DE19905057A1

DE19905057A1 - Internal combustion engine with at least two piston-cylinder units, in which each unit has its own crank drive with output crankshaft

Info

Publication number: DE19905057A1
Application number: DE1999105057
Authority: DE
Inventors: Peter Pelz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: DE19905057B4

Abstract

The internal combustion engine has at least two piston-cylinder units (6) with at least one piston. Each piston-cylinder unit has its own crank drive with an output crankshaft (4). the output crankshafts are engaged with the engine output shaft (2) so that they cannot rotate on it. There may be several piston-cylinder units in the circumferential direction of the output shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Kolben/Zylinderein heiten.The invention relates to an internal combustion engine with at least two pistons / cylinders units.

Mehrzylindrige Brennkraftmaschinen erfordern im allgemeinen ein mit zunehmender Zylin derzahl zunehmend komplexes Kurbelgehäuse, das als Gußteil aufwendig herzustellen ist und bei dem die Montage der Kurbelwelle mit den Pleueln zum Anschluß der Kolben auf wendig ist. Bei der Abschaltung bzw. Nichtbefeuerung einzelner Kolben/Zylindereinheiten im Teillastbetrieb zur Erhöhung des Mitteldrucks und damit Absenkung des spezifischen Verbrauches der weiter gefeuerten Kolben/Zylindereinheiten laufen alle Kolben/Zylinder einheiten ständig mit, so daß infolge der weiterhin hohen Reibverlustleistung die erreichba re Kraftstoffeinsparung begrenzt ist. Bei Doppelkurbelwellen-Motoren, wie sie beispiels weise in der internationalen Patentanmeldung WO 89/02028 beschrieben sind, besteht bei der Anordnung von zwei Kolben an den selben Kurbelkröpfungen in Boxeranordnung das Problem, daß die Kolben/Zylindereinheiten unterschiedlich arbeiten, da der verkürzte Ver dichtungshub der einen Kolben/Zylindereinheit beispielsweise der Arbeitshub der anderen Kolben/ Zylindereinheit ist.Multi-cylinder internal combustion engines generally require an increasing cylinder the number of increasingly complex crankcases that are difficult to manufacture as castings and the assembly of the crankshaft with the connecting rods for connecting the pistons is agile. When switching off or not firing individual pistons / cylinder units in part-load operation to increase the medium pressure and thus reduce the specific Consumption of the fired pistons / cylinder units all pistons / cylinders run units constantly with, so that the achievable due to the continued high friction loss re fuel savings is limited. In double crankshaft engines, such as those as described in international patent application WO 89/02028, there is the arrangement of two pistons on the same crankings in a boxer arrangement Problem that the piston / cylinder units work differently because the shortened Ver sealing stroke of one piston / cylinder unit, for example, the working stroke of the other Piston / cylinder unit is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine anzugeben, mit der die vorgenannten Probleme lösbar sind, d. h., die auf einfache Weise die Ausbildung auch mehrzylindriger Brennkraftmaschinen unter weitgehender Weiterverwendung von Brenn kraftmaschinen mit geringerer Zylinderzahl ermöglicht.The invention has for its object to provide an internal combustion engine with which the aforementioned problems can be solved, d. that is, the training is easy too Multi-cylinder internal combustion engines with extensive reuse of internal combustion enables engines with a lower number of cylinders.

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

Danach besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, eine zentrale Abtriebswelle vorzu sehen, an die die Abtriebswellen verschiedener Kolben/Zylindereinheiten ihre Leistungen abgeben. Die Kolben/Zylindereinheiten können als Einzylinder-Motoren oder Mehrzylin der-Motoren ausgebildet sein.Thereafter, the basic idea of the invention is to provide a central output shaft see to which the output shafts of different piston / cylinder units perform submit. The piston / cylinder units can be single-cylinder engines or multi-cylinder of the motors.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der er findungsgemäßen Brennkraftmaschine gerichtet.The subclaims relate to advantageous embodiments and developments of the internal combustion engine directed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings, for example and explained with further details.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine, geschnitten durch die Abtriebswelle; Figure 1 is a sectional view of a first embodiment of an internal combustion engine, cut through the output shaft.

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Brennkraftmaschine, geschnitten durch die Abtriebswelle und Fig. 2 shows a second embodiment of an internal combustion engine, cut by the output shaft and

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Brennkraftmaschine, geschnitten in Längsrichtung der Abtriebswelle. Fig. 3 shows a longitudinal section through the internal combustion engine, cut in the longitudinal direction of the output shaft.

Gemäß Fig. 1 weist eine nur schematisch mit ihren im Sinne der Erfindung wesentlichen Teilen dargestellte Brennkraftmaschine eine Abtriebswelle 2 auf, die mit den Abtriebskur belwellen 4 zweier insgesamt mit 6 bezeichneter Doppelkurbelwellen-Motoren in Drehein griff ist.Referring to FIG. 1, an internal combustion engine, shown only schematically, with its essential parts according to the invention to a driven shaft 2, the handle with the Abtriebskur belwellen 4 of two total of 6 designated twin crankshaft engines in Drehein.

Jeder Doppelkurbelwellen-Motor 6 weist zwei Kurbelwellen 4 und 8 auf, die in Drehein griff sind und sich gegenläufig mit gleicher Drehzahl drehen. Ein in einem Zylinder 10 ar beitender Kolben 12 ist über Pleuel 14 und 16 mit jeder der Kurbelwellen 4 und 8 verbun den, so daß der Kolben in dem Zylinder 10 seitenkraftfrei geführt ist. Ein Einlaßventil ist mit 18, ein Auslaßventil mit 20 bezeichnet.Each double crankshaft engine 6 has two crankshafts 4 and 8 which are engaged in rotation and rotate in opposite directions at the same speed. A in a cylinder 10 ar working piston 12 is connected via connecting rods 14 and 16 to each of the crankshafts 4 and 8 , so that the piston in the cylinder 10 is guided without side forces. An inlet valve is designated 18 , an outlet valve 20 .

Wie dargestellt, sind die Doppelkurbelwellen-Motoren 6 derart angeordnet, daß ihre Kol ben sich gegensinnig bewegen und in gleicher Weise mit den Kurbelwellen verbunden sind, d. h. ein verlängerter Hub des einen Motors ist auch ein verlängerter Hub des ande ren Motors. Die dargestellte Brennkraftmaschine ist auf diese Weise vollständig massen- und annähernd momentenausgeglichen; wenn die Kurbelwelle 4 des rechten Doppelkurbel wellen-Motors etwa in Uhrzeigerrichtung um die Abtriebswelle 2 verschoben angeordnet ist, und die Kurbelwelle 4 des linken Doppelkurbelwellen-Motors entsprechend verschoben wird, lassen sich beide Motoren zumindest annähernd kolinear zueinander ausrichten.As shown, the double crankshaft motors 6 are arranged such that their Kol ben move in opposite directions and are connected in the same way to the crankshafts, ie an extended stroke of one engine is also an extended stroke of the other engine. The internal combustion engine shown is completely balanced in terms of mass and approximately torque in this way; if the crankshaft 4 of the right double crankshaft motor is shifted approximately clockwise around the output shaft 2 , and the crankshaft 4 of the left double crankshaft motor is shifted accordingly, both motors can be aligned at least approximately colinearly with one another.

Die Anordnung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Die Doppelkurbelwellen- Motoren 6 können jeweils als einzelne Kolben/Zylindereinheiten ausgebildet sein; sie kön nen auch, wie bei Doppelkurbelwellen-Motoren möglich, je zwei Kolben aufweisen, die mit den Kurbelwellen 4 und 8 verbunden sind. In Längsrichtung der Abtriebswelle 2 kön nen mehrere Kolben/Zylindereinheiten angeordnet sein, die jeweils an axial voneinander entfernten Stellen der Abtriebswelle mit dieser in drehfesten Eingriff sind. Zwischen der Abtriebswelle 2 und den Kurbelwellen 4 können weitere Zahnräder angeordnet sein.The arrangement can be changed in many ways. The double crankshaft motors 6 can each be designed as individual piston / cylinder units; they can also, as is possible with double crankshaft engines, each have two pistons which are connected to the crankshafts 4 and 8 . In the longitudinal direction of the output shaft 2, a plurality of piston / cylinder units can be arranged, each of which is in rotationally fixed engagement with the output shaft at axially distant locations. Additional gearwheels can be arranged between the output shaft 2 and the crankshafts 4 .

In Umfangsrichtung der Abtriebswelle 2 können mehr als zwei Kolben/Zylindereinheiten vorgesehen sein, beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt, drei um 120° versetzte Kol ben/Zylindereinheiten: Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist insgesamt ein Stern-Motor ge schaffen, in dem drei Abtriebskurbelwellen 22 von drei Kolben/Zylindereinheiten 24 mit der Abtriebswelle 2 in drehfestem Eingriff sind.In the circumferential direction of the output shaft 2 , more than two piston / cylinder units can be provided, for example, as shown in FIG. 2, three piston / cylinder units offset by 120 °: In the arrangement according to FIG. 2, a total of a radial engine is created, in the three output crankshafts 22 of three piston / cylinder units 24 are in rotationally fixed engagement with the output shaft 2 .

Im Beispiel der Fig. 2 sind die Kolben/Zylindereinheiten 24 Kolben/Zylindereinheiten, bei denen der Kolben jeweils nur mit einer Kurbelwelle 22 zusammenwirkt. Es versteht sich, daß die Kolben/Zylindereinheiten 24 Einzelzylindereinheiten sein können oder Mehrzylin dereinheiten, beispielsweise übliche 2, 3, 4, 5 oder 6-Zylinderreihen-Motoren.In the example in FIG. 2, the piston / cylinder units 24 are piston / cylinder units in which the piston only interacts with one crankshaft 22 . It is understood that the piston / cylinder units can be 24 single-cylinder units or multi-cylinder units, for example conventional 2, 3, 4, 5 or 6-cylinder in-line engines.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, können die Kolben/Zylindereinheiten jeweils weitge hend unverändert beibehalten werden, wie sie beispielsweise als kleinere Brennkraftma schinen üblicherweise eingesetzt werden. Es muß lediglich ein Dreheingriff zwischen den Kurbelwellen 22 und der zentralen Abtriebswelle 2 hergestellt werden; dies kann an einem Stirnende der jeweiligen Kurbelwelle erfolgen oder durch zweckentsprechende Ausbildung der Kurbelwangen als außenverzahnte Kurbelscheiben, die mit der Antriebswelle 2 käm men. Die Kurbelgehäuse der Kolben/Zylindereinheiten 24 werden entweder mit einem zen tralen Lagergehäuse der Antriebswelle 2 verschraubt oder mit diesem zusammen gegossen.As can be seen from FIGS . 1 and 2, the piston / cylinder units can be kept largely unchanged, as they are typically used, for example, as smaller internal combustion engines. All that needs to be done is a rotational engagement between the crankshafts 22 and the central output shaft 2 ; this can be done at one end of the respective crankshaft or by appropriately designing the crank webs as externally toothed crank disks that mesh with the drive shaft 2 . The crankcase of the piston / cylinder units 24 are either screwed to a central bearing housing of the drive shaft 2 or cast together with this.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine, deren zentrale Abtriebs welle aus zwei Teilen 2a und 2b besteht, die über eine Kupplung 30 miteinander kuppelbar sind. Die Kupplung 30 kann beispielsweise als übliche Scheibenkupplung ausgebildet sein, die mit einer Einrichtung zur phasenrichtigen Verbindung der beiden Teile 2a und 2b aus gebildet ist, beispielsweise einem vorgespannten Zapfen, der die beiden Teile 2a und 2b bei phasenrichtiger Stellung starr miteinander verbindet und der elektromagnetisch oder hy draulisch zur Lösung der Verbindung bewegbar ist. Fig. 3 shows a longitudinal section through an internal combustion engine, the central output shaft consists of two parts 2 a and 2 b, which can be coupled to each other via a clutch 30 . The coupling 30 can for example be designed as a conventional disc clutch, provided with means for in-phase connection of the two parts 2 a and 2 b is formed from, for example, a biased pin which is rigidly the two parts 2 a and 2 b in the correct phase position to one another and which can be moved electromagnetically or hy draulically to release the connection.

Gemäß Fig. 3 ist eine erste, beispielsweise als Doppelkurbelwellen-Motor ausgebildete Kolben/Zylindereinheit 32 vorgesehen, deren Abtriebskurbelwelle 34 eine Kurbelwangen scheibe 36 aufweist, die eine Außenverzahnung hat, welche mit einer Außenverzahnung des Teils 2a der Abtriebswelle kämmt.Referring to FIG. 3, a first, formed for example as a twin crankshaft engine piston / cylinder unit 32 is provided, 36 has its output crankshaft 34, a crank web disc, which has an external toothing which a said output shaft meshes with an external toothing of the part 2.

Eine weitere Kolben/Zylindereinheit 38, die ebenfalls als Doppelkurbelwellen-Motor aus gebildet ist, weist eine Abtriebskurbelwelle 40 auf, die nicht unmittelbar mit dem Teil 2a der Abtriebswelle 2 in drehfestem Eingriff ist, sondern über eine Kupplung 42 mit einer außenverzahnten Zahnscheibe 44 verbunden ist, die mit dem Teil 2a der Abtriebswelle 2 in Gewindeeingriff ist. Die Kupplung 42 ist vorteilhafterweise wiederum derart ausgebil det, daß mit ihr eine phasenrichtige Kupplung zwischen der Kolben/Zylindereinheit 38 und dem Teil 2a möglich ist.A further piston / cylinder unit 38 which is also formed as a double crankshaft Motor off, has an output crankshaft 40 which is not directly connected to the part 2 a of the output shaft 2 in rotationally fixed engagement, but connected via a coupling 42 having an externally toothed disk 44 is which is in threaded engagement with part 2 a of the output shaft 2 . The clutch 42 is in turn advantageously ausgebil det that with it a phase-correct coupling between the piston / cylinder unit 38 and the part 2 a is possible.

Weiter ist in Fig. 3 eine Kolben/Zylindereinheit 50 vorgesehen, die als zweizylindriger Doppelkurbelwellen-Motor ausgebildet ist, dessen Abtriebswelle einen gehäusefest gelager ten Zapfen 54 aufweist, der zwei Kurbelscheiben 56 miteinander verbindet, die über je ein Pleuel 58 mit einem Kolben 60 verbunden sind. Der drehfeste Eingriff zwischen der Ab triebskurbelwelle 52 und dem Teil 2b der Abtriebswelle 2 erfolgt beispielsweise über eine Außenverzahnung einer der Kurbelscheiben 56, die in Eingriff mit einer entsprechenden Außenverzahnung des Teils 2b ist.In Fig. 3, a piston / cylinder unit 50 is provided, which is designed as a two-cylinder double crankshaft engine, the output shaft of which has a housing-mounted journal 54 which connects two crank disks 56 to each other, each connected to a piston 60 via a connecting rod 58 are. The rotationally fixed engagement between the drive crankshaft 52 and the part 2 b of the output shaft 2 takes place, for example, via an external toothing of one of the crank disks 56 , which is in engagement with a corresponding external toothing of the part 2 b.

Eine weitere Kolben/Zylindereinheit 64 ist als ein konventioneller Reihen-Motor mit einer Kurbelwelle 66 ausgebildet, die beispielsweise über eine außenverzahnte Kurbelscheibe oder über eine Kupplung ähnlich der Kupplung 42 und eine der Zahnscheibe 44 ähnliche Scheibe in Dreheingriff mit dem Teil 2b der Abtriebswelle ist.A further piston / cylinder unit 64 is formed as a conventional in-line engine having a crankshaft 66, the output shaft similar to, for example, via an externally toothed crank pulley or through a clutch of the clutch 42 and the sprocket 44 similar disc in rotational engagement with the part 2 b is .

Es versteht sich, daß die Anordnung gemäß Fig. 3 nur beispielhaft ist. Die Kolben/Zylin dereinheiten können durch Kolben/Zylindereinheiten weitgehend jeder anderen Bauform er setzt werden. Jede Kolben/Zylindereinheit kann über eine eigene Kupplung mit der Ab triebswelle 2 verbunden sein, so daß die Kupplung 30 entfallen kann. Fig. 3 zeigt die au ßerordentliche Flexibilität die mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Abtriebswelle 2 er zielt wird, über die unterschiedlichste Kolben/ Zylindereinheiten, die in unterschiedlichster Anzahl und unterschiedlichster, zweckentsprechender Anordnung angeordnet sein können, zu einer Brennkraftmaschine zusammengefaßt werden können. Ein Steuergerät, mit dem die einzelnen Kupplungen angesteuert werden können und/oder die einzelnen Kolben/Zy lindereinheiten als Motoreinheiten unabhängig voneinander gefeuert oder nicht gefeuert werden können, ist nicht dargestellt. Der Abtrieb zum Fahrzeug ist bei der Ausführungs form gemäß Fig. 3 vorteilhafterweise links, so daß bei offenen Kupplungen 30 und 42 im Schwachlastbetrieb das Fahrzeug lediglich mit der Kolben/Zylindereinheit 32 antreibbar ist. Die einzelnen Kolben/Zylindereinheiten können an der Abtriebswelle 2 derart ange bracht werden, daß der Platzbedarf optimal an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt ist.It is understood that the arrangement according to FIG. 3 is only an example. The piston / cylinder units can largely be replaced by piston / cylinder units of any other design. Each piston / cylinder unit can be connected via its own clutch to the drive shaft 2 , so that the clutch 30 can be omitted. Fig. 3 shows the extraordinary flexibility with the output shaft 2 provided according to the invention, it is aimed at, through the most diverse piston / cylinder units, which can be arranged in different numbers and different, appropriate arrangement, can be combined to form an internal combustion engine. A control device with which the individual clutches can be controlled and / or the individual piston / cylinder units as motor units can be fired independently of one another or not fired is not shown. The output of the vehicle is in the execution Fig. 3 according to advantageously form on the left, so that when open clutches 30 and 42 in low-load operation, the vehicle can be driven only with the piston / cylinder unit 32. The individual piston / cylinder units can be placed on the output shaft 2 in such a way that the space requirement is optimally adapted to the respective conditions.

Claims

1. Internal combustion engine with at least two piston / cylinder units ( 6 ; 24 ; 32 , 38 , 50 , 64 ) each with at least one piston, each piston / cylinder unit having its own crank mechanism with an output crankshaft ( 4 ; 22 ; 34 , 40 , 52 , 66 ), which output crankshafts are in rotationally fixed engagement with an output shaft ( 2 ) of the internal combustion engine.

2. Internal combustion engine according to claim 1, wherein in the circumferential direction of the output shaft ( 2 ) a plurality of piston / cylinder units ( 6 ; 24 ; 32 , 38 , 50 , 64 ) are arranged.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the piston / cylinder units are designed as double crankshaft motors ( 6 ; 32 , 38 ), in which a piston ( 10 ) via connecting rods ( 14 , 16 ) with two oppositely running at the same speed , Mitein other in rotationally fixed engagement crankshafts ( 4 , 8 ) are connected, one of which forms the output shaft ( 4 ).

4. Internal combustion engine according to claim 3, wherein two double crankshaft motors ( 6 ) are arranged opposite one another on the output shaft ( 2 ) such that they work in the same assignment crankshaft rotation / work sequence.

5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, wherein a plurality of piston / cylinder units ( 32 , 38 , 50 , 64 ) are arranged in the longitudinal direction of the output shaft ( 2 ).

6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, wherein the piston / Zy cylinder units ( 6 ; 24 ; 32 , 38 , 50 , 64 ) are independently fireable.

7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, wherein a clutch ( 30 , 42 ) for releasing the rotationally fixed connection between the output shaft ( 2 ) and at least one of the piston / cylinder units ( 50 ; 64 ; 38 ) is provided.

8. Internal combustion engine according to claim 7, wherein the clutch ( 30 ) between two coaxial parts ( 2 a, 2 b) of the output shaft ( 2 ) is provided.