DE2063692A1

DE2063692A1 - Machine, in particular internal combustion engine, with cylinder, piston and crankshaft

Info

Publication number: DE2063692A1
Application number: DE19702063692
Authority: DE
Inventors: Erich-Dieter 3011 Letter Oelmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-07-13

Description

Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit Zylinder Kolben und Kurbelwelle Die Erfindung betrifft eine Maschine mit zumindest einem von einem Zylinder aufgenommenen Kolben, der mit einem abgekröpften Bereich einer Kurbelwelle auf diese Drehmomente ausübend in Verbindung steht. Derartige Maschine konstruktionen sind selbstverständlich für den Betrieb mit verschiedenartigen Antriebsmedien, wie Dampf oder als Brennkraftmaschine, lange bekannt. Bei ihnen ist die Kurbelwelle außerhalb der Zylinder-Kolben-Anordnung angeordnet, und die Kraftübertragung erfolgt mittels zusätzlicher Kraftübertragungslieder, wie Kolben- und Pleuelstange,von dem Kolben auf die Kurbelwelle. Diese Kraftübertragungslieder, tragen erheblich zu der zu bewegenden Masse bei und verringern daher den Wirkungsgrad der Maschine. Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere bei schnellaufenden Maschinen die Lager für die Kraftübertragungsglieder so stark ausgeführt sein müssen, daß sie auch die auftretenden Fliehkräfte aufnehmen können. Machine, in particular internal combustion engine, with cylinder and piston Crankshaft The invention relates to a machine having at least one of a cylinder recorded piston with a cranked area of a crankshaft on this Exerting torques is connected. Such machine constructions are of course for operation with various types of drive media, such as steam or as an internal combustion engine, known for a long time. With them the crankshaft is outside the cylinder-piston arrangement arranged, and the power transmission takes place by means of additional power transmission links, such as piston and connecting rod, from the piston on the crankshaft. These power transmission links contribute significantly to the one to be moved Mass and therefore reduce the efficiency of the machine. It must be taken into account that especially with high-speed machines, the bearings for the power transmission links be executed so strongly must that they also the occurring centrifugal forces be able to record.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der bezeichneten Art so auszubilden, daß eine Erhöhllng der zu bewegenden Massen durch zusätzliche Kraftübertragungsglieder zwischen der Kurkelwelle einerseits und dem Kolben andererseits praktisch vermieden sind. 1)abei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf eine lBrennkraftmaschine, wie sie beispielsweise in Fahrzeigen als Boxermotor Anwendung finden kann; die Erfindung umfaßt jedoch auch Dampfmaschinen oder mit anderen Medien betriebene Maschinen, bei denen es darauf ankommt, die zu bewegenden Massen klein zu halten.The invention is based on the object of providing a machine of the designated Kind to train so that an increase of the masses to be moved by additional Power transmission members between the crank shaft on the one hand and the piston on the other are practically avoided. 1) abei, the invention relates in particular to a Internal combustion engine, as used, for example, in vehicles as a boxer engine Can be found; however, the invention also includes steam engines or other media operated machines where it is important to keep the masses to be moved small to keep.

Während bei bekannten Maschinen dieses Typs,wie gesagt, die Kurbelwelle in zusätzlichen Platz sowie Kraftübertragungsglieder erfordernder Weise außerhalb der Zylinder-Kolben-Anordnung gelagert ist, ist die erfindungsgefäße Maschine dadurch gekennzeichnet, daß die TCurbelwelle den Zylinder durch einander diametral gegenüberliegende Durchführungen durchsetzt und ihr abgekröpfter bereich vollständig innerhalb des Kolbens verläuft, der zumindest eine den abgekröpften Bereich in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene allseitig wnschließende und mit diesem zusammenwirkende Druckfläche aufweist.While in known machines of this type, as I said, the crankshaft in additional space and power transmission links outside the cylinder-piston arrangement is mounted, the machine according to the invention is thereby characterized in that the T crankshaft drives the cylinder through diametrically opposed Penetrations penetrated and their cranked area completely within the Piston runs, the at least one of the cranked area in one to the crankshaft axis vertical plane closing on all sides and interacting with it having.

Bei dem erfindungsgemäßen Maschinenprinzip ist also die Kurbelwelle mit ihrem abgekröpften Bereich, d.h. mit Kurbelzapfen nebst Kurbelschenkeln, praktisch in die Zylinder-Kolben-Anordnung integriert. Zusätzliche Kraftübertragungselemente, noch dazu solche, die wie Pleuelstangen und Kolbenstangen mit bewegt werden müssen, sind also in vorteilhafter Weise vermieden, Hinsichtlich des Platzbedarf s zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion besondern deutlich bei einer mit einem doppeltwirkenden Kolben ausgerüsteten Maschine. Derartige Maschinen sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 296 118 bekannt;;man setzt sie insbesondere dann ein, wenn der Platzbedarf klein gehalten werden muß.In the machine principle according to the invention, it is the crankshaft with its cranked area, i.e. with crank pin and crank legs, practical integrated into the cylinder-piston arrangement. Additional power transmission elements, plus those that have to be moved like connecting rods and piston rods, are thus avoided in an advantageous manner, with regard to the space requirements show the advantages of the construction according to the invention are particularly evident in a with equipped with a double-acting piston. Such Machines are known, for example, from German Patent 296 118 ;; man it is used in particular when the space requirements must be kept small.

Dieser Anforderung trägt die erfindungsgemäße Konstruktion dadurch noch weiter Rechnung, daß die Kurbelwelle den Zylinder mit dem ,doppeltwirkenden Kolben durchsetzt, also praktisch in Richtung der Zylinderachse gesehen kein zusätzlicher Platzbedarf für die Kurbelwelle und Verbindungselemente zwischen ihr und dem Kolben auftritt.The construction according to the invention thereby fulfills this requirement still further calculation that the crankshaft connects the cylinder with the, double-acting Piston penetrated, so practically seen in the direction of the cylinder axis no additional Space required for the crankshaft and connecting elements between it and the piston occurs.

Die bereits ausgeführt, enthält bei der erfindungsgemäßen Maschine der Kolben eine Druckfläche, die in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene den abgekröpften Kurbelwellenbereich allseitig umschließt. Bei der bevorzuatc.l Ausführungsform der Erfindung liegt diese senkrechte Ebene so, daß sie die Zylinderachse enthält. Dabei ist es nicht erforderlich, den Kolben voll auszubilden; vielmehr kann zur Gewinnung dieser Druckflä.che der Kolben aus einem Mantel und einem die Kolben- und Zylinder achse enthaltenden Bereich nach Art einer Zwischenwand aufgebaut sein, während zwischen der Zwischenwand und dem Mantel des Kolbens Hohlräume vorhanden sind.That already stated is contained in the machine according to the invention the piston has a pressure surface in a plane perpendicular to the crankshaft axis encloses the cranked crankshaft area on all sides. At the vorzuatc.l Embodiment of the invention, this vertical plane is so that it the cylinder axis contains. It is not necessary to form the piston fully; much more can to obtain this Druckfläche the piston from a jacket and a die Piston and cylinder axis containing area constructed in the manner of a partition while there are cavities between the intermediate wall and the jacket of the piston are.

Die Druckfläche, die also zur Kraftübertragung vom Kolben auf den Kurbeiwellenzapfen dient, kann Kreisform besitzen, wobei in jeder Kurbelwellenstellung ein bestimmter Bereich der Druckfläche mit einem bestimmten Umfangsbereich des Kurbelwellenzapfens zusammenwirkt. Dann ergibt sich bekanntlich ein etwa sinusförmiger Verlauf des Kolbenhubes über der Zeit. Beispielsweise aus Gründen der Erzielung einer gtinstigen Abgasemission kann es jedoch zweckmäßig sein, einen anderen Hubverlauf zu haben, beispielsweise so, daß sich der Kolben aus einer Endlage zunächst langsam in Richtung auf die andere Endlage bewegt, dagegen. später eine größere Beschleunigung erfährt. Eine deisem Erforderris Rechnung tragende Ausfiihrw:lgsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Druckfläche eine von der Kreisform abweichende Ausnehmung begrenzt, durch die sich der abgekröpfte Bereich erstreckt.The pressure surface, which is used to transmit power from the piston to the Serves crankshaft journal, can have a circular shape, in each crankshaft position a certain area of the pressure surface with a certain circumferential area of the crankshaft journal cooperates. It is then known that the piston stroke is approximately sinusoidal over time. For example, for reasons of achieving favorable exhaust gas emissions however, it may be useful to have a different stroke course, for example so that the piston moves slowly from an end position into direction moved to the other end position, however. later experiences a greater acceleration. An embodiment of the invention which takes this requirement into account is shown is characterized in that the pressure surface has a recess deviating from the circular shape limited through which the cranked area extends.

Eine weitere Möglichkeit zur Einsparung an Platz und Material bietet die Erfindung dann, wenn die einander diametral gegenüberliegenden Durchführungen im Zylinder für die Kurbelwelle als Kurbelwellenlager ausgebildet sind. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine mehrfache I,agerung der Kurbelwelle an voneinander nur wenig entfernten Lagerstellen, die noch dazu unter Ausnutzung des Zylinders erzielt sind.Another possibility for saving space and material is offered the invention when the diametrically opposite bushings are designed as crankshaft bearings in the cylinder for the crankshaft. At this A further development of the invention results in an advantageous manner in multiple storage of the crankshaft at bearing points that are only slightly distant from one another are achieved using the cylinder.

Ein besonderes Problem tritt bei der Erfindung dadurch auf, daß die Durchführungsstellen der Kurbelwelle durch den Zylinder abgedichtet sein müssen. Bei der zuletzt erwähnten Ausbildung der Erfindung kann man diese Abdichtung dadurch erreichen, daß die Kurbelwellenlager den Zylinderinnenraum abdichtend ausgeführt sind. Unabhängig davon kann man aber die üblicherweise auf dem Kolben vorgesehenen Kolbenringe mit zur Abdichtung dieser Durchführungsstellen ausnutzen. Man muß dann dafür sorgen, daß der Kolben im Bereich seiner Enden auf dem Mantel Kolbenringe trägt und die Durchführungen im Zylinder bei allen Kolbenstellungen zwischen diesen Kolbenringen liegen.A particular problem arises in the invention in that the Feed-through points of the crankshaft must be sealed by the cylinder. In the last-mentioned embodiment of the invention, this seal can be achieved achieve that the crankshaft bearings designed to seal the cylinder interior are. Regardless of this, however, you can use the ones usually provided on the piston Use piston rings to seal these lead-through points. Then you have to ensure that the piston rings on the jacket in the area of its ends carries and the bushings in the cylinder for all piston positions between them Piston rings lie.

Die hierfür erforderliche axiale Kolbenlänge ist in der Regel schon dadurch gegeben, daß die Druckfläche im Kolben eine durch die Dimensionierung des abgekröpften Eurbelwellenbereich bestimmte Ausnehinung begrenzen muß. Im Übrigen wäre eine begrenzte Vergrößerung der Kolbenlänge deshalb von untergeordneter Bedeutung, weil der Kolben aus einem Leichtmetall hergestellt werden kann.The axial piston length required for this is usually already given by the fact that the pressure surface in the piston is a result of the dimensioning of the cranked Eurbel wave range limit certain recesses got to. Incidentally, a limited increase in the piston length would therefore be of minor importance Importance because the piston can be made from a light metal.

Wie bereits ausgeführt, läßt sich das erfindungsgemäße Maschinenprinzip bei Maschinen mit unterschiedlichen Antriebsmedien und bei einfach- und doppeltwirkenden Kolben mit Erfolg einsetzen.Wenn daher im folgenden die in den Figuren dargestellte doppeltwirkende Viertakt-Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug erläutert wird, handelt es sich nur um ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.As already stated, the machine principle according to the invention for machines with different drive media and for single- and double-acting Use the piston with success. Therefore, if the following is the one shown in the figures double-acting four-stroke internal combustion engine for a motor vehicle is explained, it is only one embodiment of the invention.

Währeni Figur 1 einen Längsschnitt durch die Zylinder-Kolben-Anordnung wedergibt, zeigt Figur 2 einen Querschnitt; Figur 3 veranschaulicht die Ausführung des dort liegend dargesteilten Kolbens,teils in Ansicht, teils im Schnit.t.While FIG. 1 shows a longitudinal section through the cylinder-piston arrangement Figure 2 shows a cross-section; Figure 3 illustrates the implementation of the piston shown lying there, partly in view, partly in section.

Betrachtet man zunächst Figur 1, so besteht der im Bereich seines Mantels mit Kühlkanälen 1 versehene Zylinder aus den beiden in Richtung der Zylinderachse 2 auf einanderfolgenden Zylinderhälften 3 und 4. Zusammen mit dem Kolben 5 definieren diese beiden Zylinderhälften 3 und 4 je einen Brennraum 6 bzw. 7, dem in bekannter Weise Ein-und Auslaßventile 8 bzw. 9 zugeordnet sind. Der Kolben 5 trägt auf seiner Mantelfläche an seinen Endbereichen Kolbenringe 40 und 11, die zwischen sich, dem Kolbenmantel und der Innenfläche des Zylinders einen gegen die Brennräume 6 und 7 abgedichteten Zwischenraum einschließen.If one looks first at FIG. 1, then there is in the area of his Jacket provided with cooling channels 1 cylinder from the two in the direction of the cylinder axis 2 on successive cylinder halves 3 and 4. Define together with piston 5 these two cylinder halves 3 and 4 each have a combustion chamber 6 and 7, which is known in the art Way inlet and outlet valves 8 and 9 are assigned. The piston 5 carries on his Jacket surface at its end regions piston rings 40 and 11, which between them, the Piston skirt and the inner surface of the cylinder one against the combustion chambers 6 and 7 enclose sealed space.

Erfindungsgemäß durchsetzt die Kurbelwelle 12 (siehe Figur 2) mit ihrem abgekröpften Bereich 13 die Zylinder-Kolben-Anordnung in der Weise, daß der den Kurbelzapfen 14 und die Kurbelwellenschenkel 15 und 16 enthaltende abgekröpfte Bereich 13 vollständig innerhalb des Kolbens 5 verlauft. Der Kolben enthält die wandartige Partie 17, die eine die Kolben- und Zylinderachse 2 enthaltende Wand bildet. In diese Wand 17 ist die Ausnehmung 18 eingelassen, deren Randfläche 19 den Kurbelzapfen 14 allseitig umgibt. Diese Randfläche 19 bildet mithin die Druckfläche zur traftübertra.gung vom Kolben auf die Kurbelwelle 12. An sich würde für die Kraftübertragung eine den Kurbelzapfen 14 kreisförmig umschließende Drucksuche 19 genügen. Um jedoch ein bestimmtes Hubgesetz sicherzustellen, besitzt in dem gezeigten Äus£ührungs beispiel die Druckfläche 19 eine pnn der Kreisform derart abweichende Form, daß, ausgehend von der in Figur 1 gezeichneten Lage, der Kolben zunächst - konstante Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung der Kurbelwelle 12 vorausgesetzt - relativ langsam in Richtung auf die andere Totstellung bewegt wird, während später seine Bewegung schneller erfolgt.According to the invention, the crankshaft 12 (see FIG. 2) also penetrates their cranked area 13, the cylinder-piston arrangement in such a way that the the crank pin 14 and crankshaft legs 15 and 16 including The cranked area 13 runs completely within the piston 5. The piston contains the wall-like part 17 which contains a piston and cylinder axis 2 Wall forms. In this wall 17, the recess 18 is embedded, the edge surface 19 surrounds the crank pin 14 on all sides. This edge surface 19 thus forms the pressure surface for power transmission from the piston to the crankshaft 12. In itself, for power transmission a pressure search 19 surrounding the crank pin 14 in a circle suffice. To however To ensure a certain lifting law, has in the example shown the pressure surface 19 has a shape deviating from the circular shape in such a way that, starting out from the position shown in Figure 1, the piston initially - constant angular velocity assuming the rotation of the crankshaft 12 - relatively slowly in the direction of the other dead position is moved, while later its movement is faster.

Wie Figur 2 ferner erkennen läßt, ist der Zylinder'an den Durchführungsstellen für die Kurbelwelle 12 so ausgebildet, daß er dort Kurbelwellenlager 20 und 21 bildet. Die Eurbelwelle ist also praktisch ohne zusätzlichen Materialaufwand unmittelbar neben der Krafteinführungsstelle 14 gelagert.As can also be seen in FIG. 2, the cylinder is at the lead-through points designed for the crankshaft 12 so that it forms crankshaft bearings 20 and 21 there. The Eurbel wave is thus practically direct without any additional material expenditure stored next to the force introduction point 14.

Der Kolben 5 ist für den Durchtritt der Kurbelwelle 12 mit sich diametral gegenüberliegenden Langlöchern 22 und 23 versehen, die in den durch die Kolbenringe 10 und 11 abgedichteten Zwischenraum einmünden. Zusätzliche Dichtungen sind hier also nicht erforderlich; Dasselbe gilt für die Lagerstellen20 und 21 am Zylinder, da auch diese in den beschriebenen Zwischenraum einmünden.The piston 5 is diametrically opposed to the passage of the crankshaft 12 opposite elongated holes 22 and 23 provided in the through the piston rings 10 and 11 open into sealed space. Additional seals are here so not required; The same applies to bearings 20 and 21 on the cylinder, since these also open into the space described.

Bei der figürlich dargestellten Ausführungsform erübrigt sich eine Teilung des Kolbens zum Einfffllren des abgekröpften Bereiche der Kurbelwelle, da die Ausnehmung 18 einelängliche Form besitzt, durch die diese E.urbelwellenauskröpfung von der Seite her eingführt werden kann. Arbeiten mehrere derartige Zylinder-Kolben-Anordnungen auf ein und dieselbe Kurbelwelle, so werden diese verschiedenen Kolben also praktisch auf die Kurbelwelle aufgezogen.In the embodiment shown in the figures, one is unnecessary Division of the piston to fill in the cranked area of the crankshaft, there the recess 18 has an elongated shape through which this E.urbelwellenauskruppe can be introduced from the side. Several such cylinder-piston arrangements work on one and the same crankshaft, so these different pistons come in handy wound onto the crankshaft.

Claims

Expectations

1. Machine, in particular internal combustion engine, with at least one Piston received by a cylinder, with a cranked area of a Crankshaft exerting these torques in connection light, characterized in, that the crankshaft (12) the cylinder (3, 4) by diametrically opposite one another Penetrations penetrated and their cranked area (13) completely within dos piston (5) runs, the at least one of the cranked area (13) in a to the crankshaft axis perpendicular plane on all sides enclosing and interacting with this Has pressure surface (19).

2. Machine according to claim 1, characterized by a double-acting Piston (5).

3. Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the the plane perpendicular to the crankshaft axis contains the cylinder axis (2).

4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the pressure surface (19) delimits a recess (18) deviating from the circular shape, through which the cranked area (13) extends.

5. Maschii-ie according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the diametrically opposite feedthroughs in the cylinder (3, 4) are designed as crankshaft bearings (20, 21).

6. Machine according to Aneprach 5, characterized in that the crankshaft bearings (20, 21) are designed to seal the cylinder interior.

7. Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the piston (5) carries piston rings (10, 11) on the jacket in the region of its ends and the bushings in the cylinder (3, 4) in all piston positions between them Piston rings (10, 11) lie.

L e r s e i t e