CN202431361U - 内燃机 - Google Patents

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T·克雷默
W·齐克
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Abstract

一种内燃机,具有至少一个气缸组,每个气缸组具有两个通过四冲程过程中的燃料供应来运行的外侧高压气缸和一个在二冲程过程中无燃料供应而运行并被充入来自高压气缸的排气的中央低压气缸;这些气缸的往复运动活塞通过连杆被连接到一个曲轴的曲柄销轴颈上;气缸的气门可通过多个凸轮轴被致动;在每个气缸组的区域中,在高压气缸的多个排气气门与对应的低压气缸的多个进气气门之间构造了排气的多个跨接流动通道;每个跨接流动通道和每个气缸组的对应的高压气缸的设计,使得在该跨接流动通道的以cm3计的一容积与该对应的高压气缸的以cm3计的气缸排量和以巴计的增压压力的乘积之间的一个有量纲的比值是在0.05与0.5之间。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机,具有至少一个气缸组,该或每个气缸组具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供应来运行,并且该中央低压气缸在二冲程过程中无燃料供应而运行并且被交替地充入来自该气缸组的这些高压气缸的排气;该或每个气缸组的这些气缸的多个往复运动活塞通过多个连杆被连接到一个曲轴的多个曲柄销轴颈上;该或每个气缸组的这些气缸的气门,即多个进气气门和多个排气气门,可通过能够从该曲轴进行驱动的多个凸轮轴而被致动;并且在该或每个气缸组的区域中,在这些高压气缸的多个排气气门与该对应的低压气缸的多个进气气门之间构造了排气的多个跨接流动通道。 
背景技术
EP 1 961 943A1已经披露了具有多个气缸组的一种内燃机,每个汽缸组具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供给而运行,并且该中央低压气缸在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行并且它被充入或加载来自对应气缸组的这两个外侧高压气缸的排气。在这份现有技术中披露的内燃机的这些气缸组的气缸的多个气门(即多个进气气门和多个排气气门)能够通过多个凸轮轴而被致动。这些气缸组的气缸中的往复运动的活塞被连接到一个曲轴的多个曲柄销轴颈上。这些气缸组的凸轮轴能够被由曲轴驱动。 
US 2009/0223482A1已经披露了另一种具有两个气缸组的内燃机,其中每个汽缸组各自具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供给而运行,并且该中央低压气缸在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行。在这份现有技术中,这些气缸组的气缸中的往复运动 的活塞同样是通过多个连杆连接到一个曲轴上,这种类型的曲轴的这些高压气缸的连杆作用在其上的曲柄销轴颈位于一个共同的平面内,而这种类型的曲轴的这些低压气缸的连杆作用在其上的曲柄销轴颈如在曲轴的旋转方向或圆周方向中所见相对于所述平面是偏置的,即偏置了90°。这些不同气缸组的在曲轴的旋转方向中或在曲轴的圆周方向中处于彼此相反的气缸的往复运动活塞通过它们对应的连杆作用在曲轴的共同的曲柄销轴颈上。因此,根据这份现有技术,该曲轴的、处于彼此相反的高压气缸的这些往复运动活塞通过它们的连杆共同作用在其上的这些曲柄销轴颈位于一个共同的平面内;该曲轴的(这两个气缸组的在曲轴的环圆周方向中处于彼此相对的那些低压气缸的往复运动活塞通过它们的连杆共同作用在其上的)曲柄销轴颈相对于所述平面偏置了90°。 
DE 31 21 301A1已经披露了另一种内燃机,该内燃机具有两个气缸组,它们在各自的情况下带有三个气缸,即在各自情况下带有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供给而运行,并且这个中央低压气缸在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行,对应气缸组的低压气缸被交替地充入来自对应气缸组的这两个外侧高压气缸的排气。从这份现有技术已知将两个气缸组彼此以一种直列气缸发动机的形式布置或以一种V型发动机的形式布置或以一种对置气缸式发动机的形式布置。 
发明内容
尽管从以上引用的现有技术中已知,为提高内燃机的效率,将通过四冲程过程中的燃料供给来运行的高压气缸的排气使用在该气缸组的低压气缸中。但是,仍存在使用简单手段来进一步增加这种类型的内燃机的效率的要求。因此,从此出发,本发明以这样的目的为基础,即提供一种新式的内燃机。 
根据本发明的一第一方面,这个目的是通过一种内燃机来实现的,该内燃机具有至少一个气缸组,该或每个气缸组具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供应来运行,并且该中央 低压气缸在二冲程过程中无燃料供应而运行并且被交替地充入来自该气缸组的这些高压气缸的排气;该或每个气缸组的这些气缸的多个往复运动活塞通过多个连杆被连接到一个曲轴的多个曲柄销轴颈上;该或每个气缸组的这些气缸的气门,即多个进气气门和多个排气气门,可通过能够从该曲轴进行驱动的多个凸轮轴而被致动;并且在该或每个气缸组的区域中,在这些高压气缸的多个排气气门与该对应的低压气缸的多个进气气门之间构造了排气的多个跨接流动通道;据此,这个或每个跨接流动通道以及这个或每个气缸组的对应的高压气缸的设计的方式为:使得在跨接流动通道的容积(以立方厘米计)与对应的高压气缸的排量(以立方厘米计)和用于该对应的高压气缸的增压压力(以巴计)的乘积之间的一个有量纲的比值是在0.05与0.5之间。 
有利的是,在该跨接流动通道的以立方厘米计的容积与该对应的高压气缸的以立方厘米计的气缸排量和用于该对应的高压气缸的以巴计的增压压力的乘积之间的该有量纲比值是在0.05与0.25之间。 
有利的是,在该跨接流动通道的以立方厘米计的容积与该对应的高压气缸的以立方厘米计的气缸排量和用于该对应的高压气缸的以巴计的增压压力的乘积之间的该有量纲比值是在0.05与0.15之间。 
有利的是,上述一项或者多项方案的那些特征与下述一项或者多项方案的那些特征的组合。 
根据本发明的第二方面,这个目的通过一种内燃机来实现,该内燃机具有至少一个气缸组,该或每个气缸组具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些高压气缸通过四冲程过程中的燃料供应来运行,并且该中央低压气缸在二冲程过程中无燃料供应而运行并且被交替地充入来自该气缸组的这些高压气缸的排气;该或每个气缸组的这些气缸的多个往复运动活塞通过多个连杆被连接到一个曲轴的多个曲柄销轴颈上;该或每个气缸组的这些气缸的气门,即多个进气气门和多个排气气门,可通过能够从该曲轴进行驱动的多个凸轮轴 而被致动;并且在该或每个气缸组的区域中,在这些高压气缸的多个排气气门与该对应的低压气缸的多个进气气门之间构造了排气的多个跨接流动通道;据此,这个或每个气缸组的每个低压气缸的设计的方式为,使得在该低压气缸的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸的压缩容积之间的一个无量纲的压缩比是在20与35之间。 
有利的是,在该低压气缸的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸的压缩容积之间的该无量纲的压缩比是在20与25之间。 
有利的是,在该低压气缸的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸的压缩容积之间的该无量纲的压缩比是在30与35之间。 
有利的是,前述方案中的一项或者多项的那些特征的组合。 
通过本发明的这两个方面使用简单的手段就可以增加效率,这两个方面可以或者自己单独地、或者彼此相结合地使用在内燃机中。 
附图说明
本发明的多个优选的进一步构型产生于以上和以下的说明中。结合附图对本发明的多个实施例进行更详细的解释,但未发明不应被局限于这些实施例上。在附图中: 
图1示出了根据本发明带有两个气缸组的一种内燃机的一个实施例的细节的透视图, 
图2示出了来自图1的内燃机的一个细节在一个气缸组以及指定给所述气缸组的多个凸轮轴的区域内的透视图, 
图3示出了来自图1的内燃机在一个曲轴的以及通过连杆与该曲轴连接的多个气缸的区域内的另一个细节的透视图, 
图4以正视图示出了图3的细节, 
图5示出了来自图1的内燃机的一个气缸组的多个气门的视图, 
图6示出了来自图1的内燃机在一个气缸组和指定给这个气缸组的多个气门的区域内的细节,并且 
图7示出了图6的示意性图示。 
具体实施方式
本发明涉及一种机动车辆的内燃机。图1示出了根据本发明的一种内燃机10的一个实施例的透视图,这种内燃机具有两个气缸组11和12,它们被安排在一种彼此相对的V型位置中,这些气缸组11和12各自包括三个气缸。图3示意性地示出了这两个气缸组11和12的多个气缸连同一个曲轴13。第一气缸组11包括两个外侧高压气缸14和15以及一个中央低压气缸16,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供给而运行,并且这个中央低压气缸在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行并且被交替地充入来自这些高压气缸14、15的排气。第二气缸组12同样包括两个外侧高压气缸17和18以及一个中央低压气缸19,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供给而运行,并且这个中央低压气缸在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行并且被交替地充入来自这些外侧高压气缸17、18的排气。 
如从图3中能够最好地看到,第一气缸组11的这些气缸以及第二气缸组12的这些气缸分别彼此成列地定位,第一气缸组11的这些气缸14、15和16在曲轴13的旋转方向或在曲轴的圆周方向上处于同第二气缸组12的这些气缸17、18和19相反。气缸组11和12中的这些气缸处于彼此相反的方式为使得首先这些高压气缸14、17以及15、18并且其次这些低压气缸16、19处于彼此相反。因此从图3、图4中可看到这两个气缸组11和12的高压气缸14与17、高压气缸15与18、以及低压气缸16与19在曲轴13的旋转方向34上或者在曲轴的圆周方向上处于彼此相反。 
这两个气缸组11和12的这些气缸被配置了多个气门。图5示出了根据本发明内燃机的一个气缸组11或12在对应气缸组11或12的所有气缸的区域内 的这些气门的视图;根据图5,通过四冲程过程中的燃料供给而运行的这两个外侧高压气缸14、15或17、18分别包括两个用于燃料和燃烧用空气或一种燃料-燃烧用空气混合物的进气气门20以及分别一个用于排气的排气气门21。当这些高压气缸通过燃料直喷来运行时,存在用于燃料或燃油的多个单独的喷射阀。相应的气缸组11或12的中央低压气缸16或19(中央低压气缸16或19在二冲程过程中无专用的燃料供给而运行)包括用于供入排气的两个进气气门22以及用于排放排气的两个排气气门23。如已经提到的,对每个气缸组11或12的低压气缸16或19交替地填充来自对应气缸组11、12的这些高压气缸14、15或17、18的排气。 
图5用多个箭头24来示出对于这些气缸组的对应的外侧高压气缸的燃料-燃烧用空气混合物的供给。箭头25使得出自对应气缸组11或12的这些外侧高压气缸14、15或17、18而进入所述气缸组11或12的对应的低压气缸16或19的排气的跨接流动可视化。箭头26示出了出自对应气缸组11、12的对应的低压气缸16、19的排气的排放,这里有可能使排气或者被直接送入一个排气净化系统或者为了进一步增加效率可被优选地送供给一个排气涡轮增压器。 
气缸组11和12的这些气缸的上述气门20、21、22和23可以通过凸轮轴27和28、即通过所谓的进气凸轮轴27以及所谓的排气凸轮轴28来致动。在此,这些高压气缸14、15或17、18的进气气门20和这些低压气缸16或19的进气气门22通过对应气缸组11或12的对应的进气凸轮轴27来致动,而对应气缸组11或12的高压气缸14、15或17、18的这些排气气门21以及低压气缸16或19的这些排气气门23通过对应气缸组11或12的对应的排气凸轮轴28来致动。 
如已经说明的,这两个气缸组11和12的高压气缸14、15和17、18运行在四冲程过程中,而这些气缸组11、12的低压气缸16和19运行在二冲程过程中。在此,对这些低压气缸16和19交替地充入来自这些对应的高压气缸14、 15或17、18的排气,其结果是这些气缸组11和12的低压气缸16和19的排气气门23要求一种与这些气缸组的气缸的其余气门不同的时间致动。因此,根据图2,为了致动对应气缸组11或12的低压气缸16或19的这些排气气门23,在对应气缸组11或12的排气凸轮轴28上定位了多个构造为双凸轮29的凸轮,而用于致动对应气缸组11或12气缸的这些其余的气门20、21和22的这些凸轮被配置为单凸轮30。 
为了确保从这些气缸组11、12的高压气缸14、15或17、18进入对应气缸组的低压气缸16、19的排气的跨接流动,存在着多个跨接流动通道,图2示出一个这种类型的跨接流动通道31。 
内燃机10具有曲轴13,这些气缸组11、12的凸轮轴27、28可通过曲轴13而被驱动。这两个气缸组11和12的这些气缸14至19的往复运动活塞33通过多个连杆32而连接到曲轴13上,这些往复运动活塞33的连杆32作用在曲轴13的多个所谓的曲柄销轴颈34上。 
如已经说明的,在所示出的实施例中,内燃机10的这些气缸组11和12在确保一种V型结构的情况下相互定位,即根据图4被这样相互定位,使得第一气缸组11的这些高压气缸14和15与第二气缸组12的这些高压气缸17和18在曲轴13的旋转方向34上看包围了一个被定义的气缸组偏置角β。根据图4,所述气缸组偏置角β例如是120°。然而,限定的气缸组偏置角β也可以是90°或180°。另外,也可以考虑其他的气缸组偏置角β。 
此外,如从图4中可见,第一气缸组11的低压气缸16相对于所述第一气缸组11的这些高压气缸14和15偏置了一个限定的第一气缸斜偏置角βOF11。第二气缸组12的低压气缸19相对于所述第二气缸组12的这些高压气缸17、18偏置了一个限定的第二气缸斜偏置角βOF12。在此,根据图4,所述气缸斜偏置角βOF11和βOF12优选地具有相等大的绝对值,但是它们具有相反的正负号。然而,还有可能的是使这两个气缸斜偏置角βOF11和βOF12在绝对值上也彼此不 同。在图4中,气缸组11的低压气缸16相对于所述气缸组11的高压气缸14和15在曲轴13的旋转方向34上偏置了气缸斜偏置角βOF11,而气缸组12的低压气缸19相对于所述气缸组12的高压气缸17、18在曲轴13的旋转方向34的相反方向上偏置了气缸斜偏置角βOF12。这些气缸斜偏置角βOF11和βOF12具有在1°和10°之间的一个绝对值。 
通过低压气缸16和19相对于这些气缸组11和12的高压气缸14、15和17、18的以上偏置,能够提供具有相对小的容积的多个跨接流动通道31。跨接流动通道31中的小的容积使得有待通过对应的跨接流动通道31来输送的排气在膨胀的过程中的损失最小化。这对于内燃机能够实现的效率具有正面效果。 
特别是当起始于这些低压气缸16、19的排气要被供给一个排气涡轮增压器以便进一步增加对于内燃机能够实现的效率的时候,在相反方向上的偏置是有利的。 
如已经说明的,这些气缸组11和12的气缸14至19的往复运动活塞33通过它们的连杆32作用在曲轴13上,即作用在曲轴13的这些曲柄销轴颈34上。这能够从图3和图6中最好地看到。 
此外,如从图6能够看到,压缩的燃烧用空气通过一个压缩机35以一个限定的增压压力pL-H给送这些高压气缸14、17和15、18。该增压压力pL-H是在压缩机35下游紧邻压缩机处的燃烧用空气的压力(该压力可以由一个排气涡轮增压器或者一个压缩机来提供)与环境压力之间的差值。图6示出了压缩机35的一个增压空气冷却器36。 
图7示出了,这些气缸组11、12的所有气缸的(这就是说这些高压气缸14、15、17和18的以及这些低压气缸16、19的)这些往复运动活塞33在一个下止点UT与一个上止点OT之间往复运动。对应的气缸在下止点UT与上止 点OT之间的容积确定了所述气缸的所谓排量。对应的气缸在上止点OT上方的容积确定了该对应气缸的所谓压缩容积。 
于是为了确保此种类型的内燃机以高的效率有效地运行,根据本发明的第一方面在此提出,每个跨接流动通道31以及每个气缸组11和12的对应的与所述跨接流动通道31相互作用的高压气缸14、15、17、18的设计的方式为:使得在跨接流动通道31的容积(以cm3计)与对应的高压气缸14、15、17或18的排量(以cm3计)和用于该对应的高压气缸的增压压力(以巴计)的乘积之间的一个有量纲的比值是在0.05与0.5之间。因此,如下关系式成立: 
0.05 ≤ V K V h - H * p L - H ≤ 0.5 ,
其中,VK是跨接流动通道31的以cm3计的容积,Vh-H是对应的高压气缸的以cm3计的气缸排量,并且pL-H是对应的高压气缸的以巴计的增压压力。 
以上比值优选是在0.05与0.25之间。 
本发明的一种变体是特别优选的,其中所述比值是在0.05与0.15之间或者在0.05与0.125之间。 
如已提到的,该增压压力是燃烧用空气的压力与环境压力之间的差值。 
作为本发明的以上第一方面的一种替代方案或者另外与本发明的第一方面相结合,这种类型的内燃机的效率借助如下事实能够进一步增加,即:每个气缸组11、12的每个低压气缸16和19被设计的方式为:使得在对应的低压气缸16或19的排量与压缩容积之和与该低压气缸的压缩容积之间的一个无量纲的压缩比是在20与35之间。因此,如下关系式成立: 
20 ≤ V h - N + V c - H V c - H ≤ 35 ,
其中,Vh-N是对应的低压气缸的排量,并且Vc-N是对应的低压气缸的压缩容积。 
这个无量纲的压缩比优选地或者是在20与25之间或者是在30与35之间。 
根据本发明的这些细节还可以用在具有一个单一气缸组或者多于两个气缸组的内燃机中。 
参考符号清单 
10  内燃机 
11  气缸组 
12  气缸组 
13  曲轴 
14  高压气缸 
15  高压气缸 
16  低压气缸 
17  高压气缸 
18  高压气缸 
19  低压气缸 
20  进气气门 
21  排气气门 
22  进气气门 
23  排气气门 
24  燃料和燃烧用空气进料供给 
25  排气跨接流动 
26  排气泄放 
27  进气凸轮轴 
28  排气凸轮轴 
29  双凸轮 
30  单凸轮 
31  跨接流动通道 
32  连杆 
33  往复运动活塞 
34  曲柄销轴颈 
35  压缩机 
36  增压空气冷却器。 

Claims (6)

1.一种内燃机,具有至少一个气缸组,该或每个气缸组具有两个外侧高压气缸和一个中央低压气缸,这些外侧高压气缸通过四冲程过程中的燃料供应来运行,并且该中央低压气缸在二冲程过程中无燃料供应而运行并且被交替地充入来自该气缸组的这些高压气缸的排气;该或每个气缸组的这些气缸的多个往复运动活塞通过多个连杆被连接到一个曲轴的多个曲柄销轴颈上;该或每个气缸组的这些气缸的气门,即多个进气气门和多个排气气门,可通过能够从该曲轴进行驱动的多个凸轮轴而被致动;并且在该或每个气缸组的区域中,在这些高压气缸的多个排气气门与该对应的低压气缸的多个进气气门之间构造了排气的多个跨接流动通道;其特征在于,每个跨接流动通道(31)与这个或每个气缸组(11,12)的对应的高压气缸(14,15,17,18)的设计的方式为,使得在该跨接流动通道(31)的以立方厘米计的容积与该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以立方厘米计的气缸排量和用于该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以巴计的增压压力的乘积之间的一个有量纲比值是在0.05与0.5之间。
2.如权利要求1所述的内燃机,其特征在于,在该跨接流动通道(31)的以立方厘米计的容积与该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以立方厘米计的气缸排量和用于该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以巴计的增压压力的乘积之间的该有量纲比值是在0.05与0.25之间。
3.如权利要求2所述的内燃机,其特征在于,在该跨接流动通道(31)的以立方厘米计的容积与该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以立方厘米计的气缸排量和用于该对应的高压气缸(14,15,17,18)的以巴计的增压压力的乘积之间的该有量纲比值是在0.05与0.15之间。
4.如权利要求1至3之一所述的内燃机,其特征在于,这个或每个气缸组(11,12)的每个低压气缸(16,19)的设计的方式为,使得在该低压气缸(16,19) 的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸(16,19)的压缩容积之间的一个无量纲的压缩比是在20与35之间。
5.如权利要求4所述的内燃机,其特征在于,在该低压气缸(16,19)的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸(16,19)的压缩容积之间的该无量纲的压缩比是在20与25之间。
6.如权利要求4所述的内燃机,其特征在于,在该低压气缸(16,19)的气缸排量与压缩容积之和与该低压气缸(16,19)的压缩容积之间的该无量纲的压缩比是在30与35之间。 
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