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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein Kolben-Verbrennungsmotoren, Fluidpumpen und ähnliche Maschinen und insbesondere eine doppeltwirkende Scotch-Anordnung (DASY) für eine X-Motor-Konfiguration.
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Die heute am breitesten verwendeten Motorkonfigurationen sind Reihenmotoren, V-Motoren und Boxermotoren bzw. Liegendmotoren. Nahezu alle diese Motoren verwenden herkömmliche Pleuelstangen (Pleuel) im Kraftumwandlungssystem. Pleuel erzeugen durch die Art ihrer Bewegung Vibrationen mehrerer Ordnungen, so dass es keine praktische Methode gibt, in einem Motor, der Pleuel enthält, alle entstehenden Vibrationen aufzuheben. Manche herkömmlichen Motorkonfigurationen, die Pleuel verwenden, wie etwa der 90°-V8-Motor, verfügen über Ausgleich für Vibrationen erster und zweiter Ordnung, jedoch haben praktisch alle Motoren mit herkömmlichen Pleueln keinen Ausgleich für die dritte Ordnung und darüber.
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Das Scotch-Yoke ist ein Mechanismus zum Umwandeln der linearen Bewegung eines Gleitelements in Rotationsbewegung oder umgekehrt. Der Kolben oder ein anderes hin- und hergehendes Teil ist direkt an ein gleitendes Joch mit einem Schlitz gekoppelt, mit dem ein an dem rotierenden Teil befindlicher Zapfen in Eingriff steht. Ein Lagerbock verbindet die Rotationsbewegung an der Kurbelwelle mit der linearen Gleitbewegung an dem Joch. Die Bewegungsform des Kolbens ist im Zeitverlauf bei konstanter Drehzahl eine reine Sinuswelle.
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Anders als heute verwendete, herkömmliche Motorkonfigurationen ist der Scotch-Yoke-Mechanismus ein Mechanismus, der die Hubkolben mit genau harmonischer Bewegung für die hin- und hergehende Masse an die rotierende Kurbelwelle koppelt, so dass man sagen kann, dass ein Motor mit Scotch-Yokes ”für alle Ordnungen zu 100% ausgeglichen” ist, wenn er bezüglich der Kräfte und Momente erster Ordnung ausgeglichen ist.
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Mit Blick auf die Verringerung von Reibung im Motor kann der Scotch-Yoke-Mechanismus doppelseitig oder ”doppeltwirkend” in der Weise verwendet werden, dass jede hin- und hergehende Anordnung an jedem Ende einen Kolben hat, so dass jedes Kurbelzapfenlager an der Kurbelwelle an zwei Kolben und nicht nur einen Kolben gekoppelt ist. Auf diese Weise wird daher das Verhältnis von gesamten Motorlagern/Zylindern reduziert, und die Kurbelwelle ist für eine gegebene Zylinderzahl kürzer und leichter. Ein weiterer Nutzen des doppeltwirkenden Scotch-Yokes besteht darin, dass die Fluidbewegung innerhalb des Kurbelgehäuses minimiert wird, weil gegenüberliegende Kolben Luft einfach zwischen sich bewegen, während bei V-Motoren und Reihenmotoren eine größere Luftmasse vorhanden ist, die so um die Motorwände verschoben wird, dass größere Fluidreibung verursacht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen doppeltwirkenden Scotch-Yoke-(DASY-)-Mechanismus für X-Motoren zu schaffen, der im Verhältnis zu herkömmlichen Kolbenmotoren, die Pleuel verwenden, Effizienz und Leistung des Motors verbessert, Lärm und Vibrationen verringert, Größe und Gewicht des Motors verringert und die Produktionskosten senkt.
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In einem Aspekt hat ein doppeltwirkender Scotch-Yoke-(DASY-)-Mechanismus eine hin- und hergehende Anordnung, die eine Reihe aus vier starr miteinander verbundenen Komponenten ist: ”Kolben – Joch – Joch – Kolben”, wobei die beiden Kolben an gegenüberliegenden Enden der Anordnung eine gemeinsame, zentrale Achse haben, wobei alle Verbindungsstellen zwischen den Komponenten in der hin- und hergehenden Anordnung Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen sind und wobei die Ebenen der Verbindungsstellen zu der Achse der gegenüberliegenden Kolben senkrecht stehen. Diese Verbindungsstellen sind unter anderem, jedoch nicht ausschließlich: Kolben-zu-Joch, Joch-zu-Joch, Joch-zu-Kolben.
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Die erfindungsgemäße DASY-Anordnung hat an jeder Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle Positions-Passstifte zum Ausrichten der Komponenten, wobei die Achsen der Passstifte zu der gemeinsamen, zentralen Achse der gegenüberliegenden Kolben parallel sind und in jeder Komponente an jeder Verbindungsstelle entsprechende Präzisionslöcher zum Aufnehmen eines Passstiftes vorgesehen sind. Die Anordnung weist Gewinde-Befestigungselemente auf, wobei die Achsen der Befestigungselemente für die Joch-zu-Joch-Verbindungsstelle zu der gemeinsamen, zentralen Achse der gegenüberliegenden Kolben parallel sind. Zusätzlich sind die Achsen der Befestigungselemente für die Kolben-zu-Joch- und die Joch-zu-Kolben-Verbindungsstellen parallel zu der gemeinsamen, zentralen Achse der gegenüberliegenden Kolben. Außerdem ist das Joch in der DASY-Anordnung ein gemeinsames Teil, das in der Weise zweifach verwendet wird, dass sich an einem Bein des Jochs ein Gewindeloch befindet und an dem anderen Bein des Jochs ein gewindeloses Durchgangsloch befindet, was dazu führt, dass Befestigungselemente in der montierten DASY-Anordnung einander diagonal gegenüberliegen.
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Zusätzlich ist die DASY-Anordnung an eine Lagerbockanordnung gekoppelt, die primär aus zwei identischen Teilen gebildet ist, um eine kastenartige Struktur zu bilden, und die eine Vielzahl von Befestigungselementen hat, welche die beiden primären Teile aneinander festlegen, und ein seitliches, durch die Struktur gehendes Loch hat und ein Paar Schalenlager hat, die innerhalb des seitlichen Lochs festgelegt sind, wobei die Schalenlager rotierbar mit einem Kurbelzapfenlager an einer Kurbelwelle in Eingriff stehen, und ein Paar linearer Lagerflächen hat, die beide zu der Achse des seitlichen Lochs parallel sind und beide an gegenüberliegenden Seiten der kastenartigen Struktur nach außen gewandt sind, und wobei jede lineare Lagerfläche so mit einem Paar einwärts gewandter linearer Lagerflächen flankiert ist, dass an zwei Stellen zwei lineare Lagerflächen auf jeder Seite der Lagerbockanordnung vorhanden sind, die sich auf einer gemeinsamen Ebene befinden, welche quer zu der Achse des seitlichen Lochs liegt. Von der Seite aus gesehen, so dass die Achse des seitlichen Lochs kreuzweise gesehen wird, bildet außerdem die Struktur, welche die zwei Paare linearer Lageroberflächen stützt, den breitesten Teil der Lagerbockanordnung. Die Winkelbreite dieser vorstehenden Struktur, die an vier Stellen an jeder Lagerbockanordnung besteht und durch den Winkel des Vorstehens bestimmt ist, der durch die am weitesten vorstehenden Punkte und die zentrale Linie des seitlichen Lochs gebildet wird, von der Seite mit dem seitlichen Loch in der richtigen Perspektive gesehen, ist dieser Winkel bevorzugt deutlich kleiner als 90 Grad.
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Angesichts dessen ist ein Aspekt der Erfindung eine doppeltwirkende Scotch-Yoke-Anordnung (12) für einen X-Motor, welche umfasst: ein erstes Joch (22); ein zweites Joch (24), das an einer ersten Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle (35, 35) an dem ersten Joch (22) befestigt ist; einen ersten Kolben (18), der an einer zweiten Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle (54, 67) an dem ersten Joch (22) befestigt ist; und einen zweiten, gegenüberliegenden Kolben (28), der an einer dritten Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle (54, 67) an dem zweiten Joch (24) befestigt ist, wobei die Ebenen aller Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen zu einer gemeinsamen, zentralen Achse (33) der ersten und zweiten Kolben (18, 28) senkrecht stehen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein X-Motor-Kurbeltrieb (10, 100, 200) eine Vielzahl von doppeltwirkenden Scotch-Yoke-Anordnungen (12).
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es sind zwar verschiedene Ausführungsformen der Erfindung illustriert, jedoch sind die dargestellten besonderen Ausführungsformen nicht so auszulegen, dass sie die Patentansprüche einschränken. Es wird erwartet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen.
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1 ist eine Explosionsansicht eines DASY-X4-Motor-Kurbeltriebs, der zwei DASY-Anordnungen (eine in Explosionsansicht), zwei Lagerbockanordnungen (eine in Explosionsansicht) und eine Kurbelwelle für gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist;
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2 ist eine isometrische Ansicht des DASY-X4-Motor-Kurbeltriebs aus 1 in montiertem Zustand;
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3(a) ist eine Seitenansicht des DASY-X4-Motor-Kurbeltriebs aus 1 in montiertem Zustand, und 3b ist eine Verdeckte-Linien-Ansicht desselben von oben;
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4 ist eine Querschnittsansicht der DASY-Anordnung aus 1, gesehen durch die zentrale Achse der gegenüberliegenden Kolben;
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5(a) ist eine isometrische Ansicht des Kolbens der DASY-Anordnung aus 1 von unten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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5(b) ist eine isometrische Ansicht des Kolbens aus 4(a) von oben;
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5(c) ist eine seitliche Schnittansicht des Kolbens aus 4(a), wobei die Schnittebene auf der Achse der gegenüberliegenden Kolben liegt und zu der Achse der Kurbelwelle senkrecht steht, wobei die Ringstruktur und die inneren Strukturen gezeigt sind;
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6 ist eine isometrische Teilansicht der Wechselwirkung zwischen den linearen Lagerflächen an der DASY-Anordnung und der Lagerbockanordnung;
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7(a) und 7(b) sind Ansichten der Lagerbockanordnung aus 1 von oben bzw. von der Seite, welche die maximale Breite für die vorstehenden Strukturen, welche die Anti-Rotations-Lagerflächen stützen, zeigen, die weniger als neunzig (90) Grad in Bezug auf die zentrale Achse der Lagerbockanordnung beträgt, um eine minimale Beabstandung für benachbarte DASY-Anordnungen zu ermöglichen.
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8(a) und 8(b) sind Ansichten benachbarter Lagerbockanordnungen von oben bzw. von der Seite, die in einer X-Motor-Konfiguration gruppiert sind, wobei der Gruppierungsvorteil kürzerer Anti-Rotations-Lagerflächen deutlich wird;
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8(c) ist eine vergrößerte Ansicht von benachbarten Lagerböcken in dem X4-Motor-Kurbeltrieb, wobei die minimale Zwischenraumdistanz zwischen benachbarten DASY-Anordnungen gezeigt ist;
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9(a) und 9(b) sind eine isometrische bzw. eine Seitenansicht eines DASY-X8-Motor-Kurbeltriebs in montiertem Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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10(a) und 10(b) sind eine isometrische bzw. eine Seitenansicht eines DASY-X12-Motor-Kurbeltriebs in montiertem Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es folgen Illustrationen und Erläuterungen für eine doppeltwirkende Scotch-Yoke-(DASY-)-Anordnung für eine X-Motor-Konfiguration. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die DASY-Anordnung passend für jede spezifische Anwendung ausgebildet sein kann und nicht lediglich auf das Beispiel in den Illustrationen beschränkt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1–4 ist ein doppeltwirkender Scotch-Yoke-(DASY-)-X-Motor-Kurbeltrieb 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Allgemein weist der Kurbeltrieb 10 zwei DASY-Anordnungen 12, zwei Lagerbockanordnungen 14 und eine Kurbelwelle 16 auf. In der illustrierten Ausführungsform ist der X-Motor-Kurbeltrieb 10 als ein DASY-X4-Kurbeltrieb ausgebildet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Prinzipien der erfindungsgemäßen DASY-Anordnung 12 auch auf andere X-Motor-Kurbeltriebe anwendbar sind, etwa auf einen X8-Motor-Kurbeltrieb, einen X12-Motor-Kurbeltrieb, einen X16-Motor-Kurbeltrieb und dergleichen.
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Die DASY-Anordnung 12 bildet einen Grundbaustein des DASY-X-Motor-Kurbeltriebs 10 und umfasst vier Komponenten, die in Reihe miteinander verbunden sind:
- 1) einen ersten Kolben 18;
- 2) ein erstes Joch 22, das starr an dem ersten Kolben 18 befestigt ist;
- 3) ein zweites Joch 24, das starr an dem ersten Joch 22 befestigt ist; und
- 4) einen zweiten Kolben 28, der starr an dem zweiten Joch 26 befestigt ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Kolben 18 zu dem zweiten Kolben 28 identisch ist und das erste Joch 22 zu dem zweiten Joch 24 identisch ist.
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Die Joche 22, 24 sind mit einem Paar Gewinde-Befestigungselemente 25 starr miteinander verbunden, etwa mit Schrauben und dergleichen, die durch ein gewindeloses Loch 27 in einem Bein 21 des Jochs 22, 24 geführt sind und in einem Gewindeloch 31 in dem Bein 23 des anderen Jochs 22, 24 aufgenommen sind, wie in 4 gezeigt. Ein Passstift 29 ist in einem entsprechenden Paar separeter Senkbohrungen (nicht gezeigt) positioniert, die mit den Löchern 27, 31 auf einer Achse liegen können oder von der Achse der Löcher 27, 31 versetzt sein können. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung des Passstiftes 29 zum Positionieren der beiden Joche 22, 24 im Bezug zueinander beschränkt ist und dass die Erfindung unter Verwendung jeder geeigneten, dem Fachmann bekannten Struktur zum präzisen Positionieren der beiden Joche 22, 24 in Bezug zueinander ausführbar ist. Jedes Bein 21, 23 jedes Jochs 22, 24 hat eine plane Endfläche 35, die im montierten Zustand eine Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle zwischen den beiden Jochen 22, 24 bildet. Das bedeutet: Jedes Joch 22, 24 hat zwei plane Endflächen 35, die eine Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstelle zwischen den beiden Jochen 22, 24 bilden.
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Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die Joche 22, 24 zueinander identisch sind, so dass auf beiden Seiten der Lagerbockanordnung 14 dasselbe Teil verwendet werden kann, indem eines der Joche in Bezug auf das andere Joch um 180° gedreht wird, was zu einer Reduzierung der in der Anordnung 12 notwendigen Teile führt. Außerdem ist deutlich, dass die Gewinde-Befestigungselemente 25 einander diagonal gegenüberliegen, wenn die DASY-Anordnung 12 montiert ist.
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Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Joche 22, 24, die Passstifte 29, die Gewinde-Befestigungselemente 25 und die Kolben 18, 28 der DASY-Anordnung 12 in einer rein symmetrischen Beziehung zu einer gemeinsamen, zentralen Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 stehen und die gemeinsame, zentrale Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 zu einer zentralen Achse 30 der Kurbelwelle 16 in der montierten X-Motor-Konfiguration senkrecht steht, wie in 3 gezeigt. Dieses Merkmal ermöglicht es, dass der Massenmittelpunkt der DASY-Anordnung 12 auf der gemeinsamen, zentralen Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 angeordnet ist, was günstig ist, um während des Betriebs des X Motors einen Ausgleich von hin- und hergehenden und rotierenden Massen zu erzielen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Verbindungsstellen zwischen den vier Komponenten der DASY-Anordnung 12 Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen sind, wobei die Ebenen der flachen Oberflächen (35, 54, 67) zu der zentralen Linie 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 senkrecht stehen, wie in 3 gezeigt. Zu diesen Verbindungsstellen gehören: Kolben-zu-Kolben und Joch-zu-Joch. Diese Beziehung ist günstig für die Fertigung der Komponenten, die Montage der Komponenten in einem Motor sowie zur Minimierung von Spannungen in den Komponenten und in der Anordnung in einem laufenden Motor. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die Verbindungsstelle zwischen der DASY-Anordnung 12 und der Lagerbockanordnung 14 primär ein Paar Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen ist (d. h. lineare Lagerflächen 34, 36 des Lagerbocks stehen jeweils mit linearen Lagerflächen 72, 70 der DASY-Anordnung in Verbindung), das zu der gemeinsamen, zentralen Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 33 senkrecht steht.
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Die Bewegung der DASY-Anordnung 12 ist eine hin- und hergehende harmonische (sinusförmige) Bewegung. Das Ergebnis ist:
- – ein Kraftumwandlungssystem, das es ermöglicht, dass zwei koaxial gegenüberliegende Zylinder eines Motors durch ein einziges Kurbelzapfenlager an eine zentrale Kurbelwelle gekoppelt sind;
- – rein sinusförmige Bewegung, so dass X-Motor-Konfigurationen einen Ausgleich erster Ordnung erzielen, so dass ein 100-prozentiger Ausgleich für Vibrationen aller Ordnungen besteht;
- – das Zündfolge-Verhältnis für jedes Kolbenpaar der DASY-Anordnung 12 in einem Motor mit 4-Takt-Zylinder ist 180°/540°; und
- – die Zündfolge-Verhältnis für jedes Scotch-Yoke-Kolbenpaar in einem Motor mit 4-Takt-Zylinder ist 180°/180°.
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Jede DASY-Anordnung 12 ist so an die Lagerbockanordnung 14 gekoppelt, dass eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 16 in eine hin- und hergehende (rein sinusförmige) Bewegung der DASY-Anordnung 12 übersetzt wird. Jede Lagerbockanordnung 14 ist durch zwei lineare Lagerflächen 34, 36, die an gegenüberliegenden Enden der Lagerbockanordnung 14 angeordnet sind, an ihre jeweilige DASY-Anordnung 12 gekoppelt. In der illustrierten Ausführungsform des DASY-X4-Motor-Kurbeltriebs 10 sind zwei Lagerbockanordnungen 14 jeweils an einen Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 16 gekoppelt. Die beiden Lagerbockanordnungen 14 umgeben den Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 16, stehen mit demselben in Eingriff und laufen um, rotieren jedoch nicht um, die zentrale Achse 30 der Kurbelwelle 16, während die Kurbelwelle 16 rotiert.
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Dagegen sind bei Motoren mit herkömmlichen Pleuelstangen (Pleueln) häufig zwei Pleuel an jedem Kurbelzapfen befestigt, wie bei einem 90°-V8-Kraftfahrzeugmotor. Jedoch gilt es bei typischen Motorgestaltungen mit Pleueln als schwierig oder nicht praktisch, mit jedem Kurbelzapfen mehr als zwei Kolben zu verbinden. Wenn an jedem Kurbelzapfen drei oder mehr Pleuel befestigt wären, beträfe der Kompromiss die Breite der Motorlager-Kurbelwellen-Hauptlager und Kurbelwellen-Zapfenlager. Der andere mögliche Kompromiss bestünde in einer übermäßigen Beabstandung zwischen benachbarten Zylindern.
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Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass ein Radialmotor, der einen Haupt-Pleuel verwendet, an dem sekundäre Pleuel befestigt sind, eine Anordnung ist, die eine Befestigung mehrerer Zylinder eines Motors an einem einzigen Kurbelzapfenlager ermöglicht; dabei besteht jedoch der Kompromiss darin, dass bei diesem Motortyp wenigstens zwei unterschiedliche Kolbenbewegungen (Kolbenversetzung versus Kurbelwellenwinkel) auftreten, was alle Bemühungen, einen Ausgleich auch nur von Vibrationen erster Ordnung zu erreichen, wesentlich komplizierter macht. Daher gibt es kein praktisches Verfahren, um für eine so verbundene Zylindergruppe einen Ausgleich erster und zweiter Ordnung vorzusehen. Außerdem würden bei den modernen Kraftstoffeinspritzsystemen, die heute in Motoren verwendet werden, durch ein Vorsehen unterschiedlicher Kolbenbewegungen die Kalibrierung und Emissionsfähigkeit eines solchen Motors weitaus komplizierter.
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Man sieht also, dass die erfindungsgemäße doppeltwirkende Scotch-Yoke-(DASY-)-Anordnung 12 eine bessere Raumeffizienz als Motoren mit Pleueln erzielen kann und aufgrund einer reduzierten Fluidbewegung und Fluidreibung im Kurbelgehäuse höhere Leistung und Effizienz als Motoren mit Pleueln erzielen kann und gegenüber Radialmotoren mit Haupt-Pleueln bezüglich Ausgleich und Emissionen vorzuziehen ist.
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Wie in 1–3 gezeigt, ist eine Kurbelwelle 16 mit einzelnem Zapfen an zwei DASY-Anordnungen 12 für insgesamt vier Kolben 18, 28 gekoppelt. Es sind zwei Lagerbockanordnungen 14 vorhanden – eine für jede DASY-Anordnung 12, um die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 16 mit der hin- und hergehenden Bewegung der DASY-Anordnungen 12 zu koppeln. Die beiden Lagerbockanordnungen 14 sind an einen gemeinsamen Lagerzapfen 32 gekoppelt, funktionieren jedoch unabhängig voneinander.
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Unter Bezugnahme auf 5(a)–(c) sind mehrere Ansichten des Kolbens 18, 28 gezeigt. Der Kolben 18 ist gestaltet für eine starre Befestigung an dem Joch 22 und präzise Ausrichtung mit dem Rest der DASY-Anordnung 12, einschließlich des Kolbens 28, der am gegenüberliegenden Ende der DASY-Anordnung 12 starr an dem Joch 24 befestigt ist. Um einen Ausgleich für die rotierenden und hin- und hergehenden Massen zu erzielen, ist es notwendig, dass der Massenmittelpunkt der DASY-Anordnung auf der zentralen Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 angeordnet ist. In der erfindungsgemäßen DASY-Anordnung 12 ist jeder Kolben 18, 28 präzise mit den Jochen 22, 24 ausgerichtet, und zwar unter Verwendung der flachen Endfläche 54 der Joche 22, 24 und eines Passstiftes 56, der an dem Loch 55, das präzise auf der zentralen Achse 33 der gegenüberliegenden Kolben 18, 28 angeordnet ist, in Presspassung in die Endfläche 54 der Joche 22, 24 gefügt ist. Jeder Kolben 18, 28 ist mit Gewinde-Befestigungselementen 58, wie etwa Schrauben und dergleichen, starr an seinem jeweiligen Joch 22, 24 befestigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Trägerstrukturen 20, 26 der Joche 22, 24 eine Breite 59 haben, die einem Außendurchmesser 18, 28 so nah wie möglich kommt, wie in 2 gezeigt. Hierdurch wird die strukturell effizienteste Trägerstruktur bereitgestellt.
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Jeder Kolben 18, 28 hat eine achsensymmetrische Struktur, die einen Außenring 60 mit Nuten 61 bildet, wie dies bei Kolben in Verbrennungsmotoren üblich ist. In den illustrierten Ausführungsformen hat jeder Kolben 18, 28 drei Nuten 61. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der Nuten beschränkt ist und dass die Erfindung mit jeder günstigen Anzahl von Nuten ausgeübt werden kann, um die gewünschte Anzahl Kolbenringe für eine zufriedenstellende Leistung unterzubringen. Jeder Kolben 18, 28 weist an seinem Ende eine Verbrennungsfläche 62 auf, die dazu gebildet ist, den Anforderungen des verwendeten Verbrennungsprozesses zu genügen. Das gegenüberliegende Ende jedes Kolbens 18, 28 weist ein Kolbenschaftlager 64 auf, das eine im Wesentlichen achsensymmetrische Oberfläche ist, die mit der Zylinderbohrungsoberfläche des Motors (nicht gezeigt) verbunden ist und einen Durchmesser hat, der etwas größer als der Außendurchmesser des Außenrings 60 des Kolbens 18, 28 ist.
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Wie in 5(a) gezeigt, weist jeder Kolben 18, 28 auch eine zentrale Bohrung 66 zum Aufnehmen des Zapfens 56 und eine Vielzahl Gewindelöcher 68 zum Aufnehmen der Gewinde-Befestigungselemente 58 auf, um den Kolben 18, 28 starr an seinem jeweiligen Joch 22, 24 zu befestigen. Die zentrale Bohrung 66 des Kolbens ist koaxial zu der zentralen Achse 33 der gegenüberliegenden Kolben 18, 28. Eine untere Oberfläche 67 jedes Kolbens 18, 28 hat insgesamt vier (4) Gewinde-Befestigungselemente 68, die in vier Quadranten des Kolbens 18, 28 angeordnet sind, um jeden Kolben 18, 28 mit den Gewinde-Befestigungselementen 58 starr an seinem jeweiligen Joch 22, 24 zu befestigen. Die flache Oberfläche 57 an dem Ende des Jochs 22, 24 steht mit der flachen Oberfläche 67 des Kolbens 18, 28 in Eingriff, wobei diese flachen Oberflächen 57, 67 beide zu der zentralen Achse 33 der beiden gegenüberliegenden Kolben 18, 28 senkrecht stehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bodenfläche 67 des Kolbens 18, 28 als eine plane Gitterstruktur ausgebildet ist, um einen Kolben bereitzustellen, der extrem leicht ist.
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Wiederum unter Bezugnahme auf 1–3 weist jede Lagerbockanordnung 14 zwei identische Lagerbockhälften 42, 44 auf und fasst ein Paar 180°-Lagerschalen 46, 48, die den Kurbelzapfen 32 auf gleitbewegliche, rotationsfähige Weise umgeben. Eine Vielzahl von Gewinde-Befestigungselementen 50, wie etwa Schrauben und dergleichen, hält die Lagerbockanordnung 14 zusammen. Die beiden Lagerbockanordnungen 14 sind um den Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 16 montiert. Wie in 2 und 3 gezeigt, sind die Hauptlager 38, 40 der Kurbelwelle 16 auf der zentralen Achse 30 der Kurbelwelle 16 positioniert, so dass der Kurbelzapfen 32, während die Kurbelwelle 16 rotiert, auf exzentrische Weise um die zentrale Achse 30 der Kurbelwelle 16 rotiert.
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In dem illustrierten Beispiel des in 1–3 gezeigten DASY-X4-Kurbeltriebs 10 sind zwei Lagerbockanordnungen 14 vorhanden, die um den Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 16 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Lagerbockanordnungen 14 axial voneinander beabstandet sind und einen Raum entlang der Außenfläche des Kurbelzapfens 32 einnehmen und jeweils in einer anderen Richtung gewandt sind. Spezifisch sind in dem Beispiel des DASY-X4-Motor-Kurbeltriebs 10 die beiden Lagerbockanordnungen 14 in Bezug zueinander im 90-Grad-Winkel ausgerichtet.
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Wie bereits erwähnt, ist jede Lagerbockanordnung 14 durch zwei lineare Lagerflächen 34, 36, die an gegenüberliegenden Enden der Lagerbockanordnung 14 angeordnet sind, an ihre jeweilige DASY-Anordnung 12 gekoppelt.
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Unter Bezugnahme auf 6 sind die DASY-Anordnung 12 und die Lagerbockanordnung 14 gezeigt, wobei andere Teile der Deutlichkeit halber entfernt sind. Jedes Joch 22, 24 weist lineare Lagerflächen 70, 72 in einer gegenüberliegenden Beziehung (einander zugewandt) auf, die mit den linearen Lagerflächen 36 bzw. 34 an der Lagerbockanordnung 14 in Verbindung stehen. Jedes Joch 22, 24 weist weiterhin Anti-Rotations-Lagerflächen 74, 76 auf. Die Anti-Rotations-Lagerflächen 74, 76 sind koplanar und stehen mit Anti-Rotations-Lagerflächen 78, 80 von Anti-Rotations-Lager-Stützstrukturen 77, 79 an der Lagerbockanordnung 14 in Verbindung (7(a) und 7(b)). Die Anti-Rotations-Lagerflächen 74, 76 an den Jochen 22, 24 in Kombination mit den Anti-Rotations-Lagerflächen 78, 80 an der Lagerbockanordnung 14 umfassen ein Anti-Rotations-Merkmal der Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, dass auch ein Satz Anti-Rotations-Lagerflächen 74, 76, 78, 80 auf der anderen Seite der DASY-Anordnung 12 und dieser Lagerbockanordnung 14 vorhanden ist, die in dieser Ansicht nicht sichtbar sind und die zu dem eben erläuterten Anti-Rotations-Merkmal spiegelbildlich sind. Das Anti-Rotations-Merkmal der Erfindung verhindert ein Rotieren der DASY-Anordnung 12 um ihre Längsachse (Roll-Achse; roll axis), also um die Achse 33 der Kolben, um die DASY-Anordnungen korrekt ausgerichtet zu halten und zu verhindern, dass benachbarte DASY-Anordnungen aneinander oder an die Kurbelwelle stoßen, und erhält auch einen geeigneten mechanischen Kontakt an der linearen Lager-Verbindungsstelle aufrecht.
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7(a) zeigt eine Seitenansicht der Lagerbockanordnung 14. 7(b) zeigt eine Stirnseitenansicht der Lagerbockanordnung 14. Wie in 7(a) gezeigt, bestimmen die Anti-Rotations-Lager-Stützstrukturen 77, 79 an der Lagerbockanordnung 14 einen Umschließungswinkel 82 von weniger als neunzig (90) Grad in Bezug zu einer zentralen Achse 84 der Lagerbockanordnung 14. Wie in 7(b) gezeigt, bilden diese vorstehenden Anti-Rotations-Lager-Stützstrukturen 77, 79 an der Lagerbockanordnung 14 den breitesten Teil.
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Wie in 8(a)–8(c) gezeigt, wird dadurch, dass der Winkel 82 kleiner als neunzig (90) Grad ist, eine Gruppierung benachbarter DASY-Anordnungen 12 verschränkt nebeneinander für eine gegebene minimale Zwischenraumdistanz 86 ermöglicht, wenn zwei Lagerbockanordnungen 14 an demselben Kurbelzapfen 18 angebracht sind, wie bei einem X4-Motor-Kurbeltrieb 10 mit einem X-Winkel von 90°. Die Beschränkung der Breite des vorstehenden Anti-Rotations-Merkmals auf weniger als 90 Grad, wie beschrieben, ermöglicht die breiteste mögliche lineare Lagerfläche im Verhältnis zum Zylinderbankversatz, um zu akzeptabel niedrigen Lagerdrücken während des Betriebs beizutragen. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier beschriebene X4-Motor-Kurbeltrieb einen 90-Grad-X-Winkel hat, jedoch kann das Winkelverhältnis für benachbarte DASY-Anordnungen jeder Winkel zwischen null und 180 Grad sein.
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Durch Platzierung mehrerer DASY-X4-Kurbeltriebe 10 in Reihe an einer einzigen Kurbelwelle 16 entstehen die X-Motor-Konfigurationen DASY X8, X12, X16 usw. Beispielsweise zeigen 9(a) und 9(b) einen DASY-X8-Motor-Kurbeltrieb 100 durch Platzierung von zwei DASY-X4-Motor-Kurbeltrieben 10 an einer einzigen Kurbelwelle 16. In einem weiteren Beispiel zeigen 10(a) und 10(b) einen DASY-X12-Motor-Kurbeltrieb 200 durch Platzierung von vier X4-Motor-Kurbeltrieben 10 an einer einzigen Kurbelwelle 16.
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Durch Verändern der Winkelanordnung der Kurbelzapfen an der Kurbelwelle lassen sich diese Konfigurationen für einen spezifischen Motorzyklus besser geeignet gestalten, etwa für den Viertaktzyklus, den Zweitaktzyklus oder andere Motorzyklen. Man sieht also, dass X-Motoren ein beträchtliches Potential haben, vielen unterschiedlichen Anwendungen mit unterschiedlichen Motorzyklen und unterschiedlichen Leistungs- und Gruppierungsanforderungen zu genügen. Die erfindungsgemäßen X-Motoren haben Kurbelwellen, die für dieselbe Zylinderzahl fast nur halb so lang sind wie bei V-Motoren, wodurch die größeren Motoren mit beispielsweise 12 oder 16 oder 20 Zylindern besser realisierbar werden.
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Weiterhin ist die erfindungsgemäße X-Motor-Konfiguration mit doppeltwirkenden Scotch-Yoke-(DASY)-Anordnungen unter dem Gesichtspunkt des Ausgleichs günstiger. Beispielsweise hat ein 8-Zylinder-”X8”-Motor für einen Viertaktzyklus und mit gerader Zündfolge vier DASY-Anordnungen und eine Zwei-Zapfen-Kurbelwelle, wobei jeder Kurbelzapfen mechanisch mit zwei DASY-Anordnungen verbunden ist und wobei die beiden DASY-Anordnungen an jedem Kurbelzapfen relativ zueinander im 90°-Winkel ausgerichtet sind und wobei die DASY-Anordnungen in der Richtung der Kurbelwellenachse versetzt sind, um zu ermöglichen, dass die einzelnen Mechanismen frei voneinander funktionieren. Die Kurbelwelle für den X8 ist mit den beiden Kurbelzapfen im 180°-Winkel gegenüber der zentralen Linie der Kurbelwelle ausgebildet und hat drei Hauptlager, wobei sich eines an jedem Ende und ein einzelnes Hauptlager sich zwischen den beiden Kurbelzapfen befindet, und hat Gegengewichte, welche das Rotationsmoment aufheben.
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Die so entstehende X8-Motor-Konfiguration ist gegenüber Kräften und Momenten aller Vibrationsordnungen zu 100% ausgeglichen – ein günstigeres Ergebnis als bei jedem gegenwärtig hergestellten Kolbenmotor, der Pleuel verwendet.
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Für X-Motoren, die Kurbelwellen mit ”geteilten Kurbelzapfen” aufweisen, sind die beiden Lagerbockanordnungen 14 an winklig separaten Kurbelzapfen befestigt, die nebeneinander an der Kurbelwelle 16 angeordnet sind. Eine Kurbelwelle mit geteilten Kurbelzapfen verändert den relativen Zeitablauf der hin- und hergehenden Bewegung der DASY-Anordnungen, hat aber trotzdem im Wesentlichen dieselbe Breite für die Lagerböcke und denselben Zylinderbankversatz wie eine Konfiguration mit nur einem Kurbelzapfen, wie hier für den X4-Kurbeltrieb 10 beschrieben. Somit ermöglicht sie eine Verwendung unterschiedlicher Zündintervalle, die für unterschiedliche Zylinderzahlen, unterschiedliche X-Winkel und/oder unterschiedliche Motorzyklen geeignet ist.
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Zusammenfassend bestehen in der erfindungsgemäßen DASY-Anordnung 12 die folgenden Verhältnisse:
- 1) der Grundbaustein der DASY-Anordnung 12 ist eine Reihe aus vier miteinander verbundenen Teilen: ”Kolben – Joch – Joch – Kolben”, wobei alle Verbindungsstellen zwischen den Komponenten in der DASY-Anordnung 12 Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen sind, bei denen die Ebenen der Verbindungsstellen senkrecht zu der Achse der gegenüberliegenden Zylinder stehen. Zu diesen Verbindungsstellen gehören: Kolben-zu-Jochen, Joch-zu-Joch. Dieser Zustand stellt die robustesten Verbindungsstellen zum Übertragen von Kompressionskräften aufgrund von Verbrennungskräften und Trägheitskräften bereit. Außerdem ist er günstig für eine Herstellung der Komponenten mit hoher Präzision und niedrigen Kosten, wobei die Präzision zum Steuern des Kompressionsverhältnisses des Motors wichtig ist. Und zuletzt ist es auch ein günstiger Zustand für die Fertigstellung der Montage der Unterseite des Motors, da die Joche an die Lagerböcke montiert werden müssen, während die Lagerböcke um die Kurbelzapfen der Kurbelwelle montiert sind;
- 2) die Breite der DASY-Anordnung 12, mit Ausnahme der Kolben, aus einer Perspektive gesehen, welche die Kurbelwellenachse und Zylinderbohrungsachsen zeigt, ist im Wesentlichen gleich der Breite des Zapfenlagers, das sich an der Verbindungsstelle zwischen dem Lagerbock und dem Kurbelzapfen befindet. Dies ermöglicht ein funktionales, zuverlässiges System, bei dem vier Zylinder (in Bezug zu der Kurbelwellenachse) in demselben axialen Raum gruppiert sind, für den bei einem Motor des V-Typs zwei Zylinder gruppiert sind;
- 3) alle Komponenten in der DASY-Anordnung 12 sind mit Passstiften ausgerichtet, wobei die Achsen aller Passstifte zu der gemeinsamen, zentralen Achse der gegenüberliegenden Kolben parallel sind. Dieser Zustand ermöglicht eine leichte Montage der Teile, während gleichzeitig eine präzise fertige Anordnung bereitgestellt wird, bei der die Außendurchmesser-Oberflächen der beiden Kolben im Wesentlichen in einer gemeinsamen zylindrischen Umschließung sind und wobei außerdem die beiden linearen Scotch-Yoke-Lagerflächen in einem parallelen Verhältnis zueinander und senkrecht zu der Achse der beiden Kolben stehen und die vier linearen Lagerflächen für die Anti-Rotation an den Seiten der Joche in einem zweifach parallelen Verhältnis stehen, so dass sie korrekt mit den Anti-Rotations-Lagerflächen an der Lagerbockanordnung in Verbindung stehen;
- 4) alle Passstifte in der hin- und hergehenden Anordnung sind an den Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen angeordnet und in Presspassung in entsprechende Präzisionslöcher in jedem der zusammenpassenden Teile an jeder Verbindungsstelle eingefügt;
- 5) alle Achsen der Gewinde-Befestigungselemente in der DASY-Anordnung 12 sind zu der Achse der gegenüberliegenden Kolben parallel. Dieser Zustand ist der bevorzugte zum Übertragen von Zugkräften, die aus den Trägheits-Zugkräften entstehen, welche während des Laufens des Motors auf die Anordnung wirken, und ermöglicht eine 100-prozentige Nutzung der Klemmkraft des Befestigungselements beim Aneinander-Festlegen der Teile;
- 6) die Gewinde-Befestigungselemente 25 zum Befestigen der Joche 22, 24 in der DASY-Anordnung 12 sind an Achsen offen und zugänglich, die von den Kolben wesentlich versetzt sind und zu den Achsen der gegenüberliegenden Kolben parallel und auf einer Ebene sind, die zu der Achse der Kurbelwelle senkrecht steht. Dies stellt ein Mittel bereit, um die Scotch-Yoke-Anordnungen um die Lagerböcke mit einer installierten, vollständig gegengewichteten Kurbelwelle fertigzustellen, wie aus 9(b) und 10(b) ersichtlich;
- 7) eine bevorzugte Ausführungsform der DASY-Anordnung 12 betrifft einen einzelnen Passstift, der den Kolben mit dem zu ihm passenden Teil ausrichtet und auf der primären Achse des Kolbens und der Achse der Zylinderbohrung angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, zwei Passstifte zu verwenden, um den Kolben bezüglich seiner Winkelposition korrekter anzuordnen sowie um die Achse auszurichten; und
- 8) eine bevorzugte Ausführungsform der DASY-Anordnung 12 betrifft ein einzelnes Passstiftloch an dem Kolbenende des Jochs, wobei außerdem der Passstift auf der Achse der Zylinderbohrungen angeordnet ist.
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Die Vorteile der DASY-Anordnung 12 gegenüber früheren Systemen ähnlichen Typs sind:
- 1) Die Breite des Lagerbocks und der Joch-Struktur, die sich zwischen den gegenüberliegenden Kolben erstreckt, ist im Wesentlichen gleich der Breite einer vergleichbaren Pleuelstange eines V-Motors. Dies ist wichtig, weil es die ideale X-Motor-Gruppierung ermöglicht; ähnlich wie bei hintereinander platzierten V-Motoren, denn wie bei einem V-Motor mit jedem Kurbelzapfen zwei Pleuelstangen in Eingriffstehen, so stehen bei einem X-Motor mit jedem Kurbelzapfen zwei doppeltwirkende Scotch-Yokes in Eingriff. Somit kann der X-Motor im Wesentlichen mit demselben Zylinderbankversatz gestaltet sein, wie er für einen herkömmlichen V- oder Reihenmotor, der Pleuelstangen verwendet, mit denselben Motor-Grundabmessungen verwendet würde: Bohrung, Hub und Bohrungsabstand.
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Dies ermöglicht einen X-Motor mit einer Zylinderbohrungs-Beabstandung, die nicht durch das Vorsehen von Gruppierungsraum für die hin- und hergehenden Teile beeinträchtigt ist, und mit inneren Zylinderblockstrukturen, die den für einen vergleichbaren V Motor verwendeten sehr ähnlich sind, wobei im Kurbelgehäuse dennoch Raum für robuste Kurbelwangenbreiten und Ausgleichs-Gegengewichte an der Kurbelwelle vorhanden ist. Das Endergebnis ist ein X-Motor, der bei derselben Zylinderzahl fast nur halb so lang wie ein V-Motor ist.
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Bei früheren Scotch-Yoke-Systemen, bei denen Befestigungselemente an Achsen ausgerichtet sind, die zu den Zylinderbohrungsachsen nicht parallel sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass sie eine größere Gruppierungsbreite in Richtung der Kurbelwellenachse haben und die Festigkeit der Anordnung beeinträchtigen, da die Kraft nicht entlang der Schraubenachsen übertragen wird, sondern vielmehr von der statischen Reibung an der Verbindungsstelle abhängt, die viel geringer als die Klemmkraft der Schraube entlang der Achse der Schraube ist.
- 2) Die gesamte hin- und hergehende Anordnung ist mit Passstiften ausgerichtet, um für die gesamte Anordnung hohe Präzision zu erzielen. Es ist notwendig, den Schwerpunkt der hin- und herbewegten Anordnung präzise auf der Zylinderbohrungsachse zu platzieren, da dies zur Minimierung von Vibrationen im laufenden Motor wichtig ist, und auch um eine präzise Konzentrizität für die Zylinder-Außendurchmesser der beiden Kolben zu erzielen, die zusammenarbeiten, um Seitenbelastungen aufzunehmen, die aus den Kräften entstehen, welche in den und aus dem rotierenden Kurbelzapfen übertragen werden, und auch für die Präzision der vier linearen Anti-Rotations-Lagerflächen an den Seiten der Joche, die ebenfalls zusammenarbeiten müssen, um Seitenbelastungen aufzunehmen, die sich aus möglichen Versatzbelastungen der hin- und hergehenden Anordnung ergeben, welche entstehen, wenn die Reibungsbelastung auf dem linearen Hauptlager außermittig ist.
- 3) Alle Verbindungsstellen zwischen den Teilen, Joch-zu-Joch, Joch-zu-Kolben, sind Fläche-zu-Fläche-Verbindungsstellen, die zu der Zylinderbohrungsachse senkrecht stehen. Für die axiale Präzision der Anordnung, welche die Steuerung des Kompressionsverhältnisses beeinflusst, ist dies die bevorzugte Geometrie; sie wird zur Übertragung der großen Kompressionskräfte aufgrund von Gasdrücken und Trägheitsbelastungen bevorzugt und ist auch die am meisten bevorzugte Form für eine einfache Fertigung und Montage.
- 4) Der Zugriff auf die Schrauben für die Joche ist von den Kolben versetzt und ist auch dann offen, wenn die Joche bei installierter Kurbelwelle um die Lagerböcke befestigt werden. Bei den X-Motor-Konfigurationen, wie etwa dem in 3(b) gezeigten X4-Motor-Kurbeltrieb, sind alle Schraubenköpfe bei bereits installierter Kurbelwelle von zwei gegenüberliegenden Seiten mit Schraubenschlüsseln zugänglich. Dieses Merkmal ist für X-Motoren wichtig, weil es vereinfachte Montageverfahren und eine vereinfachte Struktur des Zylinderblocks ermöglicht. Bei den in 9 und 10 gezeigten DASY-X8- und DASY-X12-Motor-Kurbeltrieben 100, 200 ist ein Zugriff auf alle Jochschrauben (Schrauben, welche die Joch-zu-Joch-Verbindungsstelle festlegen) in der DASY-Anordnung 12 von den diagonal gegenüberliegenden Seiten aus möglich. Dies ist ein wichtiges Merkmal für X-Motoren, weil die Kurbelwelle für X-Motoren Gegengewichte hat, die notwendig sind, um den Motor auszugleichen und auch um die Hauptlagerbelastungen zu steuern. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Endmontage des Scotch-Yokes um die Lagerböcke, die an die Kurbelwelle montiert sind.
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Daher ist in dem X-Motor mit doppeltwirkender Scotch-Yoke-Anordnung eine Möglichkeit zum Zugreifen auf die und Anbringen der Jochschrauben von der Seite sehr wünschenswert. Wenn die Schraubenanbringung nicht von der Seite erfolgen könnte, würde hierdurch eine Beeinträchtigung der Zylinderblockstruktur oder der Bohrungsbeabstandung oder eines anderen entscheidenden Gestaltungsparameters des Motors notwendig.
- 5) Die DASY-Anordnung 12 stellt gegenüber herkömmlichen Kolbenmotorkonfigurationen (Reihenmotor, V-Motor, Boxermotor usw.) verbesserte Kraftstoffersparnis bereit, da die Reibung im Kurbelgehäuse aufgrund von Fluidbewegung oder Druckwellen minimal ist, weil sich bei der DASY-Anordnung, 12, Paare von gegenüberliegenden Kolben gemeinsam bewegen, so dass das Volumen innerhalb jeder Vier-Zylinder-Gruppierung konstant bleibt und während des Betriebs kein Fluid über die Wände verdrängt wird. Keine der verbreiteten KolbenMotor-Konfigurationen (Reihenmotor, V-Motor, Boxermotor usw.) zeigt diese Eigenschaft. Beim 90°-V8-Motor beispielsweise erfolgen aufgrund seiner ”kreuzförmigen” Kurbelwelle bei jeder Kurbelwellenumdrehung große innere Fluidströme von der Vorderseite des Motors zur hinteren Seite und wieder zurück, was zu einem beträchtlichen Maß an Fluidbewegung und Reibung führt. Auch I4, I-6 und I-8 leiden unter einem ähnlichen Phänomen, ebenso wie V6, V10, V12, V14, V16 usw. Daher haben V- und ReihenMotor-Konfigurationen mehr Reibung, weil bei ihnen innerhalb des Kurbelgehäuses eine größere Fluidmasse in Bewegung ist, als dies bei einem vergleichbaren DASY-X-Motor (d. h. mit demselben Hubraum und derselben Zylinderzahl) der Fall wäre.
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Außerdem können potentielle Vorteile bei der Kraftstoffersparnis aus der sinusförmigen Kolbenbewegung entstehen, die eine längere Kolbenverweildauer am oberen Ende des Hubs bewirkt, wodurch eine vollständigere Verbrennung möglich wird, bevor der Großteil des Arbeitshubs erfolgt.
- 6) Alle DASY-X-Motor-Konfigurationen von 4 bis 32 Zylindern und darüber hinaus können einen 100-prozentigen Ausgleich für Vibrationen aller Ordnungen aufweisen.
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Das Scotch-Yoke-System ist einfache harmonische Bewegung, so dass nur Vibrationen der 1. Ordnung (bei Motorgeschwindigkeit) beim Ausgleich zu berücksichtigen sind. Alle DASY-X-Motoren erzielen für Vibrationen aller Ordnungen einen vollständigen Ausgleich, entweder inhärent oder mit einer einzigen Ausgleichswelle für Momente 1. Ordnung. Der DASY-X8-Motor beispielsweise ist unter allen 8-Zylinder-Motorkonfigurationen einzigartig, weil er der einzige mit inhärentem 100-prozentigem Ausgleich für Vibrationen aller Ordnungen ist.
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Motoren, die herkömmliche Pleuel einsetzen, rufen Vibrationen der 1., 2., 3., 4., 5. Ordnung und darüber hervor. Einige dieser Konfigurationen sind für die 1. Ordnung und 2. Ordnung ausgeglichen (wie etwa der V8 mit einer ”kreuzförmigen” Vier-Zapfen-Kurbelwelle), während viele der verbreiteten Motorkonfigurationen – wie etwa der I-4, der 60°-V6, der 90°-V6 – eine oder mehrere Ausgleichswellen haben, um zu einer Reduzierung der Vibration beizutragen, jedoch hat keine der Motorkonfigurationen, die Pleuelstangen einsetzen, einen vollständigen Ausgleich für alle Ordnungen – d. h. keine davon ist gegen Vibrationen 3. Ordnung und darüber ausgeglichen.
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Die Torsionsbelastung der Kurbelwelle aufgrund von Trägheitskräften aus den hin- und hergehenden Massen ist bei DASY-X-Motoren netto gleich null, während Systeme mit Pleueln Trägheitsimpulse mehrerer Ordnungen haben, die nicht aufgehoben werden. Die 90°-Dasy-X4, -X8-, X12- usw. -Motoren zeigen den Effekt eines Drehmomentausgleichs, wobei ein DASY-Mechanismus beschleunigt, während ein anderer sich im gleichen Maß und entgegengesetzt verlangsamt, so dass das Ergebnis eine aus hin- und hergehenden Massen entstehende konstante Drehmomentbelastung von netto gleich null an der Kurbelwelle ist.
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Es wurden gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen beschrieben; jedoch ist die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auch anderweitig ausführbar.
