AT6755U1

AT6755U1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT6755U1
Application number: AT0091201U
Authority: AT
Inventors: Franz Laimboeck; Christian Spanner
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US6729289B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei über je eine Pleuelstange (2) auf eine Kurbelwelle (3) einwirkenden, in je einem Zylinder (5) hin- und hergehenden Arbeitskolben (4) und zumindest einen in einem eigenen Ausgleichszylinder (12) geführten Ausgleichskolben (11) zum Ausgleich der Massenkräfte, wobei der Ausgleichskolben (11) über eine Ausgleichspleuelstange (10) von der Kurbelwelle (3) angetrieben ist und wobei die Kurbel (14) des Ausgleichskolbens (11) zwischen den Kurbeln (15) der beiden Arbeitskolben (5) angeordnet ist. Um auf platzsparende Weise einen möglichst vollständigen Ausgleich der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Zylinder (5) der Arbeitskolben (4) in V-förmiger Anordnung zueinander angeordnet sind und die Zylinderachsen (5a) der Zylinder (5) der Arbeitskolben (4) einen Winkel 0o < alpha < 45o zueinander einschließen, wobei die Achse (12a) des Ausgleichszylinder (12) in einer die Kurbelwellenachse (3a) beinhaltenden ersten Mittelebene (16) zwischen den beiden Zylindern (5) der Arbeitskolben (4) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei über je eine
Pleuelstange auf eine Kurbelwelle einwirkenden, in je einem Zylinder hin- und hergehendem Arbeitskolben und zumindest einem in einem Ausgleichszylinder geführten Ausgleichskolben zum Ausgleich der Massenkräfte, wobei der Aus- gleichskolben über eine Ausgleichspleuelstange von der Kurbelwelle angetrieben ist und wobei die Kurbel des Ausgleichskolbens zwischen den Kurbeln der beiden Arbeitskolben angeordnet ist.

Aus der JP 62-052236 A ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Die Brennkraftmaschine weist zwei Zylinder in Reihenanordnung auf. der Ausgleichskolben ist im Bereich eines Zylinders eines Arbeitskolbens ange- ordnet, wobei die Kurbelwelle dreifach gelagert ist. Zwischen dem Pleuel des Ar- beitskolbens und dem daran anschliessenden Ausgleichpleuel des Ausgleichskol- bens ist kein Kurbelwellenlager vorgesehen. Durch die einseitige Anordnung des Ausgleichskolbens werden zwar Massenkräfte ausgeglichen, allerdings entsteht ein resultierendes Kippmoment normal auf die Kurbelwelle.

Durch die Reihenan- ordnung der Arbeitszylinder und einem zwischen den beiden Arbeitszylindern an- geordneten Zugmittelgetriebe zum Antrieb von oben liegenden Nockenwellen ergibt sich eine relativ platzaufwendige Bauweise, was insbesondere für den :Ein- satz bei Motorrädern problematisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer Brennkraftmaschine der ge- nannten Art auf möglichst platzsparende und einfache Weise einen Ausgleich der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung zu erreichen.

Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass die Zylinder der Arbeitskolben in V- Form zueinander angeordnet sind und die Zylinderachsen der Zylinder der Ar- beitskolben einen Winkel 0 < a < 45 zueinander einschliessen, wobei die Achse des Ausgleichszylinders in einer die Kurbelwellenachse beinhaltenden ersten Mit- telebene zwischen den beiden Zylindern der Arbeitskolben angeordnet sind und wobei gilt:
EMI1.1
wobei rA der Radius der Kurbel des Ausgleichskolbens, r der Radius der Kurbel des Arbeitskolbens, mA die Masse des Ausgleichskolbens, m die Masse des Arbeitskolbens, IA die Länge der Ausgleichspleuelstange, I die Länge der Pleuelstan- ge des Arbeitskolbens, n die Anzahl -der Ausgleichskolben und z die Anzahl der Arbeitskolben ist. Dadurch wird ein vollständiger Ausgleich der Massenkräfte ers-

ter und zweiter Ordnung erreicht.

Die V-förmige Anordnung der Zyiinderachsen der beiden Arbeitszylindern erlaubt eine sehr enge Anordnung der Zylinder, so dass Bauraum gespart werden kann. Dabei genügt eine bereits relativ geringfü- gige Neigung der Zylinderachsen zueinander. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Zylinderachsen der Zylinder der Arbeitskolben einen Winkel zwischen
10 und 30 , vorzugsweise etwa 18 miteinander einschliessen. Um Kippmomen- te normal auf die Kurbelwellenachse so gering wie möglich zu halten, ist es be- sonders vorteilhaft, wenn die Achse des Ausgleichszylinders in einer zweiten, normal auf die Kurbelwellenachse angeordneten Mittelebene zwischen zwei Arbeitskolben angeordnet ist.

Eine besonders geringfügige Durchbiegung der Kurbelwelle bei kleiner Kurbelwel- lenmasse kann erreicht werden, wenn beidseits und direkt anschliessend an die
Kurbel des Ausgleichskolbens jeweils ein Kurbelwellenlager angeordnet ist. Somit ist zwischen dem Pleuel jedes Arbeitskolbens und dem Pleuel des Ausgleichskol- bens jeweils ein Kurbelwellenlager vorgesehen.

Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass der Ausgleichskol- ben als Pump- oder Saugkolben ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Aus- gleichskolben eine weitere Funktion erfüllen, wodurch Zusatzaggregate einge- spart werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Ausgleichskolben und Ausgleichszylinder eine Saugpumpe zur Evakuierung des Kurbelgehäuses bilden.

Auf diese Weise kann der Ausgleichskolben etwa bei einer Trockensumpfschmie- rung zum Absaugen des Kurbelgehäuses eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass Ausgleichskolben und Aus- gleichszylinder eine Druckerzeugungseinrichtung zur Komprimierung des Inneren des Kurbelgehäuses bilden. Somit kann der Ausgleichskolben auch zur Vorkomp- rimierung des Gemisches eingesetzt werden.

Um gleichmässige Zündabstände zwischen den beiden Arbeitszylindern zu errei- chen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kurbelkröpfung der Kurbeln der Ar- beitskolben dem Winkel a der Zylinderachsen der Zylinder entspricht.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Gaswechselventile verschiedener Zylinder durch eine gemeinsame Nocken- welle betätigbar sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die gemeinsame Nockenwelle zweiteilig ausgeführt ist und die beiden Nockenwellenteile besonders vorzugsweise im Bereich der zweiten Mittelebene durch eine Oldham-Kupplung miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einem Längs- schnitt, Fig. 2 die Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht, Fig. 3 die Brenn- kraftmaschine in einer ersten Stirnansicht, Fig. 4 die Brennkraftmaschine in einer zweiten Stirnansicht, Fig. 5 die Kurbelwelle samt Kolben der Brennkraftmaschine in einer Stirnansicht, Fig. 6 eine Draufsicht auf die Kurbelwelle, Fig. 7 eine An- sicht der Kurbelwelle von unten, Fig. 8 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschi- ne und Fig. 9 eine Ansicht der Brennkraftmaschine von unten.

Die Brennkraftmaschine 1 weist zwei über jeweils eine Pleuelstange 2 auf eine
Kurbelwelle 3 einwirkende Arbeitskolben 4 auf. Jeder Arbeitskolben 4 ist in einem
Zylinder 5 hin- und hergehend gelagert. Pro Zylinder 5 ist ein eigener Zylinder- kopf vorgesehen, welcher Abgasröhren 6, Ansaugtrichter 7 und Ventilbetäti- gungseinrichtungen beinhaltet. Von den Ventilbetätigungseinrichtungen sind in den Figuren nur die Nockenwellen 8,8a und 8b dargestellt.

Zwischen den beiden Pleuelaugen 9 der Pleuelstangen 2 der Arbeitskolben 4 ist mit der Kurbelwelle 3 eine Ausgleichspleuelstange 10 eines Ausgleichskolbens 11 verbunden, welcher in einem Ausgleichszylinder 12 beweglich geführt ist. Das Pleuelauge 13 der Ausgleichspleuelstange 10 greift an einer Kurbel 14 der Kur- belwelle 3 an, welche etwa mittig zwischen den Kurbeln 15 der Arbeitskolben 4 angeordnet ist.

Die Zylinder 5 der Arbeitskolben 4 sind V-förmig zueinander angeordnet, wobei die Zylinderachsen 5a der Zylinder 5 - in Richtung der Kurbelwelle 3 betrachtet - einen Winkel a von etwa 15 einschliessen, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Durch die Neigung der Zylinderachsen 5a können die Zylinder 5 besonders dicht zueinander angeordnet werden. Trotzdem weist die Brennkraftmaschine 1 das typische Er- scheinungsbild eines V-Motors auf.

Die Achse 12a des Ausgleichszylinders 12 ist in -einer die Kurbelwellenachse 3a beinhaltenden ersten Mittelebene 16 zwischen den beiden Zylinderachsen 5a an- geordnet. Weiters befindet sich die Achse 12a des Ausgleichszylinders 12 im Be- reich einer auf die Kurbelwellenachse 3a normal stehenden zweiten Mittelebe- ne 17 zwischen den beiden Zylindern 5. Dadurch werden Kippmomente auf die Kurbelwelle 3 möglichst klein gehalten.

Um Massenkräfte erster und zweiter Ordnung möglichst vollständig auszuglei- chen müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Einerseits muss gelten:
EMI3.1
wobei rA der Radius der Kurbel 14 des Ausgleichskolbens 11, r der Radius der Kurbel 15 des Arbeitskolbens 4, mA die Masse des Ausgleichskolbens 11, m die

Masse des Arbeitskolbens 4, n die Anzahl der Ausgleichskolben 11 und z die An- zahl der Arbeitskolben 4 ist. Andererseits müssen die Pleuelverhältnisse von Ar- beitskolben 4 und Ausgleichskolben 11 gleich sein, das heisst, es muss gelten:
EMI4.1
wobei IA die Länge der Pleuelstange 10 des Ausgleichskolbens 11 und I die Länge der Pleuelstange des Arbeitskolbens 4 ist.

Wie insbesondere aus der Fig. 1 hervorgeht, befindet sich zwischen der Kurbel 15 des Arbeitskolbens 4 und der Kurbel 14 des Ausgleichskolbens 11 jeweils ein
Kurbelwellenlager 18. Weitere äussere Kurbelwellenlager sind mit Bezugszeichen
19 bezeichnet. Durch die vierfache Lagerung der Kurbelwelle 3 wird die Durch- biegung sehr klein gehalten.

Über Stirnräder 20 wird von der Kurbelwelle 3 ein Getriebe 21 angetrieben, des- sen Abtriebswelle mit 23 bezeichnet ist.

Mit Bezugszeichen 24 sind Einspritzeinrichtungen in die Ansaugtrichter 7 und mit
Bezugszeichen 25 in die Brennräume mündende Zündeinrichtungen bezeichnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden Einlassventile 26 und Auslassventi- le 27 verschiedener Zylinder 5, welche sich im Bereich der ersten Mittelebene 16 befinden, durch eine gemeinsame mittige Nockenwelle 8 betätigt. Die
Nockenwelle 8 besteht aus zwei Nockenwellenteilen 28,29, welche durch eine Oldham-Kupplung 30 miteinander drehverbunden sind. Durch die Oldham- Kupplung 30 wird vermieden, dass Spannungen zufolge unterschiedlicher Wärmedehnungen der beiden Zylinder 5 in die Nockenwelle 8 eingeleitet werden.

Um einen gleichmässigen Zündabstand der beiden Zylinder 5 zu erreichen, ent- spricht die Kurbelkröpfung zwischen den Kurbeln 15 der Arbeitskolben 4 dem Neigungswinkel a zwischen den Zylinderachsen 5a.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ausgleichskolben 11 und der Ausgleichszy- linder 12 als Pump- oder Saugeinrichtung ausgebildet sind. Dadurch könne zu- sätzliche Aggregate entfallen. Um dies zu ermöglichen, weist der Zylinder Ein- gangs- und Ausgangsöffnungen 31,32 auf, zu welchen nicht weiter dargestellte Eingangs- und Ausgangsleitungen mit Rückschlagventilen, beispielsweise Memb- ranventilen führen. Der Ausgleichskolben 11 kann beispielsweise als Saugkolben ausgebildet sein, um das Kurbelgehäuse im Falle einer Trockensumpfschmierung zu evakuieren. Genauso ist es möglich, dass der Ausgleichskolben 11 die Funkti- on eines Pumpkolbens übernimmt, um auf einfache Weise eine Kurbelgehäuse- aufladung zu realisieren.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei über je eine Pleuelstange (2) auf eine Kurbelwelle (3) einwirkenden, in je einem Zylinder (5) hin- und hergehenden Arbeitskolben (4) und zumindest einem in einem eigenen Ausgleichszylinder (12) geführten Ausgleichskolben (11) zum Ausgleich der Massenkräfte, wobei der Ausgleichskolben (11) über eine Ausgleichspleuel- stange (10) von der Kurbelwelle (3) angetrieben ist und wobei die Kur- bel (14) des Ausgleichskolbens (11) zwischen den Kurbeln (15) der beiden Arbeitskolben (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zy- linder (5) der Arbeitskolben (4) in V-Form zueinander angeordnet sind und die Zylinderachsen (5a) der Zylinder (5) der Arbeitskolben (4) einen Winkel 0 < a < 45 zueinander einschliessen, wobei die Achse (12a) des Aus- gleichszylinder (12) in einer die Kurbelwellenachse (3a)

beinhaltenden ers- ten Mittelebene (16) zwischen den beiden Zylindern (5) der Arbeitskol- ben (4) angeordnet sind und wobei gilt: EMI5.1 wobei rA der Radius der Kurbel (14) des Ausgleichskolbens, r der Radius der Kurbel (15) des Arbeitskolbens (4), mA die Masse des Ausgleichskol- bens (11), m die Masse des Arbeitskolbens (4), IA die Länge der Ausgleichs- pleuelstange (10), I die Länge der Pleuelstange (2) des Arbeitskolbens (4), n die Anzahl der Ausgleichskolben (11) und z die Anzahl der Arbeitskol- ben (4) ist.
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachsen (5a) der Zylinder (5) der Arbeitskolben (4) einen Win- kel a zwischen 10 und 30 , vorzugsweise etwa 18 miteinander einschlie- &num;en.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Achse (12a) des Ausgleichszylinders (12) in einer zweiten, normal auf die Kurbelwellenachse (3a) angeordneten Mittelebene (17) zwi- schen zwei Arbeitskolben (4) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass beidseits und direkt anschliessend an die Kurbel (14) des Ausgleichskolbens (11) jeweils ein Kurbelwellenlager (18) angeordnet ist. <Desc/Clms Page number 6>
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (11) ais ein- oder beidseitiger- Pump- oder Saugkolben ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichskolben (11) und Ausgleichszylinder (12) eine Saugpumpe zur E vakuierung des Kurbelgehäuses bilden.
7. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichskolben (11) und Ausgleichszylinder (12) eine Druckerzeugungs- einrichtung zur Komprimierung des Inneren des Kurbelgehäuses bilden.
8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kurbelkröpfung der Kurbeln (15) der Arbeitskol- ben (4) dem Winkel a der Zylinderachsen (5a) der Zylinder (5) entspricht.
9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass zwei Gaswechselventile (26,27) verschiedener Zylin- der (5) durch eine gemeinsame Nockenwelle (8) betätigbar sind.
10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die gemeinsame Nockenwelle (8) zweigeteilt ausge- führt ist und die beiden Nockenwellenteile (28,29) besonders vorzugsweise im Bereich der zweiten Mittelebene (17) durch eine Oldham-Kupplung (30) miteinander verbunden sind.