DE102021110501A1

DE102021110501A1 - Mehrgelenk-kurbelwellenstrang mit kombiniertem exzenterwellen- und nockenwellenantrieb für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102021110501A1
Application number: DE102021110501.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew G. BALDING
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US11092090B1; CN114320590A

Abstract

Vorgestellt werden Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis und unabhängiger Verdichtung und Expansion, Verfahren zur Herstellung/Betrieb solcher Motoren und Fahrzeuge, die mit solchen Motoren ausgestattet sind. Eine Motorbaugruppe umfasst einen Motorblock mit einer Zylinderbohrung, die einen Brennraum definiert, und einen in der Zylinderbohrung beweglichen Kolben. Eine Ventilbaugruppe, die strömungstechnisch mit der Verbrennungskammer verbunden ist, führt selektiv Fluid aus der Verbrennungskammer ein/aus. Eine Kurbelwelle wird vom Motorblock getragen und ist um eine erste Achse drehbar. Ein Mehrpunktgestänge, das den Kolben mit der Kurbelwelle antriebsmäßig verbindet, dreht sich um eine zweite Achse, die von der ersten Achse versetzt ist. Eine Steuerwelle wird vom Motorblock getragen und dreht sich um eine dritte Achse, die gegenüber der ersten und zweiten Achse versetzt ist. Die Steuerwelle ist betätigbar, um das Mehrpunktgestänge selektiv auf der zweiten Achse zu drehen, und ist betätigbar, um die Ventilanordnung selektiv zu lösen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Motorbaugruppen. Insbesondere beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Verbrennungsmotoren mit mehrgliedrigen Kurbeltrieben für variables Verdichtungsverhältnis und unabhängige Verdichtung und Expansion.
Aktuelle Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Automobilen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Räder usw.) überträgt. Kraftfahrzeuge wurden in der Vergangenheit durch Hubkolben-Verbrennungsmotoren angetrieben, da diese leicht verfügbar und relativ kostengünstig sind, ein geringes Gewicht haben und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Zu solchen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstakt-Architekturen und Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen.
Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) und vollelektrische Fahrzeuge (FEVs) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder eliminieren so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Zugkraft.
Ein gewöhnlicher „obenliegender Ventil“-Verbrennungsmotor umfasst einen Motorblock mit einer Folge von inneren Zylinderbohrungen, in denen jeweils ein Kolben hin- und herbewegt werden kann. Gekoppelt an eine obere Fläche des Motorblocks ist ein Zylinderkopf, der mit dem Kolben und der Zylinderbohrung zusammenwirkt, um einen Brennraum mit variablem Volumen zu bilden. Diese hin- und hergehenden Kolben werden verwendet, um den Druck, der durch die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum erzeugt wird, in Rotationskräfte umzuwandeln, um die Kurbelwelle des Motors anzutreiben. Der Zylinderkopf definiert Einlasskanäle, durch die Luft, die von einem Ansaugkrümmer bereitgestellt wird, selektiv in jede Brennkammer eingeführt wird. Ebenfalls im Zylinderkopf sind Auslassöffnungen definiert, durch die Abgase und Verbrennungsnebenprodukte selektiv aus den Brennkammern zu einem Abgaskrümmer abgeleitet werden. Der Abgaskrümmer wiederum sammelt und bündelt die Abgase zur dosierten Rückführung in den Ansaugkrümmer, zur Zuführung an einen turbinengetriebenen Turbolader oder zur Ableitung aus dem Fahrzeug über eine Abgasanlage.
Ein herkömmlicher Zylinderkopf beherbergt den Ventiltrieb des Motors, der Einlassventile, Auslassventile, Kipphebel, Stößelstangen und in einigen Fällen eine oder mehrere Nockenwellen umfasst. Bei hängenden Ventilen (OHV) kann der Zylinderkopf auch die Zündkerzen und Einspritzdüsen des Motors beherbergen. Der Ventiltrieb ist Teil des Antriebsstrang-Subsystems, das für die Steuerung der Menge der mit Kraftstoff angereicherten Luft, die in die Verbrennungskammern des Motors eintritt, und der verbrennungsbedingten Abgase, die diese zu einem bestimmten Zeitpunkt verlassen, verantwortlich ist. Das Motordrehmoment und die Leistungsabgabe werden durch die Modulation von Ventilhub und -steuerung variiert, was durch den Antrieb der Einlass- und Auslassventile, entweder direkt oder indirekt, durch Nocken auf einer rotierenden Nockenwelle erreicht wird. Unterschiedliche Motordrehzahlen erfordern in der Regel unterschiedliche Ventilsteuerzeiten und Ventilhübe für eine optimale Leistung. Im Allgemeinen müssen bei niedrigen Motordrehzahlen die Ventile über eine kürzere Dauer relativ wenig geöffnet werden, während bei hohen Motordrehzahlen die Ventile für eine optimale Leistung über eine längere Dauer relativ viel geöffnet werden müssen.
Viertakt-Verbrennungsmotoren arbeiten - wie der Name schon sagt - in vier verschiedenen Stufen oder „Hüben“, um die Kurbelwelle des Motors anzutreiben. In einer dieser (ersten) Betriebsstufen, die als „Ansaugtakt“ bezeichnet wird, wird ein dosiertes Gemisch aus Kraftstoff und Luft in jeden Zylinder eingeführt, während sich der entsprechende Kolben geradlinig von oben nach unten entlang der Länge der Zylinderbohrung bewegt. Die Einlassventile des Motors werden geöffnet, so dass ein durch den abwärts fahrenden Kolben erzeugter Unterdruck Luft in den Brennraum ansaugt. Am Ende dieses Zyklus wird eine dosierte Menge fein zerstäubten Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Brennraum eingebracht. In der anschließenden (zweiten) Stufe, dem „Verdichtungstakt“, werden die Ein- und Auslassventile geschlossen, während sich der Kolben von unten nach oben bewegt und dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet. Nach Beendigung des Verdichtungstakts beginnt eine weitere (dritte) Stufe oder der „Arbeitstakt“ und eine Zündkerze zündet den komprimierten Kraftstoff und die Luft, wobei die daraus resultierende explosive Ausdehnung der Gase den Kolben zurück zum unteren Totpunkt (UT) drückt. In der darauffolgenden Stufe - allgemein als „Auspufftakt“ bezeichnet - kehrt der Kolben bei geöffneten Auslassventilen erneut in den oberen Totpunkt (OT) zurück; der fahrende Kolben stößt das verbrauchte Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum aus. Um die vier Takte eines einzelnen Arbeitstaktes (Otto-Takt) zu absolvieren, sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erforderlich.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR) und unabhängiger Verdichtung und Expansion (ICE), Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Betrieb solcher Motoren und Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, der einen mehrgliedrigen Kurbelstrang mit einem kombinierten Exzenterwellen- und Nockenwellenantriebssystem aufweist. Beispielsweise umfasst eine VCR/ICE-Motorbaugruppe einen mehrgliedrigen Kurbelstrang, der sowohl eine VCR-Exzenterwelle als auch eine Ventiltrieb-Nockenwelle in einer einzigen Kurbelstrang-Steuerwelle kombiniert. Die Kurbeltrieb-Steuerwelle greift antriebsmäßig in seriell ausgerichtete Mehrpunkt-Verbindungsbaugruppen ein, die die Kolben und Kolbenstangen mit der Kurbelwelle koppeln, um einen Atkinson-Zyklus mit variabler Länge und vier Takten zu ermöglichen. Eine optionale VCR/ICE-Phasenverschiebungsvorrichtung ändert selektiv die Drehverschiebung oder Phasenverschiebung der Steuerwelle des Kurbelstrangs relativ zur Kurbelwelle des Motors und verändert dadurch das Spaltvolumen im Brennraum über dem Kolben. Zusätzlich zur Erleichterung von VCR und ICE sorgt die Steuerwelle des Kurbelstrangs auch für die Einlass-/Auslassventilsteuerung, indem sie die Stößelstangen und hydraulischen Schlepphebel eines hängenden Ventiltriebs in Eingriff bringt. Bei dieser Motorarchitektur ist die Kurbelwellen-Steuerwelle im Motorblock horizontal neben der Zylinderbohrung untergebracht, anstatt eine spezielle VCR-Exzenterwelle im Kurbelgehäuse unterhalb der Kurbelwelle und eine separate Nockenwelle im Zylinderkopf oberhalb des Motorblocks unterzubringen.
Die Integration des Ventiltriebes und des VCR/ICE-Antriebssystems in eine gemeinsame Steuerwelle reduziert die Anzahl der Motorteile und vereinfacht die Fertigung, was zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus ermöglichen Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis und unabhängigen Verdichtungs- und Expansionsmöglichkeiten einen Viertakt-Atkinson-Zyklus, bei dem die Verdichtungshublänge selektiv von der Expansionshublänge variiert werden kann, und zwar sowohl unter Hochlast- und Hochgeschwindigkeits-Betriebsbedingungen als auch unter Niedriglast- und Niedrigdrehzahl-Betriebsbedingungen, um einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Darüber hinaus führt der Einsatz einer Stößelstangen-Ventilbaugruppe zu einem ruhigeren Motorbetrieb, einer längeren Motorlebensdauer und macht eine periodische Einstellung des Ventilspiels überflüssig. Weitere Vorteile sind eine geringere Systemkomplexität und geringere interne Reibungsverluste sowie eine Verringerung der Motorgröße und -masse mit entsprechender Verringerung des Bauraums und des zulässigen Gesamtgewichts des Fahrzeugs.
Aspekte dieser Offenbarung sind auf Hubkolben-Verbrennungsmotor-Baugruppen mit VCR- und ICE-Fähigkeiten gerichtet. Zum Beispiel umfasst eine Motorbaugruppe einen Motorblock, der - einzeln (z. B. in Monoblock-Designs) oder gemeinsam mit einem Zylinderkopf (z. B. Block-und-Kopf-Designs) - eine oder mehrere Verbrennungskammern mit jeweils einer Zylinderbohrung definiert. In jeder Zylinderbohrung ist ein Kolben verschiebbar gelagert, der entlang einer geradlinigen Mittellinie der Bohrung hin- und herbewegt werden kann. Eine Ventilbaugruppe, die ein oder mehrere Auslass- und/oder Einlassventile mit entsprechenden Kipphebeln, Stößelstangen und hydraulischen Stößeln umfassen kann, ist strömungstechnisch mit jeder Verbrennungskammer verbunden. Jedes Einlass-/Auslassventil ist betätigbar, um abdichtend zu sitzen und selektiv zu öffnen, um dadurch ein Fluid in die Verbrennungskammer einzuführen oder aus dieser zu evakuieren.
Um mit der Diskussion des obigen Beispiels fortzufahren, ist eine Motorkurbelwelle drehbar am Motorblock gelagert, z. B. durch Hauptlager, und ist um eine erste (Kurbel-)Achse drehbar, um das vom Motor erzeugte Drehmoment abzugeben. Die Motorbaugruppe umfasst auch ein oder mehrere Mehrpunktgestänge, von denen sich jedes auf der Kurbelwelle dreht und einen entsprechenden Kolben mit der Kurbelwelle in Antriebseingriff bringt. Das Mehrpunktgestänge ist um eine zweite (Gelenk-)Achse drehbar, die radial versetzt und im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Kurbelwelle ist. Eine Steuerwelle (oder mehrere Steuerwellen für „Doppelnocken“-Konfigurationen) ist drehbar am Motorblock gelagert, z. B. durch einfache Lager, und ist um eine dritte (Steuer-)Achse drehbar, die horizontal und vertikal versetzt und im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Achsen ist. Diese Steuerwelle ist antriebsmäßig, z. B. über eine Zugstange, mit dem (den) Mehrpunktgestänge(n) gekoppelt und kann so betrieben werden, dass das (die) Gestänge auf der Kurbelwelle selektiv gedreht wird. Die Steuerwelle ist außerdem, z. B. über Rollennocken, mit der Ventilbaugruppe gekoppelt und kann so betätigt werden, dass die Einlass-/Auslassventile selektiv geöffnet werden.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren mit mehrgliedrigem Kurbelstrang mit kombiniertem Exzenterwellen- und Nockenwellenantrieb. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenkraftwagen (ICE, HEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome, etc.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Kettenfahrzeuge, Off-Road-und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Züge, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, etc. Die vorgestellten Konzepte sind sowohl für automobile als auch für nicht-automobile Anwendungen anwendbar, einschließlich stationärer Stromerzeuger und Pumpenanlagen. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum, mehreren Straßenrädern und anderer serienmäßiger Erstausrüstung. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs umfasst eine Verbrennungsmotorbaugruppe, die an der Fahrzeugkarosserie montiert ist, z. B. in einem Motorraum, und ein Drehmoment an ausgewählte Straßenräder abgibt, z. B. über ein Mehrganggetriebe, um das Fahrzeug anzutreiben.
Um mit der Diskussion des obigen Beispiels fortzufahren, umfasst die Motorbaugruppe einen Motorblock, der darin zumindest teilweise eine Verbrennungskammer mit einer Zylinderbohrung definiert; ein Kolben ist innerhalb der Zylinderbohrung hin und her bewegbar. Eine Ventilanordnung ist strömungstechnisch mit der Verbrennungskammer gekoppelt und betätigbar, um sich selektiv zu lösen, um dadurch ein Fluid in die Verbrennungskammer einzuführen und/oder aus dieser zu evakuieren. Der Motor umfasst auch eine Kurbelwelle, die drehbar von dem Motorblock gelagert und um eine erste Achse drehbar ist. Ein Mehrpunktgestänge, das um eine zweite Achse drehbar ist, die von der ersten Achse versetzt ist, verbindet den Kolben antriebsmäßig mit der Kurbelwelle. Der Motor umfasst ferner eine Steuerwelle, die drehbar am Motorblock gelagert und um eine dritte Achse drehbar ist, die sowohl von der ersten als auch von der zweiten Achse versetzt ist. Diese Steuerwelle ist mit dem Mehrpunktgestänge gekoppelt und kann so betrieben werden, dass sie das Mehrpunktgestänge selektiv um die zweite Achse dreht. Die Steuerwelle ist auch mit der Ventilbaugruppe gekoppelt und kann so betrieben werden, dass sie selektiv gelöst wird.
Aspekte dieser Offenbarung sind auf Verfahren zum Zusammenbau und Verfahren zum Betrieb von offengelegten Motoren, Antriebssträngen und Fahrzeugen gerichtet. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbrennungsmotors vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale Aufnehmen eines Motorblocks, der darin eine Verbrennungskammer mit einer Zylinderbohrung definiert; Anbringen einer Ventilbaugruppe an dem Motorblock, wobei die Ventilbaugruppe fluidisch mit der Verbrennungskammer gekoppelt ist und betätigbar ist, um sich selektiv zu lösen, um dadurch ein Fluid in die Verbrennungskammer einzuführen und/oder aus dieser zu evakuieren; Anbringen eines Kolbens an dem Motorblock, um sich innerhalb der Zylinderbohrung hin und her zu bewegen; Anbringen einer Kurbelwelle an dem Motorblock, um sich um eine erste Achse zu drehen; Anbringen eines Mehrpunktgestänges an dem Motorblock, wobei das Mehrpunktgestänge den Kolben mit der Kurbelwelle antreibend in Eingriff bringt und sich um eine zweite Achse dreht, die von der ersten Achse versetzt ist; Anbringen einer Steuerwelle an dem Motorblock, wobei sich die Steuerwelle um eine dritte Achse dreht, die von der ersten und zweiten Achse versetzt ist; Koppeln der Steuerwelle mit dem Mehrpunktgestänge, wobei die Steuerwelle betätigbar ist, um das Mehrpunktgestänge selektiv um die zweite Achse zu drehen; und Koppeln der Steuerwelle mit der Ventilanordnung, wobei die Steuerwelle betätigbar ist, um die Ventilanordnung selektiv zu lösen.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Figuren und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Vorderansicht eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einer eingefügten schematischen Darstellung einer repräsentativen Verbrennungsmotorbaugruppe mit Direkteinspritzung und Hubkolben mit variablem Verdichtungsverhältnis und unabhängigen Verdichtungs- und Expansionsmöglichkeiten gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine teilweise schematische Darstellung ausgewählter Teile der VCR/ICE-Verbrennungsmotor-Baugruppe von 1, die ein mehrgliedriges Kurbelstrangsystem mit einer Kurbelstrang-Steuerwelle zur kombinierten Steuerung des Exzentersystems und des Ventiltriebsystems gemäß Aspekten der offenbarten Konzepte zeigt.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden zusätzlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie beispielsweise von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offengelegten Prinzipien dienen und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“, „Figurenbeschreibung“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht explizit in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung oder auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen gezeigten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten beide „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung, wie z. B. „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier jeweils im Sinne von „bei, in der Nähe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder jeder logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können richtungsbezogene Adjektive und Adverbien, wie z. B. vorwärts, achtern, innenbords, außenbords, steuerbords, backbords, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts, vorne, hinten, links, rechts usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wie z. B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug operativ auf einer horizontalen Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als motorgetriebenes, sänftenartiges Personenfahrzeug dargestellt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Implementierung der vorliegenden Konzepte in einen Ottomotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI) ebenfalls als eine beispielhafte Anwendung der hier offenbarten neuen Konzepte verstanden werden. Als solche wird es verstanden werden, dass Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf andere Motorkonfigurationen angewendet werden können, durch alternative Antriebsstrang-Architekturen implementiert, und für jede logisch relevante Art von Kraftfahrzeug verwendet werden. Schließlich sind nur ausgewählte Komponenten des Kraftfahrzeugs und des Verbrennungsmotors gezeigt worden und werden hier zusätzlich beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Fahrzeuge und Motoren zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale sowie andere verfügbare periphere Komponenten zur Durchführung der verschiedenen Verfahren und Funktionen dieser Offenbarung enthalten.
1 zeigt ein Beispiel für eine Doppelnocken-V-Motorbaugruppe 12, die in einem Motorraum 14 der Fahrzeugkarosserie montiert ist. Die dargestellte Motorbaugruppe 12 ist ein Viertakt-, Hubkolben-Motor-Konfiguration, die arbeitet, um das Fahrzeug 10, zum Beispiel als Direkteinspritzung (DI) Benzinmotor, einschließlich der flexiblen Kraftstoff-Fahrzeug (FFV) und Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) Varianten davon anzutreiben. Die Motorbaugruppe 12 kann optional in einem beliebigen Sortiment von wählbaren Verbrennungsmodi arbeiten, einschließlich eines Verbrennungsmodus mit homogener Ladung und Selbstzündung (HCCI) und eines Verbrennungsmodus mit einstellbarem Hub (SI). Zusätzlich kann die Motorbaugruppe 12 bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das primär stöchiometrisch mager ist, arbeiten. Obwohl nicht explizit in 1 dargestellt, sollte es gewürdigt werden, dass die Fahrzeug-Antriebsstrang-System kann auf jede verfügbare Konfiguration, einschließlich Vorderradantrieb (FWD) Layouts, Hinterradantrieb (RWD) Layouts, Allradantrieb (AWD) Layouts, Vierradantrieb (4WD) Layouts, six-by-four (6X4) Layouts, etc.
Die Motorbaugruppe 12 ist mit einer Reihe von hin- und hergehenden Kolben 16 - typischerweise eine gerade Anzahl von 4, 6, 8 usw., die in einer V- oder 1-Konfiguration angeordnet sind - ausgestattet, die in den Zylinderbohrungen 15 eines Motorblocks 13 gleitend beweglich sind. Die obere Fläche jedes Kolbens 16 arbeitet mit dem Innenumfang des entsprechenden Zylinders 15 und einer entsprechenden Kammerfläche 19 eines Zylinderkopfes 25 zusammen, um einen Brennraum 17 mit variablem Volumen zu definieren. Jeder Kolben 16 ist über eine entsprechende Kolbenstange 21 und ein Gestänge (z.B. Mehrpunktgestänge 102, 2) mit einem Kurbelzapfen einer rotierenden Kurbelwelle 11 verbunden. Die Kurbelwelle 11 wiederum wandelt die lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 16 in eine Drehbewegung um, die z. B. als eine Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) an eine Kraftübertragung (nicht dargestellt) zum Antrieb eines oder mehrerer Laufräder 22 ausgegeben wird. Die Kurbelwelle 11 ist in einem Kurbelgehäuse 23 dargestellt, das unterhalb des Motorblocks 13 montiert ist. Der Motorblock 13, das Kurbelgehäuse 23 und/oder der Zylinderkopf 25 sind zwar als drei getrennte Teile dargestellt, können aber auch als einteilige, einheitliche „Monoblock“-Konstruktion ausgeführt sein.
Ein Luftansaugsystem leitet die Ansaugluft über einen Ansaugkrümmer 29 zu den Zylindern 15, der die Luft über Ansaugkanäle des Zylinderkopfes 25 in die Brennkammern 17 leitet und verteilt. Das Luftansaugsystem des Motors verfügt über Luftströmungskanäle und verschiedene elektronische Geräte zur Überwachung und Regelung des einströmenden Luftstroms. Die Lufteinlassvorrichtungen können, als erstes nicht einschränkendes Beispiel, einen Luftmassenmesser 32 zur Überwachung des Luftmassenstroms (MAF) 53 und der Ansauglufttemperatur (IAT) 55 umfassen. Eine Drosselklappe 34 steuert den Luftstrom zur Motorbaugruppe 12 in Reaktion auf ein Steuersignal (ETC) 57 von einer programmierbaren Motorsteuereinheit (ECU) 5. Ein Drucksensor 36 im Ansaugkrümmer 29 überwacht z. B. den absoluten Krümmerdruck (MAP) 59 und den barometrischen Druck.
Ein optionaler externer Strömungskanal (nicht abgebildet) führt die Abgase aus dem Motorabgas zum Ansaugkrümmer 29 zurück, wobei ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil 38) verwendet wird, um das Volumen des rückgeführten Abgases zu dosieren, das in die Zylinder 15 zurückgeführt wird. Das programmierbare Motorsteuergerät 5 steuert den Massenstrom des Abgases zum Ansaugkrümmer 29 durch die Steuerung des Öffnens/Schließens des AGR-Ventils 38 über den AGR-Befehl 61. In 1 stellen die Pfeile, die das Steuergerät 5 mit den verschiedenen Komponenten der Motorbaugruppe 12 verbinden, elektronische Signale oder andere Kommunikationsaustausche dar, durch die Daten und/oder Steuerbefehle von einer Komponente zur anderen übertragen werden.
Der Luftstrom vom Ansaugkrümmer 29 in den Brennraum 17 wird durch ein oder mehrere Einlassmotorventile 20 gesteuert. Die Ableitung der Abgase aus der Verbrennungskammer 17 zu einem Abgaskrümmer 39 wird durch ein oder mehrere Abgasmotorventile 18 gesteuert. Diese Motorventile 18, 20 sind hier als federbelastete Tellerventile dargestellt; es können jedoch auch andere bekannte Typen von Motorventilen verwendet werden. Das Ventiltriebsystem 12 der repräsentativen Motorbaugruppe ist so ausgestattet, dass das Öffnen und Schließen der Auslass- und Einlassmotorventile 18, 20 gesteuert und eingestellt werden kann. Obwohl nur ein einziges Paar von Motorventilen dargestellt ist, kann jeder Zylinder 15 mit mehreren Paaren von Einlass-/Auslass-Motorventilen ausgestattet sein.
Gemäß einem Beispiel kann die Aktivierung der Auslass- und Einlassmotorventile 18, 20 jeweils durch die Steuerung von Auslass- und Einlassvorrichtungen mit variabler Nockenwellenverstellung/variabler Hubsteuerung (VCP/VLC) moduliert werden. Diese VCP/VLC-Vorrichtungen werden elektronisch moduliert, um eine Einlassnockenwelle und eine Auslassnockenwelle zu steuern (unten mit Bezug auf 2 beschrieben). Die Drehung der Einlass- und der Auslassnockenwelle ist mit der Drehung der Kurbelwelle verknüpft und indexiert, so dass die Öffnungen und Schließungen der Einlass- und Auslassventile 20, 18 mit den Positionen der Kurbelwelle 11 und der Kolben 16 verknüpft sind. Die Einlass-VCP/VLC-Vorrichtung kann den Ventilhub des Einlassventils/der Einlassventile 20 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVLC) 63 variabel schalten und steuern und die Phasenlage der Einlassnockenwelle für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVCP) 65 variabel einstellen und steuern. In gleicher Weise kann die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung den Ventilhub des Auslassventils/der Auslassventile 18 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVLC) 67 variabel schalten und steuern und die Phasenlage der Auslassnockenwelle für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVCP) 69 variabel einstellen und steuern. Die VCP/VLC-Vorrichtungen können unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen, elektromechanischen oder elektrischen Steuerkraft in Reaktion auf die jeweiligen Steuersignale eVLC, eVCP, iVLC und iVCP betätigt werden.
Mit weiterem Bezug auf die repräsentative Konfiguration von 1 verwendet die Motorbaugruppe 12 ein Direkteinspritzungs-Kraftstoffeinspritzungs-Subsystem mit mehreren elektronischen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzdüsen 28, die Kraftstoffimpulse direkt in die Brennkammern 17 einspritzen. Wie dargestellt, ist jeder Zylinder 15 mit einem oder mehreren Einspritzdüsen 28 ausgestattet, die als Reaktion auf einen Einspritzdüsenimpulsbreitenbefehl (INJ PW) 75 von der ECU 5 aktiviert werden. Diese Einspritzdüsen 28 werden über ein Kraftstoffverteilungssystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Einer oder mehrere oder alle Kraftstoffinjektoren 28 können, wenn sie aktiviert sind, so betrieben werden, dass sie mehrere Kraftstoffimpulse - eine Abfolge von ersten, zweiten, dritten, etc, Die Motorbaugruppe 12 verwendet ein Kompressionszündungsverfahren (für Dieselmotorarchitekturen) oder ein Funkenzündungsverfahren (für Benzinmotorarchitekturen), bei dem die Kraftstoffverbrennung einleitende Energie, wie z. B. erhöhte Temperaturen in der Kammer, die durch Druckluft oder eine plötzliche elektrische Entladung, die über eine Zündkerze 26 als Reaktion auf einen Funkenbefehl (IGN) 71 bereitgestellt wird, die Zylinderladungen in jedem der Brennräume 17 zündet. Bei einigen Anwendungen können die Kraftstoffeinspritzdüsen 28 die Form einer elektronisch gesteuerten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzdüsen-Architektur annehmen, die z. B. mit einem Kraftstoff-Rail-Druck von 2000 bar und einem normalerweise ausgeschalteten magnetgesteuerten Betriebsmodus arbeitet.
Die Motorbaugruppe 12 ist mit verschiedenen Sensorvorrichtungen zur Überwachung des Motorbetriebs ausgestattet, einschließlich eines Kurbelsensors 42 mit einem Ausgang, der die Drehposition der Kurbelwelle anzeigt, z. B. ein Kurbelwinkel- und/oder Drehzahlsignal (RPM) 43. Ein Temperatursensor 44 überwacht z. B. eine oder mehrere motorbezogene Temperaturen (z. B. Kühlmitteltemperatur, Kraftstofftemperatur usw.) und gibt ein entsprechendes Signal 45 aus. Ein zylinderinterner Verbrennungssensor 30 überwacht verbrennungsbezogene Variablen, wie z. B. zylinderinterner Verbrennungsdruck, Ladungstemperatur, Kraftstoffmasse, Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw., und gibt ein entsprechendes Signal 31 aus. Ein Abgassensor 40 überwacht eine oder mehrere abgasbezogene Variablen, z. B. das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), den verbrannten Gasanteil usw., und gibt ein entsprechendes Signal 73 aus.
Der Verbrennungsdruck und die Kurbelwellendrehzahl können z. B. von der ECU 5 überwacht werden, um den Verbrennungszeitpunkt zu bestimmen, d. h. den Zeitpunkt des Verbrennungsdrucks relativ zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle 11 für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus. Es sollte verstanden werden, dass der Verbrennungszeitpunkt auch durch andere Methoden bestimmt werden kann. Der Verbrennungsdruck kann von der ECU 5 überwacht werden, um einen angezeigten mittleren effektiven Druck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus zu bestimmen. Die Motorbaugruppe 12 und die ECU 5 überwachen und bestimmen kooperativ die Zustände des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündungsereignisses. Alternativ können auch andere Sensorsysteme verwendet werden, um die Zustände anderer Verbrennungsparameter im Rahmen der Offenbarung zu überwachen, z. B. Ionen-Sensor-Zündsysteme, AGR-Anteile und nicht-intrusive Zylinderdrucksensoren.
In 2 ist ein repräsentatives Mehrgelenk-Kurbelstrangsystem 100 mit gemeinsamer Steuerwelle für die kombinierte Steuerung des Exzentersystems und des Ventiltriebsystems dargestellt, um den VCR/ICE-Betrieb der Motorbaugruppe 12 zu ermöglichen. Das Mehrgelenk-Kurbelstrangsystem 100 ist in 2 durch eine Mehrpunkt-Gestängeanordnung 102 und eine Kurbelstrang-Steuerwelle 104 dargestellt. Jede Mehrpunkt-Verbindungsbaugruppe 102 steht mit einem der Kolben 16 in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle 11. Die Mehrpunkt-Kupplungsbaugruppe 102 umfasst einen dreieckigen Gestängekörper 106, der als einteilige, einheitliche Konstruktion bearbeitet, gegossen oder geformt werden kann. Der Gestängekörper 106, der im Motorblock 13 und/oder im Kurbelgehäuse 23 untergebracht ist, ist drehbar auf einem entsprechenden Kurbelzapfen 110 der Kurbelwelle 11 montiert.
Bei dieser Anordnung ist die Kurbelwelle 11 um eine erste (Kurbel-)Achse A1 drehbar, die sich in Längsrichtung durch die radiale Mitte der Kurbelwelle 11 erstreckt. Der Gestängekörper 106 ist dagegen um eine zweite (Gestänge-)Achse A2 drehbar, die sich durch die Mitte des Kurbelzapfens 110 erstreckt und radial versetzt/beabstandet von der ersten Achse A1 ist, aber im Wesentlichen parallel dazu verläuft. Innerhalb des Motorblocks 13, seitlich neben der Zylinderbohrung 15, befindet sich eine Kurbelwellensteuerwelle 104, die um eine dritte (Steuer-)Achse A3 rotiert, die sich in Längsrichtung durch die radiale Mitte des Hauptkörpers 105 der Steuerwelle 104 erstreckt. Die dritte Achse A3 der Steuerwelle 104 ist horizontal und vertikal versetzt/beabstandet von der ersten und zweiten Achse A1, A2 der Kurbelwelle 11 und des Gestängekörpers 106, verläuft jedoch im Wesentlichen parallel dazu.
An den drei Ecken des dreieckigen Gestängekörpers 106 befinden sich diskrete Kupplungsbuchsen, nämlich drei Drehgelenke 108A, 108B und 108C zur Verbindung mit der Kurbelwelle 11, dem Kolben 16 und der Steuerwelle 104. Wie in 2 am besten zu sehen ist, koppelt das erste Drehgelenk 108A den Gestängekörper 106 über eine Kolbenpleuelstange 21 drehbar mit dem Kolben 16. Die drehbare Kopplung der Kolbenpleuelstange 21 mit dem Gestängekörper 106 und dem Kolben 16 kann durch jedes geeignete Mittel erreicht werden, einschließlich Kolbenbolzen, Gleitlager, Rollenlager, Buchsen usw. Ebenso koppelt das zweite Drehgelenk 108B den Gestängekörper 106 drehbar an den Kurbelzapfen 110 der Kurbelwelle 11, z.B. über ein Pleuellager (ein „Steuergelenk“). Das dritte Drehgelenk 108C schließlich koppelt den Gestängekörper 106 über eine Zuganker-Pleuelstange 112 drehbar an die Kurbelwellensteuerwelle 104. Die drehbare Kopplung der Verbindungsstange 112 mit dem Gestängekörper 106 und der Steuerwelle 104 kann z. B. durch jede der oben in Bezug auf die Kolbenstange 21 beschriebenen Techniken erreicht werden.
Die Kurbelwellen-Steuerwelle 104 von 2 ist ähnlich wie die Kurbelwelle 11 drehbar am Motorblock 13 gelagert; die Steuerwelle 104 befindet sich jedoch innerhalb des Zylindergehäuseabschnitts des Blocks 13, oberhalb der Kurbelwelle 11 und des Kurbelgehäuses 23. Gemäß dem dargestellten Beispiel befinden sich die erste und zweite Achse A1, A2 jeweils unterhalb der Zylinderbohrung 15 und des Kolbens 16, während die dritte Achse A3 seitlich versetzt von der Zylinderbohrung 15, am nächsten zum Zylinderkopf 25 der drei Achsen A1-A3 angeordnet ist. Die Kurbelwellen-Steuerwelle 104 besteht im Allgemeinen aus einem länglichen und zylindrischen Hauptwellenkörper 105 mit einer Reihe von in Längsrichtung beabstandeten exzentrischen Nocken 107 (z. B. ein Nocken pro Kolben), die vom Körper 105 radial nach außen ragen. Außerdem eine Reihe von in Längsrichtung beabstandeten Rollennocken 109 (z. B. ein Nocken pro Ventil oder Ventilpaar), die vom Körper 105 radial nach außen ragen. Die kreisförmigen Nocken 107 und die länglich geformten Nocken 109 sind einstückig mit dem Hauptwellenkörper 105 ausgebildet oder starr mit diesem verbunden, um sich gemeinsam mit ihm zu drehen.
Während des Motorbetriebs dreht die Kurbelwellensteuerwelle 104 selektiv den Gestängekörper 106 der Mehrpunktgestängeanordnung 102 auf der Kurbelwelle 11 und hebt gleichzeitig das Motorventil 18, 20 aus dem Verbrennungsraum im Einklang mit der rotierenden Kurbelwelle 11 heraus und setzt es wieder ein. Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist ein erstes (unteres) Ende jeder Zugstangen-Verbindungsstange 112 drehbar mit dem dritten Drehgelenk 108C eines der Gestängekörper 106 gekoppelt, so dass sich die Zugstangen-Verbindungsstange 112 um eine vierte (untere) Verbindungsachse A4 dreht. Ein zweites (oberes) Ende jeder Zugstangen-Verbindungsstange 112 ist andererseits drehbar mit einem entsprechenden Exzenter 107 gekoppelt, um sich um eine fünfte (obere) Achse A5 zu drehen, die radial nach außen von der dritten Achse A3 beabstandet ist. Sowohl die vierte als auch die fünfte Achse A4, A5 sind gegenüber den Drehachsen A1-A3 der Kurbelwelle 11, des Gestängekörpers 106 und der Steuerwelle 104 versetzt.
Ähnlich wie bei der Zugstange 112 ist ein erstes (unteres) Ende jeder Kolbenstange 21 drehbar mit dem ersten Drehgelenk 108A eines der Gestängekörper 106 gekoppelt, so dass sich die Kolbenstange 21 um eine sechste (untere Stangen-)Achse A6 dreht. Ein zweites (oberes) Ende jeder Kolbenpleuelstange 21 ist dagegen drehbar mit einem entsprechenden Kolben 16 gekoppelt, um sich um eine siebte (obere Stangen-)Achse A7 zu drehen. Sowohl die sechste als auch die siebte Achse A6, A7 sind gegenüber den Drehachsen A1-A3 der Kurbelwelle 11, des Gestängekörpers 106 und der Steuerwelle 104 versetzt. Wie in 2 am besten zu sehen ist, bewegt sich der Kolben 16 geradlinig auf- und abwärts entlang einer Mittelachse A8 der Zylinderbohrung 16; diese Mittelachse A8 ist seitlich versetzt zu den ersten und dritten Achsen A1, A3 und schneidet diese somit nicht.
Bei dieser Anordnung führt die Drehung der Steuerwelle 104 in einer ersten Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn in 2) zu einer Drehung des Exzenters 107, was eine lineare Hin- und Herbewegung (auf- und abwärts) der Verbindungsstange 112 bewirkt. Die Hin- und Herbewegung der Verbindungsstange 112 bewirkt, dass sich der Gestängekörper 106 auf dem Kurbelzapfen 110 der Kurbelwelle 11 hin und her dreht. Die Drehung des Gestängekörpers 106 auf der Kurbelwelle 11 verändert gleichzeitig den radialen Abstand zwischen dem Kolben 16 und dem Kurbelzapfen 110. Die Änderung des Abstands zwischen dem Kolben 16 und dem Kurbelzapfen 110 variiert gleichzeitig die Hublänge des Kolbens 16 während der Drehung der Kurbelwelle 11.
Zusammen mit der selektiven Steuerung der Kolbenhublänge steuert die Kurbelwellensteuerwelle 104 auch den Betrieb einer oder mehrerer Ventilbaugruppen 114, um die Flüssigkeitszufuhr und/oder -abfuhr für den Brennraum zu steuern. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer „stößelstangenartigen“ Ventilanordnung 114 ist in 2 durch ein federbelastetes Tellerventil 18, 20, eine Stößelstange 116, einen Nockenstößel 118 und eine Kipphebelanordnung 120 dargestellt. Die Kipphebelanordnung 120 ist im Motorblock 13 oder im Zylinderkopf 25 schwenkbar gelagert und kann jede geeignete Form annehmen, z. B. Kipphebel mit Führungsplatte, Kipphebel mit Bolzen, Kipphebel mit Schieber usw. Ein erster (linker) Kipphebel 121 der schwenkbar gelagerten Kipphebel 120 sitzt auf der distalen Spitze des Ventilschaftes 18, 20. Der Nockenstößel 118, der als hydraulischer Spielausgleich, mechanischer Stößel oder Rollenstößel ausgeführt sein kann, ist an einem ersten (unteren) Ende der Stößelstange 116 befestigt und liegt an einem der Rollennocken 109 der Steuerwelle 104 an. Ein zweites (oberes) Ende der Stößelstange 116 liegt an einem zweiten (rechten) Kipphebel 123 an und ist optional fest mit diesem verbunden.
Die Drehung der Kurbelwellensteuerwelle 104 um die zentrale Steuerachse A3 bewirkt eine Drehung der Rollennocke 109 mit einem Nockenzentrum A9, das radial vom Hauptkörper 105 versetzt ist und sich um diesen dreht. Die Drehung des Rollennockens 109 wandelt die Drehbewegung der Steuerwelle 104 in eine hin- und hergehende (auf- und abwärts) lineare Bewegung der Stößelstange 116 um. Jedes Mal, wenn sich die Stößelstange 116 von der Steuerwelle 104 wegbewegt (in 2 nach oben), drückt die Stößelstange 116 gegen den Kipphebel 123. Dies bewirkt, dass die Kipphebel-Baugruppe 120 schwenkt, bis der Kipphebel 121 auf das Ventil 18, 20 drückt, wodurch sich das Ventil 18, 20 abhebt und dadurch Luft/Abgas in den Brennraum eintreten/ausströmen kann.
Die Drehung der Kurbelwellen-Steuerwelle 104 kann durch eine indexierte Kopplung der Steuerwelle 104 mit der Kurbelwelle 11 ermöglicht werden. In 2 ist ein repräsentatives Steuerwellenantriebssystem als Riemenantriebssystem 122 dargestellt, das die Kurbelwelle 11 mit der Steuerwelle 104 antriebsmäßig so verbindet, dass eine Drehung der Kurbelwelle 11 eine phasengleiche oder phasenverschobene Drehung der Steuerwelle 104 bewirkt. Zumindest bei einigen Anwendungen kann die Kurbelwellen-Steuerwelle 104 mit halber Kurbelwellendrehzahl laufen, um Exzenterwellen- und Nockenwellen-Antriebsoperationen über eine einzige Steuerwelle 104 zu ermöglichen. Es sollte anerkannt werden, dass andere mechanische Antriebssysteme zusätzlich zu oder als Alternative zu Riemenantriebssystemen verwendet werden können, einschließlich Zahnradgetriebesystemen, Kettenantriebssystemen, Rollengetriebesystemen usw. Eine optionale Phasing-Vorrichtung 124 ist innerhalb des Motorblocks 13 montiert und mit der Steuerwelle 104 verbunden. Die Phasing-Vorrichtung 124 verändert selektiv die Drehgeschwindigkeit der Steuerwelle 104 relativ zur Kurbelwelle 11, um dadurch die Hublänge des Kolbens 16 zu verändern. Die Phasing-Vorrichtung 124 kann in jeder logisch geeigneten Konfiguration aufgebaut sein, einschließlich eines motorgesteuerten Getriebephasers oder eines hydraulisch gesteuerten Flügelphasers.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden detailliert unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offengelegten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus umfassen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.

Claims

Eine Motorbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen Motorblock, der in sich einen Brennraum mit einer Zylinderbohrung definiert; eine Ventilanordnung, die strömungsmäßig mit der Verbrennungskammer gekoppelt und betätigbar ist, um sich selektiv zu lösen, um dadurch ein Fluid in die Verbrennungskammer einzuführen oder aus dieser zu evakuieren; einem in der Zylinderbohrung hin- und herbewegbaren Kolben; eine Kurbelwelle, die drehbar am Motorblock gelagert und um eine erste Achse drehbar ist; ein Mehrpunktgestänge, das den Kolben antriebsmäßig mit der Kurbelwelle verbindet und um eine zweite Achse drehbar ist, die gegenüber der ersten Achse versetzt ist; und eine Steuerwelle, die durch den Motorblock drehbar gelagert und auf einer dritten Achse drehbar ist, die von der ersten und zweiten Achse versetzt ist, wobei die Steuerwelle mit dem Mehrpunktgestänge gekoppelt und betätigbar ist, um das Mehrpunktgestänge auf der zweiten Achse selektiv zu drehen, und die Steuerwelle mit der Ventilanordnung gekoppelt und betätigbar ist, um diese selektiv zu lösen.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner einen am Motorblock angebrachten Zylinderkopf umfasst, wobei der Zylinderkopf zusammenwirkend mit der Zylinderbohrung den Brennraum definiert, wobei die erste, zweite und dritte Achse zueinander parallel sind und die dritte Achse am nächsten zum Zylinderkopf angeordnet ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Mehrpunktgestänge einen Gestängekörper mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Drehgelenk aufweist, wobei das erste Drehgelenk drehbar mit dem Kolben, das zweite Drehgelenk drehbar mit der Kurbelwelle und das dritte Drehgelenk drehbar mit der Steuerwelle gekoppelt ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 3, wobei das erste Drehgelenk über eine Pleuelstange drehbar mit dem Kolben gekoppelt ist, das zweite Drehgelenk über ein Stangenlager drehbar mit einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle gekoppelt ist und das dritte Drehgelenk über eine Zugstange drehbar mit der Steuerwelle gekoppelt ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die Steuerwelle einen exzentrischen Nocken enthält, der von einem Hauptwellenkörper radial nach außen ragt, und wobei ein erstes Ende der Verbindungsstange drehbar mit dem dritten Drehgelenk des Mehrpunktgestänges gekoppelt ist, um sich um eine vierte Achse zu drehen, und ein zweites Ende der Verbindungsstange drehbar mit dem exzentrischen Nocken gekoppelt ist, um sich um eine fünfte Achse zu drehen, die von der ersten, zweiten und dritten Achse versetzt ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei ein erstes Ende der Pleuelstange drehbar mit dem ersten Drehgelenk des Mehrpunktgestänges gekoppelt ist, um sich um eine sechste Achse zu drehen, und ein zweites Ende der Pleuelstange drehbar mit dem Kolben gekoppelt ist, um sich um eine siebte Achse zu drehen, die gegenüber der ersten, zweiten und dritten Achse versetzt ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die erste Achse durch den Mittelpunkt der Kurbelwelle, die zweite Achse durch den Mittelpunkt des zweiten Drehgelenks und des Kurbelzapfens und die dritte Achse durch den Mittelpunkt der Steuerwelle definiert ist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Steuerwelle einen Rollennocken aufweist, der von einem Hauptwellenkörper radial nach außen ragt, und wobei die Ventilbaugruppe ein federbelastetes Ventil, das strömungstechnisch mit dem Brennraum gekoppelt ist, und eine mit dem Rollennocken gekoppelte Stößelstange aufweist.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 8, wobei die Ventilbaugruppe ferner eine schwenkbare Kipphebelbaugruppe und einen hydraulischen Stößel umfasst, wobei die schwenkbare Kipphebelbaugruppe einen ersten Kipphebel aufweist, der an einem Schaft des federbelasteten Ventils anliegt, und einen zweiten Kipphebel, der an einem ersten Ende des Stößels anliegt, und wobei der hydraulische Stößel an einem zweiten Ende des Stößels befestigt ist und an dem Rollennocken sitzt.
Die Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei sich der Kolben geradlinig entlang einer Mittelachse der Zylinderbohrung hin- und herbewegt, wobei die Mittelachse gegenüber der ersten und dritten Achse versetzt ist und diese nicht schneidet.