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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasrückführung(AGR)-System und ein Verfahren, um das System mittels gepaarten Zylindern zu betreiben.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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In zahlreichen Verbrennungsmotoren können Abgase generiert werden, während Verbrennungskammern oder Verbrennungszylinder deren Zündhübe durchführen. Die Abgasrückführung (AGR) ist ein häufig verwendetes Verfahren, um dieses Abgas zur Verbesserung der Verbrennungseffizienz zu nutzen. Im Allgemeinen verbessert die Abgasrückführung den Kraftstoffverbrauch und verringert die Emission von Stickoxiden (NOx), indem die Abgase durch Verbrennungsmotorzylinder zurückgeführt werden, wobei sie Kraftstoff und Luft ansaugen.
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Moderne AGR-System können eine Hochdruck-Leitung (z.B. Förderung), bei der das Abgas von anderen Zylindern in eine Verbrennungskammer oder einen Verbrennungszylinder umgeleitet wird, oder eine Niederdruck-Leitung verwenden, bei der das Abgas in die Zylinder umgeleitet wird, nachdem es einen Katalysator passiert hat. In beiden dieser Systeme werden die Abgase schließlich durch einen Abgaspfad aus dem Verbrennungsmotor ausgelassen. Diese Gase können entlang vieler Punkte in deren Abgaspfade zurück zu den Zylindern umgeleitet werden, um die Abgasrückführung durchzuführen. Es besteht immer noch ein Bedürfnis für verbesserte AGR-Systeme und Verfahren, um diese Systeme zu betreiben.
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Aus der
JP H10 - 252 486A ist bekannt: ein Verbrennungsmotor, der eine Längsachse definiert, der Verbrennungsmotor aufweisend: einen ersten Zylinder, der zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Verbrennungsmotors positioniert ist, wobei die erste Seite in Bezug auf die Längsachse gegenüberliegend zur zweiten Seite ist, der erste Zylinder eine erste Primärauslassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem ersten Primärauslassventil verbunden ist, eine erste Primäreinlassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem ersten Primäreinlassventil verbunden ist, eine erste Hilfsauslassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem ersten Hilfsauslassventil verbunden ist, und eine erste Hilfseinlassöffnung hat, welche wirkungsmäßig mit einem ersten Hilfseinlassventil verbunden ist, einen zweiten Zylinder, der in Reihe mit dem ersten Zylinder und zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite des Verbrennungsmotors positioniert ist, wobei der zweite Zylinder eine zweite Primärauslassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem zweiten Primärauslassventil verbunden ist, eine zweite Primäreinlassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem zweiten Primäreinlassventil verbunden ist, eine zweite Hilfsauslassöffnung, welche wirkungsmäßig mit einem zweiten Hilfsauslassventil verbunden ist, und eine zweite Hilfseinlassöffnung hat, welche wirkungsmäßig mit einem zweiten Hilfseinlassventil verbunden ist, den Primärauslasskrümmer, der auf der ersten Seite des Verbrennungsmotors positioniert ist, wobei der Abgasrückführung-Krümmer auf der zweiten Seite des Verbrennungsmotors positioniert ist, wobei die erste und die zweite Primärauslassöffnung mit dem Primärauslasskrümmer in wahlweiser Fluidverbindung sind, und die erste Hilfsauslassöffnung, die erste Hilfseinlassöffnung, die zweite Hilfsauslassöffnung und die zweite Hilfseinlassöffnung mit dem Abgasrückführung-Krümmer in wahlweiser Fluidverbindung sind. Ferner ist aus der
JP H10 - 252 486 A ein Verfahren zum Betreiben der Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor bekannt, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen des Verbrennungsmotors, der aufweist einen ersten Zylinder, welcher eine erste Primärauslassöffnung, eine erste Primäreinlassöffnung, eine erste Hilfsauslassöffnung und eine erste Hilfseinlassöffnung hat, und einen zweiten Zylinder, welcher eine zweite Primärauslassöffnung, eine zweite Primäreinlassöffnung, eine zweite Hilfsauslassöffnung und eine zweite Hilfseinlassöffnung hat, Ansaugen von Luft in den zweiten Zylinder über die zweite Primäreinlassöffnung, Zünden des ersten Zylinders, wobei das Zünden des ersten Zylinders ein erstes Abgas generiert, Ansaugen des Teils des ersten Abgases von der ersten Hilfsauslassöffnung nur in die zweite Hilfseinlassöffnung, und Ausstoßen eines restlichen Teils des ersten Abgases durch die erste Primärauslassöffnung.
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DE 11 2014 002 679 T5 offenbart eine Kraftmaschine, die mindestens einen Zylinder aufweist, wobei der Zylinder mindestens ein Vorauslassventil, mindestens ein Spülstrom-Auslassventil und mindestens ein Ansaugventil hat, wobei die Kraftmaschine ferner einen ersten Aktor, der mit dem mindestens einen Vorauslassventil verbunden ist, und einen zweiten Aktor, der mit dem Spülstrom-Auslassventil verbunden ist, aufweist, und einen Controller, der mit entweder dem ersten oder dem zweiten Aktor verbunden und dafür geeignet und ausgelegt ist, die Steuerzeiten entweder des Vorauslassventils oder des Spülstrom-Auslassventils vorzuverlegen, wenn der Controller ein Bremssignal empfängt.
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US 3 623 463 A offenbart einen Viertakt-Verbrennungsmotor, bei dem Ansaugung und Verdichtung in einem Zylinder und Expansion und Ausstoß in einem anderen Zylinder mit größerem Volumen erfolgen, um dadurch das Expansionsverhältnis zu erhöhen. Das Einlassventil für den Verdichtungszylinder, das Auslassventil für den Expansions- oder Arbeitszylinder und ein Übertragungsventil zwischen den Zylindern werden alle mittels Nocken betätigt, die an der Kurbelwelle befestigt sind, wodurch eine Nockenwelle mit halber Drehzahl und ihr Steuerzahnrad- oder Kettentrieb entfallen, wodurch alle vier genannten Vorgänge in einer Umdrehung der Kurbelwelle und nicht in zwei Umdrehungen derselben wie beim herkömmlichen Viertakt-Ottomotor stattfinden. Weitere optionale Merkmale sind ein isolierter Kolben im Arbeitszylinder, der eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades bewirkt, und ein Wärmetauscher für die komprimierte Ladung, der die Abwärme des Abgases nutzt, um eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades zu erreichen.
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DE 10 2007 053 126 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, welche enthält: wenigstens eine einen Brennraum enthaltende Kolben-/Zylindereinheit, einen in den Brennraum führenden Einlasspfad, einen aus dem Brennraum führenden Abgaspfad mit einem Abgaskrümmer, einen vom Abgaskrümmer in den Einlasspfad führenden Abgasrückführpfad und eine Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases, wobei die Kühleinrichtung zum Kühlen des rückgeführten Abgases den Abgaskrümmer kühlt und der Abgasrückführpfad aus dem gekühlten Abgaskrümmer abzweigt
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Erläuterung der Erfindung
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Die Erfindung stellt einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 4 bereit. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Als ein möglicher Vorteil der Erfindung kann das AGR-System eine direkte Paarbildung zwischen Zylindern und eine direkte Leitung (z.B. Förderung) von Abgasen von einem Zylinder in den anderen bereitstellen. Diese direkte Leitung kann ermöglichen, dass der ansaugende Zylinder, der das Ausstoßabgas während seines Ansaugtaktes erhält, das anfängliche Hochdruck-Hochenergieabgas nutzt. Wie einem Fachmann ersichtlich, würde, wenn solch ein Hochenergieabgas durch zahlreiche Pfade, die möglicherweise länger in der Länge sind, geleitet werden müssten, dieses Gas beim Eintritt in den ansaugenden Zylinder nicht so viel hohe Energie beibehalten.
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Die vorliegende Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verstanden werden.
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Figurenliste
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- 1 stellt eine teilweise, schematische Draufsicht eines Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
- Die 2A-G stellen Betriebsschritte des Verbrennungsmotors aus 1 dar.
- Die 3A-C stellen Zylinderzündsequenzen des Verbrennungsmotors aus 1 dar.
- Die 4A-C stellen ein Ventilbetätigungssystem des Verbrennungsmotors aus 1 dar; und
- die 5A-B stellen Kammern des Verbrennungsmotors aus 1 dar.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen, ausführlicher beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen werden für das allgemeine Verständnis des Aufbaus der zahlreichen Ausführungsformen bereitgestellt. Jedoch kann diese Offenbarung in vielen verschiedenen Formen realisiert werden. Diese Figuren sollten nicht als einschränkend ausgelegt werden und sie sind nicht notwendigerweise maßstabgerecht.
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Die folgenden Definitionen werden in dieser Anmeldung verwendet.
- „BDC“ bezeichnet einen unteren Totpunkt.
- „EG“ bezeichnet ein Abgas.
- „SOHC“ bezeichnet eine einzelne, obenliegende Nockenwelle.
- „TDC“ bezeichnet einen oberen Totpunkt.
- „TWC“ bezeichnet einen Drei-Wege-Katalysator (z.B. Drei-Wege-Fahrzeugkatalysator).
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1 stellt eine schematische Draufsicht eines Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. 1 zeigt vier Zylinder (16, 76, 106, 46), die zueinander in Reihe angeordnet sind. Wie deutlich werden wird, wird ein Fachmann verstehen, dass eine jede Anzahl von geradzahligen Zylindern in diesem Verbrennungsmotor verwendet werden kann, und die Zylinder können in Reihe oder gedreht (z.B. in einer V-Form oder dergleichen) sein. Die vier Zylinder des Verbrennungsmotors, die in Reihe sind, definieren eine Längsachse 138. Die Längsachse 138 teilt den Verbrennungsmotor im Allgemeinen in zwei gegenüberliegende Seiten des Verbrennungsmotors (1, 2).
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Die erste Seite 11 enthält den Primäreinlasskrümmer 15 und den Primärauslasskrümmer 17. Die zweite Seite 13 enthält den AGR-Krümmer (bzw. AGR-Sammelleitung) 6, der gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist. Wie in 1 gezeigt, kann die Einlassluft (z.B. Ansaugluft) über den Primäreinlasskrümmer 15, der mit einer Drossel gekoppelt ist und von einem wassergekühlten Luftkühler („WCAC“) gekühlt wird, in den Verbrennungsmotor gelangen. Gleichermaßen kann das Abgas (EG) durch den Primärauslasskrümmer 17, eine Turbine und den Drei-Wege-Katalysator (TWC) austreten.
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Ein jeder der vier, dargestellten Zylinder hat vorzugsweise vier Öffnungen, die wirkungsmäßig mit vier Ventilen verbunden sind. Beispielsweise hat der erste Zylinder 16 eine erste Primärauslassöffnung 21, die wirkungsmäßig mit einem ersten Primäreinlassventil 19 verbunden ist, und eine erste Primäreinlassöffnung 25, die mit einem ersten Primäreinlassventil 23 verbunden ist. Der erste Zylinder 16 hat auch eine erste Hilfsauslassöffnung 28, die wirkungsmäßig mit einem ersten Hilfsauslassventil 18 verbunden ist, und eine erste Hilfseinlassöffnung 36, die mit einem ersten Hilfseinlassventil 30 verbunden ist. In einem weiteren Beispiel kann der zweite Zylinder 46 auch eine zweite Hilfsauslassöffnung 58, die wirkungsmäßig mit einem zweiten Hilfsauslassventil 48 verbunden ist, und eine zweite Hilfseinlassöffnung 66 haben, die wirkungsmäßig mit einem zweiten Hilfseinlassventil 60 verbunden ist.
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Der Verbrennungsmotor kann ferner einen Ventilaktuator (nicht gezeigt), wie z.B. eine Nockenwelle, haben, der mit dem ersten Hilfsauslassventil, dem ersten Hilfseinlassventil, dem zweiten Hilfsauslassventil und dem zweiten Hilfseinlassventil verbunden ist, um jeweilig die erste Hilfsauslassöffnung, die erste Hilfseinlassöffnung, die zweite Hilfsauslassöffnung und die zweite Hilfseinlassöffnung zu öffnen und zu schließen. Der Ventilaktuator kann die Ventile betätigen, um die erste Hilfsauslassöffnung 28 direkt nur mit der zweiten Hilfseinlassöffnung 66 zu verbinden. Gleichermaßen kann der Ventilaktuator auch die zweite Hilfsauslassöffnung 58 direkt nur mit der ersten Hilfseinlassöffnung 36 verbinden. Dies stellt einen direkten Austausch von Abgas nur zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder (16, 46) bereit.
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Wie in 1 gezeigt, kann der Verbrennungsmotor ferner einen dritten Zylinder 76 und einen vierten Zylinder 106 haben. Wie bei dem ersten und zweiten Zylinder kann der dritte Zylinder 76 eine dritte Hilfsauslassöffnung 88, die wirkungsmäßig mit einem dritten Hilfsauslassventil 78 verbunden ist, und eine dritte Hilfseinlassöffnung 96 haben, die wirkungsmäßig mit einem dritten Hilfseinlassventil 90 verbunden ist. Der vierte Zylinder 106 kann eine vierte Hilfsauslassöffnung 118, die wirkungsmäßig mit dem vierten Hilfsauslassventil 108 verbunden ist, und eine vierte Hilfseinlassöffnung 126 haben, die wirkungsmäßig mit einem vierten Hilfseinlassventil 120 verbunden ist.
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Wie oben erläutert, kann der Ventilaktuator wirkungsmäßig mit dem dritten Hilfsauslassventil, dem dritten Hilfseinlassventil, dem vierten Hilfsauslassventil und dem vierten Hilfseinlassventil verbunden werden, um jeweilig die dritte Hilfsauslassöffnung, die dritte Hilfseinlassöffnung, die vierte Hilfsauslassöffnung und die vierte Hilfseinlassöffnung zu öffnen und zu schließen. Der Ventilaktuator kann die Ventile betätigen, um die dritte Hilfsauslassöffnung 88 direkt nur mit der vierten Hilfseinlassöffnung 126 zu verbinden, und die vierte Hilfsauslassöffnung 118 direkt nur mit der dritten Hilfseinlassöffnung 96 zu verbinden. Dies stellt einen direkten Austausch von Abgas (EG) nur zwischen dem dritten und dem vierten Zylinder (76, 106) bereit.
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Durch direktes Bereitstellen der Abgasrückführung zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder (oder dem dritten und dem vierten Zylinder) wird die Abgas-Phaseneinteilung vereinfacht. Gleichermaßen werden Probleme mit der kontrollierten Verteilung unter den Zylindern (mangelhafte Verteilung) gemindert oder beseitigt. Die Struktur, um die Abgasrückführung durchzuführen, wird auch vereinfacht, da ein einzelner Krümmer mit begrenzter Leitung (z.B. Verrohrung) und eine einzelne Nockenwelle in diesem Entwurf verwendet werden können.
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Dieser direkte Austausch von Abgas kann durch Bildung des AGR-Krümmers (z.B. AGR-Sammelleitung) 6 erreicht werden. Der AGR-Krümmer 6 kann einen ersten Strömungspfad 38 aufweisen, der mit der ersten Hilfsauslassöffnung 28 verbunden ist und sich nur von der ersten Hilfsauslassöffnung 28 zu der zweiten Hilfseinlassöffnung 66 erstreckt. Der erste Strömungspfad 38 kann über die erste Hilfsauslassöffnung 28 und eine zweite Hilfseinlassöffnung 66 in wahlweiser Fluidverbindung mit dem ersten Zylinder 16 und dem zweiten Zylinder 46 sein.
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Gleichermaßen kann der AGR-Krümmer 6 einen zweiten Strömungspfad 68 aufweisen, der mit der zweiten Hilfsauslassöffnung 58 verbunden ist und sich nur von der zweiten Hilfsauslassöffnung 58 zu der ersten Hilfseinlassöffnung 36 erstreckt. Der zweite Strömungspfad 68 kann über die zweite Hilfsauslassöffnung 58 und die erste Hilfseinlassöffnung 36 in wahlweiser Fluidverbindung mit dem ersten Zylinder 16 und einem zweiten Zylinder 46 sein. Auf diese Weise kann ein erstes Abgas 44 von der ersten Hilfsauslassöffnung 28 nur zu der zweiten Hilfseinlassöffnung 66 strömen. Ein zweites Abgas 74 kann von der zweiten Hilfsauslassöffnung 58 nur zu der ersten Hilfseinlassöffnung 36 strömen. Der Verbrennungsmotor kann ein drittes Abgas 104 in einem dritten Strömungspfad 98 und ein viertes Abgas 134 in einem vierten Strömungspfad 128 generieren, wobei ein jedes ähnlich zu dem ersten und zweiten Abgas (44, 74) ist.
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Der erste Strömungspfad 38 und ein zweiter Strömungspfad 68 können in ähnlicher Weise ausgebildet sein. Beispielsweise können der erste Strömungspfad 38 und ein zweiter Strömungspfad 68 die gleiche Länge haben und das gleiche Volumen fassen. In einem Beispiel kann der erste Strömungspfad eine erste Strömungspfadlänge 40 haben und der zweite Strömungspfad kann eine zweite Strömungspfadlänge 70 haben, so dass eine jede Länge kleiner oder gleich 1 Meter (m) ist. Diese 1-Meter-Länge oder kürzere Länge kann Vorteile in der direkten Strömung des Ausstoßabgases bereitstellen.
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Es ist ersichtlich, dass weder der erste Zylinder 16 noch der zweite Zylinder 46 über deren entsprechende Hilfsauslassöffnungen und Hilfseinlassöffnungen mit einem von dem dritten Zylinder 76 oder dem vierten Zylinder 106 fluidverbunden sein können.
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1 stellt auch zwei Kammern innerhalb des AGR-Krümmers 6 dar. Beispielsweise kann der AGR-Krümmer 6 eine erste Kammer 8 mit einer ersten Länge und einem ersten Volumen 10 und eine zweite Kammer 12 mit einer zweiten Länge und einem zweiten Volumen 14 haben. Beide Kammern (10, 12) können hier sichtbar sein, aber es ist ersichtlich, dass in einer Draufsicht eine Kammer auch von der anderen verdeckt (z.B. unterhalb der anderen) sein kann.
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Die erste Kammer 8 kann den ersten Zylinder 16 direkt nur mit dem zweiten Zylinder 46 verbinden. Die zweite Kammer 12 kann den dritten Zylinder 76 direkt nur mit dem vierten Zylinder 106 verbinden. Wie bei der ersten und der zweiten Strömungspfadlänge (40, 70) kann die erste Länge ungefähr oder im Wesentlichen die Gleiche sein wie die zweite Länge. Gleichermaßen kann das erste Volumen 10 ungefähr oder im Wesentlichen das Gleiche sein wie das zweite Volumen 14. Die erste Kammer 8 kann mit der zweiten Kammer 12 nicht in Fluidverbindung sein oder kann außerhalb einer Fluidverbindung mit der zweiten Kammer 12 sein.
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In 1 kann ein jeder dargestellter Krümmer ein Kühlelement haben, das an dem Krümmer (z.B. um den Krümmer herum) angeordnet ist. Beispielsweise kann das Kühlelement oder die Kühleinheit 160 um den Primäreinlasskrümmer 15 herum angeordnet sein, und das Kühlelement 162 kann um den AGR-Krümmer 6 herum angeordnet sein. Das Kühlelement kann wassergekühlt, luftgekühlt oder dergleichen sein, wie einem Fachmann bekannt ist.
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Ein jeder Zylinder kann Primäröffnungen, die auf der ersten Seite 11 angeordnet sind, und Sekundäröffnungen haben, die auf der zweiten Seite 13 angeordnet sind. Beispielsweise ist der erste Zylinder 16 zwischen der ersten Seite 11 und einer zweiten Seite 13 des Verbrennungsmotors positioniert. Der erste Zylinder 16 hat eine erste Primärauslassöffnung 21 und eine erste Primäreinlassöffnung 25, die auf der ersten Seite 11 positioniert sind, und die erste Hilfsauslassöffnung 28 und die zweite Hilfseinlassöffnung 36, die auf der zweiten Seite 13 positioniert sind.
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Gleichermaßen hat der zweite Zylinder 46 die zweite Primärauslassöffnung und die zweite Primäreinlassöffnung, die auf der ersten Seite 11 positioniert sind, und die zweite Hilfsauslassöffnung 58 und die zweite Hilfseinlassöffnung 66, die auf der zweiten Verbrennungsmotorseite 13 positioniert sind. In dieser Anordnung sind die erste Primärauslassöffnung und die zweite Primärauslassöffnung in wahlweiser Fluidverbindung mit dem Primärauslasskrümmer 17. Somit können die erste Hilfsauslassöffnung, die erste Hilfseinlassöffnung, die zweite Hilfsauslassöffnung und die zweite Hilfseinlassöffnung in wahlweiser Fluidverbindung mit dem AGR-Krümmer 6 sein. Diese Anordnung ist auch bei dem dritten und vierten Zylinder (76, 106) ersichtlich.
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Durch Bereitstellen des AGR-Auslassens (z.B. AGR-Ausstoßung) und AGR-Einlassens (z.B. AGR-Ansaugung) auf der gleichen Seite des Verbrennungsmotors können die Strömungspfade verkürzt werden (z.B. ≤ 1m). Außerdem kann diese Anordnung eine vereinfachte Leitung (z.B. Förderung) ermöglichen (z.B. ein einzelner Krümmer ohne zusätzliche Leitungen oder Rohre).
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2 stellt Seitenansichten des hierin erläuterten Verbrennungsmotors dar, der die Abgasrückführung durchführt. Wie oben erläutert, kann der Verbrennungsmotor vier Zylinder mit jeweils vier Öffnungen haben. In 2 sind nur zwei Öffnungen pro Zylinder gezeigt, da die zwei anderen Öffnungen verdeckt sein können. Der erste Zylinder 16 hat eine erste Primärauslassöffnung 21 und eine erste Primäreinlassöffnung 25. Der erste Zylinder 16 hat auch eine erste Hilfsauslassöffnung und eine erste Hilfseinlassöffnung (verdeckt von den Primäröffnungen).
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Die Öffnungen können wirkungsmäßig mit einem Ventilaktuator verbunden werden, wie z.B. einer Nockenwelle 136. Die Hilfsventile (verdeckt in dieser Ansicht) können von unten weiter erläuterten Schlepphebeln (20, 50, 80, 110) betätigt werden. Ein jeder Schlepphebel kann von einem Schlepphebelnocken um die Nockenwelle 136 (26, 56, 86, 116) herum (z.B. von einem um die Nockenwelle herum angeordneten Schlepphebelnocken) betätigt werden. Beispielsweise kann ein erster Schlepphebel 20 so betätigt werden, dass er die erste Hilfseinlassöffnung durch einen ersten Schlepphebelnocken 26 öffnet und verschließt. Diese Betätigung wird im weiteren Detail nachfolgend in 3 diskutiert.
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Es ist verständlich, dass der zweite Zylinder 46, der dritte Zylinder 76 und der vierte Zylinder 106 mit einer Primärauslassöffnung, einer Primäreinlassöffnung, einer Hilfsauslassöffnung und einer Hilfseinlassöffnung jeweilig die gleiche Anordnung wie der erste Zylinder 16 haben. In 2A ist der Ventilaktuator 136 bei einem 0 ° Kurbelwinkel positioniert. Der erste Zylinder 16 ist am oberen Totpunkt (TDC) und bereitet sich für seinen Zündtakt vor, und der dritte Zylinder 76 ist am unteren Totpunkt (BCD) nach dem Ausstoßen. In dieser Position saugt der zweite Zylinder 46 Luft über die zweite Primäreinlassöffnung an.
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In 2B ist der Kurbelwinkel auf 50 ° gedreht und der erste Zylinder 16 ist in seinem Zündtakt und generiert ein erstes Abgas. Die Zündung drückt den ersten Zylinder 16 in Richtung zu dem unteren Totpunkt (BDC) und stößt einen Teil des ersten Abgases nur durch die erste Hilfsauslassöffnung aus. Nachdem das erste Abgas nur durch die erste Hilfsauslassöffnung ausgestoßen wurde, saugt der zweite Zylinder 46 den Teil des ersten Abgases von der Hilfsauslassöffnung nur in die zweite Hilfseinlassöffnung an. Nachdem der Teil des ersten Abgases in den zweiten Zylinder 46 angesaugt wurde, wird ein restlicher Teil des ersten Abgases durch die erste Primärauslassöffnung 21 ausgestoßen.
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In 2C ist der Kurbelwinkel auf 180 ° gedreht, und der vierte Zylinder 106 bereitet sich für seinen Zündtakt vor. Zu diesem Zeitpunkt saugt der dritte Zylinder 76 Luft über die dritte Primäreinlassöffnung an. In 2D ist der Kurbelwinkel auf 230 ° gedreht, und der vierte Zylinder 106 ist in seinem Zündtakt und generiert ein viertes Abgas. Ein Teil des vierten Abgases wird nur durch die vierte Hilfsauslassöffnung ausgestoßen. Der Teil des vierten Abgases (z.B. Hilfsabgases) wird nur in die dritte Hilfseinlassöffnung angesaugt. Anschließend wird ein restlicher Teil des vierten Abgases durch die vierte Primärauslassöffnung ausgestoßen, um den Zylinder zu leeren.
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In 2E ist der Kurbelwinkel auf 360 ° gedreht, und der zweite Zylinder 46 bereitet sich für seinen Zündtakt vor. In dieser Position saugt der erste Zylinder 16 über die erste Primäreinlassöffnung 25 Luft an. In 2F ist der zweite Zylinder 46 in seinem Zündtakt und generiert ein zweites Abgas. Ein Teil des zweiten Abgases wird nur durch die zweite Hilfsauslassöffnung ausgestoßen. Anschließend wird der Teil des zweiten Abgases (z.B. zweiten Hilfsabgases) von der zweiten Hilfsauslassöffnung nur in die erste Hilfseinlassöffnung angesaugt. Nach dem Ansaugen wird ein restlicher Teil des zweiten Abgases durch die zweite Primärauslassöffnung ausgestoßen.
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In 2G ist der Kurbelwinkel auf 540 ° um den Ventilaktuator 136 gedreht, und der vierte Zylinder saugt über die vierte Primäreinlassöffnung Luft an. Anschließend kann der dritte Zylinder zünden, wobei das Zünden des dritten Zylinders ein drittes Abgas generiert. Ein Teil des dritten Abgases kann nur durch die dritte Hilfsauslassöffnung ausgestoßen werden. Dann kann ein Teil des dritten Abgases von der dritten Hilfsauslassöffnung nur in die vierte Hilfseinlassöffnung angesaugt werden. Anschließend kann ein restlicher Teil des dritten Abgases durch die dritte Primärauslassöffnung ausgestoßen werden.
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Wie in den 2A-G gezeigt, kann die gesamte Zündsequenz und Ausstoßsequenz sein: Zylinder 16, Zylinder 106, Zylinder 46, Zylinder 76. Die gesamte Ansaugsequenz kann sein: Zylinder 46, Zylinder 76, Zylinder 16, Zylinder 106.
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Die 3A-C zeigen weitere Details des Zündens und Ansaugens für zwei gepaarte Zylinder. Beispielsweise ist der erste Zylinder 16 mit dem Kolben 210 in seinem Zündtakt. In diesem Zündtakt beim 50 ° Kurbelwinkel würde die Einlassöffnung 36 geschlossen sein, und die Auslassöffnung 28 würde von dem ersten Zylinder 16 in den zweiten Zylinder 46 ausstoßen. Der zweite Zylinder 46 mit dem Kolben 220 kann in seinem Ansaugtakt sein. In dieser Position würde der zweite Zylinder 46 Abgas direkt von der ersten Hilfsausauslassöffnung 28 in die zweite Hilfseinlassöffnung 66 ansaugen. Die zweite Hilfsauslassöffnung 58 würde geschlossen sein.
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Wenn der Zylinder 16 ansaugt, wird das erste Primäreinlassventil 23 offen sein für die Luft 170 und das erste Hilfseinlassventil 30 wird offen sein, um das zweite Abgas 74 anzusaugen. Die Linie B-B stellt eine Draufsicht dar, die weiter in 3B gezeigt ist. 3B zeigt die Oberseite des ersten und des zweiten Zylinders (16, 46), wenn der erste Zylinder 16 in seinem Zündtakt ist und der zweite Zylinder 46 in seinem Ansaugtakt ist. Die erste Hilfsauslassöffnung 28 ist offen, um zu ermöglichen, dass der erste Strömungspfad 38 nur von der ersten Hilfsauslassöffnung 28 direkt mit der zweiten Hilfseinlassöffnung 66 verbindet, die auch offen ist.
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Gleichzeitig ist die zweite Primäreinlassöffnung des zweiten Zylinders 46 auch offen. Zu diesem Zeitpunkt ist die zweite Primärauslassöffnung des zweiten Zylinders 46 geschlossen, die zweite Hilfsauslassöffnung 58 ist geschlossen und der zweite Strömungspfad 68 enthält kein Abgas (EG). Die erste Hilfseinlassöffnung 36 ist geschlossen, und die erste Primärauslassöffnung und die erste Primäreinlassöffnung (21, 25) sind auch geschlossen.
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3C zeigt Graphen der gepaarten ersten und zweiten Zylinder (16, 46). Beispielsweise beginnt der erste Zylinder 16, ein erstes Abgas bei ungefähr 50 ° Kurbelwinkel auszustoßen, was im Gipfel (z.B. Höchstwert) 222 gezeigt ist. Nachdem ein Teil des ersten Abgases ausgestoßen ist, wird im Gipfel 224 der restliche Teil des ersten Abgases durch die erste Primärauslassöffnung ausgestoßen. Bei etwa 360 ° Kurbelwinkel beginnt der erste Zylinder 16 Luft anzusaugen, was im Gipfel 226 gezeigt ist.
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Entsprechend beendet der zweite Zylinder 46 im Gipfel 228 ein Ausstoßen eines zweiten Abgases durch die zweite Primärauslassöffnung. Anschließend beginnt im Gipfel 230 der zweite Zylinder 46 seinen Ansaugtakt. Dieser Ansaugtakt beginnt etwas vor dem Zeitpunkt, bei dem der erste Zylinder 16 beginnt, das erste Abgas auszustoßen (Gipfel 222). Als Nächstes beginnt im Gipfel 232 der zweite Zylinder 46, das erste Abgas durch die zweite Hilfseinlassöffnung anzusaugen.
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Die 4A-C zeigen weitere Details des Ventilaktuators und der Schlepphebel zum Steuern der Zylinder. Der Ventilaktuator 136 kann eine einzelne, obenliegende Nockenwelle (SOHC) sein. Weiter bevorzugt hat der Ventilaktuator 136 eine Nocken-in-Nocken-Anordnung, um die Betätigung der Primärventile und Hilfsventile unterzubringen. 4A stellt einen jeden Zylinder dar, der drei wirkungsmäßig verbundene Nocken um die Nockenwelle 136 herum hat. Der Nocke E kann das Primärauslassventil steuern. Der Nocken I kann das Primäreinlassventil steuern. Der dritte Nocken, der bei einem jeden Zylinder positioniert ist, kann den zu einem jeden Zylinder dazugehörigen Schlepphebel steuern (d.h. ein Schlepphebelnocken 26, 56, 86, 116).
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Die Linie B-B stellt eine in 4B gezeigte Draufsicht dar. 4B stellt eine Draufsicht dar. Der Nocken (bzw. die Nockenwelle) 136 ist über dem Primärauslassventil und dem Primäreinlassventil eines jeden Zylinders positioniert. Außerdem sind das Hilfsauslassventil und das Hilfseinlassventil neben dem Primärauslassventil und dem Primäreinlassventil gezeigt. Ein jedes Hilfsauslassventil und Hilfseinlassventil hat einen darüber positionierten, korrespondieren Schlepphebel. 4C stellt einen beispielhaften Schlepphebel (z.B. erster Schlepphebel 20) dar.
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Der erste Schlepphebel 20 wird als ein Beispiel verwendet, um die Details eines jeden Schlepphebels (50, 80, 110) zu demonstrieren. Der erste Schlepphebel 20 kann in einer ersten Einlassposition wirkungsmäßig mit dem ersten Hilfseinlassventil verbunden werden. Die erste Einlassposition ermöglicht, dass der erste Zylinder direkt von dem zweiten Zylinder ansaugt. Der erste Schlepphebel 20 kann in einer ersten Auslassposition wirkungsmäßig mit dem ersten Hilfsauslassventil verbunden werden. Die erste Auslassposition ermöglicht, dass der erste Zylinder direkt in den zweiten Zylinder ausstößt.
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Gleichermaßen kann der zweite Schlepphebel 50 in einer zweiten Einlassposition wirkungsmäßig mit dem zweiten Hilfseinlassventil verbunden werden. Der zweite Schlepphebel 50 kann auch in einer zweiten Auslassposition wirkungsmäßig mit dem zweiten Hilfsauslassventil verbunden werden. Der erste Schlepphebel 20 kann durch den Ventilaktuator 136 zwischen der ersten Auslassposition und der ersten Einlassposition bewegbar sein, da der Ventilaktuator einen ersten Schlepphebelnocken 26 haben kann. Der erste Schlepphebelnocken 26 kann eine 360 ° Drehung um den Ventilaktuator 136 haben (bzw. durchführen).
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Es ist einem Fachmann ersichtlich, dass der erste Schlepphebel 20 in der ersten Auslassposition sein kann, wenn der zweite Schlepphebel 50 in der zweiten Einlassposition sein kann. Entsprechend kann der erste Schlepphebel 20 in der ersten Einlassposition sein, wenn der zweite Schlepphebel 50 in der zweiten Auslassposition ist. Diese Anordnung kann einen Austausch von Abgas zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder bereitstellen.
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Wie oben angegeben, kann ein dritter Schlepphebel 80 in einer dritten Einlassposition wirkungsmäßig mit dem dritten Hilfseinlassventil verbunden werden. Der dritte Schlepphebel 80 kann auch in einer dritten Auslassposition wirkungsmäßig mit dem dritten Hilfsauslassventil verbunden werden. Der vierte Schlepphebel 110 kann in einer vierten Einlassposition wirkungsmäßig mit dem vierten Hilfseinlassventil verbunden werden. Der vierte Schlepphebel 110 kann auch in einer vierten Auslassposition wirkungsmäßig mit dem vierten Hilfsauslassventil verbunden werden.
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Es ist verständlich, dass die Schlepphebel in umgekehrter Weise betätigt werden könnten, so dass das Kontaktieren eines Schlepphebels mit einem Einlassventil das Einlassventil schließt und die korrespondierende Auslassposition betätigt und das Kontaktieren des einen Schlepphebels mit dem Auslassventil das Auslassventil schließt und die korrespondierende Einlassposition betätigt. Gleichermaßen können auch anstatt der Nockenwelle und/oder der Schlepphebel elektronisch gesteuerte Ventile verwendet werden.
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5 stellt eine andere Ansicht der Kammern (8, 12) dar. In 5A wird ein Fachmann verstehen, dass die zweite Kammer 12 von einer ersten Kammer 8 verdeckt sein kann. Die erste Kammer 8 kann ein erstes Volumen 10 haben, das gleich dem zweiten Volumen 14 der zweiten Kammer 12 ist. Außerdem kann ein Kühlelement 160 um beide Kammern herum angeordnet sein. Der erste Strömungspfad 38 kann von dem ersten Zylinder 16 durch die erste Kammer 8 in den zweiten Zylinder 46 strömen (bzw. leiten), ohne überhaupt in die zweite Kammer zu strömen. Gleichermaßen kann der zweite Strömungspfad 68 von dem zweiten Zylinder 46 durch die erste Kammer 8 in den ersten Zylinder 16 strömen (bzw. leiten).
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In ähnlicher Weise kann der dritte Strömungspfad 98 von dem dritten Zylinder 76 durch die zweite Kammer 12 in den vierten Zylinder 106 strömen, ohne überhaupt in die erste Kammer zu strömen. Der vierte Strömungspfad 128 kann von dem vierten Zylinder 106 durch die zweite Kammer 12 zu dem dritten Zylinder 76 strömen. Die Linie B-B stellt eine Endansicht der Kammern dar. In 5B ist die erste Kammer 8 nicht mit der zweiten Kammer 12 fluidverbunden.
