DE4037272A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine mit zwei zylinderreihen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Maschine ist in der Beschreibungseinleitung der DE- OS 28 54 478 kurz angesprochen. Infolge des in Längsrichtung der Maschine vorhande­ nen Versatzes der jeweils einer der beiden Zylinderreihen zugehörigen Zylinder gegen­ über demjenigen der anderen Reihe besteht die Möglichkeit einer verschachtelten An­ ordnung der Zylinder der beiden Reihen in der Weise, daß die Zylinder einer der Rei­ hen etwas in den in Längsrichtung betrachteten Abstand zwischen aufeinanderfolgen­ den Zylindern der jeweils anderen Reihe hineinragen und demgemäß der Platzbedarf der Maschine sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in Querrichtung minimal ist. Der Platzbedarf einer derartigen Brennkraftmaschine mit parallel zueinander verlaufenden Zylinderachsen ist noch geringer als bei einer V-Maschine, bei der die Zylinderachsen in Querschnitten V-förmig gegeneinander geneigt verlaufen.

Beim üblichen Aufbau einer derartigen Zweireihen-Brennkraftmaschine mit einer Kurbel­ welle, die also den Hubkolben beider Zylinderreihen zugeordnet ist, tritt gegenüber einer V-Maschine der Nachteil auf, daß die sich zwischen Kolben und Kurbelwelle erstrecken­ den Pleuel gegen die Achsen der Zylinder und damit gegen die Bewegungsrichtungen der Hubkolben relativ stark geneigt verlaufen und demgemäß hohe Anpreßkräfte zwischen Kolben und Zylinderwand erzeugen.

Aus der DE-OS 29 36 154 ist bereits eine nach dem Boxerprinzip aufgebaute Brennkraft­ maschine mit auf jeder Seite zwei Reihen parallelachsiger Zylinder bekannt, wobei die sich jeweils gegenüberliegenden Zylinderreihen eine Kurbelwelle einschließen, also insge­ samt zwei Kurbelwellen vorhanden sind, die über Zahnräder drehfest miteinander ver­ bunden und damit synchronisiert sind. Dabei handelt es sich im Prinzip um die Verbindung von zwei Boxermotoren, von denen jeder nur zwei Zylinderreihen aufweist, die sich dia­ metral gegenüberliegen. Die bei der eingangs beschriebenen Zweireihenmaschine mit ver­ schachtelten Zylindern erzielten Raumvorteile werden bei dem zuletzt diskutierten Stand der Technik also nicht voll ausgeschöpft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Hubkolben-Brennkraft­ maschine zu schaffen, die einerseits den erwähnten Nachteil des gattungsbildenden Stan­ des der Technik, also die starke Neigung der Pleuel gegen die Achsen der zugehörigen Zylinder, vermeidet, andererseits aber den durch die hierzu erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen entstehenden Platzbedarf durch geschickte Anordnung anderer Bestandtei­ le der Maschine zumindest weitgehend kompensiert.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.

Die Verwendung von zwei Kurbelwellen erfordert also zwar einen zusätzlichen Bauauf­ wand sowie einen zusätzlichen Platzbedarf durch die die beiden Kurbelwellen synchroni­ sierenden Zahnräder in Längsrichtung der Maschine, jedoch wird dieser Platzbedarf da­ durch kompensiert, daß der Totraum vor demjenigen Zylinder, der an der betrachteten Maschinen-Stirnseite gegenüber dem anderen Zylinder in Längsrichtung der Maschine gleichsam zurückgesetzt ist, zur Unterbringung von Antrieben für Einrichtungen ver­ schiedener Art ausgenutzt wird. Dabei kann es sich um Antriebe für zur Maschine ge­ hörende Einrichtungen, wie eine Kühlwasser- oder eine Kraftstoffeinspritzpumpe, einen mechanisch angetriebenen Lader (z. B. einen G-Laser) oder eine Nockenwelle für La­ dungswechselventile der Maschine handeln; die Antriebe können jedoch auch - insbeson­ dere bei einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine - externe Einrichtungen, wie einen Klimakompressor oder eine Servolenkungspumpe, antreiben.

Eine besonders wirkungsvolle Kompensation des durch die Zahnräder bewirkten Platzbe­ darfs erhält man dann, wenn man die Zahnräder zugleich Bestandteile einer Schmiermit­ telförderpumpe bilden läßt, sie also in einem mit Zu- und Ableitung versehenen Pumpen­ gehäuse anordnet.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei Kopplung der beiden Kurbelwellen durch die Zahnräder im Sinne gegenläufiger Drehrichtungen beider Kur­ belwellen ohne zusätzliche Massenausgleichselemente ein hervorragender Massenaus­ gleich sichergestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert, deren

Fig. 1 teilweise schematisch eine Draufsicht auf ein Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug zeigt, während

Fig. 2 einen Querschnitt im Bereich des Zylinder­ blocks und

Fig. 3 einen Querschnitt im Bereich der die beiden Kurbelwellen synchro­ nisierenden Zahnräder wiedergibt.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Brennkraftmaschine besitzt achsparallel, also in Fig. 1 mit ihren Längsachsen senkrecht zur Zeichenebene weisend, in zwei Zylinderreihen 2 und 3 angeordnete Zylinder 5 bis 12, deren Hubkolben, von denen lediglich in Fig. 2 die beiden mit 13 und 14 bezeichneten dargestellt sind, auf je eine von zwei den Zy­ linderreihen 2 und 3 individuell zugeordnete Kurbelwellen 15 und 16 arbeiten. Wie die Fig. 1 und 2 deutlich erkennen lassen, sind die Zylinder der beiden Zylinderreihen 2 und 3 gleichsam verschachtelt angeordnet, nämlich einerseits in Längsrichtung um et­ wa einen halben Zylinderdurchmesser gegeneinander versetzt und außerdem in Querrich­ tung so, daß die Zylinder einer der Zylinderreihen in die Abstände zwischen den Zylin­ dern der anderen Zylinderreihe hineinragen. Damit ergibt sich eine besonders raumspa­ rende Ausbildung der Brennkraftmaschine.

Bei einer Betrachtung der Fig. 2 wird klar, daß durch die Verwendung von zwei Kur­ belwellen 15 und 16, also zylinderreihenindividuell, gegenüber dem Vorsehen nur einer einzigen, auf der Längsmittelebene der Maschine liegenden Kurbelwelle die Querschnitts­ winkel, die die Pleuel 17 und 18 mit den Längsmittelebenen 19 und 20 der zugeordneten Zylinder - hier 5 und 10 - einschließen, relativ klein sind, so daß hohe Querkräfte im Bereich der Kolben 13 und 14 (sowie natürlich der weiteren Kolben) vermieden sind. Wie ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Achsen der Kurbelwellen 15 und 16 auf den Längsmittelebenen 19 und 20 der beiden Zylinderreihen 2 und 3.

Wie die Figuren weiter zeigen, liegen die Kröpfungen 15′ und 16′ der Kurbelwellen 15 und 16 in jeweils einer Ebene; die beiden Ebenen schließen mit der Längsmittelebene der Maschine gleiche Winkel ein, so daß sich die in Fig. 2 gezeigte Lage der Pleuel 17 und 18 und damit ein guter Massenausgleich ergibt.

Die beiden Kurbelwellen 15 und 16 sind durch die beiden jeweils an einer Kurbelwelle drehfest gehaltenen Zahnräder 21 und 22 synchronisiert; eine der beiden Kurbelwellen kann als Ausgangswelle der Brennkraftmaschine mit dem an diese angeflanschten (Ge­ triebeflansch 23) Schaltgetriebe 24 (siehe Fig. 1) antriebsmäßig verbunden sein.

Zunächst aber noch einige Bemerkungen zu den Zahnrädern 21 und 22: Wie Fig. 3 er­ kennen läßt, die einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine im Längsbereich der Zahnräder 21 und 22 wiedergibt, bilden die Zahnräder 21 und 22 die fördernden Bestand­ teile der allgemein mit 25 bezeichneten Schmierölpumpe für die Brennkraftmaschine 1. Sie befinden sich demgemäß oberhalb des Ölsumpfes 26 in dem Pumpengehäuse 27, das mit Zulaufbohrungen 28 und der Druckleitung 29 versehen ist.

Bereits jetzt wird ersichtlich, daß die Zahnräder 21 und 22 mehrere Aufgaben erfüllen. Zum einen synchronisieren sie die Schwenk- oder Drehbewegungen der beiden Kurbelwel­ len 15 und 16, weiterhin bilden sie die fördernden Bestandteile der Schmierölpumpe 25 und schließlich bewirkt die drehfeste Verbindung der beiden Kurbelwellen 15 und 16 in Verbindung mit der getroffenen Zylinderanordnung und Kurbelwellenausbildung ohne zu­ sätzliche Einrichtungen einen Massenausgleich.

Zwar erfordern also die beiden Zahnräder 21 und 22, für sich betrachtet, Platz an der in Fig. 1 rechten Stirnseite der Brennkraftmaschine 1, aber dieser Platzaufwand wird dadurch kompensiert, daß eine separate Ölpumpe sowie besondere Einrichtungen zum Massenausgleich nicht erforderlich sind.

Durch den Versatz der Zylinder der beiden Zylinderreihen 2 und 3 in Längsrichtung der Maschine ergeben sich an den Stirnseiten derselben gleichsam zurückgesetzte Bereiche 30 und 31, die erfindungsgemäß zur Unterbringung von Antriebsrädern oder Antriebs­ scheiben 32 und 33 dienen, die in drehfester Verbindung mit jeweils einer der Kurbel­ wellen 15 und 16 stehen und Bestandteile von Antrieben für irgendwelche Einrichtun­ gen der Maschine selbst oder des mit ihr ausgerüsteten Fahrzeugs bilden. So kann das Teil 32 eine Riemenscheibe eines Riementriebs sein, der zum Antrieb von Nebenaggre­ gaten, z. B. einer Wasserpumpe, dient. Der das Rad oder die Scheibe 33 enthaltende Antrieb, beispielsweise ein Zahnriemen oder Kettentrieb, kann zum Antrieb einer die Ladungswechselventile der Brennkraftmaschine steuernden Nockenwelle dienen. Ebenso kann von dieser Stelle aus eine Kraftstoff-Einspritzpumpe 34 angetrieben werden. Aus akustischen Gründen ist in diesem Ausführungsbeispiel vor der in Fig. 1 rechten Stirn­ seite der eigentlichen Brennkraftmaschine 1 ein weiterer Riemenantrieb 35 für die Ser­ volenkungspumpe 36 des mit der Maschine ausgerüsteten Fahrzeugs vorgesehen. Grund­ sätzlich ist es möglich, in dem Raum 31 (oder auch in dem Raum 30) mehr als einen Antrieb unterzubringen, der zur Kraftübertragung von der betreffenden Kurbelwelle zu irgendeiner Einrichtung dient.

Es war bereits darauf hingewiesen worden, daß bei 23, also an der in Fig. 1 linken Stirnseite der Maschine 1, ein Getriebe üblicher Bauart (Schaltgetriebe, Automatikge­ triebe) 24 angeflanscht ist. Dieses Getriebe ist antriebsmäßig in diesem Ausführungs­ beispiel mit der Kurbelwelle 16 verbunden. Der Platz oberhalb des Getriebes vor der in Fig. 1 linken Stirnseite der Maschine 1 wird zur Unterbringung des Klimakompres­ sors 37 und des mechanischen Laders 38 bekannter Bauart ausgenutzt; die Antriebe 39 und 40 für diese Einrichtungen 37 und 38 werden vor dem Getriebeflansch 23, also in Fig. 1 links von ihm, vorgesehen, damit die beschriebene Ausnutzung des freien Rau­ mes oberhalb des Getriebes 24 durch die Unterbringung der Einrichtungen 37 und 38 möglich ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine geschaffen, die einerseits den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus bietet, ohne andererseits Nachteile im Betrieb aufzuweisen.

Claims (6)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Zylindern, die mit ihren Achsen parallel verlaufend in zwei sich in Längsrichtung der Maschine er­ streckenden Zylinderreihen derart angeordnet sind, daß die Zylinder einer der Reihen gegenüber den Zylindern der anderen Reihe in Längsrichtung der Maschine versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer Zylinderreihe (2, 3) zugeordneten Hubkolben (13, 14) auf jeweils eine Kurbelwelle (15, 16) arbeiten, beide Kurbelwel­ len (15, 16) im Bereich einer Stirnseite der Maschine (1) über in einer Querebene verlaufende Zahnräder (21, 22) drehfest verbunden sind und die Kurbelwellen (15, 16) im Bereich derjenigen Stirnseite der Maschine (1), an der der letzte Zylinder (5, 12) der jeweils zugeordneten Zylinderreihe (2, 3) gegenüber dem letzten Zylinder (9, 8) der jeweils anderen Zylinderreihe (3, 2) in der Längsrichtung zurückgesetzt ist, mit zumindest einem Antrieb (32, 33) für Anordnungen wie Nockenwelle, Kraftstoffein­ spritzpumpe (34), Wasserpumpe, Zusatz- und Nebenaggregate versehen sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (21, 22) zugleich fördernde Bestandteile einer Schmiermittelpumpe (25) sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der - den Zahnrädern (21, 22) abgekehrten - anderen Stirnseite der Maschine (1) ein Getriebe (24) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (39, 40) im Bereich der anderen Stirnseite getriebeseitig vor einem Getriebeflansch (23) sowie oberhalb des Getriebes (24) zumindest eine angetriebene Anordnung (37, 38) angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Getriebes (24) ein Klimakompressor (37) und/oder ein mechanischer Lader (38) und/ oder eine Lichtmaschine angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen (15, 16) jeweils in einer Ebene liegende Kröpfungen (15′, 16′) be­ sitzen und diese Ebenen mit einer Mittellängsebene der Maschine (1) gleiche Winkel einschließen.