DE102011116234A9

DE102011116234A9 - Kraftmaschinenanordnung mit einer eine Abgasrückführung für eine Primärkraftmaschine liefernden Rotationskolbenkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011116234A9
Application number: DE102011116234A
Authority: DE
Inventors: Edward J. Keating
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: CN102454477A; DE102011116234A1; DE102011116234B4; US20120097138A1

Abstract

Eine Kraftmaschinenanordnung kann eine Rotationskolbenkraftmaschine und eine Hubkolbenkraftmaschine umfassen. Die Rotationskolbenkraftmaschine kann eine erste Kraftmaschinenstruktur, die ein Läufergehäuse definiert, einen Läufer, der sich im Läufergehäuse befindet und mit der ersten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine erste Verbrennungskammer zu definieren, und einen ersten Auslasskanal, der durch die erste Kraftmaschinenstruktur definiert ist und mit der ersten Verbrennungskammer in Verbindung steht, umfassen. Die Hubkolbenkraftmaschine kann eine zweite Kraftmaschinenstruktur, die eine Zylinderbohrung definiert, und einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist und mit der zweiten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine zweite Verbrennungskammer, die mit dem ersten Auslasskanal in Verbindung steht, zu definieren, umfassen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kraftmaschinenanordnungen, die Abgasrückführungssysteme umfassen.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung dar, die nicht unbedingt Stand der Technik sind.
Brennkraftmaschinen können in Zylindern ein Gemisch von Luft und Kraftstoff verbrennen und dadurch Antriebsmoment erzeugen. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugt Abgase. Kraftmaschinen können ein Abgasrückführungssystem umfassen, um für ein späteres Verbrennungsereignis einen Teil des Abgases zur Kraftmaschine zurückzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Kraftmaschinenanordnung kann eine Rotationskolbenkraftmaschine und eine Hubkolbenkraftmaschine umfassen. Die Rotationskolbenkraftmaschine kann eine erste Kraftmaschinenstruktur, die ein Läufergehäuse definiert, einen Läufer, der sich im Läufergehäuse befindet und mit der ersten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine erste Verbrennungskammer zu definieren, und einen ersten Auslasskanal, der durch die erste Kraftmaschinenstruktur definiert ist und mit der ersten Verbrennungskammer in Verbindung steht, umfassen. Die Hubkolbenkraftmaschine kann eine zweite Kraftmaschinenstruktur, die eine Zylinderbohrung definiert, und einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist und mit der zweiten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine zweite Verbrennungskammer, die mit dem ersten Auslasskanal in Verbindung steht, zu definieren, umfassen.
Die Kraftmaschinenanordnung kann außerdem einen ersten Einlasskrümmer und eine Kurbelwelle umfassen. Die Kurbelwelle kann durch den Läufer und den Kolben rotatorisch angetrieben werden. Der erste Einlasskrümmer kann mit dem ersten Auslasskanal und der zweiten Verbrennungskammer in Verbindung stehen. Der erste Einlasskrümmer kann Abgas von der Rotationskolbenkraftmaschine zur zweiten Verbrennungskammer liefern. Die erste Kraftmaschinenstruktur kann sich an einem Längsende der zweiten Kraftmaschinenstruktur befinden.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hier gelieferten Beschreibung deutlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind lediglich zum Zweck der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise beschränken.
1 ist eine schematische Darstellung einer Kraftmaschinenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Kraftmaschinenanordnung von 1;
3 ist eine Schnittansicht der Kraftmaschinenanordnung von 1; und
4 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Kraftmaschinenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Entsprechende Bezugszeichen geben in allen der mehreren Ansichten der Zeichnungen entsprechende Teile an.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nun Beispiele der vorliegenden Offenbarung vollständiger beschrieben. Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach rein veranschaulichend und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Verwendungen einzuschränken.
Es werden beispielhafte Ausführungsformen angegeben, damit diese Offenbarung sorgfältig ist und Fachleuten den Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details wie etwa Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren dargelegt, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu verschaffen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details nicht eingesetzt sein müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen konkretisiert sein können und dass keine so ausgelegt werden sollte, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränkt. In manchen beispielhaften Ausführungsformen werden wohlbekannte Prozesse, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht im Detail beschrieben.
Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”im Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es bzw. sie direkt an, im Eingriff, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu können dann, wenn ein Element als ”direkt an”, ”direkt im Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht, keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Weitere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart” usw.). Der Ausdruck ”und/oder”, wie er hier verwendet wird, umfasst sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgezählten Punkte.
Obwohl die Ausdrücke ”erste(r/s)”, ”zweite(r/s)”, ”dritte(r/s)” usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt sein. Diese Ausdrücke werden gegebenenfalls nur dazu verwendet, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Ausdrücke wie etwa ”erste(r/s)”, ”zweite(r/s)” und andere zahlenmäßige Ausdrücke, wenn sie hier verwendet werden, implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern dies nicht durch den Kontext klar angegeben wird. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend besprochen werden, als zweites Element, zweite Komponente, zweiten Bereich, zweite Schicht oder zweiten Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
In den 1–3 ist eine Kraftmaschinenanordnung 10 gezeigt, die eine Rotationskolbenkraftmaschine 12, eine Hubkolbenkraftmaschine 14, eine Kurbelwelle 16, die durch die Rotationskolbenkraftmaschine 12 und die Hubkolbenkraftmaschine 14 rotatorisch angetrieben wird, einen ersten Einlasskrümmer 18, einen zweiten Einlasskrümmer 20 und einen Wärmetauscher 22 umfassen kann. Die Rotationskolbenkraftmaschine 12 kann mit der Hubkolbenkraftmaschine 14 gekoppelt und ein Wankelmotor sein. Die Hubkolbenkraftmaschine 14 kann eine Primärkraftmaschine bilden, die einen Hauptanteil des Antriebsmoments zur Drehung der Kurbelwelle 16 liefert, während die Rotationskolbenkraftmaschine 12 eine Sekundärkraftmaschine bilden kann.
Die Rotationskolbenkraftmaschine 12 kann eine erste Kraftmaschinenstruktur 24, die ein Läufergehäuse 26, einen Läufer 28 der sich im Läufergehäuse 26 befindet und mit der ersten Kraftmaschinenstruktur 24 zusammenwirkt, um eine erste Verbrennungskammer 30 zu definieren, einen ersten Einlasskanal 32, der mit der ersten Verbrennungskammer in Verbindung steht, einen ersten Auslasskanal 34, der mit der ersten Verbrennungskammer 30 in Verbindung steht, und einen Zündmechanismus 38 umfassen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Zündmechanismus 38 eine oder zwei Zündkerzen, die mit der ersten Verbrennungskammer 30 in Verbindung stehen, umfassen.
Die Hubkolbenkraftmaschine 14 kann eine zweite Kraftmaschinenstruktur 40, einen Kolben 42, eine Ventiltriebanordnung 44, eine Zündkerze 46 und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht gezeigt) umfassen. Die zweite Kraftmaschinenstruktur 40 kann einen Kraftmaschinenblock 50 und einen Zylinderkopf 52 umfassen. Die zweite Kraftmaschinenstruktur 40 kann eine Zylinderbohrung 54 im Kraftmaschinenblock 50 sowie einen zweiten Einlasskanal 50 und einen zweiten Auslasskanal 58 im Zylinderkopf 52 definieren. Zur Einfachheit wird ein einziger Zylinder der Hubkolbenkraftmaschine 14 beschrieben. Wohlgemerkt gelten jedoch die vorliegenden Lehren für jede Anzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von Hubkolbenkraftmaschinenkonfigurationen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, V-Kraftmaschinen, Reihenkraftmaschinen und Gegenkolbenkraftmaschinen sowie sowohl Konfigurationen mit oben liegender Nockenwelle als auch Konfigurationen mit Nocken im Block.
Der Kolben 42 kann in der Zylinderbohrung 54 angeordnet sein und mit der zweiten Kraftmaschinenstruktur 40 zusammenwirken, um eine zweite Verbrennungskammer 60 zu definieren. Der zweite Einlasskanal 56 und der zweite Auslasskanal 58 können mit der zweiten Verbrennungskammer 60 in Verbindung stehen. Die Ventiltriebanordnung 44 kann durch die zweite Kraftmaschinenstruktur 40 am Zylinderkopf 52 unterstützt sein und kann Einlass- und Auslassnockenwellen 62, 64 sowie Einlass- und Auslassventilanordnungen 66, 68 umfassen. Die Einlassnockenwelle 62 kann mit der Einlassventilanordnung 66 im Eingriff stehen, während die Auslassnockenwelle 64 mit der Auslassventilanordnung 68 im Eingriff stehen kann.
Der erste Einlasskrümmer 18 kann mit einer Frischluftquelle (A) und der zweiten Verbrennungskammer 60 über den zweiten Einlasskanal 56 in Verbindung stehen. Die zweite Verbrennungskammer 60 kann mit dem ersten Auslasskanal 34 der Rotationskolbenkraftmaschine 12 in Verbindung stehen. Im vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann der erste Auslasskanal 34 der Rotationskolbenkraftmaschine 12 mit dem ersten Einlasskrümmer 18 in Verbindung stehen. Der erste Auslasskanal 34 kann daher über den ersten Einlasskrümmer 18 mit dem zweiten Einlasskanal 56 in Verbindung stehen, um Abgas (E) von der Rotationskolbenkraftmaschine 12 zur zweiten Verbrennungskammer 60 der Hubkolbenkraftmaschine 14 zu liefern.
Der zweite Einlasskrümmer 20 kann mit einer Frischluftquelle (A) und der ersten Verbrennungskammer 30 über den ersten Einlasskanal 32 in Verbindung stehen. Die erste Verbrennungskammer 30 kann außerdem mit einer Kraftstoffquelle (F) in Verbindung stehen, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der ersten Verbrennungskammer 30 verbrannt werden kann, um den Läufer 28 anzutreiben.
Der Wärmetauscher 22 kann einen ersten Durchgang 70, der mit dem Abgas (E) von der Rotationskolbenkraftmaschine 12 in Verbindung steht, und einen zweiten Durchgang 72, der mit einem Kraftmaschinenkühlmittel (C) in Verbindung steht, definieren. Im vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann der zweite Durchgang 72 mit flüssigem Kraftmaschinenkühlmittel (C) von der Hubkolbenkraftmaschine 14 in Verbindung stehen. Wohlgemerkt kann jedoch der zweite Durchgang 72 alternativ Kraftmaschinenkühlmittel von der Rotationskolbenkraftmaschine 12 oder von einer Kombination aus der Rotationskolbenkraftmaschine 12 und der Hubkolbenkraftmaschine 14 empfangen. Im vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann der Wärmetauscher 22 einen Abgaskühler bilden, der sich an der zweiten Kraftmaschinenstruktur 40 befindet. Der Wärmetauscher 22 kann sich an einer Stelle zwischen dem ersten Auslasskanal 34 und dem zweiten Einlasskanal 56 im Strömungspfad des Abgases (E) befinden.
Die Rotationskolbenkraftmaschine 12 kann sich an einem Längsende der Hubkolbenkraftmaschine 14 befinden. Insbesondere kann die erste Kraftmaschinenstruktur 24 am Längsende der Hubkolbenkraftmaschine 14 an der zweiten Kraftmaschinenstruktur 40 befestigt sein. Die erste Kraftmaschinenstruktur 24 kann eine Abgasleitung 76 definieren, die einen Abgasdurchgang bildet, der sich vom ersten Auslasskanal 34 zum ersten Einlasskrümmer 18 erstreckt. Daher kann das gesamte Abgas, das durch die Rotationskolbenkraftmaschine 12 erzeugt wird, zum ersten Einlasskrümmer 18 geliefert werden. Der Läufer 28 und der Kolben 42 können jeweils mit der Kurbelwelle 16 im Eingriff stehen, wobei die Kurbelwelle 16 sowohl durch den Läufer 28 als auch den Kolben 42 rotatorisch angetrieben werden kann. Im vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann sich der Läufer 28 an einem Längsende der Kurbelwelle 16 befinden.
Die Kombination der Rotationskolbenkraftmaschine 12 mit der Hubkolbenkraftmaschine 14 kann eine gesteuerte Menge an Abgasrückführung (AGR) zur Hubkolbenkraftmaschine 14 liefern. Außerdem kann die Verwendung der Rotationskolbenkraftmaschine zum Liefern von AGR zur Hubkolbenkraftmaschine 14 ermöglichen, dass das gesamte Abgas, das die Hubkolbenkraftmaschine 14 verlässt, zum Abgassystem (nicht gezeigt) der Hubkolbenkraftmaschine 14 strömt, wodurch sich die Katalysatorerwärmung verbessert.
Obwohl die Kraftmaschinenanordnung 10 so beschrieben wird, dass sie einen ersten und einen zweiten Einlasskrümmer 18, 20 umfasst, können wohlgemerkt alternative Anordnungen einen einzigen Einlasskrümmer 118 umfassen, wie bei der Kraftmaschinenanordnung 110 von 4 zu sehen ist. Die Kraftmaschinenanordnung 110 kann zur Kraftmaschinenanordnung 10 im Allgemeinen ähnlich sein, mit den nachstehend angegebenen Ausnahmen.
In dem in 4 gezeigten Beispiel kann der Einlasskrümmer 118 mit einer Frischluftquelle (A) und sowohl der Rotationskolbenkraftmaschine 112 als auch der Hubkolbenkraftmaschine 114 in Verbindung stehen. Die Abgasleitung 176 der Rotationskolbenkraftmaschine 112 kann mit einem ersten Bereich 119 des Einlasskrümmers 118 in Verbindung stehen, während der erste Einlasskanal (nicht gezeigt) der Rotationskolbenkraftmaschine 112 mit einem zweiten Bereich 120 des Einlasskrümmers 118 in Verbindung stehen kann, um die Rückführung des Abgases von der Rotationskolbenkraftmaschine 112 zum ersten Einlasskanal der Rotationskolbenkraftmaschine 112 zu verhindern.

Claims

Kraftmaschinenanordnung, die umfasst: eine Rotationskolbenkraftmaschine, die umfasst: eine erste Kraftmaschinenstruktur, die ein Läufergehäuse definiert; einen Läufer, der sich im Läufergehäuse befindet und mit der ersten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine erste Verbrennungskammer zu definieren; und eine ersten Auslasskanal, der durch die erste Kraftmaschinenstruktur definiert ist und mit der ersten Verbrennungskammer in Verbindung steht; und eine Hubkolbenkraftmaschine, die umfasst: eine zweite Kraftmaschinenstruktur, die eine Zylinderbohrung definiert; und einen Kolben, der in der Zylinderbohrung angeordnet ist und mit der zweiten Kraftmaschinenstruktur zusammenwirkt, um eine zweite Verbrennungskammer, die mit dem ersten Auslasskanal in Verbindung steht, zu definieren.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, die ferner einen ersten Einlasskrümmer, der mit einer Frischluftquelle in Verbindung steht, den ersten Auslasskanal und die zweite Verbrennungskammer umfasst, wobei der erste Auslasskanal über den ersten Einlasskrümmer mit der zweiten Verbrennungskammer in Verbindung steht und ein Abgas von der Rotationskolbenkraftmaschine zur zweiten Verbrennungskammer liefert.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 2, die ferner einen zweiten Einlasskrümmer umfasst, wobei die erste Kraftmaschinenstruktur einen ersten Einasskanal, der mit der ersten Verbrennungskammer und dem zweiten Einlasskrümmer in Verbindung steht, definiert.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 3, wobei die zweite Kraftmaschinenstruktur einen zweiten Einlasskanal, der mit dem ersten Einlasskrümmer in Verbindung steht, definiert.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 2, wobei die erste Kraftmaschinenstruktur eine Abgasleitung, die sich vom ersten Auslasskanal zum ersten Einlasskrümmer erstreckt, umfasst.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Kurbelwelle, die mit dem Läufer und dem Kolben im Eingriff steht und von diesen rotatorisch angetrieben wird, umfasst.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Rotationskolbenkraftmaschine einen Wankelmotor definiert.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Rotationskolbenkraftmaschine an einem Längsende der Hubkolbenkraftmaschine befindet.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 8, die ferner einen Abgaskühler, der einen mit Abgas von der Rotationskolbenkraftmaschine in Verbindung stehenden ersten Durchgang definiert, umfasst.
Kraftmaschinenanordnung nach Anspruch 9, wobei sich der Abgaskühler an der zweiten Kraftmaschinenstruktur befindet und einen mit einem Kraftmaschinenkühlmittel in Verbindung stehenden zweiten Durchgang definiert.