DE202012013303U1 - Verbrennungsmotor mit übereinander liegendem Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystem in einem Motorgehäuse - Google Patents

Verbrennungsmotor mit übereinander liegendem Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystem in einem Motorgehäuse Download PDF

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Abstract

Verbrennungsmotor mit übereinander liegenden Taumel-Kreuzgelenk-Antriebs-System in einem Motorgehäuse. dadurch gekennzeichnet, dass die im Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystem parallel liegenden Antriebswellen (8) des Untermotors (3) zum darüber liegenden Obermotors (2) so konstruktiv gestaltet sind, das sie für 2, 4, 6, und 8 Zylinder Motor-Module eignen, das Doppel-Taumel-Kreuzgelenk (11) mit den Zahnrädern (12) in treibender Verbindung gegenphasig drehend die Nebenaggregate wie Starter-Generator (4), Kältekompressor (5), Ölpumpe (6), Kühlwasserpumpe (7) und Ventiltriebe antreiben. Alle Verbrennungsmotoren erreichen einen totalen Massenkräfteausgleich 1. Ordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystems mit zwei übereinander liegenden Motoren als 2, 4, 6, und 8 Zylinder V-Modul in einem Motorgehäuse mit besonders hoher Laufruhe und Laufkultur, die vorteilhaft für die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung geeignet ist.
  • Stand der Technik
  • Die DE 102 57 943 A1 und die EP 2 083 152 A1 offenbaren einen Taumelscheibenmotor bei dem die Taumelscheibenzapfen im Winkel von 10 Grad zur Antriebswelle mit der Mitnehmerscheibe verbunden sind. Dadurch entsteht ein klemmen des schrägen Zapfens in den Lagern der Taumelscheibe zur Mitnehmerscheibe. Der Taumeltrieb lässt sich nicht mehr problemlos drehen. Eine patentierte (Fehlkonstruktion). Außerdem ist ein Ein-Einzylinder Motor wegen der nicht zu beherrschenden Unwucht, mit einer noch zu montierenden Ausgleichmasse, technisch nicht durchzusetzen. Die Massenkräfte zweiter Ordnung entstehen nur dadurch, dass der Pleuel bei der Bewegung eines Kurbeltriebs gegenüber der Zylinderachse gekippt wird. Bei gekippten Pleueln ist der parallel zur Zylinderachse gemessene Abstand des Kolbens vom Hubzapfen geringer. Wenn die Kolben in ihren Totpunkten sind, dann stehen die Pleuel senkrecht. Wen die Kurbelwelle dem gegenüber um 90 Grad gedreht ist, stehen alle Pleuel schräg, und der gemeinsame Schwerpunkt aller Kolben ist dadurch weiter unten als in den Totpunkten. Dieser gemeinsame Schwerpunkt bewegt sich also ständig auf und ab, und zwar bei jeder halben Kurbelwellenumdrehung so entstehen Massenkräfte 2. Ordnung. In meinen Taumel-Kreuzgelenk-Motor mit der translatorischen Pleuelbewegung können Massenkräfte 2. Ordnungen gar nicht erst entstehen. Damit entfallen auch die 2 Lanchester-Wellen die man für einen Kurbeltrieb gebraucht.
  • Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile unteranderen zu vermeiden.
  • Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Beide Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssysteme 10 u. 11 sind in einem Motorgehäuse 1 spiegelbildlich gelagert und durch die zwei Stirnräder 12 verbunden. Die Antriebswellen 8 sind damit parallel zu der Zylinderachse angeordnet als gegenläufige Drehachsen, die endseitig formschlüssig gegen verdrehen u. axiales Verschieben mit den Nebenaggregaten Starter-Generator 4, Kältekompressor 5, Ölpumpe 6, Kühlwasserpumpe 7, verbunden sind. Dadurch wird auch der Massenkräfteausgleich 1. Ordnung garantiert.
  • Daraus ergibt sich ein weiteres entscheidendes Konstruktionsmerkmal, das für die Nebenaggregate kein Riemenantrieb mit Spannrolle, kein Kettenantrieb mit Kettenspanner noch Stirnradtrieb mit Zwischenrad verwendet werden muss.
  • Die Kolben 27 in den Zylindern 30.1 und 30.3 bewegen sich synchron im Untermotor 3 zum Obermotor 2 in die Zündstellung. Ebenfalls bewegt sich der Ventieltrieb 26 der einzelnen Zylinder 30.1 bis 30.3 mit bogenverzahnten Tellerrädern 25 und Kegelrädern 24 gegenläufig. Damit heben sich die Gas- und Massenkräfte aller Module gegenseitig auf, und die Taumel-Kreuzgelenk-Motoren haben einen vollkommenden Massenausgleich der 1. Ordnung (1, 3) erreicht.
  • Die Doppeltaumelscheibe 10 und 11 aller Module im Untermotoren als auch der Obermotoren, sind baugleich Gesenk geschmiedet, und werden für die 2 Zylinder-Module und 6 Zylinder-Module gecrackt (bruchtrennen) 18 wie in (4) dargestellt eingebaut.
  • Eine weitere Argumentation in meiner Erfindung wurde speziell auf das Thema der Verschleißminderung und Dauerfestigkeit fokussiert.
  • Die dreiteilige-Keramik-Kalotten-Radial-Gelenklager aus Aluminiumoxyd erreichen einen 11 Grad großen Kippwinkel. Das Applikationspotenzial der von mir entwickelten Erfindung ist besonders für diese Konstruktion prädestiniert. Es sind keine Kompromiss-Notwendigkeiten der Beschränkung ihres nutzbaren Effektes mit der Hinsicht auf die bedeutenden und spezifischen Einbaumöglichkeiten notwendig, sondern entsprechen den heutigen Bedürfnissen und gegenwärtigen Vorstellungen für ein kompaktes modernes Keramik-Lagersystem der Doppel-Pleuels 22 und Doppel-Taumelscheiben 11 im Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystems. Es sind weitere Keramiklager als Buchsen 9 für die Antriebswellen 8 und Taumelscheibenzapfen 16 eingesetzt (4 u. 5).
  • Der Doppelpleuel 23 der Einkolbenausführung 30.2 und 30.4 hat in die Kolbenbolzen-Bohrung des Doppelpleuels einen Führungsdorn eingepresst, der stirnseitig zwei Kugeln die von einem Käfig gehaltenen werden, wie in einem Kugellager, und in den Rillen axial parallel zur Zylinderachse laufen. Der Pleuel ist auch mit dreiteiligen-Keramik-Kalotten-Radial-Gelenklagern 21 bestückt. Diese Lager werden auch in allen Verbrennungsmotor-Taumel-Kreuz-Gelenk-Ausführungen verwendet (1).
  • Der Doppelpleuel 22 bewegt sich immer translatorisch zur Zylinderachse bis zu jeder Totpunktlage. Sowohl mit einem Kolben mit der Kolbenführung 23 oder Doppelpleuel 22 mit Zwei Kolben für 4, 6, und 8 Zylinder-Module. Bei den 6 Zylinder-Modulen werden ein Pleuel mit Pleuelführung 23 im Untermotor und ein Pleuel mit Pleuelführung diagonal im Obermotor montiert. In der 6 sind die konstruktiven Varianten der Zylinder-Anordnungen mit den Zylinderbänken 20.1 bis 20.4 dargestellt. Für alle Doppelpleuel-Ausführungen erübrigt sich eine Deachsierung der Kolbenbolzen 29 (1).
  • Der Pleuel 22 mit 2 Kolben 27 ist auch diagonal in den 6 Zylinder-Motoren-Modulen eingebaut. Damit besteht auch ein Massenkräfteausgleich 1. Ordnung bei diesem Motor-Modul.
  • In den 8 Zylinder-Motoren-Modulen 6 sind nur Doppelpleuel 22 und Doppel-Taumel-Kreuzgelenke 11 verbaut.
  • Das Motorgehäuse 1 ist in Skelettbauweise konzipiert an dem die Zylinderbänke 20.1 bis 20.4 montiert sind. Die Beölung der Motoren 3 und 2 wird mit der Ölpumpe 6 entsprechend garantiert.
  • Die Bogenverzahnten Nockenwellenantriebe 24 aller Module garantieren eine hohes Verschleißverhalten und Laufruhe, um nur eine kompakte Nockenwellen-Ausführung zu etabliert. Denn die Drehrichtungs-Bestimmung der Nockenwellen wird mit der Montage des Kegelrades 24 rechts oder links vom Tellerrad 25 festgelegt. Verantwortlich dafür sind die Auflauf- und Ablaufkurven der Nocken 26. Damit wird nur eine konstruktiv gestaltete Nockenwellenausführung für alle Taumel-Kreuzgelenk-Module notwendig. Durchgehend wird daraufhin gewiesen, dass der Fokus auf dem Massenkräfteausgleich 1. Ordnung der Erfindung liegt. Wenn der Untermotor 3 rechtsrum dreht, dreht sich die Antriebswelle 8 des Obermotors 2 gegenläufig linksrum. Ist der Kolben 26 des Untermotors in Zündstellung unten links, dann ist gleichzeitig der Kolben oben rechts in Zünd-Stellung. Eine Winkelversetzung des Untermotors zum Obermotor um das unsymetrische Steuerdiagramm herbei zu führen, hat auf den Massenkräfteausgleich keinen Einfluss.
  • Der Brushells-Permanent-Starter-Generator 4 schleppt die jeweiligen Taumel-Kreuzgelenk-Motormodule des Verbrennungsmotors mit 100 U/min. beim Startvorgang an, um auch die Beölung aller Keramiklager sicher zu stellen. Der zu verwendende Brennstoff für die Taumel-Kreuzgelenk-Motor-Module ist Erdgas oder Propangas. Die jeweiligen Module sorgen für den rotarischen Antrieb des Generators 4 und der damit erzeugten elektrischen Energie und dabei anfallende thermische Energie. Diese wird mit der Kühlwasserpumpe 7 des internen Kühlkreislaufs 50 des Motors extern gespeichert. Der Wirkungsgrad der thermischen Energie des Abgasmassenstroms wird zweiflutig geregelt mit dem Steuergerät 57, entweder durch den Plattenvorschalldämpfer 51 oder durch den Nachschalldämpfer 53 geleitet.
  • Die Aufgabe und Ziele der vorliegenden Erfindung ist eine hohe Laufleitung von 60.000 Stunden, Wartungsarmut und hohe effektive Nutzung der anfallenden Nutzwärme. Nutzwärme ist die ausgekoppelte Wärme, die außerhalb der Anlage für die Raumbeheizung, die Warmwasseraufbereitung und Kälteerzeugung verwendet wird. Das gilt für die Sommermonate auch mit dem Kältekompressor 31 (2). Speziell im Winter oder Sommer wird der an den Kühlwasserkreislauf 7 angeschlossene Plattenvorschalldämpfer 51 zugeschaltet, um mit dem heißen Wasser zu heizen, oder die Klimatisierung mit der Arbeitslösung Wasser/Silikagel der Adsorptionskühlanlage einzuleiten.
  • Das Prinzip der aktiven Lärmbekämpfung ist der Anti-Schall. So das die zwei Mikrofone 56 mit einem DSP 54 (digitalen Signalprozessor) den Schall aufnehmen und ein berechnetes Anti-Schall-Feld über die Lautsprecher 56 ausstrahlen. Das resultierende Signal von dem Taumel-Kreuzgelenk-Motor, dem Luftfilter, Abgasanlage und dem Kältekompressor in der Schallschutzkabine 58 (7) möglichst minimal wird.
  • Ganz besondere Vorteile ergeben sich für die Fertigung:
    • -A- Alle Motorenmodule von den 2 Zylindermotoren-Modul bis 8 Zylindermotor-Modul können auf einer Fertigungslinie gefertigt werden.
    • -B- Alle Bauteile der Module sind in den Abmessungen baugleich und austauschbar.
    • -C- Daraus ergeben sich gleichen Abmessungen von, Länge, Breite, Höhe auch bei den Schallschutzkabinen.
    • -D- Weitere Vorteile ergeben sich in der Ersatzteilhaltung, Service, Lagerkapazität und Verpackung.
  • In den 1 bis 7 ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
  • 1 zeigt die mögliche Bauform des 2 Zylinder-Motor-Moduls in einem Motorgehäuse 1 und den Zylinderbänken 20.1 und 20.4 und Doppelpleuels 23 mit Pleuelführungsdorn und Kegelrad mit Nockenwellenantrieb 24.
  • 2 Die perspektivische Darstellung zeigt einen Querschnitt des Obermotors 2 und des Untermotor 3, Motorgehäuse 1 und einseitig montierten Zylinderbänke 20.1 u. 20.2 sowie Zylinderanordnung 30.1 u. 30.3, Zylinderanordnung 30.2 u. 30.4, mit dem Taumel-Kreuzgelenk 10, und beide Motoren verbindenden Zahnrädern 12.
  • 3 Prizipskizze einer möglichen Bauform des 2 Zylinder Motor-Moduls mit auf einer Seite übereinander liegenden Zylinderbänken 20.1 u. 20.2, Taumel-Kreuzgelenk 10, dem Ventilantrieb 25, dem Montageort der Kegelräder 24 und der Anordnung des Plattenvorschalldämpfers 51 mit Steuergerät 57, und Nachschalldämpfers 53.
  • 4 Teildarstellung gemäß 1 mit dem Doppelpleuel 22 und dem Taumel-Kreuzgelenk 10 den dreiteiligen-Kalotten-Radial-Keramik-Gelenklager 21, den parallel liegenden Taumel-Kreuzgelenk-Zapfen 14 zur Zahnradachse 12 und Keramiklagerbuchsen 16 und dem Ölkanal 17 für die Keramiklager 17.
  • 5 Die Prinzip Skizze zeigt weitere Querschnitte in drei Ansichten in der Bauausführung eines 6 Zylinder Motor-Moduls und des 8 Zylinder-Motor-Moduls mit den Doppelpleuels und der Doppel-Taumel-Kreuzgelenkstange 15. Sowie den Tellerrädern 25 den Nockenwellenantriebe mit den Kegelräder 24 und deren Montageorte.
  • 6 Eine weitere perspektivische Darstellung zeigt den Querschnitt des Untermotors 3 u. des Obermotors 2 in einem Motorgehäuse 1 mit den dazugehörigen Zylinderbänken 20.1, bis 20.4, den Zylinder 40.1 bis 40.8, dem Doppel-Taumel-Kreuzgelenken 11 mit Taumel-Kreuzgelenkstange 15.
  • 7 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schallschutztechnik mit Anti-Schall-Technik ANC (Aktive Voise Control) zuetablieren. Die ANC-Technik setzt sich zusammen aus dem digitalen Signalprozessor 54 Mikrofonen 55 und den Lautsprechern 56 in der Schallschutzkabine 58.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motorgehäuse
    2
    Obermotor
    3
    Untermotor
    4
    Starter-Generator
    5
    Anschluss Kältekompressor
    6
    Ölpumpe
    7
    Kühlwasserpumpe
    8
    Antriebswellen mit Zahnrad
    9
    Lagerbuchsen der Antriebswellen
    10
    Doppel-Taumel-Kreuzgelenk für 2 Zylinder-Module und 6 Zylinder-Module
    11
    Doppel-Taumel-Kreuzgelenk für 4 Zyl.-, 6 Zyl.- u. 8 Zyl.-Module
    12
    Zahnrad
    13
    Achse für Taumel-Kreuzgelenk
    14
    Taumel-Kreuzgelenkzapfen
    15
    Taumel-Kreuzgelenkstange
    16
    Zahnradbuchse
    17
    Ölkanal für dreiteilige-Kalotten-Radial-Keramik-Gelenklager
    18
    Taumel-Kreuzgelenk Cracken Kannte (bruchtrennen)
    19
    Zündgeber
    20.1
    Zylinderbank li. unten
    20.2
    Zylinderbank li. oben
    20.3
    Zylinderbank re. oben
    20.4
    Zylinderbank re. unten
    21
    Dreiteiliges-Kalotten-Radial-Keramik-Gelenklager
    22
    Doppelpleuel für 2 Kolben
    23
    Doppelpleuel mit Pleuelführungsdorn
    24
    Kegelrad für Nockenwellenantrieb
    25
    Tellerrad mit Nockenwelle
    26
    Nocken
    27
    Kolben
    28
    Laufbuchse
    29
    Kolbenbolzen
    30.1
    Zyl. 1 vo. li. unten Zwei-Zyl.-Modul
    30.2
    Zyl. 2 vo. li. oben Zwei-Sechs-Zyl.-Modul
    30.3
    Zyl. 3 hi. li. oben Zwei-Sechs-Zyl.-Modul
    30.4
    Zyl. 4 hi. re. unten Zwei-Sechs-Zyl.-Modul
    31
    Kältekompressor
    40.1
    Zyl. 1 vo. re. unten Acht-Zyl.-Modul
    40.2
    Zyl. 2 vo. li. unten Acht-Zyl.-Modul
    40.3
    Zyl. 3 vo. li. oben Acht-Zyl.-Modul
    40.4
    Zyl. 4 hi. li. unten Acht-Zyl.-Modul
    40.5
    Zyl. 5 vo. re. oben Acht-Zyl.-Modul
    40.6
    Zyl. 6 hi. re. unten Acht-Zyl.-Modul
    40.7
    Zyl. 7 hi. re. oben Acht-Zyl.-Modul
    40.8
    Zyl. 8 hi. li. oben Acht-Zyl.-Modul Daraus ergibt sich folgende Zündfolge: 1–8, 2–7, 4–5, 3–6.
    50
    Wärmetauscher Interner Kühlkreislauf
    51
    Plattenvorschalldämpfer
    52
    Luftfilter
    53
    Nachschalldämpfer
    54
    DSP (digitaler Signalprozessor)
    55
    Mikrofon
    56
    Lautsprecher
    57
    Steuergerät zweiflutige Abgasanlage (regelbare Stelleinheit)
    58
    Schallschutzkabine
    59
    Starter/Generator Drehzahlsteuerung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10257943 A1 [0002]
    • EP 2083152 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Verbrennungsmotor mit übereinander liegenden Taumel-Kreuzgelenk-Antriebs-System in einem Motorgehäuse. dadurch gekennzeichnet, dass die im Taumel-Kreuzgelenk-Antriebssystem parallel liegenden Antriebswellen (8) des Untermotors (3) zum darüber liegenden Obermotors (2) so konstruktiv gestaltet sind, das sie für 2, 4, 6, und 8 Zylinder Motor-Module eignen, das Doppel-Taumel-Kreuzgelenk (11) mit den Zahnrädern (12) in treibender Verbindung gegenphasig drehend die Nebenaggregate wie Starter-Generator (4), Kältekompressor (5), Ölpumpe (6), Kühlwasserpumpe (7) und Ventiltriebe antreiben. Alle Verbrennungsmotoren erreichen einen totalen Massenkräfteausgleich 1. Ordnung.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelpleuel (22) oder Doppelpleuel mit Pleuelführungsdorn (23) im Untermotor (3) zum Obermotor (2) sich synchron translatorisch gegenläufig bewegen.
  3. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenk geschmiedete Doppel-Taumel-Kreuzgelenk (11) durch Cracken auch als Doppel-Taumel-Kreuzgelenk (10) verwendet werden kann.
  4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Keramiklagerstellen (9), (16), (21) sehr gute tribologische Voraussetzungen für Verschleißminderung, hohe Laufkultur, Laufleistung, Laufruhe, Dauerfestigkeit schaffen.
  5. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dreiteiligen-Kalotten-Radial-Keramik-Gelenklager (21) einen Kippwinkel von 11 Grad garantieren in den Doppelpleuel (22) u. (23) sowie in den Doppel-Taumel-Kreuzgelenken (10) u. (11) bei allen Motor-Modulen.
  6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Plattenvorschalldämpfer (51) die Abgaswärme des Abgasmassenstroms mit dem Steuergerät (51) zweiflutig durch den Wärmetauscher (51) oder durch den Nachschalldämpfer (53) ins Freie gelenkt wird.
  7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelräder (24) vor oder hinter den Tellerrädern der Nockenwellenantriebe (25) so montiert werden, dass die Drehrichtung der Nockenwellen (24) wegen der Nockenform (26) nur eine Nockenwellenausführung notwendig macht.
  8. Verbrennungsmotor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine verbesserte Schallschutzeinrichtung mit der Anti-Schall-Technik ANC zu etablieren ist, um den Rauminhalt der Schallschutzkabine beizubehalten, um den Fertigungsaufwand aller Module auf einer Fertigungslinie zu garantieren.
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