DE10127637A1

DE10127637A1 - Crank drive for reciprocating piston engine with radial distance between crankshaft bearings resulting in overlapping rotation of cranks

Info

Publication number: DE10127637A1
Application number: DE2001127637
Authority: DE
Inventors: Michael Rossmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE10127637C2

Abstract

The engine has two crank shafts (4,6), and the radial bearing distance between the crankshaft bearings is smaller than twice the crank stroke of the crankshafts plus the diameter of a connecting rod eye born on a crankshaft, so that the cranks rotate with overlapping movements. Two corresponding throws of the crankshafts are offset through 180 deg in a plane at right angles to the piston movement direction. One connecting rod is connected to a crank of one crankshaft, and another connecting rod to a crank of the neighboring shaft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.The invention relates to a crank mechanism for a reciprocating piston internal combustion engine.

Ein gattungsgemäßer Kurbeltrieb ist aus der DE 197 31 974 A1 bekannt. Der darin be schriebene Doppelkurbeltrieb, bei dem mit sich gegensinnig drehenden Kurbelscheiben verbundene Pleuel unmittelbar mit dem Kolben verbunden sind, baut in Abstandsrich tung der Kurbelscheiben verhältnismäßig groß, da die Lager der Kurbelscheiben um mehr als das doppelte des Kurbelhubs voneinander entfernt sind.A generic crank mechanism is known from DE 197 31 974 A1. The be in it wrote double crank drive, with the crank discs rotating in opposite directions Connected connecting rods are directly connected to the piston, builds in the spacing direction tion of the crank disks relatively large, since the bearings of the crank disks around are more than twice the crank stroke apart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakt bauenden Kurbeltrieb für Hubkolbenbrennkraftmaschinen zu schaffen, der eine zumindest weitgehend seiten kraftfreie Bewegung des Kolbens ermöglicht und gleichzeitig bezüglich der Zylinder zahl und Anordnung weitgehende Freiheit ermöglicht.The invention has for its object a compact crank drive for To create reciprocating internal combustion engines, the one at least largely sides enables force-free movement of the piston and at the same time with respect to the cylinder Number and arrangement allows extensive freedom.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kurbeltriebs gerichtet.The subclaims relate to advantageous embodiments and developments of the crank drive according to the invention directed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und in weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is illustrated below with the aid of schematic drawings and explained in more detail.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kurbeltriebs und Fig. 1 is an end view of an embodiment of the crank mechanism according to the invention and

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kurbeltriebs der Fig. 1 mit in die Zeichenebene gedrehten Kurbelwellen und Kurbelwellenlagern. Fig. 2 is a side view of the crank mechanism of Fig. 1 with crankshafts and crankshaft bearings rotated into the plane of the drawing.

Gemäß den Figuren sind in dem nicht im einzelnen dargestellten Kurbelgehäuse 2 einer hinsichtlich die Mischbildung, Ladungswechselsteuerung usw. an sich bekannten Brennkraftmaschine zwei Kurbelwellen 4 und 6 in einem gegenseitigen Abstand a gleich weit von einer Längsmittelebene A-A der Brennkraftmaschine beabstandet gela gert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, in der die Kurbelwellen 4 und 6 einschließlich ihrer La ger gegenüber der Fig. 1 um 90° in die Zeichnungsebene gedreht sind, ersichtlich ist je de der Kurbelwellen 4 und 6, die mit drei Kröpfungen ausgebildet sind, vierfach gela gert. Die beiden Kurbelwellen 4 und 6 sind einander gleich ausgebildet und über an ih ren Enden starr angebrachte Zahnräder 8 und 10 derart miteinander verzahnt, so daß sie sich mit gleicher Drehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn drehen.According to the figures, in the crankcase 2 ( not shown in detail ) of an internal combustion engine known per se with regard to mixing formation, charge change control, etc., two crankshafts 4 and 6 are spaced apart equidistant from a longitudinal center plane AA of the internal combustion engine. As can be seen from FIG. 2, in which the crankshafts 4 and 6, including their bearings, are rotated 90 ° into the plane of the drawing relative to FIG. 1, it can be seen that the crankshafts 4 and 6 , which are formed with three crankings, are four times each stored. The two crankshafts 4 and 6 are identical to one another and are toothed with one another at their ends rigidly attached to their ends 8 and 10 , so that they rotate at the same speed but in the opposite direction.

Wie aus den Figuren weiter ersichtlich, sind die Kröpfungen der Kurbelwellen um 180° zueinander versetzt, so daß benachbarte Kurbeln jeder Kurbelwelle in Stirnansicht der Kurbelwelle auf verschiedenen Seiten der Lager 12 und 14 auf einer Geraden liegen. Die durch die Zahnräder 8 und 10 definierte Drehstellung der Kurbelwellen 4 und 6 ist derart, daß sie, wie aus Fig. 1 ersichtlich, symmetrisch zur Längsmittelebene der Brenn kraftmaschine sind. Zwei korrespondierende, d. h. radial benachbarte, Kröpfungen der beiden gegenläufig drehenden Kurbelwellen 4 und 6 sind somit, wenn sie sich in einer zur Bewegungsrichtung der Kolben 24, 28 senkrechten Ebene befinden, um 180° zuein ander versetzt.As can further be seen from the figures, the crankshaft crankings are offset from one another by 180 °, so that adjacent cranks of each crankshaft lie on a straight line on different sides of the bearings 12 and 14 in the end view of the crankshaft. The rotational position of the crankshafts 4 and 6 defined by the gears 8 and 10 is such that, as can be seen from FIG. 1, they are symmetrical to the longitudinal center plane of the internal combustion engine. Two corresponding, ie radially adjacent, crankings of the two counter-rotating crankshafts 4 and 6 are thus, when they are in a plane perpendicular to the direction of movement of the pistons 24 , 28 , offset from one another by 180 °.

Der radiale Abstand a zwischen den Lagern 12 und 14 bzw. den Kurbelwellen 4 und 6 ist im dargestellten Beispiel kleiner als der Kurbelhub h, so daß sich die Bewegungs bahnen zweier radial benachbarter Kurbeln weit durchdringen. Wegen der insgesamt in Gestalt eines abgeflachten V vorhandenen Ausbildung der Kröpfungen der Kurbelwel len, wobei die Kurbelwangen 16 und 18 die Schenkel des V bilden und die abgeflachte Basis des V die Kurbel 20 bildet, führt diese Durchdringung trotz der gegensinnigen und zueinander symmetrischen Drehung der Kurbelwellen zu keiner gegenseitigen Be hinderung. Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, überlappen sich die Bewe gungsbahnen der beiden Kurbeltriebe, sobald der Abstand a kleiner ist als das Doppelte des Hubs h zuzüglich des Durchmessers der an den Kurbelwellen gelagerten Pleuelau gen. Eine Untergrenze für den Abstand a ist durch den Durchmesser des Pleuelauges (nicht im einzelnen dargestellt) gegeben. The radial distance a between the bearings 12 and 14 or the crankshafts 4 and 6 is smaller than the crank stroke h in the example shown, so that the movement paths of two radially adjacent cranks penetrate widely. Because of the overall shape of a flattened V existing cranking of the crankshafts, the crank arms 16 and 18 forming the legs of the V and the flattened base of the V forming the crank 20 , this penetration leads despite the opposite and symmetrical rotation of the crankshafts no mutual hindrance. As can be seen directly from the figures, the movement paths of the two crank drives overlap as soon as the distance a is less than twice the stroke h plus the diameter of the connecting rods mounted on the crankshafts. A lower limit for the distance a is given by the diameter of the Conrod eyes (not shown in detail).

Gemäß den Figuren oberhalb der Kurbelwellen 2 und 4 arbeitet in einem Zylinder 22 ein Kolben 24, dessen Bewegungsbahn mit der Längsmittelebene A-A der Maschine zusammenfällt. Unterhalb der Kurbelwellen arbeiten in Zylindern 26 zwei Kolben 28, deren Bewegungsbahnen ebenfalls in der Mittelbahn A-A der Maschine liegt und die von der Bewegungsbahn des Kolbens 24 beidseitig gleich weit entfernt sind. Der Kol ben 24 ist über ein Hilfspleuel 30 mit einer Zwischenwelle 32 verbunden. Die Kolben 28 sind über Hilfspleuel 30 mit einer Zwischenwelle 34 verbunden. Die Lagerung der Hilfspleuel 30 in den Kolben kann an sich bekannter Art sein, d. h. ein Verschwenken des Kolbens um einen in dem Kolben gelagerten Kolbenbolzen zulassen. Ebenso läßt die Lagerung der Hilfspleuel 30 an den Zwischenwellen 32 und 34 ein Verschwenken der Hilfspleuel um die Zwischenwelle 32 bzw. 34 zu.According to the figures above the crankshafts 2 and 4 , a piston 24 operates in a cylinder 22 , the movement path of which coincides with the longitudinal center plane AA of the machine. Below the crankshafts, two pistons 28 work in cylinders 26 , the trajectories of which likewise lie in the central trajectory AA of the machine and which are equally far away from the trajectory of the piston 24 on both sides. The Kol ben 24 is connected via an auxiliary connecting rod 30 to an intermediate shaft 32 . The pistons 28 are connected to an intermediate shaft 34 via auxiliary connecting rods 30 . The mounting of the auxiliary connecting rods 30 in the piston can be of a type known per se, that is to say allow the piston to pivot about a piston pin supported in the piston. Likewise, the mounting of the auxiliary connecting rods 30 on the intermediate shafts 32 and 34 allows the auxiliary connecting rods to pivot about the intermediate shaft 32 and 34, respectively.

Die Zwischenwellen 32 und 34 sind vorzugsweise ohne Führung an einem Maschinen gehäuseteil mit den axial äußeren Kurbelwellen verbundenen Pleueln gelagert. Genauer ist die Zwischenwelle 32 über Pleuel 40 und 42 mit den äußeren Kurbeln der Kurbel welle 4 verbunden und über ein Pleuel 44 mit der mittleren Kurbel 20 der anderen Kur belwelle 6 verbunden. Das Pleuel 44 ist an seinen der Zwischenwelle 32 zugewandten Ende gegabelt und weist zwei Lager für die Zwischenwelle 32 auf, zwischen denen die Lagerung des Hilfspleuels 30 erfolgt.The intermediate shafts 32 and 34 are preferably mounted without a guide on a machine housing part with connecting rods connected to the axially outer crankshafts. More specifically, the intermediate shaft 32 is connected via connecting rods 40 and 42 to the outer cranks of the crank shaft 4 and connected via a connecting rod 44 to the middle crank 20 of the other cure 6 . The connecting rod 44 is bifurcated at its end 32 facing towards the intermediate shaft and has two bearings for the intermediate shaft 32, between which the bearing of the Hilfspleuels 30th

Ähnlich ist die Zwischenwelle 34 über Pleuel 50 und 52 mit den äußeren Kurbeln der Kurbelwelle 6 verbunden und über ein Pleuel 54 mit der mittleren bzw. inneren Kurbel der Kurbelwelle 4 verbunden. Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, ergibt sich dadurch eine symmetrische Führung der zu den Kurbelwellen parallelen Zwischenwel len 32 und 34, die sich in der Längsmittelebene A-A auf und abwärts bewegen und die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwellen umwandeln, ohne daß auf die Kolben Seitenkräfte ausgeübt werden.Similarly, the intermediate shaft 34 is connected to the outer cranks of the crankshaft 6 via connecting rods 50 and 52 and connected to the central and inner crank of the crankshaft 4 via a connecting rod 54 . As can be seen directly from the figures, this results in a symmetrical guidance of the parallel to the crankshafts Zwischenwel len 32 and 34 , which move up and down in the longitudinal median plane AA and convert the upward and downward movement of the pistons into a rotary movement of the crankshafts without that lateral forces are exerted on the pistons.

Mit der Erfindung werden neben der seitenkraftfreien und dadurch reibungsarmen Füh rung der Kolben zahlreiche weitere Vorteile erzielt:
Die Kolben können hinsichtlich ihrer Bauhöhe erheblich reduziert werden. Weiter kön nen die Materialien für die Kolben und die Zylinderlaufbuchsen den verminderten Rei bungskräften in vorteilhafterweise angepaßt werden. Einbauspiele können vermindert werden, was auf die Verdichtung und das Emissionsverhalten vorteilhafte Auswirkun gen hat. Die Zylinderkühlung kann wegen des weitgehenden Entfalls der Zylinderwand reibung vermindert werden.With the invention, in addition to the lateral force-free and therefore low-friction guiding of the pistons, numerous other advantages are achieved:
The height of the pistons can be significantly reduced. Furthermore, the materials for the pistons and the cylinder liners can advantageously be adapted to the reduced frictional forces. Installation play can be reduced, which has advantageous effects on compression and emission behavior. The cylinder cooling can be reduced due to the extensive elimination of the cylinder wall friction.

Die Erfindung, die vorstehend an einem Beispiel beschrieben wurde, kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise sind die Zwischenwellen und Hilfspleuel nicht zwingend, sondern es könnten die mit der Kurbelwelle verbundenen Pleuel durch entsprechende Formgestaltung unmittelbar in den Kolben gelagert werden. Des weite ren könnten die Hilfspleuel starr mit den Kolben und/oder den Zwischenwellen verbun den sein. Die Zwischenwellen könnten an ihren Stirnenden in entsprechenden linearen Führungen des Motorgehäuses zusätzlich geführt sein. Die Synchronisierung der Kur belwellen könnte über andere Antriebe als Zahnradpaare folgen. Zwischen den einzel nen Kröpfungen der Kurbelwellen können Kurbelwellenlager entfallen. Weiter könnten die Kurbelwellenlager zueinander axial versetzt sein, um den Achsabstand weiter zu vermindern. Die Zwischenwellen können gerade oder gekröpft oder sonstwie anders ge formt sein. Die Verbindung von den Pleueln und den Hilfspleueln zu der Zwischenwelle kann von der Kurbelwellenseite oder von der Hilfspleuelseite her kraftschlüssig oder formschlüssig oder in an sich bekannter Weise als Lager ausgeführt werden. Der axiale Abstand zwischen den Kurbelwellenlagern kann größer oder noch kleiner als in den Fi guren gezeichnet sein, wobei eine Obergrenze für eine Überlappung der Bewegungs bahnen ein Abstand kleiner gleich dem doppelten Kurbelhub ist.The invention, which was described above using an example, can be used in many different ways Modified way. For example, the intermediate shafts and auxiliary connecting rods not necessarily, but the connecting rods connected to the crankshaft could pass through appropriate design can be stored directly in the piston. The far The auxiliary connecting rods could be rigidly connected to the pistons and / or the intermediate shafts be that. The intermediate shafts could have corresponding linear at their ends Guides of the motor housing can also be guided. The synchronization of the cure Belwellen could follow other drives than gear pairs. Between the individual crankshaft bearings can be eliminated. Could continue the crankshaft bearings are axially offset from one another in order to further increase the center distance Reduce. The intermediate shafts can be straight or cranked or otherwise be shaped. The connection from the connecting rods and the auxiliary connecting rods to the intermediate shaft can be non-positive from the crankshaft side or from the auxiliary connecting rod side positively or in a conventional manner as a bearing. The axial Distance between the crankshaft bearings can be larger or smaller than in the Fi guren be drawn, with an upper limit for an overlap of the movement lanes a distance less than or equal to twice the crank stroke.

Es besteht die Möglichkeit, zahlreiche Zwischenwellen und Pleuel und Kolben mit Hilfspleuel miteinander zu kombinieren. Die Kurbelwellen können länger als darge stellt, ausgeführt sein und mehrere Kröpfungen aufweisen, so daß weitere Zylinder mit geeigneter Zündfolge darstellbar sind. Sich gegenüberliegende Kolben können linear zueinander ausgerichtet sein, so daß sich die Zylinder mit ihren Achsen genau gegenü berliegen, wodurch der Massenausgleich in vorteilhafter Weise beeinflußt wird. There is the possibility of using numerous intermediate shafts and connecting rods and pistons To combine auxiliary connecting rods with each other. The crankshafts can last longer than Darge represents, be executed and have several crankings, so that additional cylinders with suitable firing order can be represented. Opposing pistons can be linear be aligned to each other so that the cylinders with their axes exactly opposite lie, whereby the mass balance is influenced in an advantageous manner.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

22

Kurbelgehäuse
crankcase

44

Kurbelwelle
crankshaft

66

Kurbelwelle
crankshaft

88th

Zahnrad
gear

1010

Zahnrad
gear

1212

Lager
camp

1414

Lager
camp

1616

Kurbelwanne
crankcase

1818

Kurbelwanne
crankcase

2020

Kurbel
crank

2222

Zylinder
cylinder

2424

Kolben
piston

2626

Zylinder
cylinder

2828

Kolben
piston

3030

Hilfspleuel
Hilfspleuel

3232

Zwischenwelle
intermediate shaft

3434

Zwischenwelle
intermediate shaft

4040

Pleuel
pleuel

4242

Pleuel
pleuel

4444

Pleuel
pleuel

5050

Pleuel
pleuel

5252

Pleuel
a Lagerabstand
h Kurbelhub
pleuel
a clearance
h crank stroke

Claims

1. Crank drive for a reciprocating internal combustion engine, containing
at least one piston ( 24 , 28 ) reciprocating in a cylinder ( 22 , 26 ),
two in a plane approximately perpendicular to the direction of movement of the piston and on Ge straight lines, which are approximately the same distance from a straight line intersecting the direction of movement of the piston, mounted, directed in opposite directions and with the same number of revolving crankshafts ( 4 , 6 ) and
at least one connecting rod ( 40 , 42 , 44 , 50 , 52 , 54 ) between each crankshaft and the piston, the connecting rods being mounted symmetrically to the direction of movement of the piston on the crankshafts and the piston such that the piston is at least in the cylinder moved almost without lateral force,
characterized in that the radial bearing spacing a between the crankshaft bearings is preferably smaller than twice the crank stroke h of the crankshafts ( 4 , 6 ) plus the diameter of a connecting rod eye mounted on the crankshaft, so that the cranks rotate with their movement paths overlapping,
that two corresponding offsets of the two counter-rotating crank shafts in a plane perpendicular to the direction of movement of the piston are set by 180 ° and
that at least one connecting rod of the piston is connected to a crank of one crankshaft and at least one other connecting rod of the piston is connected to a crank of the adjacent crank of the other crankshaft, offset by 180 ° in a plane perpendicular to the direction of movement of the piston.

2. Crank drive according to claim 1, characterized in that the crankings ( 16 , 18 , 20 ) of the crankshafts ( 4 , 6 ) have the shape of a flattened V.

3. Crank drive according to claim 1 or 2, characterized in that the Kur belhub h of the crankshafts ( 4 , 6 ) is greater than their radial bearing spacing a.

4. Crank drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that connecting rods are connected to radially adjacent cranks of the crankshafts ( 4 , 6 ), which move to approximately the same plane on opposite sides of the crank shaft moving pistons ( 24 , 28 ) belong.

5. Crank drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connecting rods ( 40 , 42 , 44 ; 50 , 52 , 54 ) leading to a piston ( 24 ) are mounted on an intermediate shaft ( 32 , 34 ) parallel to the cure belwelle which intermediate shaft is connected to the piston via at least one auxiliary connecting rod ( 30 ).

6. Crank drive according to claim 5, characterized in that the crankshafts ( 4 , 6 ) on both sides of a central offset offset by 180 ° outer cranking, that each of two arranged on opposite sides of the crankshaft intermediate shafts ( 32 , 34 ) via connecting rods ( 40 , 42 ; 50 , 52 ) with the outer crankings each of a crankshaft and via a further connecting rod ( 44 ; 54 ) with the central cranking of the other crankshaft.

7. crank mechanism according to claim 6, characterized in that the inter mediate shaft ( 32 ) via an auxiliary connecting rod ( 30 ) with piston ( 24 ) is connected, the movement line of the intersection of the path of movement of the central crank, and that the other intermediate shaft ( 34 ) via an auxiliary connecting rod ( 30 ) with one of two pistons ( 28 ) is connected, the lines of movement of which are the same distance from that of the one piston.