Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkrattmaschme mit mehreren Zylindern, wobei das Triebwerk jedes Zylinders mit einem Kreuzkopf versehen ist, an welchem eine Pleuelstange angelenkt ist, deren anderes Ende an einem Zapfen einer Kurbelwelle gelagert ist.
Mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschinen mit Kreuzköpfen sind in der Regel Grossdieselmaschinen für stationäre Zwecke oder zum Antrieb von Schiffen. Sie enthalten meistens eine grössere Anzahl von Zylindern, so dass sie eine grosse Länge aufweisen. Das hat einen verhältnismässig grossen Raumbedarf zur Folge, welcher insbesondere auf Schiffen ins Gewicht fällt. Ausserdem ergeben sich dabei Kurbelwellen grösserer Längen, bei welchen Probleme mit Dreh- und Längsschwingungen bestehen.
Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine der genannten Art zum Ziel, welche diese Nachteile vermeidet und gegenüber einer Maschine mit in einer Reihe befindlichen Zylindern einen bedeutend verminderten Raumbedarf hat.
Die erfindungsgemässe Kolbenbrennkraftmaschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Zylinderachsen der beiden Reihen in parallelen Ebenen liegen, und dass die Pleuelstangen der Triebwerke an einer gemeinsamen Kurbelwelle angreifen, deren Drehachse sich zwischen den Zylinderachsenebenen befindet.
Auf diese Weise wird eine Kolbenbrennkraftmaschine, z.B.
eine Schiffsdieselmaschine, geschaffen, deren Raumbedarf fast die Hälfte des Raumbedarfes einer Maschine mit in einer Reihe befindlichen Zylindern beträgt. Ihre Breite braucht wegen der Möglichkeit einer Anpassung der Form der erforderlichen Luft- und Abgasbehälter nicht wesentlich grösser zu sein als die einer Reihenmaschine. Wegen der Anordnung der Zylinderachsen in parallelen Ebenen ist sie auch kleiner als die eines entsprechenden V Motors mit geneigten Zylinderachsen. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass die aus der gegenüber einer Maschine mit einer Zylinderreihe grösseren Schräglage der Pleuelstangen sich ergebenden Kreuzkopfdrücke durchaus von den Kreuzköpfen nach entsprechender Dimensionierung aufgenommen werden können.
Ein bedeutender Vorteil der Maschine besteht darin, dass sie eine kurze, starre Kurbelwelle erfordert, bei welcher durch Dreh- und Längsschwingungen verursachte Schwingungsprobleme eine wesentlich geringere Rolle als bei den bisherigen Kurbelwellen spielen.
Die Kurbelwelle kann in der Mitte zwischen den Zylinderachsenebenen liegen. Eine so ausgebildete Maschine kann in beiden Zylinderreihen vollständig gleiche Teile, wie Kolben, Kolbenstangen, Pleuelstangen, Zylinderbüchse, Zylinderköpfe usw. enthalten, wodurch bedeutende Vorteile bei der Herstellung und im Betrieb durch Austauschbarkeit erhalten werden.
Die Maschine kann jedoch auch so ausgebildet werden, dass die Kurbelwelle auf die Seite versetzt ist, auf der sich die Kurbelzapfen aufwärts bewegen, wenn sich die Kurbelwelle in der Hauptrichtung dreht. Dadurch kann ein Ausgleich der sonst ungleichen Belastungsspitzen der Kreuzköpfe gewonnen werden.
Es ist dabei möglich, die Maschine so auszubilden, dass je zwei Pleuelstangen nebeneinander an einem Kurbelzapfen angreifen. Das ergibt eine einfache Form der Pleuelstangen, die bei einer Maschine alle gleich sein können.
Es ist jedoch auch möglich, jeweils eine der beiden an einem Kurbelzapfen angreifenden Pleuelstangen gegabelt auszubilden, wobei die zweite Pleuelstange in die Gabelung eingreift. Dadurch kann der Vorteil gewonnen werden, dass die Zylinderachsen benachbarter Zylinder beider Reihen in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene liegen. Das hat eine einfachere Ausbildung der Zylinderblöcke zur Folge.
Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigt: Fig. 1, einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemässen Kolbenbrennkraftmaschine, senkrecht zur Achse der Kurbelwelle.
Fig. 2, einen der Fig. 1 entsprechenden Teilschnitt mit der Darstellung einer Maschine, deren Kurbelwellenachse aus der Mittelstellung zwischen den Zylinderachsenebenen versetzt ist, Fig. 3, die Anordnung zweier Pleuelstangen nebeneinander an einem Kurbelzapfen, Fig. 4, einen schematischen Grundriss der Maschine, welcher der Anordnung der Pleuelstangen nach der Fig. 3 entspricht, Fig. 5, einen Kurbelwellenzapfen mit einer gegabelten Pleuelstange und einer in die Gabelung eingreifenden zweiten Pleuelstange, Fig. 6, einen schematischen Grundriss der Maschine entsprechend der Anordnung der Pleuelstangen nach der Fig. 5.
In der Fig. list im Schnitt eine Kolbenbrennkraftmaschine, z.B. eine grosse Schiffsdieselmaschine, dargestellt. die Zylinder 1 enthält, in welchen Kolben 2 beweglich sind. Die Kolben 2 sind durch Kolbenstangen 3 mit Kreuzköpfen 4 verbunden. in welchen obere Enden von Pleuelstangen 5 gelagert sind. deren untere Enden an einem Kurbelzapfen 6 einer gemeinsamen Kurbelwelle 7 angreifen. Die Kreuzköpfe 4 sind in Kreuzkopfführungen 8 hin und her beweglich geführt. Wie aus den Fig. 4 und 6 hervor- orgeht, sind die Achsen A und B der Zylinder 1 und 2 in zwei parallelen Zylinderachsenebenen R und S angeordnet. Die Drehachse C der Kurbelwelle befindet sich beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 in der Mitte zwischen den Zylinderachsenebenen R und S.
Durch die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung kann eine Verkürzung der Kolbenbrennkraftmaschine bei sonst gleicher Zylinderzahl gegenüber einer Reihenmaschine um fast die Hälfte erzielt werden. Dadurch wird insbesondere in Schiffen wertvoller Raum gewonnen, welcher für die Ladung ausgenützt werden kann.
Dabei kann durch eine geeignete Ausbildung der in der Fig. 1 nicht dargestellten Luftaufnehmer und Abgasaufnehmer erzielt werden, dass die Breite der zweireihigen Maschine nach der Fig. 1 nicht wesentlich grösser ist als die einer einreihigen Maschine.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt. dass trotz der grösseren Schrägstellung der Pleuelstangen 5 gegenüber einer Reihenmaschine die an den Kreuzköpfen auftretenden Belastungsspitzen nicht Werte überschreiten, die durch eine entsprechende Dimensionierung der Kreuzköpfe beherrschbar wären. Auch entsteht keine ins Gewicht fallende Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades der Maschine durch die erhöhte Belastung der Kreuzköpfe, da an der Kurbelwelle wegen der kleineren Anzahl von Wellenlagem weniger Reibung entsteht.
Eine wesentliche Verbesserung bringt die Verminderung der Gefährdung der Pleuelstange durch Schwingungen, da sich bei der Bauweise nach der Fig. 1 bei einer mehrzylindrigen Maschine eine kurze, jedoch sehr starke Kurbelwelle ergibt. Bei dieser entfallen die sonst bei Reihenmaschinen mit der gleichen Zylinderzahl auftretenden Schwingungsprobleme.
In der Fig. 2 ist im Teilschema eine Maschine dargestellt, bei welcher die Drehachse C' der Kurbelwelle 7' aus der Mittelstellung zwischen den Zylinderachsenebenen R und S um einen Betrag m auf die Seite versetzt ist. auf der sich die Kurbelzapfen aufwärts bewegen, wenn sich die Kurbelwelle in der Hauptdrehrichtung P dreht. Dadurch können die bei einer symmetrischen Maschine nach der Fig. I auftretenden ungleichen Belastungsspitzen der Kreuzköpfe 4 der beiden Zylinderreihen aneinander angeglichen werden. Diese ungleichen Spannungsspitzen sind dadurch verursacht, dass bei der Anordnung nach der Fig. 1 während des Kompressionshubes die Pleuelstange 5 der Zylinder der linken Zylinderreihen steiler zur Zylinderachse A steht als die Pleuelstange 5 der Zylinder der rechten Zylinderreihe zur Achse B.
Was die Verbindung der Pleuelstangen mit der Kurbelwelle betrifft, so können in an sich bekannter Weise nach der Fig. 3 zwei Pleuelstangen 5 nebeneinander an einem Kurbelzapfen 6 der Kurbelwelle 7 angreifen. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht. führt das dazu, dass die Zylinderachsen A und B in Querrichtung zur Kurbelwelle benachbarter Zylinder um einen Betrag n versetzt sein müssen.
Andererseits ist eine Ausbildung nach der Fig. 5 möglich, wonach eine Pleuelstange 5" in die Gabelung einer gegabelten Pleuelstange 5' eingreift. Diese Ausbildung, die eine etwas kompliziertere Form der Pleuelstangen erfordert, gestattet nach der Fig. 6 die Anordnung der in Querrichtung zur Kurbelwelle benachbarten Zylinder mit ihren Achsen A und B in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zu den Zylinderachsenebenen R und S steht.
Das kann unter Umständen eine Vereinfachung der Ausbildung des Motorgehäuses bedeuten.