausstoßhubs des Kolbens 20 geöffnet.
Wenn das elektronische Steuermodul 17 jedoch feststellt, dass der nachfolgende Zündvorgang nicht vorgeschoben werden muß oder die Verbrennungsdauer ausgedehnt werden muß, wird das Einlaßventil 80 während des Ausstoßhubs nicht zur Durchführung der internen Abgasrezikulation geöffnet.
Die vorherige Darstellung wurde für den Betrieb des Motors 10 beschrieben, wenn es wünschenswert bzw. zweckmäßig ist, die Dauer des Zündvorgangs auszudehnen, während das Zündtiming verzögert wird. Wie jedoch zuvor beschrieben, könnte es für bestimmte Motorbetriebsbedingungen zweckmäßig sein, das Zündtiming vorzuschieben, oder die Verbrennungsdauer auszudehnen, ohne das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 zu reduzieren. Für diese Motorbetriebsbedingungen wird nur eine interne Abgasrezirkulation während des Motorzyklus durchgeführt. Gemäß Fig. 7a ist eine Bewegung des Einlassventilgliedes 83 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel für diesen Betriebszustand dargestellt. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird das Einlaßventil 80 während des Ausstoßhubs des Kolbens 20 geöffnet durch den elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger 39, was dem Bereich A in Fig. 7a entspricht. Wiederum wurde die nockenbetätigte Bewegung des Auslassventils 90 als Bereich E_x dargestellt. Das Einlassventil 80 öffnet sich dann für seinen nockenbetätigten Einlassvorgang während des Einlasshubs des Kolbens 20, und zwar entsprechend dem Bereich B in Fig. 7a. Da jedoch das Timing des Zündvorgangs nicht verzögert werden soll, wird das Einlassventil 80 nicht über die durch die nockenbetätige Schließzeit hinaus offen gehalten, wie zuvor beschrieben. Somit führen die erhöhten Temperaturen innerhalb des Zylinders 20, die sich aus der Rezirkulation des Abgases ergeben, zu einem vorgeschobenen Zündvorgang und einem ausgedehnten Verbrennungsvorgang.
Gemäß Fig. 7b wurde der Betrieb des Einlassventils 80 auch für solche Zyklen dargestellt, wenn das Zündtiming ohne eine entsprechende Ausdehnung der Verbrennungsdauer verzögert werden soll. Somit wird nur eine Kompressionsverhältnisverringerung für den Motorzyklus durchgeführt. Wie dargestellt ist, öffnet sich das Einlassventil 80 während seiner nockenbetätigten Einlassventilöffnungszeit, was dem Bereich B in Fig. 7b entspricht. Wenn sich der Kolben 20 jedoch der unteren Totpunktposition des Ansaughubs nähert, wird der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 aktiviert und der Einlassplunger 40 wird zu einer Position bewegt, in der er mit dem Kipphebel 29 in Eingriff kommen kann. Somit kommt der Kipphebel 29, wenn er sich durch Drehung des Nockens 37 in seine geschlossene Position bewegt mit dem Einlassplunger 40 in Eingriff und er wird davon abgehalten zu einer Position zurückzukehren, in der er das Einlassventil 80 schließt. Somit wird das Einlassventil 80 in seiner geöffneten Position gehalten, und zwar über die durch den Nocken bestimmten Einlassventilschließzeit hinaus, was dem Bereich C in Fig. 7b entspricht. Das sich daraus ergebende geringere Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 20 hat einen verzögerten bzw. nach hinten verschobenen Zündvorgang zur Folge.
Es sei bemerkt, dass unterschiedliche Modifikationen im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden können. Rufen wird zum Beispiel in Erinnerung, dass das Zündtiming auch vorgeschoben und die Verbrennungsdauer ausgedehnt werden kann durch Durchführen einer internen Abgasrezirkulation unter Verwendung des Auslassventils 90. Statt des Öffnens des Einlassventils 80 während des Ausstoßhubs des Kolbens 20, wie zuvor beschrieben, könnte somit das Auslassventil 90 während eines Teils des Ansaughubs geöffnet werden, und zwar direkt vor dem Kompressionshub. Es sei daher bemerkt, dass für Betriebsbedingungen des Motors 10, bei denen eine Ausdehnung der Verbrennungsdauer zweckmäßig ist ohne das Zündtiming nach vorne zu verlagern eine interne Abgasrezirkulation durchgeführt werden könnte unter Verwendung des Auslassventils 90, während das Kompressionsverhältnis unter Verwendung des Einlassventils 80 reduziert wird. Um die vorliegende Erfindung auf diese Art und Weise zu verwenden, könnte das Auslassventil 90 durch den elektrohydraulischen Unterstützungs-Auslassbetätiger 93 während des Ansaughubs des Kolbens 20 geöffnet werden, um wie zuvor beschrieben eine interne Abgasrezirkulation zum Erhöhen der Temperatur innerhalb des Zylinders 19 durchzuführen. Dann könnte direkt vor dem Kompressionshub des Kolbens 20 der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger 39 aktiviert werden zum Offenhalten des Einlassventils 80 für einen Teil des Kompressionshubs, um das Kompressionsverhältnis innerhalb des Zylinders 19 zu reduzieren.
Der Fachmann wird erkennen, dass sich weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der folgenden Ansprüche ergeben.

Claims

1. Ein Kompressionszünd- bzw. Dieselmotor mit homogener Ladung, der folgendes aufweist:
ein Motorgehäuse, das eine Vielzahl von Motorzylindern definiert, einen Kolben angeordnet in jedem Zylinder, der sich zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition hin und her bewegt;
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die mit jedem Motorzylinder assoziiert ist, und betätigbar ist, zum Einspritzen von Brennstoff in einen jeweiligen Motorzylinder, wenn sich der Kolben näher an der unteren Totpunktposition als an der oberen Totpunktposition befindet;
wenigstens ein Einlassventil, das mit jedem Motorzylinder assoziiert ist;
ein Nocken der so bemessen und positioniert ist, dass er mechanisch das wenigstens eine Einlassventil betätigt; und
einen elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger der so bemessen und positioniert ist, dass er eine mechanische Betätigung des wenigstens einen Einlassventils ermöglicht.

2. Motor nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Einlassventil eine durch die Nocken bestimmte Öffnungszeit und eine durch die Nocken bestimmte Schließzeit besitzt; und wobei der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger in der Lage ist, das wenigstens eine Einlassventil vor der bestimmten Öffnungszeit zu öffnen und das Einlassventil nach der vorbestimmten Schließzeit zu schließen.

3. Motor nach Anspruch 1, der wenigstens ein nockenbetätigtes Auslassventil für jeden der Motorzylinder aufweist, wobei wenigstens ein Auslassventil betriebsmäßig mit einem elektrohydraulischen Unterstützungs- Auslassbetätiger gekoppelt ist.

4. Motor nach Anspruch 1, wobei der elektrohydraulische Unterstützungs- Einlassbetätiger einen bewegbaren Plunger aufweist;
wobei der Plunger zum mechanischen In-Eingriff-Kommen mit dem Einlassventil positioniert ist; und
wobei der Plunger bewegbar ist aus einer zurückgezogenen Position zu einer vorgeschobenen Position, wenn der elektrohydraulische Unterstützungs- Einlassbetätiger erregt wird.

5. Motor nach Anspruch 1, wobei der Nocken mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Einlassventil über eine mechanische Verbindung, die eine Kipphebelanordnung umfaßt.

6. Motor nach Anspruch 5, wobei die Kipphebelanordnung einen Schwenkpunkt umfaßt; und wobei der elektrohydraulische Unterstützungs-Einlassbetätiger in Eingriff bringbar ist an einem ersten Abstand von dem Schwenkpunkt und der Nocken in Eingriff bringbar ist an einem zweiten Abstand von dem Schwenkpunkt.

7. Verfahren zum Betreiben eines Motors, das die folgenden Schritte aufweist:
Einspritzen von Brennstoff in einen Motorzylinder wenn ein Kolben, der gleitbar in dem Motorzylinder angeordnet ist, sich näher an einer unteren Totpunktposition als an einer oberen Totpunktposition befindet;
Halten wenigstens eines Gasaustauschventils in einer geöffneten Stellung, und zwar zumindest teilweise durch einen sich drehenden Nocken, der mechanisch in Eingriff bringbar ist mit dem wenigstens einen Gasaustauschventil; und
Einstellen der Zündzeitsteuerung bzw. des Timings wenigstens teilweise durch Betätigen eines elektrohydraulischen Unterstützungs- Einlassbetätigers, der mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Gasaustauschventil.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Gasaustauschventil wenigstens ein Einlassventil ist; und
wobei der Schritt des Einstellens des Zündtimings einen Schritt des Verzögerns des Zündtimings umfaßt, und zwar wenigstens teilweise durch Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers zum Halten des wenigstens einen Einlassventils in einer geöffneten Stellung über eine durch den Nocken bestimmte Einlassventilschließzeit hinaus.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Gasaustauschventil wenigstens ein Einlassventil ist; und wobei der Schritt des Einstellens des Zündtimings einen Schritt des Vorschiebens des Zündtimings umfaßt, und zwar wenigstens teilweise durch Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers zum Öffnen des wenigstens einen Einlassventils vor einer durch die Nocken bestimmten Einlassventilöffnungszeit.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Gasaustauschventil wenigstens ein Einlassventil ist; und
wobei das Verfahren einen Schritt zum Ausdehnen der Verbrennungsdauer umfaßt, und zwar wenigstens teilweise durch Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers zum Öffnen des wenigstens einen Einlassventils vor einer durch den Nocken bestimmten Einlassventilöffnungszeit.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Einstellung des Zündtimings einen Schritt zum Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers umfaßt, um das wenigstens eine Einlassventil über eine durch den Nocken bestimmte Einlassventilschließzeit hinaus offen zu halten.

12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Gasaustauschventil wenigstens ein Auslassventil ist; und wobei der Schritt des Einstellens des Zündtimings einen Schritt zum Vorschieben des Zündtimings umfaßt, und zwar wenigstens teilweise durch Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers, zum Öffnen des wenigstens einen Auslassventils während eines Ansaughubs des Zylinderkolbens.

13. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Gasaustauschventil wenigstens ein Auslassventil ist; und wobei das Verfahren einen Schritt zum Ausdehnen der Verbrennungsdauer umfaßt, und zwar wenigstens teilweise durch Aktivieren des elektrohydraulischen Unterstützungs-Betätigers zum Öffnen des wenigstens einen Auslassventils während eines Ansaughubs des Zylinderkolbens.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der elektrohydraulische Unterstützungs-Betätiger ein elektrohydraulischer Unterstützungs-Auslassbetätiger ist und wobei wenigstens ein Gasaustauschventil wenigstens ein Einlassventil umfasst; und wobei der Schritt des Ausdehnens der Verbrennungsdauer einen Schritt umfasst zum Aktivieren eines elektrohydraulischen Unterstützungs- Einlassbetätigers zum Halten des wenigstens einen Einlassventils in einer geöffneten Stellung vor einer durch die Nocken bestimmten Einlassventilöffnungszeit.

15. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger einen elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätiger umfaßt, und wobei wenigstens ein Gasaustauschventil wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil umfaßt; und der Schritt des Einstellens des Zündtimings umfaßt wenigstens eines der folgenden: das mechanische in-Eingriff-Kommen des elektrohydraulischen Unterstützungs-Einlassbetätigers mit wenigstens einem Einlassventil über eine erste Kipphebelanordnung oder das mechanische In-Eingriff- Kommen eines elektrohydraulischen Unterstützungs-Auslassbetätigers mit wenigstens einem Auslassventil über eine zweite Kipphebelanordnung.

16. Eine Ventilanordnung die folgendes aufweist:
wenigstens ein Gasaustauschventil;
einen sich drehenden Nocken, der mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Gasaustauschventil; und
einen elektrohydraulischen Unterstützungsbetätiger, der eine bewegbaren Plunger umfaßt und mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Gasaustauschventil.

17. Ventilanordnung nach Anspruch 16, wobei das Gasaustauschventil ein Einlassventil ist und wobei der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger ein elektrohydraulischer Unterstützungs-Einlassbetätiger ist; und wobei die Anordnung ferner einen elektrohydraulischen Unterstützungs- Auslassbetätiger umfaßt der mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Auslassventil.

18. Ventilanordnung nach Anspruch 16, wobei der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger mechanisch in Eingriff bringbar ist mit wenigstens einem Gasaustauschventil über eine Kipphebelanordnung.

19. Ventilanordnung nach Anspruch 18, wobei der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger einen Plunger umfaßt mit einer Hydraulikoberfläche die dem Druck in einem Steuerdurchlass ausgesetzt ist; und wobei der elektrohydraulische Unterstützungsbetätiger ein elektronisch betätigtes Strömungssteuerventil umfaßt mit einer ersten Position, in der der Steuerdurchlass mit einer Hochdruckquelle verbunden ist, und einer zweiten Position, in der der Steuerdurchlass mit einem Niedrigdruckreservoir verbunden ist.