(57)【要約】  本発明は、直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフトであって、少なくとも２つの支持箇所（８）と、複数のクランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）とを備え、これらのクランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）は、少なくとも２つのクランク屈曲部（３６，４２；５６，６６）が角度に関して互いに一致して設けられているように、所定の角度で互いにずらして配置されており、これらのクランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）に対応して質量バランスのためのカウンタウェイト要素が配置されている、直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフトにおいて、クランクシャフト（６）の軸方向で見て、最初のクランク屈曲部（３６；５６）と最後のクランク屈曲部（４２；６６）とが、角度に関して互いに一致して設けられており、最初のクランク屈曲部および最後のクランク屈曲部のカウンタウェイト要素（４４，４６，４８，５０）は、付加ウェイト（５２，５４）を有し、付加ウェイト（５２，５４）は、軸方向で見て、互いに鏡像的に配置されている、直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフトに関する。さらに、本発明は、直列気筒内燃機関に関する。
2018510294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフトであって、
少なくとも２つの支持箇所（８）と、
複数のクランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）と、
を備え、
前記クランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）は、少なくとも２つのクランク屈曲部（３６，４２；５６，６６）が角度に関して互いに一致して設けられているように、所定の角度で互いにずらして配置されており、前記クランク屈曲部（３６，３８，４０，４２；５６，５８，６０，６２，６４，６６）に対応して、質量バランスのためのカウンタウェイト要素が配置されている、直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフトにおいて、
前記クランクシャフト（６）の軸方向で見て、最初のクランク屈曲部（３６；５６）と最後のクランク屈曲部（４２；６６）とが、角度に関して互いに一致して設けられており、前記最初のクランク屈曲部および前記最後のクランク屈曲部の前記カウンタウェイト要素（４４，４６，４８，５０）は、付加ウェイト（５２，５４）を有し、前記付加ウェイト（５２，５４）は、軸方向で見て、互いに鏡像的に配置されていることを特徴とする、直列気筒内燃機関（２）用のクランクシャフト。
【請求項２】
第１のクランク屈曲部（３６）と第２のクランク屈曲部（３８）とが、α＝約１２０°の角度で互いにずらされており、前記第２のクランク屈曲部（３８）と第３のクランク屈曲部（４０）とが、β＝約１２０°の角度で互いにずらされており、前記第３のクランク屈曲部（４０）と第４のクランク屈曲部（４２）とが、γ＝約１２０°の角度で互いにずらされている、請求項１記載の直列気筒内燃機関用のクランクシャフト。
【請求項３】
第１のクランク屈曲部（５６）と第２のクランク屈曲部（５８）とが、α’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、前記第２のクランク屈曲部（５８）と第３のクランク屈曲部（６０）とが、β’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、前記第３のクランク屈曲部（６０）と第４のクランク屈曲部（６２）とが、γ’＝約３６０°の角度で互いにずらされており、前記第４のクランク屈曲部（６２）と第５のクランク屈曲部（６４）とが、δ’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、前記第５のクランク屈曲部（６４）と第６のクランク屈曲部（６６）とが、ε’＝約１２０°の角度で互いにずらされている、請求項１記載の直列気筒内燃機関用のクランクシャフト。
【請求項４】
第１のクランク屈曲部（５６）と第２のクランク屈曲部（５８）とが、α’’＝約６０°の角度で互いにずらされており、前記第２のクランク屈曲部（５８）と第３のクランク屈曲部（６０）とが、β’’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、前記第３のクランク屈曲部（６０）と第４のクランク屈曲部（６２）とが、γ’’＝約１８０°の角度で互いにずらされており、前記第４のクランク屈曲部（６２）と第５のクランク屈曲部（６４）とが、δ’’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、前記第５のクランク屈曲部（６４）と第６のクランク屈曲部（６６）とが、ε’’＝約１２０°の角度で互いにずらされている、請求項１記載の直列気筒内燃機関用のクランクシャフト。
【請求項５】
４気筒として構成された直列気筒内燃機関であって、
クランクケース（４）と、
前記クランクケース（４）内に収容された、複数のクランク屈曲部（３６，３８，４０，４２）を有する請求項２記載のクランクシャフト（６）と、
相応の数のシリンダ（２０，２２，２４，２６）を有するシリンダハウジング（２８）と、
を備え、
前記シリンダハウジング（２８）は、シリンダヘッド（３０）と結合されており、該シリンダヘッド（３０）内には、吸気バルブおよび排気バルブ、ならびに少なくとも１つの、前記吸気バルブ用のカムシャフト（３２）および少なくとも１つの、前記排気バルブ用のカムシャフト（３４）が設けられている、直列気筒内燃機関において、
前記シリンダ（２０，２２，２４，２６）における点火順序が、第１のシリンダ（２０）、第２のシリンダ（２２）、第３のシリンダ（２４）、第４のシリンダ（２６）のシリンダの順序で設定されていることを特徴とする、直列気筒内燃機関。
【請求項６】
直列気筒内燃機関であって、
クランクケース（４）と、
前記クランクケース（４）内に収容された、複数のクランク屈曲部（５６，５８，６０，６２，６４，６６）を有する請求項３または４記載のクランクシャフト（６）と、
相応の数のシリンダ（２０，２２，２４，２６，６８，７０）を有するシリンダハウジング（２８）と、
を備え、
前記シリンダハウジング（２８）は、シリンダヘッド（３０）と結合されており、該シリンダヘッド（３０）内には、吸気バルブおよび排気バルブ、ならびに少なくとも１つの、前記吸気バルブ用のカムシャフト（３２）および少なくとも１つの、前記排気バルブ用のカムシャフト（３４）が設けられている、直列気筒内燃機関において、
前記シリンダ（２０，２２，２４，２６，６８，７０）における点火順序が、第１のシリンダ（２０）、第２のシリンダ（２２）、第４のシリンダ（２６）、第６のシリンダ（７０）、第５のシリンダ（６８）、第３のシリンダ（２４）のシリンダの順序で設定されていることを特徴とする、直列気筒内燃機関。
【請求項７】
前記シリンダヘッド（３０）内に、可変のバルブ駆動装置が設けられている、請求項５または６記載の直列気筒内燃機関。
【請求項８】
低い荷重領域において、前記最初のクランク屈曲部（３６；５６）または前記最後のクランク屈曲部（４２；６６）と作用結合している前記シリンダ（２０，２６；２０，７０）のシリンダ遮断を行う、請求項５から７までのいずれか１項記載の直列気筒内燃機関。
【請求項９】
前記可変のバルブ装置は、偏心部材を有し、該偏心部材は、少なくとも１つの位置において、少なくとも、遮断させられるべきシリンダ（２０，２６；２０，７０）の吸気バルブのゼロストロークを生じさせる、請求項７または８記載の直列気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列気筒内燃機関用のクランクシャフトであって、少なくとも２つの支持箇所と、複数のクランク屈曲部とを備え、これらのクランク屈曲部は、クランク屈曲部のうち２つが角度に関して互いに一致して設けられているように、所定の角度で互いにずらして配置されており、これらのクランク屈曲部に対応して質量バランスのためのカウンタウェイト要素が配置されている、直列気筒内燃機関用のクランクシャフトに関する。さらに、本発明は、直列気筒内燃機関であって、クランクケースと、このクランクケース内に収容された、複数のクランク屈曲部を有するクランクシャフトと、相応の数のシリンダを有するシリンダハウジングとを備え、このシリンダハウジングは、シリンダヘッドと結合されており、このシリンダヘッド内には、吸気バルブおよび排気バルブ、ならびに少なくとも１つの、吸気バルブ用のカムシャフトおよび少なくとも１つの、排気バルブ用のカムシャフトが設けられている、直列気筒内燃機関に関する。
【０００２】
この種のクランクシャフトまたはこの種の直列気筒内燃機関は、独国特許発明第１０２０１１０５４８８１号明細書において公知である。これにより、基本的に、４気筒内燃機関を３気筒の点火順序で運転することが可能である。この場合、第２のシリンダと第３のシリンダとを並行して作動させ、場合により、燃料を節約して排出量を減らすために、両シリンダのうち一方を遮断することができる。さらに、特に低い回転数領域において、両シリンダを同時に運転することができる。これにより、排ガス質量流量を、２つのシリンダから排ガスターボチャージャへ案内し、ひいてはエンジン回転数が低い場合でも、タービンを、極めて高いタービン回転数へと加速することができる。その結果、高いトルクが生じる。しかし、このように運転される直列エンジンは、不都合な振動特性を生ぜしめ、ひいてはエンジンブロックの動荷重の増加および車内での不都合な音響特性をももたらしてしまう自由質量モーメントを発生させる、という欠点を有する。
【０００３】
したがって本発明の根底を成す課題は、上記の欠点を簡単にかつ低コストで回避する、４気筒内燃機関用のクランクシャフトおよび直列気筒内燃機関を提供することである。
【０００４】
この課題は、クランクシャフトであって、クランクシャフトの軸方向で見て、最初のクランク屈曲部と最後のクランク屈曲部とが、角度に関して互いに一致して設けられており、最初のクランク屈曲部および最後のクランク屈曲部のカウンタウェイト要素が、付加ウェイトを有し、付加ウェイトが、軸方向で見て、互いに鏡像的に配置されている、クランクシャフトにより解決される。これにより、すでに最初のクランク屈曲部と最後のクランク屈曲部とを並行して配置することにより、１次成分の自由質量モーメントが、著しく低減させられる。さらに別の付加ウェイトを最初のクランク屈曲部および最後のクランク屈曲部に取り付けることにより、振動発生傾向をさらにいっそう改善することができる。したがって、不都合な音響特性を排除することができる。高められた点火圧力荷重を鑑みて、シリンダヘッドねじを変更しなくてもよい。
【０００５】
本発明によるクランクシャフトの、４気筒内燃機関にとって有利な態様では、第１のクランク屈曲部と第２のクランク屈曲部とが、α＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第２のクランク屈曲部と第３のクランク屈曲部とが、β＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第３のクランク屈曲部と第４のクランク屈曲部とが、γ＝約１２０°の角度で互いにずらされている。
【０００６】
本発明によるクランクシャフトの、６気筒内燃機関にとって有利な第１の態様では、第１のクランク屈曲部と第２のクランク屈曲部とが、α’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、第２のクランク屈曲部と第３のクランク屈曲部とが、β’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、第３のクランク屈曲部と第４のクランク屈曲部とが、γ’＝約３６０°の角度で互いにずらされており、第４のクランク屈曲部と第５のクランク屈曲部とが、δ’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第５のクランク屈曲部と第６のクランク屈曲部とが、ε’＝約１２０°の角度で互いにずらされている。
【０００７】
本発明によるクランクシャフトの、６気筒内燃機関にとって有利な第２の態様では、第１のクランク屈曲部と第２のクランク屈曲部とが、α’’＝約６０°の角度で互いにずらされており、第２のクランク屈曲部と第３のクランク屈曲部とが、β’’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、第３のクランク屈曲部と第４のクランク屈曲部とが、γ’’＝約１８０°の角度で互いにずらされており、第４のクランク屈曲部と第５のクランク屈曲部とが、δ’’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第５のクランク屈曲部と第６のクランク屈曲部とが、ε’’＝約１２０°の角度で互いにずらされている。
【０００８】
さらに、この課題は、４気筒として構成された直列気筒内燃機関であって、シリンダにおける点火順序が、第１のシリンダ、第２のシリンダ、第３のシリンダ、第４のシリンダの順序で設定されている、直列気筒内燃機関により解決される。
【０００９】
クランクシャフトによっても、この種のクランクシャフトを有する直列気筒内燃機関によっても、４気筒として構成された直列気筒内燃機関を、不都合な振動特性が動力学的な観点においても音響学的な観点においても生じることなく、それぞれ個々のシリンダに対して十分に長い排気バルブ制御時間を提供することができるように、運転することが可能である。これにより、内部の排ガス戻し案内、行程間の損失量および燃料消費量を、大幅に最適化することができる。特に、荷重が増加すると、排気損失の低減および内部に戻し案内されるガス残量の低減が重要であり、これにより、燃焼行程が最適化される。クランクシャフトの第１のクランク屈曲部に対応して配置されたシリンダおよび第４のクランク屈曲部に対応して配置されたシリンダの、排気サイクルの際の排ガスの質量流の排出量の増加により、ターボチャージャが、内燃機関の効率のさらなる改善をもたらすようなトルクインパルスを受け取る。
【００１０】
有利には、本発明によるクランクシャフトにより、６気筒として構成された直列気筒内燃機関を、クランク屈曲部の角度間隔α’，β’，γ’，δ’，ε’またはα’’，β’’，γ’’，δ’’，ε’’で運転することも可能である。この場合、シリンダにおける点火順序が、第１のシリンダ、第２のシリンダ、第４のシリンダ、第６のシリンダ、第５のシリンダ、第３のシリンダの順序で設定されている。これにより、内燃機関を、配列に応じて、不規則なまたは規則的な点火順序で運転することができる。
【００１１】
さらに、有利には、シリンダヘッド内に、可変のバルブ駆動装置が設けられてもよい。低い荷重領域において、最初のクランク屈曲部または最後のクランク屈曲部と作用結合しているシリンダのシリンダ遮断を行っても、有利である。これにより、直列気筒内燃機関を、低い荷重領域において、極めて簡単に、３つまたは５つの同じ大きさの行程容積を有する純粋な３気筒内燃機関または５気筒内燃機関として運転することが可能である。
【００１２】
この関連において、可変のバルブ装置が、偏心部材を有し、この偏心部材が、少なくとも１つの位置において、少なくとも、遮断させられるべきシリンダの吸気バルブのゼロストロークを生じさせても、特に有利であってもよい。付言しておくと、もちろん、排気バルブのゼロストロークを生じさせる偏心部材が設けられてもよい。
【００１３】
本発明を、以下の図面に基づき、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるクランクシャフトを備えた、４気筒として構成された直列気筒内燃機関の概略的な斜視図である。
【図２】図１に示した本発明によるクランクシャフトの１態様の斜視図である。
【図３】図１に示した本発明によるクランクシャフトの概略的なクランクのスターダイヤグラムである。
【図４】気筒配列の概略図とともに、６気筒構成におけるクランクシャフトの本発明による第１の態様の概略的なクランクのスターダイヤグラムを示す図である。
【図５】気筒配列の概略図とともに、６気筒構成におけるクランクシャフトの本発明による第２の態様の概略的なクランクのスターダイヤグラムを示す図である。
【００１５】
図１には、直列気筒内燃機関２の斜視図が、概略的に示されている。この直列気筒内燃機関２は、直列４気筒エンジンとして４サイクル方式で運転される。ここで付言しておくと、クランク屈曲部相互間の角度に関する調整の説明は、一平面上の投影（図３〜図５参照）に基づいている。４気筒内燃機関２は、主にクランクケース４を有し、このクランクケース４内には、クランクシャフト６が、５つの支持箇所８で回転可能に軸支されている。クランクシャフト６は、コネクティングロッド１０を介して、ピストン１２，１４，１６，１８と結合されており、これらのピストン１２，１４，１６，１８は、それぞれのシリンダ２０，２２，２４，２６内で、公知の形で上下動可能である。これら４つのシリンダ２０，２２，２４，２６は、シリンダハウジング２８内に配置されている。このシリンダハウジング２８は、シリンダヘッド３０によって閉鎖され、このシリンダヘッド３０内には、４つのシリンダ２０，２２，２４，２６用の吸気バルブと排気バルブ（詳細には図示されていない）とが、公知の形で配置されている。さらに、２つのカムシャフト３２，３４が概略的に図示されており、これらのカムシャフト３２，３４は、吸気バルブと排気バルブとに作用する。
【００１６】
クランクシャフト６は、クランク屈曲部３６，３８，４０，４２を有し、これらのクランク屈曲部３６，３８，４０，４２は、公知の形でコネクティングロッド１０と結合されている。
【００１７】
本発明によれば、クランク屈曲部相互間の非対称の間隔が存在する。このことは、特に、図２に示した斜視図と、図３に示した概略的なクランクのスターダイヤグラムとから明らかとなっている。本態様では、クランク屈曲部は、クランク屈曲部３６がクランク屈曲部３８に対してα＝１２０°の角度でずらされているように配置されている。クランク屈曲部３８は、クランク屈曲部４０に関して、同じくβ＝１２０°の角度でずらされている。クランク屈曲部４０も、クランク屈曲部４２に対してγ＝１２０°の角度を成し、これにより、クランク屈曲部３６と４２とは、角度に関して互いに一致して設けられている。シリンダ２０，２２，２４，２６における点火順序は、ディーゼルエンジンにおける自己着火によるものであろうと、またはオットーエンジンにおける火花点火によるものであろうと、クランク屈曲部３６，３８，４０，４２の角度間隔に応じて行われる。この方式により、従来の４気筒エンジンを、点火順序およびこれに関連する排気バルブ制御時間に関して、３気筒エンジンとして運転することも可能である。このことは、冒頭で説明したように、この種のエンジンの排出量および消費量の制限に関して、多大な利点を提供する。
【００１８】
図２には、さらに、カウンタウェイト要素４４，４６，４８，５０が、明確に示されている。これらのカウンタウェイト要素４４，４６，４８，５０は、公知の形でクランク屈曲部３６，３８，４０，４２に対応して配置されている。クランクシャフト６の本発明による態様では、最適な振動特性を確保するために、第１のクランク屈曲部３６および第４のクランク屈曲部４２に付加ウェイト５２，５４が設けられており、これにより特に、１次成分の自由質量モーメントを低減させる。これにより、本発明によるクランクシャフト６は、従来の内燃機関に使用することが可能であり、その際、シリンダハウジング２８に関して、補強または特別な固定手段を講じなくてもよい。
【００１９】
図４には、６気筒構成における本発明によるクランクシャフト６の第１の態様の概略的なクランクのスターダイヤグラムが示されている。この場合、６つのクランク屈曲部５６，５８，６０，６２，６４，６６が設けられており、これらのクランク屈曲部５６，５８，６０，６２，６４，６６は、相応のシリンダ２０，２２，２４，２６，６８，７０に対応して配置されている。この場合、第１のクランク屈曲部５６と第２のクランク屈曲部５８とは、α’＝約２４０°の角度で互いにずらされている。第２のクランク屈曲部５８と第３のクランク屈曲部６０とは、β’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、第３のクランク屈曲部６０と第４のクランク屈曲部６２とは、γ’＝約３６０°の角度で互いにずらされており、第４のクランク屈曲部６２と第５のクランク屈曲部６４とは、δ’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第５のクランク屈曲部６４と第６のクランク屈曲部６６とは、ε’＝約１２０°の角度で互いにずらされている。もちろん、この種の内燃機関は、従来の形で６気筒として、シリンダ２０−２２−２６−７０−６８−２４の点火順序で運転されてもよい。しかも、この６気筒の内燃機関は、荷重状態に応じて５気筒の点火順序（２０および／または７０）−２２−２６−６８−２４で運転されてもよい。つまり、６気筒内燃機関の従来のクランクシャフト６を変更なく受け継ぐことができ、この場合、質量バランスと自由質量モーメントとは、シリンダの遮断状態であってもゼロレベルに保持される。シリンダ２０と７０とが同時に点火することにより、たとえばシリンダヘッドのシリンダヘッドねじにも、比較的高い荷重がかけられることはない。しかし、この場合、従来の順序での第６のシリンダの点火順序の省略に基づき、規則的な点火順序は保証されていない。
【００２０】
この種の規則的な点火順序は、図５においてクランクのスターダイヤグラムとして示された、６気筒構成における本発明によるクランクシャフト６の第２の態様によって達成することができる。この場合、６つのクランク屈曲部５６，５８，６０，６２，６４，６６が設けられており、これらのクランク屈曲部５６，５８，６０，６２，６４，６６は、相応のシリンダ２０，２２，２４，２６，６８，７０に対応して配置されている。この場合、第１のクランク屈曲部５６と第２のクランク屈曲部５８とは、α’’＝約６０°の角度で互いにずらされている。第２のクランク屈曲部５８と第３のクランク屈曲部６０とは、β’’＝約２４０°の角度で互いにずらされており、第３のクランク屈曲部６０と第４のクランク屈曲部６２とは、γ’’＝約１８０°の角度で互いにずらされており、第４のクランク屈曲部６２と第５のクランク屈曲部６４とは、δ’’＝約１２０°の角度で互いにずらされており、第５のクランク屈曲部６４と第６のクランク屈曲部６６とは、ε’’＝約１２０°の角度で互いにずらされている。点火順序は、本態様でも、従来の形で、６気筒としては２０−２２−２６−７０−６８−２４であり、かつ５気筒としては（２０および／または７０）−２２−２６−６８−２４である。
【００２１】
可変のバルブ装置を介して、特に簡単な形で、シリンダ遮断を実現することができる。低い荷重領域において、最初のクランク屈曲部３６；５６または最後のクランク屈曲部４２；６６と作用結合しているシリンダ２０，２６；２０，７０のシリンダ遮断を行うために、可変のバルブ装置は、偏心部材を有してもよく、この偏心部材は、少なくとも１つの位置において、少なくとも、遮断させられるべきシリンダ２０，２６；２０，７０の吸気バルブのゼロストロークを生じさせる。
【図１】
2018510294.tif 000003
【図２】
2018510294.tif 000004
【図３】
2018510294.tif 000005
【図４】
2018510294.tif 000006
【図５】
2018510294.tif 000007
【国際調査報告】
2018510294.tif 000008
2018510294.tif 000009
2018510294.tif 000010
2018510294.tif 000011