CN114576001A - 曲轴、内燃机和控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种曲轴，具有十个曲轴曲柄(K1‑K10)，其中曲轴曲柄(K1‑K10)从离合器侧(4)起沿着曲轴(2)的纵向延伸部(L)以K1到K10升序地连续编号，并且其中曲轴曲柄(K1‑K10)形成曲柄布置图，其中曲轴曲柄(K1‑K10)在曲柄布置图上从离合器侧起观察沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2、K5、K8、K7。

Description

曲轴、内燃机和控制装置
背景技术
从文献WO2018/138007A1中已知具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机。
发明内容
本发明涉及一种具有十个曲轴曲柄的曲轴，其中曲轴曲柄从离合器侧开始沿着曲轴的纵向延伸部以K1到K10升序地连续编号，并且其中曲轴曲柄在角位置中错开地设置从而形成所谓的曲柄布置图。
从离合器侧起顺时针观察，曲轴曲柄在曲柄布置图处具有以下顺序之一：K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2、K5、K8、K7或K1、K7、K8、K5、K2、K10、K4、K3、K6、K9。通过适合的点火顺序，在具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机运行时曲轴实现降低的五阶振动激励。
曲柄布置图能够关于曲轴的纵轴线循环对称。也就是说，曲柄布置图能够通过围绕纵轴线的旋转而映射到自身上。曲柄布置图例如能够具有36°的恒定的角分度。因此在运行时产生有利的动态特性。在曲柄曲柄位置中可能与理想的36°角有+/－4°的偏差。
曲轴曲柄关于垂直于纵轴线取向的中心平面非镜像对称地设置。通过适合的点火顺序，在具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机运行时，这实现降低的五阶振动激励。
本发明还涉及一种内燃机，其中内燃机是具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机，具有根据本发明的曲轴，其中两个气缸分别与曲轴曲柄耦联，使得在根据ISO1204对气缸进行编号的情况下在曲轴曲柄和气缸之间产生下述关联性：气缸A1和B1与曲轴曲柄K1相关联，气缸A2和B2与曲轴曲柄K2相关联，气缸A3和B3与曲轴曲柄K3相关联，气缸A4和B4与曲轴曲柄K4相关联，气缸A5和B5与曲轴曲柄K5相关联，气缸A6和B6与曲轴曲柄K6相关联，气缸A7和B7与曲轴曲柄K7相关联，气缸A8和B8与曲轴曲柄K8相关联，气缸A9和B9与曲轴曲柄K9相关联，气缸A10和B10与曲轴曲柄K10相关联。
根据内燃机的一个设计方案提出，曲轴曲柄在曲柄布置图上从离合器侧起沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2、K5、K8、K7，并且在内燃机运行期间，在根据ISO1204对气缸编号的情况下，执行以下点火顺序之一：对于内燃机的旋转方向，从离合器侧观察，沿逆时针方向：A1-B6-B3-A3-B10-A10-A2-B8-A8-B1-B9-A9-A6-B4-A4-B2-B5-A5-B7-A7；或者对于内燃机的旋转方向，从离合器侧观察，沿顺时针方向：A1-A7-B7-A5-B5-B2-A4-B4-A6-A9-B9-B1-A8-B8-A2-A10-B10-A3-B3-B6。
根据内燃机的另一设计方案提出，曲轴曲柄在曲轴布置图上从离合器侧起沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K7、K8、K5、K2、K10、K4、K3、K6、K9，并且在内燃机运行时，在根据ISO1204对气缸编号的情况下，执行以下点火顺序之一：对于内燃机的旋转方向，从离合器侧观察，沿逆时针方向：A1-B8-A8-B2-B10-A10-B3-A3-A6-B1-B7-A7-B5-A5-A2-B4-A4-B6-B9-A9；或者对于内燃机的旋转方向，从离合器侧观察，沿顺时针方向：A1-A9-B9-B6-A4-B4-A2-A5-B5-A7-B7-B1-A6-A3-B3-A10-B10-B2-A8-B8。
本发明还涉及一种用于具有20个气缸的内燃机的控制装置，其中控制装置设置用于，在根据ISO1204对气缸编号的情况下，执行以下点火顺序中的一个或多个：A1-B6-B3-A3-B10A10-A2-B8-A8-B1-B9-A9-A6-B4-A4-B2-B5-A5-B7-A7；A1-A7-B7-A5-B5-B2-A4-B4-A6-A9-B9-B1-A8-B8-A2-A10-B10-A3-B3-B6；A1-B8-A8-B2-B10-A10-B3-A3-A6-B1-B7-A7-B5-A5-A2-B4-A4-B6-B9-A9；A1-A9-B9-B6-A4-B4-A2-A5-B5-A7-B7-B1-A6-A3-B3-A10-B10-B2-A8-B8。
控制装置能够是电子控制装置。
控制装置能够是机械控制装置。
具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机具有曲轴，所述曲轴相对于其中心平面不是镜像对称(半对称)的，对于具有20个气缸的V构型的四冲程内燃机产生362880种可能的曲轴布局，对于所述曲轴布局而言可分别说明524288种可能的点火顺序。曲轴几何形状和相关联的点火顺序的上述组合是在动态的运行表现、轴承负荷、热力学表现和发动机重量之间的折衷——上级目标在发动机运行时降低五阶振动激励。
根据本发明的控制装置能够与上述内燃机中的每一个相关联。
上述内燃机中的每一个例如能够是柴油发动机或汽油发动机。
上述内燃机中的每一个能够具有至少2dm3、尤其大于8dm3并且进一步小于40dm3、尤其小于20dm3或者例如15dm3的每气缸排量。
上述内燃机中的每一个能够在运行时例如具有在气缸中的有效的平均压力，所述平均压力大于2MPa、尤其大于2.5MPa、并且进一步尤其小于4.0MPa、尤其小于3.5MPa或者例如为3.0MPa。
上述内燃机中的每一个能够在运行时例如具有在气缸中的峰值压力，所述峰值压力大于15MPa、尤其大于20MPa、并且进一步尤其小于45MPa、尤其小于35MPa或者例如为25MPa。
上述内燃机中的每一个能够具有用于衰减扭振的阻尼元件。
上述内燃机中的每一个能够具有配重以便补偿曲轴的不平衡。
上述内燃机中的每一个都能够在曲轴中具有补偿孔以便补偿曲轴的不平衡。
附图说明
接下来根据示出实施例的附图详细地描述本发明。分别示意性地示出：
图1A在侧视图中示出根据本发明的第一曲轴；
图1B示出图1A中根据本发明的第一曲轴的曲柄布置图。
图1C在根据ISO1204的气缸关联的情况下在俯视图中示出图1A中的根据本发明的第一曲轴；
图2示出根据本发明的第一内燃机；
图3A在侧视图中示出根据本发明的第二曲轴；
图3B示出图3A中的根据本发明的第二曲轴的曲柄布置图；
图3C在根据ISO1204的气缸关联的情况下在俯视图中示出图3A中的根据本发明的第二曲轴；
图4示出根据本发明的第二内燃机。
具体实施方式
图1A示出具有十个曲轴曲柄K1-K10的曲轴2。从曲轴2的离合器侧4开始，曲轴曲柄K1-K10沿着曲轴2的纵向延伸部以K1至K10升序地连续编号。
曲轴曲柄K1-K10形成曲柄布置图(Kurbelstern)6(图1B)。曲轴曲柄K1-K10在曲轴布置图6上从离合器侧4起观察沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2、K5、K8、K7。根据图1B中的视图，在曲柄布置图6上彼此相继或彼此紧邻地设置的曲轴曲柄彼此成36°的角。因此曲柄布置图6具有恒定的角分度(Winkelteilung)。不言而喻，在图1B的视图中在曲柄布置图6上彼此相继或彼此紧邻地设置的曲轴曲柄在纵向方向上(图1A、1C)观察不必彼此相邻或者在纵向方向上观察与曲轴布置图所预设的曲轴曲柄不同的曲轴曲柄相邻。
此外，气缸排(Zylinderbank)A和气缸排B在图1中绘制，所述气缸排图解说明V型发动机中的曲轴2在排夹角V大于36°且小于72°时的完成安装的状态。
曲柄布置图6是循环对称的并且能够通过转动36°或通过转动36°的整数倍而映射到自身上。根据本发明的其他变型形式，在曲轴曲柄位置中能够与36°的理想角度存在+/－4°的偏差。
曲轴曲柄K1-K10相对于垂直于纵轴线8取向的中心平面10非镜像对称地设置。因此曲轴2能够被称为半对称的。
曲轴2的纵轴线8或曲轴2的纵向延伸部的轴线8设置成与笛卡尔坐标系x-y-z的x轴共线。纵轴线8是曲轴2的旋转轴线8。因此中心平面10布置成平行于笛卡尔坐标系x-y-z的y-z平面。
为了更好地理解完成安装的状态，除了曲轴2之外，在图1C中在根据ISO1204进行编号的情况下还绘制气缸排A和B。
图2示出内燃机12。内燃机12是具有20个气缸A1-A10、B1-B10的V构型的四冲程内燃机。气缸A1-A10、B1-B10对应于图1B根据ISO1204编号。
内燃机12具有曲轴2。曲轴2在其离合器侧4的区域中与离合器元件14耦联。曲轴2在背离离合器侧4的自由侧16的区域中与阻尼元件18耦联。
内燃机12的各两个气缸与曲轴曲柄K1-K10中的各一个耦联。换言之，气缸排A的各一个气缸和气缸排B的各一个气缸附接在每个曲轴曲柄K1-K10处。
因此，在根据ISO1204对气缸排A的气缸A1-A10和气缸排B的气缸B1-B10编号的情况下，产生在曲轴曲柄K1-K10和气缸之间的以下关联性：气缸A1和B1与曲轴曲柄K1关联，气缸A2和B2与曲轴曲柄K2关联，气缸A3和B3与曲轴曲柄K3关联，气缸A4和B4与曲轴曲柄K4关联，气缸A5和B5与曲轴曲柄K5关联，气缸A6和B6与曲轴曲柄K6关联，气缸A7和B7与曲轴曲柄K7关联，气缸A8和B8与曲轴曲柄K8关联，气缸A9和B9与曲轴曲柄K9关联，气缸A10和B10与曲轴曲柄K10关联。
控制装置20与内燃机12关联，在内燃机12运行时，所述控制装置执行以下点火顺序之一：对于内燃机12的旋转方向，从离合器侧4起观察，沿逆时针方向：A1-B6-B3-A3-B10-A10-A2-B8-A8-B1-B9-A9-A6-B4-A4-B2-B5-A5-B7-A7；或者针对内燃机12的旋转方向，从离合器侧4起观察，沿顺时针方向：A1-A7-B7-A5-B5-B2-A4-B4-A6-A9-B9-B1-A8-B8-A2-A10-B10-A3-B3-B6。
在此处示出的根据图1C和2的曲轴2的示例中，将气缸排A和B的排错位选择为，使得气缸排B的气缸B1与气缸排B的气缸A1相比更靠近离合器元件14，例如飞轮等。根据替选的设计方案能够提出：气缸排A和B的排错位被选择为，使得气缸排A的气缸A1与气缸排B的气缸B1相比更靠近离合器元件14。根据替选的设计方案能够提出：不存在气缸排A和B的排错位，使得气缸A1和B1位于一个平面中。这例如能够通过铰接的连杆或叉形连杆实现。
图3A示出另一曲轴22，其中下面仅讨论与之前所描述的实施例的不同之处，并且相同的特征分配有相同的附图标记。曲轴22与曲轴2的不同之处在于曲轴曲柄K1-K10相对于x-z平面成镜像地设置，如在图3B和图3C中所示出的那样。
曲轴曲柄K1-K10形成曲柄布置图24(图3B)并且在曲柄布置图24上从离合器侧4起观察沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K7、K8、K5、K2、K10、K4、K3、K6、K9。
图4示出另一内燃机26，其中下面仅讨论与之前所描述的实施例的不同之处，并且相同的特征分配有相同的附图标记。内燃机26与内燃机2的区别基本上在于曲轴22。
此外，内燃机26关联有控制装置28，所述控制装置在内燃机22运行时执行以下点火顺序之一：对于内燃机26的旋转方向，从离合器侧4起观察，沿逆时针方向：A1-B8-A8-B2-B10-A10-B3-A3-A6-B1-B7-A7-B5-A5-A2-B4-A4-B6-B9-A9；或者对于内燃机26的旋转方向，从离合器侧4起观察，沿顺时针方向：A1-A9-B9-B6-A4-B4-A2-A5-B5-A7-B7-B1-A6-A3-B3-A10-B10-B2-A8-B8。
在此处所示出的根据图3C和图4的曲轴22的示例中，气缸排A和B的排错位被选择为，使得气缸排B的气缸B1与气缸排B的气缸A1相比更靠近离合器元件14，例如飞轮等。根据替选的设计方案能够提出：气缸排A和B的排错位被选择为，使得气缸排A的气缸A1与气缸排B的气缸B1相比更靠近离合器元件14。根据替选的设计方案能够提出：不存在气缸排A和B的排错位，使得气缸A1和B1位于一个平面中。这例如能够通过铰接的连杆或叉形连杆实现。
应理解的是，所有上述编号也能够根据DIN73021、SAE J824或任何关于气缸编号其他标准来描述。
由于曲轴2、22的几何形状和分别相关联的点火顺序，上述内燃机12、26尤其具有降低的轴向的5阶振动激励。因此能够降低由5阶曲轴激励而引起的发动机振动。此外，在曲轴2、22的情况下，能够通过数量减少的配重实现质量平衡，使得外部的质量力保持最小。与对称的曲柄设置相比，在此能够认为对主轴承力的影响很小。此外，对于相关联的点火顺序而言对内燃机12、26的热力学没有负面影响。

Claims (8)

1.一种曲轴，
-具有十个曲轴曲柄(K1-K10)，
-其中所述曲轴曲柄(K1-K10)从离合器侧(4)起沿着所述曲轴(2、22)的纵向延伸部(L)以K1至K10升序地连续编号，并且
-其中所述曲轴曲柄(K1-K10)形成曲柄布置图(6、24)，
其特征在于，
-所述曲轴曲柄(K1-K10)在所述曲柄布置图(6、24)上从所述离合器侧(4)观察沿顺时针方向具有以下顺序之一：
K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2、K5、K8、K7，
或者
K1、K7、K8、K5、K2、K10、K4、K3、K6、K9。
2.根据权利要求1所述的曲轴，
其特征在于，
-所述曲柄布置图(6、24)相对于所述曲轴(2、22)的纵轴线(8)是循环对称的。
3.根据权利要求2所述的曲轴，
其特征在于，
-所述曲柄布置图具有36°的恒定的角分度，或者
-所述曲柄布置图具有选自36°+/－4°的范围的角分度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的曲轴，
其特征在于，
-所述曲轴曲柄(K1-K10)相对于垂直于纵轴线(8)取向的中心平面(10)非镜像对称地设置。
5.一种内燃机，
-其中所述内燃机(12，26)是具有20个气缸(A1-A10、B1-B10)的V构型的四冲程内燃机，
-具有根据权利要求1至4中任一项所述的曲轴(2、22)
-其中各两个气缸(A1-A10、B1-B10)与曲轴曲柄(K1-K10)耦联，使得在根据ISO1204对所述气缸(A1-A10、B1-810)进行编号的情况下在所述曲轴曲柄(K1-K10)和所述气缸(A1-A10、B1-B10)之间产生以下关联性：
-气缸A1和B1与曲轴曲柄K1相关联，
-气缸A2和B2与曲轴曲柄K2相关联，
-气缸A3和B3与曲轴曲柄K3相关联，
-气缸A4和B4与曲轴曲柄K4相关联，
-气缸A5和B5与曲轴曲柄K5相关联，
-气缸A6和B6与曲轴曲柄K6相关联，
-气缸A7和B7与曲轴曲柄K7相关联，
-气缸A8和B8与曲轴曲柄K8相关联，
-气缸A9和B9与曲轴曲柄K9相关联，
-气缸A10和B10与曲轴曲柄K10相关联。
6.根据权利要求5所述的内燃机，
其特征在于，
-所述曲轴曲柄(K1-K10)在所述曲轴布置图(6)上从所述离合器侧(4)起观察沿顺时针方向具有以下顺序：K1、K9、K6、K3、K4、K10、K2，K5、K8、K7
并且
-在所述内燃机(12)运行时，在根据ISO1204对所述气缸(A1-A10、B1-B10)进行编号的情况下执行以下点火顺序之一：
-对于内燃机(12)的旋转方向，从离合器侧(4)起观察沿逆时针方向：
A1-B6-B3-A3-B10-A10-A2-B8-A8-B1-B9-A9-A6-B4-A4-B2-B5-A5-B7-A7；
或者
-对于内燃机(12)的旋转方向，从离合器侧(4)观察沿顺时针方向：
A1-A7-B7-A5-B5-B2-A4-B4-A6-A9-B9-B1-A8-B8-A2-A10-B10-A3-B3-B6。
7.根据权利要求5所述的内燃机，
其特征在于，
-所述曲轴曲柄(K1-K10)在所述曲轴布置图(24)上从所述离合器侧(4)起观察沿顺时针方向具有如下顺序：K1、K7、K8、K5、K2、K10、K4、K3、K6、K9，并且
-在所述内燃机(26)运行时，在根据ISO1204对所述气缸(A1-A10、B1-B10)进行编号的情况下执行以下点火顺序之一：
-对于内燃机(26)的旋转方向，从离合器侧(4)起观察沿逆时针方向：
A1-B8-A8-B2-B10-A10-B3-A3-A6-B1-B7-A7-B5-A5-A2-B4-A4-B6-B9-A9；
或者
-对于内燃机(26)的旋转方向，从离合器侧(4)起观察沿顺时针方向：
A1-A9-B9-B6-A4-B4-A2-A5-B5-A7-B7-B1-A6-A3-B3-A10-B10-B2-A8-B8。
8.一种用于具有20个气缸(A1-A10、B1-B10)的内燃机(12、26)的控制装置，其中所述控制装置(20、28)设置用于在根据ISO1204对所述气缸(A1-A10、B1-B10)进行编号的情况下执行以下点火顺序中的一个或多个：
A1-B6-B3-A3-B10-A10-A2-B8-A8-B1-B9-A9-A6-B4-A4-B2-B5-A5-B7-A7；
A1-A7-B7-A5-B5-B2-A4-B4-A6-A9-B9-B1-A8-B8-A2-A10-B10-A3-B3-B6；
A1-B8-A8-B2-B10-A10-B3-A3-A6-B1-B7-A7-B5-A5-A2-B4-A4-B6-B9-A9；
A1-A9-B9-B6-A4-B4-A2-A5-B5-A7-B7-B1-A6-A3-B3-A10-B10-B2-A8-B8。
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