AT511859B1 - Motorkolben und motorzylinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Motorkolben mit einem starr mit dem Kolben (2) verbundenen Pleuel (3), wobei im Kolbenboden (21) zumindest ein Hohlraum (10) ausgebildet ist, der in seinem der Kolbenlängsachse (K) nahen Bereich mit einer durch das Pleuel (3) verlaufenden Ölzuleitung (9) kommuniziert, wobei der Hohlraum (10) von einer Anzahl von, vorzugsweise radial, im Kolbenboden (21) verlaufenden, im Umfangsbereich des Kolbens (2) über einen Ringraum oder eine Ringleitung (28) die Kanäle miteinander verbundenen sind, Kanälen gebildet ist und wobei an den Ringraum oder die Ringleitung (28) eine zum Pleuel (3) führende Rückführleitung (11) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) bildenden Kanäle und/oder die Rückführleitung (11) in einem Winkel (W) von 1° bis 4°, vorzugsweise 1° bis 3°, zu einer senkrecht auf die Kolbenlängsachse (K) stehenden Ebene geneigt sind.

Description

«ierrecNsche;; piiesSasnt AT511 859B1 2013-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Motorkolben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Zylinder mit zumindest einem derartigen Motorkolben. Letztlich betrifft die Erfindung einen Motor bzw. einen Gegenkolbenmotor, der einen Zylinder besitzt, in dem zwei erfindungsgemäße Kolben angeordnet sind.

[0002] Ein Motorkolben dieser Art ist aus der JP 2009264143 3A bekannt. Die Kanäle im Kolbenboden für das Kühlfluid sind in einem Winkel von etwa 15° zur Kolbenachse geneigt. Die Ölrückführung erfolgt über senkrecht zur Kolbenachse stehende Kanäle.

[0003] Ziel der Erfindung ist die Erstellung eines hohe Standzeiten bei hohen Drehzahlen aufweisenden Motorkolbens. Ein Zylinder mit einem derartigen Motorkolben soll ebenso wie der Kolben an sich einfach und kostengünstig herstellbar und allen Betriebssituationen gewachsen sein.

[0004] Erfindungsgemäß werden diese Ziele bei einem Motorkolben der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht, nämlich dadurch, dass der Hohlraum oder die den Hohlraum bildenden Kanäle und/oder die Rückführleitung in einem Winkel von 1° bis 4°, vorzugsweise 1° bis 3°, zu einer senkrecht auf die Kolbenlängsachse stehenden Ebene geneigt sind.

[0005] Ein erfindungsgemäßer Zylinder ist mit den Merkmalen des Anspruches 15 charakterisiert.

[0006] Der erfindungsgemäß ausgebildete Motorkolben besitzt eine Ölkühlung, welches Öl durch die Beschleunigung bzw. Verzögerung der Hubbewegungen des Kolbens dem Kolbenboden zugeführt und aus dem Kolbenboden abtransportiert wird. Bei einem erfindungsgemäßen Kolben ist ein großer Öldurchsatz zur Kühlung des Kolbens möglich. Das abtransportierte Öl kann zur Schmierung der Kurbelwelle eingesetzt werden oder es wird in den Kurbelwellenraum zur weiteren Verwendung abgeleitet. Es erfolgt eine effiziente Kühlung des Kolbens über den Kolbenboden, wobei die Kühlung bis in die Randbereiche des Kolbens möglich ist.

[0007] Beispielsweise kann die Massenkraft bei 4000 U/min und 70mm Hub (Winkelgeschwindigkeit Omega 418 rad/sec) eine Größenordnung von 6141 m/sec2 Verzögerung oder 626 g (626-faches der Erdbeschleunigung) betragen. Somit sind die Massenkräfte in den Totlagen zum Ölzu- und -abtransport geeignet. Zu berücksichtigen ist dabei aber auch der Neigungswinkel der Kanäle, da dieser die ausgeübten Kräfte und die transportierten Massen beeinflusst. Letztlich muss die Förderkraft der Ölpumpe berücksichtigt werden, die eine entsprechende Ölförderung trotz der auftretenden Kräfte gewährleisten muss. Vor allem ist die Neigung des Kanals von Bedeutung, mit dem das Öl in den Kolbenboden hinein befördert wird, da damit der gewünschte Kühleffekt bestimmt wird. Durch die Neigung der Rückleitungskanäle kann diese Wirkung verstärkt werden, ohne den Ölkreislauf zu beeinträchtigen oder zu unterbrechen.

[0008] Baulich und kühlungsmäßig ist es von Vorteil, wenn der Hohlraum von einer Anzahl von vorzugsweise radial im Kolbenboden verlaufenden, gegebenenfalls untereinander, insbesondere im Umfangsbereich des Kolbens, vorzugsweise über einen Ringraum bzw. eine Ringleitung, miteinander verbundenen und/oder sich im Kolbenboden verzweigenden oder sich gegen den Kolbenumfang hin verbreiternden Kanälen gebildet ist und/oder wenn der Hohlraum oder die den Hohlraum bildenden Kanäle im Umfangsbereich des Kolbens, gegebenenfalls über zumindest eine peripher verlaufende Ring- oder Sammelleitung, an zumindest eine zum Pleuel führende Rückführleitung angeschlossen sind, und/oder wenn die Rückführleitung mit einer im Pleuel geführten Ölrückleitung in Verbindung steht und der Hohlraum oder die den Hohlraum ausbildenden Kanäle der Stirnfläche des Kolbens näher liegen als die Rückführleitungen.

[0009] Um den Durchsatz des Öls durch den Kolbenboden durch die Hubbewegungen des Kolbens optimal und baulich einfach zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass die Ölzuleitung zentral im Pleuel geführt ist und/oder dass die an die Rückführleitung angeschlossene Ölrückleitung im Pleuel peripher oder außermittig angeordnet ist und/oder der Kolben bezüglich seiner 1/22

iisteirelcNscsei AT511 859B1 2013-06-15 Längsmittelachse zentrisch symmetrisch ausgebildet ist und/oder dass der Kolben mit dem Pleuel über einen Verbindungsteil, vorzugsweise in Form einer Hohlschraube, fest und starr, gegebenenfalls aber lös- und trennbar, verbunden ist, wobei die Ölzuleitung in eine Ausnehmung des Verbindungsteiles mündet, die im Kopfbereich des Verbindungsteiles zumindest eine Ausströmöffnung besitzt, die in den Hohlraum oder die den Hohlraum bildenden Kanäle mündet.

[0010] Für einen einfachen Aufbau der Ölführung wird vorteilhafterweise vorgesehen, dass im Pleuel im Abstand vom Kolben eine Anschlussbohrung ausgebildet ist, die von der Oberfläche des Pleuels radial zur zentral gelegenen Ölzufuhrleitung führt und/oder dass die Ölzuleitung im Pleuel bis zu dessen kolbenfernen Endbereich geführt bzw. verlängert ist und von dort über einen Überleitungskanal in den Innenraum eines Querlagers weitergeführt ist.

[0011] Eine einfache Herstellung und ein stabiler Aufbau des Kolbens ergeben sich, wenn das Pleuel mit einer Kurbelwelle antriebsmäßig verbunden ist, wobei das Pleuel kurbelwellenseitig mit einem Querlager für einen Gleitstein verbunden und der Gleitstein in dem Querlager hin-und her bewegbar gelagert ist und wenn im Gleitstein ein Wälzlager zur Aufnahme des Kurbelzapfens der Kurbelwelle angeordnet ist und/oder das Querlager und das Pleuel einstückig bzw. aus einem Teil, insbesondere einem Feingussteil, ausgebildet sind und/oder wenn das Querlager bzw. dessen Lagerausnehmung rechteckförmigen Innenquerschnitt, gegebenenfalls mit gerundeten Verlauf aufweisenden Innenecken, besitzt.

[0012] Für die Ausbildung des Gleitlagers ist es von Vorteil, wenn der Gleitstein zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Teile das Wälzlager, vorzugsweise ein Nadellager, für den Kurbelzapfen umfassen oder wenn der Gleitstein einteilig ausgebildet ist und das Wälzlager eine Füllnut aufweist und auf den Kurbelzapfen aufgefädelt ist und/oder der Gleitstein in dem Querlager in einer Richtung quer zur Zylinderlängsachse auf Rollen verschiebbar geführt ist.

[0013] Für die Praxis zeigte es sich, dass es für die Öldurchströmung des Gleitlagers von Vorteil ist, wenn der Überleitungskanal in eine vom Querlager umschlossene Lagerausnehmung einmündet und/oder wenn im Gleitstein zumindest eine Bohrung ausgebildet ist, die den Gleitstein zwischen seinen gegenüberliegenden Wandflächen durchsetzt und/oder wenn in der kolbennahen Wandfläche des Gleitsteins eine dem Pleuel gegenüberliegende Vertiefung ausgebildet ist, in deren Bereich der Überleitungskanal einmündet, welche Vertiefung zumindest eine Quererstreckung besitzt, die dem Versatz des Gleitsteins bei seiner Hin- und Herbewegung entspricht. Damit kann das für Kühlzwecke eingesetzte, den Kolben verlassende Öl direkt zur Schmierung der Verbindung des Pleuels mit der Kurbelwelle, nämlich dem das Pleuel mit der Kurbelwelle verbindenden Gleitlagers, eingesetzt werden.

[0014] Für das Zusammenwirken eines Zylinders und eines Motorkolbens für den Aufbau eines Motors ist es von Vorteil, wenn das Querlager an seiner dem Kolben gegenüberliegenden Seite mit einem weiteren Pleuel verbunden ist, wobei die beiden Pleuel vorzugsweise koaxial ausgerichtet sind und das weitere Pleuel starr mit einem weiteren Kolben verbunden ist. Die Betriebssicherheit wird erhöht, wenn der Gleitstein und das Querlager mit einer Führungseinheit in einer Ebene festgelegt und gegen eine gegenseitige Verdrehung um die Kolbenachse gesichert sind.

[0015] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders ist vorgesehen, dass der Zylinder in seinem brennraumfernen Basisbereich eine Führung aufweist, in der das Pleuel geführt gelagert ist und/oder die Führung den Zylinder bzw. dessen brennraumfernes Ende, insbesondere gasdicht, abschließt.

[0016] E in konstruktiv einfacher Aufbau ergibt sich, wenn in der Führung eine sich längs des Führungsweges bzw. parallel zur Bewegungsrichtung des Pleuels erstreckende Ölversorgungsleitung für das Pleuel ausgebildet ist, die mit der Anschlussbohrung zumindest über den halben Kolbenweg, beginnend mit dem oberen Totpunkt des Kolbens, kommuniziert und/oder in der Führung zumindest eine Nut ausgebildet ist, in der ein nach innen dichtender, metallischer Ölabstreifring für das Pleuel angeordnet ist und/oder in der Wandfläche der Führung an der brennraumfernen Seite des Ölabstreifringes die Einlauföffnung eines in Gebrauchslage des 2/22

&te^id»scHe$ patentest AT511 859 B1 2013-06-15

Zylinders abfallenden bzw. nach unten geneigten bzw. eine vertikale Komponente besitzenden Ölrückleitkanals mündet, dessen anderes Ende in das Kurbelgehäuse geführt ist. Damit wird eine Schwerkraftförderung für das Kühlöl erreicht.

[0017] Je nach Einsatzzweck ist es möglich, dass die Kurbelschleife gegenüber dem Pleuel versetzt bzw. geschränkt angeordnet ist und das Pleuel im Abstand von der Längsmittelebene des Querlagers von diesem abgeht und/oder die Kurbelschleife geschränkt ausgebildet ist und die Quermittelebene des Querlagers mit dem Pleuel einen Winkel von 84 bis 89°, vorzugsweise 85 bis 89°, einschließt und/oder, vorzugsweise bei einem 2-Takt-Zylinder, im Vorverdichtungsraum unterhalb des Kolbens ein Wärmetauscher zur Ladeluftkühlung angeordnet ist, der vorteilhafterweise von der Führung bzw. einem diese ausbildenden Bauteil getragen ist.

[0018] Bei einem erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotor mit zwei zu einem Zylinder zusammengebauten Zylindern ist es vorgesehen, dass in ihnen ein Kolben gelagert ist, der an eine Kurbelwelle angeschlossen ist, wobei die Zylinder mit ihren brennraumseitigen Endbereichen, vorzugsweise Stirnflächen der Zylinderwandung, miteinander verbunden, vorteilhafterweise einstückig bzw. einteilig ausgebildet, sind.

[0019] Die Erfindung betrifft ferner einen Motor insbesondere 180°-V-Motor, mit zwei Zylindern mit jeweils einem Kolben mit Pleuel und mit einem Querlager, wobei die beiden Zylinder beidseits der Kurbelwelle angeordnet sind und das Pleuel jedes Zylinders mit dem auf dem Kurbelzapfen gelegenen Querlager, vorzugsweise einstückig, verbunden ist.

[0020] I m folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. [0021]

Fig. 1 [0022] Fig. 2 [0023] [0024] [0025] [0026] [0027]

Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 zeigt in einem schematischen Schnitt einen Zylinder mit einem in diesem angeordneten Kolben und einer Lagerverbindung mit einem an den Kolben über ein Pleuel angeschlossenes Gleitlager für eine Kurbelwelle. zeigt ein Querlager, das zwischen einem Pleuel und einer Kurbelwelle liegt, wobei auch die Verbindung von Pleuel und Kolben unter Zuhilfenahme einer Verbindungsschraube erfolgt. zeigt eine schematische Ansicht einer Lagerverbindung mit Pleuel und Querlager, die aus einem einzigen Bauteil gefertigt sind. zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotor. zeigt eine Verdrehsicherung bzw. Führungseinheit für einen Gleitstein eines Querlagers. zeigt schematisch einen 180°-V-Motor. zeigt schematisch eine 4 Zylinder Sternanordnung mit zwei 180°-V-Motoren.

[0028] Fig. 8 zeigt eine geschränkte Kurbelschleife.

[0029] Fig. 9 zeigt eine geneigte Kurbelschleife.

[0030] Fig. 10 und 11 zeigen Detailansichten eines Kolbens.

[0031] Fig. 12 zeigt einen Zylinder mit Ladeluftkühler.

[0032] In Fig. 1 ist in einem schematischen Schnitt ein Motorzylinder 1 dargestellt, dessen Brennraum durch einen nicht dargestellten Zylinderkopf verschlossen werden kann, in dem Zündeinheiten und/oder Einheiten zur Einbringung von Kraftstoff und/oder Kraftstoff-Luft-Gemischen angeordnet sein können. In dem brennraumfernen Endbereich des Zylinders 1 ist eine Führung 15 ausgebildet, die das brennraumfern gelegene Volumen des Zylinders 1 abschließt bzw. mit der Zylinderwandung verbunden ist und gleichzeitig ein Pleuel 3 führt, das starr mit einem Kolben 2 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Pleuel 3 und Kolben 2 kann lösbar mit einem von einer Kopf- bzw. Hohlschraube gebildeten Verbindungsteil 19 erfolgen, 3/22

&te^id»scHg ρ®ίκηΕδίϊϊί AT511 859 B1 2013-06-15 der eine Ölführung 30 und zumindest eine Ölausströmöffnung 18 besitzt. Das Pleuel 3 trägt in seinem brennraumfernen Endbereich ein Querlager 6, in dem ein Gleitstein 5 senkrecht zur Achse des Pleuels 3 verschiebbar gelagert ist. Dieser Gleitstein 5 ist mittels Rollen 8 in einer Lagerausnehmung 27 des Querlagers 6 verschiebbar gelagert. Der Gleitstein 5 ist zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile mittels Schrauben 17 miteinander fest verbindbar sind. Im Gleitstein 5 ist ein Wälzlager 7, vorteilhafterweise ein Nadellager, zur Aufnahme eines Kurbelzapfens 24 einer Kurbelwelle 4 angeordnet.

[0033] Im Pleuel 3 ist eine Ölzuleitung 9 ausgebildet, die über eine Anschlussbohrung 13 mit einer vom Kurbelwellengehäuse oder einem Ölsumpf kommenden Ölversorgungsleitung 22 in Verbindung steht, welche Ölversorgungsleitung 22 durch die Führung 15 geführt ist. Ausgehend vom Bereich des oberen Totpunktes kommunizieren die Ölversorgungsleitung 22 und die Anschlussbohrung 13 über eine gewisse Hubstrecke, sodass Öl in die Ölzuleitung 9 gefördert werden kann. Im vorliegenden Fall ist in der Führung 15 längs des Führungsweges für das Pleuel 3 eine Ölversorgungsleitung 22 ausgebildet, die mit der Anschlussbohrung 13 zumindest über den halben Kolbenweg zum und vom oberen Totpunkt des Kolbens 2 kommuniziert.

[0034] Die Ölzuleitung 9 liegt zentral im Pleuel 3 und wird in dem Verbindungs- bzw. Halteteil 19 weitergeführt, der in das Pleuel 3 eingesetzt und in der Mitte des Kolbens 2 gelegen ist. Dieser Verbindungs- bzw. Halteteil 19 dient einerseits zur Ausbildung von Ölleitungskanälen, wie dies im folgenden erörtert wird. Andererseits dient dieser Haltebzw. Verbindungsteil 19 auch dazu, die Verbindung von Kolben 2 und Pleuel 3 starr und fest, insbesondere aber auch trenn-bzw. lösbar zu gestalten. Der mit einer zentralen Ausnehmung die Ölzuleitung 9 durch das Pleuel 3 verlängernde Verbindungs- bzw. Halteteil 19 besitzt Ausströmöffnungen 18, mit denen das zugeführte Öl Hohlräumen 10 bzw. von Kanälen gebildeten Hohlräumen 10 zugeführt werden kann, welche Hohlräume 10 im Kolbenboden des Kolbens 2 ausgebildet sind. Im Zuge des Abbremsens des Kolbens 2 bei Annäherung des Kolbens 2 an den oberen Totpunkt wird in der Ölzuleitung 9 befindliches Öl durch den Verbindungs- bzw. Halteteil 19 und die Ausströmöffnungen 18 in die Hohlräume 10 eingepresst. Dieses Öl strömt über peripher im Kolbenboden 21 ausgebildete Ring- bzw. Umkehrräume 28 und in ebenfalls im Kolbenboden 21 ausgebildete Rückführleitungen 11, und von diesen Rückführleitungen 11 in zumindest eine Ölrückleitung 12, die im Pleuel 3 ausgebildet ist.

[0035] Die Hohlräume 10 bzw. die diese Hohlräume 10 bildenden Kanäle verlaufen ausgehend vom Pleuel 3 bzw. vom Verbindungs- bzw. Halteteil 19 in einem Winkel W leicht ansteigend zum Umfang des Kolbens 2. Die Umkehrräume 28 werden von peripher liegenden Hohlräumen oder Kanälen gebildet. Die von diesen Umkehrräumen 28 zum Pleuel 3 zurückführenden Rückführleitungen 11 sind ebenfalls geneigt ausgebildet, jedoch liegen die Einmündungen der Rückführleitungen 11 in den Umkehrraum 28 bzw. in die Ölrückleitung 12 weiter weg vom Brennraum bzw. von der brennraumsseitigen Kolbenfläche 31 als die Anschlüsse der Hohlräume 10 an den Halteteil 19 bzw. an den Umkehrraum 28.

[0036] Zweckmäßig ist es, wenn der Hohlraum 10 oder die den Hohlraum 10 bildenden Kanäle und/oder die Rückführleitung 11 in einem Winkel W von 1° bis 4°, vorzugsweise 1° bis 3°, zu einer senkrecht auf die Kolbenlängsachse K stehenden Ebene geneigt sind, wobei das periphere Ende des Hohlraums 10 bzw. der den Hohlraum 10 bildenden Kanäle der brennraumsseitigen Kolbenfläche 31 näher liegt als die Rückführleitung 11.

[0037] In der Führung 15 ist zumindest eine Nut 23 ausgebildet ist, in der ein nach innen dichtender, metallischer Ölabstreifring 20 für das Pleuel 3 angeordnet ist, wobei in der Fläche der Führung 15 an der brennraumfernen Seite des Ölabstreifringes 20 die Einlauföffnung 14' eines Ölrückleitkanals 14 anschließt bzw. mündet, dessen anderes Ende in das Kurbelgehäuse geführt ist. Der Ölrückleitkanal 14 wird in der Führung 15 bzw. im Zylinder 1 derart geführt, dass er in Gebrauchslage des Zylinders 1 nach unten gerichtet ist und eine Ölrückförderung durch Schwerkraft ermöglicht.

[0038] Die im Pleuel 3 ausgebildete Ölzuleitung 9 besitzt an ihrem brennraumfernen Endbereich einen Überleitungskanal 16, der in die Lagerausnehmung 27 des Querlagers 6 mündet, 4/22

isteirechischei pitwtot AT511 859B1 2013-06-15 um eine Schmierung des Gleitsteines 5 vorzunehmen. Damit wird die Hin- und Herbewegung des Gleitsteins 5 bzw. der Rollen 8 in der Lagerausnehmung 27 druckgeschmiert. Durch die Abbremsung des Kolbens 2 bei Annäherung an seinen unteren Totpunkt wird aufgrund der Massenträgheit in der Ölzuleitung 9 befindliches Öl durch den Überleitungskanal 16 in die Lagerausnehmung 27 eingepresst.

[0039] Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt das Querlager 6 bzw. dessen Lagerausnehmung 27 rechteckförmigen Innenquerschnitt, gegebenenfalls mit gerundeten Verlauf aufweisenden Innenecken. Ferner ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Ölrückleitung 12 über den Überleitungskanal 16 direkt in die Lagerausnehmung 27 einmündet.

[0040] Die Lagerung des Kurbelzapfens 24 in dem Nadellager 7 des Gleitsteines 5 ist den Fig. 2 und 3 zu entnehmen. Diesen beiden Fig. ist auch zu entnehmen, dass die Ölrückleitung 12 im Pleuel 3 in Form von Teilen eines Zylinderringes ausgebildet ist.

[0041] Fig. 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotor mit erfindungsgemäßen Kolben und Zylindern. Dieser Gegenkolbenmotor ist bezüglich einer Mittelebene 52 größtenteils symmetrisch bzw. spiegelbildlich bzw. mit um 180° verdrehten Zylindern aufgebaut. Der Gegenkolbenmotor umfasst zwei erfindungsgemäße Zylinder 1, die mit ihren brennraumseitigen Umfangswänden miteinander verbunden sind. Prinzipiell könnte ein derartiger Zylinder auch einstückig ausgebildet sein. In dem Zylinder 1 sind zwei erfindungsgemäße Kolben 2 angeordnet, an denen jeweils ein Pleuel 3 starr befestigt ist. Die Pleuel 3 sind in Führungen 15 geführt, die mit dem Zylinder an seinen beiden brennraumfernen Enden verbunden sind bzw. diese abschließen. An die Pleuel 3 sind Querlager 6 angeformt, in denen jeweils ein Gleitstein 5 hin- und herbewegbar gelagert ist, in welchem die Kurbelwelle 4 mit dem Kurbelzapfen 24 gelagert ist. Bis auf die Ölrückleitkanäle 14 ist im vorliegenden Fall der Aufbau des erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotors bezüglich der Mittelebene 52 symmetrisch.

[0042] Der Gleitstein 5 kann auch auf einteilige ausgebildete Kurbelwellen 4 aufgesetzt werden, indem das Wälzlager 7 entsprechend groß gewählt wird oder eine Nut zum Einfügen der Walzen besitzt, nachdem der Gleitstein 5 auf die jeweilige Kurbelschwinge bzw. den Kurbelzapfen 24 aufgesetzt wurde.

[0043] Der Gleitstein 5 und das Querlager 6 können mit einer Führungseinheit 53, 32 in einer Ebene festgelegt und gegen eine gegenseitige Verdrehung um die Kolbenachse K gesichert sind. Zur winkelfesten Verbindung von Gleitstein 5 und Querlager 6 bzw. von Kurbelzapfen 24 und Kolben 2 kann in der brennraumfernen Gleitfläche des Gleitsteines 5 eine Nut 53 ausgebildet sein, in die zumindest ein Bolzen oder Zapfen oder Profilteil 32 einfügbar oder einschraub-bar ist, der durch den vorzugsweise brennraumfernen Wandteil des Querlagers 6 eingesetzt wird, in die Nut 53 ragt und den Gleitstein 5 in Bezug auf das Querlager 6 führt. Es können auch mehrere bzw. beidseitig der Kolbenachse K derartige Führungen 32 eingesetzt werden. Durch Ausbildung einer derartigen Verdreh- bzw. Axialsicherung kann vermieden werden, dass im Betrieb das Querlager 6 in Berührung mit der Kurbelwelle 4 bzw. der Kurbelschwinge 24 gelangt. Es ist auch möglich, anders als die dargestellten Profilteile gestaltete Profilteile in das Querlager 6 einzusetzen, beispielsweise ein plattenförmiges Stück, das mit Sicherungsschrauben gehalten ist und in die Nut 53 ragt.

[0044] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Motors, bei dem zwei gleich gestaltete, insbesondere um 180° zueinander verdrehte, Zylinder 1 angeordnet sind, wobei die beiden Pleuelstangen der jeweils in den Zylindern 1 angeordneten Kolben 2 mit ein und demselben Querlager 6 verbunden sind. Diese Verbindung folgt vorteilhafterweise derart, dass die Pleuel 3 und das Querlager 6 aus einem einzigen Teil, insbesondere Feingussteil, gefertigt sind. Die beiden Kolben 2 sind in den jeweiligen Zylindern 1 gegenläufig angetrieben, sodass beide Kolben 2 gleichzeitig in dieselbe Richtung Kraft auf das Querlager 6 und damit auf die Kurbelwellen 4 ausüben. Auf diese Weise wird ein 180°-V-Motor erstellt.

[0045] Fig. 7 zeigt eine Anordnung von Zylindern 1 eines Motors zum Antrieb einer Kurbelwelle 5/22

(»tirreoisÄts pSteSäfSt AT511 859B1 2013-06-15 4. Die Zylinder 1 liegen jeweils paarweise einander gegenüber und die Pleuel 3 der jeweiligen paarweise einander gegenüberliegenden Kolben 2 sind jeweils mit einem Querlager 6 verbunden, in dem der Gleitstein 5 hin und her verschiebbar ist. Auf diese Weise ist die in Fig. 7 dargestellte 4 Zylinder-Sternanordnung von zwei 180°-V-Motoren mit einem Bankwinkel von 90° verwirklicht.

[0046] Es ist jedoch ohne weiteres auch möglich, eine Doppelsternanordnung, das heißt mit zwei mal vier 180°-V-Motoren, das heißt mit insgesamt 8 Zylindern, zu erstellen. Der Bankwinkel zwischen den einzelnen Motoren kann je nach Wunsch gewählt werden.

[0047] Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Zylinders 1 mit einer geschränkten Kurbelschleife 4. Die Kurbelschleife 24 ist gegenüber dem Pleuel 3 versetzt bzw. geschränkt angeordnet und die Achse des Pleuel 3 liegt im Abstand A von der Längsmittelebene L des Querlagers 6, wobei die Längsmittelebene L senkrecht zur Bewegungsrichtung des Gleitsteins 5 und parallel zur Kolbenachse K steht.

[0048] Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Zylinders 1 mit einem in Bezug auf das Pleuel 3 geneigten Querlager 6. Die Kurbelschleife 24 ist geneigt ausgebildet ist und die Quermittelebene Q des Querlagers 6 schließt mit dem Pleuel 3 einen Winkel B von 84 bis 89°, vorzugsweise 85 bis 89°, ein.

[0049] Der Winkel B und der Abstand A werden dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst.

[0050] Wenn der Kurbeltrieb zur Verringerung der Kolben - Seitenkraft geschränkt ausgeführt ist, werden eine Verbesserung der Kinematik und eine Verringerung des Biegemomentes im Bereich des Pleuellagers erreicht. Vorteilhaft liegt bei einer Schränkung die Zylindermittellinie in Drehrichtung vor der Kurbelwellenmittellinie um etwa 4 bis 10 % der Zylinder-Bohrung versetzt.

[0051] Das Querlager 6 ist vorteilhafterweise mit dem Pleuel 3 als ein aus einem Stück bestehender Bauteil ausgebildet. Prinzipiell ist es auch möglich, das Pleuel 3 mit dem Querlager 6 zu verbinden, z.B. zu verschweißen und/oderzu verschrauben.

[0052] Der Ringraum 28 ist vorteilhafterweise durchgehend offen und stellt den brennraumnächsten Bereich des Hohlraumes 10 dar.

[0053] Die Kurbelwelle ist vorteilhafterweise einstückig ausgebildet.

[0054] Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Kolbens 2, so wie dieser in einem Zylinder 1 eingesetzt werden kann. Der Kolbenboden ist weggelassen, sodass die Hohlräume 10 und die Rückführleitungen 11 erkennbar sind, die mit dem peripher umlaufenden Ringraum 28 kommunizieren. Der Führungsbauteil 15 ist an die Hinterwand bzw. brennraumferne Wandausbildung des Kolbens 2 dicht angepasst, um allenfalls eine Kompression der Ladeluft vornehmen zu können. Die Hohlräume 10 zeigen eine kreissektorförmige Grundfläche und werden von Stegen 50 getrennt, die gegebenenfalls auch die Einströmöffnungen 51 in die Hohlräume 10 gezielt begrenzen können.

[0055] Das Volumen und der Querschnittsverlauf der Hohlräume 10 und der Rückführleitungen 11 werden gezielt ausgebildet, um Einfluss auf den Öldurchfluss zu nehmen.

[0056] Fig. 11 zeigt eine Detailansicht, aus der der in der Führung 15 verlaufende Ölrückleitkanal 14 erkennbar ist, dessen Einlauföffnung 14' in den Führungsraum mündet, in dem das Pleuel 3 auf- und abbewegbar gelagert ist. Der Neigungswinkel W der Hohlräume 10 und der Rückführleitungen 11 zur Kolbenachse K ist deutlich erkennbar.

[0057] Fig. 12 zeigt einen Zylinder 1, in dem vom Führungsteil 15 ein Wärmetauscher 40 getragen ist. Der Wärmetauscher 40 könnte auch an der Wand des Zylinders 40 angeordnet bzw. befestigt sein. Der Wärmetauscher 40 befindet sich in dem Volumen, das von Wandflächen der Führung 15, des Zylinders 1 und der Kolbenrückwand gebildet bzw. begrenzt wird und ermöglicht eine Kühlung der durch diesen Raum geführten Ladeluft. Der Wärmetauscher 40 in diesem Vorverdichtungsraum kann mit Motoröl als Kühlflüssigkeit oder mit einem mit Wasser und Glykol gebildeten Kühlmittel betrieben werden. Der Kühlmittelkreislauf könnte an die Wasserküh- 6/22

(sierreidsäse-ts AT511 859B1 2013-06-15 lung des Motorzylinders angeschlossen sein. Bei einer Ölkühlung könnte als Wärmetauscherfluid auch das Kühlöl eingesetzt werden, das für die Kühlung des Kolbens 2 verwendet wird. Die Betriebstemperaturen des Kühlöls betragen etwa 120° bis 140°, wogegen die Temperatur der Wasserkühlung bei einem 2-Takt-Zylinder niedrig gehalten wird und bei etwa 55°C bis 80°C liegt. Es ist somit eine Kühlung des Wärmetauschers 40 mit Wasser bzw. einem Wasser-Frostschutzmittel vorzuziehen, da Wasser, verglichen mit Öl, auch eine günstigere spezifische Wärme besitzt, womit ein effektiverer Wärmeabtransport erreicht wird. Die Führungen für die Ladeluft sind in Fig. 12 nicht dargestellt. 7/22

Claims (24)

1. ästerreidBsd!« pitwiarot AT511 859 B1 2013-06-15 Patentansprüche 1. Motorkolben mit einem starr mit dem Kolben (2) verbundenen Pleuel (3), wobei im Kolbenboden (21) zumindest ein Hohlraum (10) ausgebildet ist, der in seinem der Kolbenlängsachse (K) nahen Bereich mit einer durch das Pleuel (3) verlaufenden Ölzuleitung (9) kommuniziert, wobei der Hohlraum (10) von einer Anzahl von, vorzugsweise radial, im Kolbenboden (21) verlaufenden, im Umfangsbereich des Kolbens (2) über einen Ringraum oder eine Ringleitung (28) miteinander verbundenen sind, Kanälen gebildet ist und wobei an den Ringraum oder die Ringleitung (28) eine zum Pleuel (3) führende Rückführleitung (11) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) bildenden Kanäle und/oder die Rückführleitung (11) in einem Winkel (W) von 1° bis 4°, vorzugsweise 1° bis 3°, zu einer senkrecht auf die Kolbenlängsachse (K) stehenden Ebene geneigt sind.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) von einer Anzahl von vorzugsweise radial im Kolbenboden (21) verlaufenden, gegebenenfalls untereinander, insbesondere im Umfangsbereich des Kolbens (2), vorzugsweise über einen Ringraum bzw. eine Ringleitung (28), miteinander verbundenen und/oder sich im Kolbenboden (21) verzweigenden oder sich gegen den Kolbenumfang hin verbreiternden Kanälen gebildet ist.
3. 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) bildenden Kanäle im Umfangsbereich des Kolbens (2), gegebenenfalls über zumindest eine peripher verlaufende Ring- oder Sammelleitung (28), an zumindest eine zum Pleuel (3) führende Rückführleitung (11) angeschlossen sind, und/oder dass die Rückführleitung (11) mit einer im Pleuel (3) geführten Ölrückleitung (12) in Verbindung steht und der Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) ausbildenden Kanäle der Stirnfläche des Kolbens (2) näher liegen als die Rückführleitungen (11).
4. 4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuleitung (9) zentral im Pleuel (3) geführt ist und/oder dass die an die Rückführleitung (11) angeschlossene Ölrückleitung (12) im Pleuel (3) peripher oder außermittig angeordnet ist.
5. 5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) bezüglich seiner Längsmittelachse zentrisch symmetrisch ausgebildet ist und/oder dass der Kolben (2) mit dem Pleuel (3) über einen Verbindungsteil (19), vorzugsweise in Form einer Hohlschraube, fest und starr, gegebenenfalls aber lös- und trennbar, verbunden ist, wobei die Ölzuleitung (9) in eine Ausnehmung des Verbindungsteiles (19) mündet, die im Kopfbereich des Verbindungsteiles (19) zumindest eine Ausströmöffnung (18) besitzt, die in den Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) bildenden Kanäle mündet.
6. 6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Pleuel (3) im Abstand vom Kolben (2) eine Anschlussbohrung (13) ausgebildet ist, die von der Oberfläche des Pleuels (3) radial zur zentral gelegenen Ölzufuhrleitung (9) führt und/oder dass die Ölzuleitung (9) im Pleuel (3) bis zu dessen kolbenfernen Endbereich geführt bzw. verlängert ist und von dort über einen Überleitungskanal (16) in den Innenraum eines Querlagers (6) weitergeführt ist.
7. 7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (10) oder die den Hohlraum (10) bildenden Kanäle und/oder die Rückführleitung (11) in einem Winkel (W) von 1° bis 4°, vorzugsweise 1° bis 3°, zu einer senkrecht auf die Kolbenlängsachse (K) stehenden Ebene geneigt sind, wobei das periphere Ende des Hohlraums (10) bzw. der den Hohlraum (10) bildenden Kanäle der brennraumsseitigen Kolbenbodenfläche (31) näher liegt als die Rückführleitung (11).
8. 8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (3) mit einer Kurbelwelle (4) antriebsmäßig verbunden ist, wobei das Pleuel (3) kurbelwellenseitig mit einem Querlager (6) für einen Gleitstein (5) verbunden und der Gleitstein (5) in dem Querlager (6) hin- und her bewegbar gelagert ist und dass im Gleitstein (5) ein Wälzlager (7) zur Aufnahme des Kurbelzapfens (24) der Kurbelwelle (4) angeordnet ist. 8/22
9. 9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Querlager (6) und das Pleuel (3) einstückig bzw. aus einem Teil, insbesondere einem Feingussteil, ausgebildet sind und/oder dass das Querlager (6) bzw. dessen Lagerausnehmung (27) rechteckförmigen Innenquerschnitt, gegebenenfalls mit gerundeten Verlauf aufweisenden Innenecken, besitzt.
10. 10. Kolben nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (5) zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Teile das Wälzlager (7), vorzugsweise ein Nadellager, für den Kurbelzapfen (24) umfassen oder dass der Gleitstein (5) einteilig ausgebildet ist und das Wälzlager (7) eine Füllnut aufweist und auf den Kurbelzapfen (24) aufgefädelt ist.
11. 11. Kolben nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (5) in dem Querlager (6) in einer Richtung quer zur Zylinderlängsachse auf Rollen (8) verschiebbar geführt ist.
12. 12. Kolben nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überleitungskanal (16) in eine vom Querlager (6) umschlossene Lagerausnehmung (27) einmündet und/oder dass im Gleitstein (5) zumindest eine Bohrung (29) ausgebildet ist, die den Gleitstein (5) zwischen seinen gegenüberliegenden Wandflächen durchsetzt und/oder dass in der kolbennahen Wandfläche des Gleitsteins (5) eine dem Pleuel (3) gegenüberliegende Vertiefung (25) ausgebildet ist, in deren Bereich der Überleitungskanal (16) einmündet, welche Vertiefung (25) zumindest eine Quererstreckung besitzt, die dem Versatz des Gleitsteins (5) bei seiner Hin- und Herbewegung entspricht.
13. 13. Kolben nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Querlager (6) an seiner dem Kolben (2) gegenüberliegenden Seite mit einem weiteren Pleuel (3) verbunden ist, wobei die beiden Pleuel (3) vorzugsweise koaxial ausgerichtet sind und das weitere Pleuel (3) starr mit einem weiteren Kolben (2) verbunden ist.
14. 14. Kolben nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitstein (5) und das Querlager (6) mit einer Führungseinheit (53, 32) in einer Ebene festgelegt und gegen eine gegenseitige Verdrehung um die Kolbenachse (K) gesichert sind.
15. 15. Zylinder mit einem Pleuel und einem Kolben (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) in seinem brennraumfernen Basisbereich eine Führung (15) aufweist, in der das Pleuel (3) geführt gelagert ist.
16. 16. Zylinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (15) den Zylinder (1) bzw. dessen brennraumfernes Ende, insbesondere gasdicht, abschließt.
17. 17. Zylinder nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (15) eine sich längs des Führungsweges bzw. parallel zur Bewegungsrichtung des Pleuels (3) erstreckende Ölversorgungsleitung (22) für das Pleuel (3) ausgebildet ist, die mit der Anschlussbohrung (13) zumindest über den halben Kolbenweg zum und vom oberen Totpunkt des Kolbens (2), kommuniziert.
18. 18. Zylinder nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (15) zumindest eine Nut (23) ausgebildet ist, in der ein nach innen dichtender, metallischer Ölabstreifring (20) für das Pleuel (3) angeordnet ist.
19. 19. Zylinder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandfläche der Führung (15) an der brennraumfernen Seite des Ölabstreifringes (20) die Einlauföffnung (14') eines Ölrückleitkanals (14) mündet, dessen anderes Ende abfallend bzw. in Gebrauchslage des Zylinders der Schwerkraft folgend in das Kurbelgehäuse geführt ist.
20. 20. Zylinder nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelschleife (24) gegenüber dem Pleuel (3) versetzt bzw. geschränkt angeordnet ist und das Pleuel (3) im Abstand (A) von der Längsmittelebene (L) des Querlagers (6) von diesem abgeht.

    isterreidiisCKS AT511 859B1 2013-06-15
21. 21. Zylinder nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelschleife (24) geschränkt ausgebildet ist und die Quermittelebene (Q) des Querlagers (6) mit dem Pleuel (3) einen Winkel (B) von 84° bis 89°, vorzugsweise 85 bis 88°, einschließt.
22. 22. Zylinder nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise bei einem 2-Takt-Zylinder, im Vorverdichtungsraum unterhalb des Kolbens (2) ein Wärmetauscher (40) zur Ladeluftkühlung angeordnet ist, der vorteilhafterweise von der Führung (15) bzw. einem diese ausbildenden Bauteil getragen ist.
23. 23. Gegenkolbenmotor mit zwei zu einem Zylinder zusammengebauten Zylindern (1) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, in denen jeweils ein Kolben (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 gelagert ist, der jeweils mit einem Gleitlager (6) an eine Kurbelwelle (4) angeschlossen ist, wobei die Zylinder (1) mit ihren brennraumseitigen Endbereichen, vorzugsweise Stirnflächen der Zylinderwandung, miteinander verbunden, vorteilhafterweise einstückig bzw. einteilig ausgebildet, sind.
24. 24. Motor, insbesondere 180°-V-Motor, mit zwei Zylindern nach einem der Ansprüche 15 bis 22 mit jeweils einem Kolben (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit Pleuel (3) und mit einem Gleitlager (6), wobei die beiden Zylinder (2) beidseits der Kurbelwelle (4) angeordnet sind und das Pleuel (3) jedes Zylinders (1) mit dem auf dem Kurbelzapfen (24) gelegenen Querlager (6), vorzugsweise einstückig, verbunden ist. Hierzu 12 Blatt Zeichnungen 10/22