DE2514068A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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und

Gebrauchsmus t er-Hi If s-Anmel dung

Heinrich EuIer Landwirtschaftsmeister 6497 Steinau 1 Schloß-Str.l8

"Verbrennungsmotor" ■ 'r r « 1 / O 2 O 1

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel angeordneten gleichläufigen Kolbensystemen.

Es sind gleichlaufende Systeme bekannt, bei denen zwei parallel angeordnete Pleuel die Bewegung der beiden Kolben auf die Kurbelwelle übertragen.

Diese Antriebe haben einmal den Nachteil, entweder einer großen Baulänge des Kurbelzapfens und der damit verbundenen Biegebeanspruchung, die in einem erhöhten Verschleiß der Pleuellager ihren Niederschlag findet oder aber bei Anordnung eines Zwischenlagers, den einer relativ langen Kurbelwelle.

Darüber hinaus kann es nicht als optimal betrachtet werden, wenn zwei gleichläufige, auf engstem Raum einander zugeordnete Kolben ihre Kraft über zwei Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen.

Grundsätzlich ist jedoch zu dem System der gleich läufigen Motoren zu erwähnen, daß hier - ebenso wie bei anderen Zylinderanordnungen, und zwar unabhängig von der Art der Kraftübertragung - eine nicht genügende Raumnutzung bei einer auf das gesamte Motorvolumen bezogenen Betrachtung des wirksamen Arbeitsvolumens gegeben ist.

In Verbindung mit dieser Sachlage stellt sich gleichzeitig die Frage, ob die bei Verbrennungsmotoren üblicherweise einseitige Beaufschlagung des Kolbens mit den expandierenden Gasen im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des üblichen zentralen Angriff des Pleuels

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im Kolben gerechtfertigt erscheint. Hier gilt es, Vorteile und Nachteile abzuwägen, wobei der Gleichlauf von jeweils zwei nebeneinander liegenden Kolben einen etwas größeren Spielraum für von der allgemeinen Norm abveichende Überlegungen zuläßt.

Zur Definition des gleichlaufenden Mehrfachkolbenmotors, bei dem sich jeweils zwei Kolben in einem U-Zylinder bewegen, wird auf Lueger, Band 43, S.1149, Ausgabe 1972, verwiesen.

Diese Überlegungen berücksichtigend ist es deshalb Aufgabe dieser Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel angeordneten gleichläufigen KoIbensystemen mit reduzierter Baulänge bei einem Minimum an Kurbelkröpfungen, kurzen Kurbelzapfen - hieraus resultierend geringe Reibungsverluste - sowie einem verbesserten Verhältnis des wirksamen Arbeitsvolumens zum Bauvolumen des Motors bei weiterer Verringerung der Reibungs- und thermischen Verluste darzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß jeder Kolben beidseitig durch einen Kolbenboden verschlossen und die Kolben durch einen ein- oder mehrteiligen Kolbenbolzen verbunden sind, wobei der Kolbenbolzen durch in ihrer Länge dem Gesamthub entsprechende Ausnehmungen der beiden Zylinder führt und Träger der mittig zwischen den Zylinder angeordneten, weiter mit der Kurbelwelle verbundenen Pleuelstange ist, daß der Zylinderblock beidseitig, und zwar auf der einen Seite durch einen normalen Zylinderkopf und auf der anderen Seite durch ein kombiniertes Zylinderkopf-Kurbelwellengehäuse - bei Bildung von je zwei gegenüberliegenden Brennräumen - abgeschlossen ist, wobei die Kurbel-

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welle über Ritzel oder Kettenrad sowie weitere Treibmittel mit den, den einana^r gegenüberliegenden Brennraumreihen zugeordneten Nockenwellen für den Ventiltrieb verbunden ist, sowie Mittel zur Zwangsschmierung aller aufeinander gleitender Teile des Motors vorgesehen sind.

Durch diese erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme wird erreicht, daß

a) im Gegensatz zur normalen Reihenanordnung auf die halbe Baulänge statt zwei Brennräume vier wirksam anordnungsbar sind;

b) die Anzahl der erforderlichen Kurbelwellenkröpfungen der Pleuelstangen und der Kolbenbolzen von jeweils vier auf eine reduziert wird;

c) anstelle von vier Einzelkolben zwei doppelseitig beaufschlagbare Langkolben verwendet werden.

Zusammengefaßt betrachtet ergeben sich neben den einbautechnischen Vorteilen der geringerei Baulänge, niedrigeres Leistungsgewicht usw. eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades, eine Minderung der Reibungsverluste um 50 bis 75 % durch die Reduzierung der Anzahl der Pleuel und ein verminderter Kolbenverschleiß, da die Stützweite der Auflage der Doppelkolben auf den Zylinderwandungen über die beidseitig angeordneten Kolbenringe relativ lang ist und Kippmomente praktisch nicht mehr verschleißwirksam sind.

Desweiteren kann bei der Konzeption der Kurbelwelle berücksichtigt werden, daß die normalerweise aus der nur periodisch wirksamen Funktion von drei weiteren Pleueln resultierenden Massenkräfte nicht zu berücksichtigen sind. Die Kurbelwelle muß praktisch lediglich die Effektivleistung übertragen.

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So viel zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors und seinen grundsätzlichen Vorteilen.

Es ist selbstverständlich möglich, daß weitere gleichläufige Kolbenpaare in einer entsprechenden Verlängerung des Motorblocks mit einer durchgehenden Kurbelwelle verbunden sind, wobei die Lage der Kurbelzapfen entweder eine gleichmäßige Teilung des Kurbelkreises, entsprechend der Anzahl der Pleuel, oder aber eine Gleichrichtung vorsieht, wobei ein Kolbenbolzen durch beide parallele Systeme führt.

So kann beispielsweise durch eine einfache Verdoppelung des Blocks ein einbaugünstiges Vierdoppelzylinderaggregat, das einem Achtzylinder-Motor entspricht, erstellt werden, wobei in diesem Zusammenhang noch zu erwähnen ist, daß einem horizontalen Einbau des Motors bei entsprechender Abstimmung des Schmiersystems grundsätzlich nichts entgegen steht.

Ebenso ist es möglich, daß weitere gleichläufige Kolbenpaare sternförmig um einen Kurbelzapfen angeordnet sind.

Bei Hochdruckmotoren, insbesondere Dieselmotoren, ist es vorteilhaft, die einander zugerichteten äußeren Begrenzungen der beiden Zylinder planebenflächig auszubilden und in einem solchen Abstand voneinander anzuordnen, daß die ebenen Flächen Gleitführung für den ebenfalls planebenen Pleuelschaft sind, wobei dabei noch zu empfehlen ist, den Pleuelschaft über das Pleuelauge hinaus zu verlängern, so daß dieser knapp bis zur Unterseite der Verbindungsbrücke zwischen den beiden Zylindern in der oberen Totpunktlage reicht.

Durch diese Maßnahmen wird die Gefahr eines "Verkantens" des Systems auch bei diesen hoch belasteten Motoren auf ein Minimum reduziert.

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Um den Verschleiß des Kolbenbolzens möglichst gering zu halten, ist vorgesehen, daß der die beiden Doppel— kolben verbindende gemeinsame Kolbenbolzen in den Kolbenaugen beweglich gelagert und mit dem Pleuelauge fest verbunden ist.

Durch diese Maßnahme wird eine relativ große Lagerfläche für den Kolbenbolzen bei niedrigen spezifischem Lagerdruck erzielt und eine verhältnismäßig schmale Ausbildung des Pleuelauges und damit ein geringer Abstand zwischen den Zylindern ermöglicht.

Um den Aufbau eines Ölüberdruckes zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn zu vermeiden, ist vorgesehen, daß zwischen jedem Kolbenring und dem Abstreifring in das Innere des Kolbens führende Entlastungsbohrungen vorhanden sind, wobei außerhalb dieses Bereiches von innen nach außen führende Bohrungen zur Schmierung der Kolbenlaufbahn angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann sowohl als Otto- oder Dieselmotor verwendet werden, umgekehrt ist dessen Verwendung als Verdichter ebenfalls möglich.

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Durch die beigefügten Zeichnungen - Figur 1 bis 4 wird der erfindungsgemäße Motor beispielhaft erläutert.

Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung den erfindungsgemäßen, als Doppelkolbenmotor arbeitenden Verbrennungsmotor in einer wassergekühlten Ausführung.

Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau dieses Doppelkolbenmotors ,nach dem Otto- bzw. Dieselprizip arbeitend.

Figur 3 zeigt ebenfalls die schematische Darstellung des Systems, bei dessen mögliche Verwendung als Doppelkolbenverdichter.

Figur 4 zeigt die mögliche Ausbildung der beiden Zylinder mit einander zugerichteten planen Flächen, wobei diese planen Flächen als Gleitführung für das Pleuel bei Verwendung des Motors als Hochdruckmaschine.

Die in dem Zylinderblock 1: in den Zylinderbohrungen 2 und 3 laufenden Doppelkolben 4 und 5 teilen den ihnen zugeordneten Zylinderraum in vier Verbrennungsräume 6 und 7 und 8 und 9 ein, die in der gezeigten Stellung folgende Arbeitstakte ausführen:

Raum 6 - oben - expandieren

Raum 7 - unten - komprimieren Raum 8 - oben - ansaugen

Raum 9 - unten - ausstoßen

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Die Doppelkolben 4 und 5 sind in der herkömmlichen Art mit Kolbenringen 10 abgedichtet und mit Abstreifringen 11 versehen. Die Entlastungsbohrungen 12 vermeiden einen Druckaufbau zwischen den Kolbenringen 10 und den Abstreifringen 11. Gleichzeitig wird durch die Bohrungen 13 eine Ölnebelschmierung der Kolbenlaufbahn sichergestellt.

In dem Kolbenauge 14 ist ein die beiden Doppelkolben verbindender gemeinsamer Kolbenbolzen 15 beweglich gelagert und verbindet über die gemeinsame symmetrisch zwischen den Kolben 4 und 5 angeordnete, fest an dem Kolbenbolzen 15 angebrachte Pleuelstange 16 die Kolben 4 und 5 mit der Kurbelwelle 17.

Die Herausführung des Kolbenbolzens 15 aus den Zylinderbohrungen 2 und 3 erfolgt durch die dem Gesamthub entsprechend langen Schlitzführungen 18 in den Zylinderwänden 19.

Die Zylinderbohrungen 2 und 3 werden nach oben durch den Zylinderkopf 20 begrenzt. Die untere Begrenzung der Zylinderbohrungen wird durch das kombinierte Zylinderkopf-Kurbelwellengehäuse 21 erreicht. Der Zylinderkopf 20 sowie das Zylinderkopf-Kurbelwellengehäuse 21 sind Träger der erforderlichen Ventile 22 und der Ventilsteuerung 23, die über je eine Nockenwelle 24 mit Kipphebeln 25 - dem Arbeitstakt zugeordnet - das Öffnen und Schließen der Ventile bewirken. Der Antrieb der Nockenwellen kann beispielsweise mit einem Zahnriemen 26, der über ein Antriebsrad 27 der Kurbelwelle 17 die Steuerräder 28 der Nockenwelle 24 betätigt, erfolgen.

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Um die Riemenspannung einzustellen, ist ein Andrückrad 29 erforderlich. Diese komplette Steuerung liegt innerhalb des Zylinderblockes 1 in einer eingegossenen Kammer 30.

In dem Zylinderkopf-Kurbelwellengehäuse 21 ist die Kurbelwelle 17 in üblicher Weise gelagert. An dem Gehäuse 21 ist die Ölwanne 31 angeflanscht, von der aus über eine nicht gezeigte Ölpumpe die Schmierung der unter dem Zylinderkopfdeckel 32 laufenden Ventile und Steuerorgane mit Schmierstoff erreicht wird. . Das Schmieren der Pleuellager 33 und 34 wird über eine in der Kurbelwellenlagerung 35 angebrachte Ringnut 36, die an die Ölversorgung angeschlossen ist, vorgenommen. Von dort gelangt das Öl über die Anschlußbohrungen 37, die Hauptbohrung 38, in die Ringnut 40 des Pleuellagers 33.

Um eine ausreichende Schmierung der Kolbenaugen 14 zu erreichen, wird das Öl durch die Anschlußbohrung 41 in die Ringnut 42 des oberen Pleuellagers 34 geführt, um dann durch die Sammelbohrungen 43 in die Verteilerbohrung 44 und somit in die Verteilung 45 des Kolbenbolzens 15 zu gelangen.

Die Zünd- bzw. Glühkerzen sind durch die Pos.46 und die Wasserkammern durch die Pos.39 gekennzeichnet.

Der in Figur 3 gezeigte Doppelkolbenverdichter ist im Aufbau prinzipiell gleich dem Doppelkolbenmotor, jedoch worden hier die Räume 6-7-8-9 als Verdichterräume benutzt, wobei sich hier der Arbeitsablauf wie folgt gestaltet:

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Räume 6-8 ansaugen Räume 7-9 ausstoßen

bzw. in einen nicht gezeigten Behälter verdichten. Bei dem nächsten Hub erfolgt ein umgekehrter Arbeitsablauf.

Der Antrieb 47 des Verdichters wird vorzugsweise durch einen angekuppelten Ε-Motor vorgenommen.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verbrennungsmotor mit mindestens zwei parallel angeordneten gleichläufigen KoIbensystemen, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Kolben (4/5) beidseitig durch einen Kolbenboden verschlossen und die Kolben (4/5) durch einen ein- oder mehrteiligen Kolbenbolzen (15) verbunden sind, wobei der Kolbenbolzen (15) durch in ihrer Länge dem Gesamthub entsprechende Ausnehmungen (18) der beiden Zylinder (2/3) führtund Träger der mittig zwischen den Zylindern(2/3) angeordneten, weiter mit der Kurbelwelle (17) verbundenen Pleuelstange (16) ist,

daß der ZyIinderblock(1) beidseitig, und zwar auf der einen Seite durch einen normalen Zylinderkopf (20) und auf der anderen Seite durch ein kombiniertes Zylinderkopf-Kurbelwellengehäuse (21) - bei 3ildung von je zwei gegenüberliegenden Brennräumen (6/7) und (8/9) - abgeschlossen ist, wobei die Kurbelwelle (17) über Ritzel oder Kettenrad (27) sowie weitere Treibmittel mit den, den einander gegenüberliegenden Brennraumreihen (6/7) und (8/9) zugeordneten Nockenwellen (24) für den Ventiltrieb (26/28) verbunden ist, sowie Mittel zur Zwangsschmierung aller aufeinander gleitender Teile des Motors vorgesehen sind.

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2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß weitere gleichläufige Kolbenpaare (4/5) in einer entsprechenden Verlängerung des Zylinderblocks (1) mit einer durchgehenden Kurbelwelle (17) verbunden sind, wobei die Lage der Kurbelzapfen eine gleichmäßige Teilung des Kurbelkreises, entsprechend der Anzahl der Pleuel (16), vorsieht.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß weitere gleichläufige Kolbenpaare (4/5) sternförmig um einen Kurbelzapfen angeordnet sind.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die einander zugerichteten äußeren Begrenzungen der beiden Zylinder (2/3) ρlanebenflächig ausgebildet sind und einen solchen Abstand voneinander aufweisen, daß die ebenen Flächen Gleitführung für den ebenfalls planebenen Pleuelschaft (16) sind.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,

d a ß der Pleuelschaft (16) über das Pleuelauge hinaus verlängert ist und knapp bis zur Unterseite der Verbindungsbrücke zwischen den beiden Zylindern (2/3) in der oberen Totpunktlage reicht.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß bei Parallelanordnung weiterer gleichläufiger Kolbenpaare (4/5) eine Gleichrichtung der Kurbelzapfen und ein durch alle Kolben führender Kolbenbolzen (15) vorgesehen ist.

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. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der die beiden Doppelkolben (4/5) verbindende gemeinsame Kolbenbolzen (15) in den Kolbenaugen (14) beweglich gelagert und mit dem Pleuelauge fest verbunden ist.

. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen jedem Kolbenring (lO) und dem Abstreifring (ll) in das Innere des Kolbens führende Entlastungsbohrungen (12) vorgesehen sind, wobei außerhalb dieses Bereiches von innen nach außen führende Bohrungen (13) zur Schmierung der Kolbenlaufbahn angeordnet sind.

. Verwendung des Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß dieser als Otto- oder Dieselmotor verwendet wird.

10. Abänderung der Verwendung des Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß dieser als Verdichter verwendet wird.

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