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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung ist auf
ein Motorventilbetätigungssystem
gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Ventilbetätigungssystem
für einen
Verbrennungsmotor gerichtet.
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Hintergrund
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Der Betrieb eines Verbrennungsmotors,
wie beispielsweise eines Diesel-, Benzin- oder Erdgas-Motors kann
die Erzeugung von unerwünschten Emissionen
verursachen. Diese Emissionen, die Partikel und Stickoxide (NOx)
aufweisen, werden erzeugt, wenn Brennstoff in einer Brennkammer
des Motors verbrannt wird. Ein Auslasshub eines Motorkolbens drückt Abgas,
welches diese Emissionen mit einschließt, aus dem Motor. Wenn keine
Maßnahmen zur
Verringerung von Emissionen stattfinden, werden diese unerwünschten
Emissionen schließlich
in die Umgebung ausgelassen.
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Die Forschungen werden gegenwärtig darauf
gerichtet, die Menge der unerwünschten
Emissionen zu verringern, die während
des Betriebs eines Motors in die Umgebung ausgelassen werden. Es wird
erwartet, dass eine verbesserte Motorkonstruktion und eine verbesserte
Steuerung des Motorbetriebs zu einer Verringerung der unerwünschten Emissionen
führen
kann. Man hat herausgefunden, dass unterschiedliche Ansätze, wie
beispielsweise die Rückzirkulation
von Motorgasen bzw. Abgasen und Nachbehandlungen, die Menge der
Emissionen reduzieren, die während
des Betriebs eines Motors erzeugt werden. Unglücklicherweise kann die Einrichtung
dieser Ansätze
zur Verringerung von Emissionen eine Verringerung des gesamten Wirkungsgrades
des Motors zur Folge haben.
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Zusätzliche Bemühungen sind auf die Verbesserung
des Motorwirkungsgrades fokussiert, um den Verlust des Wirkungsgrades
aufgrund von Systemen zur Verringerung von Emissionen zu kompensieren.
Ein solcher Ansatz zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades sieht
die Einstellung der Betätigungszeitsteuerung
der Motorventile vor. Beispielsweise kann die Betätigungszeitsteuerung
der Einlass- und Auslassventile modifiziert werden, um eine Veränderung
an dem typischen Diesel- oder Otto-Zyklus einzurichten, der als
der Miller-Zyklus bekannt ist. Bei einem Miller-Zyklus mit "spätem Einlass" werden die Einlassventile
des Motors während
eines Teils des Kompressionshubes des Kolbens offen gehalten.
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Die Motorventile in einem Verbrennungsmotor
werden typischerweise durch eine Nockenanordnung angetrieben, die
betriebsmässig
mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle
hat eine entsprechende Drehung einer Nocke zur Folge, die einen
oder mehrere Nockenfolgevorrichtungen antreibt. Die Bewegung der
Nockenfolgevorrichtungen hat eine Betätigung der Motorventile zur
Folge. Somit regelt die Form der Nocke die Zeitsteuerung und die
Dauer der Ventilbetätigung.
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Wie im US-Patent 6 237 551 von Macor
und anderen beschrieben, welches am 29. Mai 2001 ausgegeben wurde,
kann ein Miller-Zyklus mit "spätem Einlass" in einer solchen
Nockenanordnung eingerichtet werden, in dem man die Form der Nocke
modifiziert, so dass die Betätigung
des Einlassventils mit dem Beginn des Kompressionshubes des Kolbens überlappt.
Diese Art von Systemen ist relativ unflexibel, da die Zeitsteuerung
der Motorventile konstant bleiben wird, und zwar ungeachtet der
Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.
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Hydraulische Lösungen, um einen Betrieb in Miller-Zyklus
mit spätem
Einlass zu erreichen, können
ungleichmäßiges Verhalten
bei kalten Temperaturen mit sich bringen, beispielsweise während eines Kaltstarts
des Motors und während
Betriebsbedingungen bei Kälte.
Da Strömungsmittel,
wie beispielsweise Schmieröl,
viskoser ist, wenn es kalt ist, kann das Strömungsmittel nicht durch kleinere
Leitungen fließen,
die verwendet werden können,
um einen Betrieb in Miller-Zyklus mit spätem Einlass zu betreiben, was
einen unvorhersagbaren Betrieb zur Folge hat.
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Das Einlassventilbetätigungssystem
der vorliegenden Erfindung kann eines oder mehrere der oben dargelegten
Probleme lösen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß eines Aspektes der vorliegenden
Offenbarung kann ein Motorventilbetätigungssystem ein Einlassventil
aufweisen, welches bewegbar ist zwischen einer ersten Position,
die einen Strömungsmittelfluss
blockiert, und einer zweiten Position, die einen Strömungsmittelfluss
zulässt.
Das System kann auch eine Nockenanordnung aufweisen, die konfiguriert
ist, um das Einlassventil zwischen der ersten Position und der zweiten
Position zu bewegen. Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung kann konfiguriert
sein, um eine Zeitsteuerung des Einlassventils bei der Bewegung
von der zweiten Position zur ersten Position selektiv zu modifizieren.
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Gemäß eines weiteren Aspektes ist
die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Steuerung eines
Motors mit einem Kolben gerichtet, der über einen Einlasshub bewegbar
ist, der von einem Kompressionshub gefolgt wird. Das Verfahren kann ein
Einlassventil über
eine Nocke bewegen, und zwar zwischen einer ersten Position, die
einen Strömungsmittelfluss
blockiert, und einer zweiten Position, die einen Strömungsmittelfluss
während
des Einlasshubes des Kolbens gestattet. Das Verfahren kann auch die
Betätigung
eines Elektromagneten aufweisen, der mit dem Einlassventil assoziiert
ist, wenn das Einlassventil von der ersten Position entfernt ist,
um selektiv eine Zeitsteuerung des Einlassventils bei der Bewegung
aus der zweiten Position in die erste Position zu modifizieren.
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Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene
allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung
nur beispielhaft und erklärend
sind, und das diese die Erfindung nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors
gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine diagrammartige Darstellung einer beispielhaften Ventilbetätigungsanordnung
für den
Motor der 1; und
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3 ist
eine grafische Darstellung einer beispielhaften Ventilbetätigung als
eine Funktion des Motorkurbelwellenwinkels für einen Motorbetrieb gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Verbrennungsmotors 20 ist in 1 veranschaulicht. Für die Zwecke der vorliegenden
Offenbarung ist der Motor 20 als ein Vier-Takt-Diesel-Motor
abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass
der Motor 20 irgend eine andere Art eines Verbrennungsmotors
sein könnte,
wie beispielsweise ein Benzin- oder Erdgas-Motor.
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Wie in 1 veranschaulicht,
weist der Motor 20 einen Motorblock 28 auf, der
eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert. Ein Kolben 24 ist
innerhalb jedes Zylinders 22 verschiebbar angeordnet. In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 20 sechs Zylinder 22 und sechs
assoziierte Kolben 24 auf. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass
der Motor 20 eine größere oder
geringere Anzahl von Kolben 24 aufweisen kann, und dass
die Kolben 24 in einer "Reihenkonfiguration" in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner
anderen herkömmlichen
Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie ebenfalls in 1 gezeigt, weist der Motor 20 eine
Kurbelwelle 27 auf, die drehbar innerhalb des Motorblocks 28 angeordnet
ist. Eine Verbindungsstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit
der Kurbelwelle 27. Jeder Kolben 24 ist mit der
Kurbelwelle 27 gekoppelt, so dass eine Gleitbewegung des Kolbens 24 innerhalb
des jeweiligen Zylinders 22 eine Drehung der Kurbelwelle 27 zur
Folge hat. In ähnlicher
Weise wird eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine Gleitbewegung
des Kolbens 24 zur Folge haben.
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Der Motor 20 weist auch
einen Zylinderkopf 30 auf. Der Zylinderkopf 30 definiert
einen Einlassdurchlassweg 41, der zu mindestens einem Einlassanschluss 36 für jeden
Zylinder 22 führt.
Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 36 für jeden
Zylinder 22 definieren.
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Ein Einlassventil 32 ist
innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet. Jedes
Einlassventil 32 weist ein Ventilelement 40 auf,
welches konfiguriert ist, um selektiv den jeweiligen Einlassanschluss 36 zu
blockieren. Wie genauer unten beschrieben, kann jedes Einlassventil 32 betätigt werden,
um das Ventilelement 40 zu bewegen oder "anzuheben", um dadurch den
jeweiligen Einlassanschluss 36 zu öffnen. In einem Zylinder 22 mit
einem Paar von Einlassanschlüssen 36 und
einem Paar von Einlassventilen 32 kann das Paar von Einlassventilen 32 durch
eine einzige Ventilbetätigungsanordnung
oder durch ein Paar von Ventilbetätigungsanordnungen betätigt werden.
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Der Zylinderkopf 30 definiert
auch mindestens einen Auslassanschluss 38 für jeden
Zylinder 22. Jeder Auslassanschluss 38 führt von
dem jeweiligen Zylinder 22 zu einem Auslassdurchlassweg 43. Der
Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 für jeden
Zylinder 22 definieren.
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Ein Auslassventil 34 ist
in jedem Auslassanschluss 38 angeordnet. Jedes Auslassventil 34 weist ein
Ventilelement 48 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv
den jeweiligen Auslassanschluss 38 zu blockieren. Wie genauer
unten beschrieben, kann jedes Auslassventil 34 betätigt werden,
um das Ventilelement 48 zu bewegen oder "anzuheben", um dadurch den
jeweiligen Auslassanschluss 38 zu öffnen. In einem Zylinder 22 mit
einem Paar von Auslassanschlüssen 38 und
einem Paar von Auslassventilen 34 kann das Paar von Auslassventilen 34 durch
eine einzige Ventilbetätigungsanordnung betätigt werden, oder
durch ein Paar von Ventilbetätigungsanordnungen.
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2 veranschaulicht
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Zylinders 22 des Motors 20. Der Einlassdurchlassweg 41 führt von
einer Einlasssammelleitungsöffnung 87 zum
Einlassanschluss 36 und in die Brennkammer 23.
Zusätzlich weist
der Motor 20 eine Einlasssammelleitung 88 auf, die
im Eingriff mit dem Zylinderkopf 30 sein kann. Die Einlassgase
können
von der Einlasssammelleitung 88 durch den Einlassdurchlassweg 41 zu
der Brennkammer 23 geleitet werden.
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Das Einlassventilelement 40 ist
konfiguriert, um selektiv mit einem Ventilsitz 50 in dem
Einlassanschluss 36 in Eingriff zu kommen. Das Einlassventilelement 40 kann
bewegt werden zwischen einer ersten Position, wo das Einlassventilelement 40 mit
dem Ventilsitz 50 in Eingriff steht, um einen Strömungsmittelfluss
relativ zum Einlassanschluss 36 zu verhindern, und einer
zweiten Position (wie in 2 veranschaulicht),
wo das Einlassventilelement 40 entfernt vom Ventilsitz 50 ist,
um einen Fluss von Strömungsmittel
relativ zum Einlassanschluss 36 zu gestatten.
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Der Motor 20 weist auch
eine Nockenwelle 39 auf. Die Nockenwelle 39 ist
betriebsmässig
in Eingriff mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Motors 20.
Die Nockenwelle 39 kann mit der Kurbelwelle in irgendeiner
Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist,
wobei eine Drehung der Kurbelwelle eine entsprechende Drehung der
Nockenwelle 39 zur Folge haben wird. Beispielsweise kann
die Nockenwelle 39 mit der Kurbelwelle durch einen Antriebsstrang
verbunden sein, der die Drehzahl der Nockenwelle 39 ungefähr auf die
Hälfte
der Drehzahl der Kurbelwelle verringert.
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Wie in 2 gezeigt,
kann eine Einlassnocke 60 auch mit der Nockenwelle 39 assoziiert
sein, um sich mit der Nockenwelle 39 zu drehen. Die Einlassnocke 60 kann
einen Nockenansatz 61 aufweisen. Wie genauer später im Detail
erklärt,
wird die Form des Nockenansatzes 61 auf der Einlass Nocke 60 zumindest
teilweise die Betätigungszeitsteuerung des
Einlassventilele mentes 40 bestimmen. In dem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
der 2 variiert die Distanz
zwischen der äußeren Kante
des Nockenansatzes 61 zwischen einer ersten Ansatzposition 90 und
einer zweiten Ansatzposition 92, einer dritten Ansatzposition 94 und
einer vierten Ansatzposition 96. Der Fachmann wird erkennen,
dass die Einlass Nocke 60 eine größere Anzahl von Nocken Ansätzen und/oder
einen Nockenansatz mit einer anderen Konfiguration aufweisen kann,
und zwar abhängig
von der erwünschten
Betätigungszeitsteuerung des
Einlassventils.
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Der Motor 20 weist auch
eine Reihe von Ventilbetätigungsanordnungen 44 auf
(von denen eine in 2 veranschaulicht
ist). Eine Ventilbetätigungsanordnung 44 kann
vorgesehen sein, um das Auslassventilelement 48 zwischen
den ersten und zweiten Positionen zu bewegen. Eine weitere Ventilbetätigungsanordnungen 44 kann
vorgesehen sein, um das Einlassventilelement 40 zwischen
den ersten und zweiten Positionen zu bewegen.
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Jede Ventilbetätigungsanordnung 44 weist einen
Kipphebel 64 auf, der ein erstes Ende 76, ein zweites
Ende 78 und einen Schwenkpunkt 66 aufweist. Das
erste Ende 76 des Kipphebels 64 ist betriebsmässig in
Eingriff mit dem Einlassventilelement 40 durch einen Ventilschaft 46.
Das zweite Ende 78 des Kipphebels 64 ist betriebsmässig mit
einer Druckstange 63 assoziiert.
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Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann auch
eine Ventilfeder 72 aufweisen. Die Ventilfeder 72 kann
auf den Ventilschaft 46 durch eine Verriegelungsmutter 74 wirken.
Die Ventilfeder 72 kann dahingehend wirken, dass sie das
Einlassventilelement 40 relativ zum Zylinderkopf 30 bewegt.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
wirkt die Ventilfeder 72 dahingehend, dass sie das Einlassventilelement 40 in
die erste Position vorspannt, wodurch das Einlassventilelement 40 mit
dem Ventilsitz 50 in Eingriff kommt, um einen Strömungsmittelfluss
relativ zum Einlassanschluss 36 zu verhindern.
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Das Ventilbetätigungssystem 44 kann
von der Nocke 60 angetrieben wer den. Wie der Fachmann erkennen
wird, wird eine Drehung der Nocke 60 bewirken, dass die
Nockenfolgevorrichtung 62 und die assoziierte Druckstange 63 sich
periodisch zwischen einer oberen Position und einer unteren Position
hin und her bewegen. Die Hin- und Herbewegung der Druckstange 63 bewirkt,
dass der Kipphebel 64 sich um den Schwenkpunkt 66 dreht.
Wenn die Druckstange 63 sich in der Richtung bewegt, die vom
Pfeil 58 gezeigt wird, wird der Kipphebel 64 schwenken
und das erste Ende 76 in der entgegengesetzten Richtung
bewegen. Die Bewegung des ersten Endes 76 bewirkt, dass
jedes Einlassventil 32 sich vom Ventilsitz 50 abhebt
und den Einlassanschluss 36 öffnet. Wenn die Nocke 60 sich
weiterdreht, wird die Ventilfeder 72 auf das erste Ende 76 des
Kipphebels 64 wirken, um jedes Einlassventil 32 zu
der geschlossenen Position zurückzubringen.
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In dieser Weise steuert die Form
und die Orientierung der Nocke 60 die Zeitsteuerung der
Betätigung
der Einlassventile 32. Wie der Fachmann erkennen wird,
kann die Nocke 60 konfiguriert sein, um die Betätigung der
Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 zu
koordinieren. Beispielsweise können
die Einlassventile 32 betätigt werden, um die Einlassanschlüsse 36 zu öffnen, wenn
der Kolben 24 sich innerhalb des Zylinders 22 zurückzieht,
um zu gestatten, dass Luft aus dem Einlassdurchlassweg 41 in
den Zylinder 22 fließt.
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Eine ähnliche Ventilbetätigungsanordnung kann
mit den Auslassventilen 34 verbunden sein. Eine zweite
(nicht gezeigte) Nocke kann mit der Kurbelwelle 27 verbunden
sein, um den Betätigungszeitpunkt
der Auslassventile 34 zu steuern. Die Auslassventile 34 können betätigt werden,
um die Auslassanschlüsse 38 zu öffnen, wenn
der Kolben 24 sich innerhalb des Zylinders 22 vorschiebt,
was gestattet, dass das Abgas aus dem Zylinder 22 in den
Auslassdurchlassweg 43 fließt.
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Wie in 2 gezeigt,
weist die Ventilbetätigungsanordnung 44 auch
eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 80 auf,
beispielsweise einen Verriegelungselektromagneten, der an dem ersten Ende 76 des
Kipphebels
64 angeordnet ist. Die Betätigungsvorrichtung 8G kann
eine Elektromagnetspule 82 und einen Anker 84 aufweisen,
der mit einem Kern 85 gekoppelt ist. Der Anker 84 und
der Kern 85 sind relativ zu der Elektromagnetspule 82 bewegbar.
Beispielsweise können
der Anker 84 und der Kern 85 verschiebbar durch
die Elektromagnetspule 82 bewegbar sein. Die Betätigungsvorrichtung 80 kann
betreibar sein, um mit dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 über ein
Ende 86 des Kerns 85 in Eingriff zu kommen.
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Wie in 1 gezeigt,
kann eine Steuervorrichtung 100 mit jeder Ventilbetätigungsanordnung 44 verbunden
sein. Die Steuervorrichtung 100 kann ein elektronisches
Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor und einen Speicher
hat. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist der Speicher mit dem Mikroprozessor
verbunden und speichert einen Anweisungssatz und Variable. Mit dem
Mikroprozessor und einem Teil des elektronischen Steuermoduls sind verschiedene
andere bekannte Schaltungen verbunden, wie beispielsweise unter
anderem eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung
und eine Elektromagnettreiberschaltung.
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Die Steuervorrichtung 100 kann
programmiert sein, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des
Motors 20 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 programmiert
sein, um die Ventilbetätigungsanordnung,
dass Brennstoffeinspritzsystem und irgendeine andere Funktion zu steuern,
die leicht dem Fachmann offensichtlich sein wird. Die Steuervorrichtung 100 kann
den Motor 20 basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen
des Motors und/oder basierend auf Anweisungen steuern, die von einem
Bediener empfangen wurden.
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Die Steuervorrichtung 100 kann
weiter programmiert sein, um Informationen von einem oder mehreren
Sensoren aufzunehmen, die betriebsmässig mit dem Motor 20 verbunden
sind. Jeder der Sensoren kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere Betriebsparameter
des Motors 20 abzufühlen.
Beispielsweise kann der Motor 20 mit Sensoren ausgerüstet sein,
die konfiguriert sind, um einen oder mehrere der folgenden Größen abzufühlen: die Temperatur
des Motorkühlmittels,
die Temperatur des Motors, die Umgebungslufttemperatur, die Motordrehzahl, die
Belastung des Motors und den Einlassluftdruck.
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Der Motor 20 kann weiter
mit einem Sensor ausgerüstet
sein, der konfiguriert ist, um den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 zu überwachen,
um dadurch die Position der Kolben 24 in ihren jeweiligen Zylindern 22 zu
bestimmen. Der Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 steht
auch in Beziehung zu der Betätigungszeitsteuerung
der Einlassventile 32 und der Auslassventile 34.
Eine beispielhafte Kurvendarstellung 102, die die Beziehung
zwischen dem Ventilbetätigungszeitpunkt
und den Kurbelwellenwinkel anzeigt, ist in 3 veranschaulicht. Wie durch die Kurvendarstellung 102 gezeigt,
wird die Auslassventilbetätigung 104 zeitlich
gesteuert, so dass sie im wesentlichen mit dem Auslasshub des Kolbens 24 zusammenfällt, und
die Einlassventilbetätigung 106 wird
zeitlich so gesteuert, dass sie im wesentlichen mit dem Einlasshub
des Kolbens 24 zusammenfällt. 3 veranschaulicht den Ventilhub für einen
beispielhaften späten
Einlassverschluss 108 und einen beispielhaften herkömmlichen
Verschluss 110.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Basierend auf Informationen, die
von den Motorsensoren geliefert werden, kann die Steuervorrichtung 100 jede
Ventilbetätigungsanordnung 44 betätigen, um
dadurch selektiv einen Miller-Zyklus mit späten Einlass oder einen herkömmlichen
Otto-Zyklus für
jeden Zylinder 22 des Motors 20 einzurichten. Bei
normalen Betriebsbedingungen wird die Einrichtung des Miller-Zyklus
mit späten
Einlass dem gesamten Wirkungsgrad des Motors 20 steigern.
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Die folgende Besprechung beschreibt
die Einrichtung eines Miller-Zyklus mit späten Einlass in einem einzigen
Zylinder 22 des Motors 20. Der Fachmann wird erkennen,
dass das System der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
um selektiv einen Miller-Zyklus mit späten Einlass in allen Zylindern
des Motors 20 einzurichten, und zwar in gleicher oder in ähnlicher
Wei se. Zusätzlich
kann das offenbarte System verwendet werden, um andere Ventilbetätigungsveränderungen
an dem herkömmlichen Diesel-Zyklus
vorzunehmen, wie beispielsweise einen Auslass-Miller-Zyklus.
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Wenn der Motor 20 unter
normalen Betriebsbedingungen arbeitet, richtet die Steuervorrichtung 100 einen
Miller-Zyklus mit späten
Einlass ein, indem sie zuerst einen Strom an der Elektromagnetspule 82 während eines
ersten Teils des Kompressionshubes des Kolbens 24 anliegt.
Der Strom erzeugt ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82,
welches den Anker 84 und den Kern 85 zu einer
ausgefahrenen Position in einer ersten Richtung drückt. Beispielsweise
kann die Elektromagnetspule 82 den Anker 84 und
den Kern 85 in einer Richtung zu der Elektromagnetspule 82 hin
ziehen, so dass das Ende 86 des Kerns 85 mit dem
ersten Ende 76 des Kipphebels 64 in Eingriff steht,
um das Einlassventil 32 für einen ersten Teil des Kompressionshubes
des Kolbens 24 offen zu halten.
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In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist
die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 80 ein
Verriegelungselektromagnet. In einem solchen Ausführungsbeispiel
bleiben der Anker 84 und der Kern 85 in der ausgefahrenen
Position, auch wenn der erste Strom nicht länger an dem Elektromagneten 82 anliegt.
Wenn es erwünscht
ist, zu gestatten, dass das Einlassventil 32 sich schließt, wird
ein zweiter Strom an der Elektromagnetspule 82 in einer Richtung
entgegengesetzt zum ersten Strom angelegt. Der zweite Strom erzeugt
ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82, welches den
Anker 84 und den Kern 85 in einer zurückgezogenen
Position drückt,
und zwar in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung.
Beispielsweise kann die Elektromagnetspule 82 den Anker 84 und
den Kern 85 in einer Richtung weg von der Elektromagnetspule 82 drücken, so
dass das Ende 86 des Kerns 85 nicht länger mit
dem ersten Ende 76 des Kipphebels 64 in Eingriff
steht und gestattet, dass das Einlassventil 32 schließt.
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Es sei bemerkt, dass ein zusätzlicher
Strom an der Elektromagnetspule 82 angelegt werden könnte, wenn
die Kraft der Feder 72 beginnt, das Ventil 32 zu
schließen,
um die Aufschlagkraft des Ventilelementes 48 auf den Ventilsitz 50 zu
reduzieren. Dieser zusätzliche
Strom kann einen Wert zwischen den ersten und zweiten Strömen haben.
Der zusätzliche
Strom kann den Anker 84 und den Kern 85 zu der
ausgefahrenen Position zurückbringen
und den Anker 84 und den Kern 85 in einer ausgefahrenen
Position halten.
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Ein beispielhafter später Einlassverschluss 108 ist
in 3 veranschaulicht.
Wie gezeigt wird die Einlassventilbetätigung 106 in einen
Teil des Kompressionshubes des Kolbens 24 erweitert. Dies
gestattet, dass ein Teil der Luft in dem Zylinder 22 entweicht.
Die Menge der Luft, die aus dem Zylinder 22 entweichen
darf, kann gesteuert werden, indem man den Kurbelwellenwinkel einstellt,
bei dem der erste Strom an die Elektromagnetspule 82 der
elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 80 angelegt
wird. Der erste Strom kann an die Elektromagnetspule 82 bei
einem früheren
Kurbelwellenwinkel angelegt werden, um die Menge der entweichenden
Luft zu verringern, oder bei einem späteren Kurbelwellenwinkel, um
die Menge der entweichenden Luft zu vergrößern.
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Die elektronische Betätigungsvorrichtung 80 kann
auch betätigt
werden, um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der die Einlassventile 32 geschlossen
werden. Dies kann verhindern, dass die Ventilelemente 40 beschädigt werden,
wenn man die Einlassanschlüsse 36 schließt. Beispielsweise
kann unabhängig
davon, ob die Steuervorrichtung 100 einen Miller-Zyklus
mit späten
Einlass oder einen herkömmlichen
Diesel-Zyklus einrichtet, ein Strom an der Elektromagnetspule 82 zu
einem Zeitpunkt angelegt werden, wenn das Einlassventil 32 schließt. Beispielsweise
wird während
eines Miller-Zyklus mit spätem
Einlass dieser Strom angelegt, nachdem die zuvor beschriebenen ersten
und zweiten Ströme
angelegt wurden. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld an der Elektromagnetspule 82,
welches den Anker 84 und den Kern 85 zu der ausgefahrenen
Position in der ersten Richtung drückt, um mit dem ersten Ende 76 des
Kipphebels 64 in Eingriff zukommen. Die Kraft des Magnetfeldes
ist stark genug, um den Verschluss des Einlassventils 32 zu
stoppen, jedoch nicht stark genug, um einen Schaden an dem Ventilschaft 46 oder
an dem Kipphebel 64 zu verursachen. Ein umgekehrter Strom
kann kurz danach angelegt werden, um zu gestatten, dass das Einlassventil 32 sich
weiter ohne eine signifikante Verzögerung schließt, während das
Verschlussmoment des Einlassventils 32 verlangsamt wird,
um den Stoß des
Ventilelementes 40 auf den Ventilsitz 50 zu reduzieren.
Der Effekt des Stroms zur Verringerung der Verschlussgeschwindigkeit
des Einlassventils ist aus der allmählichen Verjüngung der
Verschlusskurve 108 bei spätem Einlass zu sehen, wenn
sich der Kompressionshub des Kolbens 24 dem oberen Totpunkt
nähert.
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Es sei bemerkt, dass andere Alternativen
zur Verringerung der Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 existieren.
Beispielsweise kann ein (nicht gezeigter) Stoßdämpfer zwischen dem Kern 85 und
dem Kipphebel 64 angeordnet sein. Der Stoßdämpfer kann
ein Feder/Dämpfer-Element
aufweisen, wie beispielsweise ein abgeschlossenes hydraulisches,
pneumatisches oder aus Elastomer bestehendes Element. Als ein weiteres
Beispiel kann eine (nicht gezeigte) Nocke verwendet werden, um die
Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 zu reduzieren.
Eine solche Nocke kann als eine "Abbremsungsnocke" oder "Übergabenocke" bezeichnet werden,
weil sie die Verschlussgeschwindigkeit des Ventilelementes 32 beim Übergabepunkt oder
Auftreffpunkt reduziert.
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Das offenbarte Motorventilbetätigungssystem
kann selektiv den Zeitpunkt der Betätigung des Einlassventils und/oder
des Auslassventils eines Verbrennungsmotors ändern. Die Betätigung der
Motorventile kann auf abgefühlten
Betriebsbedingungen des Motors basieren. Beispielsweise kann das
Motorventilbetätigungssystem
einen Miller-Zyklus mit spätem
Einlass einrichten, wenn der Motor unter normalen Betriebsbedingungen
arbeitet, und der Miller-Zyklus mit spätem Einlass kann ausgeschaltet werden,
wenn der Motor unter anderen Bedingungen arbeitet. Das Motorventilbetätigungssystem
kann verwendet werden, um den Miller-Zyklus mit spätem Einlass
während
des Kaltstarts des Motors oder während
anderen Bedingungen mit kaltem Motor einzurichten, da die betriebliche
Zuverlässigkeit
der elektromagneti schen Betätigungsvorrichtung 80 nicht von
der Betriebstemperatur abhängt.
Somit sieht die vorliegende Erfindung ein flexibles Motorventilbetätigungssystem
vor, welches sowohl eine verbesserte Kaltstartfähigkeit als auch Gewinne bei
der Brennstoffausnutzung bietet.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich
sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem offenbarten
Motorventilbetätigungssystem
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.