DE102013201840A1

DE102013201840A1 - Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013201840A1
Application number: DE102013201840A
Authority: DE
Inventors: Alan W. Hayman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US20130199502A1; CN103244547A; CN103244547B; US8925501B2

Abstract

Eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor umfasst zumindest vier Haupt-Lagerzapfen, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet sind, und zumindest drei Kurbelzapfen, wobei jeder Kurbelzapfen um eine entsprechende Kurbelzapfenachse herum angeordnet und zwischen den Haupt-Lagerzapfen positioniert ist. Jede der entsprechenden Kurbelzapfenachsen ist parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet und radial von dieser beabstandet. Jeder der Kurbelzapfen ist mit einem Paar von Kurbelarmen zur Kraftübertragung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Paar von Kurbelarmen verbunden. Jedes Paar von Kurbelarmen ist mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem Paar von Kurbelarmen und dem Haupt-Lagerzapfen zu übertragen. Zumindest zwei der Kurbelzapfen sind radial um eine erste Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet, und ein dritter Kurbelzapfen ist radial um eine zweite Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Kurbelwellen für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor, der eine Gruppe von drei Kurbelzapfen aufweist, von denen zwei der Kurbelzapfen bei einer Distanz bezüglich einer Mittelachse der Kurbelwelle angeordnet sind und ein dritter Kurbelzapfen bei einer zweiten Distanz bezüglich der Mittelachse der Kurbelwelle angeordnet ist.
HINTERGRUND
Mit der zunehmenden Fokussierung auf die Fahrzeugwirtschaftlichkeit, insbesondere auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Fahrzeugen, wenden sich die Kraftfahrzeughersteller kleineren, leichteren Fahrzeugen und außergewöhnlichen Fahrzeugantriebssträngen zu, um die Effizienz zu verstärken. Zurückgeführtes Abgas (”AGR”) wird bei den meisten herkömmlichen Verbrennungsmotoren verwendet, um bei niedrigen Lasten die Verringerung von Drosselverlusten zu unterstützen und um bei hohen Motorlasten die Klopffestigkeit zu verbessern und das Niveau von Stickstoffoxiden (”NO_x”) in dem Abgas zu verringern. Die AGR ist insbesondere als ein Mittel zur Verringerung von Emissionen in Verbrennungsmotoren wichtig, die überstöchiometrisch laufen und dadurch dazu neigen, höhere Niveaus von NO_x-Emissionen auszustoßen.
Ein Vorschlag, der bei der Konstruktion von Verbrennungsmotoren in Betracht gezogen wurde, ist es, einen von mehreren Zylindern als eine dedizierte AGR-Quelle zu verwenden. Bei einem Vierzylindermotor wird beispielsweise die gesamte Zufuhr von Abgas, die in einem der Zylinder erzeugt wird, als AGR zu den Einlassöffnungen der anderen drei Zylinder übertragen. Der die AGR erzeugende Zylinder kann bei angepassten Niveaus von Luft und Kraftstoff betrieben werden, wie sie durch einen Motorcontroller ermittelt werden können, der mit verschiedenen Motor-, Fahrzeug- und Abgassystemsensoren in signaltechnischer Verbindung steht. Da das Abgas von dem die AGR erzeugenden Zylinder zurückgeführt werden soll, bevor es an die Atmosphäre freigegeben wird, können die angepassten Luft- und Kraftstoffniveaus in dem die AGR erzeugenden Zylinder optimiert werden, um ausgewählte Ziele zu erreichen, wie beispielsweise bezüglich der Motoreffizienz, der Leistung und der Betreibbarkeit.
Da das Abgas, das durch die übrigen zwei Zylinder erzeugt wird, nach einer Behandlung in einem Abgasbehandlungssystem an die Atmosphäre freigegeben werden soll, werden die Luft- und Kraftstoffgemische dieser übrigen Zylinder derart betrieben, dass Emissionsstandards erfüllt werden. Diese übrigen Zylinder genießen auf zufällige Weise die Vorteile, die mit der Aufnahme der AGR aus dem die AGR erzeugenden Zylinder verbunden sind. Diese Vorteile umfassen verringerte Verbrennungstemperaturen und dazugehörende Niveaus an NO_x, wodurch reichhaltigere Niveaus an AGR in den übrigen Zylindern mit erhöhten Niveaus an Wasserstoff ermöglicht werden, wodurch die Klopffestigkeit, der Kraftstoffverbrauch und die Verbrennungsstabilität verbessert werden, während weiterhin ermöglicht wird, dass ein stöchiometrisches Gas für eine Verträglichkeit mit den katalytischen Behandlungseinrichtungen in dem Abgasbehandlungssystem aufrecht erhalten wird.
Ein Nachteil für diesen Typ von Verbrennungsmotorsystem ist, dass ein Verbrennungsmotor, der lediglich einen einzelnen Zylinder als den dedizierten AGR-Zylinder verwendet, keine einheitlichen AGR-Volumina an die übrigen Zylinder liefern kann. Beispielsweise kann das Zylinderereignis, das dem dedizierten AGR-Zylinderereignis nachfolgt, dazu neigen, mehr AGR-Verdünnungsmittel als die anschließend zündenden Zylinder aufzunehmen. Diese Variation im Zylinderaufbau (d. h. bezüglich der Verbrennungsluft, des Kraftstoffs und des AGR-Verdünnungsmittels) kann zu einer ungleichmäßigen Verbrennungsleistung führen, die über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen schwierig zu steuern ist.
Um diese Nachteile zumindest teilweise zu behandeln, wird eine Anzahl von Konfigurationen studiert, einschließlich von Konfigurationen, bei denen mehr als einer bei vier Zylindern als dedizierter AGR-Zylinder arbeitet oder bei denen ein dedizierter AGR-Zylinder mehr als ein einziges Volumen an Abgas pro alle vier Volumina des Abgases erzeugt, die durch die anderen Zylinder erzeugt werden. Um solche Konfigurationen zu ermöglichen, wäre es vorteilhaft, über eine Kurbelwelle zu verfügen, die eine verbesserte Verteilung der AGR über die Nicht-AGR-Zylinder erleichtert. Es wäre ebenso vorteilhaft, über eine Kurbelwelle zu verfügen, die Zylinderhubräume ermöglichen kann, die sich zwischen den AGR- und den Nicht-AGR-Zylindern unterscheiden.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor zumindest vier Haupt-Lagerzapfen, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet sind, und zumindest drei Kurbelzapfen, wobei jeder Kurbelzapfen um eine entsprechende Kurbelzapfenachse herum angeordnet und zwischen den Haupt-Lagerzapfen positioniert ist. Jede der entsprechenden Kurbelzapfenachsen ist parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet und radial von dieser beabstandet. Jeder der Kurbelzapfen ist mit einem Paar von Kurbelarmen zur Kraftübertragung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Paar von Kurbelarmen verbunden. Jedes Paar von Kurbelarmen ist mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem Paar von Kurbelarmen und dem Haupt-Lagerzapfen zu übertragen. Zumindest zwei der Kurbelzapfen sind radial um eine erste Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet, und ein dritter Kurbelzapfen ist radial um eine zweite Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst eine rotierende Gruppe für einen Dreizylinder-Verbrennungsmotor drei Kolben, die jeweils einem entsprechenden Zylinder zugeordnet und durch eine entsprechende Pleuelstange mit einem entsprechenden Kurbelzapfen verbunden sind. Die Kurbelzapfen sind auf einer einzelnen Kurbelwelle angeordnet, die zumindest vier Haupt-Lagerzapfen umfasst, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet sind. Zumindest drei Kurbelzapfen sind um eine entsprechende Kurbelzapfenachse herum angeordnet und zwischen den Haupt-Lagerzapfen positioniert. Jede der entsprechenden Kurbelzapfenachsen ist parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet und radial von dieser beabstandet. Jeder der Kurbelzapfen ist mit einem Paar von Kurbelarmen zur Kraftübertragung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Paar von Kurbelarmen verbunden. Jedes Paar von Kurbelarmen ist mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem Paar von Kurbelarmen und dem Haupt-Lagerzapfen zu übertragen, und zumindest zwei der Kurbelzapfen sind radial um eine erste Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet. Ein dritter Kurbelzapfen ist radial um eine zweite Semi-Hubdistanz von der Kurbelwellen-Drehachse beabstandet.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Details erscheinen lediglich beispielhaft in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, von denen:
1 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale der Erfindung verkörpert;
2 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
3 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
4 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
5 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
6 eine schematische Draufsicht von Teilen eines Verbrennungsmotorsystems ist, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert;
7 eine Graphik ist, die den Betrieb eines Verbrennungsmotorsystems darstellt, das Merkmale einer Ausführungsform der Erfindung verkörpert; und
8 eine Graphik ist, die den Betrieb eines Verbrennungsmotorsystems darstellt, das Merkmale einer anderen Ausführungsform der Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachfolgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Es versteht sich, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Verbrennungsmotorsystem 10 gerichtet, das mehrere Motorzylinder 12 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Verbrennungsmotorsystem 10 drei Motorzylinder 12 auf, die Konfiguration kann jedoch auch eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen (beispielsweise 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 usw.) sowie Konfigurationen wie etwa eine Reihenkonfiguration (gezeigt), eine V-Konfiguration, eine horizontal entgegengesetzte Konfiguration und dergleichen, ohne dass die Anwendbarkeit der Erfindung auf diese eingeschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf die Motorzylinder 12 in der gezeigten Ausführungsform sind der erste und der dritte Zylinder 14 ausgebildet, um gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten. Im Gegensatz dazu ist der zweite Zylinder 16 ein dedizierter AGR-Zylinder und ausgebildet, um in einem Zweittakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten, wie nachstehend in weiterem Detail beschrieben ist. Verbrennungsluft 18 wird durch einen Kompressor 20 komprimiert, der einen durch den Motor angetriebenen Turbokompressor, einen durch Abgas angetriebenen Turbolader oder eine Kombination von beiden (d. h. einen Kompressor-Turbolader) umfassen kann, und sie wird durch einen Abschnitt eines Einlasssystems 24, der Einlasskanäle 26, 28 und 30 umfasst, an jeden der Motorzylinder 12 geliefert. Die Einlasskanäle 26, 28 und 30 liefern die komprimierte Verbrennungsluft durch Einlassöffnungen 32 an die Viertaktzylinder 14 und durch eine Einlassöffnung oder Einlassöffnungen 34 an den Zweitaktzylinder. Die Verbrennungsluft 18 wird in den Zylindern 14 und 16 mit Kraftstoff gemischt und in diesen verbrannt. Eine oder mehrere Zündungseinrichtungen, wie beispielsweise Zündkerzen 36, sind in Verbindung mit den Zylindern 14 und 16 angeordnet und werden betrieben, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in diesen zu zünden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird Abgas 38 von der Verbrennung von Kraftstoff und Verbrennungsluft 18 in dem dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 durch eine oder mehrere Auslassöffnungen 40 aus dem Zylinder 16 entfernt, welche mit einer AGR-Zuführungsleitung 42 in Fluidverbindung stehen, die sich zwischen Einlassöffnungen 44 erstreckt und mit diesen in Fluidverbindung steht, die ausgebildet sind, um das Abgas 38 als zurückgeführtes Abgas (”AGR”) 46 an die Viertaktzylinder 14 zu liefern. Das zurückgeführte Abgas 46 wird in jedem Viertaktzylinder 14 mit Verbrennungsluft 18 und Kraftstoff vor dessen Verbrennung gemischt. Die AGR 46, die aus dem dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 zu den Viertaktzylindern 14 geführt wird, wirkt als Unterstützung bei der Verringerung von Drosselverlusten bei niedrigen Lasten sowie zur Verbesserung der Klopffestigkeit und zur Verringerung der Niveaus von Stickstoffoxiden (”NO_x”) im Abgas.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform können ein oder mehrere Wärmetauscher 48 zwischen dem dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 und den Einlassöffnungen 44 der Viertaktzylinder 14 angeordnet sein, um die AGR-Ladung 46 zu kühlen, wodurch eine kühlere und somit dichtere Strömung der AGR in die Viertaktzylinder 14 ermöglicht wird. Die Wärmetauscher 48 können eine luftgekühlte oder eine flüssigkeitsgekühlte Konfiguration aufweisen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird Abgas 50 von der Verbrennung von Kraftstoff, Verbrennungsluft 18 und AGR 46 in den Viertaktzylindern 14 aus den Zylindern durch eine oder mehrere Auslassöffnungen 52 entfernt, die mit einem Abgasbehandlungssystem 54 in Fluidverbindung stehen, das verschiedene Abgasbehandlungseinrichtungen 56 aufweisen kann, wie beispielsweise einen katalytischen Wandler, eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, einen Partikelfilter oder eine Kombination von diesen.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Verbrennungsmotorsystem 10 gerichtet, das mehrere Motorzylinder 12 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Verbrennungsmotorsystem 10 drei Motorzylinder 12 auf, die Konfiguration kann jedoch auch eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen (beispielsweise 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 usw.) sowie Konfigurationen wie etwa eine Reihenkonfiguration (gezeigt), eine V-Konfiguration, eine horizontal entgegengesetzte Konfiguration und dergleichen, ohne dass die Anwendbarkeit der Erfindung auf diese eingeschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf die Motorzylinder 12 in der gezeigten Ausführungsform sind der erste und der dritte Zylinder 14 ausgebildet, um gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten. Im Gegensatz dazu ist der zweite Zylinder 16 ein dedizierter AGR-Zylinder und ausgebildet, um in einem Zweitakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten, wie nachstehend in weiterem Detail beschrieben ist. Verbrennungsluft 18 wird durch einen Kompressor 20 komprimiert, der einen durch den Motor angetriebenen Turbokompressor, einen durch Abgas angetriebenen Turbolader oder eine Kombination von beiden (d. h. einen Kompressor-Turbolader) umfassen kann, und sie wird durch einen Abschnitt eines Einlasssystems 24, der Einlasskanäle 26, 28 und 30 umfasst, an jeden der Motorzylinder 12 geliefert. Die Einlasskanäle 26, 28 und 30 liefern die komprimierte Verbrennungsluft durch Einlassöffnungen 32 an die Viertaktzylinder 14 und durch eine Einlassöffnung oder Einlassöffnungen 34 an den Zweitaktzylinder. Die Verbrennungsluft 18 wird in den Zylindern 14 und 16 mit Kraftstoff gemischt und in diesen verbrannt. Eine oder mehrere Zündungseinrichtungen, wie beispielsweise Zündkerzen 36, sind in Verbindung mit den Zylindern 14 und 16 angeordnet und werden betrieben, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in diesen zu zünden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird Abgas 38 von der Verbrennung von Kraftstoff und Einlassluft 18 in dem dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 durch eine oder mehrere Auslassöffnungen 40 aus dem Zylinder entfernt, welche mit einer AGR-Zuführungsleitung 42 in Fluidverbindung stehen, die sich bis zu der Einlassöffnung 80 des Kompressors 20 erstreckt und mit diesem in Fluidverbindung steht und ausgebildet ist, um das Abgas 38 zur Mischung mit der Verbrennungsluft 18 und zur Kompression in die Verbrennungsladung 82 an den Kompressor 20 zu liefern. Folglich weist die Verbrennungsladung 82 ein Gemisch aus Verbrennungsluft 18 und zurückgeführtem Abgas 38 auf, und sie wird durch die Einlasskanäle 26, 28 an die Viertaktzylinder 14 und durch einen Einlasskanal 30 an den Zweitaktzylinder 16 geliefert. Das Abgas 38, das von dem dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 zu der Kompressoreinlassöffnung des Einlasssystems 24 geführt wird, wirkt als Unterstützung bei der Verringerung von Drosselverlusten bei niedrigen Lasten sowie zur Verbesserung der Klopffestigkeit und zur Verringerung des Niveaus an Stickstoffoxiden (”NO_x”) im Abgas.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Wärmetauscher 48 zwischen der Auslassöffnung 40 des dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinders 16 und der Kompressoreinlassöffnung 80 angeordnet sein, um das Abgas 38 zu kühlen, wodurch eine kühlere und dadurch dichtere Strömung des Abgases in den Kompressor 20 ermöglicht wird. Der Wärmetauscher 48 kann eine luftgekühlte oder eine flüssigkeitsgekühlte Konfiguration aufweisen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird Abgas 50 von der Verbrennung von Kraftstoff und der Verbrennungsladung 82 in den Viertaktzylindern 14 durch eine oder mehrere Auslassöffnungen 52 aus den Zylindern entfernt, die mit einem Abgasbehandlungssystem 54 in Fluidverbindung stehen, das verschiedene Abgasbehandlungseinrichtungen 56 aufweisen kann, wie beispielsweise einen katalytischen Wandler, eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, einen Partikelfilter oder eine Kombination von diesen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform Wechselwirken die Viertakt- bzw. der Zweitaktzylinder 14, 16 mit einer rotierenden Gruppe, die Kolben (nicht gezeigt) umfasst, die jeweils einem entsprechenden Zylinder zugeordnet und durch eine entsprechende Pleuelstange (nicht gezeigt) mit einem entsprechenden Kurbelzapfen verbunden sind, wobei die Kurbelzapfen auf einer einzelnen Kurbelwelle angeordnet sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 5 und 6 gezeigt ist, umfasst eine Kurbelwelle 100 für einen Verbrennungsmotor mehrere Haupt-Lagerzapfen 110, 112, 114, 116, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse 118 ausgerichtet sind. Ein erster (d. h. äußerer) Lagerzapfen 120 ist um eine erste Lagerzapfenachse 122 herum angeordnet und zwischen einem ersten Haupt-Lagerzapfen 110 und einem zweiten Haupt-Lagerzapfen 112 positioniert. Ein zweiter (d. h. innerer) Kurbelzapfen 130 ist um eine zweite Kurbelzapfenachse 132 herum angeordnet und zwischen den zweiten Haupt-Lagerzapfen 112 und einem dritten Haupt-Lagerzapfen 114 positioniert. Ein dritter (d. h. äußerer) Kurbelzapfen 140 ist um eine dritte Kurbelzapfenachse 142 angeordnet und zwischen dem dritten Haupt-Lagerzapfen 114 und einem vierten Haupt-Lagerzapfen 116 positioniert. Jeder Kurbelzapfen 120, 130, 140 ist auf einer entsprechenden Kurbelzapfenachse 122, 132, 142 ausgerichtet, die parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse 118 verläuft und radial von dieser beabstandet ist.
Bei einigen Motorkonfigurationen können ein oder mehrere Zylinder anders als andere Zylinder in dem Motor betrieben werden. Wie an anderer Stelle hierin diskutiert wird, können beispielsweise ein oder mehrere Zylinder bei einem anderen Niveau der AGR als andere Zylinder betrieben werden, und sie können auch bei anderen Verhältnissen von Kraftstoff zu Luft als die anderen Zylinder betrieben werden. Dementsprechend kann sich die Leistung, die in einem einzelnen Zylinder als eine Funktion von dessen Hubraum erzeugt wird (d. h. die spezifische Leistung), von derjenigen der anderen Zylinder unterscheiden. Um solche Schwankungen von Zylinder zu Zylinder zumindest teilweise zu kompensieren, kann es wünschenswert sein, den Hubraum eines oder mehrerer der Zylinder relativ zu den Hubräumen der anderen Zylinder modifizieren zu können.
Ein Betrieb mit Zylindern mit unterschiedlichen Hubräumen kann nicht nur wünschenswert sein, um schwankende Ausgaben der spezifischen Leistung zu kompensieren, sondern auch verwendbar sein, um AGR-Niveaus in Motoren anzupassen, bei denen die Abgase aus einem oder mehreren Zylindern wieder vollständig in einem anderen Zylinder aufgenommen werden. Bei einem Dreizylindermotor, bei dem die Abgase aus einem der Zylinder wieder vollständig durch die übrigen zwei Zylinder aufgenommen werden, kann es beispielsweise wünschenswert sein, den die AGR erzeugenden Zylinder bei einem kleineren Hubraum als demjenigen der anderen zwei Zylinder zu betreiben, wodurch das Niveau der AGR verringert wird. Dies kann erreicht werden, indem der Hub des die AGR erzeugenden Zylinders verringert wird. Die Fähigkeit, den Hubraum einzelner Zylinder zu variieren, ermöglicht einem Motorkonstrukteur einen effektiven Kompromiss zwischen der Menge an AGR, die an jeden der Arbeitszylinder geliefert wird, und dem Betrag an Arbeit, den die Arbeitszylinder erzeugen sollen. Diese Fähigkeit kann einem Motorkonstrukteur ermöglichen, basierend auf der Leistungsausgabe, dem Kraftstoffverbrauch und Emissionsbeschränkungen gleichzeitig Lösungen für mehrere Konstruktionsbeschränkungen zu suchen (d. h. Kompromisse zwischen diesen zu finden).
Da der Hubraum eine Funktion sowohl des Hubs als auch des Bohrungsdurchmessers ist, kann der Zylinderhubraum angepasst werden, indem eine dieser Parameter verändert wird. Es ist jedoch typischerweise viel leichter, den Hub zu modifizieren, als den Bohrungsdurchmesser zu modifizieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, ist daher eine Kurbelwelle 100 mit zumindest drei Kurbelzapfen 120, 130, 140 derart ausgebildet, dass zumindest zwei der Kurbelzapfen 120, 140 von der Kurbelwellen-Drehachse 118 radial um eine erste Semi-Hubdistanz 121, 141 beabstandet sind und ein dritter Kurbelzapfen 130 von der Kurbelwellen-Drehachse 118 radial um eine zweite Semi-Hubdistanz 131 beabstandet ist. Wie es in 5 gezeigt ist, bilden die zumindest drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe, bei der es die äußeren Kurbelzapfen 120, 140 sind, die von der Kurbelwellen-Drehachse 118 radial um eine erste Semi-Hubdistanz 121, 141 beabstandet sind, und bei der es der innere Kurbelzapfen 130 ist, der von der Kurbelwellen-Drehachse 118 radial um eine zweite Semi-Hubdistanz 131 beabstandet ist. Es ist jedoch einzusehen, dass alternative Ausführungsformen möglich sind, bei denen zwei benachbarte (d. h. axial benachbarte) Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und der übrige Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich die erste Semi-Hubdistanz 141 von der zweiten Semi-Hubdistanz 131. Wenn der Bohrungsdurchmesser der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, im Wesentlichen der gleiche wie der Bohrungsdurchmesser des Zylinders bzw. der Zylinder ist, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind, dann unterscheidet sich dementsprechend der Hubraum der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, von dem Hubraum des Zylinders bzw. der Zylinder, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die erste Semi-Hubdistanz 141 größer als die zweite Semi-Hubdistanz 131. Wenn der Bohrungsdurchmesser der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, im Wesentlichen der gleiche wie der Bohrungsdurchmesser des Zylinders bzw. der Zylinder ist, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind, dann ist dementsprechend der Hubraum der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, größer als der Hubraum des Zylinders bzw. der Zylinder, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die erste Semi-Hubdistanz 141 kleiner als die zweite Semi-Hubdistanz 131. Wenn der Bohrungsdurchmesser der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, im Wesentlichen der gleiche wie der Bohrungsdurchmesser des Zylinders bzw. der Zylinder ist, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind, dann ist dementsprechend der Hubraum der Zylinder, die der ersten Semi-Hubdistanz zugeordnet sind, kleiner als der Hubraum des Zylinders bzw. der Zylinder, der bzw. die der zweiten Semi-Hubdistanz zugeordnet ist bzw. sind.
Die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen umfassen zumindest drei Kurbelzapfen, die eine Kurbelzapfengruppe bilden. Es ist einzusehen, dass eine Vierzylinder-Kurbelwelle auf ähnliche Weise eine Gruppe von drei Kurbelzapfen mit einem zusätzlichen (d. h. vierten) Kurbelzapfen aufweisen kann, der bezüglich der Kurbelwellen-Drehachse bei der zweiten Semi-Hubdistanz positioniert ist.
Ein erstes Paar von Kurbelarmen 150 ist mit dem ersten Kurbelzapfen 120 für eine Kraftübertragung zwischen dem ersten Kurbelzapfen 120 und dem ersten Paar von Kurbelarmen 150 verbunden. Jeder der Kurbelarme 150 ist auch mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen 110, 112 verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem ersten Paar von Kurbelarmen 150 und den Haupt-Lagerzapfen 110, 112 zu übertragen. Ein zweites Paar von Kurbelarmen 152 ist mit dem zweiten Kurbelzapfen 130 für eine Kraftübertragung zwischen dem zweiten Kurbelzapfen 130 und dem zweiten Paar von Kurbelarmen 152 verbunden. Jeder der Kurbelarme 152 ist auch mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen 112, 114 verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem zeiten Paar von Kurbelarmen 152 und den Haupt-Lagerzapfen 112, 114 zu übertragen. Ein drittes Paar von Kurbelarmen 154 ist mit dem dritten Kurbelzapfen 140 für eine Kraftübertragung zwischen dem dritten Kurbelzapfen 140 und dem dritten Paar von Kurbelarmen 154 verbunden. Jeder der Kurbelarme 154 ist auch mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen 114, 116 verbunden, um ein Drehmoment zwischen dem dritten Paar von Kurbelarmen 154 und den Haupt-Lagerzapfen 114, 116 zu übertragen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform bilden die Kurbelzapfen 120, 130, 140 eine Kurbelzapfengruppe, die angeordnet ist, um bezogen auf ihre drei zugeordneten Zylinder eine Verbrennungssequenz mit ”nahezu gleichmäßiger Zündung” zu ermöglichen. In dem Fall das Dreizylinder-Verbrennungsmotors 10 werden somit vier nahezu gleichmäßig beabstandete Zündungsereignisse innerhalb von ungefähr 720 Grad der Kurbelwellendrehung erzeugt. Bei einer Motorkonfiguration, bei der ein Zweitaktzylinder zwischen einem Paar von Viertaktzylindern angeordnet ist, wie etwa bei den beispielhaften Dreizylinder-Verbrennungsmotoren von 1 und 2, ist beispielsweise der erste Kurbelzapfen 120 durch eine Pleuelstange (nicht gezeigt) mit einem Kolben (nicht gezeigt) gekoppelt, der in einem ersten der Zylinder 14 angeordnet ist. Dieser Zylinder ist ausgebildet, um gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten. Wenn sich die Kurbelwelle 100 um die Kurbelwellen-Drehachse 118 dreht, wechselwirkt der Kolben, der mit dem ersten Kurbelzapfen 120 gekoppelt ist, daher mit einem Arbeitsfluid (d. h. mit einem Kraftstoff-, Luft- und AGR-Gemisch) in dem ersten Zylinder 14, in welchem ein Verbrennungsereignis einmal für jede 720 Grad der Kurbelwellendrehung auftritt.
Auf ähnliche Weise ist der dritte Kurbelzapfen 140 durch eine Pleuelstange (nicht gezeigt) mit einem Kolben (nicht gezeigt) gekoppelt, der in einem anderen der Zylinder 14 angeordnet ist, der ausgebildet ist, um gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten. Wenn die Kurbelwelle 100 um die Kurbelwellen-Drehachse 118 rotiert (d. h. über ihren Bereich von Kurbelwellen-Drehpositionen), wechselwirkt der Kolben, der mit dem dritten Kurbelzapfen 140 gekoppelt ist, daher mit einem Arbeitsfluid (d. h. mit einem Kraftstoff-, Luft- und AGR-Gemisch) in dem dritten Zylinder 14, in welchem ebenso ein Verbrennungsereignis einmal für jede 720 Grad der Kurbelwellendrehung auftritt.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Kurbelzapfen für die Viertaktzylinder 14 (d. h. der erste Kurbelzapfen 120 und der dritte Kurbelzapfen 140) ungefähr in Phase miteinander positioniert (d. h., dass sie ungefähr für eine Drehung in Phase um die Kurbelwellen-Drehachse positioniert sind), so dass eine einzige Kurbelwellen-Drehposition bewirkt, dass sowohl der Kolben, der mit dem ersten Kurbelzapfen 120 gekoppelt ist, als auch der Kolben, der mit dem dritten Kurbelzapfen 140 gekoppelt ist, bei oder in der Nähe des Maximalwerts ihrer Hübe positioniert sind. Wenn die Kurbelwelle 100 über ihren Bereich von Kurbelwellen-Drehpositionen rotiert, erreichen dementsprechend sowohl der Kolben, der mit dem Kurbelzapfen 120 gekoppelt ist, als auch der Kolben, der mit dem dritten Kurbelzapfen 140 gekoppelt ist, den Maximalwert ihres Hubs bei ungefähr derselben Kurbelwellen-Drehposition. Die Verbrennungsereignisse für den ersten und den dritten Zylinder treten in abwechselnden zyklischen Drehungen der Kurbelwelle auf, so dass die Verbrennungsereignisse, die den Viertaktzylindern zugeordnet sind, ungefähr gleichmäßig beabstandet sind.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der zweite Kurbelzapfen 130 durch eine Pleuelstange (nicht gezeigt) mit einem Kolben (nicht gezeigt) gekoppelt, der in dem Zylinder 16 angeordnet ist, der sich zwischen den zwei Viertaktzylindern 14 befindet. Dieser Zylinder ist ausgebildet, um gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus zu arbeiten. Wenn die Kurbelwelle 100 um die Kurbelwellen-Drehachse 118 rotiert, wechselwirkt der Kolben, der mit dem zweiten Kurbelzapfen 130 gekoppelt ist, daher mit einem Arbeitsfluid (d. h. mit einem Kraftstoff-, Luft- und AGR-Gemisch) in dem zweiten Zylinder 16, in welchem ein Verbrennungsereignis einmal für jede 360 Grad der Kurbelwellendrehung auftritt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der zweite Kurbelzapfen 130 (d. h. der Kurbelzapfen, der dem Zweittaktzylinder 16 zugeordnet ist) bezüglich des ersten Kurbelzapfens 120 und des dritten Kurbelzapfens 140 um ungefähr 180 Grad außer Phase positioniert. Dementsprechend erreicht der Kolben, der mit dem zweiten Kurbelzapfen 130 gekoppelt ist, den Maximalwert seines Hubs bei einer Kurbelwellen-Drehposition, die von der Kurbelwellen-Drehposition, die dem Maximalwert des Hubs des Kolbens zugeordnet ist, der mit dem ersten Kurbelzapfen 120 gekoppelt ist, und von der Kurbelwellen-Drehposition, die dem Maximalwert des Hubs des Kolbens zugeordnet ist, der mit dem dritten Kurbelzapfen 140 gekoppelt ist, um ungefähr 180 Grad beabstandet ist. Dementsprechend treten die Verbrennungsereignisse für den zweiten Zylinder bei jeder zyklischen Rotation der Kurbelwelle auf, und zwar ungefähr gleichmäßig beabstandet zwischen den Verbrennungsereignissen, die den Viertaktzylindern zugeordnet sind. Somit ist der zweite Kurbelzapfen 130 mit dem Kolben gekoppelt, der dem Zweitaktzylinder 16 zugeordnet ist, und er ist symmetrisch (d. h. bei etwas mehr oder etwas weniger als 180 Grad der Kurbelwellendrehung) bezüglich des ersten und des dritten Kurbelzapfens ausgerichtet.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Achsen 122, 132, 142 aller drei Kurbelzapfen mehr oder weniger in einer einzigen Ebene 180 (6) angeordnet, und die Kurbelwellen-Drehachse 118 ist ebenso mehr oder weniger ungefähr in derselben Ebene 180 angeordnet. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform verläuft die Achse des ersten Kurbelzapfens 122 ungefähr mehr oder weniger kolinear mit der Achse des dritten Kurbelzapfens 142.
Bei der dargestellten Ausführungsform bilden die drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe, bei welcher die äußeren Kurbelzapfen in der Nähe einer ersten ungefähren Winkelposition für eine Drehung in Phase um die Kurbelwellen-Drehachse positioniert sind und bei welcher der innere Kurbelzapfen um ungefähr 180 Grad beabstandet von der ersten ungefähren Winkelposition positioniert ist. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass andere Anordnungen in Betracht gezogen werden, wie beispielsweise eine Anordnung, bei der drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe bilden, bei der benachbarte Kurbelzapfen in der Nähe einer ersten ungefähren Winkelposition für eine Drehung in Phase um die Kurbelwellen-Drehachse positioniert sind und der übrige Kurbelzapfen (der nicht zwischen den zwei benachbarten Kurbelzapfen positioniert ist) um ungefähr 180 Grad beabstandet von der ersten ungefähren Winkelposition positioniert ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Hübe der äußeren Kurbelzapfen der Kurbelzapfengruppe derart ausgebildet sein können, dass sie größer als der Hub des inneren Kurbelzapfens, kleiner als dieser oder gleich diesem sind, wie es erforderlich ist, um die speziellen Notwendigkeiten des Motors zu erfüllen. Wenn beispielsweise der Zweitaktzylinder (d. h. derjenige, der um 180 Grad außer Phase ist) verwendet wird, um zwei oder mehr Viertaktzylindern eine AGR zuzuführen, kann es wünschenswert sein, das Verhältnis der AGR zu erhöhen oder zu verringern, die den Viertaktzylindern zugeführt wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Anteil der AGR modifiziert werden, indem der Hub (d. h. der Bereich der Kolbenbewegung), der dem Zweitaktzylinder zugeordnet ist, relativ zu demjenigen der Viertaktzylinder erhöht oder verringert wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Kurbelzapfen für den dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 symmetrisch (d. h. bei etwas mehr oder etwas weniger als 180 Grad der Kurbelwellendrehung) bezüglich der Kurbelzapfen der Viertaktzylinder 14 ausgerichtet sein, um die zeitliche Steuerung der Zufuhr der AGR 46, 1, oder der Verbrennungsladung 82, 2, zu den Viertaktzylindern 14 zu optimieren. Bei den dargestellten Ausführungsformen können zwei Zylinder in dem Dreizylinder-Reihenverbrennungsmotor 10 gemäß einem Viertaktzyklus arbeiten, wobei der übrige Zylinder in einem Zweitaktzyklus arbeitet, um den Viertaktzylindern zurückgeführtes Abgas 46 oder die Verbrennungsladung 82 zuzuführen. Eine solche Konfiguration ergibt vier im Wesentlichen gleichmäßig beabstandete Zündungs- oder Verbrennungsereignisse innerhalb von ungefähr 720 Grad der Kurbelwellendrehung, und sie ergibt nahezu ein Vierzylinder-Motorleistungsverhalten und nahezu eine Vierzylinder-Verbrennungsglattheit in einer Dreizylinder-Motorpackung 10.
7 und 8 zeigen beispielhafte Beziehungen 300 zwischen dem Kolbenhub und der Kurbelwellen-Drehposition für beispielhafte rotierende Gruppen des Motors. Bei einer beispielhaften Ausführungsform befinden sich ein erster Kurbelzapfen 320 und ein dritter Kurbelzapfen 340 bei einer ersten Kurbelwellen-Drehposition von 0 Grad bei einer Position, die dem Maximalwert des Hubs (TDC) ihrer gekoppelten Kolben zugeordnet ist. Ungefähr bei dieser Drehposition (mit Schwankungen, die mit einer Verstellung des Zündungszeitpunkts nach früh oder nach spät verbunden sind) tritt ein erstes Verbrennungs- oder Zündungsereignis 370 in dem Zylinder auf, der dem ersten Kurbelzapfen 320 zugeordnet ist. Ungefähr bei derselben Kurbelwellen-Drehposition befindet sich ein zweiter Kurbelzapfen 330 bei einer Position, die dem Minimalwert des Hubs (BDC) seines gekoppelten Kolbens zugeordnet ist.
Bei einer zweiten Kurbelwellen-Drehposition, die von der ersten Kurbelwellen-Drehposition um ungefähr 180 Grad beabstandet ist, befinden sich der erste Kurbelzapfen 320 und der dritte Kurbelzapfen 340 bei einer Position, die dem Minimalwert des Hubs (BDC) ihrer gekoppelten Kolben zugeordnet ist. Ungefähr bei derselben Kurbelwellen-Drehposition befindet sich der zweite Kurbelzapfen 330 bei einer Position, die dem Maximalwert des Hubs (TDC) seines gekoppelten Kolbens zugeordnet ist. Ungefähr bei dieser Drehposition (mit Schwankungen, die mit der Verstellung des Zündungszeitpunkts nach früh oder nach spät verbunden sind) tritt ein zweites Verbrennungs- oder Zündungsereignis 350 in dem Zylinder auf, der dem zweiten Kurbelzapfen 330 zugeordnet ist.
Nach Beendigung einer ersten Umdrehung der Kurbelwelle bei einer Drehposition von 360 Grad befinden sich der erste Kurbelzapfen 320 und der dritte Kurbelzapfen 340 wieder bei einer Position, die dem Maximalwert des Hubs (TDC) ihrer gekoppelten Kolben zugeordnet ist. Ungefähr bei dieser Drehposition (mit Schwankungen, die mit der Verstellung des Zündungszeitpunkts nach früh oder nach spät verbunden sind) tritt ein drittes Verbrennungs- oder Zündungsereignis 360 in dem Zylinder auf, der dem dritten Kurbelzapfen 340 zugeordnet ist. Ungefähr bei derselben Kurbelwellen-Drehposition befindet sich der zweite Kurbelzapfen 330 wiederum bei einer Position, die dem Minimalwert des Hubs (BDC) seines gekoppelten Kolbens zugeordnet ist.
Bei einer vierten Kurbelwellen-Drehposition, die von der ersten Kurbelwellen-Drehposition um ungefähr 540 Grad beabstandet ist, befinden sich der erste Kurbelzapfen 320 und der dritte Kurbelzapfen 340 wiederum bei Positionen, die den Minimalwerten der Hübe (BDC) ihrer gekoppelten Kolben zugeordnet sind. Ungefähr bei derselben Kurbelwellen-Drehposition befindet sich der zweite Kurbelzapfen 330 wiederum bei einer Position, die dem Maximalwert des Hubs (TDC) seines gekoppelten Kolbens zugeordnet ist. Ungefähr bei dieser Drehposition (mit Schwankungen, die mit der Verstellung des Zündungszeitpunkts nach früh oder nach spät verbunden sind) tritt ein Verbrennungs- oder Zündungsereignis 350 in dem Zylinder auf, der dem zweiten Kurbelzapfen 330 zugeordnet ist.
Nach Beendigung einer zweiten Umdrehung der Kurbelwelle mit einer gesamten Kurbelwellendrehung von 720 Grad befinden sich der erste Kurbelzapfen 320 und der dritte Kurbelzapfen 340 wiederum bei einer Position, die dem Maximalwert des Hubs (TDC) ihrer gekoppelten Kolben zugeordnet ist. Ungefähr bei dieser Drehposition (mit Schwankungen, die mit der Verstellung des Zündungszeitpunkts nach früh oder nach spät verbunden sind) tritt ein Verbrennungs- oder Zündungsereignis 370 in dem Zylinder auf, der dem ersten Kurbelzapfen 320 zugeordnet ist. Ungefähr bei derselben Kurbelwellen-Drehposition befindet sich der zweite Kurbelzapfen 330 wiederum bei einer Position, die dem Minimalwert des Hubs (BDC) seines gekoppelten Kolbens zugeordnet ist. Somit wird eine Verbrennungssequenz mit ”nahezu gleichmäßiger Zündung” ermöglicht, bei der in dem Fall des Dreizylinder-Verbrennungsmotors 10 vier nahezu gleichmäßig beabstandete Zündungsereignisse innerhalb von ungefähr 720 Grad der Drehung der Kurbelwelle auftreten.
Bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen ist der Verbrennungsmotor 10 im Bauraum eines Dreizylinder-Reihenmotors untergebracht, liefert aber nahezu ein Vierzylinder-Leistungsverhalten. Vier Zündungsimpluse oder -ereignisse ermöglichen dem Motor, aufgrund einer glatteren Rückkopplung an das Fahrzeug oder einer anderen Installation eine verringerte Leerlaufdrehzahl von ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute (”RPM”) bis ungefähr 750 RPM zu verwenden, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Zusätzlich werden die Ausgangsbestandteile 38 (d. h. das Abgas) des dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinder 16 durch die Viertaktzylinder 14 ”nachverarbeitet”, was ermöglicht, dass der dedizierte Zweitakt-AGR-Zylinder 16 ohne eine nachteilige Auswirkung auf die Auspuffemissionen 50 unterstöchiometrisch betrieben wird. Dies ermöglicht, dass der dedizierte Zweitakt-AGR-Zylinder 16 als ein Zulieferer des AGR-Verdünnungsmittels für die Viertaktzylinder 14 optimiert wird.
Der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 ist relativ geradlinig, und die Konfiguration des dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinders 16 kann eine Anzahl von Zweitaktkonstruktionen umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Konstruktion mit ”Gleichlauf” implementiert werden, die Auslassventile in Fluidverbindung mit den Auslassöffnungen 40 verwendet. Auf die Einlassöffnungen 34 kann im Austausch mit Einlassöffnungen (nicht gezeigt) an der Unterseite des Zylinders 16 verzichtet werden. Der Zylinder 16 kann durch das Kurbelgehäuse gespült werden, er kann aber auch mit unter Druck stehender Luft aus dem Kompressor 20 gespült werden. Bei den beispielhaften Ausführungsformen, die in 1 und 2 dargestellt sind, ist die Ausgestaltung des dedizierten Zweitakt-AGR-Zylinders 16 bei dieser Konfiguration derjenigen eines Viertaktmotors ähnlich. Der Hauptunterschied zwischen dem Zweitakt- und dem Viertaktbetrieb des Zylinders 16 liegt in der zeitlichen Steuerung von Ventilen, Einspritzeinrichtung und Zündfunken relativ zu der Position der Motorkurbelwelle (nicht gezeigt). Diese Konfiguration profitiert von der komprimierten Verbrennungsluft 18, 1, oder von der komprimierten Verbrennungsladung 82, 2, die durch den Kompressor 20 geliefert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann auf den Kompressor 20 verzichtet werden, wenn das Abgasbehandlungssystem 54 und die zeitliche Steuerung der Auslassventile des Zweitaktzylinders 16 gesteuert werden können, um eine ”Selbstspülung” von Abgas aus dem Zylinder 16 zu erzeugen.
Wie vorstehend angegeben ist, ist die Erfindung auf verschiedene Motorkonfigurationen anwendbar. Bei einem Motor mit V-Konfiguration, wie beispielsweise bei einer V6-Konfiguration, können vier Zylinder gemäß einem Viertaktzyklus arbeiten, während die übrigen zwei Zylinder gemäß einem Zweitaktzyklus arbeiten, um den Viertaktzylindern zurückgeführtes Abgas zuzuführen. Eine solche Konfiguration ergibt acht Zündungs- oder Verbrennungsereignisse innerhalb von ungefähr 720 Grad der Kurbelwellendrehung, und sie ergibt nahezu ein Leistungsverhalten eines V8-Motors bei einer V6-Packung. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 3 ist der Verbrennungsmotor 10B mit V6-Konfiguration derart ausgebildet, dass zwei Zylinder (4 und 6 bei dem dargestellten Motor) in einer ersten Zylinderreihe 90 gemäß einem Zweitaktzyklus betrieben werden. Die übrigen Zylinder 1, 2, 3 und 5, die an verschiedenen Positionen sowohl in der ersten Zylinderreihe 90 als auch in der zweiten Zylinderreihe 92 angeordnet sind, arbeiten gemäß einem Viertaktzyklus. Diese Konfiguration ist verwendbar, um die Zündreihenfolge der Zylinder 14, 16 und auch die Zufuhr von zurückgeführtem Abgas 46 von den Zweitaktzylindern 16 zu den Viertaktzylindern 14 zu optimieren.
Bei der beispielhaften Ausführungsform von 4 ist der Verbrennungsmotor 10C mit V6-Konfiguration derart ausgebildet, dass zwei Zylinder (2 und 4 in dem dargestellten Motor) in einer ersten Zylinderreihe 90 gemäß einem Zweitaktzyklus betrieben werden. Die übrigen Zylinder 1, 3, 5 und 6, die an verschiedenen Positionen sowohl in einer ersten Zylinderreihe 90 als auch in einer zweiten Zylinderreihe 92 angeordnet sind, arbeiten gemäß einem Viertaktzyklus. Diese Konfiguration ist ebenso verwendbar, um die Zündreihenfolge der Zylinder 14, 16 und auch die Zufuhr von zurückgeführtem Abgas von den Zweitaktzylindern 16 zu den Viertaktzylindern 14 zu optimieren.
Die Erfindung wurde vorstehend hauptsächlich unter Bezugnahme auf deren Anwendung in einem Dreizylinder- oder einem Sechszylindermotor beschrieben. Einem Fachmann auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren sollte klar sein, dass Motoren mit anderen Zylinderanzahlen und veränderten Konfigurationen leicht in Betracht gezogen werden können und dass die Erfindung nicht auf diese Beispiele, die hierin vorgesehen sind, beschränkt sein sollte und beschränkt sein kann.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und dass deren Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Inhalt abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor, umfassend: zumindest vier Haupt-Lagerzapfen, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet sind; und zumindest drei Kurbelzapfen, die jeweils um eine entsprechende Kurbelzapfenachse herum angeordnet und zwischen den Haupt-Lagerzapfen positioniert sind; wobei jede der entsprechenden Kurbelzapfenachsen parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet und von dieser radial beabstandet ist; wobei jeder der Kurbelzapfen mit einem Paar von Kurbelarmen für eine Kraftübertragung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Paar von Kurbelarmen verbunden ist; wobei jedes Paar von Kurbelarmen mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen verbunden ist, um ein Drehmoment zwischen dem Paar von Kurbelarmen und dem Haupt-Lagerzapfen zu übertragen; wobei zumindest zwei der Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und ein dritter Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die erste Semi-Hubdistanz größer als die zweite Semi-Hubdistanz ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die erste Semi-Hubdistanz kleiner als die zweite Semi-Hubdistanz ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die zumindest drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe bilden, bei der die äußeren Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und der innere Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 4, wobei die erste Semi-Hubdistanz größer als die zweite Semi-Hubdistanz ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 4, wobei die erste Semi-Hubdistanz kleiner als die zweite Semi-Hubdistanz ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die zumindest drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe bilden, bei der zwei benachbarte Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und der übrige Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.
Rotierende Gruppe für einen Dreizylinder-Verbrennungsmotor, wobei die rotierende Gruppe umfasst: drei Kolben, wobei jeder einem entsprechenden Zylinder zugeordnet ist und jeder durch eine entsprechende Pleuelstange mit einem entsprechenden Kurbelzapfen verbunden ist, wobei die Kurbelzapfen auf einer einzelnen Kurbelwelle angeordnet sind; wobei die Kurbelwelle umfasst: zumindest vier Haupt-Lagerzapfen, die auf einer Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet sind; und zumindest drei Kurbelzapfen, die jeweils um eine entsprechende Kurbelzapfenachse herum angeordnet und zwischen den Haupt-Lagerzapfen positioniert sind; wobei jede der entsprechenden Kurbelzapfenachsen parallel zu der Kurbelwellen-Drehachse ausgerichtet und von dieser radial beabstandet ist; wobei jeder der Kurbelzapfen mit einem Paar von Kurbelarmen für eine Kraftübertragung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Paar von Kurbelarmen verbunden ist; wobei jedes Paar von Kurbelarmen mit einem entsprechenden Haupt-Lagerzapfen verbunden ist, um ein Drehmoment zwischen dem Paar von Kurbelarmen und dem Haupt-Lagerzapfen zu übertragen; und wobei zumindest zwei der Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und ein dritter Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 8, wobei sich die erste Semi-Hubdistanz von der zweiten Semi-Hubdistanz unterscheidet.
Kurbelwelle nach Anspruch 8, wobei die zumindest drei Kurbelzapfen eine Kurbelzapfengruppe bilden, bei der die äußeren Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine erste Semi-Hubdistanz beabstandet sind und der innere Kurbelzapfen von der Kurbelwellen-Drehachse radial um eine zweite Semi-Hubdistanz beabstandet ist.