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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motorbaugruppe mit einer Kurbelwelle für eine V4-Anordnung, wie sie beispielsweise aus den Druckschriften
US 4,351,202 A ,
JP H09-166182 A ,
WO 85/05149 A1 oder
EP 1 905 966 B1 bekannt geworden ist.
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HINTERGRUND
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Vier-Zylinder-Motoren können typischerweise die Verwendung einer oder mehrerer Ausgleichswellen einschließen, um ein Ungleichgewicht aufzunehmen, das durch die Kurbelwelle, Pleuelstange und Kolbenbaugruppe erzeugt wird. Zusätzlich kann ein Betrieb eines Vier-Zylinder-Motors in einem Modus, bei dem einer der Zylinder für einen Drei-Zylinder-Betrieb zeitweilig abgeschaltet ist, typischerweise in einer Zündperiode resultieren, die anders als im Vier-Zylinder-Betrieb ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Motorbaugruppe anzugeben, die zum Ausgleich von Unwuchten ohne Ausgleichswellen auskommt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird mit einer Motorbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine Motorbaugruppe kann einen Motoraufbau und eine Kurbelwelle aufweisen. Der Motoraufbau kann einen Motorblock aufweisen, der eine erste Zylinderbank, die zwei Zylinder definiert, und eine zweite Zylinderbank definiert, die zwei Zylinder definiert, wobei eine V4-Anordnung gebildet wird. Die Kurbelwelle kann einen ersten Pleuelzapfen, einen zweiten Pleuelzapfen, einen dritten Pleuelzapfen und einen vierten Pleuelzapfen aufweisen. Der vierte Pleuelzapfen kann von dem ersten Pleuelzapfen rotationstechnisch um einen ersten Winkel von weniger als zweihundertsiebzig Grad in der Rotationsrichtung der Kurbelwelle versetzt sein. Der zweite und dritte Pleuelzapfen können rotationstechnisch zwischen dem ersten Pleuelzapfen und dem vierten Pleuelzapfen in der Rotationsrichtung angeordnet sein.
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Bei einer anderen Anordnung kann eine Motorbaugruppe einen Motoraufbau, eine Kurbelwelle und Kolben aufweisen. Der Motoraufbau kann einen Motorblock aufweisen, der eine erste Zylinderbank, die zwei Zylinder definiert, und eine zweite Zylinderbank definiert, die zwei Zylinder definiert, wobei eine V4-Anordnung mit einem Bankwinkel von sechzig Grad gebildet wird. Die Kurbelwelle kann rotationstechnisch an dem Motoraufbau gelagert sein und kann einen ersten Pleuelzapfen, einen zweiten Pleuelzapfen, einen dritten Pleuelzapfen und einen vierten Pleuelzapfen aufweisen. der zweite Pleuelzapfen kann rotationstechnisch von dem ersten Pleuelzapfen in einer Rotationsrichtung der Kurbelwelle um sechzig Grad versetzt sein, der dritte Pleuelzapfen kann rotationstechnisch von dem zweiten Pleuelzapfen in der Rotationsrichtung um sechzig Grad versetzt sein, und der vierte Pleuelzapfen kann rotationstechnisch von dem dritten Pleuelzapfen in der Rotationsrichtung um sechzig Grad versetzt sein. Ein erster Kolben kann mit dem ersten Pleuelzapfen gekoppelt und in dem ersten Zylinder angeordnet sein, ein zweiter Kolben kann mit dem zweiten Pleuelzapfen gekoppelt und in dem zweiten Zylinder angeordnet sein, ein dritter Kolben kann mit dem dritten Pleuelzapfen gekoppelt und in dem dritten Zylinder angeordnet sein, und ein vierter Kolben kann mit dem vierten Pleuelzapfen gekoppelt und in dem vierten Zylinder angeordnet sein. Die Motorbaugruppe kann eine Zündfolge definieren, die umfasst, dass der zweite Zylinder und der dritte Zylinder gleichzeitige Verbrennungsereignisse haben.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Motorbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Schnittansicht der Motorbaugruppe von 1;
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3 ist eine Seitenansicht einer Kurbelwelle, die in der Motorbaugruppe von 1 enthalten ist; und
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4 ist eine schematische Darstellung einer Pleuelzapfenorientierung an der Kurbelwelle von 3.
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Entsprechende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg entsprechende Teile an.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detaillierter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu braucht, wenn ein Element als ”direkt auf', ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet ist, sei auf eine ähnliche Weise zu interpretieren (beispielsweise ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, etc.). Der hier verwendete Begriff ”und/oder” umfasst jede und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
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Obwohl die Begriffe erstes, zweites, drittes, etc. hier dazu verwendet sein können, verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie ”erstes”, ”zweites” und andere numerische Begriffe, wenn sie hier verwendet sind, implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern es durch den Kontext nicht deutlich angegeben ist. Somit kann ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, wie unten beschrieben ist, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt ohne Abweichung von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden.
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Eine Motorbaugruppe 10 ist in den 1 und 2 gezeigt und kann einen Motoraufbau 12, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Kolben 14, 16, 18, 20, eine Ventiltriebbaugruppe 22 und eine Kurbelwelle 24 aufweisen. Der Motoraufbau 12 kann einen Motorblock 26, einen ersten Zylinderkopf 28 und einen zweiten Zylinderkopf 30 aufweisen. Der Motoraufbau 12 kann einen ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinder 32, 34, 36, 38 in dem Motorblock 26 definieren. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel weist der Motorblock 26 eine erste Bank von Zylindern 40, die zwei Zylinder definieren, und eine zweite Bank von Zylindern 42 auf, die zwei Zylinder definieren.
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Der erste und dritte Zylinder 32, 36 können in der ersten Bank 40 definiert sein, und der zweite und vierte Zylinder 34, 38 können in der zweiten Bank 42 definiert sein. Ein Bankwinkel (αB) kann zwischen der ersten und zweiten Bank von Zylindern 40, 42 definiert sein, wobei eine V4-Anordnung gebildet wird. Der erste Kolben 14 kann in dem ersten Zylinder 32 angeordnet sein, der zweite Kolben 16 kann in dem zweiten Zylinder 34 angeordnet sein, der dritte Kolben 18 kann in dem dritten Zylinder 36 angeordnet sein, und der vierte Kolben 20 kann in dem vierten Zylinder 38 angeordnet sein.
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Wie in 2 zu sehen ist, kann der erste Zylinderkopf 28 Ansaugkanäle 44 und Abgaskanäle 46 in Kommunikation mit dem ersten und dritten Zylinder 32, 36 definieren. Gleichermaßen kann der zweite Zylinderkopf 30 Ansaugkanäle 48 und Abgaskanäle 50 in Kommunikation mit dem zweiten und vierten Zylinder 34, 38 definieren. Die in 2 gezeigte Schnittansicht weist den ersten und zweiten Zylinder 32, 34 auf. Der Einfachheit halber ist die Kanalanordnung und der Ventiltrieb, die dem dritten und vierten Zylinder 36, 38 entsprechen, nicht detailliert beschrieben, wobei zu verstehen sei, dass die Beschreibung in Bezug auf den ersten und zweiten Zylinder 32, 34 gleiche Anwendung findet, wie nachfolgend angegeben ist.
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Die Ventiltriebbaugruppe 22 kann Ansaugventile 52, die in den Ansaugkanälen 44, 48 angeordnet sind, und Abgasventile 54, die in den Abgaskanälen 46, 50 angeordnet sind, einen ersten, zweiten, dritten und vierten Ventilhubmechanismus 56, 58, 60, 62 und Nockenwellen 64, 66, 68, 70 aufweisen. Während die vorliegende Offenbarung als eine Anordnung mit oben liegender Nockenwelle gezeigt ist, sei zu verstehen, dass sie nicht auf Anordnungen mit oben liegender Nockenwelle beschränkt ist und gleichermaßen Anwendung auf eine Vielzahl anderer Motorkonfigurationen findet, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Anordnungen mit im Block befindlicher Nockenwelle (oder Stößelstange).
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Die erste Nockenwelle 64 kann mit dem ersten Ventilhubmechanismus 56 in Eingriff stehen, um das Ansaugventil 52 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verstellen, die zweite Nockenwelle 66 kann mit dem zweiten Ventilhubmechanismus 58 in Eingriff stehen, um das Abgasventil 54 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verstellen, die dritte Nockenwelle 68 kann mit dem dritten Ventilhubmechanismus 60 in Eingriff stehen, um das Ansaugventil 52 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verstellen, und die vierte Nockenwelle 70 kann mit dem vierten Ventilhubmechanismus 62 in Eingriff stehen, um das Abgasventil 54 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verstellen.
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Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel kann der dritte Ventilhubmechanismus 60 in einem ersten Modus und einem zweiten Modus betreibbar sein. Genauer kann der dritte Ventilhubmechanismus 60 ein erstes Element 72, das mit dem Ansaugventil 52 in Eingriff steht, und ein zweites Element 74 aufweisen, das mit der dritten Nockenwelle 68 in Eingriff steht. In dem ersten Modus können das erste und zweite Element 72, 74 zur Verstellung aneinander fixiert sein, so dass das Ansaugventil 52 in eine offene Position verstellt wird, wenn ein Scheitel 76 einer Nockenerhebung 78 an der dritten Nockenwelle 68 mit dem dritten Ventilhubmechanismus 60 in Eingriff tritt. In dem zweiten Modus können das erste und zweite Element 72, 74 relativ zueinander verstellbar sein, so dass das Ansaugventil 52 in einer geschlossenen Position verbleibt, wenn der Scheitel 76 der Nockenerhebung 78 mit dem dritten Ventilhubmechanismus 60 in Eingriff tritt. Alternativ dazu kann der dritte Zylinder 36 Ventilhubmechanismen aufweisen, die in dem ersten und zweiten Modus betreibbar sind.
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Die Kurbelwelle 24 kann rotationstechnisch an dem Motoraufbau 12 durch den Motorblock 26 gelagert sein und einen ersten Pleuelzapfen 80, einen zweiten Pleuelzapfen 82, einen dritten Pleuelzapfen 84 und einen vierten Pleuelzapfen 86 aufweisen, die jeweils radial auswärts von einer Rotationsachse (A) der Kurbelwelle 24 angeordnet sind. Der erste Kolben 14 kann mit dem ersten Pleuelzapfen 80 gekoppelt sein, der zweite Kolben 16 kann mit dem zweiten Pleuelzapfen 82 gekoppelt sein, der dritte Kolben 18 kann mit dem dritten Pleuelzapfen 84 gekoppelt sein und der vierte Kolben 20 kann mit dem vierten Pleuelzapfen 86 gekoppelt sein. Der erste Pleuelzapfen 80 kann an einem ersten axialen Ende der Kurbelwelle 24 angeordnet sein, und der vierte Pleuelzapfen 86 kann an einem zweiten axialen Ende der Kurbelwelle 24 angeordnet sein. Der zweite Pleuelzapfen 82 kann axial zwischen dem ersten Pleuelzapfen 80 und dem vierten Pleuelzapfen 86 angeordnet sein. Der dritte Pleuelzapfen 84 kann axial zwischen dem zweiten Pleuelzapfen 82 und dem vierten Pleuelzapfen 86 angeordnet sein.
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Die Kurbelwelle 24 kann einen ersten Lagerbolzen 88 an dem ersten axialen ende der Kurbelwelle 24, einen zweiten Lagerbolzen 90 axial zwischen dem zweiten und dritten Pleuelzapfen 82, 84 und einen dritten Lagerbolzen 92 an dem zweiten axialen Ende der Kurbelwelle 24 aufweisen. Daher kann der Motoraufbau 12 nur drei Hauptlager anstatt der fünf besitzen, die typischerweise in einer Reihen-Vier-Zylinder-Anordnung verwendet werden.
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Der erste, zweite, dritte und vierte Pleuelzapfen 80, 82, 84, 86 können rotationstechnisch voneinander versetzt sein. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel ist der vierte Pleuelzapfen 86 rotationstechnisch von dem ersten Pleuelzapfen 80 um einen ersten Winkel (α1) von weniger als zweihundertsiebzig Grad in einer Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 versetzt. Der zweite Pleuelzapfen 82 und der dritte Pleuelzapfen 84 können rotationstechnisch zwischen dem ersten Pleuelzapfen 80 und dem vierten Pleuelzapfen 86 in der Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 angeordnet sein. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel beträgt der erste Winkel (α1) einhundertachtzig Grad.
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Der dritte Pleuelzapfen 84 kann rotationstechnisch von dem zweiten Pleuelzapfen 82 um einen zweiten Winkel (α2) von weniger als neunzig Grad in der Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 versetzt sein. Genauer können der erste, zweite, dritte und vierte Pleuelzapfen 80, 82, 84, 86 jeweils rotationstechnisch voneinander um den zweiten Winkel (α2) versetzt sein. Beispielsweise kann der zweite Pleuelzapfen 82 rotationstechnisch von dem ersten Pleuelzapfen 80 um den zweiten Winkel (α2) in der Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 versetzt sein, der dritte Pleuelzapfen 84 kann rotationstechnisch von dem zweiten Pleuelzapfen 82 um den zweiten Winkel (α2) in der Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 versetzt sein, und der vierte Pleuelzapfen 86 kann rotationstechnisch von dem dritten Pleuelzapfen 84 um den zweiten Winkel (α2) in der Rotationsrichtung (R) der Kurbelwelle 24 versetzt sein. Der zweite Winkel (α2) kann gleich dem Bankwinkel (αB) sein. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel betragen der Bankwinkel (αB) und der zweite Winkel (α2) jeweils sechzig Grad.
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Die Anordnung der Kurbelwelle 24 kann allgemein für ein primäres Gleichgewicht in der Motorbaugruppe 10 durch die Verwendung des Kurbelwellengegengewichts und ohne die Verwendung von Ausgleichswellen sorgen. Ein primäres Motorgleichgewicht wird erreicht, wenn die Kräfte und Momente, die an der ersten Harmonischen der Kurbelwellenrotation, die durch die Kurbelwelle, Pleuelstange und Kolbenbaugruppe erzeugt wird, auftreten, in Ausgleich stehen.
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Die Anordnung der Kurbelwelle 24 sorgt auch für ein gemeinsames Zündintervall sowohl während des Motorbetriebs, der ein Zünden aller vier Zylinder 32, 34, 36, 38 alle siebenhundertzwanzig Grad an Kurbelwellendrehung aufweist, als auch während des Motorbetriebs vor, der nur ein Zünden des ersten, dritten und vierten Zylinders 32, 36, 38 alle siebenhundertzwanzig Grad an Kurbelwellenwellenrotation aufweist (d. h. Betrieb des dritten Ventilhubmechanismus 60 von dem zweiten Zylinder 34 in dem zweiten Modus). Beispielsweise kann die Motorbaugruppe 10 ein erstes Zündintervall, wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem ersten Modus betrieben wird, und ein zweites Zündintervall definieren, das gleich dem ersten Zündintervall ist, wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem zweiten Modus betrieben wird.
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Das erste und zweite Zündintervall können jeweils ein Verbrennungsereignis alle zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation aufweisen. Daher kann ein gleichmäßiges Zündintervall sowohl bereitgestellt werden, wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem ersten Modus betrieben wird, als auch, wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem zweiten Modus betrieben wird. Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel wird diese Anordnung dadurch möglich gemacht, dass der zweite Zylinder 34 zu derselben Zeit wie der dritte Zylinder 36 gezündet wird (d. h. der zweite Zylinder 34 besitzt ein Verbrennungsereignis zum gleichen Zeitpunkt wie der dritte Zylinder 36). Die Zündfolge kann ein Zünden des ersten Zylinders 32, dann ein Zünden des zweiten und dritten Zylinders 34, 36 gleichzeitig und dann ein Zünden des vierten Zylinders 38 aufweisen.
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Wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem ersten Modus betrieben wird, kann der Verbrennungszyklus ein Zünden des ersten Zylinders 32, ein Zünden des zweiten und dritten Zylinders 34, 36 zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation nach dem Zünden des ersten Zylinders 32 und ein Zünden des vierten Zylinders 38 zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation nach dem Zünden des zweiten und dritten Zylinders 34, 36 aufweisen. Der Zyklus wiederholt sich alle zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation, nachdem der vierte Zylinder 38 gezündet ist.
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Wenn der dritte Ventilhubmechanismus 60 in dem zweiten Modus betrieben wird, kann der Verbrennungszyklus ein Zünden des ersten Zylinders 32, ein Zünden des dritten Zylinders 36 (ohne den zweiten Zylinder 34) zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation nach dem Zünden des ersten Zylinders 32 und ein Zünden des vierten Zylinders 38 zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation nach dem Zünden des dritten Zylinders 36 aufweisen. Der Zyklus wiederholt sich alle zweihundertvierzig Grad an Kurbelwellenrotation, nachdem der vierte Zylinder 38 gezündet ist. Eine ähnliche Anordnung kann durch Zünden des zweiten Zylinders 34 und nicht des dritten Zylinders 36 bereitgestellt werden.
