DE102010024005A1

DE102010024005A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010024005A1
Application number: DE102010024005A
Authority: DE
Inventors: Thomas Krämer; Dr. Zücker Wolfgang; Stefan Moser; Thomas Laudenbach
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-15
Also published as: BRMU9101320Y1; CN102278196A; GB2481113A; GB201109392D0; FR2961256A1; FR2961256B1; RU109221U1; GB2481113B; BRMU9101320U2; US20110303167A1

Abstract

Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei Zylinderbänken (11, 12), wobei jede Zylinderbank zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder (14, 15, 17, 18) und einen mittleren, ohne Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden, von den Hochdruckzylindern der jeweiligen Zylinderbank mit Abgas befüllten Niederdruckzylinder (16, 19) aufweist, wobei Hubkolben der Zylinder über Pleuel mit Hubzapfen einer Kurbelwelle (13) gekoppelt sind, wobei Ventile der Zylinder über Nockenwellen ansteuerbar sind, die von der Kurbelwelle (13) aus antreibbar sind, wobei solche Hubzapfen, an welchen die Pleuel der Hochdruckzylinder (14, 15, 17, 18) angreifen, in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei solche Hubzapfen, an welchen die Pleuel der Niederdruckzylinder (16, 19) angreifen, gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen versetzt sind, und wobei der Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders (16) einer ersten Zylinderbank (11) gegenüber dem Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders (19) einer zweiten Zylinderbank (12) in Drehrichtung der Kurbelwelle (13) gesehen versetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 1 961 943 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken bekannt, wobei jede Zylinderbank zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder sowie einen mittleren, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden Niederdruckzylinder aufweist, welcher von den beiden äußeren Hochdruckzylindern der jeweiligen Zylinderbank mit Abgas befüllt bzw. beaufschlagt wird. Ventile, nämlich Einlassventile und Auslassventile, der Zylinder der Zylinderbänke der in diesem Stand der Technik offenbarten Brennkraftmaschine sind über Nockenwellen ansteuerbar. Hubkolben der Zylinder der Zylinderbänke sind mit Hubzapfen einer Kurbelwelle gekoppelt. Die Nockenwellen der Zylinderbänke sind von der Kurbelwelle aus antreibbar.
Eine weitere Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken, von denen jede Zylinderbank jeweils zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder und einen mittleren, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden Niederdruckzylinder aufweist, ist aus der US 2009/0223482 A1 bekannt. So sind auch bei diesem Stand der Technik Hubkolben der Zylinder der Zylinderbänke über Pleuel mit einer Kurbelwelle gekoppelt, wobei solche Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Hochdruckzylinder angreifen, in einer gemeinsamen Ebene liegen, wohingegen solche Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Niederdruckzylinder angreifen, gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle gesehen versetzt sind, nämlich um 90°. Hubkolben von sich in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. von sich in Umfangsrichtung der Kurbelwelle gegenüberliegenden Zylindern der unterschiedlichen Zylinderbänke greifen über ihre jeweiligen Pleuel an gemeinsamen Hubzapfen der Kurbelwelle an. So liegen nach diesem Stand der Technik die Hubzapfen der Kurbelwelle, an welcher die Hubkolben sich gegenüberliegender Hochdruckzylinder über ihre Pleuel gemeinsam angreifen, in einer gemeinsamen Ebene, wobei der Hubzapfen der Kurbelwelle, an welcher die Hubkolben der sich in Umfangsrichtung der Kurbelwelle gegenüberliegenden Niederdruckzylinder der beiden Zylinderbänke über ihre Pleuel gemeinsam angreifen, gegenüber dieser Ebene um 90° versetzt ist.
Aus der DE 31 21 301 A1 ist eine weitere Brennkraftmaschine bekannt, die zwei Zylinderbänke mit jeweils drei Zylindern, nämlich mit jeweils zwei äußeren, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitenden Hochdruckzylindern und einem mittleren, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden Niederdruckzylinder, aufweist, wobei der Niederdruckzylinder der jeweiligen Zylinderbank von den beiden äußeren Hochdruckzylindern der jeweiligen Zylinderbank wechselweise mit Abgas befüllt wird. Aus diesem Stand der Technik ist es bereits bekannt, die beiden Zylinderbänke in Form eines Reihenmotors oder in Form eines V-Motors oder in Form eines Boxermotors zueinander anzuordnen.
Obwohl es aus dem oben zitierten Stand der Technik bereits bekannt ist, zur Wirkungsgraderhöhung einer Brennkraftmaschine das Abgas der mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitenden Hochdruckzylindern in den im Zweitaktverfahren arbeitenden Niederdruckzylindern der Zylinderbänke zu nutzen, besteht Bedarf an einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads solcher Brennkraftmaschinen mit einfachen Mitteln.
Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders einer ersten Zylinderbank gegenüber dem Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders einer zweiten Zylinderbank in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen versetzt. Mit dem erfindungsgemäßen Versatz der Hubzapfen für die Pleuel der sich in Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung der Kurbelwelle gegenüberliegenden Niederdruckzylinder der Zylinderbänke kann mit einfachen konstruktiven Mitteln der Wirkungsgrad der Brennkraftmachine gesteigert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließen die Hochdruckzylinder der ersten Zylinderbank und die Hochdruckzylinder der zweiten Zylinderbank in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen einen definierten Zylinderbankversatzwinkel ein, wobei der Niederdruckzylinder der ersten Zylinderbank gegenüber den Hochdruckzylindern derselben um einen definierten ersten Zylinderversatzoffsetwinkel versetzt ist, und wobei der Niederdruckzylinder der zweiten Zylinderbank gegenüber den Hochdruckzylindern derselben um einen definierten zweiten Zylinderversatzoffsetwinkel versetzt ist.
Dann, wenn auch die Niederdruckzylinder gegenüber den Hochdruckzylindern der jeweiligen Zylinderbank in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. Umfangsrichtung derselben zueinander versetzt sind, kann der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine weiter gesteigert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegen die Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Hochdruckzylinder angreifen, in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Niederdruckzylinder angreifen, gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle gesehen um einen definierten mittleren Hubzapfenversatzwinkel versetzt sind, wobei der Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders der ersten Zylinderbank um einen ersten Hubzapfenversatzoffsetwinkel und der Hubzapfen für das Pleuel des Niederdruckzylinders der zweiten Zylinderbank um einen zweiten Hubzapfenversatzoffsetwinkel gegenüber dem mittleren Hubzapfenversatzwinkel versetzt ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine perspektivische Ansicht eines Details eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken;
2: eine perspektivische Ansicht eines Details der Brennkraftmaschine der 1 im Bereich einer Zylinderbank und dieser Zylinderbank zugeordneter Nockenwellen;
3: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Details der Brennkraftmaschine der 1 im Bereich einer Kurbelwelle und mit der Kurbelwelle über Pleuel gekoppelter Zylinder;
4: das Detail der 4 in einer Vorderansicht;
5: eine Ansicht auf Ventile einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine der 1;
6a bis 6c: Details einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine nach einer ersten Variante der Erfindung;
7a bis 7c: Details einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine nach einer zweiten Variante der Erfindung; und
8a und 8b: Details einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine nach einer dritten Variante der Erfindung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10, die zwei in V-Stellung zueinander angeordnete Zylinderbänke 11 und 12 aufweist, wobei jede der Zylinderbänke 11 und 12 jeweils drei Zylinder umfasst. 3 zeigt schematisiert die Zylinder der beiden Zylinderbänke 11 und 12 zusammen mit einer Kurbelwelle 13.
Eine erste Zylinderbank 11 umfasst zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder 14 und 15 sowie einen mittleren, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden, wechselweise von den Hochdruckzylindern 14, 15 mit Abgas befüllten Niederdruckzylinder 16. Ebenso umfasst die zweite Zylinderbank 12 zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder 17 und 18 sowie einen mittleren, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden, wechselweise von den Hochdruckzylindern 17 und 18 mit Abgas befüllten Niederdruckzylinder 19.
Wie am besten 3 entnommen werden kann, sind die Zylinder 14, 15 und 16 der ersten Zylinderbank 11 sowie die Zylinder 17, 18 und 19 der zweiten Zylinderbank 12 jeweils in Reihe zueinander positioniert, wobei die Zylinder 14, 15 und 16 der ersten Zylinderbank 11 den Zylindern 17, 18 und 19 der zweiten Zylinderbank 12 in Drehrichtung der Kurbelwelle 13 bzw. in Umfangsrichtung derselben gegenüberliegen. Die Zylinder der Zylinderbänke 11 und 12 liegen sich derart gegenüber, dass sich einerseits Hochdruckzylinder 14, 17 und 15, 18 und andererseits Niederdruckzylinder 16, 19 gegenüberliegen. So kann 3, 4 entnommen werden, dass sich die Hochdruckzylinder 14 und 17, die Hochdruckzylinder 15 und 18 sowie die Niederdruckzylinder 16 und 19 der beiden Zylinderbänke 11 und 12 in Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 bzw. in Umfangsrichtung derselben gegenüberliegen.
Den Zylindern der beiden Zylinderbänke 11 und 12 sind Ventile zugeordnet. 5 zeigt eine Ansicht auf die Ventile einer Zylinderbank 11 bzw. 12 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich sämtlicher Zylinder der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12, wobei gemäß 5 die beiden äußeren, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitenden Hochdruckzylinder 14, 15 bzw. 17, 18 jeweils zwei Einlassventile 20 für Kraftstoff und Verbrennungsluft bzw. ein Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemisch und jeweils ein Auslassventil 21 für Abgas umfassen. Dann, wenn die Hochdruckzylinder mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeiten, sind separate Einspritzventile für Kraftstoff bzw. Brennstoff vorhanden. Der mittlere, ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweittaktverfahren arbeitende Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 umfasst zwei Einlassventile 22 für Abgas sowie zwei Auslassventile 23 für Abgas. Wie bereits erwähnt, wird der Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 jeder Zylinderbank 11 bzw. 12 von den Hochdruckzylindern 14, 15 bzw. 17, 18 der jeweiligen Zylinderbank 11, 12 wechselweise mit Abgas befüllt.
In 5 ist durch Pfeile 24 die Kraftstoff- und Verbrennungsluftzufuhr bzw. die Kraftstoff-Verbrennungsluft-Gemischzufuhr zu den jeweiligen äußeren Hochdruckzylindern der Zylinderbänke gezeigt. Pfeile 25 visualisieren das Überströmen von Abgas aus den äußeren Hochdruckzylindern 14, 15 bzw. 17, 18 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 in jeweiligen Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 derselben. Pfeile 26 verdeutlichen das Ableiten von Abgas aus dem jeweiligen Niederdruckzylinder 16, 19 der jeweiligen Zylinderbank 11, 12, wobei das Abgas entweder unmittelbar einer Abgasreinigungsanlage oder zur weiteren Wirkungsgradsteigerung vorzugsweise einem Abgasturbolader zugeführt werden kann.
Die oben erwähnten Ventile der Zylinder der Zylinderbänke 11 und 12 sind über Nockenwellen 27 und 28 ansteuerbar, nämlich über sogenannte Einlass-Nockenwellen 27 und sogenannte Auslass-Nockenwelle 28. Die Einlassventile 20 der Hochdruckzylinder 14, 15 bzw. 17, 18 sowie die Einlassventile 22 der Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 werden dabei über die jeweilige Einlass-Nockenwelle 27 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 angesteuert, wohingegen die Auslassventile 21 der Hochdruckzylinder 14, 15 bzw. 17, 19 sowie die Auslassventile 23 des Niederdruckzylinders 16 bzw. 19 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 von der jeweiligen Auslass-Nockenwelle 28 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 angesteuert werden.
Wie bereits ausgeführt, arbeiten die Hochdruckzylinder 14, 15 bzw. 17, 18 der beiden Zylinderbänke 11 und 12 in Viertaktverfahren, wohingegen die Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 der Zylinderbänke 11, 12 im Zweitaktverfahren arbeiten. Dabei werden die Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 von den Hochdruckzylindern 14, 15 bzw. 17, 18 der jeweiligen Zylinderbank wechselweise mit Abgas befüllt, wodurch für die Auslassventile 23 der Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 der Zylinderbänke 11 bzw. 12 eine unterschiedliche zeitliche Ansteuerung erforderlich ist wie für die übrigen Ventile der Zylinder der Zylinderbänke 11, 12. Daher sind gemäß 2 zur Ansteuerung der Auslassventile 23 des Niederdruckzylinders 16 bzw. 19 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 auf der Auslass-Nockenwelle 28 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 als Doppelnocken 29 ausgebildete Nocken positioniert, wohingegen die Nocken zur Ansteuerung der übrigen Ventile 20, 21 und 22 der Zylinder der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 als Einfachnocken 30 ausgeführt sind.
Zur Gewährleistung des Überströmens des Abgases von den Hochdruckzylindern 14, 15 bzw. 17, 18 der Zylinderbänke 11, 12 in den Niederdruckzylinder 16, 19 der jeweiligen Zylinderbank sind Überströmkanäle vorhanden, wobei 2 einen derartigen Überströmkanal 31 zeigt.
Die Brennkraftmaschine 10 weist die Kurbelwelle 13 auf, wobei über die Kurbelwelle 13 die Nockenwellen 27, 28 der Zylinderbänke 11, 12 antreibbar sind. Hubkolben 33 der Zylinder 14 bis 19 der beiden Zylinderbänke 11 und 12 sind mit der Kurbelwelle 13 über Pleuel 32 (siehe 3, 4) gekoppelt, wobei die Pleuel 32 der Hubkolben 33 an sogenannten Hubzapfen der Kurbelwelle 13 angreifen. Auf diese Hubzapfen wird unter Bezugnahme auf 6a bis 6c, 7a bis 7c sowie 8a und 8b eingegangen.
Wie bereits ausgeführt, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die Zylinderbänke 11 und 12 der Brennkraftmaschine 10 unter Gewährleistung einer V-Bauweise zueinander positioniert, nämlich gemäß 4 derart, dass die Hochdruckzylinder 14 und 15 der ersten Zylinderbank 11 und die Hochdruckzylinder 17 und 18 der zweiten Zylinderbank 12 in Drehrichtung 34 bzw Umfangsrichtung der Kurbelwelle 13 gesehen einen definierten Zylinderbankversatzwinkel β einschließen. Dieser Zylinderbankversatzwinkel β beträgt gemäß 4 beispielsweise 120°. Der definierte Zylinderbankversatzwinkel β kann jedoch auch 90° oder 180° betragen. Ferner sind auch andere Zylinderbankversatzwinkel β denkbar.
Wie 4 weiterhin entnommen werden kann, ist der Niederdruckzylinder 16 der ersten Zylinderbank 11 gegenüber den Hochdruckzylindern 14 und 15 derselben um einen ersten definierten Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 versetzt. Der Niederdruckzylinder 19 der zweiten Zylinderbank 12 ist gegenüber den Hochdruckzylindern 17, 18 derselben um einen zweiten definierten Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF12 versetzt.
Dabei sind gemäß 4 diese Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 und β_OF12 vorzugsweise betragsmäßig gleich groß, dieselben weisen jedoch unterschiedliche Vorzeichen auf. In 4 ist der Niederdruckzylinder 16 der Zylinderbank 11 gegenüber den Hochdruckzylindern 14 und 15 derselben in Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 um den Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 versetzt, wohingegen der Niederdruckzylinder 19 der Zylinderbank 12 gegenüber den Hochdruckzylindern 17, 18 derselben entgegengesetzt zur Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 um den Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF12 versetzt ist.
Wie bereits ausgeführt, weisen demnach die beiden Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 und β_OF12 unterschiedliche Vorzeichen auf, dieselben sind jedoch vorzugsweise betragsmäßig gleich groß. Es ist jedoch auch möglich, dass sich auch die Beträge der beiden Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 und β_OF12 voneinander unterscheiden. Die Zylinderversatzoffsetwinkel β_OF11 und β_OF12 verfügen über einen Betrag zwischen 1° und 10°.
Durch den obigen Versatz der Niederdruckzylinder 16 und 19 gegenüber den Hochdruckzylindern 14, 15 und 17, 18 der Zylinderbänke 11 und 12 können Überströmkanäle 31 mit relativ kleinen Volumina bereitgestellt werden. Ein kleines Volumen in einem Überströmkanal 31 minimiert Verluste bei der Entspannung des über den jeweiligen Überströmkanal 31 zu überführenden Abgases. Dies hat positive Auswirkungen auf den mit der Brennkraftmaschine realisierbaren Wirkungsgrad.
Der gegenläufige Versatz ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Abgase ausgehend von den Niederdruckzylindern 16, 19 zur weiteren Steigerung des mit der Brennkraftmaschine realisierbaren Wirkungsgrads einem Abgasturbolader zugeführt werden sollen.
Wie bereits ausgeführt, greifen die Hubkolben der Zylinder 14 bis 19 der Zylinderbänke 11 und 12 über ihre Pleuel 32 an der Kurbelwelle 13 an, nämlich an Hubzapfen der Kurbelwelle 13.
6a bis 6c zeigen Details der Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 10 nach einer ersten Variante der Erfindung, wobei gemäß 6a bis 6c für die Pleuel 32 sich gegenüberliegender Hochdruckzylinder 14, 17 und 15, 18 der sich gegenüberliegenden Zylinderbänke 11 und 12 jeweils ein gemeinsamer Hubzapfen 35 bzw. 36 vorhanden ist. So greifen die Pleuel 32 der sich gegenüberliegenden Hochdruckzylinder 14 und 17 der Zylinderbänke 11 und 12 gemeinsam am Hubzapfen 35 der Kurbelwelle 13 an, wohingegen die Pleuel 32 der sich gegenüberliegenden Hochdruckzylinder 15 und 18 der sich gegenüberliegenden Zylinderbänke 11 und 12 gemeinsam am Hubzapfen 36 der Kurbelwelle 13 angreifen.
Die beiden Hubzapfen 35 und 36 für die Pleuel 32 der Hochdruckzylinder 14, 17 und 15, 18 liegen dabei in Drehrichtung der Kurbelwelle 13 gesehen auf einer Umfangsposition, dieselben sind demnach in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung der Kurbelwelle 13 nicht zueinander versetzt, sodass die Hubzapfen 35 und 36 für die Hubkolben der Hochdruckzylinder 14, 15, 17 und 18 beider Zylinderbänke 11 und 12 in einer gemeinsamen Ebene liegen, nämlich gemäß 6a sogar auf einer gemeinsamen Geraden.
Für die Pleuel 32 der sich gegenüberliegenden Niederdruckzylinder 16 und 19 der beiden sich gegenüberliegenden Zylinderbänke 11 und 12 sind separate Hubzapfen 37 und 38 vorhanden.
Die Hubzapfen 37 und 38 für die Pleuel 32 der Niederdruckzylinder 16 und 19 sind in Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 bzw. in Umfangsrichtung derselben gegenüber der Ebene versetzt, in welcher die Hubzapfen 35 und 36 für die Pleuel 32 der Hochdruckzylinder 14, 15, 17 und 18 liegen. Ferner sind die Hubzapfen 37 und 38 für die Pleuel der Niederdruckzylinder 16 und 19 in Drehrichtung der Kurbelwelle 13 gesehen zueinander versetzt. So ist der Hubzapfen 37 für das Pleuel 32 des Niederdruckzylinders 16 der Zylinderbank 11 gegenüber dem Hubzapfen 38 für das Pleuel 32 des Niederdruckzylinders 19 der Zylinderbank 12 in Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 gesehen versetzt.
Wie bereits ausgeführt, liegen die Hubzapfen 35 und 36, an welchen die Pleuel 32 der Hochdruckzylinder 14, 17 und 15, 18 der beiden sich gegenüberliegenden Zylinderbänke 11 und 12 angreifen, in einer gemeinsamen Ebene. Die Hubzapfen 37 und 38 der Kurbelwelle 13, an welchen die Pleuel 32 der Niederdruckzylinder 16 und 19 angreifen, sind hingegen gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung 34 der Kurbelwelle 13 gesehen im Mittel um einen definierten, mittleren Hubzapfenversatzwinkel α versetzt.
Der Hubzapfen 37 für das Pleuel 32 des Niederdruckzylinders 16 der Zylinderbank 11 ist um einen ersten Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF11 gegenüber dem mittleren Hubzapfenversatzwinkel α versetzt. Der Hubzapfen 38 für das Pleuel 32 des Niederdruckzylinders 19 der Zylinderbank 12 ist um einen zweiten Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF12 gegenüber dem mittleren Hubzapfenversatzwinkel α versetzt.
6b und 6c kann entnommen werden, dass die beiden Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF11 und α_OF12 dabei unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, betragsmäßig jedoch vorzugsweise gleich groß sind. Der definierte, mittlere Hubzapfenversatzwinkel α_OF beträgt zwischen 75° und 120°, insbesondere beträgt derselben 90° oder 120°.
Die Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF11 sowie α_OF12 errechnen sich vorzugsweise aus den bereits beschriebenen Zylinderversatzoffsetwinkeln β_OF11 sowie β_OF12 nach folgenden Formeln:
wobei l die Pleuellänge des Pleuels 32 des jeweiligen Niederdruckzylinders 16 bzw. 19 und h die Hublänge des Hubkolbens des jeweiligen Niederdruckzylinders 16 bzw. 19 ist.
Bei der Variante der 6a bis 6c beträgt der mittlere Hubzapfenversatzwinkel α 120°. Die beiden Hubzapfen 37 und 38 sind gegenüber diesem mittleren Hubzapfenversatzwinkel α um ihre jeweiligen Offsetwinkel α_OF11 sowie α_OF12 versetzt, nämlich mit gleichen Beträgen jedoch unterschiedlichen Vorzeichen, einmal in Drehrichtung und einmal entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kurbelwelle 13.
7a bis 7c zeigen eine Variante der Kurbelwelle 13, in welcher der mittlere Hubzapfenversatzwinkel α zwischen den Hubzapfen 37, 38 für die Hubkolben der Niederdruckzylinder und der Ebene, in welcher die Hubszapfen 35, 36 für die Hubkolben der Hochdruckzylinder liegen, 90° beträgt. In Übereinstimmung zu der Variante der 6a bis 6c sind dabei die beiden Hubzapfen 37 und 38 für die Pleuel 32 der mittleren Niederdruckzylinder 16 bzw. 19 wiederum um ihre Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF11 und α_OF12 mit unterschiedlichen Vorzeichen jedoch gleichen Beträgen gegenüber dem mittleren Hubzapfenversatzwinkel α zueinander versetzt.
Eine weitere Variante einer Kurbelwelle 13 für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeigen 8a und 8b. In 8a und 8b ist für jedes Pleuel 32 der Zylinder 14 bis 18 der beiden Zylinderbänke 11 und 12 ein separater Hubzapfen vorhanden, also nicht nur separate Hubzapfen 37 und 38 für die Pleuel 32 der Niederdruckzylinder 16 und 19 der beiden Zylinderbänke 11 und 12, sondern auch separate Hubzapfen 35, 35', 36, 36' für die Pleuel 32 der Hochdruckzylinder 14, 15, 17 und 18 der beiden Zylinderbänke 11 und 12. Dabei sind die Hubzapfen 35 und 35' ebenso wie die Hubzapfen 36 und 36' für die Pleuel 32 der sich jeweils gegenüberliegenden Hochdruckzylinder 14, 17 sowie 15, 18 um 180° zueinander versetzt, sodass demnach sämtliche Hubzapfen 35, 35', 36, 36' für die Hochdruckzylinder 14, 15, 17 und 18 wiederum in einer Ebene liegen.
Die Hubzapfen 37 und 38 für die Niederdruckzylinder 16 und 19 der beiden Zylinderbänke 11 und 12 sind gegenüber dieser Ebene sowie auch zueinander in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung der Kurbelwelle 13 gesehen versetzt.
Der mittlere Hubzapfenversatzwinkel α der Hubzapfen 37, 38 für die Niederdruckzylinder 16, 19 der Zylinderbänke 11, 12 gegenüber den Hubzapfen 35 und 36 bzw. 35' und 36' für die Hochdruckzylinder 14 und 15 bzw. 16 und 17 der jeweiligen Zylinderbank 11 bzw. 12 beträgt dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel der 8a und 8b 90°, wobei jedoch die Hubzapfen 37 und 38 für die mittleren Niederdruckzylinder 16 und 19 gegenüber diesem mittleren Hubzapfenversatzwinkel α jeweils um einen Hubzapfenversatzoffsetwinkel α_OF11 sowie α_OF12 versetzt sind, und zwar mit unterschiedlichen Vorzeichen jedoch vorzugsweise gleichen Beträgen.
Die Kurbelwelle 13 der Variante gemäß 8a und 8b kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Zylinderbänke 11 und 12 der Brennkraftmaschine 10 unter Ausbildung eines V-180° Motors zueinander versetzt sind.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
11: Zylinderbank
12: Zylinderbank
13: Kurbelwelle
14: Hochdruckzylinder
15: Hochdruckzylinder
16: Niederdruckzylinder
17: Hochdruckzylinder
18: Hochdruckzylinder
19: Niederdruckzylinder
20: Einlassventil
21: Auslassventil
22: Einlassventil
23: Auslassventil
24: Kraftstoffzufuhr
25: Abgasüberströmen
26: Abgasabfuhr
27: Einlassnockenwelle
28: Auslassnockenwelle
29: Doppelnocken
30: Einfachnocken
31: Überströmkanal
32: Pleuel
33: Hubkolben
34: Kurbelwellendrehrichtung
35, 35': Hubzapfen
36; 36': Hubzapfen
37: Hubzapfen
38: Hubzapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1961943 A1 [0002]
US 2009/0223482 A1 [0003]
DE 3121301 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei Zylinderbänken, wobei jede Zylinderbank zwei äußere, mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren arbeitende Hochdruckzylinder und einen mittleren, ohne Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren arbeitenden, wechselweise von den Hochdruckzylindern der jeweiligen Zylinderbank mit Abgas befüllten Niederdruckzylinder aufweist, wobei Hubkolben der Zylinder der Zylinderbänke über Pleuel mit Hubzapfen einer Kurbelwelle gekoppelt sind, wobei Ventile der Zylinder der Zylinderbänke über Nockenwellen ansteuerbar sind, die von der Kurbelwelle aus antreibbar sind, wobei solche Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Hochdruckzylinder angreifen, in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wobei solche Hubzapfen der Kurbelwelle, an welchen die Pleuel der Niederdruckzylinder angreifen, gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle gesehen versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzapfen (37) für das Pleuel (32) des Niederdruckzylinders (16) einer ersten Zylinderbank (11) gegenüber dem Hubzapfen (38) für das Pleuel (32) des Niederdruckzylinders (19) einer zweiten Zylinderbank (12) in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle (13) gesehen versetzt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckzylinder (14, 15) der ersten Zylinderbank (11) und die Hochdruckzylinder (17, 18) der zweiten Zylinderbank (12) in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle (12) gesehen einen definierten Zylinderbankversatzwinkel (β) einschließen, und dass der Niederdruckzylinder (16) der ersten Zylinderbank (11) gegenüber den Hochdruckzylindern (14, 15) derselben um einen definierten ersten Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF11) versetzt ist, und dass der Niederdruckzylinder (19) der zweiten Zylinderbank (12) gegenüber den Hochdruckzylindern (17, 18) derselben um einen definierten zweiten Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF12) versetzt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte erste Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF11) und der definierte zweite Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF12) betragsmäßig gleich groß sind jedoch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Zylinderbankversatzwinkel (β) 90° oder 120° oder 180° beträgt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF11, β_OF12) zwischen 1° und 10° betragen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzapfen (35, 36, 35', 36') der Kurbelwelle (13), an welchen die Pleuel der Hochdruckzylinder (14, 15, 17, 18) angreifen, in einer gemeinsamen Ebene liegen, und dass die Hubzapfen (37, 38) der Kurbelwelle (13), an welchen die Pleuel der Niederdruckzylinder (16, 19) angreifen, gegenüber dieser Ebene in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Kurbelwelle (12) gesehen um einen definierten mittleren Hubzapfenversatzwinkel (α) versetzt sind, wobei der Hubzapfen (37) für das Pleuel des Niederdruckzylinders (16) der ersten Zylinderbank (11) um einen ersten Hubzapfenversatzoffsetwinkel (α_OF11) und der Hubzapfen (28) für das Pleuel des Niederdruckzylinders (19) der zweiten Zylinderbank (12) um einen zweiten Hubzapfenversatzoffsetwinkel (α_OF12) gegenüber dem mittleren Hubzapfenversatzwinkel (α) versetzt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hubzapfenversatzoffsetwinkel (α_OF11) und der zweite Hubzapfenversatzoffsetwinkel (α_OF12) betragsmäßig gleich groß sind jedoch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Hubzapfenversatzwinkel (α) zwischen 75° oder 120° beträgt, insbesondere 90° oder 120°.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hubzapfenversatzoffsetwinkel (α_OF11, α_OF12) aus dem Zylinderversatzoffsetwinkel (β_OF11, β_OF12) wie folgt errechnet:
wobei l die Pleuellänge des jeweiligen Pleuels und h die Hublänge des Hubkolbens jeweiligen Zylinders ist.