DE2153773A1

DE2153773A1 - Hubkolben-Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE2153773A1
Application number: DE19712153773
Authority: DE
Inventors: William Findlay Peterborough Stewart (Großbritannien). FOIl 1-12
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1970-11-10
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1972-05-18
Also published as: FR2113694A5; IT940459B; US3719178A; BR7107472D0; GB1364454A; ES396664A1; AU3507571A

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

DIPL.-ING. SELTING KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

27. Oktober 1971 Sg/rö

Perkins Engines Limited, 35 Davies Street, London W.l, Großbritannien

Hubkolben-Antriebsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Antriebsmaschine mit mehreren eine Kurbelwelle antreibenden Hubkolben und einer von dem Kurbelgehäuse getragenen, die Kolben steuernden Nockenwelle.

Derartige Antriebsmaschinen besitzen mehrere Zylinder, in denen jeweils ein hin- und hergehender Hubkolben untergebracht ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verbrennungskraftmaschinen, die flüssigkeitsgekiihlt sind.

Es ist bekannt, eine Maschine mit mehreren Zylindern mit einem Steuergetriebe auszustatten, die in Längsrichtung im Zentrum der Maschine angeordnet sind. In einigen Fällen sind Steuergetriebe als. Schnecken- und Zahnradgetriebe ausgebildet, die eine Vorgelegewelle

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antreiben. Diese treibt ihrerseits eine Nockenwelle und/ oder einenelektrischen Verteiler. In anderen Fällen ist das Getriebe mit Stirnrädern ausgestattet, die in einem von den beiden Hälften des zweistückigen Kurbelgehäuses einer lüftgekühlten Maschine gebildeten Hohlraum untergebracht sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolben-Antriebsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die in vorteilhafter Weise den Betrieb zusätzlicher Nebenaggregate ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kurbelgehäuse zwischen benachbarten Zylindern einen Hohlraum zur Aufnahme eines Steuergetriebes bildet, daß ein Kurbelwellenrad und ein Nockenwellensteuerrad auf ihren jeweiligen Wellen montiert antriebsmäßig miteinander gekoppelt und wenigstens teilweise innerhalb des Hohlraumes untergebracht sind, daß der Hohlraum an wenigstens einer Seite des Kurbelgehäuses offen und an der Stelle der Öffnung mit einem eine Last tragenden Abdeckteil verschlossen ist, und daß der Abdeckteil mindestens ein antriebsmäßig mit der Kurbelwelle und mit einer Hilfseinrichtung gekoppeltes Hilfsantriebsrad trägt.

Vorteilhaft ist das Hilfsantriebsrad über einen Zwischentrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Der Zwl-schentrieb kann aus dem Steuerrad der Kurbelwelle oder einem weiteren an dem Abdeckteil montierten Rad bestehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Räder aus Zahnrädern,und die Öffnung ist in dem Fall, daß es sich um einen V-Motor handelt, an der Oberseite zwischen den Zylinderreihen angeordnet. Die Abdeckung kann ferner so

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ausgebildet und angeordnet sein, daß ein angetriebenes Rad zwei Hilfseinrichtungen treibt. Ferner können Maßnahmen getroffen sein, die es ermöglichen, zwei Hilfseinrichtungen mit zwei Achsen anzutreiben, die durch Jede der Abdeckungen hindurch verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine entlang der Linie I-I der Fig. 3 teil- i

weise geschnittene Seitenansicht der Maschine,

Fig. 2 zeigt eine entlang der Linie II-II der Fig. 3 teilweise geschnittene Ansicht der Maschine nach Fig. von der gegenüberliegenden Seite,

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. ¹I zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie V-V '

der Fig. 3* und

Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 3.

Zunächst soll auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen werden. Die hier dargestellte Antriebsmaschine 10 besteht aus einem einstückigan Kurbelgehäuse, das sechs in Reihe liegende Zylinder 12 enthält und flussigkeitsgekühIt

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ist. Für die Flüssigkeitskühlung sind Kühlkanäle 14 um die Zylinder 12 herum angeordnet. Die Zylinder 12 sind nicht in ihren Einzelheiten dargestellt, jedoch sind ihre Mittellinien eingezeichnet und in bekannter Weise ausgehend von der Vorderseite der Maschine von 1 bis 6 numeriert. In diesem Fall ist die Vorderseite der Maschine definiert als dasjenige Ende, an dem der Ventilator angebracht ist. Der Abstand zwischen den Zylindern 3 und 4 ist größer als der Abstand zwischen den anderen Zylindern, so daß in dem Kurbelgehäuse 16 ein Hohlraum zur Aufnahme des Steuergetriebes für die Maschine vorhanden ist. Der Hohlraum 16 wird von den Wänden 18, 20, 22, 24 und 26 begrenzt, die in Fig. 3 erkennbar sind und von den Wänden 28, die in den Fig. 4, 5 und 6 erkennbar sind. Die Wand 18 trennt den Hohlraum l6 von einem in Längsrichtung verlaufenden Kühlkanal 30. Die Wände 20, 22 und 24 trennen den Hohlraum 16 von den die Zylinder 12 umgebenden HauptkUhlkanälen 14. Die Wand 26 ist Bestandteil einer in der Mitte liegenden,der Abstützung dienenden Hauptrippe J4, die von einem Rand 36 des Kurbelgehäuses abgestützt ist.

_ Die Wände 26 und 28 und l8 und 28 gehen in der in Fig. ™ gezeigten Weise ineinander über.

In Fig. 5 trennt die Wand 28 den Hohlraum l6 von den Innenräumen der Zylinder 3 und 4 und, weiter unten, von dem Raum 36 des Kurbelgehäuses. Die Wände 28 gehen in den oberen Mittelbereich der Hauptabstutzung 38 über, die zur Aufnahme eines auf der Kurbelwelle 42 befestigten Kurbelwellenzahnrades 40 geteilt ist. Das Kurbelwellenzahnrad 40 ist auf der Kurbelwelle 42 beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißung in der Mitte des zentralen

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•Hauptlagerzapfens 44 angebracht. Die zentrale Hauptlagerkappe 46 ist mit einer Ausnehmung 48 zur Aufnahme der Verzahnung des Zahnrades 40 versehen.

Fig. 4 zeigt eine zweiteilige Nockenwelle 50, deren einer Teil einen Plansch 52 besitzt, während der andere mit einem von einem Lager 56 ^aus vorstehendem Zapfen 5^ versehen ist. Der Flansch 52 paßt in eine Ausnehmung 58 in einem Nockenzahnrad 60 hinein. Die Flansche 52, das Zahnrad 60 g und die Lager 56 sind durch Schrauben 62 miteinander verbunden, die die gegenseitige Verdrehung der Teile verhindern.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kämmt das Kurbelwellenzahnrad 40 mit dem Nockenzahnrad 60 und mit einem Zwischenzahnrad 64.

Der Hohlraum 60 öffnet sich gemäß Fig. J5 zur linken Seite der Maschine hin, und die öffnung ist durch einen eine Last , tragenden Abdeckteil 66 verschlossen, der in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Weise entlang eines Randflansches an dem Kurbelgehäuse verschraubt ist. Wie aus Fig. 3 er- " kennbar ist, ist der Abdeckteil 66 ohrenförmig ausgebildet und mit zwei öffnungen versehen, die sich jeweils in einer von zwei sich seitlich erstreckenden Wänden 70 und 71 (Fig. 2) befinden. Die öffnungen in der rückwärtigen Seitenwand 70 sind mit 7^ und 76 bezeichnet und beide mit einem Flansch und mit Schraublöchern zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen. In den Zeichnungen ist nur die Mittellinie 78 der Schraube dargestellt; sowohl die Schraube als auch die Schraublöcher sind aus-Gründen der Übersichtlichkeit bei allen Abdeckteilen für die öffnungen fortgelassen. An dem Flansch der Wand 70 der Abdeckung l6

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liegt der Plansch 8o einer Hilfseinrichtung in Form einer hydraulischen Pumpe 82 an. Ferner ist ein Ausleger 84 vorgesehen, in dem die Achse des Antriebszahnrades 86 für die Hilfseinrichtung gelagert ist. Der andere Achszapfen ist direkt in einem Lager 88 in der Wand 72 abgestützt. In die Innenkerben des Zahnrades 86 greift eine kerbverzahnte Welle 83 der Pumpe 82 ein. Das Lager 88 ist durch eine Platte 90 abgedeckt.

Die untere Öffnung 76 in der Wand 70 ist durch eine Platte 9^ verschlossen, die ein Lager 96 trägt, in welchem der Lagerzapfen eines Antriebszahnrades 98 einer zweiten Hilfseinrichtung gelagert ist. Der äußere Lagerzapfen des Zahnrades 98 ist in einem Lager 100 direkt in der mit dem Flansch versehenen Wand 72 befestigt. An der Wand 72 ist mit (nicht dargestellten) Schrauben eine Hilfseinrichtung in Form einer Wasserpumpe 102 angebracht. Ihre Welle 103 wird über einen in einem Vierkantloch 104 hineinragenden Vierkantbolzen von einem Zahnrad 98 angetrieben.

Beide Zahnräder 86 und 98 werden von der Kurbelwelle über das Kurbelwellenzahnrad 40 und ein dazwischen geschaltetes Antriebselement in Form des Nockenzahnrades 60 angetrieben,

Die Anbringung der Zahnräder in dem Abdeckteil 66 ist exemplarisch dafür, daß ein Zahnrad zum Teil an einer Hilfseinrichtung und zum Teil an dem Abdeckteil 66 selbst angebracht werden kann. Ferner ist klar, daß bei Entfernen der Abdeckung 90 und ihrer Ersetzung durch eine weitere Hilfseinrichtung sowohl die hydraulische Pumpe 82 als auch die "neue Hilfseinrichtung von dem Zahnrad 86 angetrieben werden könnte. In gleicher Weise

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kann auch das Zahnrad 98 eine zusätzliche Hilfseinrichtung antreiben, unter der Voraussetzung, daß diese mit einem Auslegerlager ausgestattet ist oder ein Anpaßteil besitzt, das anstelle der Platte 94 eingesetzt werden kann. Das Abdeckteil 66 ist also in der Lage, vier Hilfseinrichtungen mit zwei Zahnrädern zu betreiben.

Im folgenden sei nun die rechte Seite der Maschine, bezogen auf Fig. 5, behandelt. Diese Seite ist in den Fig. \ 1 und j5 dargestellt. Der Hohlraum l6 öffnet sich ebenfalls zu dieser Seite hin und ist mit einem Abdeckteil 106 verschlossen. Die Abdeckung I06 trägt drei Zahnräder, nämlich ein Antriebsrad in Form eines Steuerrades I08 für eine Hilfseinrichtung in Form einer Einspritzpumpe 110, das Übertragungszahnrad 64 und das Antriebszahnrad 112 für die Hilfseinrichtung. Das Übertragungszahnrad 64 bildet ein zwischengeschaltetes Übertragungsteil und ist, wie man am besten aus Fig. 6 erkennt, auf einem Auflager montiert, welches an den Befestigungsflanschen II6 des Abdeckteiles 106 angebracht ist.

Im Unterschied zu den Zahnrädern 86 und 98 der gegenüberliegenden Seite der Maschine ist hier zu erkennen, daß*die Zahnräder 108 und 112 in ganz unterschiedlicher Weise gelagert sind. Die Pumpe 110 ist mit ihrem Montageflansch (Fig. 1) mit Schrauben an dem Abdeckteil 106 befestigt und durch den Zapfen 122 sehr genau in der kreisförmigen öffnung 120 positioniert. In gleicher Weise ist eine Hilfseinrichtung in Form eines Kompressors 124 mit einem in eine öffnung 128 hineinragenden Zapfen" 126 getragen und mittels Schrauben mit ihrem Flansch IJO an der Abdeckung

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befestigt. Bei der Herstellung werden die Öffnungen 120 und 128 gleichzeitig auf der gleichen Aufspannvorrichtung gebohrt. Auf diese Weise werden die Wellen 132 und 134 der Einspritzpumpe 110 und der Kompressor 124 mit sehr geringen Toleranzen axial ausgerichtet. Das Zahnrad 108 ist in Sandwich-Form zwischen zwei durch Schrauben l4o miteinander verbundenen Flanschen 136 und 138 eingebettet. Der Flansch I36 ist der Welle 132 entweder angeformt oder durch einen Keil ο.dgl. mit ihr verbunden. Der Flansch 138 besitzt eine Innenkeilnut zur Aufnahme der ebenfalls mit einer Keilnut versehenen Welle 134. Auf diese Weise ist das Zahnrad 108 unmittelbar überhaupt nicht von der Abdeckung 106 getragen.

An der Abdeckung 106 ist eine Hilfseinrichtung in Form einer Steuerpumpe 142, die eine sehr kleine hydraulische Pumpe darstellt, mit einer Flanschverbindung angebracht und durch eine Öffnung 144 zentriert. Sie trägt das fliegend an ihrer Welle 146 montierte Zahnrad 112. Von der gegenüberliegenden Wandseite, die mit 148 bezeichnet ist, ist keine zusätzliche Abstützung erforderlich. Die entsprechende Öffnung 150 in der Viand ist durch eine Platte 152 abgedeckt. Die Zahl der Hilfseinrichtungen, die mit der erfindungsgemäßen Maschine angetrieben werden können, beträgt acht. Andere Hilfseinrichtungen,die in anderen Installationen benötigt werden, bestehen aus einem elektrischen Generator, einem Gebläse oder einer Vakuumpumpe für die Fahrzeugbremsen, einem überverdichtenden Kompressor und anderen Leistungsabnehmern, selbst dann, wenn diese einen Antrieb Über eine Gelenkwelle oder eine flexible Welle zu einer von der Maschine entfernten Stelle erfordern. Ferner kann leicht ein Tachometerantrieb angeschlossen werden.

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Die erfindungsgemäße Maschine bietet zahlreiche Vorteile. Beispielsweise sind beide Enden der Maschine nicht durch Steuergetriebe abgedeckt. Daher besteht die Möglichkeit, an diesen Enden den Ventilator oder den Lichtmaschinenantrieb unterzubringen. Der Ventilator 15^ und die Lichtmaschine 156 werden von der Kurbelwelle über einen Keilriemen 158 durch ein Riemenrad angetrieben. Weiterhin kann der Anlasser auf jeder Seite der Maschine in der in Fig. 1 bei 160 und in Fig. 2 bei l62 angedeuteten Weise auf jeder Seite der Maschine angeordnet werden. Die Anbringung des Hohlraumes in dem Kurbelgehäuse er- ä möglicht die Verwendung zweier Zylinderköpfe. Der Vorteil hiervon besteht hauptsächlich darin, daß kleinere Zylinderköpfe leichter hergestellt werden können und weniger zu thermischer Beschädigung neigen. Der Hohlraum bietet weiterhin den Vorteil, daß das Kühlmittel in der Mitte der Maschine in den Kühlkanal 30 eingeführt werden kann und so eine gleichmäßigere Kühlung der Zylinder bewirkt als bei einer Maschine, bei der das Kühlmittel an einem Ende eingeführt wird. Das Kühlmittel kann darüberhinaus auch in der Mitte abgezogen werden.

Im folgenden seien einige weitere Vorteile der Erfindung aufgeführt. Mindestens ein Teil des von dem Steuergetriebe erzeugten Lärms wird innerhalb des Maschinenblockes erzeugt, so daß der kompakte Maschinenaufbau das Herausdringen dieses Lärms zum Teil verhindert. Geräusche, die von den kämmenden Zahnrädern verursacht werden, werden leicht von der Abdeckung abgestrahlt. Diese Geräusche lassen sich jedoch leicht durch geeignete Detailkonstruktion und durch Abdeckung der geräuschabstrahlenden Teile mit schallabsorbierendem Material reduzieren. Die Tatsache, daß eine Vielzahl von

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Hilfseinrichtungen ohne grundlegende Veränderungen an der Maschine und durch einfaches Auswechseln der Hilfseinrichtungen an den Abdeckungen oder lediglich durch Auswechseln der Abdeckungen betrieben werden kann, ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn die Maschine für mehrere unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden soll.

Die Erfindung wurde vorstehend an einem mit Zahnrädern arbeitenden Getriebe erläutert. Es ist klar, daß auch andere Getriebe und Übertragungsmittel zum Einsatz kommen können, beispielsweise Reibradgetriebe, Schneckengetriebe und Riementriebe. Zur Erleichterung des Verständnisses ist in den Ansprüchen lediglich der Begriff "Räder" gewählt. Hiermit sollen jedoch auch die anderen möglichen Getriebearten eingeschlossen sein.

Bei der beschriebenen Hubkolben-Maschine sind die Zylinder in einer einzigen Reihe angeordnet. Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Aufbau auch bei einer mehrreihigen Maschine möglich ist, beispielsweise bei einer Maschine, deren Zylinder in V-Formation angeordnet sind. In einem solchen Fall ist der Hohlraum 16 vorzugsweise so angeordnet, daß er sich zur Oberseite der Maschine hin öffnet,* d.h. in den Winkel zwischen den Zylinderreihen hinein.

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Claims

Ansprüche

Iy Hubkolben-Antriebsmaschine mit mehreren eine Kurbelwelle antreibenden Hubkolben und einer von dem Kurbelgehäuse getragenen, die Kolben steuerndenNockenwelle, g dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse zwischen benachbarten Zylindern einen Hohlraum (l6) zur Aufnahme eines Steuergetriebes' bildet, daß ein Kurbelwellenrad (4o) und ein Nockenwellensteuerrad (6o) auf ihren jeweiligen Wellen montiert, antriebsmäßig miteinander gekoppelt und wenigstens teilweise innerhalb des Hohlraumes (16) untergebracht sind, daß der Hohlraum (l6) an wenigstens einer Seite des Kurbelgehäuses offen und an der Stelle der öffnung mit einem eine Last tragenden Abdeckteil (66) verschlossen ist, und daß der Abdeckteil (66) mindestens ein antriebsmäßig mit der Kurbelwelle (42) und mit einer Hilfseinrichtung (82) gekoppeltes Hilfsantriebsrad (86) trägt. -
2. Hubkolben-Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Hilfseinrichtung (82) von der Kurbelwelle (42) über einen Zwischentrieb (6o) angetrieben ist.
j5. Hubkolben-Antriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischentrieb (6o) aus dem die Kurbelwelle steuernden Rad besteht.
4. Hubkolben-Antriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Zwischentrieb (64) aus einem weiteren, an der Abdeckung (106) befestigten Rad besteht.
5. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (60, 64, 86, 98, 108, 112) aus Zahnrädern bestehen.
6. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (86) für die Hilfseinrichtung von der Hilfseinrichtung (82) getragen ist, die ihrerseits unmittelbar an der Abdeckung (66) befestigt ist.
7. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (86) für die Hilfseinrichtung (82) mit dem Steuerrad (60) für die Nockenwelle kämmt.
8. Hubkolben-Antriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Antriebsrad (98) für eine weitere Hilfseinrichtung mit dem Steuerrad (60) für

W die Nockenwelle kämmt, von der Abdeckung (66) getragen ist und die weitere Hilfseinrichtung (102) antreibt.
9. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in V-Formation angeordnet sind und der Hohlraum (l6) sich zur Oberseite der Maschine in den Winkel zwischen den Zylinderreihen hinein öffnet.
10. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in einer

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einzigen Reihe angeordnet sind und der Hohlraum (ΐβ) sich zu den beiden Seiten der Maschine hin öffnet, daß beide Öffnungen durch Abdeckungen (66, 106) verschlossen sind und daß an jeder der Abdeckungen mindestens eine Hilfseinrichtung (82, 110). angebracht und antriebsmäßig mit einem Antriebsrad (86, 108) verbunden ist, welches innerhalb der jeweiligen Abdeckung (66, 106) abgestutzt ist.
11. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche g 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der von einer Abdeckung (106) getragenen Antriebsräder (108) für die Hilfseinrichtung zwei an der Abdeckung (1O6) befestigte Hilfseinrichtungen (110, 124) trägt.'
12. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (l6) sich etwa in der Mitte der Maschinenlänge befindet,und daß die Zylinder in Reihen angeordnet sind, von denen jede mit zwei Zylinderköpfen versehen ist.
13. Hubkolben-Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelwellen- ™ rad (4.0) an der Kurbelwelle (42) durch Elektronenstrahlschweißung befestigt ist.

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