CN103244547B - 用于内燃发动机的曲轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于内燃发动机的曲轴。具体地，用于内燃发动机的曲轴包括在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈，和至少三个曲轴销，每个曲轴销围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位。相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开。曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递。每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩。曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，第三曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
Description
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及用于内燃发动机的曲轴，更具体地涉及一种用于内燃发动机的曲轴，其具有成组的三个曲轴销，其中两个曲轴销在离曲轴的中心线第一距离处设置，第三曲轴销在离曲轴的中心线第二距离处设置。
背景技术
随着人们越来越多地关注车辆经济性，特别是车辆燃料经济性，汽车制造商正转而生产较小的、较轻的车辆以及独特的车辆动力系系统以便提高效率。再循环排气（“EGR”）被用于大部分常规内燃发动机中以帮助在低负载时减少节气损失，以及在高发动机负载时改进爆震耐受度和降低排气中的氮氧化物（“NOX”）的水平。在以稀于化学计量比的浓度运转并因而易于排出更高水平的NOX排放物的内燃发动机中，EGR作为排放减量器是特别重要的。
一个已经在内燃发动机系统的结构中考虑的方案是采用多个汽缸中的一个作为专用EGR源。例如，在四缸发动机中，在一个汽缸中产生的排气的整个供给作为EGR传递到其他三个汽缸的进气端口。产生EGR的汽缸可以定制水平的空气和燃料操作；如可由与各种发动机、车辆以及排出系统传感器信号连通的发动机控制器确定。因为来自的产生EGR的汽缸的排气在被释放到大气之前被再循环，产生EGR的汽缸中的定制的空气和燃料水平可以优化以获得所选择的目标，例如发动机效率，功率和可操作性。
因为由其余两个汽缸产生的排气在排气处理系统中的随后处理中被释放到大气，这些其余汽缸的空气和燃料混合物被操作从而满足排放标准。偶然地，这些其余汽缸享有与来自产生EGR的汽缸的EGR的吸收相关联的益处。这些益处包括减小的燃烧温度和相关的NOX水平，允许具有更高氢水平的其余汽缸中的更富EGR水平，从而改进爆震阻力、燃料消耗以及燃烧稳定性，同时仍然允许在排气处理系统中保持化学计量比的气体以便与催化处理装置兼容。
这种类型的内燃发动机系统的缺陷是，仅使用单一汽缸作为专用EGR汽缸的内燃发动机可能不能均匀地传送EGR体积至其余汽缸。例如，在专用EGR汽缸事件之后的汽缸事件可能易于接收比随后点火汽缸更多的EGR稀释剂。汽缸组成物（即，燃烧空气、燃料和EGR稀释剂）的这种变化会导致不均匀的燃烧性能，所述不均匀的燃烧性能在宽范围的运转条件下难于控制。
为了至少部分地解决这些缺陷，研究了多个构造，包括其中在四个汽缸中的多于一个用作专用EGR汽缸或其中专用EGR汽缸对于由其他汽缸产生的每四体积排气产生多于单体积排气的构造。为了使能这种构造，将会有利的是具有能够在非EGR汽缸中促进EGR的改进分配的曲轴。还将有利的是具有能够使能EGR和非EGR汽缸之间差别的汽缸移动的曲轴。
发明内容
在示例性实施方式中，用于内燃发动机的曲轴包括在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈，和至少三个曲轴销，每个曲轴销围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位。相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开。曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递。每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩。曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，第三曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
在另一示例性实施方式中，三缸内燃发动机的旋转组包括三个活塞，其每个与相应的汽缸相关联并且通过相应的连接杆连接到相应的曲轴销。曲轴销设置在单个曲轴上，该曲轴包括在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈。至少三个曲轴销围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位。相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开。曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递。每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩，曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离。第三曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将通过下面结合附图对本发明的详细描述而变得显而易见。
本发明还提供了以下方案：
1.一种用于内燃发动机的曲轴，包括：
在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈；以及
至少三个曲轴销，每个曲轴销围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位；
相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开；
曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递；
每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩；
曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，第三曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
2.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
3.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
4.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
5.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，内部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
6.根据方案5所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
7.根据方案5所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
8.根据方案5所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
9.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中两个相邻的曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，其余的曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
10.根据方案9所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
11.根据方案9所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
12.根据方案9所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
13.根据方案1所述的曲轴，其特征在于，曲轴销组的三个曲轴销和曲轴旋转轴线全部近似地设置在单个平面中。
14.一种用于三缸内燃发动机的旋转组，所述旋转组包括：
三个活塞，其每个与相应的汽缸相关联并且其每个通过相应的连接杆连接到相应的曲轴销，所述曲轴销设置在单个曲轴上；
其中所述曲轴包括：
在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈；和
至少三个曲轴销，其每个围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位；
相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开；
曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递；
每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩；以及
曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，第三曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
15.根据方案14所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
16.根据方案14所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
17.根据方案14所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
18.根据方案14所述的曲轴，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，内部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
19.根据方案18所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
20.根据方案18所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
附图说明
在下面对实施方式的详细描述中，仅通过示例呈现其他目的、特征、优点和细节，所述详细描述参照附图进行，附图中：
图1是体现本发明的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图2是体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图3是体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图4是体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图5是体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图6是体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的若干部分的示意平面图；
图7是示出了体现本发明的实施方式的特征的内燃发动机系统的操作的曲线图；以及
图8是示出了体现本发明的另一实施方式的特征的内燃发动机系统的操作的曲线图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。应当理解的是，相应的附图标记在所有附图中指代相同或相应的部件或特征。
现参照图1，本发明的示例性实施方式涉及一种包括多个发动机汽缸12的内燃发动机系统10。在所示的实施方式中，内燃发动机系统10包括三个发动机汽缸12，然而所述内燃发动机系统10的结构还可包括任何数量的汽缸（例如3、4、5、6、8、10、12等），此外在不影响本发明的应用的情况下，还可构造成例如直列的（已示出）、V型构造的、水平对置的等。
参照所示实施方式中的发动机汽缸12，第一和第三汽缸14构造成以四冲程燃烧循环运转。相反地，如下面将更详细描述的，第二汽缸16是专用EGR汽缸并且构造成以二冲程燃烧循环运转。燃烧空气18通过压缩机20被压缩，所述压缩机20可包括发动机驱动的机械增压器、排气驱动的涡轮增压器或两者组合的（即，机械涡轮增压器），并且燃烧空气18通过包括进气流道26、28和30的进气系统24的一部分被传送至每个发动机汽缸12。进气流道26、28和30通过进气端口32传送压缩的燃烧空气至四冲程汽缸14且通过一个或多个进气端口34传送压缩的燃烧空气至二冲程汽缸。燃烧空气18在汽缸14和16中与燃料混合，并且在其中燃烧。一个或多个点火器件-例如火花塞36被定位成与汽缸14和16连通并且用于点燃其中的燃料／空气混合物。
在示例性实施方式中，来自二冲程、专用EGR汽缸16中的燃料与燃烧空气18的燃烧的排气38穿过一个或多个排气端口40从汽缸16中排出，所述一个或多个排气端口40与EGR供应导管42流体连通，EGR供应导管42在排气端口40与进气端口44之间延伸并且与进气端口44流体连通，所述进气端口44构造成传送作为再循环排气（“EGR”）46的排气38至四冲程汽缸14。在其燃烧之前，再循环排气46与每个四冲程汽缸14中的燃烧空气18以及燃料混合。从二冲程、专用EGR汽缸16供应至四冲程汽缸14的EGR46用于在低负载时帮助减少节气损失，并且用于改进爆震耐受度和降低排气中的氮氧化物（“NOX”）水平。
在示例性实施方式中，一个或多个热交换器48可设置在二冲程、专用EGR汽缸16和四冲程汽缸14的进气端口44之间以便冷却EGR充料46从而充当冷却器，由此确保密度更大的EGR气流进入四冲程汽缸14。热交换器48可以是气冷的或液冷的结构。在示例性实施方式中，来自四冲程汽缸14中的燃料、燃烧空气18和EGR46的燃烧的排气50通过与排气处理系统54流体连通的一个或多个排气端口52从汽缸中排出，所述排气处理系统54可包括各种排气处理器件56-例如催化转换器、选择性催化还原器件、微粒捕集器或它们的组合。
现参照图2，本发明的另一个示例性实施方式涉及一种包括多个发动机汽缸12的内燃发动机系统10。在所示的实施方式中，内燃发动机系统10包括三个发动机汽缸12，然而所述内燃发动机系统10的结构还可包括任何数量的汽缸（例如3、4、5、6、8、10、12等），此外在不影响本发明的应用的情况下，还可构造成例如直列的（已示出）、V型构造的、水平对置的等。
参照所示实施方式中的发动机汽缸12，第一和第三汽缸14构造成以四冲程燃烧循环运转。相反地，如下面将更详细描述的，第二汽缸16是专用EGR汽缸并且构造成以二冲程燃烧循环运转。燃烧空气18通过压缩机20被压缩，所述压缩机20可包括发动机驱动的机械增压器、排气的驱动涡轮增压器或两者的组合（即，机械涡轮增压器），并且燃烧空气18通过包括进气流道26、28和30的进气系统24的一部分输送至每个发动机汽缸12。进气流道26、28和30通过进气端口32传送压缩的燃烧空气至四冲程汽缸14且通过一个或多个进气端口34传送压缩的燃烧空气至二冲程汽缸。燃烧空气18在汽缸14和16中与燃料混合，并且在其中燃烧。一个或多个点火器件-例如火花塞36被定位成与汽缸14和16连通并且用于点燃其中的燃料／空气混合物。
在示例性实施方式中，来自二冲程、专用EGR汽缸16中的燃料与燃烧空气18的燃烧的排气38穿过一个或多个排气端口40从汽缸排出，所述一个或多个排气端口40与EGR供应导管42流体连通，EGR供应导管42在排气端口40与压缩机20的进气端口80之间延伸并且与压缩机20的进气端口80流体连通，所述EGR供应导管42构造成传送排气38至压缩机20以便与燃烧空气18混合并压缩进入燃烧充料82。因此，燃烧充料82包括燃烧空气18与再循环排气38的混合物，并且所述混合物通过进气流道26、28传送至四冲程汽缸14以及通过进气流道30传送至二冲程汽缸16。从二冲程、专用EGR汽缸16供应至进气系统24的压缩机进气端口的排气38用于在低负载时帮助减少节气损失，并且用于改进爆震耐受度和降低排气中的氮气氧化物（“NOX”）水平。
在示例性实施方式中，热交换器48可设置在二冲程、专用EGR汽缸16的排气端口40与压缩机进气端口80之间以便冷却排气38从而充当冷却器，由此允许密度更大的排气流入压缩机20。热交换器48可以是气冷的或液冷的构造。在示例性实施方式中，来自四冲程汽缸14中的燃烧充料82和燃料的燃烧的排气50通过与排气处理系统54流体连通的一个或多个排气端口52从汽缸排出，所述排气处理系统54可包括各种排气处理器件56-例如催化转换器、选择性催化还原器件、微粒捕集器或它们的组合。
在示例性实施方式中，四冲程汽缸和二冲程汽缸14、16分别与旋转组相互作用，该旋转组包括活塞（未示出），其每个与相应的汽缸相关联并且通过相应的连接杆（未示出）连接到相应的曲轴销，曲轴销设置在单个曲轴上。在示例性实施方式中，如图5和图6所示，用于内燃发动机的曲轴100包括在曲轴旋转轴线118上对齐的多个主轴颈110、112、114、116。第一（即，外部）曲轴销120围绕第一曲轴销轴线122设置并且在第一主轴颈110和第二主轴颈112之间定位。第二（即，内部）曲轴销130围绕第二曲轴销轴线132设置并且在第二主轴颈112和第三主轴颈114之间定位。第三（即，外部）曲轴销140围绕第三曲轴销轴线142设置并且在第三主轴颈114和第四主轴颈116之间定位。每个曲轴销120、130、140在相应的曲轴销轴线122、132、142上对齐，曲轴销轴线与曲轴旋转轴线118平行且径向隔开。
在一些发动机构造中，一个或多个汽缸可以不同于发动机上的其他汽缸操作。例如，如本文其他地方所述的，一个或多个汽缸可以不同于其他汽缸的EGR水平操作并且还可以不同于其他汽缸的燃料对空气比操作。因此，作为其移动函数的在单独汽缸中产生的功率（即，单位功率）可与其他汽缸的不同。为了至少部分地补偿汽缸与汽缸的这种不同，会希望的是能够相对于其他汽缸的移动修改一个或多个汽缸的移动。
以不同移动的汽缸操作会希望的不仅是补偿变化的特定功率输出，还可以用于调整发动机中的EGR水平，其中来自一个或多个汽缸的排气在另一汽缸中被完全再吸收。例如，在三缸发动机中，其中来自一个汽缸的排气通过其余两个汽缸完全再吸收，会希望的是以小于其他两个汽缸的移动操作产生EGR的汽缸，由此减小EGR水平。这可以通过减小产生EGR的汽缸的冲程来实现。改变单独汽缸移动的能力允许发动机设计者有效地权衡输送到每个工作汽缸的EGR量与由工作汽缸产生的做功的量。这种能力可以使发动机设计者能够基于功率输出、燃料消耗和排放限制寻找多个同时存在的设计约束的解决方案（即，在其之间权衡）。
因为移动是冲程和孔直径的函数，汽缸移动能够通过改变任意这些参数而调整。然而，通常修改冲程比修改孔直径要简单得多。因此，在示例性实施方式中，如图5所示，具有至少三个曲轴销120、130、140的曲轴100被构造成使得至少两个曲轴销120、140与曲轴旋转轴线118径向隔开第一半冲程距离121、141，第三曲轴销130与曲轴旋转轴线118径向隔开第二半冲程距离131。如图5所示，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销120、140与曲轴旋转轴线118径向隔开第一半冲程距离121、141，内部曲轴销130与曲轴旋转轴线118径向隔开第二半冲程距离131。然而，应认识到的是，替代实施方式是可行的，其中两个相邻的（即，轴向相邻的）曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，其余曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
在示例性实施方式中，第一半冲程距离141不同于第二半冲程距离131。相应地，如果与第一半冲程距离相关联的汽缸的孔直径基本上与第二半冲程距离相关联的汽缸的孔直径相同，则与第一半冲程距离相关联的汽缸的移动将不同于与第二半冲程距离相关联的汽缸的移动。在另一示例性实施方式中，第一半冲程距离141大于第二半冲程距离131。相应地，如果与第一半冲程距离相关联的汽缸的孔直径基本上与第二半冲程距离相关联的汽缸的孔直径相同，则与第一半冲程距离相关联的汽缸的移动将大于与第二半冲程距离相关联的汽缸的移动。在另一示例性实施方式中，第一半冲程距离141小于第二半冲程距离131。相应地，如果与第一半冲程距离相关联的汽缸的孔直径基本上与第二半冲程距离相关联的汽缸的孔直径相同，则与第一半冲程距离相关联的汽缸的移动将小于与第二半冲程距离相关联的汽缸的移动。
上述的示例性实施方式包括形成曲轴销组的至少三个曲轴销。应认识到的是，四个汽缸曲轴可类似地包括成组的三个曲轴销与额外的（即，第四）曲轴销，其位于离曲轴旋转轴线的第二半冲程距离处。
第一对曲柄臂150结合到第一曲轴销120以用于第一曲轴销120和第一对曲柄臂150之间的力传递。每个曲柄臂150也结合到相应的主轴颈110，112以用于在第一对曲柄臂150和主轴颈110，112之间传递扭矩。第二对曲柄臂152结合到第二曲轴销130以用于第二曲轴销130和第二对曲柄臂152之间的力传递。每个曲柄臂152也结合到相应的主轴颈112，114以用于在第二对曲柄臂152和主轴颈112，114之间传递扭矩。第三对曲柄臂154结合到第三曲轴销140以用于第三曲轴销140和第三对曲柄臂154之间的力传递。每个曲柄臂154也结合到相应的主轴颈114，116以用于在第三对曲柄臂154和主轴颈114，116之间传递扭矩。
在示例性实施方式中，曲轴销120、130、140形成曲轴销组，其设置成使得能够关于它们的三个相关联的汽缸进行“几乎均匀点火”的燃烧顺序。因此，在三缸内燃发动机10的情况下，在大约720度的曲轴旋转中产生四个几乎均匀间隔的点火事件。例如，在其中二冲程汽缸设置在一对四冲程汽缸之间的发动机构造中，例如在图1和图2的示例性三缸内燃发动机中，第一曲轴销120通过连接杆（未示出）连接到设置在汽缸14的第一个中的活塞（未示出）。该汽缸构造成在四冲程燃烧循环上操作。因此，当曲轴100围绕曲轴旋转轴线118旋转时，连接到第一曲轴销120的活塞与第一汽缸14中的工作流体（即，燃料、空气和EGR混合物）相互作用，其在每720度的曲轴旋转遇到一次燃烧事件。
类似地，第三曲轴销140通过连接杆（未示出）连接到设置在汽缸14的另一个中的活塞（未示出），该汽缸构造成在四冲程燃烧循环上操作。因此，当曲轴100围绕曲轴旋转轴线118旋转时（即，通过其旋转曲轴位置的范围），连接到第三曲轴销140的活塞与第三汽缸14中的工作流体（即，燃料、空气和EGR混合物）相互作用，其也在每720度的曲轴旋转遇到一次燃烧事件。
根据此实施方式，用于四冲程汽缸14的曲轴销（即，第一曲轴销120和第三曲轴销140）彼此近似同相地定位（即，近似定位以用于围绕曲轴旋转轴线的同相旋转），使得单个旋转曲轴位置导致连接到第一曲轴销120的活塞和连接到第三曲轴销140的活塞定位在它们冲程的顶点处或附近。相应地，当曲轴100旋转通过其曲轴旋转位置的范围时，连接到第一曲轴销120的活塞和连接到第三曲轴销140的活塞在近似相同的曲轴旋转位置到达它们冲程的顶点。在曲轴的交替循环旋转中发生第一和第三汽缸的燃烧事件，使得与四冲程汽缸相关联的燃烧事件近似均匀间隔。
根据此实施方式，第二曲轴销130通过连接杆（未示出）连接到设置在汽缸16中的活塞（未示出），汽缸设置在两个四冲程汽缸14之间。该汽缸构造成在四冲程燃烧循环上操作。因此，当曲轴100围绕曲轴旋转轴线118旋转时，连接到第二曲轴销130的活塞与第二汽缸16中的工作流体（即，燃料、空气和EGR混合物）相互作用，其也在每360度的曲轴旋转遇到一次燃烧事件。
根据此实施方式，第二曲轴销130（即，与二冲程汽缸16相关联的曲轴销）与第一曲轴销120和第三曲轴销140异相地以近似180度定位。相应地，连接到第一曲轴销120的活塞到达其冲程的顶点，其在远离与连接到第一曲轴销120的活塞冲程顶点相关联的旋转曲轴位置处和与连接到第三曲轴销140的活塞冲程顶点相关联的旋转曲轴位置处。相应地，第二汽缸的燃烧事件在与四冲程汽缸相关联的燃烧事件之间近似均匀间隔的曲轴的每个循环旋转中发生。因此，第二曲轴销130与二冲程汽缸16相关联的活塞连接并且与第一和第三曲轴销对称地定向（即，稍微大于或小于180度的曲轴旋转）。
在示例性实施方式中，所有三个曲轴销的轴线122，132，142或多或少设置在单个平面180中（图6），曲轴旋转轴线118也或多或少设置在近似的相同平面180中。在另一示例性实施方式中，第一曲轴销122的轴线或多或少近似与第三曲轴销142的轴线共线。
在所示的实施方式中，三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销位于第一近似角位置附近以用于围绕曲轴旋转轴线的同相旋转，并且内部曲轴销位于远离第一近似角位置近似180度。然而，应注意到的是，构思了其他布置，例如一种布置，其中三个曲轴销形成曲轴销组，其中两个相邻曲轴销位于第一近似角位置附近以用于围绕曲轴旋转轴线的同相旋转，并且其余曲轴销（其不位于两个相邻曲轴销之间）位于远离第一近似角位置近似180度。
应注意到的是，曲轴销组的外部曲轴销的冲程可以构造成大于、小于或等于内部曲轴销的冲程，如希望的以适合发动机的特定需求。例如，在二冲程（即，180度异相）汽缸用于供给EGR到两个或多个四冲程汽缸，会希望的是增加或减小供给到四冲程汽缸的EGR的比率。在示例性实施方式中，EGR的比例可以通过相对于四冲程汽缸增加或减小与二冲程汽缸相关联的冲程（即，活塞行程的范围）而修改。
在示例性实施方式中，二冲程、专用EGR汽缸16的曲轴销可与四冲程汽缸14的曲轴销对称定向（即略大于或略小于180度的曲轴旋转），以便优化图1中EGR46或图2中的燃烧充料82传送至四冲程汽缸14的正时。在所示的实施方式中，在直列3缸内燃发动机10中，两个汽缸可以四冲程燃烧循环运转，并且剩下的一个汽缸以二冲程循环运转，从而供应再循环排气46或燃烧充料82至四冲程汽缸。这种结构将在大约720度的曲轴旋转中产生4个大体上均匀间隔的点火或燃烧事件，并且将在三缸发动机组件10中产生接近四缸发动机的性能和燃烧平顺性。
图7和图8显示示例性发动机旋转组的活塞冲程和曲轴旋转位置之间的示例性关系300。在示例性实施方式中，在0度的第一曲轴旋转位置，第一曲轴销320和第三曲轴销340设置在与它们的联接的活塞的冲程顶点（TDC）相关联的位置中。在此近似旋转位置（具有与点火正时的提前和延迟相关联的变化），第一燃烧或点火事件370在与第一曲轴销320相关联的汽缸中发生。在近似相同的曲轴旋转位置，第二曲轴销330设置在与它的连接的活塞的冲程底部（BDC）相关联的位置中。
在远离第一曲轴旋转位置近似180度的第二曲轴旋转位置处，第一曲轴销320和第三曲轴销340设置在与它们的连接的活塞的冲程底部（BDC）相关联的位置中。在近似相同的曲轴旋转位置处，第二曲轴销330设置在与它的连接的活塞的冲程顶点（TDC）相关联的位置中。在此近似的旋转位置（具有与点火正时的提前和延迟相关联的变化），第二燃烧或点火事件350在与第二曲轴销330相关联的汽缸中发生。
在360度的旋转位置处完成曲轴的第一圈，第一曲轴销320和第三曲轴销340再次设置在与它们的连接的活塞的冲程顶点（TDC）相关联的位置中。在此近似的旋转位置（具有与点火正时的提前和延迟相关联的变化），第三燃烧或点火事件360在与第三曲轴销340相关联的汽缸中发生。在近似相同的曲轴旋转位置处，第二曲轴销330再次设置在与它的连接的活塞的冲程底部（BDC）相关联的位置中。
在远离第一曲轴旋转位置近似540度的第四曲轴旋转位置处，第一曲轴销320和第三曲轴销340再次设置在与它们的连接的活塞的冲程底部（BDC）相关联的位置中。在近似相同的曲轴旋转位置处，第二曲轴销330再次设置在与它的连接的活塞的冲程顶点（TDC）相关联的位置中。在此近似的旋转位置（具有与点火正时的提前和延迟相关联的变化），燃烧或点火事件350在与第二曲轴销330相关联的汽缸中发生。
以720度的总曲轴旋转完成曲轴的第二圈，第一曲轴销320和第三曲轴销340再次设置在与它们的连接的活塞的冲程顶点（TDC）相关联的位置中。在此近似的旋转位置（具有与点火正时的提前和延迟相关联的变化），燃烧或点火事件370在与第一曲轴销320相关联的汽缸中发生。在近似相同的曲轴旋转位置处，第二曲轴销330再次设置在与它的连接的活塞的冲程底部（BDC）相关联的位置中。因此，“几乎均匀点火”的燃烧顺序被促进，由此，在三缸内燃发动机10的情况下，在大约720度的曲轴旋转中发生四个几乎均匀间隔的点火事件。
在所示并描述的实施方式中，内燃发动机10将封装在三缸、直列发动机的空间中，但将提供接近四缸发动机的性能。由于更加平顺地反馈至车辆或其他装置，4个点火脉冲或事件将允许发动机享有从大约1000转每分（“RPM”）至大约750RPM的降低的空转速度，从而导致较低的燃料消耗。另外，二冲程、专用EGR汽缸16的输出组分38（即，排气）通过四冲程汽缸14被“后处理”从而允许二冲程、专用EGR汽缸16在不对尾管排放物50产生不利影响的情况下在浓于化学计量比的浓度下运转。这就允许二冲程、专用EGR汽缸16被优化为至四冲程汽缸14的EGR稀释剂的供应者。
内燃发动机10的运转是相对直进的，并且二冲程、专用EGR汽缸16的结构可包括多个二冲程设计。例如，在示例性实施方式中，可实施“单向流”设计，所述“单向流”设计将采用与排气端口40流体连通的排气阀。进气端口34可被免除，作为交换进气端口（未示出）设置在汽缸16底部。汽缸16的废气可被曲轴箱排除，但也可以用来自压缩机20的加压空气排除。在图1和2所示的示例性实施方式中，二冲程、专用EGR汽缸16的布局与四冲程发动机汽缸的结构相似。汽缸16的二冲程运转和汽缸16的四冲程运转之间的主要差别在于气门－喷射器－点火相对于发动机曲轴（未示出）的位置的正时不同。这种结构的优势来自图1中压缩的燃烧空气18或图2中由压缩机20传送的压缩的燃烧充料82。在示例性实施方式中，当排气处理系统54和二冲程汽缸16的排气门的正时可被控制从而形成从汽缸16的排气“自动清除”时，压缩机20便可被省略。
如上所示，本发明可应用于各种发动机结构。在V型构造发动机-例如V-6发动机中，四个汽缸可以四冲程循环运转，而其余的两个汽缸以二冲程循环运转，从而提供再循环排气至所述四冲程汽缸。这种结构将在大约720度的曲轴旋转中产生8个点火或燃烧事件，并且在V-6组件中产生近乎V-8发动机的性能。在图3的示例性实施方式中，V-6构造的内燃发动机10B被构造成使得第一汽缸列90上的两个汽缸（在示出的发动机中为4和6）以二冲程循环运转。其余汽缸1、2、3和5被定位在第一汽缸列90和第二汽缸列92上的各种位置，并且以四冲程循环运转。这种结构对优化汽缸14、16的点火顺序以及从二冲程汽缸16至四冲程汽缸14的再循环排气46的传送是有用的。
在图4的示例性实施方式中，V-6构造的内燃发动机10C被构造成使得第一汽缸列90上的两个汽缸（所示的发动机中的2和4）以二冲程循环运转。其余汽缸1、3、5和6被定位在第一汽缸列90和第二汽缸列92的各种位置上，并且以四冲程循环运转。这种构造对优化汽缸14、16的点火顺序以及从二冲程汽缸16至四冲程汽缸14的再循环排气的传送是有利的。
上面对本发明的描述主要参照其在三缸或六缸发动机中的应用进行。内燃发动机领域的技术人员应当清楚的是，能容易地设想出其他汽缸数量和不同构造的发动机，并且本发明不应且不能被局限于在此提供的那些示例。
虽然已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是所属领域技术人员将会理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可对本发明做出各种改变并且可用等同元件来代替本发明的元件。另外，在不偏离本发明的实质范围的情况下，可做出多种改型以使本发明的教导适应特定情况或材料。因此，本发明将不局限于所公开的特定实施方式，相反，本发明将包括落入本申请的范围内的所有实施方式。
Claims (16)
1.一种用于内燃发动机的曲轴，包括：
在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈；以及
至少三个曲轴销，每个曲轴销围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位；
相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开；
曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递；
每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩；
曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，另一曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离，其中，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
2.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
3.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
4.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，内部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
5.根据权利要求4所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
6.根据权利要求4所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
7.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中两个相邻的曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，其余的曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
8.根据权利要求7所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
9.根据权利要求7所述的曲轴，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
10.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，曲轴销组的三个曲轴销和曲轴旋转轴线全部近似地设置在单个平面中。
11.一种用于三缸内燃发动机的旋转组，所述旋转组包括：
三个活塞，其每个与相应的汽缸相关联并且其每个通过相应的连接杆连接到相应的曲轴销，所述曲轴销设置在单个曲轴上；
其中所述曲轴包括：
在曲轴旋转轴线上对齐的至少四个主轴颈；和
至少三个曲轴销，其每个围绕相应的曲轴销轴线设置并且在主轴颈之间定位；
相应的曲轴销轴线的每个与曲轴旋转轴线平行定向且径向隔开；
曲轴销的每个结合到一对曲柄臂以用于曲轴销和该对曲柄臂之间的力传递；
每对曲柄臂结合到相应的主轴颈以用于在该对曲柄臂和主轴颈之间传递扭矩；以及
曲轴销的至少两个与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，另一曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离，其中，第一半冲程距离不同于第二半冲程距离。
12.根据权利要求11所述的旋转组，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
13.根据权利要求11所述的旋转组，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
14.根据权利要求11所述的旋转组，其特征在于，至少三个曲轴销形成曲轴销组，其中外部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第一半冲程距离，内部曲轴销与曲轴旋转轴线径向隔开第二半冲程距离。
15.根据权利要求14所述的旋转组，其特征在于，第一半冲程距离大于第二半冲程距离。
16.根据权利要求14所述的旋转组，其特征在于，第一半冲程距离小于第二半冲程距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160629 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |