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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung und insbesondere auf ein Steuerventil zur Steuerung
der Ladungs- oder Chargenbewegung, das für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine
ausgelegt ist und einen verbesserten Motorbetrieb und größere Stabilität unter
Kaltstart-Betriebsbedingungen bietet.
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Steuerventile
zur Steuerung der Chargenbewegung (CMCV – charge motion control valves)
werden in Brennkraftmaschinen eingesetzt, um den Luft- und Kraftstoffstrom
in die Motorzylinder zu verbessern. Ein CMCV-Ventil ist in der Regel
funktional stromoberhalb einer Kraftstoffeinspritzdüse in der
Einlaßöffnung eines
Fahrzeugmotors angeordnet. Das CMCV-Ventil wirkt derart, daß es den
Luftstrom in den Zylinder unter bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen
verändert
(z.B. beim Betrieb mit relativ niedrigen Drehzahlen und niedriger
Last), und wirkt derart, daß es
Turbulenzen im Zylinder erzeugt, so daß die Verbrennung im Zylinder
verbessert wird.
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Eine
Bauart eines CMCV ist für
den Einsatz in Verbindung mit einer "siamesischen" oder Zwillingseinlaßöffnung ausgelegt, die einen
Haupt-Lufteinlaßkanal
aufweist, der sich in zwei separate Einlaßöffnungen teilt oder "verzweigt", die beide mit einem
der Zylinder des Motors kommunizieren. Diese Art von CMCV wird im
typischen Fall funktional relativ nah an der Stelle angeordnet,
wo sich der Haupteinlaßkanal
teilt, und sie ist ausgelegt, den Luftstrom in jeden der Zweigkanäle zu modifizieren.
Einige dieser bisherigen CMCV, die im allgemeinen als "Wirbel"-CMCV bezeichnet
werden, sind in der Regel so konstruiert, daß sie im wesentlichen eine
Seite des Hauptlufteinlaßkanals "abschatten", so daß sie verhindern,
daß die
Luft in einen der Kanäle
eintreten kann. Auf diese Weise liefert das CMCV-Ventil ein kraftstoffreiches
bzw. "fettes" Gemisch in den Kanal, der
anschliessend in den Zylinder entleert wird, wo die Verbrennung
stattfindet. Zusätzlich
schattet diese Art von CMCV nur einen Teil der anderen Seite des Hauptlufteinlaßkanals
ab, so daß es
derart wirkt, daß ein
großer
Anteil Luft in den anderen Zweig einströmen kann, und daß in diesem
Zweig ein kraftstoffarmes bzw. "mageres" Gemisch erzeugt
wird, das dann in den Zylinder entladen und zusammen mit dem fetten
Gemisch verbrannt wird. Diese Art von Luftstrom in den Zylinder
erzeugt einen Wirbeleffekt bzw. Turbulenzen, der/die bewirkt/bewirken,
daß sich
das fette Gemisch mit dem mageren Gemisch kombiniert und so für eine bessere
Verbrennung sorgt. Auf diese Weise steigert das CMCV-Ventil den Motorwirkungsgrad
und senkt schädliche
Emissionen.
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Zwar
bieten diese bisherigen CMCV die vorgenannten Vorteile, sie haben
jedoch auch einige Nachteile, welche den Wirkungsgrad des Motors
unter bestimmten Betriebsbedingungen beeinträchtigen. Unter Kaltstartbetriebsbedingungen
zum Beispiel (d.h. wenn das Fahrzeug angelassen wird, nachdem es
relativ kühlen
Temperaturen ausgesetzt war), ohne jedoch auf diese Bedingungen
beschränkt zu
sein, kondensiert Kraftstoff oft an den Einlaßventilen wegen mangelnder
Wärme.
Da diese Art bisheriger CMCV-Ventile im wesentlichen den Luftstrom blockiert
und daran hindert, in die Zweigkanäle einzuströmen, bleibt kondensierter Kraftstoff
oft an den Einlaßventilen
in diesem Zweigkanal haften und/oder tritt als Flüssigkeitsstrom
in den Zylinder ein und wird daher in diesem Zylinder nicht richtig
verbrannt. Dies führt
dann zu unerwünschter
Schädigung
des Öls,
zu Kraftstoffabfall und zu erhöhten
Kohlenwasserstoffemissionen.
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Eine
andere Art bisheriger CMCV-Ventile, die gemeinhin als "Taumel"-CMCV bezeichnet
wird, wird dazu eingesetzt, eine Luft-"Taumelströmung" in die Zylinder
zu erzeugen. Diese Art von CMCV liefert im wesentlichen symmetrische
Durchgänge
für den Luftstrom
auf beiden Seiten des Ventils. Daher wird bei dieser Art von CMCV
ein im wesentlichen gleiches Luft-Kraftstoff-Gemisch und ein gleicher
Luftstrom in jedem Kanalzweig erzeugt. Zwar verhindert diese Art
von CMCV im wesentlichen, daß kondensierter
Kraftstoff an den Einlaßventilen
haften bleibt, bewirkt jedoch wiederum nicht die gewünschte Verwirbelung
und Vermischung des Kraftstoffes und der Luft, wie sie durch die "Wirbel"-Steuerventilbauarten geschaffen
wird, und bietet damit auch nicht die damit einhergehende Kraftstoffersparnis
und die Emissionsvorteile.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Steuerventil
zur Steuerung der Ladungs- bzw. Chargenbewegung, das geeignet ist,
unter Kaltstartbedingungen eine bessere Vermischung von Luft und
Kraftstoff in einem Verbrennungszylinder zu erzeugen.
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Es
ist ein erstes Ziel der Erfindung, ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung zu stellen, das wenigstens einige der oben dargelegten Nachteile
bisheriger Steuerventile zur Steuerung der Chargenbewegung überwindet.
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Ein
zweites Ziel der Erfindung ist es, ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung für
den Einsatz in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine mit "Zwillingseinlaßöffnungen" zu stellen.
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Ein
drittes Ziel der Erfindung ist es, ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung zu stellen, das dem Motor bei Kaltstart-Betriebsbedingungen
eine bessere Stabilität
verleiht.
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Ein
viertes Ziel der Erfindung ist es, ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung zu schaffen, das derart wirksam ist, daß kondensierter Kraftstoff
von den Einlaßventilen
abgezogen und in einem Zylinder gut vermischt und verbrannt wird.
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Die
US-5640941 beschreibt eine Einlaßöffnung mit einer stromoberhalb
zweier Einlaßventile und
stromunterhalb eines den Luftstrom zu den Einlaßventilen steuernden Taumelsteuerventils
(TCV) angeordneten Kraftstoffeinspritzdüse. Das TCV-Ventil kann so
gestaltet sein, daß es
unterschiedliche Mengenströme
zu den jeweiligen Einlaßventilen
liefert.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge wird nun ein Steuerventil zur Steuerung
der Chargenbewegung gestellt. Das Steuerventil zur Steuerung der Chargenbewegung
ist für
den Einsatz in einem Motor der Bauart ausgelegt, die einen Lufteinlaßkanal aufweist,
welcher sich in eine erste und eine zweite Einlaßöffnung teilt, die beide mit
einem Zylinder kommunizieren, und eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche Kraftstoff
in die erste und die zweite Einlaßöffnung einspritzt. Das Steuerventil
zur Steuerung der Chargenbewegung ist funktional relativ nahe an
der ersten und der zweiten Einlaßöffnung im Lufteinlaßkanal angeordnet
und beinhaltet eine erste Hälfte,
die einen ersten ungedrosselten Bereich bildet, so daß eine erste
Menge Luft in die erste Einlaßöffnung einströmen kann,
und eine zweite Hälfte,
die einen zweiten ungedrosselten Bereich bildet, der kleiner ist
als der erste ungedrosselte Bereich, und der eine zweite Menge Luft
in die zweite Einlaßöffnung einströmen läßt, wobei
die erste und die zweite Menge Luft derart wirksam sind, daß sie den
Kraftstoff in den Zylinder tragen und im Zylinder Turbulenzen erzeugen.
Der Motor ist gekennzeichnet durch ein erstes Einlaßventil,
das funktional in der ersten Einlaßöffnung angeordnet ist, und
ein zweites Einlaßventil,
das funktional in der zweiten Einlaßöffnung angeordnet ist, wobei eine
gewisse Kraftstoffmenge unter Kaltstartbedingungen am ersten und
am zweiten Einlaßventil
kondensiert, und worin die erste und die zweite Luftmenge derart
wirken, daß sieden
kondensierten Kraftstoff vom ersten und vom zweiten Einlaßventil
abscheren, so daß im
wesentlichen der ganze kondensierte Kraftstoff verdampft wird.
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Diese
und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind anhand
der Lektüre
der nachstehenden Beschreibung und mit Bezugnahme auf die folgenden
Zeichnungen besser erkennbar; dabei zeigt:
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1: eine perspektivische
Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinlaßkanal mit
einem Steuerventil zur Steuerung der Chargenbewegung darin, welches
im Einklang mit den Lehren einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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2: eine perspektivische
Draufsicht auf den in 1 dargestellten
Zylinder und das Steuerventil zur Steuerung der Chargenbewegung;
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3a – 3h:
verschiedene Elemente des in 1 dargestellten
Steuerventils zur Steuerung der Chargenbewegung.
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Es
sei nun Bezug genommen auf 1,
wo ein Steuerventil 10 zur Steuerung der Chargenbewegung
dargestellt ist, das im Einklang mit den Lehren einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ausgestaltet ist und für den Einsatz in Verbindung
mit einer Brennkraftmaschine des Typs mit wenigstens einem Zylinder 12 ausgelegt
ist. Der Zylinder 12 weist zwei Einlaßventile 14, 16 auf,
durch die jeweils selektiv Einlaßöffnungen 18, 20 in
Strömungsverbindung mit
dem Zylinder 12 gebracht werden können, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
in den Zylinder 12 einzuleiten. Des weiteren beinhaltet
der Zylinder 12 wenigstens ein Auslaßventil 22, das Abgase über eine
Auslaßöffnung 24 selektiv
aus dem Zylinder 12 entläßt. Außerdem hat der Zylinder 12 einen
herkömmlichen Kolben 26,
der gleitend im Zylinder 12 angeordnet ist.
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Die
Einlaßöffnungen 18 und 20 haben "siamesische" bzw. Zwillingseinlaßkanäle, die
einteilig und in Medienströmungsverbindung
mit einer Primäreinlaßöffnung 28 verbunden
sind, welche sich bei Punkt 30 teilt bzw. "verzweigt", so daß sie die Öffnungen
bzw. Kanäle 18 und 20 bildet.
Eine herkömmliche Kraftstoffeinspritzdüse 32 ist
funktional in der Öffnung 28 angeordnet
und beinhaltet eine herkömmliche "geteilte" Einspritzdüse 34,
die funktional in relativ unmittelbarer Nähe des Punktes 30 angeordnet
ist und derart wirkt, daß sie
einen Strahl zerstäubten Kraftstoffes 33 in
die Öffnung 18 spritzt,
sowie einen weiteren Strahl zerstäubten Kraftstoffes 33 in
die Öffnung 20 spritzt.
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Das
Steuerventil zur Steuerung der Chargenbewegung (charge motion control
valve – "CMCV") 10 ist
aus einem relativ dünnen
wärmebeständigen Material
hergestellt, z.B. aus Metall. Das CMCV 10 ist in herkömmlicher
Art und Weise funktional und schwenkbar in der Öffnung 28 angebracht
und wirkt so, daß es
den Luftstrom 39 in die Kanäle bzw. Öffnungen 18 und 20 selektiv
einschränkt
bzw. drosselt. Insbesondere ist das Ventil 10 in herkömmlicher
Weise selektiv schwenkbar zwischen einer ersten oder "geschlossenen" Stellung verstellbar
(wie sie in 1 dargestellt
ist), wo das Ventil 10 in einem Winkel 35 in bezug
auf die Bodenfläche 37 der Öffnung 28 steht,
so daß es
den Luftstrom in die Öffnungen 18 und 20 begrenzt;
und einer zweiten oder "offenen" Stellung, wo das
Ventil 10 im wesentlichen parallel zur inneren Bodenfläche 37 der Öffnung 28 liegt,
so daß Luft
frei und ungedrosselt in die Öffnungen
oder Kanäle 18, 20 einströmen kann.
Das Ventil 10 wird bei relativ hohen Motordrehzahlen oder
hoher Motorlast selektiv in seine offene Stellung gebracht, so daß ein maximaler
Luftmengenstrom in den Zylinder 12 eingelassen wird. In
der bevorzugten Ausführungsform
liegt ein Teil der Kraftstoffeinspritzdüse 32 am Ventil 10 an,
so daß die
Düse 34 über das
Ventil 10 hinausreicht und Kraftstoff geringfügig "stromunterhalb" des Ventils 10 abgibt.
In anderen alternativen Ausführungsformen
ist das Ventil 10 funktional weiter stromaufwärts von
der Düse 34 angeordnet.
In einer nicht einschrän kenden
Ausführungsform
beträgt
der Winkel 35 etwa 70 Grad.
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Es
sei nun Bezug genommen auf die 3a bis 3h, wo verschiedene Ausführungsformen
von CMCV-Ventilen 10 dargestellt sind. Die gestrichelte Linie 40 in
den 3a – 3h stellt jeweils die Innenoberfläche der
Einlaßöffnung 28 dar.
Jedes Ventil 10 bildet einen "offenen" ungedrosselten Strömungsquerschnitt 42 in
der Einlaßöffnung 28,
durch welchen Luft selektiv strömen
kann, und einen vollen Querschnitt, der den vollen Abschnitt bzw.
Körper des
Ventils 10 darstellt, der den Luftstrom durch einen Teil
der Öffnung 28 verhindert
bzw. abblockt. Jede der 3a – 3h beinhaltet außerdem eine
Achse 44, welche den Kanal bzw. die Öffnung 28 in eine erste
oder linke Hälfte 45,
welche die Luft in erster Linie der Öffnung 20 zuführt, und
eine zweite oder rechte Hälfte 48 trennt
bzw. "teilt", welche die Luft
in erster Linie der Öffnung 18 zuführt. Jedes
Ventil 10 weist eine gekrümmte Aussparung bzw. Nut 50 auf, in
welche ein Teil der Kraftstoffeinspritzdüseneinheit ragt.
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Die
in 3a dargestellte Ausführungsform des
Ventils 10 weist eine erste Hälfte bzw. einen ersten Abschnitt
auf, die/der einen ungedrosselten Querschnitt 42 im oberen
Teil der Hälfte 46 der Öffnung 28 ergibt,
der gleich etwa zehn Prozent (10%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist, und
eine zweite Hälfte
bzw. einen zweiten Abschnitt, die/der einen ungedrosselten Querschnitt 42 im
oberen Teil der Hälfte 48 der Öffnung 28 bildet,
der in etwa gleich zwanzig Prozent (20%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist.
Die in der 3b dargestellte
Ausführungsform
des Ventils 10 ist das Gegenstück bzw. "Spiegelbild" der in 3a gezeigten
Ausführung.
Die Ausführungsform
des Ventils 10 nach 3c beinhaltet
eine erste Hälfte
bzw. einen ersten Abschnitt, die/der einen ungedrosselten Querschnitt 42 im
oberen Teil der Hälfte 46 der Öffnung 28 bildet,
welcher gleich etwa zehn Prozent (10%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist,
und eine zweite Hälfte
bzw. einen zweiten Teil, die/der einen ungedrosselten Bereich 42 im
oberen Teil der Hälfte 48 der Öffnung 28 bildet, der
wiederum in etwa gleich fünfundzwanzig
Prozent (25%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist. Die
in 3d dargestellte Ausführungsform
des Ventils 10 ist das Gegenstück bzw. "Spiegelbild" der in 3c gezeigten
Ausführung.
Die in 3e dargestellte
Ausführungsform
des Ventils 10 weist eine erste Hälfte bzw. einen ersten Teil
auf, die/das einen ungedrosselten Bereich 42 im oberen
Teil der Hälfte 46 der Öffnung 28 bildet,
der gleich etwa zehn Prozent (10%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist,
und eine zweite Hälfte
oder einen zweiten Teil, die/der einen ungedrosselten Bereich 42 im
oberen Teil der Hälfte 48 bildet,
der etwa gleich vierzig Prozent (40%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist.
Die in 3f gezeigte Ausführung des
Ventils 10 ist das Gegenstück bzw. "Spiegelbild" der Ausführungsform aus 3e. Die Ausführungsform des Ventils 10,
die in 3g dargestellt
ist, weist eine erste Hälfte
bzw. einen ersten Teil auf, die/der einen ungedrosselten Bereich 42 im
oberen Teil der Hälfte 46 der Öffnung 28 bildet,
welcher gleich etwa zehn Prozent (10%) der. Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ist, und
eine zweite Hälfte
oder einen zweiten Teil, die/der einen ungedrosselten Bereich 42 bildet,
welcher die gesamte Hälfte 48 der Öffnung 28 bzw.
fünfzig
Prozent (50%) der Gesamtquerschnittsfläche der Öffnung 28 ausmacht.
Die in 3h dargestellte Ausführung ist
das Gegenstück
bzw. "Spiegelbild" der in 3a gezeigten Ausführungsform.
Es sei angemerkt, daß die
obengenannten nicht einschränkenden
Ausführungsbeispiele
des Ventils 10 die Gestaltung oder Konstruktion des Ventils 10 in
keiner Weise einschränken,
und daß zahlreiche
andere Ausgestaltungen und Prozentwerte in alternativen Ausführungsformen
des Ventils 10 zur Anwendung kommen können.
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Wichtig
ist, daß die
asymmetrische Gestalt oder Ausgestaltung jedes der Ventile 10 ungleiche Größen des
ungedrosselten oder "Strömungsquerschnittes" 42 in den
beiden Hälften 46, 48 der
Einlaßöffnung 28 bildet.
Da jedes der Ventile 10 wenigstens einen Teil eines ungedrosselten
Bereiches 42 auf beiden Seiten 46, 48 der Öffnung 28 bildet,
wird der Luftstrom beiden Öffnungen 18, 20 zugeführt. Dieser Luftstrom
in beide Öffnungen 18, 20 verhindert
im wesentlichen, daß sich
unter Kaltstartbedingungen kondensierter Kraftstoff in diesen Öffnungen 18, 20 (z.B.
an den Wänden
der Öffnungen 18, 20)
und an den Ventilen 14, 16 sammelt. Der so gesteuerte
Luftstrom, der beiden Seiten 46, 48 der Öffnung 28 zugeführt wird,
erzeugt eine beträchtliche
Luftströmung
in beiden Öffnungen
oder Kanälen 18, 20,
die Kraftstofftröpfchen
effektiv von den beiden Einlaßventilen 14, 16 abschert
und im wesentlichen den Kraftstoff zerstäubt, wenn er in den Brennraum
eintritt.
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Des
weiteren erlaubt die asymmetrische Konstruktion der Ventile 10 weiterhin,
daß ein
erheblich größerer Luftstrom
in eine der beiden Öffnungen 18, 20 eintritt,
so daß eine
beträchtliche
Verwirbelungs- und Taumelwirkung im Zylinder 12 erzielt
wird. Insbesondere bewirkt die ungleiche Gestalt der Ventile 10,
daß ein
wesentlich größerer Luftstrom
durch die Hälfte
der Öffnung 28 fließt, die
den größeren ungedrosselten
Bereich 42 hat. Es erhält
also eine der beiden Öffnungen 18, 20 (z.B.
die Öffnung,
die der weniger "gedrosselten" Hälfte der Öffnung 28 zugeordnet
ist) diese erhöhte
Luftmenge und gibt damit ein "kraftstoffarmes" Gemisch in den Zylinder 12 ab. Die
andere Öffnung
liefert dann ein "kraftstoffreicheres" Gemisch, hat aber
immer noch eine ausreichend hohe Luftströmung, um kondensierten Kraftstoff
von den entsprechenden Kanalwänden
und dem entsprechenden, in diesem Kanal bzw. dieser Öffnung angeordneten
Einlaßventil
abzuscheren und/oder zu verdampfen. Auf diese Weise erzeugt das
Ventil 10 eine relativ starke Chargenbewegung, die den
Verbrennungsgrad im Zylinder und die Kraftstoffvermischung erhöht. Außerdem hat
sich erwiesen, daß die
Ventile 10 beträchtliche
Taumel- bzw. Wirbelbedingungen bieten.
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Es
versteht sich, daß die
Erfindung nicht auf die genaue Konstruktion und/oder das Verfahren
beschränkt
ist, wie sie/es vorstehend veranschaulicht und erläutert worden
ist, und daß diverse Änderungen
und/oder Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen
der Erfindung zu sprengen.