DE102014103679A1

DE102014103679A1 - Kurbelwelle für Brennkraftmaschine mit variablem Hubraum

Info

Publication number: DE102014103679A1
Application number: DE102014103679.4A
Authority: DE
Inventors: Alan W. Hayman; Robert S. McAlpine
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: US9297318B2; US20140283783A1; CN104061073A; DE102014103679B4; CN104061073B

Abstract

Eine Kurbelwelle umfasst mehrere Kurbelzapfen. Die Kurbelzapfen sind an der Kurbelwelle definiert und sind entlang einer Drehachse longitudinal voneinander beabstandet. Jeder der Kurbelzapfen ist so konfiguriert, dass er mit einem Kolben einer Kraftmaschine mit mehreren Zylindern wirksam verbunden ist. Die Kraftmaschine ist dazu konfiguriert, einen der Zylinder zu deaktivieren. Mindestens zwei der Kurbelzapfen sind entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Mindestens einer der Kurbelzapfen ist von der Zapfenachse in einer Drehrichtung der Kurbelwelle rotatorisch versetzt, so dass die Kraftmaschine eine geradzahlige Zündreihenfolge aufweist, selbst wenn einer der Zylinder deaktiviert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen mit variablem Hubraum.
HINTERGRUND
Brennkraftmaschinen mit variablem Hubraum (VDIC-Kraftmaschinen) ermöglichen, dass sich der Kraftmaschinenhubraum ändert, typischerweise durch Deaktivieren von Zylindern, um die Kraftstoffsparsamkeit zu verbessern. Insbesondere können zumindest einige der Zylinder deaktiviert werden, um das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine zu regulieren. Dazu können die Einlassventile von zu deaktivierenden Zylindern geschlossen werden und eine Zufuhr von Kraftstoff zu den zu deaktivierenden Zylindern kann gesperrt werden. Die Anzahl von aktivierten Zylindern kann auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen mit variablem Hubraum. In einer Ausführungsform umfasst die Kurbelwelle mehrere Kurbelzapfen. Die Kurbelzapfen sind miteinander verbunden und sind entlang einer Drehachse longitudinal voneinander beabstandet. Jeder der Kurbelzapfen ist so konfiguriert, dass er wirksam mit einen jeweiligen Kolben einer Kraftmaschine mit mehreren Zylindern verbunden ist. Die Kraftmaschine ist dazu konfiguriert, einen der Zylinder zu deaktivieren. Mindestens zwei der Kurbelzapfen sind entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Mindestens einer der Kurbelzapfen ist von der Zapfenachse in einer Drehrichtung der Kurbelwelle rotatorisch versetzt, so dass die Kraftmaschine eine geradzahlige Zündreihenfolge aufweist, selbst wenn einer der Zylinder deaktiviert ist.
Die mehreren Kurbelzapfen können einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen umfassen. Der erste und der vierte Kurbelzapfen sind entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Der erste und der vierte Kurbelzapfen können nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Der zweite Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein. Der vierte Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 120 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
In einer Ausführungsform umfassen die mehreren Kurbelzapfen einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen und der zweite und der dritte Kurbelzapfen sind entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Der erste und der vierte Kurbelzapfen können nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Der erste Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein. Der vierte Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 120 Grad rotatorisch versetzt sein. Die Zapfenachse kann zur Drehachse im Wesentlichen parallel sein.
In einer Ausführungsform umfassen die mehreren Kurbelzapfen einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen und einen dritten Kurbelzapfen. Der erste und der zweite Kurbelzapfen sind entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Der dritte Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 180 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
In einer Ausführungsform umfassen die mehreren Kurbelzapfen einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen und einen dritten Kurbelzapfen und der zweite und der dritte Kurbelzapfen sind entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Der erste Kurbelzapfen kann von der Zapfenachse um etwa 180 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Kraftmaschinenanordnungen. In einer Ausführungsform umfasst die Kraftmaschinenanordnung im Allgemeinen einen Kraftmaschinenblock, mehrere Kolben und eine Kurbelwelle. Der Kraftmaschinenblock definiert einen ersten Zylinder, einen zweiten Zylinder, einen dritten Zylinder und einen vierten Zylinder, die entlang einer Zylinderreihe in einer Reihenzylinderanordnung angeordnet sind. Jeder Kolben ist in einem des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Zylinders angeordnet. Die Kurbelwelle ist mit den mehreren Kolben wirksam gekoppelt, so dass die Kurbelwelle dazu konfiguriert ist, sich um eine Drehachse in einer Drehrichtung zu drehen, wenn sich die Kolben innerhalb des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Zylinders hin- und herbewegen. Die Kurbelwelle umfasst einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen, die entlang der Drehachse longitudinal voneinander beabstandet sind. Der erste Kurbelzapfen und der vierte Kurbelzapfen sind entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet und der zweite und der dritte Kurbelzapfen sind beide vom ersten und vom vierten Kurbelzapfen in der Drehrichtung rotatorisch versetzt.
In einer Ausführungsform kann die Kraftmaschinenanordnung ferner ein Einlassventil umfassen, das wirksam mit dem vierten Zylinder gekoppelt ist. Das Einlassventil ist zwischen einer offenen Position, um zu ermöglichen, dass ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in den vierten Zylinder eintritt, und einer geschlossenen Position, um zu verhindern, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in den vierten Zylinder eintritt, beweglich. Die Kraftmaschinenanordnung umfasst ferner ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, das Einlassventil in einer geschlossenen Position zu halten, um den vierten Zylinder zu deaktivieren, bis die Kraftmaschinenanordnung mit einem vorbestimmten Drehmomentschwellenwert betrieben wird.
In einer Ausführungsform ist der zweite Kurbelzapfen vom ersten und vom vierten Kurbelzapfen um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt. Der dritte Kurbelzapfen kann vom ersten und vom vierten Kurbelzapfen um etwa 120 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Schmieden einer Metallstruktur, um eine Kurbelwelle mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten miteinander verbundenen Kurbelzapfen, die entlang einer Drehachse axial voneinander beabstandet sind, auszubilden. Der erste und der vierte Kurbelzapfen der Kurbelwelle, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens hergestellt wird, sind entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Außerdem sind der zweite und der dritte Kurbelzapfen voneinander und von der Zapfenachse in einer Drehrichtung rotatorisch versetzt. Der zweite Kurbelzapfen der Kurbelwelle, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens ausgebildet wird, kann vom ersten Kurbelzapfen und vom vierten Kurbelzapfen um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Kraftmaschinenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Seitenschnittansicht der Kraftmaschinenanordnung von 1;
3 ist eine Seitenansicht einer Kurbelwelle der Kraftmaschinenanordnung von 1;
4 ist eine schematische vordere Darstellung der Kurbelzapfenanordnung der Kurbelwelle von 3;
5 ist eines schematische vordere Darstellung einer alternativen Kurbelzapfenanordnung einer Kurbelwelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine schematische Seitenansicht einer Kurbelwelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische vordere Darstellung der Kurbelzapfenorientierung der Kurbelwelle von 6; und
8 ist eine schematische vordere Darstellung der Kurbelzapfenanordnung einer anderen Kurbelwelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigen 1 und 2 schematisch ein Fahrzeug 8 mit einer Kraftmaschinenanordnung 10, die dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug 8 anzutreiben. Die Kraftmaschinenanordnung 10 kann eine Benzinkraftmaschinenanordnung mit Direkteinspritzung, eine Kraftmaschineanordnung mit homogener Ladungskompressionszündung, Dieselkraftmaschinensysteme, eine Aufladungskraftmaschinenanordnung, eine Saugkraftmaschinenanordnung oder irgendeine andere geeignete Kraftmaschinenanordnung sein. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Kraftmaschinenanordnung 10 im Allgemeinen eine Brennkraftmaschine 12 mit variablem Hubraum, ein Kraftstoffeinspritzsystem 14 mit gemeinsamer Verteilerleitung, ein Zündsystem 16, eine Ventiltriebanordnung 28 und ein Steuermodul 18 und eine Kurbelwelle 24. Im Betrieb verbrennt die Kraftmaschine 12 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
Die Kraftmaschine 12 umfasst einen Kraftmaschinenblock 13 und einen Zylinderkopf 15. Der Kraftmaschinenblock 13 definiert einen ersten Zylinder 20A, einen zweiten Zylinder 20B, einen dritten Zylinder 20C und einen vierten Zylinder 20D. Obwohl 1 vier Zylinder darstellt, wird in Erwägung gezogen, dass die Kraftmaschine 12 mehr oder weniger Zylinder umfassen kann. Der erste Zylinder 20A, der zweite Zylinder 20B, der dritte Zylinder 20C und der vierte Zylinder 20D können entlang einer Zylinderreihe in einer Reihenzylinderanordnung angeordnet sein. Der erste Zylinder 20A definiert eine erste Brennkammer 21A. Der zweite Zylinder 20B definiert eine zweite Brennkammer 21B. Der dritte Zylinder 20C definiert eine dritte Brennkammer 21C. Der vierte Zylinder 20D definiert eine vierte Brennkammer 21D. Die Kraftmaschine 12 umfasst ferner einen ersten Kolben 22A, der im ersten Zylinder 20A angeordnet ist, einen zweiten Kolben 22B, der im zweiten Zylinder 20B angeordnet ist, einen dritten Kolben 22C, der im dritten Zylinder 20C angeordnet ist, und einen vierten Kolben 22D, der im vierten Zylinder 20D angeordnet ist.
Während des Betriebs der Kraftmaschine 12 kann Luft in einen Einlasskrümmer durch eine Drosselklappe gesaugt werden. Luft wird in die Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D vom Einlasskrümmer (nicht dargestellt) gesaugt und wird darin komprimiert. Kraftstoff wird durch das Kraftstoffeinspritzsystem 14 in die Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D eingespritzt und das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird gezündet. Abgase werden aus den Zylindern 20A, 20B, 20C, 20D in ein Auslasssystem (nicht dargestellt) ausgelassen.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 14 umfasst Kraftstoffeinspritzdüsen 40, die an der Kraftmaschine 12 angebracht sind und die direkt Kraftstoff in die Brennkammern 21A, 21B, 21C, 21D einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 40 empfangen Kraftstoff von einer oder mehreren Kraftstoffpumpen 42, einer oder mehreren Kraftstoffverteilerleitungen oder Leitungen 44 und einem Kraftstofftank 46. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 48 innerhalb des Kraftstofftanks 46 angeordnet und liefert Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 50 über eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 52. Die Hochdruckpumpe 50 ist an oder nahe der Kraftmaschine 12 angebracht und arbeitet auf der Basis der Drehzahl der Kraftmaschine 12. Die Hochdruckpumpe 50 kann Drehenergie von der Kurbelwelle 24 über einen Riemen 60 und ein Paar von Riemenscheiben 61 oder dergleichen empfangen. Die Riemenscheiben 61 schaffen ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine 12 und der Betriebsdrehzahl der Hochdruckpumpe 50. Die Hochdruckpumpe 50 kann auf der Basis einer Drehzahl einer Nockenwelle oder über irgendeinen anderen Steuermechanismus arbeiten. Eine Hochdruck-Kraftstoffverteilerleitung 62 leitet Kraftstoff zwischen der Hochdruckpumpe 50 und den Kraftstoffeinspritzdüsen 40. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 40 liefern Kraftstoff zu den Brennkammern 21 auf der Basis von Signalen, die vom Steuermodul 18 empfangen werden.
Das Zündsystem 16 umfasst mehrere Zündkerzen 68, die jeweils dazu konfiguriert sind, einen Zündfunken zu liefern, um Luft/Kraftstoff-Gemische in jeder der Brennkammern 21A, 21B, 21C, 21D zu zünden. Das Zündsystem 16 kann ein Zündverteilungssystem 66 umfassen, das Strom zu einer oder mehreren Zündkerzen 68 oder anderen Zündvorrichtungen liefert. Das Zündverteilungssystem 66 kann Spulen, Verteiler, Drähte und andere mechanische und/oder elektronische Zündkomponenten und -vorrichtungen umfassen.
Der Zylinderkopf 15 definiert Einlasskanäle 34 und Auslasskanäle 36 in Fluidverbindung mit den Zylindern 20A, 20B, 20C, 20D. Jeder Einlasskanal 34 ist dazu konfiguriert, ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zur jeweiligen Brennkammer 21A, 21B, 21C oder 21D vom Einlasskrümmer (nicht dargestellt) zu lenken. Dagegen ist jeder Auslasskanal 36 dazu konfiguriert zu ermöglichen, dass Abgas aus den jeweiligen Brennkammern 21A, 21B, 21C oder 21D abgegeben wird. Nach der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches (wie z. B. wenn es durch einen Zündfunken von der Zündkerze 68 gezündet wird) kann der Auslasskanal 36 Abgase aus der jeweiligen Brennkammer 21A, 21B, 21C oder 21D führen.
Die Ventiltriebanordnung 28 ist dazu konfiguriert, die Fluidströmung in die und aus den Brennkammern 21A, 21B, 21C oder 21D zu steuern, und umfasst im Allgemeinen ein erstes Auslassventil 31A, ein zweites Auslassventil 31B, ein drittes Auslassventil 31C, ein viertes Auslassventil 31D, ein erstes Einlassventil 30A, ein zweites Einlassventil 30B, ein drittes Einlassventil 30C und ein viertes Einlassventil 30D, mehrere Einlassventil-Hubmechanismen 56, mehrere Auslassventil-Hubmechanismen 58, mehrere Einlassventil-Nockenwellen 64 und mehrere Auslassventil-Nockenwellen 67. Obwohl sie als obenliegende Nockenanordnung dargestellt ist, wird in Erwägung gezogen, dass die Ventiltriebanordnung 28 andere geeignete Anordnungen wie z. B. eine Anordnung mit Nocken im Block aufweisen kann.
Das erste Einlassventil 30A, das zweite Einlassventil 30B, das dritte Einlassventil 30C und das vierte Einlassventil 30D sind jeweils dazu konfiguriert, die Strömung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den ersten Zylinder 20A, den zweiten Zylinder 20B, den dritten Zylinder 20C bzw. den vierten Zylinder 20D zu steuern. Jedes des ersten Einlassventils 30A, des zweiten Einlassventils 30B, des dritten Einlassventils 30C und des vierten Einlassventils 30D ist zumindest teilweise im Einlasskanal 34 angeordnet, der mit dem jeweiligen Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D fluidtechnisch gekoppelt ist, und ist dazu konfiguriert, sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. In der offenen Position ermöglicht jedes des ersten Einlassventils 30A, des zweiten Einlassventils 30B, des dritten Einlassventils 30C und des vierten Einlassventils 30D, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die jeweilige Brennkammer 21A, 21B, 21C oder 21D strömt. Dagegen verhindern in der geschlossenen Position das erste Einlassventil 30A, das zweite Einlassventil 30B, das dritte Einlassventil 30C und das vierte Einlassventil 30D, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die erste Brennkammer 21A, die zweite Brennkammer 21B, die dritte Brennkammer 21C bzw. die vierte Brennkammer 21D strömt.
Das erste Auslassventil 31A, das zweite Auslassventil 31B, das dritte Auslassventil 31C und das vierte Auslassventil 31D sind jeweils dazu konfiguriert, die Strömung von Abgasen, die von den jeweiligen Brennkammern 21A, 21B, 21C und 21D abgegeben werden, zu steuern. Jedes des ersten Auslassventils 31A, des zweiten Auslassventils 31B, des dritten Auslassventils 31C und des vierten Auslassventils 31D ist zumindest teilweise im Auslasskanal 36 angeordnet, der mit dem jeweiligen Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D fluidtechnisch gekoppelt ist, und ist dazu konfiguriert, sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. In der offenen Position ermöglicht jedes des ersten Auslassventils 31A, des zweiten Auslassventils 31B, des dritten Auslassventils 31C und des vierten Auslassventils 31D, dass Abgase aus der jeweiligen Brennkammer 21A, 21B, 21C oder 21D abgegeben werden. In der geschlossenen Position verhindern das erste Auslassventil 31A, das zweite Auslassventil 31B, das dritte Auslassventil 31C und das vierte Auslassventil 31D, dass Abgase von der ersten Brennkammer 21A, der zweiten Brennkammer 21B, der dritten Brennkammer 21C bzw. der vierten Brennkammer 21D abgegeben werden.
Die Ventiltriebanordnung 28 kann vier Einlassventil-Hubmechanismen 56 umfassen, die jeweils wirksam mit einem des ersten Einlassventils 30A, des zweiten Einlassventils 30B, des dritten Einlassventils 30C und des vierten Einlassventils 30D gekoppelt sind. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Ventiltriebanordnung 28 mehr oder weniger Einlassventil-Hubmechanismen 56 umfassen kann. Die Anzahl von Einlassventil-Hubmechanismen 56 kann mit der Anzahl von Zylindern korrelieren. Wenn beispielsweise die Kraftmaschine 12 drei Zylinder aufweist, kann die Ventiltriebanordnung 28 drei Einlassventil-Hubmechanismen 56 umfassen. Ungeachtet der Anzahl ist jeder Einlassventil-Hubmechanismus 56 dazu konfiguriert, das jeweilige Einlassventil 30A, 30B, 30C, 30D zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. Dazu ist jeder Einlassventil-Hubmechanismus 56 mit einer der Einlassventil-Nockenwelle 64 wirksam gekoppelt. Jede Einlassventil-Nockenwelle 64 ist dazu konfiguriert, sich zu drehen, und umfasst eine Einlassventil-Nockennase 65, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf den entsprechenden Einlassventil-Hubmechanismus 56 aufzubringen. Wenn sich die Einlassventil-Nockenwelle 64 dreht, bringt die Einlassventil-Nockennase 65 schließlich eine Kraft auf den Einlassventil-Hubmechanismus 56 auf, um eines der Einlassventile 30A, 30B, 30C, 30D zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu verlagern.
Ein oder mehrere Einlassventil-Hubmechanismen 56 sind dazu konfiguriert, in einem ersten oder aktiven Modus und einem zweiten oder inaktiven Modus zu arbeiten. In der dargestellten Ausführungsform kann nur der Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, im aktiven Modus und im inaktiven Modus arbeiten. Folglich kann nur der vierte Zylinder 20D deaktiviert werden, während die Kraftmaschine 12 in Betrieb ist. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass ein anderer Einlassventil-Hubmechanismus 56 im aktiven und inaktiven Modus arbeiten kann und daher ein anderer Zylinder (ein anderer als der vierte Zylinder 20D) deaktiviert werden kann.
Im aktiven Modus verlagert der Einlassventil-Hubmechanismus 56 das Einlassventil 30D zwischen der offenen und der geschlossenen Position, während die Kraftmaschine 12 arbeitet. Im inaktiven Modus verlagert dagegen der Einlassventil-Hubmechanismus 56 nicht das Einlassventil 30D zwischen der offenen und der geschlossenen Position, während die Kraftmaschine 12 arbeitet. Vielmehr bleibt das Einlassventil 30D in der geschlossenen Position, wenn sich der Einlassventil-Hubmechanismus 56 im inaktiven Modus befindet, wodurch verhindert wird, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die vierte Brennkammer 21D eintritt. Folglich findet keine Verbrennung in der vierten Brennkammer 21D während des Kraftmaschinenbetriebszyklus statt, während die Verbrennung in den anderen Brennkammern 21A, 21C, 21D während desselben Kraftmaschinenbetriebszyklus stattfindet. Daher ist der vierte Zylinder 21D deaktiviert.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam dem vierten Zylinder 21D zugeordnet ist, ein erstes Hubelement 78, das wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, und ein zweites Hubelement 80, das wirksam mit der Einlassventil-Nockenwelle 64 gekoppelt ist. Wenn sich der Einlassventil-Hubmechanismus 56 im aktiven Modus befindet, können das erste Hubelement 78 und das zweite Hubelement 80 in Bezug aufeinander fest sein, so dass das vierte Einlassventil 30D in die offene Position verlagert wird, wenn die Einlassventil-Nockennase 65 eine Kraft auf den Einlassventil-Hubmechanismus 56 aufbringt. Wenn sich der Einlassventil-Hubmechanismus 56 im inaktiven Modus befindet, können das erste Hubelement 78 und das zweite Hubelement 80 relativ zueinander verlagert werden, so dass das vierte Einlassventil 30D in der geschlossenen Position bleibt, selbst wenn die Einlassventil-Nockennase 65 eine Kraft auf den Einlassventil-Hubmechanismus 56 aufbringt.
Die Ventiltriebanordnung 28 kann vier Auslassventil-Hubmechanismen 58 umfassen, die jeweils wirksam mit einem des ersten Auslassventils 31A, des zweiten Auslassventils 31B, des dritten Auslassventils 31C und des vierten Auslassventils 31D gekoppelt sind. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Ventiltriebanordnung 28 mehr oder weniger Auslasshubmechanismen 58 umfassen kann. Die Anzahl von Auslassventil-Hubmechanismen kann mit der Anzahl von Zylindern korrelieren. Wenn die Kraftmaschine 12 beispielsweise drei Zylinder umfasst, kann die Ventiltriebanordnung 28 drei Auslassventil-Hubmechanismen 58 umfassen. Ungeachtet der Anzahl ist jeder Auslassventil-Hubmechanismus 58 wirksam mit einer der Auslassventil-Nockenwellen 67 gekoppelt. Jede Auslassventil-Nockenwelle 67 ist dazu konfiguriert sich zu drehen, und umfasst eine Auslassnockennase 69, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft auf den entsprechenden Auslassventil-Hubmechanismus 58 aufzubringen. Während sich die Auslassventil-Nockenwelle 67 dreht, bringt die Auslassnockennase 69 eine Kraft auf den Auslassventil-Hubmechanismus 56 auf, um eines der Auslassventile 31A, 31B, 31C, 31D zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu verlagern.
Das Steuermodul 18 reguliert die Ventiltriebanordnung 28 und kann in einem teilweisen Zylinderdeaktivierungsmodus auf der Basis von Sensorzustandssignalen arbeiten, die von einem oder mehreren Drehmomentanforderungssensoren 72 empfangen werden. Im teilweisen Zylinderdeaktivierungsmodus deaktiviert das Steuermodul 18 nur einen Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D. in der dargestellten Ausführungsform kann das Steuermodul 18 nur den vierten Zylinder 20D durch Umschalten des Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, in den inaktiven Modus deaktivieren. Das Steuermodul 18 kann beispielsweise den vierten Zylinder 20D deaktivieren, wenn die Kraftmaschine 12 unter einem vorbestimmten Drehmomentschwellenwert arbeitet, und den vierten Zylinder 20D aktivieren, wenn die Kraftmaschine 12 auf oder über dem vorbestimmten Drehmomentschwellenwert arbeitet. Der vorbestimmte Drehmomentschwellenwert kann beispielsweise etwa 200 Newtonmeter sein.
Zusätzlich zur Ventiltriebanordnung 28 kann das Steuermodul 18 andere Komponenten oder Betriebsprozesse der Kraftmaschinenanordnung 10 regulieren und kann Sensorzustandssignale von verschiedenen Sensoren wie z. B. Kraftstoffdrucksensoren empfangen. Auf der Basis von Zustandssignalen, die von den anderen geeigneten Sensoren empfangen werden, kann das Steuermodul 18 beispielsweise die Lufteinleitung, Kraftstoffeinspritzung, das Anlassen, die Zündung und andere Kraftmaschinenbetriebsfunktionen steuern. Geeignete Sensoren können beispielsweise Temperatursensoren, Drucksensoren, Durchflusssensoren, Sauerstoffpegelsensoren, Kraftmaschinendrehzahlsensoren, Luft/Kraftstoff-Sensoren für die Zustandsbestimmung und Steuerung der Kraftmaschinenanordnung 10 umfassen. Die Temperatursensoren können einen Kraftmaschinentemperatursensor, einen Kühlmittel-Temperatursensor, einen Öltemperatursensor, einen Umgebungstemperatursensor und/oder andere Temperatursensoren umfassen. Die Drucksensoren können Zylinderdrucksensoren umfassen.
Das Steuermodul 18 kann auf einem Mikroprozessor wie z. B. einem Computer mit einer Zentraleinheit, einem Speicher (RAM und/oder ROM) und zugehörigen Eingangs- und Ausgangsbussen basieren. Das Steuermodul 18 kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung sein oder kann aus anderen Logikvorrichtungen gebildet sein, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Das Steuermodul 18 kann jeweils ein Abschnitt einer zentralen Fahrzeug-Hauptsteuereinheit, eines interaktiven Fahrzeugdynamikmoduls, eines Hauptsteuermoduls, einer Steuerschaltung mit einer Leistungsversorgung sein, zu einem einzelnen integrierten Steuermodul kombiniert sein oder kann ein eigenständiges Steuermodul sein. Ungeachtet seiner Konfiguration ist das Steuermodul 18 dazu konfiguriert, das vierte Einlassventil 30D (oder irgendein anderes Einlassventil) in der geschlossenen Position zu halten, um den vierten Zylinder 20D (oder irgendeinen anderen Zylinder) zu deaktivieren, bis die Kraftmaschinenanordnung 10 auf oder über einem vorbestimmten Drehmomentschwellenwert arbeitet. Wie vorstehend erörtert, kann der vorbestimmte Drehmomentschwellenwert 200 Newtonmeter sein.
Die Kraftmaschinenanordnung 10 kann ferner einen Starter 81 umfassen. Der Starter 81 wird verwendet, um die Kurbelwelle 24 direkt und indirekt anzulassen und eine Hubbewegung der Kolben 22A, 22B, 22C, 22D zu beginnen, um den internen Verbrennungsprozess zu erleichtern. Der Starter 81 kann Leistung von einer Leistungsquelle 82 wie z. B. einer Batterie oder irgendeiner anderen Leistungsquelle 82 empfangen. Der Starter 82 kann ein Schwungrad drehen, das mit der Kurbelwelle 24 gekoppelt ist.
Die Kurbelwelle 24 kann durch den Kraftmaschinenblock 13 rotatorisch abgestützt sein und ist mit den Kolben 22A, 22B, 22C, 22D über mehrere Verbindungsstangen 88 wirksam verbunden. An sich dreht sich während des Betriebs der Kraftmaschine 12 die Kurbelwelle 24 in einer Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, während sich die Kolben 22A, 22B, 22C, 22D innerhalb der Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D hin- und herbewegen.
Wenn die Kraftmaschine 12 mit leichten Lasten läuft, ist es erwünscht, den Kraftstoffverbrauch so weit wie möglich zu verringern. Dazu kann einer der Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D wie z. B. der vierte Zylinder 20D deaktiviert werden. Das einfache Deaktivieren von einem Zylinder, während noch eine herkömmliche Kurbelwelle verwendet wird, kann jedoch zu einer ungeradzahligen Zündreihenfolge führen, was eine Erhöhung des Geräuschs, der Vibration und der Rauheit (NVH) der Kraftmaschine 12 verursacht. Daher ist es erwünscht, eine Kurbelwelle zu entwickeln, die für geradzahlige Zündintervalle konfiguriert ist, wenn alle Zylinder aktiv sind oder wenn einer der Zylinder deaktiviert ist.
Mit Bezug auf 3 kann die Kurbelwelle 24 ein erstes Kurbelwellenende 84 und ein zweites Kurbelwellenende 86, die entlang einer Drehachse A longitudinal voneinander beabstandet sind, definieren. Die Kurbelwelle 24 kann sich um die Drehachse A drehen und umfasst einen ersten Kurbelzapfen 90, einen zweiten Kurbelzapfen 92, einen dritten Kurbelzapfen 94 und einen vierten Kurbelzapfen 96, die jeweils radial auswärts von der Drehachse A angeordnet sind. Der erste Kolben 22A (1) kann mit dem ersten Kurbelzapfen 90 über eine oder mehrere Verbindungsstangen 88 (2) gekoppelt sein. Der zweite Kolben 22B (1) kann mit dem zweiten Kurbelzapfen 92 über eine oder mehrere Verbindungsstangen 88 (2) gekoppelt sein. Der dritte Kolben 22C (1) kann mit dem dritten Kurbelzapfen 94 über eine oder mehrere Verbindungsstangen 88 (2) gekoppelt sein. Der vierte Kolben 22D (1) kann mit dem vierten Kurbelzapfen 96 über eine oder mehrere Verbindungsstangen 88 (2) gekoppelt sein. Der erste Kurbelzapfen 90 kann benachbart zum ersten Kurbelwellenende 84 der Kurbelwelle 24 angeordnet sein, wohingegen der vierte Kurbelzapfen 96 benachbart zum zweiten Kurbelwellenende 86 angeordnet sein kann. Der zweite Kurbelzapfen 92 kann axial zwischen dem ersten Kurbelzapfen 90 und dem dritten Kurbelzapfen 94 angeordnet sein. Der dritte Kurbelzapfen 94 kann axial zwischen dem zweiten Kurbelzapfen 92 und dem vierten Kurbelzapfen 96 angeordnet sein. Der vierte Kurbelzapfen 96 kann im Wesentlichen auf den ersten Kurbelzapfen 90 entlang einer Zapfenachse B ausgerichtet sein. Die Zapfenachse B kann zur Drehachse A im Wesentlichen parallel sein.
Die Kurbelwelle 24 umfasst einen ersten Lagerzapfen 83, einen zweiten Lagerzapfen 85, einen dritten Lagerzapfen 87, einen vierten Lagerzapfen 89 und einen fünften Lagerzapfen 91, die entlang der Drehachse A longitudinal voneinander beabstandet sind. Der erste Lagerzapfen 83 kann benachbart zum ersten Kurbelwellenende 84 angeordnet sein, während der fünfte Lagerzapfen 91 benachbart zum zweiten Kurbelwellenende 86 angeordnet sein kann. Der zweite Lagerzapfen 85 kann axial zwischen dem ersten Lagerzapfen 83 und dem dritten Lagerzapfen 87 angeordnet sein. Der dritte Lagerzapfen 87 kann axial zwischen dem zweiten Lagerzapfen 85 und dem vierten Lagerzapfen 89 angeordnet sein. Der vierte Lagerzapfen 89 kann axial zwischen dem dritten Lagerzapfen 89 und dem fünften Lagerzapfen 91 angeordnet sein.
Mit Bezug auf 4 können einige des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Kurbelzapfens 90, 92, 94, 96 rotatorisch voneinander versetzt sein. In der dargestellten Ausführungsform können der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Das heißt, der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 können entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass beliebige zwei der Kurbelzapfen 90, 92, 94, 96 entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein können. Alternativ können der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 nur geringfügig voneinander rotatorisch versetzt sein. Der vierte Kurbelzapfen 96 kann beispielsweise vom ersten Kurbelzapfen 90 um etwa 2 bis 5 Grad rotatorisch versetzt sein.
Der zweite Kurbelzapfen 92 kann vom ersten Kurbelzapfen 90 und vom vierten Kurbelzapfen 96 in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, um einen ersten Winkel α1, der im Bereich zwischen etwa 235 Grad und etwa 245 Grad in der Drehrichtung der Kurbelwelle 24, die durch den Pfeil R angegeben ist, liegt, rotatorisch versetzt sein. Mit anderen Worten, der zweite Kurbelzapfen 92 kann von der Zapfenachse B in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, um den ersten Winkel α1 rotatorisch versetzt sein. Der erste Winkel α1 kann etwa 240 Grad sein. Der dritte Kurbelzapfen 94 kann vom ersten Kurbelzapfen 90 und vom vierten Kurbelzapfen 96 in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, um einen zweiten Winkel α2 rotatorisch versetzt sein, der im Bereich zwischen etwa 115 Grad und etwa 125 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, liegt. Mit anderen Worten, der dritte Kurbelzapfen 94 kann von der Zapfenachse B in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, um den zweiten Winkel α2 rotatorisch versetzt sein. Der zweite Winkel α1 kann beispielsweise etwa 120 Grad sein. Obwohl 4 eine spezifische Kurbelzapfenanordnung darstellt, wird in Erwägung gezogen, dass die Kurbelwelle 24 beliebige zwei Kurbelzapfen 90, 92, 94, 96, die entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind, irgendeinen anderen Kurbelzapfen, der von den zwei im Wesentlichen ausgerichteten Kurbelzapfen um etwa 120 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt ist, und einen weiteren Kurbelzapfen, der von den zwei im Wesentlichen ausgerichteten Kurbelzapfen um etwa 240 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt ist, umfassen kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform können der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 als erste Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden und der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 können als zweite Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden.
Die Kurbelzapfenanordnung der Kurbelwelle 24 ermöglicht, dass die Kraftmaschine 12 eine geradzahlige Zündreihenfolge aufweist, ungeachtet dessen, ob eine Verbrennung in allen vier Zylindern 20A, 20B, 20C und 20D bei jeweils 720 Grad Kurbelwellendrehung stattfindet oder ob der vierte Zylinder 20D deaktiviert ist und eine Verbrennung nur im ersten Zylinder 20A, im zweiten Zylinder 20B und im dritten Zylinder 20C bei jeweils 720 Grad Kurbelwellendrehung stattfindet. Wenn einer der Zylinder wie z. B. der vierte Zylinder 20D deaktiviert ist, arbeitet die Kraftmaschine 12 in einem Drei-Zylinder-Modus, wie vorstehend beschrieben. Wenn eine Verbrennung in allen Zylindern 20A, 20B, 20C, 20D bei jeweils 720 Grad Kurbelwellendrehung stattfindet, arbeitet die Kraftmaschine 12 in einem Vier-Zylinder-Modus.
Wenn der vierte Zylinder 20D deaktiviert ist, kann die Zündreihenfolge 1-3-x-2 sein, wobei die Zahl 1 die Verbrennung im ersten Zylinder 20A darstellt, die Zahl 3 die Verbrennung im dritten Zylinder 20C darstellt, die Zahl 2 die Verbrennung im zweiten Zylinder 20B darstellt und der Buchstabe ”x” bedeutet, dass keine Verbrennung im vierten Zylinder 20D stattfindet (d. h. ein Ereignis ohne Verbrennung). Mit anderen Worten, wenn der vierte Zylinder 20D deaktiviert ist, kann die Zündreihenfolge das Zünden des ersten Zylinders 20A, dann das Zünden des dritten Zylinders 20C und dann das Zünden des zweiten Zylinders 20B umfassen. Die Kraftmaschinenanordnung 10 definiert ein erstes Zündintervall, wenn der Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, sich im inaktiven Modus befindet. Dieses erste Zündintervall kann ein Verbrennungsereignis alle 240 Grad der Kurbelwellendrehung umfassen.
Es ist erwünscht, die Kraftmaschine 12 im Drei-Zylinder-Modus während niedriger Lasten zu betreiben, da ein solcher Betriebsmodus den Kraftstoffverbrauch, das Geräusch, die Vibration und Rauheit verringert und die Auslasssystemeffizienz verbessert. Außerdem ist eine Vier-Zylinder-Kraftmaschine, die in der Lage ist, nur einen Zylinder zu deaktivieren, wie z. B. die Kraftmaschine 12, weniger teuer als eine Vier-Zylinder-Kraftmaschine, die in der Lage ist, zwei Zylinder zu deaktivieren.
Wenn der Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, sich im aktiven Modus befindet, findet die Verbrennung in allen Zylindern 20A, 20B, 20C, 20D alle 720 Grad Kurbelwellendrehung statt, und die Zündreihenfolge der Kraftmaschine 12 kann 1-3-4-2 sein, wobei die Zahl 1 die Verbrennung im ersten Zylinder 20A bedeutet, die Zahl 3 die Verbrennung im dritten Zylinder 20C darstellt, die Zahl 4 die Verbrennung im vierten Zylinder 20D darstellt, und die Zahl 2 die Verbrennung im zweiten Zylinder 20B darstellt. Mit anderen Worten, wenn der Einlassventil-Hubmechanismus 56, der wirksam mit dem vierten Einlassventil 30D gekoppelt ist, sich im aktiven Modus befindet, kann die Zündreihenfolge das Zünden des ersten Zylinders 20A, dann das Zünden des dritten Zylinders 20C, dann das Zünden des vierten Zylinders 20D und dann das Zünden des zweiten Zylinders 20B umfassen. Wie vorstehend erörtert, findet die Verbrennung zuerst im ersten Zylinder 20A statt. Dann findet die Verbrennung im dritten Zylinder 20B bei 240 Grad Kurbelwellendrehung statt. Als nächstes findet die Verbrennung im vierten Zylinder 20D bei 360 Grad Kurbelwellendrehung statt. Anschließend findet die Verbrennung im zweiten Zylinder 20B bei 480 Grad Kurbelwellendrehung statt.
Wie vorstehend beschrieben, können der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass beliebige zwei Kurbelzapfen der Kurbelwelle 24 nicht rotatorisch voneinander versetzt sein können. Mit anderen Worten, zwei Kurbelzapfen der Kurbelwelle 24 können entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein, während ein anderer Kurbelzapfen 90 von der Zapfenachse B um etwa 120 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt ist und noch ein weiterer Kurbelzapfen von der Zapfenachse B um etwa 240 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt ist.
Mit Bezug auf 5 können in einer alternativen Ausführungsform der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 nicht voneinander rotatorisch versetzt sein. Mit anderen Worten, der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 können entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen ausgerichtet sein. In dieser Ausführungsform ist der erste Kurbelzapfen 90 vom zweiten Kurbelzapfen 92 und vom dritten Kurbelzapfen 94 um etwa 240 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. Mit anderen Worten, der erste Kurbelzapfen 90 ist von der Zapfenachse B um etwa 240 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. Der vierte Kurbelzapfen 96 ist vom zweiten Kurbelzapfen 92 und vom dritten Kurbelzapfen 94 um etwa 120 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. Mit anderen Worten, der vierte Kurbelzapfen 96 ist von der Zapfenachse B um 120 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. In der in 5 dargestellten Ausführungsform können der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 als erste Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden und der erste Kurbelzapfen 90 und der vierte Kurbelzapfen 96 können als zweite Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden.
Mit Bezug auf 6 ist eine Kurbelwelle 124 in einer alternativen Ausführungsform als Teil einer Drei-Zylinder-Kraftmaschine konfiguriert und umfasst daher drei Kurbelzapfen 90, 92, 94 anstatt vier Kurbelzapfen. Die Kurbelwelle 124 ist ähnlich zur Kurbelwelle 24; in der Kurbelwelle 124 sind jedoch zwei Kurbelzapfen 90, 92 nicht rotatorisch voneinander versetzt, während ein anderer Kurbelzapfen 94 von den anderen zwei Kurbelzapfen 90, 92 rotatorisch versetzt ist. Insbesondere kann sich die Kurbelwelle 124 um eine Drehachse A drehen und umfasst den ersten Kurbelwellenzapfen 90, den zweiten Kurbelzapfen 92 und den dritten Kurbelzapfen 94, die jeweils radial auswärts von der Drehachse A angeordnet sind. Der erste Kurbelzapfen 90 kann benachbart zum ersten Kurbelwellenende 84 angeordnet sein, wohingegen der dritte Kurbelzapfen 94 benachbart zum zweiten Kurbelwellenende 86 angeordnet sein kann. Der zweite Kurbelzapfen 92 kann axial zwischen dem ersten Kurbelzapfen 90 und dem dritten Kurbelzapfen 94 angeordnet sein. Der zweite Kurbelzapfen 92 kann entlang einer Zapfenachse B im Wesentlichen auf den ersten Kurbelzapfen 90 ausgerichtet sein. Die Zapfenachse B kann zur Drehachse A im Wesentlichen parallel sein.
Die Kurbelwelle 124 umfasst vier Lagerzapfen 83, 85, 87 und 89, die entlang der Drehachse A longitudinal voneinander beabstandet sind. Der erste Lagerzapfen 83 kann benachbart zum ersten Kurbelwellenende 84 angeordnet sein, während der vierte Lagerzapfen 89 benachbart zum zweiten Kurbelwellenende 86 angeordnet sein kann. Der zweite Lagerzapfen 85 kann axial zwischen dem ersten Lagerzapfen 83 und dem dritten Lagerzapfen 87 angeordnet sein. Der dritte Lagerzapfen 87 kann axial zwischen dem zweiten Lagerzapfen 85 und dem vierten Lagerzapfen 89 angeordnet sein.
Mit Bezug auf 7 können in der dargestellten Ausführungsform der erste Kurbelzapfen 90 und der zweite Kurbelzapfen 92 nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Folglich sind der erste Kurbelzapfen 90 und der zweite Kurbelzapfen 92 im Wesentlichen entlang der Zapfenachse B ausgerichtet. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass beliebige zwei der drei Kurbelzapfen 90, 92, 94 entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein können. Alternativ können der erste Kurbelzapfen 90 und der zweite Kurbelzapfen 92 nur geringfügig rotatorisch voneinander versetzt sein. Der zweite Kurbelzapfen 92 kann beispielsweise vom ersten Kurbelzapfen 90 um etwa 2 bis 5 Grad rotatorisch versetzt sein.
Der dritte Kurbelzapfen 94 kann vom ersten Kurbelzapfen 90 und vom zweiten Kurbelzapfen 92 um einen Kurbelzapfenwinkel θ rotatorisch versetzt sein, der im Bereich zwischen etwa 175 und etwa 185 Grad in der Drehrichtung der Kurbelwelle 124 liegt, die durch den Pfeil R angegeben ist. Mit anderen Worten, der dritte Kurbelzapfen 94 kann von der Zapfenachse in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, um den Kurbelzapfenwinkel θ rotatorisch versetzt sein. Der Kurbelzapfenwinkel θ kann etwa 180 Grad sein. Obwohl 7 eine spezifische Kurbelzapfenanordnung darstellt, wird in Erwägung gezogen, dass die Kurbelwelle 124 beliebige zwei der drei Kurbelzapfen 90, 92, 94, die entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind, und einen anderen Kurbelzapfen, der von den zwei im Wesentlichen ausgerichteten Kurbelzapfen um etwa 180 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt ist, die durch den Pfeil R angegeben ist, umfassen kann. In der in 7 dargestellten Ausführungsform können der erste Kurbelzapfen 90 und der zweite Kurbelzapfen 92 als erste Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden und der dritte Kurbelzapfen 94 kann als restlicher Kurbelzapfen bezeichnet werden.
Wie vorstehend erörtert, ist die Kurbelwelle 124 für eine Drei-Zylinder-Kraftmaschine ausgelegt. Folglich kann die Kraftmaschine 12 (1) nur drei Zylinder anstatt vier Zylinder aufweisen. Die Kurbelzapfenanordnung der Kurbelwelle 124 ermöglicht, dass die Kraftmaschine 12 eine geradzahlige Zündreihenfolge ungeachtet dessen, ob die Verbrennung in allen drei Zylindern stattfindet oder ein Zylinder deaktiviert ist, aufweist. Wenn einer der Zylinder deaktiviert ist, arbeitet die Kraftmaschine 12 in einem Zwei-Zylinder-Modus. Wenn die Verbrennung in allen drei Zylindern während eines Kraftmaschinenbetriebszyklus stattfindet, arbeitet die Kraftmaschine 12 in einem Drei-Zylinder-Modus. Es ist erwünscht, die Kraftmaschine 12 während niedriger Lasten im Zwei-Zylinder-Modus zu betreiben, da ein solcher Betriebsmodus den Kraftstoffverbrauch, das Geräusch, die Vibration und die Rauheit verringert und die Auslasssystemeffizienz verbessert.
Mit Bezug auf 8 können in einer alternativen Ausführungsform der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 nicht rotatorisch voneinander versetzt sein. Mit anderen Worten, der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 können entlang der Zapfenachse B im Wesentlichen ausgerichtet sein. in dieser Ausführungsform ist der erste Kurbelzapfen 90 vom zweiten Kurbelzapfen 92 und vom dritten Kurbelzapfen 94 um etwa 180 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. Folglich ist in dieser Ausführungsform der Kurbelzapfenwinkel θ etwa 180 Grad. Mit anderen Worten, der erste Kurbelzapfen 90 ist von der Zapfenachse B um etwa 180 Grad in der Drehrichtung, die durch den Pfeil R angegeben ist, rotatorisch versetzt. In der Ausführungsform in 8 können der zweite Kurbelzapfen 92 und der dritte Kurbelzapfen 94 als erste Gruppe von Kurbelzapfen bezeichnet werden und der erste Kurbelzapfen 90 kann als restlicher Kurbelzapfen bezeichnet werden.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle. irgendeine der in der vorliegenden Offenbarung offenbarten Kurbelwellen kann durch Schmieden, Gießen, CNC-Bearbeitung oder irgendeinen anderen geeigneten Herstellungsprozess hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann die Kurbelwelle durch Schmieden einer Metallstruktur hergestellt werden. Schmieden ist ein Herstellungsprozess, der das Formen von Metall unter Verwendung von lokalisierten Druckkräften beinhaltet. Insbesondere kann das Herstellungsverfahren das Schmieden einer Metallstruktur umfassen, um eine Kurbelwelle mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten miteinander verbundenen Kurbelzapfen auszubilden, die axial entlang einer Drehachse voneinander beabstandet sind. Der erste und der vierte Kurbelzapfen der Kurbelwelle, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens hergestellt wird, sind entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Außerdem sind der zweite und der dritte Kurbelzapfen voneinander und von der Zapfenachse in einer Drehrichtung rotatorisch versetzt. Der zweite Kurbelzapfen der Kurbelwelle, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens hergestellt wird, kann vom ersten Kurbelzapfen und vom vierten Kurbelzapfen um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt sein.
Die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die Eigenschaften von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, sind nicht notwendigerweise als Ausführungsformen zu verstehen, die voneinander unabhängig sind. Vielmehr kann jede der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Eigenschaften mit einer oder mehreren anderen gewünschten Eigenschaften von anderen Ausführungsformen kombiniert werden, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben sind, wobei die Ausführungsformen in den Rahmen des in den vorliegenden Ansprüchen angeforderten Schutzbereichs fallen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Schutzbereich der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung.

Claims

Kurbelwelle, die umfasst: mehrere Kurbelzapfen, die longitudinal entlang einer Drehachse voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Kurbelzapfen so konfiguriert ist, dass er wirksam mit einem jeweiligen Kolben einer Kraftmaschine mit mehreren Zylindern verbunden ist, wobei die Kraftmaschine dazu konfiguriert ist, einen der Zylinder zu deaktivieren; wobei mindestens zwei der Kurbelzapfen entlang einer Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind; und wobei mindestens einer der Kurbelzapfen von der Zapfenachse in einer Drehrichtung der Kurbelwelle rotatorisch versetzt ist, so dass die Kraftmaschine eine geradzahlige Zündreihenfolge aufweist, selbst wenn einer der Zylinder deaktiviert ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die mehreren Kurbelzapfen einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen umfassen und wobei der erste und der vierte Kurbelzapfen entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 2, wobei der erste und der vierte Kurbelzapfen nicht rotatorisch voneinander versetzt sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 3, wobei der zweite Kurbelzapfen von der Zapfenachse um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 4, wobei der vierte Kurbelzapfen von der Zapfenachse um etwa 120 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 1, wobei die mehreren Kurbelzapfen einen ersten Kurbelzapfen, einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen umfassen und wobei der zweite und der dritte Kurbelzapfen entlang der Zapfenachse im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 6, wobei der zweite und der dritte Kurbelzapfen nicht rotatorisch voneinander versetzt sind.
Kurbelwelle nach Anspruch 7, wobei der erste Kurbelzapfen von der Zapfenachse um etwa 240 Grad in der Drehrichtung rotatorisch versetzt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 8, wobei der vierte Kurbelzapfen von der Zapfenachse um etwa 120 Grad rotatorisch versetzt ist.
Kurbelwelle nach Anspruch 9, wobei die Zapfenachse zur Drehachse im Wesentlichen parallel ist.