DE60131598T2

DE60131598T2 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit verbessertem Kurbelmechanismus

Info

Publication number: DE60131598T2
Application number: DE60131598T
Authority: DE
Inventors: Shunichi Yokosuka-shi Aoyama; Takayuki Yokohama-shi Arai; Katsuya Moteki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: US6516757B2; DE60131598D1; JP2001342859A; JP3968957B2; US20010047778A1; EP1160430B1; EP1160430A2; EP1160430A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Auflader, der in einem Einlasssystem angeordnet ist, und noch genauer, betrifft eine Brennkraftmaschine eines hin- und hergehenden Kolbentyps, der eine verbesserte Kolben-Kurbel-Vorrichtung hat, die die Kolbengeschwindigkeit optimieren kann, wenn der Motor in einer aufgeladenen Bedingung ist und die das Verdichtungsverhältnis in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung des Motors variieren kann.
Ein Beispiel einer aufgeladenen Brennkraftmaschine eines hin- und hergehenden Kolbentyps mit einer veränderbaren Verdichtungsverhältnisvorrichtung ist in der vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-78440 gezeigt. Es ist in der Veröffentlichung gezeigt, das Verdichtungsverhältnis bei einem Hochlastbetrieb, wo das Aufladen ausgeführt wird, niedriger zu machen, um dadurch Klopfen zu vermeiden und das Verdichtungsverhältnis bei niedrigem bis mittlerem Lastbetrieb höher zu machen, wo das Aufladen nicht ausgeführt wird, um dadurch einen guten Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die veränderbare Verdichtungsverhältnisvorrichtung steuert veränderbar das Verdichtungsverhältnis durch eine veränderbare Steuerung des Volumens einer Kammer in Verbindung mit einem Motorzylinder, was durch Verändern einer Position eines Kolbens, der in der Kammer angeordnet ist, erreicht wird.
Das Dokument DE-A-2734715 zeigte einen Motor mit einer Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Mehrfachverbindungstyp zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses des Motors, wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Allgemein tendiert bei einem Hochlastbetrieb, wo eine große Menge von Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt werden soll, die Verbrennungsdauer dazu, länger zu werden. Diese Tendenz wird noch verstärkt, wenn das Aufladen bei einem Hochlastbetrieb ausgeführt wird, was zu einem Problem dadurch führt, dass die Abgastemperatur bei dem Hochlastbetrieb sehr hoch wird.
Wenn die Verbrennungsdauer länger wird, wird die Verbrennung nicht innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs (in der ersten Hälfte des Ausdehnungshubs) abgeschlossen, wo die Wärme der Verbrennung wirksam in die Ausgangsleistung des Motors umgewandelt werden kann. Demzufolge wird die Wärme, die in dem letzteren Zeitraum der Verbren nung erzeugt wird, nicht wirksam in die Ausgangsleistung des Motors umgewandelt, sondern wird nur verwendet, um die Temperatur in dem Abgas zu erhöhen, um somit die thermische Effektivität des Motors zu vermindern und eine hohe Abgastemperatur bei der Hochlast zu verursachen.
Aus diesem Grund ist es in einer Brennkraftmaschine mit einem Auflader erforderlich, dass ein Material für die rund um die Brennkammer zu verwendenden Teile und die Teile des Abgassystems einen hohen Wärmewiderstand hat oder die Kraftstoffmenge bei Hochlast, wo der Motor unter einer hohen oder ausreichend aufgeladenen Bedingung betätigt wird, beträchtlich erhöht werden muss, um dadurch die Abgastemperatur zu vermindern.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die mit einem Auflader ausgerüstet ist, der von den zuvor erwähnten Problemen frei ist.
Es ist weiter ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit dem vorhergehenden Merkmal zu schaffen, das die Verbrennungsdauer bei einem Hochlastbetrieb verkürzen kann, um dadurch den Anstieg der Abgastemperatur zu verhindern und die thermische Effektivität des Motors zu verbessern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit den vorhergehenden Merkmalen zu schaffen, die das Verdichtungsverhältnis veränderbar in Übereinstimmung mit einem Aufladedruck steuern können, um dadurch das Klopfen, wenn der Aufladedruck hoch ist, zu verhindern und um den Kraftstoffverbrauch, wenn das Aufladen nicht ausgeführt wird, zu verbessern.
Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine vor, die aufweist einen Kolben, der hin- und hergehbar beweglich innerhalb eines Zylinders eines Motors ist, eine Kolben-Kurbel-Vorrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens in die Drehung einer Kurbelwelle und einen Auflader zum Aufladen des Zylinders, wobei die Kolben-Kurbel-Vorrichtung zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle verbindet, um den Kolben zu veranlassen, sich bei einer Geschwindigkeit zu bewegen, die rund um den unteren Totpunkt des Kolbens niedriger ist und rund um den oberen Totpunkt des Kolbens höher ist, wenn mit den jeweiligen entsprechenden Geschwindigkeiten verglichen wird, die durch einen vergleichbaren Einzel-Verbindungstyp einer Kolben-Kurbel-Vorrichtung verglichen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Diagramm, das die Kolbenhubmerkmale der Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp der 1 zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems zum Steuern einer veränderbaren Verdichtungsverhältnisvorrichtung und eines Auslass-Bypass-Ventils der 1;
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, das durch das Steuerungssystems der 3 ausgeführt wird; und
5 ist ein Zeitdiagramm der Aufladungssteuerung und der Verdichtungsverhältnissteuerung zu der Zeit der Beschleunigung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Zuerst wird in Bezug auf die 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp beschrieben. Die Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp ist aufgebaut, um eine optimale Kolbengeschwindigkeit zu erhalten, wenn der Motor in einem aufgeladenen Zustand ist, was verstanden werden wird, wenn die Beschreibung weiter voran schreitet. Zusätzlich zu dem Geschilderten hat die Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp eine Funktion, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors zu variieren, das heißt, sie funktioniert auch als eine veränderbare Verdichtungsverhältnisvorrichtung. Die Kolben-Kurbel-Vorrichtung enthält die Kurbelwelle 31 mit einer Mehrzahl von Zapfenabschnitten 32, einer Mehrzahl von Kurbelbolzen 33 und einer Mehrzahl von Gegengewichtabschnitten 31a. An den Hauptlagern (nicht gezeigt), installiert an dem Zylinderblock 47, der einen Teil eines Hauptkörpers des Motors bildet, sind Zapfenabschnitte 32 drehbar gelagert. Die Kurbelbolzen 33 sind von den Zapfenabschnitten 32 um eine vorbestimmte Größe versetzt. Mit den Kurbelbolzen 33 sind schwingbar oder schwenkbar untere Verbindungsglieder 34 verbunden, die als zweite Verbindungsglieder dienen.
Das untere Verbindungsglied 34 ist nahezu T-förmig und enthält den Hauptkörper 34a und die Kappe 34b, die trennbar sind. Nahezu an einem zentralen Abschnitt eines unteren Verbindungsgliedes 34 und zwischen dem Hauptkörper 34a und der Kappe 34b ist eine Verbindungsbohrung gebildet, in die der Kurbelbolzen 33 eingesetzt ist.
Das obere Verbindungsglied 35, das als ein erstes Verbindungsglied dient, ist an einem unteren Ende mit einem Ende des unteren Verbindungsgliedes 34 mittels des Ver bindungsbolzens 36 schwenkbar verbunden und an einem oberen Ende des Kolbens 38 mittels des Kolbenbolzens 37 schwenkbar verbunden. Der Kolben 38 wird einem Verbrennungsdruck unterworfen und geht innerhalb des Zylinders 39 des Zylinderblocks 47 hin und her.
Oberhalb des Zylinders 39 sind die Einlassventile 43 angeordnet, die die Einlassöffnung 44 in einer zeitlichen Beziehung zu der Umdrehung der Kurbelwelle 31 öffnen oder schließen, und Abgasventile 45, die die Abgasöffnung 46 in einer zeitlichen Beziehung zu der Drehung der Kurbelwelle 31 öffnen oder schließen.
Das Steuerungsverbindungsglied 40, das als ein drittes Verbindungsglied dient, ist an einem oberen Ende mit dem anderen Ende des unteren Verbindungsgliedes 34 mittels eines Verbindungsbolzens 41 und an einem unteren Ende mit dem Motorhauptkörper, zum Beispiel einem Zylinderblock 47, mittels der Steuerwelle 42 schwenkbar verbunden. Noch genauer, die Steuerwelle 42 hat einen größeren Durchmesserabschnitt 42a, mit dem das untere Ende des Steuerungsverbindungsgliedes 40 schwenkbar verbunden ist. Die Steuerwelle 42 hat außerdem einen kleineren Durchmesserabschnitt 42b, der mit dem größeren Durchmesserabschnitt 42a exzentrisch ist, und der schwenkbar an dem Motorhauptkörper gelagert ist. Die Steuerwelle 42 und der Motorhauptkörper bilden eine veränderbare Schwenkvorrichtung zum Verändern einer Schwenkposition, an der das Steuerungsverbindungsglied 40 oder das dritte Verbindungsglied schwenkbar mit dem Motorhauptkörper verbunden ist.
Die Drehposition der Steuerwelle 42 wird durch ein Steuerungssystem gesteuert. Das Steuerungssystem ist aufgebaut, um in der Lage zu sein, die Steuerungswelle 42 an einer gewünschten Drehposition gegen eine Reaktionskraft zu halten, die auf die Steuerungswelle 42 von der Steuerungsverbindung 40 aufgebracht wird. Das Steuerungssystem wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
In der zuvor beschriebenen Kolben-Kurbel-Vorrichtung wird, wenn die Steuerungswelle 42 veranlasst wird, sich unter der Steuerung des Steuerungssystems zu drehen, die Mittelachse des größeren Durchmesserabschnittes 42a, die zu dem kleineren Durchmesserabschnitt 42b exzentrisch ist, veranlasst, sich relativ zu dem Motorhauptkörper zu verändern. Dadurch wird die Position, wo die Steuerungsverbindung 40 relativ zu dem Motorhauptkörper schwenkbar gelagert wird, veranlasst, sich zu verändern. Dies verursacht seinerseits eine Veränderung in dem Hub des Kolbens 38, um somit die Position des Kolbens 38 zu veranlassen, an dem oberen Totpunkt (TDC) höher oder größer zu werden, das heißt, die Y-Koordinate des TDC in dem Diagramm der 1 wird höher oder niedriger, um es somit möglich zu machen, eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses des Motors zu erreichen.
Die Brennkraftmaschine ist mit einem Turbolader 51 ausgerüstet, der als ein Auflader dient. Der Turbolader 51 enthält die Turbine 52, die in dem Abgaskanal 54 angeordnet ist, und den Kompressor 53, der in dem Einlasskanal 55 angeordnet ist und mit der Turbine 52 koaxial ist. Um den Aufladedruck in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Motors zu steuern, ist ein Abgas-Bypass-Ventil 56 vorgesehen, um einen Teil des Abgases zu gestatten, die Turbine 52 zu umgehen.
Die Kurve mit der durchgehenden Linie in der 2 repräsentiert die Kolbenhubmerkmale der Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp in der 1. Die gepunktete Linie repräsentiert die Kolbenhubmerkmale einer üblichen Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Einzel-Verbindungstyp, das heißt eine Kolben-Kurbel-Vorrichtung, wobei ein Kolbenbolzen und ein Kurbelbolzen durch ein einzelnes Verbindungsglied (durch die Pleuelstange) verbunden ist. Mit der üblichen Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Einzel-Verbindungstyp wird die Geschwindigkeit des Kolbens rund um den TDC gesichert, um größer als rund um den unteren Totpunkt (BDC) zu sein. Solch eine Differenz in der Kolbengeschwindigkeit kann kleiner gemacht werden, indem die Pleuelstange länger gemacht wird. Dieses Ergebnis macht es möglich, die Geschwindigkeit des Kolbens rund um den TDC kleiner zu machen. Jedoch wird in diesem Beispiel ein Problem verursacht, das die Höhe des Motors (das heißt, der Abstand zwischen der Mitte der Kurbelwelle bis zu dem oberen Ende des Zylinders) erhöht wird. Im Gegensatz dazu kann bei der Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp die Kolbengeschwindigkeit rund um den TDC kleiner und rund um den BDC größer gemacht werden durch das Einstellen der Wechselbeziehung oder der Verbindungen der Verbindungsglieder, ohne die Höhe des Motors zu verändern. In der Kolben-Kurbel-Vorrichtung der 1, die aufgebaut ist, wie zuvor beschrieben, ist die Kolbengeschwindigkeit rund um den TDC kleiner und rund um den BDC größer, wenn mit den jeweilig entsprechenden Kolbengeschwindigkeiten verglichen wird, die durch eine vergleichbare Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Einzel-Verbindungstyp verglichen wird. 2 zeigt die Kolbenhubmerkmale des Doppel-Verbindungstyps und des Einzel-Verbindungstyps der Kolben-Kurbel-Vorrichtungen bei der Bedingung, dass der Hub des Kolbens und die Höhe des Motors in den beiden Vorrichtungen nahezu dieselben sind.
Die Kurve mit der durchgehenden Linie in der 2 repräsentiert ein Beispiel der Kolbenhubmerkmale unter einer Bedingung des niedrigen Verdichtungsverhältnisses, das bei einem Hochladebetrieb (bei einem Hochlastbetrieb) verwendet wird. Die Kolbengeschwindigkeit während eines hohen Verdichtungsverhältniszustandes ist benachbart zu den TDC ein wenig größer, und benachbart zu den BDC ein wenig kleiner, als die in der 2 gezeigte.
In Bezug auf die 3 wird ein Steuerungssystem zum Steuern der veränderbaren Verdichtungsverhältnisvorrichtung (Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Doppel-Verbindungstyp) und ein Auslass-Bypass-Ventil 56 beschrieben. Das in der 3 gezeigte Steuerungssystem enthält einen Elektromotor 100, der antreibend mit einem Getriebe 102 zum Steuern des Drehwinkels der Steuerwelle 42 mittels des Getriebes 102 verbunden ist. Insbesondere enthält das Getriebe 101 eine Schnecke (ohne Zahl), verbunden mit einer Drehwelle des Motors 100, und ein Schneckenrad (ohne Zahl) im Kämmeingriff mit der Schnecke und antreibend mit der Steuerungswelle 42 verbunden. Der Drehwinkel der Steuerungswelle 42 wird durch den Drehwinkelsensor 102 erfasst. Der Aufladedruck in einem Einlasssystem, der durch den Turbolader 51 erzeugt wird, wird durch den Ladedrucksensor 122 erfasst. Der Motor 100 wird durch das Motorsteuerungsmodul (ECM) 123 gesteuert. Eingegeben in das Motorsteuerungsmodul 123 werden ein Beschleunigerpedal-Öffnungsgradsignal von dem Beschleunigerpedal-Öffnungsgradsensor 120 und ein Motordrehzahlsignal von dem Motordrehzahlsensor 121. Auf der Grundlage dieser Signale berechnet das Motorsteuerungsmodul 123 einen Ziel-Drehwinkel der Steuerungswelle 42 und einen Ziel-Aufladedruck und führt die Steuerungssignale, die einem berechneten Ziel-Drehwinkel repräsentativ sind, und einen berechneten Ziel-Aufladedruck zu dem Motor 100 und zu dem Abgas-Bypass-Ventil 56 zu.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zeigt, das in dem Motorsteuerungsmodul 123 zum Berechnen eines Ziel-Aufladedruckes und eines Ziel-Steuerwellen-Drehwinkels ausgeführt wird. Dieses Verfahren wird zu jeder vorbestimmten Zeit wiederholt ausgeführt. Zuerst wird in einem Schritt S101 der Beschleunigerpedal-Öffnungsgrad (der der Motorlast äquivalent ist) APS, die Motordrehzahl NE und der tatsächliche Aufladedruck SCP zu dieser Zeit auf der Grundlage des Ausgangssignals des Beschleunigerpedal-Öffnungsgradsensors 120, des Ausgangssignals des Motordrehmomentsensors 212 und des Ausgangssignals des Aufladesensors 122 gelesen.
In dem Schritt S102 wird der Aufladedruck tSCP auf der Grundlage des Beschleunigerpedal-Öffnungsgrades APS und der Motordrehzahl NE berechnet. Insbesondere wird ein entsprechender Wert zu dem Ziel-Aufladedruck tSCP in einem Steuerungsplan (nicht gezeigt) aufgesucht, indem der Ziel-Aufladedruck tSCP in einer Weise gespeichert ist, um dem Beschleunigerpedal-Öffnungsgrad APS und der Motordrehzahl NE zu entsprechen. Der Steuerungsplan wird festgelegt, um solche Merkmale zu haben, dass der Aufladedruck größer als die Belastung (APS) wird und die Motordrehzahl höher wird.
In dem Schritt S103 wird der Ziel-Drehwinkel tCA der Steuerungswelle 42 der veränderbaren Verdichtungsverhältnisvorrichtung auf der Grundlage des tatsächlichen Aufladedrucks SCP und der Motordrehzahl NE berechnet. Insbesondere wird ein entspre chender Wert zu dem Ziel-Drehwinkel tCA in einem Steuerungsplan (nicht gezeigt) aufgesucht, indem der Ziel-Drehwinkel tCA in einer Weise gespeichert ist, um dem tatsächlichen Aufladedruck SCP und der Motordrehzahl NE zu entsprechen. Der Steuerungsplan ist aufgebaut, um solche Merkmale zu haben, dass das Verdichtungsverhältnis am höchsten innerhalb der Grenzen wird, die kein Klopfen verursachen. Demzufolge wird ein hohes Verdichtungsverhältnis unter einem niedrigen Aufladedruckzustand erreicht und das Verdichtungsverhältnis wird niedriger, wie der Aufladedruck höher wird.
In der Zwischenzeit wird aus der Überlegung der Tatsache, dass eine Verzögerung in der Veränderung des tatsächlichen Aufladedruck SCP in Abhängigkeit von einer Veränderung des Ziel-Aufladedrucks tSCP relativ groß ist, nicht der Ziel-Aufladedruck tSCP, sondern der tatsächliche Aufladedruck SCP, der als ein Parameter zum Bestimmen des Verdichtungsverhältnisses verwendet wird, verwendet. Dies dient dazu, dass eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses niemals einer tatsächlichen Veränderung des Aufladedrucks vorangeht.
In dem Schritt S104 werden der berechnetet Ziel-Aufladedruck tSCP und der berechnete Ziel-Drehwinkel tCA in einem Speicher in dem Motorsteuerungsmodul 123 gespeichert.
Das Verfahren in der 4 dient nur zum Ausführen der Berechnung von verschiedenen Zielwerten. Die tatsächliche Aufladedrucksteuerung und die tatsächliche Drehwinkelsteuerung werden durch ein Aufladedruck-Steuerungsverfahren und ein Verdichtungsverhältnis-Steuerungsverfahren, die nicht gezeigt sind, ausgeführt.
In dem Aufladedruck-Steuerungsverfahren wird nämlich ein Rückkopplungskorrekturöffnungsgrad des Abgas-Bypass-Ventils 56, der einer Differenz zwischen dem letzten Ziel-Aufladedruck tSCP und dem letzten tatsächlichen Aufladedruck SCP entspricht, die in dem Speicher gespeichert sind, berechnet und ein Steuerungssignal, das dem Korrekturöffnungsgrad repräsentativ ist, wird zu dem Abgas-Bypass-Ventil 56 zugeführt. Der Korrekturöffnungsgrad wird gegeben, um den Öffnungsgrad des Abgas-Bypass-Ventils 56 zu erhöhen, wenn tSCP > SCP ist und den Öffnungsgrades zu vermindern, wenn tSCP < SCP ist.
Außerdem wird in dem Verdichtungsverhältnis-Steuerungsverfahren ein Rückkopplungssteuerungssignal, das der Differenz zwischen dem letzten Ziel-Drehwinkel tCA und einem tatsächlichen Drehwinkel entspricht (der durch den Drehwinkelsensor 102 erfasst wird) gebildet und zu dem Motor 100 zugeführt.
5 zeigt ein Beispiel eines Zeitdiagramms einer Aufladesteuerung und einer Verdichtungsverhältnissteuerung zu der Zeit der Beschleunigung. Wie gezeigt wird, wie sich der Beschleunigungspedalöffnungsgrad APS erhöht, der Ziel-Aufladedruck tSCP höher und ein wenig später wird der tatsächliche Aufladedruck SCP höher. In Abhängigkeit zu dem Erhöhen des tatsächlichen Aufladedrucks wird das Verdichtungsverhältnis vermindert, um Klopfen zu vermeiden.
In dem Vorhergehenden wird es verstanden, dass das Vermindern der Kolbengeschwindigkeit rund um den oberen Totpunkt die Erhöhungsgeschwindigkeit des Brennkammervolumens in dem Bereich des Kurbelwinkels in der ersten Hälfte des Ausdehnungshubs veranlasst, kleiner zu werden, um somit innerhalb der Brennkammer innerhalb des zuvor erwähnten Kurbelwinkelbereichs eine Verminderung des Druckes zu veranlassen, um kleiner zu werden, und gleichzeitig eine Temperatur innerhalb der Brennkammer veranlasst, kleiner zu werden. Demzufolge kann die Verbrennungsgeschwindigkeit in der ersten Hälfte des Ausdehnungshubs größer beibehalten werden und die Verbrennungsdauer kann wirksam verkürzt werden. Als ein Ergebnis wird es selbst zu der Zeit einer Hochlastbetriebsbedingung, wo eine große Menge von Luft zu der Brennkammer durch das Aufladen zugeführt wird, möglich, eine beträchtlich große Erhöhung der Abgastemperatur zu vermeiden. Da außerdem die Menge eines Gemischs, das in der ersten Hälfte des Ausdehnungshubs verbrannt wird, erhöht ist, kann die thermische Energie in die Ausgangsleistung des Motors bei einer verbesserten Rate umgewandelt werden, um es somit möglich zu machen, die thermische Effektivität des Motors zu verbessern.
Es wird weiter verstanden werden, dass, wenn die Kolbengeschwindigkeit rund um den oberen Totpunkt kleiner gemacht wird, die Kolbengeschwindigkeit rund um den unteren Totpunkt veranlasst wird, umgekehrt größer zu werden. Dies bedeutet, wenn die Überlegung vorgenommen wird, in der Annahme, dass der Ventilöffnungszeitpunkt des Auslassventils feststehend ist, dass das Abgasventil dazu neigt, sich zu öffnen, bevor der Kolben das Abwärtsgehen beendet hat. Aus diesem Grund besteht eine Tendenz, dass geringere Verluste verursacht werden. Wenn jedoch ein Turbolader als ein Auflader verwendet wird, kann die Energie des Abgases für eine Turbinenarbeit des Turboladers selbst dann wieder hergestellt werden, wenn das verbrannte Gas, das eine relativ hohe Energie hat, in den Abgaskanal emittiert, wodurch ein tatsächlicher Verlust klein wird.
Es wird weiter verstanden, dass, entsprechend der vorliegenden Erfindung, es möglich wird, eine Verdichtungsverhältnissteuerung in Übereinstimmung mit dem Aufladedruck auszuführen. Dadurch wird es möglich, das Verdichtungsverhältnis des Motors bei einem Hochlastbetrieb niedriger zu machen, wo der Aufladedruck hoch ist, um dadurch ein Klopfen zu vermeiden, und um das Verdichtungsverhältnis bei niedrigem bis mittle rem Lastbetrieb höher zu machen, wo das Aufladen nicht ausgeführt wird, um dadurch einen guten Kraftstoffverbrauch zu erhalten.
Es wird außerdem verstanden, dass entsprechend der vorliegenden Erfindung, die Kolben-Kurbel-Vorrichtung so konstruiert ist, dass die Geschwindigkeit des Kolbens rund um den oberen Totpunkt, wenn das Verdichtungsverhältnis relativ niedrig ist, kleiner als das ist, wenn das Verdichtungsverhältnis relativ hoch ist. Dies ist für eine weitere Verstärkung oder Verbesserung der Wirkung der vorliegenden Erfindung effektiv, da die Kolbengeschwindigkeit rund um den TDC niedriger sein kann, wenn das Verdichtungsverhältnis niedrig ist, das heißt, bei einem Hochlastbetrieb.
Obwohl die zuvor beschriebene Erfindung in Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben worden ist, beschrieben wurde, werden Modifikationen und Veränderungen des Ausführungsbeispieles für denjenigen, der auf diesem Gebiet der Technik Fachmann ist, im Lichte der obigen Lehren auftreten. Der Umfang der Erfindung ist in Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Brennkraftmaschine, aufweisend: einen Kolben (38), hin- und hergehend bewegbar innerhalb eines Zylinders (39) der Brennkraftmaschine, und eine Kolben-Kurbel-Vorrichtung zum Umwandeln einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens (38) in die Drehung einer Kurbelwelle (31), wobei die Kolben-Kurbel-Vorrichtung den Kolben und die Kurbelwelle (31) verbindet, um den Kolben (38) zu veranlassen, sich mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die kleiner rund um einen oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (38) ist, und größer rund um einen unteren Totpunkt (BDC) des Kolbens (38) ist, im Vergleich mit den jeweiligen Kolbengeschwindigkeiten, die bei einer vergleichbaren Kolben-Kurbel-Vorrichtung vom Einzelgliedverbindungs-Typ erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine außerdem aufweist einen Auflader zum Aufladen des Zylinders (39) mit Aufladedruck, und ein Steuersystem vorgesehen ist, das konfiguriert ist, die Kolben-Kurbel-Vorrichtung auf der Grundlage des Aufladedrucks zu steuern, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors veränderbar zu steuern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Kurbel-Vorrichtung in der Lage ist, den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (38) und dadurch ein Verdichtungsverhältnis zu verändern, und das Steuersystem konfiguriert ist, das Verdichtungsverhältnis in solch einer Weise zu steuern, dass ein niedriges Verdichtungsverhältnis erhalten wird, wenn der Aufladedruck, der durch den Auflader erzeugt wird, hoch ist und ein hohes Verdichtungsverhältnis erhalten wird, wenn der Aufladedruck niedrig ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Kurbel-Vorrichtung aufweist ein erstes Verbindungsglied (35), verbunden an einem der gegenüberliegenden Enden mit einem Kolbenbolzen (37) des Kolbens (38), und ein zweites Verbindungsglied (34), das das andere der gegenüberliegenden Enden des ersten Verbindungsgliedes (35) und einen Kurbelbolzen (33) der Kurbelwelle (31) verbindet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Kurbel-Vorrichtung eine Einrichtung zum Verändern einer Winkelposition des zweiten Verbindungsglieds (34) aufweist, um dadurch ein Verdichtungsverhältnis des Motors zu verändern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verändern der Winkelposition aufweist ein drittes Verbindungsglied (40), verbunden an einem der gegenüberliegenden Enden mit dem zweiten Verbindungsglied (34) und an dem anderen der gegenüberliegenden Enden mit einem Hauptkörper des Motors.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verändern der Winkelposition aufweist eine Veränderungseinrichtung, konfiguriert, um eine Position des anderen der gegenüberliegenden Enden des dritten Verbindungsgliedes (40) relativ zu dem Hauptkörper des Motors in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung des Motors zu verändern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verändern der Winkelposition aufweist eine Steuerwelle (42), mittels der das andere der gegenüberliegenden Enden des dritten Verbindungsgliedes (40) mit dem Hauptkörper des Motors schwenkbar verbunden ist, die Steuerwelle (42) einen Abschnitt (42a) mit größerem Durchmesser enthält, auf dem das andere der gegenüberliegenden Enden des dritten Verbindungsgliedes (40) gelagert ist, und einen Abschnitt (42a) mit kleinerem Durchmesser, der zu dem Abschnitt (42a) mit größerem Durchmesser exzentrisch und mit dem Hauptkörper des Motors schwenkbar verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem konfiguriert ist, eine Drehposition der Steuerwelle (42) und dadurch einer Mittelachse des Abschnittes (42a) mit größerem Durchmesser relativ zu dem Hauptkörper des Motors in Übereinstimmung mit der Betriebsbedingung des Motors veränderbar zu steuern.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verbindungsglieder (35, 34) so konstruiert sind, dass wenn ein Verdichtungsverhältnis in dem Zylinder niedrig ist, die Geschwindigkeit des Kolbens (38) rund um den oberen Totpunkt (TDC) kleiner als die ist, wenn das Verdichtungsverhältnis hoch ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflader ein Turbolader (51) ist, der den Zylinder (39) durch eine Energie des Abgases des Motors auflädt.