CN107429730A - 用于直列式气缸内燃机的曲柄轴和直列式气缸内燃机 - Google Patents

用于直列式气缸内燃机的曲柄轴和直列式气缸内燃机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于直列式气缸内燃机(2)的曲柄轴,其具有至少两个轴承位置(8)和多个曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66),其中,所述曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66)相互间以角度错位地布置,从而使至少两个曲柄销(36、42;56、66)彼此角度一致地设置,并且其中,所述曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66)配有用于重量补偿的配重元件,其特征在于,沿曲柄轴(6)的轴向观察的第一和最后的曲柄销(36、42;56、66)彼此角度一致地设置,其中,第一和最后的曲柄销的配重元件(44、46、48、50)具有附加配重(52、54),所述附加配重沿轴向观察相互镜像地布置。此外,本发明还涉及一种直列式气缸内燃机。

Description

用于直列式气缸内燃机的曲柄轴和直列式气缸内燃机
本发明涉及一种用于直列式气缸内燃机的曲柄轴,其具有至少两个轴承位置和多个曲柄销,其中,所述曲柄销相互间以角度错位地布置,从而使至少两个曲柄销彼此角度一致地设置,并且其中,所述曲柄销配有用于重量补偿的配重元件。此外,本发明还涉及一种直列式气缸内燃机,具有曲轴箱和容纳在所述曲轴箱内的曲柄轴,所述曲柄轴具有多个曲柄销,并且所述直列式气缸内燃机还具有具备相应数量的气缸的气缸壳体,其中,所述气缸壳体与气缸盖相连,在所述气缸盖中设有进气门和排气门以及至少一个用于进气门的凸轮轴和至少一个用于排气门的凸轮轴。
这种类型的曲柄轴以及这种类型的直列式气缸内燃机由文献DE 10 2011 054881已知。由此原则上,四缸内燃机可以按照三缸点火顺序运行,其中,第二缸和第三缸并列运转,并且必要时还可以关断其中一个气缸,以便节约燃油和降低排放。此外尤其还可以在较低的转速范围内同时运行两个气缸,由此两个气缸的废气流量导入废气涡轮增压器,并且涡轮机由此即使在较低的发动机转速时也能加速至极高的涡轮机转速,这实现了高转矩。然而这样运行的直列发动机所具有的弊端在于,形成了自由质量矩,该自由质量矩引发不利的振动特性并且由此还导致发动机缸体升高的动态负载以及导致在车辆内部的不利的声学特性。
因此本发明所要解决的技术问题在于,提供一种用于四缸内燃机或直列式气缸内燃机的曲柄轴,所述曲柄轴以简单且廉价的方式避免上述弊端。
所述技术问题通过一种曲柄轴解决,其中,沿曲柄轴的轴向观察的第一和最后的曲柄销彼此角度一致地设置,其中,第一和最后的曲柄销的配重元件具有附加配重,所述附加配重沿轴向观察相互镜像地布置。由此,已经通过第一和最后的曲柄销的平行布置大幅度降低了第一级次的自由质量矩。通过在第一和最后的曲柄销上安置另外的附加重量,还可以进一步改进振动倾向。由此可以排除不利的声学特性。而且还不必为了克服升高的点火压力负载而改变气缸盖螺栓的设计。
在根据本发明的曲柄轴的一种有利于四缸内燃机的实施方式中,第一和第二曲柄销以角度α=约120°相互错位,并且第二和第三曲柄销以角度β=约120°相互错位,并且第三和第四曲柄销以角度γ=约120°相互错位。
在根据本发明的曲柄轴的有利于六缸内燃机的第一实施方式中,第一和第二曲柄销以角度α′=约240°相互错位,并且第二和第三曲柄销以角度β′=240°相互错位,并且第三和第四曲柄销以角度γ′=约360°相互错位,并且第四和第五曲柄销以角度δ′=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销以角度ε′=120°相互错位。
在根据本发明的曲柄轴的有利于六缸内燃机的第二实施方式中,第一和第二曲柄销以角度α″=约60°相互错位,并且第二和第三曲柄销以角度β″=约240°相互错位,并且第三和第四曲柄销以角度γ″=约180°相互错位,并且第四和第五曲柄销以角度δ″=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销以角度ε″=120°相互错位。
此外,所述技术问题还通过一种设计为四缸的直列式气缸内燃机解决,其中,在气缸中的点火顺序按气缸的顺序设置为:第一缸、第二缸、第三缸、第四缸。
无论通过曲柄轴还是通过包含这种曲柄轴的直列式气缸内燃机,设计为四缸的直列式气缸内燃机均可以这样运行,即,可以为每个单独的气缸提供足够长的排气门控制时间,而无论在动态方面还是在声学方面都不会产生不利的振动特性。由此能够明显优化内部废气回流、换气损耗以及油耗。尤其在负载升高的情况下,降低推力损失(Ausschiebeverluste)和内部回流的残余废气量对优化燃烧过程是重要的。通过在气缸(所述气缸与曲轴的第一和第四曲柄销相配属)的排气冲程中提高尾气的质量流量排放,所述涡轮增压机受到转矩冲击,所述转矩冲击进一步改善了内燃机的效率。
通过有利的方式还能实现的是,利用根据本发明的曲柄轴运行设计为六缸的、具有曲柄销的角间距α′、β′、γ′、δ′、ε′或α″、β″、γ″、δ″、ε″的直列式气缸内燃机,其中,在气缸中的点火顺序按气缸的顺序设置为:第一缸、第二缸、第四缸、第六缸、第五缸、第三缸。由此可以依据布置方式的不同以不规则或规则的点火顺序运行内燃机。
此外还可以有利地,在所述气缸盖中设有可变的气门传动装置。还有利的是,在低负载范围内设计有与第一或最后的曲柄销作用连接的气缸的灭缸。由此,直列式气缸内燃机在低负载区域内可以以最简单的方式作为纯粹的、具有三个或五个大小相同的气缸工作容积的三缸内燃机或五缸内燃机运行。
综上还特别有利的是,所述可变的气门传动装置具有偏心轮机构,可变的气门传动装置具有偏心轮机构,所述偏心轮机构至少在一个位置上实现了已关停气缸的至少进气门的零冲程(Nullhub)。要注意的是,当然也可以设置导致排气门零冲程的偏心轮机构。
借助以下附图对本发明进行更详尽的阐述。在附图中:
图1示出具有根据本发明的曲柄轴的设计为四缸的直列式气缸内燃机的示意性立体图,
图2示出按照图1的根据本发明的曲柄轴的一种实施方式的立体图,
图3示出按照图1的根据本发明的曲柄轴的示意性曲轴布置图,
图4示出在具有气缸装置的示意图的六缸实施方式的曲柄轴的根据本发明的第一实施方式的示意性曲轴布置图,和
图5示出在具有气缸装置的示意图的六缸实施方式的曲柄轴的根据本发明的第二实施方式的示意性曲轴布置图。
图1示意性示出直列式气缸内燃机2的立体图,所述直列式气缸内燃机作为直列四缸发动机以四冲程运行。在此要注意的是,曲柄销相互间的角度定向的描述是针对在平面中的投影(见图3至5)而言的。所述四缸内燃机2主要具有曲轴箱4,曲轴6在五个轴承位置8上可转动地支承在所述曲轴箱中。所述曲轴6通过连杆10与活塞12、14、16、18相连接,所述活塞在各自的气缸20、22、24、26中以已知的方式上下运动。四个气缸20、22、24、26布置在气缸壳体28中。所述气缸壳体28通过气缸盖30被封闭,在没有进一步示出的、用于四个气缸20、22、24、26的进气门和排气门被以已知的方式布置在所述气缸盖中。还示意性地示出了两个作用在进气门和排气门上的凸轮轴32、34。
所述曲轴6具有曲柄36、38、40、42,所述曲柄以已知的方式与连杆10相连接。
根据本发明规定,所述曲柄销相互间形成不对称的间距。这从图2的示意图中和根据图3的曲轴布置图中尤其可以明显看出。在该实施例中,所述曲柄被这样布置,即所述曲柄销36与曲柄销38以角度α=120°相互错位。所述曲柄销38相对于曲柄销40同样以角度β=120°相互错位。而且所述曲柄销40与曲柄销42形成角度γ=120°,从而使曲柄销36和42相互间角度一致地设置。如果在柴油机中通过自行点火或在汽油机中通过火花点火进行点火,则在所述气缸20、22、24、26中的点火次序是根据曲柄销36、38、40、42间的角距进行的。通过这种设置可以使经典的四缸发动机在点火次序方面以及与此相关的排气门控制时间方面以三缸发动机的方式进行。如前所述,这种发动机在排放限制以及能耗限制方面具有极大优势。
此外,图2还清楚示出配重元件44、46、48、50,所述配重元件配以已知的方式配属于曲柄销36、38、40、42。为了在根据本发明的曲柄轴6的设计中确保理想的振动特性,在第一曲柄销36上和在第四曲柄销42上设置了附加配重52、54,以便尤其降低第一级次的自由质量矩。由此能够实现的是,根据本发明的曲柄轴6能够应用在传统的内燃机中,而不必在气缸壳体方面采取加固或特别的固定措施。
图4示意性示出在六缸实施方式中根据本发明的曲柄轴6的第一实施方式的曲轴布置图。在此设置了六个曲柄销56、58、60、62、64和66,所述曲柄销配属于对应的气缸20、22、24、26、68、70。第一和第二曲柄销56、58在此相互间以角度α′=约240°相互错位。第二和第三曲柄销58、60以角度β′=240°相互错位,并且第三和第四曲柄销60、62以角度γ′=约360°相互错位,并且第四和第五曲柄销62、64以角度δ′=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销64、66以角度ε′=120°相互错位。这种类型的内燃机当然可以经典地作为六缸发动机以气缸20-22-26-70-68-24的点火顺序运行。然而该六缸发动机也可以根据负载状态以(20和/或70)-22-26-68-24的五缸点火顺序运行。也就是说六缸内燃机的经典的曲柄轴6可以不加改变地被采用,其中,动平衡装置和自由质量矩即使在气缸关停的情况下也保持在0水平。通过气缸20和70的同时点火也不会对例如气缸盖的气缸盖螺栓更高地加载负荷。然而在此由于在经典顺序中缺少在第六缸中的点火顺序,不能确保规则的点火顺序。
这种规则的点火顺序可以利用图5所示的在六缸实施方式中根据本发明的曲柄轴6的第二实施方式的曲轴布置图实现。在此设置六个曲柄销56、58、60、62、64和66,所述曲柄销配属于对应的气缸20、22、24、26、68、70。第一和第二曲柄销56、58以角度α″=约60°相互错位,并且第二和第三曲柄销58、60以角度β′=240°相互错位,并且第三和第四曲柄销60、62以角度γ″=约180°相互错位,并且第四和第五曲柄销62、64以角度δ″=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销64、66以角度ε″=120°相互错位。点火顺序在此经典地作为六缸进行:20-22-26-70-68-24,并且作为五缸进行:(20和/或70)-22-26-68-24。
通过可变的气门传动装置可以以特别简单的方式实现灭缸。为了在低负载范围内设置与第一和最后的曲柄销(36、42;56、66)的气缸(20、26;20;70)的灭缸,可变的气门传动装置可以具有偏心轮机构,所述偏心轮机构至少在一个位置中实现已关停气缸20、26;20、70的至少进气门的零冲程。

Claims (9)

1.一种用于直列式气缸内燃机(2)的曲柄轴,其具有至少两个轴承位置(8)和多个曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66),其中,所述曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66)相互间以角度错位地布置,从而使至少两个曲柄销(36、42;56、66)彼此角度一致地设置,并且其中,所述曲柄销(36、38、40、42;56、58、60、62、64、66)配有用于重量补偿的配重元件,其特征在于,沿曲柄轴(6)的轴向观察的第一和最后的曲柄销(36、42;56、66)彼此角度一致地设置,其中,第一和最后的曲柄销的配重元件(44、46、48、50)具有附加配重(52、54),所述附加配重(52、54)沿轴向观察相互镜像地布置。
2.根据权利要求1所述的用于直列式气缸内燃机的曲柄轴,其特征在于,第一和第二曲柄销(36、38)以角度α=约120°相互错位,并且第二和第三曲柄销(38、40)以角度β=约120°相互错位,并且第三和第四曲柄销(40、42)以角度γ=约120°相互错位。
3.根据权利要求1所述的用于直列式气缸内燃机的曲柄轴,其特征在于,第一和第二曲柄销(56、58)以角度α′=约240°相互错位,并且第二和第三曲柄销(58、60)以角度β′=240°相互错位,并且第三和第四曲柄销(60、62)以角度γ′=约360°相互错位,并且第四和第五曲柄销(62、64)以角度δ′=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销(64、66)以角度ε′=120°相互错位。
4.根据权利要求1所述的用于直列式气缸内燃机的曲柄轴,其特征在于,第一和第二曲柄销(56、58)以角度α″=约60°相互错位,并且第二和第三曲柄销(58、60)以角度β″=约240°相互错位,并且第三和第四曲柄销(60、62)以角度γ″=约180°相互错位,并且第四和第五曲柄销(62、64)以角度δ″=约120°相互错位,并且第五和第六曲柄销(64、66)以角度ε″=120°相互错位。
5.一种设计为四缸的直列式气缸内燃机,其具有曲轴箱(4)和容纳在所述曲轴箱内的根据权利要求2所述的曲柄轴(6),所述曲柄轴(6)具有多个曲柄销(36、38、40、42),并且所述直列式气缸内燃机还具有具备相应数量的气缸(20、22、24、26)的气缸壳体(28),其中,所述气缸壳体(28)与气缸盖(30)相连,在所述气缸盖(30)中设有进气门和排气门以及至少一个用于进气门的凸轮轴(32)和至少一个用于排气门的凸轮轴(34),其特征在于,在气缸(20、22、24、26)中的点火顺序按气缸的顺序设置为:第一缸(20)、第二缸(22)、第三缸(24)、第四缸(26)。
6.一种直列式气缸内燃机,具有曲轴箱(4)和容纳在所述曲轴箱内的根据权利要求3或4所述的曲柄轴(6),所述曲柄轴(6)具有多个曲柄销(56、58、60、62、64、66),并且所述直列式气缸内燃机还具有具备相应数量的气缸(20、22、24、26、68、70)的气缸壳体(28),其中,所述气缸壳体(28)与气缸盖(30)相连,在所述气缸盖(30)中设有进气门和排气门以及至少一个用于进气门的凸轮轴(32)和至少一个用于排气门的凸轮轴(34),其特征在于,在气缸(20、22、24、26、68、70)中的点火顺序按气缸的顺序设置为:第一缸(20)、第二缸(22)、第四缸(26)、第六缸(70)、第五缸(68)、第三缸(24)。
7.根据权利要求5或6所述的直列式气缸内燃机,其特征在于,在所述气缸盖(30)中设有可变的气门传动装置。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的直列式气缸内燃机,其特征在于,在低负载范围内设计有与第一或最后的曲柄销(36、42;56、66)作用连接的气缸(20、26;20、70)的灭缸。
9.根据权利要求7或8所述的直列式气缸内燃机,其特征在于,可变的气门传动装置具有偏心轮机构,所述偏心轮机构至少在一个位置上实现了已关停气缸(20、26;20、70)的至少进气门的零冲程。
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