DE102016210924A1

DE102016210924A1 - Verbrennungskraftmaschine, Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und Notstromaggregat mit einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016210924A1
Application number: DE102016210924.3A
Authority: DE
Inventors: Attila Farkas; Werner Lechner; Steffen Dröge; Wolfgang Liebhart
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen ersten Doppelkolben mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse translatorisch bewegbaren Kolben, ein Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern, eine Abtriebswelle, ein erstes Hubgestänge und ein erstes Getriebe aufweist, wobei das erste Getriebe eine durch die Abtriebswelle gebildete erste Getriebewelle und eine zweite Getriebewelle mit einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite aufweist, wobei die zweite Getriebewelle mit der ersten Getriebewelle kämmt und wobei der erste Doppelkolben mittels des ersten Hubgestänges derart mit der zweiten Getriebewelle mechanisch verbunden ist, dass eine Hubbewegung des ersten Doppelkolbens in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle übertragen wird, wobei das erste Hubgestänge entweder im Bereich der ersten Stirnseite oder im Bereich der zweiten Stirnseite der zweiten Getriebewelle angebunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine sowie ein Notstromaggregat mit einer Verbrennungskraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Fahrzeug oder ein Notstromaggregat, wobei die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen ersten Doppelkolben-Satz mit wenigstens einem ersten Doppelkolben mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbundenen Kolben, wenigstens ein Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum, eine Abtriebswelle, wenigstens ein erstes Hubgestänge und wenigstens ein erstes Getriebe aufweist. Dabei ist jedem Kolben eines Doppelkolbens ein Zylinder eines Zylinderpaares zugeordnet und das erste Getriebe weist eine durch die Abtriebswelle gebildete, erste Getriebewelle und wenigstens eine zweite, weitere Getriebewelle mit einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite auf, wobei die zweite Getriebewelle mit der ersten Getriebewelle kämmt und wobei der erste Doppelkolben mittels eines Hubgestänges derart mit der zweiten Getriebewelle mechanisch verbunden ist, dass eine Hubbewegung des ersten Doppelkolbens in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle übertragen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine sowie ein Notstromaggregat mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, auch Verbrennungskraftmaschinen mit Doppelkolben. Beispielhalber wird auf die DE 33 46 062 A1 und die DE 40 35 562 A1 verwiesen, aus welchen jeweils insbesondere verschiedene Konzepte zur mechanischen Kopplung eines oder mehrerer Doppelkolben mit der Abtriebswelle zur Umwandlung der Hubbewegung der Doppelkolben in eine Rotationsbewegung und Übertragung dieser auf die Abtriebswelle bekannt sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, insbesondere eine besonders bauraumvorteilhafte Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine und ein Notstromaggregat mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hubgestänge entweder im Bereich der ersten Stirnseite oder im Bereich der zweiten Stirnseite an der zweiten Getriebewelle angebunden ist. Dadurch kann eine besonders bauraumvorteilhafte Ausgestaltung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Doppelkolben erreicht werden. Insbesondere können auf besonders einfache Art und Weise weitere Doppelkolben in der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden, vor allem besonders bauraumsparend.
Die Verbindungseinrichtung, mit der die beiden Kolben eines Doppelkolbens einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine jeweils miteinander verbunden sind, ist vorzugsweise eine Kolbenstange, wobei die Kolbenstange vorzugsweise starr ausgebildet ist und insbesondere starr mit den beiden Kolben verbunden ist.
Die beiden Kolben und die Kolbenstange eines Doppelkolbens können dabei auch einstückig ausgebildet sein, wobei die Kolben und die Kolbenstange vorzugsweise als ein gemeinsames Gussteil hergestellt sind.
Vorzugsweise erstreckt sich die Verbindungseinrichtung wenigstens eines Doppelkolbens entlang einer Hubachse des Doppelkolbens, d.h. entlang der Linearachse des Doppelkolbens. Insbesondere fällt die Längsachse der Verbindungseinrichtung dabei mit der Linearachse des Doppelkolbens zusammen.
Vorzugweise weist die erste Getriebewelle wenigstens ein erstes Getriebeelement auf und die weitere, zweite Getriebewelle vorzugsweise wenigstens ein zweites Getriebeelement. Insbesondere ist die zweite Getriebewelle bei einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit ihrer Drehachse parallel zur Drehachse der ersten Getriebewelle angeordnet, d.h. parallel zur Abtriebswelle, wobei die erste Getriebewelle und die zweite Getriebewelle vorzugsweise über das erste Getriebeelement und das zweite Getriebeelement miteinander kämmen.
Unter einem Doppelkolben-Satz im Sinne der Erfindung wird eine Gruppe von Doppelkolben mit wenigstens einem Doppelkolben verstanden, wobei der/die Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes insbesondere aufgrund ihrer räumlichen Anordnung einem Doppelkolben-Satz zugeordnet ist/sind.
Unter einer Getriebewelle wird im Sinne der Erfindung eine Welle verstanden, die dazu ausgebildet ist, mit einer weiteren Getriebewelle in Eingriff gebracht zu werden, wobei eine Getriebewelle dazu vorzugsweise wenigstens ein Getriebeelement aufweist, insbesondere ein Getriebeelement, welches drehfest mit der Welle verbunden ist und/oder einstückig mit der Welle ausgebildet ist.
Unter einem Getriebeelement wird im Sinne der Erfindung ein Element verstanden, welches zur Anordnung, insbesondere zur drehfesten Anordnung, auf einer Getriebewelle ausgebildet ist, wobei das erste und/oder das zweite Getriebeelement vorzugsweise ein Zahnrad ist, insbesondere ein außenverzahntes Zahnrad, vorzugsweise ein als außenverzahntes Stirnrad ausgebildetes Zahnrad. Je nach Bauraumsituation, insbesondere, wenn das erste Getriebeelement und/oder das zweite Getriebeelement einen deutlich größeren Außendurchmesser aufweist als die jeweils zugehörige Getriebewelle, kann es vorteilhaft sein, wenn das Getriebeelement gewichtsoptimiert ausgestaltet ist und beispielsweise entsprechende Ausnehmungen, Verstrebungen, Versteifungsrippen oder dergleichen aufweist.
Vorzugsweise ist der erste Doppelkolben mittels des ersten Hubgestänges mit dem zweiten Getriebeelement der zweiten Getriebewelle mechanisch verbunden, d.h. das erste Hubgestänge ist vorzugsweise an dem zweiten Getriebeelement angebunden, wobei das erste Hubgestänge insbesondere exzentrisch zur Drehachse der zweiten Getriebewelle an der zweiten Getriebewelle angebunden ist.
Vorzugsweise ist das erste Hubgestänge getriebeseitig im Bereich einer Stirnseite und/oder an einer Stirnseite des zweiten Getriebeelementes und/oder im Bereich einer Stirnseite und/oder an einer Stirnseite eines Wellenabsatzes der zweiten Getriebewelle angebunden. D.h. eine Stirnseite einer Getriebewelle im Sinne der Erfindung kann jede seitliche Fläche und/oder jeder Wellenabsatz der Getriebewelle selbst oder eines Getriebeelements der Getriebewelle sein.
Die zweite Getriebewelle des ersten Getriebes ist vorzugsweise auf der gleichen Seite der Abtriebswelle angeordnet, wie der erste Doppelkolben bzw. auf der gleichen Seite, auf der die Linearachse des ersten Doppelkolbens verläuft, wobei die zweite Getriebewelle mit ihrer Drehachse besonders bevorzugt die Linearachse des ersten Doppelkolbens schneidet und insbesondere mit der Linearachse des ersten Doppelkolbens in einer Ebene angeordnet ist.
Bevorzugt ist das erste Getriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet, insbesondere mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1. In einigen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn das Getriebe ein von 1:1 abweichendes Übersetzungsverhältnis aufweist. Je nach Anwendungsfall kann eine Übersetzung oder eine Untersetzung vorteilhaft sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist das erste Hubgestänge und damit der erste Doppelkolben, entweder an der ersten Stirnseite oder an der zweiten Stirnseite der zweiten Getriebewelle angebunden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist der erste Doppelkolben-Satz wenigstens einen zweiten Doppelkolben mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbundenen Kolben und wenigstens ein weiteres Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum auf, wobei jedem Kolben eines Doppelkolbens ein Zylinder eines Zylinderpaares zugeordnet ist, wobei jeder Doppelkolben des Doppelkolben-Satzes derart mechanisch mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, dass eine Hubbewegung des Doppelkolbens in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle übertragen wird. Dabei sind die Doppelkolben des ersten Doppelkolben-Satzes in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum angeordnet.
Durch die Anordnung mehrerer Doppelkolben in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum, bei mehr als zwei Doppelkolben insbesondere mittels einer ringähnlichen bzw. n-eckförmigen Anordnung der Doppelkolben außen um die Abtriebswelle herum, lässt sich eine besonders bauraumvorteilhafte Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren, insbesondere eine bauraumsparende Verbrennungskraftmaschine mit einer Vielzahl an Doppelkolben. Mit einer größeren Anzahl an Doppelkolben kann, insbesondere bei einer entsprechenden Anordnung der Doppelkolben zueinander, in der Regel die Laufruhe einer Verbrennungskraftmaschine verbessert werden, so dass eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine auch eine Verbesserung der Laufruhe ermöglicht.
Vorzugsweise sind die Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes dabei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt um die Abtriebswelle herum angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind wenigstens die Doppelkolben des ersten Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise sämtliche Doppelkolben der Verbrennungskraftmaschine, jeweils über ein separates, dem jeweiligen Doppelkolben zugeordnetes Hubgestänge und ein Getriebe, insbesondere über das erste Getriebe, mechanisch mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei die Hubgestänge und das Getriebe jeweils derart ausgebildet sind, dass eine Hubbewegung der Doppelkolben jeweils mittels des zugehörigen Hubgestänges und mittels des Getriebes in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle übertragen wird.
Dadurch lässt sich eine vorteilhafte, insbesondere konstruktiv relativ einfache Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Doppelkolben realisieren, insbesondere eine einfache Umwandlung der Hubbewegung der Doppelkolben in eine Rotationsbewegung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind sämtliche Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes über ein gemeinsames Getriebe mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei das Getriebe vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass es für jeden Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes eine weitere Getriebewelle aufweist und insbesondere jedem Doppelkolben des Doppelkolben-Satzes eine weitere Getriebewelle zugeordnet ist, wobei vorzugsweise jedem Doppelkolben genau eine weitere Getriebewelle zugeordnet ist, und wobei insbesondere jeder Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes über ein separates, dem Doppelkolben zugeordnetes Hubgestänge an der ihm zugeordneten, weiteren Getriebewelle angebunden ist. Dazu sind die weiteren Getriebewellen vorzugsweise in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum angeordnet, insbesondere derart, dass die Drehachsen der weiteren Getriebewellen jeweils parallel zur Drehachse der Abtriebswelle verlaufen und insbesondere jeweils die Linearachse des zugehörigen Doppelkolbens schneiden.
Vorzugsweise ist bei wenigstens einem Doppelkolben, insbesondere bei sämtlichen Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes, das Hubgestänge dabei doppelkolbenseitig an der Verbindungeinrichtung des Doppelkolbens angebunden, insbesondere, wenn die Verbindungseinrichtung als Kolbenstange ausgebildet ist, wobei das Hubgestänge insbesondere mittig zwischen den beiden Kolben des Doppelkolbens an der Verbindungseinrichtung angebunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind die Hubgestänge der Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes jeweils an der gleichen Seite im Bereich der Stirnseite der jeweiligen, den Doppelkolben zugeordneten, weiteren Getriebewellen angebunden, insbesondere exzentrisch zur Drehachse der jeweiligen, dem zugehörigen Doppelkolben zugeordneten Getriebewelle. Dadurch können auf besonders einfache Art und Weise mehrere Doppelkolben in Umfangsrichtung verteilt auf einer Seite des Getriebes angeordnet werden.
Insbesondere kann somit auf einfache Art und Weise ein weiterer Doppelkolben-Satz mit ebenfalls mehreren Doppelkolben auf der anderen Seite des Getriebes angeordnet werden und insbesondere über das gleiche Getriebe mit der Abtriebswelle mechanisch gekoppelt werden, nämlich in dem die Doppelkolben des weiteren Doppelkolbensatzes jeweils auf der anderen Seite des Getriebes angebunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine erstreckt sich die Linearachse wenigstens eines Doppelkolbens senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle, vorzugsweise wenigstens die Linearachsen der Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes, insbesondere die Linearachsen sämtlicher Doppelkolben der Verbrennungskraftmaschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine liegen die Linearachsen von wenigstens zwei Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise die Linearachsen sämtlicher Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes, insbesondere jeweils bei sämtlichen Doppelkolben-Sätzen, in einer gemeinsamen Ebene, vorzugsweise in einer sich senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle erstreckenden Ebene, d.h. in einer Normalenebene zur Drehachse der Abtriebswelle. Dadurch kann erreicht werden, dass die infolge der Hubbewegungen der Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes entstehenden Kräfte in einer Ebene liegen. Infolgedessen kann durch eine entsprechende Abstimmung der Verbrennungstakte der Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes aufeinander bzw. zueinander auf einfache Art und Weise, und damit besonders vorteilhaft, wenigstens ein teilweiser Massenausgleich erzielt werden, in einigen Fällen sogar ein vollständiger Massenausgleich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist der erste Doppelkolben-Satz einen ersten Doppelkolben und einen zweiten Doppelkolben auf, wobei der erste Doppelkolben und der zweite Doppelkolben derart in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum angeordnet sind, dass die Linearachse des zweiten Doppelkolbens auf einer von der Linearachse des ersten Doppelkolbens abgewandten Seite der Abtriebswelle verläuft, vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite der Abtriebswelle. D.h., in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens ein Doppelkolben-Satz genau zwei Doppelkolben auf, wobei die Doppelkolben vorzugsweise auf verschiedenen Seiten der Abtriebswelle angeordnet sind. Insbesondere ist ein Doppelkolben oberhalb der Abtriebswelle angeordnet und ein Doppelkolben vorzugsweise unterhalb der Abtriebswelle. Dadurch kann ein besonders guter Massenausgleich zwischen den Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes erreicht werden, was sich vorteilhaft auf die Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine auswirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind der erste Doppelkolben und der zweite Doppelkolben dabei über ein gemeinsames, erstes Getriebe mechanisch mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei der erste Doppelkolben über ein erstes, vorzugsweise mit der Verbindungseinrichtung des ersten Doppelkolbens verbundenes Hubgestänge und über eine zweite, weitere Getriebewelle mit dem ersten Getriebe mechanisch verbunden ist und der zweite Doppelkolben über ein zweites, vorzugsweise mit der Verbindungseinrichtung des zweiten Doppelkolbens verbundenes Hubgestänge und insbesondere über eine dritte, weitere Getriebewelle.
Vorzugweise ist die dritte Getriebewelle dabei mit ihrer Drehachse parallel zur ersten Getriebewelle und/oder zur zweiten Getriebewelle angeordnet und kämmt insbesondere ebenfalls mit der ersten Getriebewelle, vorzugsweise über ein drittes Getriebeelement, das mit dem ersten Getriebeelement kämmt. Der zweite Doppelkolben ist vorzugsweise ebenfalls mittels des zweiten Hubgestänges im Bereich einer Stirnseite und/oder an der Stirnseite des dritten Getriebeelements mechanisch an der dritten Getriebewelle angebunden, insbesondere exzentrisch zur Drehachse der dritten Getriebewelle und vorzugsweise auf der gleichen Seite, an welcher das erste Hubgestänge an der zweiten Getriebewelle angebunden ist. Das zweite Hubgestänge ist dabei vorzugsweise im Bereich der Stirnseite und/oder an der Stirnseite des dritten Getriebeelementes und/oder an der Stirnseite eines Wellenabsatzes der dritten Getriebewelle angebunden.
Das dritte Getriebeelement ist vorzugsweise ebenfalls ein Zahnrad, insbesondere ein außenverzahntes Zahnrad, vorzugsweise ein als außenverzahntes Stirnrad ausgebildetes Zahnrad. Je nach Bauraumsituation, insbesondere, wenn das dritte Getriebeelement einen deutlich größeren Außendurchmesser aufweist als die zugehörige, dritte Getriebewelle, kann es vorteilhaft sein, wenn das dritte Getriebeelement gewichtsoptimiert ausgestaltet ist und beispielsweise entsprechende Ausnehmungen, Verstrebungen, Versteifungsrippen oder dergleichen aufweist.
Bevorzugt ist die dritte Getriebewelle dabei auf der gleichen Seite der Abtriebswelle angeordnet wie der zweite Doppelkolben bzw. auf der Seite, auf der die Linearachse des zweiten Doppelkolbens verläuft.
Durch ein derartiges Getriebe, insbesondere mit einer ersten, durch die Abtriebswelle gebildeten Getriebewelle sowie zwei weiteren Getriebewellen, wobei die zweite Getriebewelle vorzugsweise zur Kopplung mit dem ersten Hubgestänge und dem ersten Doppelkolben vorgesehen ist und die dritte Getriebewelle zur mechanischen Kopplung mit dem zweiten Hubgestänge und dem zweiten Doppelkolben, lässt sich besonders einfach und besonders bauraumsparend eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit zwei übereinanderliegenden Doppelkolben realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine liegen die Drehachsen der zweiten Getriebewelle und der dritten Getriebewelle in einer gemeinsamen Ebene, vorzugsweise jeweils in einer Ebene mit der Drehachse der Abtriebswelle, wobei die Drehachsen der zweiten Getriebewelle und der dritten Getriebewelle insbesondere in einer Längsmittelebene der Abtriebswelle liegen. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft in Bezug für den Ausgleich von während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wirkenden Massenkräften. In einigen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die zweite und die dritte Getriebewelle jeweils versetzt zur Längsmittelebene der Abtriebswelle angeordnet sind, insbesondere entgegengesetzt versetzt, und insbesondere ihre Drehachsen nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen.
In einer weiteren, alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist die Verbrennungskraftmaschine einen ersten Doppelkolben-Satz mit drei Doppelkolben auf, wobei die Doppelkolben des ersten Doppelkolben-Satzes vorzugsweise derart in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum angeordnet sind, dass sich ihre Linearachsen mit einem Innenwinkel von 60° schneiden. Selbstverständlich können auch mehr als drei Doppelkolben in Umfangsrichtung vorgesehen sein, vorzugsweise jeweils mit einem entsprechend kleineren Innenwinkel, insbesondere bei einem entsprechend großem Außendurchmesser der Abtriebswelle. Durch eine größere Anzahl an Doppelkolben pro Doppelkolben-Satz, insbesondere durch eine größere Anzahl an um die Abtriebswelle in Umfangsrichtung herum verteilt angeordneten Doppelkolben, kann die Laufruhe einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, zumindest bis zu einem gewissen Grad, verbessert werden.
Für Verbrennungskraftmaschinen in Personenkraftwagen haben sich jeweils zwei bis vier, in Umfangsrichtung um die Abtriebswelle herum angeordnete Doppelkolben pro Doppelkolben-Satz als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine ist außerdem auf einfache Art und Weise entlang der Längsachse der Abtriebswelle um weitere Doppelkolben und/oder Doppelkolben-Sätze erweiterbar, insbesondere um Doppelkolben-Sätze mit in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle herum angeordneten Doppelkolben. Dazu sind vorzugsweise jeweils die Doppelkolben zweier weiterer Doppelkolben-Sätze über entsprechende weitere Hubgestänge und ein weiteres, gemeinsames Getriebe mit entsprechenden weiteren Getriebewellen mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei insbesondere die Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes jeweils über die zugehörigen Hubgestänge auf einer Seite des Getriebes angebunden sind, vorzugsweise jeweils im Bereich der ersten Stirnseiten und/oder jeweils an den ersten Stirnseiten, und die Doppelkolben des anderen Doppelkolben-Satzes auf der anderen Seite des Getriebes, d.h. vorzugsweise jeweils im Bereich der zweiten Stirnseiten und/oder an den jeweils zweiten Stirnseiten. Insbesondere sind jeweils zwei Doppelkolben-Sätze über ein gemeinsames Getriebe mit der Abtriebswelle gekoppelt. Bei mehr als zwei Doppelkolben-Sätzen ist vorzugsweise wenigstens ein weiteres Getriebe vorgesehen, wobei das weitere Getriebe vorzugsweise wie das erste Getriebe ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen zweiten, weiteren Doppelkolben-Satz mit wenigstens einem weiteren Doppelkolben mit ebenfalls zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbundenen Kolben und mit wenigstens einem zweiten Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum, sowie wenigstens ein weiteres Hubgestänge auf, wobei der weitere Doppelkolben mittels des weiteren Hubgestänges derart mit der zweiten Getriebewelle oder einer weiteren Getriebewelle des ersten Getriebes mechanisch verbunden ist, dass eine Hubbewegung des weiteren Doppelkolbens in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle übertragen wird. Dabei ist das weitere Hubgestänge vorzugsweise im Bereich der vom ersten Hubgestänge abgewandten Stirnseite und/oder an der vom ersten Hubgestänge abgewandten Stirnseite der zweiten Getriebewelle oder der weiteren Getriebewelle angebunden. Dadurch kann auf besonders einfache Art und Weise eine Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine mit weiteren Doppelkolben und entsprechenden Zylindern mit Brennräumen, d.h. eine Verbrennungskraftmaschine mit mehr Hubraum, realisiert werden und somit eine Verbrennungskraftmaschine mit mehr Leistung. Vorzugsweise liegen, insbesondere wenn der zweite Doppelkolben-Satz mehrere Doppelkolben aufweist, die Linearachsen der Doppelkolben des weiteren, zweiten Doppelkolben-Satzes dabei (ebenfalls) in einer gemeinsamen Ebene.
Durch die Anordnung eines weiteren Doppelkolben-Satzes kann, insbesondere bei entsprechend vorteilhafter Abstimmung der Verbrennungstakte der einzelnen Zylinder der Doppelkolben aufeinander, ein besonders guter Ausgleich der Massenkräfte erreicht werden, was sich in der Regel vorteilhaft auf die Laufruhe auswirkt. Werden dabei nicht nur die Verbrennungstakte der Doppelkolben eines Doppelkolben-Satzes, sondern insbesondere alternativ oder zusätzlich die Verbrennungstakte der einzelnen Doppelkolben-Sätze aufeinander abgestimmt, kann ein besonders guter Ausgleich der Massenkräfte erreicht werden.
Insbesondere durch die erfindungsgemäße Anordnung der den Doppelkolben zugeordneten Hubgestänge jeweils im Bereich der Stirnseiten und/oder an den Stirnseiten der Getriebeelemente bzw. den Stirnseiten der Wellenabsätze der zugehörigen Getriebewellen, können auf besonders einfache Art und Weise und besonders bauraumsparend mehrere Doppelkolben auf engstem Raum um die Abtriebswelle und/oder in Längsrichtung der Abtriebswelle angeordnet werden und mittels einfachster mechanischer Komponenten mit der Abtriebswelle mechanisch gekoppelt werden, insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf einen Massenausgleich und/oder die Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine. Mit einer derartigen Anordnung kann ferner eine Vielzahl an Doppelkolben über ein gemeinsames Getriebe mit der Abtriebswelle gekoppelt werden, so dass mit besonders wenigen Bauteilen eine Vielzahl an Doppelkolben mechanisch mit der Abtriebswelle verbunden werden kann, wodurch eine im Verhältnis zur Leistung besonders bauraumsparende Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden kann.
Als besonders vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf einen Massenausgleich und damit eine besonders gute Laufruhe, hat sich eine zweireihige Anordnung der Doppelkolben erwiesen, insbesondere mit einer Reihe von Doppelkolben oberhalb der Abtriebswelle und einer Reihe unterhalb der Abtriebswelle, insbesondere in gegenüberliegenden Reihen, d.h. eine Verbrennungskraftmaschine mit mehreren, in Längsrichtung der Abtriebswelle angeordneten Doppelkolben-Sätzen mit jeweils zwei parallel zueinander und jeweils zwei übereinander angeordneten Doppelkolben. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauweise einer Verbrennungskraftmaschine erreicht werden. Insbesondere kann bei gleicher Anzahl an Doppelkolben gegenüber einer als Reihen-Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine die Motorlänge auf die Hälfte verkürzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens zwei, in Längsrichtung der Abtriebswelle angeordneten, insbesondere beabstandet zueinander angeordneten Doppelkolben-Sätzen mit jeweils wenigstens einem Doppelkolben, sind wenigstens jeweils ein Doppelkolben des ersten Doppelkolben-Satzes und ein Doppelkolben des zweiten Doppelkolben-Satzes derart zueinander angeordnet, dass ihre Längsachsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, insbesondere in einer zur Drehachse der Abtriebswelle parallelen Ebene, wobei die beiden Doppelkolben vorzugsweise über die gleiche, weitere Getriebewelle mit der Abtriebswelle gekoppelt sind, und wobei insbesondere eine Drehachse der zugehörigen, weiteren Getriebewelle ebenfalls mit den Längsachsen der Doppelkolben in einer gemeinsamen Ebene liegt. Dadurch kann die Laufruhe sehr vorteilhaft beeinflusst werden, insbesondere können vorhandene Massenträgheitsmomente auf eine besonders einfache Art und Weise, insbesondere ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen, zumindest teilweise ausgeglichen werden, in einigen Fällen sogar vollständig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens zwei weitere Doppelkolben-Sätze, insbesondere ein weiteres Paar an Doppelkolben-Sätzen, mit jeweils wenigstens einem Doppelkolben, wenigstens zwei weitere Hubgestänge und wenigstens ein weiteres Getriebe auf, wobei die Doppelkolben der beiden weiteren Doppelkolben-Sätze vorzugsweise jeweils über eines der weiteren, jeweils zugehörigen Hubgestänge und das weitere, vorzugsweise gemäß dem ersten Getriebe ausgebildete Getriebe mit der Abtriebswelle mechanisch gekoppelt sind, wobei wenigstens ein Doppelkolben des ersten weiteren Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise sämtliche Doppelkolben des ersten weiteren Doppelkolben-Satzes, jeweils über ein zugehöriges, separate Hubgestänge jeweils im Bereich der ersten Stirnseite und/oder an der ersten Stirnseite einer weiteren, zugehörigen Getriebewelle des zweiten Getriebes angebunden ist und wenigstens ein Doppelkolben des zweiten, weiteren Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise sämtliche Doppelkolben des zweiten, weiteren Doppelkolben-Satzes, im Bereich der zweiten, von der ersten Stirnseite abgewandten Stirnseite und/oder an der zweiten, von der ersten Stirnseite abgewandten Stirnseite der weiteren, zugehörigen Getriebewelle des weiteren Getriebes angebunden sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens ein Hubgestänge einen ersten Lagerzapfen und einen zweiten Lagerzapfen sowie eine Pleuelstange mit zwei Pleuelaugen auf, wobei die Lagerzapfen vorzugsweise parallel zur Drehachse der Abtriebswelle angeordnet sind und sich die Pleuelstange insbesondere parallel zur Linearachse des Doppelkolbens erstreckt. Dabei sind die Lagerzapfen vorzugsweise jeweils über eines der Pleuelaugen mit der Pleuelstange verbunden sind.
Vorzugsweise ist der erste Lagerzapfen des Hubgestänges mit der Verbindungseinrichtung, insbesondere der Kolbenstange eines Doppelkolbens, gekoppelt, insbesondere drehbar in der Kolbenstange gelagert und fest mit dem Pleuelauge verbunden, oder fest mit der Kolbenstange verbunden und drehbar im Pleuelauge gelagert. Vorzugsweise ist der Lagerzapfen dabei symmetrisch zu den beiden Kolben des Doppelkolbens an der Verbindungseinrichtung angebunden, d.h. vorzugsweise in der Mitte der Kolbenstange.
Der zweite Lagerzapfen ist vorzugsweise mit einer weiteren Getriebewelle verbunden, insbesondere mit dem zugehörigen Getriebeelement der weiteren Getriebewelle, wobei der zweite Lagerzapfen vorzugsweise stirnseitig mit der zugehörigen Getriebewelle mechanisch verbunden ist und insbesondere exzentrisch zur Drehachse der Getriebewelle an der Getriebewelle angebunden ist, insbesondere mit einem Exzenterabstand, welcher einem halben Hub des Doppelkolbens entspricht.
Der zweite Lagerzapfen ist vorzugsweise ebenfalls entweder drehbar in der Getriebewelle gelagert und fest mit dem Pleuelauge der Pleuelstange des Hubgestänges verbunden, oder fest an der Getriebewelle angebunden und drehbar im Pleuelauge gelagert, wobei jeweils die drehbare Lagerung der Lagerzapfen in den Pleuelaugen der Pleuelstange vorteilhafter erscheint.
In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, am Hubgestänge noch eine Schwungmasse anzuordnen, wobei die Schwungmasse besonders vorteilhaft an einem der Lagerzapfen drehfest befestigt ist, insbesondere an dem getriebeseitigen Lagerzapfen des Hubgestänges.
Statt eines vorbeschriebenen Hubgestänges mit einer Pleuelstange und zwei Lagerzapfen, kann das Hubgestänge in einer alternativen Ausgestaltung auch durch eine einzelne, dreidimensional im Raum verlaufend angeordnete Hubstange gebildet sein, welche jeweils an ihren Enden über Gelenke mit dem Doppelkolben und der jeweils zugehörigen Getriebewelle gekoppelt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer gemäß dem ersten Aspekt und/oder gemäß dem zweiten Aspekt ausgebildeten, erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens ein Hubgestänge genau eine Pleuelstange auf, d.h. nur eine einzige Pleuelstange, wobei die Pleuelstange vorzugsweise starr ausgebildet ist, insbesondere einstückig. Dadurch kann das Hubgestänge besonders einfach ausgestaltet werden, sowohl kinematisch besonders einfach als auch konstruktiv und damit kostengünstig.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung kann dabei jegliche Art von Fahrzeug sein, d.h. ein Landfahrzeug und/oder ein Wasserfahrzeug, d.h. auch ein Schiff oder ein Amphibienfahrzeug. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine hat sich jedoch als besonders geeignet für Kraftfahrzeuge, insbesondere bei Personenkraftwagen und Krafträdern erwiesen.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann aber auch in Notstromaggregaten eingesetzt werden, wobei unter einem Notstromaggregat im Sinne der Erfindung ein Stromerzeugungsaggregat verstanden wird, insbesondere ein stationäres Aggregat, das zur Erzeugung von Strom ein Antriebsaggregat, vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Notstromaggregat ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren, in Form von Unterkombinationen bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwirklicht sein können und eine vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführung darstellen können, für die ebenfalls Schutz beansprucht wird, sofern sie technisch sinnvoll ist.
Manche der nachfolgend genannten Merkmale bzw. Eigenschaften betreffen sowohl eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine als auch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug und/oder ein erfindungsgemäßes Notstromaggregat. Einige dieser Merkmale und Eigenschaften werden nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander im Rahmen technisch möglicher Ausgestaltungen sowohl für eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine als auch für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug und/oder ein erfindungsgemäßes Notstromaggregat.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung von zwei Doppelkolben-Sätzen mit jeweils zwei in Umfangsrichtung um die Abtriebswelle herum verteilt angeordneten Doppelkolben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sowie deren mechanische Kopplung mit der Abtriebswelle in perspektivischer Darstellung,
2 die Anordnung aus 1 in Ansicht von rechts,
3 die Anordnung aus den 1 und 2 in Ansicht von vorne,
4 die Anordnung aus den 1 bis 3 in Ansicht von oben,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung von zwei Doppelkolben-Sätzen mit jeweils drei in Umfangsrichtung um die Abtriebswelle herum verteilt angeordneten Doppelkolben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sowie deren mechanische Kopplung mit der Abtriebswelle in perspektivischer Darstellung,
6 die Anordnung aus 5 in Ansicht von rechts,
7 die Anordnung aus den 5 und 6 in Ansicht von vorne und
8 die Anordnung aus den 5 bis 7 in Ansicht von oben.
Das in 1 dargestellte, erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung 1 zwei Doppelkolben-Sätzen DS1 und DS2 mit jeweils zwei Doppelkolben 2 und 3 bzw. 4 und 5, also mit insgesamt vier Doppelkolben 2, 3, 4, 5, einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sowie deren mechanische Kopplung mit einer Abtriebswelle 6, welche um eine Drehachse 9 drehbar gelagert ist, in perspektivischer Darstellung. Es versteht sich von selbst, dass eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine über die dargestellten Komponenten hinaus noch weitere, zusätzliche, hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Komponenten aufweist, insbesondere entsprechende Zylinder mit Brennräumen, sowie vorzugsweise wie bei Verbrennungskraftmaschinen in der Regel üblich, einen entsprechenden Motorblock, Ventile, Nockenwellen und sonstige, übliche Komponenten.
Die Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 weisen jeweils zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Kolben 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b auf, welche jeweils mittels einer Verbindungseinrichtung 2c bzw. 3c in Form einer Kolbenstange 2c bzw. 3c starr miteinander verbunden sind und jeweils über ein zugehöriges Hubgestänge 2e bzw. 3e und über ein erstes Getriebe 12 mit der Abtriebswelle 6 gekoppelt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Verbindungseinrichtungen 2c und 3c und die Hubgestänge 2e und 3e des ersten Doppelkolben 2 und des zweiten Doppelkolbens 3 näher bezeichnet. Die vier Hubgestänge 2e, 3e sind ferner jeweils nur schematisch dargestellt, um prinzipiell die mechanische Kopplung der Doppelkolben 2, 3, 4, und 5 mit dem ersten Getriebe 12 zu zeigen.
Die vier Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 sind jeweils derart angeordnet, dass sich ihre Linearachsen 2d, 3d, d.h. ihre Hubachsen 2d, 3d, welche ebenfalls nur bei den Doppelkolben 2 und 3 näher bezeichnet sind, senkrecht zur Drehachse 9 der Abtriebswelle 6 erstrecken.
Der zweite Doppelkolben 3 ist dabei auf einer vom ersten Doppelkolben 2 abgewandten Seite der Abtriebswelle 6 angeordnet, insbesondere auf einer gegenüberliegenden Seite der Abtriebswelle 6 und derart zum ersten Doppelkolben 2 angeordnet, dass die Linearachsen 2d und 3d der Doppelkolbens 2 und 3 in einer gemeinsamen Ebene liegen, die sich insbesondere senkrecht zur Drehachse 9 der Abtriebswelle 6 erstreckt.
Das Getriebe 12, über welches jeweils sämtliche Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 mittels eines zugehörigen Hubgestänges 2e bzw. 3e mit der Abtriebswelle 6 mechanisch gekoppelt sind, weist neben einer ersten Getriebewelle 6, welche durch die Abtriebswelle 6 gebildet wird und einem ersten, drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbundenen, als außenverzahntes Stirnrad ausgebildeten Getriebeelement 6a noch eine zweite, drehbar um die Drehachse 10 gelagerte Getriebewelle 7 auf mit einem außenverzahnten Stirnrad 7a als zweitem Getriebeelement und eine dritte, drehbar um die Drehachse 11 gelagerte Getriebewelle 8 mit einem ebenfalls außenverzahnten Stirnrad 8a als drittem Getriebeelement. Dabei kämmen die Zahnräder 7a und 7b jeweils mit dem Zahnrad 6a. Über ein weiteres Getriebeelement 6b kann auf die Abtriebswelle 6 übertragene Leistung an ein weiteres Getriebe oder dergleichen abgegeben werden
Die Hubgestänge 2e, 3 der Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 sind dabei jeweils mit einem der Getriebeelemente 7a bzw. 8a verbunden, wobei das erste Hubgestänge 2e des ersten Doppelkolbens 2 erfindungsgemäß nur mit einer ersten Stirnseite 7-S1 des Zahnrads 7a verbunden ist und insbesondere exzentrisch zu dessen Drehachse 10 angebunden ist. Das zweite Hubgestänge 3e des zweiten Doppelkolbens 3 ist erfindungsgemäß auch nur mit einer ersten Stirnseite 8-S1 des Zahnrads 8a verbunden, ebenfalls exzentrisch zur Drehachse der dritten Getriebewelle 8. Der gewählte Exzenter-Abstand entspricht dabei jeweils einem halben Hub des zugehörigen Doppelkolbens.
Die Hubgestänge 2e, 3e der Doppelkolben 2 und 3 des ersten Doppelkolben-Satzes DS1 bzw. die Hubgestänge der Doppelkolben 4 und 5 des zweiten Doppelkolben-Satzes DS2 sind dabei jeweils auf der gleichen Seite des Getriebes angebunden, wobei die Hubgestänge 2e, 3e der Doppelkolben 2 und 3 des ersten Doppelkolben-Satzes DS1 jeweils an den ersten Stirnseiten 7-S1 und 8-S1 angebunden sind und die Hubgestänge der Doppelkolben 4 und 5 des zweiten Doppelkolben-Satzes DS2 jeweils an den zweiten Stirnseiten 7-S2 und 8-S2.
Sämtliche Hubgestänge, welche hier jeweils nur schematisch durch eine einzelne Hubstangen angedeutet sind, weisen bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise genau eine Pleuelstange, d.h. nur eine einzige Pleuelstange, und jeweils einen ersten und einen zweiten Lagerzapfen auf, wobei sich die beiden Lagerzapfen vorzugsweise parallel zur Längsachse bzw. zur Drehachse 9 der Abtriebswelle 6 erstrecken und die Pleuelstange senkrecht dazu, und wobei die beiden Lagerzapfen bevorzugt jeweils über ein Pleuelauge drehbar in der Pleuelstange gelagert sind. Dabei ist ein erster Lagerzapfen bevorzugt fest mit der Kolbenstange 2c, 3c des zugehörigen Doppelkolbens 2, 3, 4 und 5 verbunden und ein zweiter Lagerzapfen bevorzugt jeweils fest mit der zugehörigen Getriebewelle 7, 8 bzw. einem auf der Getriebewelle 7, 8 angeordneten Getriebeelement 7a, 8a. In diesem Fall ist das erste Hubgestänge 2e des ersten Doppelkolbens 2 mit der zweiten Getriebewelle 7 bzw. mit dem Zahnrad 7a verbunden und das zweite Hubgestänge 3e mit der dritten Getriebewelle 8 bzw. dem Zahnrad 8a.
Wird nun beispielsweise in Folge einer Verbrennung in einem Brennraum eines dem Kolben 2a zugeordneten, hier nicht dargestellten, Zylinder eine Hubbewegung des Doppelkolbens 2 erzeugt, kann die Hubbewegung des Doppelkolbens über das Hubgestänge 2e und das Getriebe 12, insbesondere über das erste Zahnrad 7a und das Zahnrad 6a der Abtriebswelle, in eine Rotationsbewegung umgewandelt und auf die Abtriebswelle 6 übertragen werden. Entsprechend kann eine Hubbewegung der anderen Doppelkolben 3, 4 und 5 in eine Rotationsbewegung umgewandelt und auf die Abtriebswelle übertragen werden.
Durch die vorteilhafte Anordnung des ersten Doppelkolbens 2 und des zweiten Doppelkolbens 3 des ersten Doppelkolbensatzes DS1 sowie der weiteren Doppelkolben 4 und 5 des zweiten Doppelkolben-Satzes DS2 jeweils in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle 6 herum, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten der Abtriebswelle 6, kann eine besonders bauraumsparende und kompakte Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 realisiert werden, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine mit einer kurzen Motorlänge. Bei entsprechend vorteilhaft abgestimmten Verbrennungstakten, wie dies bei der beispielhaft in 1 dargestellten Anordnung 1 mit vier Doppelkolben 2, 3, 4 und 5 schematisch angedeutet ist, und insbesondere anhand der folgenden 2 bis 4 erkennbar ist, kann ferner auf eine einfache und damit auf eine vorteilhafte Weise ein Massenausgleich realisiert werden, insbesondere, wenn die Verbrennungstakte derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich der erste Doppelkolben 2 und zweite Doppelkolben 3 gegenläufig bewegen und vorzugsweise die beiden weiteren Doppelkolben 4 und 5 ebenso.
Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 1, wie sie in den 1 bis 4 dargestellt ist, mit 2 Doppelkolben-Sätzen DS1, DS2 mit jeweils zwei Doppelkolben 2, 3 und 4, 5 lässt sich ein besonders guter Massenausgleich erzielen und damit eine besonders gute Laufruhe.
Anhand der 2 bis 4, welche die Anordnung 1 in verschiedenen Ansichten zeigen, ist gut erkennbar, wie sich die einzelnen, jeweils übereinander angeordneten Doppelkolben 2 und 3 bzw. 4 und 5 vorteilhaft gegenläufig bewegen, und wie sich die nebeneinander angeordneten Doppelkolben 2 und 4 bzw. 3 und 5 zueinander bewegen, um einen möglichst guten Massenausgleich zu erreichen.
Aus 2 ist ferner gut zu erkennen, dass die Drehachsen 9, 10 und 11 der Getriebewellen 6, 7 und 8 unmittelbar übereinander in einer gemeinsamen Ebene liegen, und insbesondere mit einer Längsmittelebene der Abtriebswelle 6 zusammenfallen.
Die 5 bis 8 zeigen jeweils in verschiedenen Ansichten ein zweites Ausführungsbeispiel 100 einer Anordnung von zwei Doppelkolben-Sätzen DS1, DS2 mit jeweils in Umfangsrichtung um die Abtriebswelle herum verteilt angeordneten Doppelkolben 2, 3, 4, 5, 13 und 14 einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sowie deren mechanische Kopplung mit der Abtriebswelle 6. Mit dem vorherigen Beispiel übereinstimmende Bauteile sind dabei gleich bezeichnet.
Bei dieser Anordnung 100 weist jeder Doppelkolbensatz DS1, DS2 jeweils nicht nur zwei, sondern jeweils drei Doppelkolben 2, 3, 13 bzw. 4, 5, 14 auf, welche jeweils gleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung angeordnet sind, insbesondere derart, dass sich die in dieser Darstellung nicht näher bezeichneten Linearachsen der Doppelkolben 2, 3, 13 bzw. 4, 5, 14 eines Doppelkolben-Satzes DS 1 bzw. DS2 jeweils mit einem Innenwinkel von 60° schneiden. Aufgrund der größeren Anzahl der Doppelkolben bei gleicher Größe der Doppelkolben 2, 3, 4, 5 bzw. 13, 14 kann mit einer derartigen Anordnung 100 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer deutlich größeren Leistung, insbesondere mit ca. 50% mehr Hubraum bereitgestellt werden, insbesondere ohne dass im gleichen Maße mehr Bauraum erforderlich ist.
Das Getriebe 12 weist für jeden Doppelkolben 2, 3, 13 bzw. 4, 5, 14 eines Doppelkolben-Satzes DS1 bzw. DS2 jeweils eine weitere Getriebewelle 7, 8, 15 mit jeweils einem weiteren Getriebeelement 7a, 8a, 15a auf, wobei die vierte Getriebewelle 15 um die Drehachse 16 drehbar gelagert ist und über das vierte Getriebeelement 15a ebenfalls mit dem ersten Getriebeelement 6a kämmt. Jede der weiteren Getriebewellen 7, 8, 15 ist jeweils einem Doppelkolben 2, 3, 13 bzw. 4, 5, 14 eines der beiden Doppelkolben-Sätze DS1 bzw. DS2 zugeordnet und jeder Doppelkolben ist gemäß mittels jeweils eines hier nicht näher bezeichneten Hubgestänges, wie bei der zuvor beschriebenen Anordnung 1, mechanisch an der zugehörigen, weiteren Getriebewelle 7, 8, 15, insbesondere jeweils an deren Stirnseiten 7-S1, 7-S2, 8-S2 und 8-S2, angebunden.
Dabei sind die Doppelkolben 2, 3, 4, 5, 13 und 14 jeweils ebenfalls, wie bei der ersten beispielhaft gezeigten Anordnung 1, derart angeordnet, dass jeweils die hier nicht näher bezeichneten Linearachsen der Doppelkolben 2, 3, 13 des ersten Doppelkolben-Satzes DS1 und jeweils die nicht näher bezeichneten Linearachsen der Doppelkolben 4, 5, 14 des zweiten Doppelkolben-Satzes DS2 in einer Ebene liegen sowie die Linearachsen der Doppelkolben 2, 4 bzw. 3, 5 bzw. 13, 14, welche über die gleiche, weitere Getriebewelle 7, 8, 15 mit der Abtriebswelle 6 gekoppelt sind, so dass ebenfalls ein möglichst guter Massenausgleich erreicht werden kann.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1, 100: Ausführungsbeispiel einer Anordnung von Doppelkolben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine
2: erster Doppelkolben
2a, 2b,: Kolben des ersten Doppelkolbens
2c: Kolbenstange des ersten Doppelkolbens
2d: Linearachse des ersten Doppelkolbens
2e: erstes Hubgestänge
3: zweiter Doppelkolben
3a, 3b: Kolben des zweiten Doppelkolbens
3c: Kolbenstange des zweiten Doppelkolbens
3d: Linearachse des zweiten Doppelkolbens
3e: zweites Hubgestänge
4: dritter Doppelkolben
5: vierter Doppelkolben
6: Abtriebswelle, erste Getriebewelle
6a: erstes Getriebeelement
6b: weiteres Getriebeelement
7: zweite Getriebewelle
7a: zweites Getriebeelement
7-S1: erste Stirnseite der zweiten Getriebewelle
7-S2: zweite Stirnseite der zweiten Getriebewelle
8: dritte Getriebewelle
8a: drittes Getriebeelement
8-S1: erste Stirnseite der dritten Getriebewelle
8-S2: zweite Stirnseite der dritten Getriebewelle
9: Drehachse der Abtriebswelle
10: Drehachse der ersten Getriebewelle
11: Drehachse der zweiten Getriebewelle
12: erstes Getriebe
13: fünfter Doppelkolben
14: sechster Doppelkolben
15: vierte Getriebewelle
15a: viertes Getriebeelement
16: Drehachse der vierten Getriebewelle
DS1: erster Doppelkolben-Satz
DS2: zweiter Doppelkolben-Satz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3346062 A1 [0002]
DE 4035562 A1 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1, 100), insbesondere für ein Fahrzeug oder ein Notstromaggregat, wobei die Verbrennungskraftmaschine (1, 100) – wenigstens einen ersten Doppelkolben-Satz (DS1) mit wenigstens einem ersten Doppelkolben (2) mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse (2d) translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung (2c) miteinander verbundenen Kolben (2a, 2b), – wenigstens ein Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum, – eine Abtriebswelle (6), – wenigstens ein erstes Hubgestänge (2e) und – wenigstens ein erstes Getriebe (12) aufweist, – wobei jedem Kolben (2a, 2b) eines Doppelkolbens (2) ein Zylinder eines Zylinderpaares zugeordnet ist, – wobei das erste Getriebe (12) eine durch die Abtriebswelle (6) gebildete erste Getriebewelle (6) und wenigstens eine zweite, weitere Getriebewelle (7) mit einer ersten Stirnseite (7-S1) und einer zweiten Stirnseite (7-S2) aufweist, wobei die zweite Getriebewelle (7) mit der ersten Getriebewelle (6) kämmt und – wobei der erste Doppelkolben (2) mittels eines Hubgestänges (2e) derart mit der zweiten Getriebewelle (7) mechanisch verbunden ist, dass eine Hubbewegung des ersten Doppelkolbens (2) in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle (6) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hubgestänge (2e) entweder im Bereich der ersten Stirnseite (7-S1) oder im Bereich der zweiten Stirnseite (7-S2) an der zweiten Getriebewelle (7) angebunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hubgestänge (2e) an der ersten Stirnseite (7-S1) oder an der zweiten Stirnseite (7-S2) der zweiten Getriebewelle (7) angebunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Doppelkolben-Satz (DS1) wenigstens einen zweiten Doppelkolben (3, 13) mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse (3d) translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung (3c) miteinander verbundenen Kolben (3a, 3b) und wenigstens ein weiteres Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum aufweist, wobei jedem Kolben (2a, 2b) eines Doppelkolbens (2) ein Zylinder eines Zylinderpaares zugeordnet ist, wobei jeder Doppelkolben (2, 3, 13) des Doppelkolben-Satzes (DS1) derart mechanisch mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt ist, dass eine Hubbewegung des Doppelkolbens (2, 3, 13) in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle (6) übertragen wird, und wobei die Doppelkolben (2, 3, 13) des ersten Doppelkolben-Satzes (DS1) in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle (6) herum angeordnet sind.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Doppelkolben (2, 3, 13) des ersten Doppelkolben-Satzes (DS1), vorzugsweise sämtliche Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) der Verbrennungskraftmaschine (1, 100), jeweils über ein separates, dem jeweiligen Doppelkolben zugeordnetes Hubgestänge (2e, 3e) und ein Getriebe (12) mechanisch mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt sind, wobei die Hubgestänge (2e, 3e) und das Getriebe (12) jeweils derart ausgebildet sind, dass eine Hubbewegung der Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) jeweils mittels des zugehörigen Hubgestänges (2e, 3e) und mittels des Getriebes (12) in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird und auf die Abtriebswelle (6) übertragen wird.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2) über ein gemeinsames Getriebe (12) mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt sind, wobei das Getriebe (12) vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass es für jeden Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2) eine weitere Getriebewelle (7, 8, 15) aufweist und insbesondere jedem Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) des Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2) eine weitere Getriebewelle (7, 8, 15) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise jedem Doppelkolben genau eine weitere Getriebewelle (7, 8, 15) zugeordnet ist, und wobei insbesondere jeder Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2) über ein separates, dem Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) zugeordnetes Hubgestänge (2e, 3e) an der ihm zugeordneten, weiteren Getriebewelle (7, 8, 15) angebunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubgestänge (2e, 3e) der Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2) jeweils an der gleichen Seite im Bereich der Stirnseite (7-S1, 7-S2; 8-S1, 8-S2) der jeweiligen, den Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) zugeordneten, weiteren Getriebewellen (7, 8, 15) angebunden sind, insbesondere exzentrisch zur Drehachse (10, 11, 16) der jeweiligen, dem zugehörigen Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) zugeordneten Getriebewelle (7, 8, 15).
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Linearachse (2d, 3d) wenigstens eines Doppelkolbens (2, 3, 4; 5, 13, 14) senkrecht zur Drehachse (9) der Abtriebswelle (6) erstreckt, vorzugsweise wenigstens die Linearachsen (2d, 3d) der Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2), insbesondere die Linearachsen (2d, 3d) sämtlicher Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) der Verbrennungskraftmaschine (1, 100).
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearachsen (2d, 3d) von wenigstens zwei Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2), vorzugsweise die Linearachsen (2d, 3d) sämtlicher Doppelkolben (2, 3, 13; 4, 5, 14) eines Doppelkolben-Satzes (DS1, DS2), insbesondere jeweils bei sämtlichen Doppelkolben-Sätzen (DS1, DS2), in einer gemeinsamen Ebene liegen, vorzugsweise in einer sich senkrecht zur Drehachse (9) der Abtriebswelle (6) erstreckenden Ebene.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Doppelkolben-Satz (DS1) einen ersten Doppelkolben (2) und einen zweiten Doppelkolben (3) aufweist, wobei der erste Doppelkolben (2) und der zweite Doppelkolben (3) derart in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle (6) herum angeordnet sind, dass die Linearachse (3d) des zweiten Doppelkolbens (3) auf einer von der Linearachse (2d) des ersten Doppelkolbens (2) abgewandten Seite der Abtriebswelle (6) verläuft, vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite der Abtriebswelle (6).
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Doppelkolben (2) und der zweite Doppelkolben (3) über ein gemeinsames, erstes Getriebe (12) mechanisch mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt sind, wobei der erste Doppelkolben (2) über ein erstes, vorzugsweise mit der Verbindungseinrichtung (2c) des ersten Doppelkolbens (2) verbundenes Hubgestänge (2e) und über eine zweite, weitere Getriebewelle mit dem ersten Getriebe (12) mechanisch verbunden ist und der zweite Doppelkolben (3) über ein zweites, vorzugweise mit der Verbindungseinrichtung (3c) des zweiten Doppelkolbens (3) verbundenes Hubgestänge (3e) und über eine dritte, weitere Getriebewelle.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (10, 11) der zweiten Getriebewelle (7) und der dritten Getriebewelle (8) in einer gemeinsamen Ebene liegen, vorzugsweise die Drehachsen (10, 11) der zweiten Getriebewelle (7) und der dritten Getriebewelle (8) sowie die Drehachse (9) der Abtriebswelle (6), wobei die Drehachsen (10, 11) der zweiten Getriebewelle (7) und der dritten Getriebewelle (8) insbesondere in einer Längsmittelebene der Abtriebswelle (6) liegen.
Verbrennungskraftmaschine (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Doppelkolben-Satz (DS1) drei Doppelkolben (2, 3, 13) aufweist, wobei die Doppelkolben (2, 3, 13) des ersten Doppelkolben-Satzes (DS1) derart in Umfangsrichtung verteilt um die Abtriebswelle (6) herum angeordnet sind, dass sich ihre Linearachsen (2d, 3d) mit einem Innenwinkel von 60° schneiden.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (100) wenigstens einen zweiten Doppelkolben-Satz (DS2), wenigstens ein zweites Zylinderpaar mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Zylindern mit jeweils einem Brennraum sowie wenigstens ein weiteres Hubgestänge aufweist, wobei der zweite Doppelkolben-Satz (DS2) wenigstens einen weiteren Doppelkolben (4, 5, 14) mit ebenfalls zwei diametral gegenüberliegend angeordneten, gleichsinnig entlang einer gemeinsamen Linearachse translatorisch bewegbaren, mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbundenen Kolben (4a, 4b; 5a, 5b) aufweist, wobei jedem Kolben (2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b) eines Doppelkolbens (2, 3, 4, 5, 13, 14) ein Zylinder eines Zylinderpaares zugeordnet ist, wobei der weitere Doppelkolben (4, 5, 14) mittels des weiteren Hubgestänges derart mit der zweiten Getriebewelle (7) oder einer weiteren Getriebewelle (8, 15) des ersten Getriebes (12) mechanisch verbunden ist, dass eine Hubbewegung des weiteren Doppelkolbens (4, 5, 14) in eine Rotationsbewegung umgewandelt und auf die Abtriebswelle (6) übertragen wird, und wobei das weitere Hubgestänge vorzugsweise im Bereich der vom ersten Hubgestänge abgewandten Stirnseite der zweiten Getriebewelle (7) oder der weiteren Getriebewelle (8, 15) angebunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens jeweils ein Doppelkolben (2, 3, 13) des ersten Doppelkolben-Satzes (DS1) und ein Doppelkolben (4, 5, 14) des zweiten Doppelkolben-Satzes (DS2) derart zueinander angeordnet sind, dass ihre Linearachsen (2d) in einer gemeinsamen Ebene liegen, insbesondere in einer zur Drehachse (9) der Abtriebswelle (6) parallelen Ebene, wobei die beiden Doppelkolben (2 und; 3 und 5; 13 und 14) vorzugsweise über die gleiche, weitere Getriebewelle (7, 8, 15) mit der Abtriebswelle (6) gekoppelt sind, und wobei insbesondere eine Drehachse (10, 11, 16) der zugehörigen, weiteren Getriebewelle (17, 8, 15) jeweils mit den Längsachsen der angebundenen Doppelkolben (2 und 4; 3 und 5; 13 und 14) in einer gemeinsamen Ebene liegt.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens zwei weitere Doppelkolben-Sätze, insbesondere ein weiteres Paar an Doppelkolben-Sätzen, mit jeweils wenigstens einem Doppelkolben, wenigstens zwei weitere Hubgestänge und wenigstens ein weiteres Getriebe aufweist, wobei die Doppelkolben der beiden weiteren Doppelkolben-Sätze vorzugsweise jeweils über eines der weiteren, jeweils zugehöriges Hubgestänge und das weitere, vorzugsweise gemäß dem ersten Getriebe ausgebildete Getriebe mit der Abtriebswelle mechanisch gekoppelt sind, wobei wenigstens ein Doppelkolben des ersten weiteren Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise sämtliche Doppelkolben des ersten weiteren Doppelkolben-Satzes, jeweils über ein zugehöriges, separate Hubgestänge jeweils im Bereich der ersten Stirnseite einer weiteren, zugehörigen Getriebewelle des weiteren Getriebes angebunden ist und wenigstens ein Doppelkolben des zweiten, weiteren Doppelkolben-Satzes, vorzugsweise sämtliche Doppelkolben des zweiten, weiteren Doppelkolben-Satzes, im Bereich der zweiten, von der ersten Stirnseite abgewandten Stirnseite der weiteren, zugehörigen Getriebewelle des weiteren Getriebes angebunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hubgestänge (2e, 3e) einen ersten Lagerzapfen und einen zweiten Lagerzapfen sowie eine Pleuelstange mit zwei Pleuelaugen aufweist, wobei die Lagerzapfen vorzugsweise parallel zur Drehachse (9) der Abtriebswelle (6) angeordnet sind und sich die Pleuelstange insbesondere parallel zur Linearachse (2d, 3d) des Doppelkolbens (2, 3, 13; 4, 5, 14) erstreckt.
Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hubgestänge (2e, 3e) genau eine Pleuelstange aufweist, wobei die Pleuelstange vorzugsweise starr ausgebildet ist, insbesondere einstückig.
Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (1, 100), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.
Notstromaggregat mit einer Verbrennungskraftmaschine (1, 100), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1, 100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.