DE69906971T2

DE69906971T2 - Maschine mit doppeltem hub

Info

Publication number: DE69906971T2
Application number: DE69906971T
Authority: DE
Inventors: Wing Ping Ngai Yuen Village New Territories Geung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: EP1088156A1; DE69906971D1; CN1236201C; ATE237748T1; CN1309747A; US6213064B1; EP1088156B1; AU4379399A; WO1999066183A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Maschine oder einen Motor, und insbesondere auf eine verbesserte Maschinenart, die einen verbesserten Massenausgleich oder Ausgleich aufweist. Die Erfindung kann in einem Verbrennungsmotor, hydraulischen oder pneumatischen Pumpen und/oder Motoren, in einem Kompressor und dergleichen eingesetzt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Eine Problematik im Zusammenhang mit Maschinen, seien es IC-Maschinen, hydraulische Pumpen, Kompressoren und dergleichen, die in Zylindern bewegte Kolben aufweisen, liegt darin, dass als Folge des Antriebs des Kolbens durch eine sich drehende Kurbel Lateralkräfte auftreten, die beim Durchlaufen eines Betriebszyklus des Kolbens zyklisch auf die Zylinderwände einwirken. Das Vorhandensein dieser Lateralkräfte führt zu einigen Restriktionen hinsichtlich der Ausgestaltung der Zylinder, da sie zur Vermeidung dieser Probleme entsprechend ausgestaltet werden müssen.
In der US 4850313 ist eine kreuzförmige Hubkolben-Verbrennungsmaschine mit zwei in rechtwinkliger Beziehung stehenden Paaren axial versetzter Zylinder mit zugehörigen Kolbeneinheiten beschrieben, die Paare axial ausgerichteter, axial beabstandeter Kolben enthalten, wobei jeder Kolben einen der Zylinder belegt. Die Kolben der Kolbeneinheiten enthalten verlängerte ringförmige Lagerhülsen, die in drehendem Lagereingriff um die Kolben in linear gleitendem und drehendem Lagereingriff mit den Bohrungen der zugehörigen Zylinder stehen. Die Lagerhülsen übertragen hohe auf die Kolben wirkende Seitenkräfte und halten die Kolben im ausgerichtetem Zustand in ihren Zylindern, und führen die Kolbeneinheiten linear bei ihrer Auf- und Abbewegung.
Die US 5503038 offenbart eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine lineare Wechselbewegung und umfasst sowohl mehrere Exzenter als auch eine zylindrische Bohrung und erste und zweite Gleitstücke. Ein erster Exzenter ist auf einer Welle angebracht, deren Drehung einen Eingriff der ersten und zweiten Gleitstücke in linearer Wechselbewegung in voneinander verschiedenen Richtungen bewirkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motor bereitgestellt umfassend wenigstens zwei Paare von Kolben und Zylindern, wobei die Paare entlang senkrecht zueinander stehenden ersten und zweiten Achsen angeordnet sind und durch entsprechende erste und zweite Kurbeln angetrieben werden, welche um eine Primärkurbel rotieren, die um eine orthogonal zu der ersten und zweiten stehende dritte Achse rotiert und die erste und zweite Kurbel einen Hubradius von der Primärkurbel aufweist, der gleich dem Hubradius der Primärkurbel von der dritten Achse ist, und die Zylinder aus einem keramischen Material ausgebildet sind und vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zylinder mit einer wenigstens teilweise konischen äußeren Oberfläche ausgebildet ist und wobei ein ringförmiges, umgebendes Element bereitgestellt wird mit einer inneren Oberfläche, die im entgegengesetzten Sinn zu der konischen äußeren Oberfläche des Zylinders verjüngt ist, und wobei Betätigungsmittel bereitgestellt sind zum Betätigen des umgebenden Elements in solcher Weise, dass die konischen Oberflächen in Zusammenwirkung gebracht werden, um eine radial einwärts gerichtete Kraft zu erzeugen.
Bei dem Motor kann es sich um einen Vier-Zylinder-Motor handeln mit zwei Paaren von orthogonal angeordneten Zylindern oder um einen Acht-Zylinder-Motor mit vier Paaren von Zylindern, und wobei die Zylinder in zwei Vierergruppen aufgeteilt sind, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, wobei jede Ebene zwei zueinander orthogonale Paare umfasst.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch Auswahl des korrekten Gegenausgleichgewichts alle Lateralkräfte auf die Zylinder eliminiert oder zumindest wesentlich verringert werden können, und dies erlaubt die Verwendung alternativer Materialien für die Zylinderkonstruktion. Die Zylinder sind daher vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Keramikzylinder vorgespannt. Dies kann erreicht werden durch Herstellung der äußeren Oberfläche eines jeden Zylinders mit einem zumindest teilweise konischen Abschnitt, und durch Bereitstellen eines ringförmigen umgebenden Elements mit einer inneren Oberfläche, die im entgegengesetzten Sinn zu der konischen äußeren Oberfläche des Zylinders verjüngt ist, und wobei Mittel bereitgestellt sind zum Einwirken auf das umgebende Element in der Weise, dass die konischen Oberflächen in Zusammenwirkung gebracht werden, um eine radial einwärts gerichtete Kraft zu erzeugen. Vorzugsweise umfassen die Einwirkmittel Federmittel.
Aus Sicht eines anderen Aspekts wird durch die vorliegende Erfindung ein Motor mit vier Kolbenpaaren und Zylindern bereitgestellt, wobei die vier Paare in zwei Gruppen aus zwei Paaren je Gruppe gruppiert sind, wobei die Kolbenund Zylinderpaare in jeder Gruppe auf zueinander senkrecht angeordneten ersten und zweiten Achsen angeordnet sind und durch erste bzw. zweite Kurbeln angetrieben werden, wobei sich die ersten und zweiten Kurbeln um eine Primärkurbel drehen, wobei die Primärkurbel sich um eine zu der ersten und zweiten Achse orthogonale dritte Achse dreht und drei Zwischenverbindungsabschnitte aufweist, wobei Verbindungen zwischen den drei Abschnitten Zwischenräume zum Aufnehmen der jeweiligen ersten und zweiten Kurbeln der beiden Gruppen von Kolben und Zylindern festlegen, wobei jede der ersten und zweiten Kurbeln einen Hubradius von der Primärenkurbel aufweisen, der dem Hubradius der Primärenkurbel von der dritten Achse entspricht, und wobei ein Gegenausgleichsgewicht an jeder Verbindung gegenüber der Primärenkurbel bereitgestellt ist.
Aus Sicht eines noch anderen Aspekts wird durch die vorliegende Erfindung ein Zylinder für einen Motor bereitgestellt, wobei der Zylinder aus einem keramischen Material hergestellt ist und wobei der Zylinder eine äußere Oberfläche mit zwei in entgegengesetzten Richtungen konischen Abschnitten auf weist, und wobei ein ringförmiges umgebendes Element mit einer in umgekehrter Richtung zu einem ersten der zwei Abschnitte konischen inneren Oberfläche den ersten und den zweiten Abschnitt umgibt, und wobei Betätigungs- oder Beaufschlagungsmittel auf das umgebende Element einwirken, wodurch die konische innere Oberfläche des umgebenden Elements und der erste konische Abschnitt der äußeren Oberfläche des Zylinders zusammengebracht werden, um eine radial einwärts gerichtete Kraft zu erzeugen, und wobei ein ringförmiges Sperrelement den zweiten konischen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Zylinders umgibt und eine innere konische Oberfläche aufweist mit gegenüber dem zweiten konischen Abschnitt entgegengesetzter Ausrichtung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Draufsicht zeigt durch einen Teil eines Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der Ebene, in der sich die Kolben auf- und abbewegen,
2 eine Ansicht der ersten und zweiten Kurbeln zeigt,
3 den Ort der Aufnahmekammer für das Gegenausgleichsgewicht zeigt,
4 den Kurbelaufbau zeigt,
5 bis 12 die relativen Positionen der Kurbeln während eines Zündzyklus zeigen,
13 eine Schnittansicht durch einen Zylinder zeigt,
14 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in Form eines Acht-Zylinder-Motors zeigt, und
15 die Kurbeln zum Zwecke der Erläuterung schematisch darstellt.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es wird zuerst auf 1 Bezug genommen, in der ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, das einen Doppelhubmotor zeigt mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Kolbenpaaren. Da die Erfindung für eine große Zahl verschiedener Anwendungen, wie beispielsweise einen IC-Motor, einen hydraulischen Motor, eine Pumpe, einen Kompressor oder dergleichen, eingesetzt werden kann, wird die Beschreibung hier aus Klarheitsgründen beschränkt auf den Kolben, Zylinder, Kurbelkonstruktion. Die verbleibenden Teile des Motors, z. B. der Auspuff und die Einlassausgestaltung, sind herkömmlich.
Die zwei Kolbenpaare liegen allerdings nicht in derselben Ebene, sondern in zwei parallelen Ebenen, wobei eine erste Ebene mit Kolben 1, 2 oberhalb einer zweiten Ebene, in denen sich Kolben 3, 4 befinden, angeordnet ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird zur Vereinfachung lediglich auf ein Kolbenpaar Bezug genommen, wobei davon ausgegangen werden soll, dass die Beschreibung in gleicher Weise auf beide Paare anwendbar ist, solange nichts anderes angegeben ist.
Die Kolben 1, 2 (und in äquivalenter Weise die Kolben 3, 4) sind einstückig hergestellt mit und erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen von einem zentralen Kolbenkörper 5 und jeder Kolben umfasst einen Kolbenschaft 6 mit einem Kolbenkopf 7 an dessen entferntem Ende. Der Kolbenkörper 5 ist ausgestattet mit vier Führungsmitteln 8, beispielsweise Führungsrollen, an jeder Ecke des Körpers 5 – zwei an jeder Seite des Kolbenkörpers 5. Die Führungsrollen 8 sind ausgestaltet zum Eingreifen in Führungsschienen 9, die im Inneren eines Motorblocks 10 gebildet sind, um eine Auf- und Abwärtsbewe gung des Kolbenkörpers 5 und der Kolben 1, 2 zu ermöglichen. Es ist ersichtlich, dass die Kolben 1, 2 daher immer genau 180° Phasendifferenz aufweisen.
Die Kolben 1, 2, 3, 4 bewegen sich innerhalb jeweiliger Zylinder 11 auf und ab, was später näher beschrieben wird. Bis dahin ist es ausreichend festzuhalten, dass die Zylinder 11 in dem Motorblock 10 befestigt sind und dass Führungsplatten 12 an den Enden der Führungsschienen vorgesehen sind zur Verhinderung des Auslaufens einer Schmierflüssigkeit aus den Führungsschienen 9 und dem Motorblock 10.
In der Mitte des Kolbenkörpers 5 ist eine zylindrische Kurbelaufnahmeöffnung 13 gebildet, in der sich eine erste Kurbel 14 befindet, die unten näher beschrieben wird. Nadelwalzenlager befinden sich zwischen der Öffnung 13 und der Kurbel 14, um eine Drehung der Kurbel 14 innerhalb der Öffnung 13 zu ermöglichen. Die Kurbel 14 ist ihrerseits mit einer Öffnung 15 ausgestattet, in der ein Kurbelbolzen 16 aufgenommen ist. Wiederum sind Lager 17 oder dergleichen bereitgestellt zum Zulassen einer relativen Bewegung der Kurbel 14 um den Bolzen 16.
Die erste Kurbel 14 bildet einen Teil einer einstückig gebildeten Doppelkurbel gemäß 2. Den anderen Teil der Doppelkurbel bildet eine zweite Kurbel 18, die mit der ersten Kurbel 14 identisch ist. Die ersten und zweiten Kurbeln 14, 18 sind allerdings um gleiche aber entgegengesetzte Ausmaße bzgl. einer gemeinsamen Kurbelachse 19 versetzt, wie in 2 gezeigt ist, – d. h. sie haben denselben Hubradius, sind aber gegeneinander phasenverschoben. Es ist ersichtlich, dass die zweite Kurbel 18 in einer in dem Kolbenkörper des zweiten Paars von Kolben 3, 4 gebildeten Kurbelöffnung aufgenommen ist in entsprechend gleicher Weise wie die Kurbel 14 und das erste Kurbelpaar 1, 2.
Wie ebenfalls in 4 gezeigt ist, ist auch an dem die ersten und zweiten Kurbeln 14, 18 tragenden Kurbelbolzen ein Gegenausgleichsgewicht 20 befestigt, das ausgestattet ist zur Drehung relativ zu den ersten und zweiten Kurbeln 14, 18. Das Gegenausgleichsgewicht ist in einer oberhalb der beiden übereinanderliegenden Kolbenkörper 5 (3) gebildeten Kammer 21 aufge nommen, wobei die Abmessungen der Kammer ausreichend gewählt sind, um eine Drehung des Gegenausgleichsgewichts 20 zu ermöglichen.
Der Kurbelbolzen 16 ist mit einer einstückigen Primärkurbel 22 gebildet und 4 zeigt den Aufbau der auf dem die Primärkurbel 22 tragenden Kurbelbolzen 16 angeordneten ersten und zweiten Kurbeln 14, 18. Die nachfolgenden Figuren zeigen die relativen Positionen der ersten und zweiten Kurbeln 14, 18 und der Primärkurbel 22. In diesen Figuren entspricht die Achse x-x der Achse der Auf- und Abbewegung der Kolben 1, 2, während die Achse y-y der Achse der Auf- und Abbewegung der Kolben 3, 4 entspricht, sie ist orthogonal zur Achse x-x.
Falls es sich bei dem Motor um einen Zweitakt-Vier-Zylinder-Motor handelt, ergibt sich die Zündfolge der Kolben 1 bis 4 zu 4, 1, 3, 2. Bei dieser Zündfolge dreht sich die Primärkurbel 22 im Uhrzeigersinn gemäß der Darstellung in 1, während sich die erste und zweite Kurbel 14, 18 im Gegenuhrzeigersinn drehen. 5 zeigt die Position mit der Primärkurbel 22 und der zweiten Kurbel 18 bei 12 Uhr, und der ersten Kurbel 14 bei 6 Uhr (wobei die Positionen der ersten und zweiten Kurbel 14, 18 in Bezug auf die Primärkurbel 22 beschrieben werden). Die nachfolgenden Figuren zeigen die Positionen der Kurbeln während eines kompletten Zyklus. Während der Drehung in die Position gemäß 6 befindet sich die Primärkurbel 22 an einer Position, die 1 Uhr 30 entspricht, die Kurbel 14 befindet sich bei 4 Uhr 30, die Kurbel 18 bei 10 Uhr 30. In 7 ist die Kurbel 22 auf 3 Uhr fortgeschritten, die Kurbel 14 befindet sich ebenfalls bei 3 Uhr, während die Kurbel 18 sich bei 9 Uhr befindet. In 8 befindet sich die Primärkurbel 22 bei 4 Uhr 30, die erste Kurbel 14 befindet sich bei 1 Uhr 30, die zweite Kurbel 18 befindet sich bei 7 Uhr 30. In 9 befindet sich die Primärkurbel 22 bei 6 Uhr, die Kurbel 14 befindet sich bei 12 Uhr, und die Kurbel 18 befindet sich bei 6 Uhr. In 10 befindet sich die Primärkurbel 22 bei 7 Uhr 30, die erste Kurbel 14 befindet sich bei 10 Uhr 30, die zweite Kurbel 18 befindet sich bei 4 Uhr 30. In 11 befindet sich die Primärkurbel 22 nunmehr bei 9 Uhr, die erste Kurbel 14 befindet sich ebenfalls bei 9 Uhr, während die zweite Kurbel 18 sich bei 3 Uhr befindet. Abschließend ist die erste Kurbel 22 in 12 auf 10 Uhr 30 fortgeschritten, die erste Kurbel 14 befindet sich bei 7 Uhr 30 und die zweite Kurbel 18 befindet sich bei 1 Uhr 30. Dadurch ist ein Zyklus abgeschlossen.
Anhand der 5 bis 12 ist erkennbar, dass sich die erste und zweite Kurbel 14, 18 ausgehend von der Primärkurbel 22 in entgegengesetzte Richtung drehen. Die erste und zweite Kurbel 14, 18 weisen jeweils denselben Hubradius wie die Primärkurbel 22 auf und drehen sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass sich die Kolben 1, 2 und 3, 4 entlang ihrer Achsen harmonisch auf- und abbewegen. Des weiteren gleichen sich deren Drehungen gegenseitig aus, da die erste 14 und zweite 18 Kurbel gegenseitig um 180 ° versetzt sind.
In dem erfindungsgemäßen Motor liegt ein Vorteil darin, dass die Summe der kinetischen Energien der Kolben 1, 2 und 3, 4 konstant ist, während die Lineargeschwindigkeiten der Kurbeln 14, 18 entlang der x-x- und y-y-Achsen in Abhängigkeit der Winkelpositionen der Primärkurbel 22 variieren, solange die Winkelgeschwindigkeit der Kurbel 22 konstant ist. In gleicher Weise entspricht die Summe der Beschleunigungsvektoren der Kolben 1, 2 und 3, 4 einer konstanten Zentrifugalkraft, die durch den Mittelpunkt 0 in Richtung der Primärkurbel 22 wirkt und mittels eines Gegengewichts fein ausgeglichen werden kann, sofern die Winkelgeschwindigkeit der Primärkurbel 22 konstant ist, obwohl die linearen Beschleunigungen und Verzögerungen der Kurbeln 14, 18 entlang der x-x- und y-y-Achsen von der Winkelposition der Primärkurbel 22 abhängig sind.
Dies ist durch die nachfolgende Analyse erkennbar, die am besten unter Bezugnahme auf 15 verständlich ist, in der die Positionen der Kurbeln (14 <X> 18 <Y> und 22 <P>) gezeigt sind, und in der die Hubradien der Kurbeln r = ∅ <P> = PX = PY, Masse von <X> Mx = Masse von <Y> My = K₂, und Winkelgeschwindigkeit = dθ/dt = K₁. <P> dreht sich um Ř (der z-Achse) im Uhrzeigersinn mit einer Winkelgeschwindigkeit von K₁, während <X> und <Y> im Gegenuhrzeigersinn mit derselben Winkelgeschwindigkeit um <P> drehen. In dieser Situation können die folgenden Schlussfolgerungen über die Position, Geschwindigkeit, kinetische Energie und Beschleunigung der Kolben gezogen werden, wenn sie sich entlang der X- und Y-Achse bewegen.
Somit ergibt sich die Summe der kinetischen Energie zu
½My(dy/dt)² + ½Mx(dx/dt)² = ½K₂(2r)²(K₁) wobei es sich um eine Konstante handelt.
Die Beschleunigung kann wie folgt berechnet werden
d²y/dt² = -2rK₁cosθ d²x/dt² = -2rK₁sinθ und die Vektorsumme der Beschleunigung entlang der X- und Y-Achse beträgt 2rK₁ in Richtung von ∅P. Dies entspricht einer konstanten Zentrifugalkraft in Richtung der Z-Achse, die auf einfache Weise mittels eines Gegenausgleichsgewichts ausgeglichen werden kann.
Zusammenfassend kann festegestellt werden, dass die Kolben durch die sich um die Primärkurbel 22 drehenden ersten und zweiten Kurbeln 14, 18 angetrieben werden. Dabei dreht sich die Primärkurbel 22 um die z-z-Achse in entgegengesetzter Richtung zur Drehung der ersten und zweiten Kurbeln um die Primärkurbel. Der Hub der ersten und zweiten Kurbeln gegenüber der Primärkurbel stimmt mit dem Hub der Primärkurbel gegenüber der z-z-Achse überein. Das Gegenausgleichsgewicht ist gegenüber der Primärkurbel fixiert und dreht sich mit dieser.
In einem herkömmlichen Verbrennungsmotor werden auf die Kolben wirkende Lateralkräfte aufgenommen durch die Führungsschienen, die die Bewegung der Kolben im Motorblock führen, und durch die Zylinderwände. In herkömmlichen Motoren können diese Lateralkräfte beträchtlich werden und daher werden dadurch Einschränkungen hinsichtlich der Konstruktion des Motorblocks und der Zylinder hervorgerufen. Im Einzelnen müssen die Zylinderwände aus einem Material mit ausreichender Festigkeit zur Aufnahme dieser Lateralkräfte konstruiert sein. Dies ist nachteilig, da die Verwendung keramischer Materialien bei der Konstruktion der Zylinder nicht möglich ist. Keramische Materialien weisen exzellente Haltbarkeitscharakteristiken und auch sehr gute Hitzebeständigkeitseigenschaften auf, aber sie tendieren auch zur Brüchigkeit, was bedeutet, dass sie unter Einwirkung lateraler Kräfte zu Rissen oder Brüchen neigen. In dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor können die auf die Kolben wirkenden Kräfte allerdings fein ausgeglichen werden, um solche laterale Kräfte zu entfernen oder zumindest beträchtlich zu reduzieren, und keramische Materialien können bei der Zylinderkonstruktion verwendet werden.
Vorzugsweise muss ein Zylinder jedoch vorgespannt werden, falls er aus keramischen Materialien aufgebaut werden soll. Eine Möglichkeit dies zu erreichen liegt im Wickeln eines Stahldrahtes um den Keramikzylinder. Dies führt jedoch zu Nachteilen dahingehend, dass sich die Spannung in dem Draht verringert, wenn er sich unter Hitzeinwirkung ausdehnt, und auch dahingehend, dass der Stahldraht die Wärmeabfuhr durch Konvektion behindert.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein alternatives Verfahren zur Vorspannung der Keramikzylinder bereitgestellt. 13 zeigt einen beispielhaften Zylinder in der Schnittdarstellung. Der Zylinder befindet sich zwischen 4 rechteckig angeordneten Schäften 30. Die Schäfte sind mit Gewindeendabschnitte 31, 32 versehen; die Gewindeabschnitte 31 fixieren den Zylinder am Motorblock, während die Gewindeabschnitte 32 die Positionierung einer Zylinderendplatte 33 ermöglichen – wobei die Endplatte 33 Schraubgewindebohrungen an ihren vier Ecken aufweist, um die Gewindeendabschnitte 32 der Schäfte 30 aufzunehmen.
Die Zylinderendplatte 33 weist eine gestuft Oberfläche auf, durch die mittels zwei gestuften Abschnitten 34, 35 die Zylinderendoberfläche 36 definiert wird. Die Zylinderwand wird durch einen ringförmigen Zylinderrandabschnitt 37 definiert, wobei dessen eines Ende durch Anstoßen gegen den gestuften Abschnitt 35 der Zylinderendplatte 33 aufgenommen wird. Der Zylinderwandabschnitt 37 weist eine glatte zylindrische Innenoberfläche auf, zum Definieren eines Zwischenraums für die Gleitbewegung des Kolbentropfs. Die äußere Oberfläche des Zylinderwandabschnitts 37 ist jedoch mit konischen Oberflä chen 38, 39 gebildet, so dass sich die Dicke des Wandabschnittes 37 mit zunehmender Entfernung von der Zylinderendplatte 33 erhöht, bis sie ein Maximum erreicht und sich dann wieder verringert.
Der am nächsten zu der Zylinderendplatte 33 angeordnete Abschnitt des Zylinderwandabschnittes 37 wird von einem ringförmigen Druckmittel umgeben mit einer Platte 40 mit ähnlichen Abmessungen wie die Zylinderendplatte 33 und mit vier Öffnungen, die den Positionen der Schäfte 30 entsprechen, so dass die Platte 40 entlang der Schäfte 30 auf- und abgleiten kann. Die Platte 40 weist einen inneren ringförmigen Abschnitt 41 auf mit einer konischen Oberfläche 42, die zur Oberfläche 38 des Zylinderwandabschnittes 37 komplementär ist und sich mit dieser im engen Eingriff befindet. Federmittel 45 sind zwischen der Zylinderendplatte 33 und der Platte 40 vorgesehen, um die Platte 40 von der Zylinderendplatte 33 wegzudrücken. Der konische Abschnitt 39 des Zylinderwandabschnitts 37 wird umgeben von einem Sperrring 43 mit einer konischen Innenoberfläche 44, die zur konischen Oberfläche 39 komplementär ist.
Es ist somit ersichtlich, dass die Wirkung der Federmittel im Beaufschlagen oder Betätigen der Platte 40 besteht in einer solchen Richtung, dass die konische Innenoberfläche 42 auf den konischen Abschnitt 38 des Zylinderwandabschnitts 37 einwirkt, um den Abschnitt 38 einwärts zu drücken. Somit wird ein externer Druck um die Peripherie des Zylinders bereitgestellt, um ein Brechen des keramischen Zylinders unter dem Innendruck der Verbrennung zu verhindern. Die Platte 40 und der Sperrring 43 sind vorzugsweise hergestellt aus Aluminium zur besseren Wärmeabfuhr. Es ist ebenso ersichtlich, dass sich die Federn nicht in Kontakt mit dem Zylinder finden, und somit kein Hindernis für die Wärmeabfuhr bilden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Vier-Zylinder-Motor. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise einsetzbar bei einem Motor mit größerer Anzahl von Zylindern und 14 zeigt eine Schnittansicht durch einen Motorblock für ein Acht-Zylinder-Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Motorblock betrachtet werden als weise er drei Abschnitte auf: zwei Endabschnitte 100, 101 und einen Mittelabschnitt 102. Durch den Motorblock erstreckt sich eine Kurbelwelle, die ebenfalls betrachtet werden kann als bestehe sie aus drei Abschnitten 102, 104, 105. In 14 sind die drei Abschnitte in leicht voneinander getrennter Weise dargestellt, wobei dies lediglich zur Klarheit der Darstellung dient und die drei Abschnitte 103, 104, 105 in der Realität so verbunden sind, dass sie sich als eine Welle drehen.
Jeder Kurbelwellenabschnitt 103, 104, 105 ist ausgestaltet zur Drehung um eine gemeinsame Achse 106 und jeder Kurbelwellenabschnitt ist drehbar angebracht innerhalb entsprechender Motorblockabschnitte 100, 101, 102 durch zwei ringförmige Lagersätze pro Motorblockabschnitt. Jeder Motorblockabschnitt 100, 101, 102 ist ausgestattet mit ringförmigen Lagersätzen an jedem Ende des Kurbelwellenabschnitts 103, 104, 105, der zusätzlich zur drehbaren Stützung der Kurbelwellenabschnitte 103, 104, 105 auch Zwischenräume definiert, die für andere Komponenten verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Schmierpumpe in dem im Motorblockabschnitt 100 definierten Zwischenraum angeordnet sein.
Wie aus 14 hervorgeht, ist der Kurbelwellenabschnitt 104 gebildet mit zwei hervorstehenden Bolzen 108, 109, die sich ausgehend von gegenüberliegenden Enden parallel aber versetzt gegenüber der zentralen Drehachse 106 der Kurbelwellenabschnitte 103, 104, 105 erstrecken. Die Kurbelwellenabschnitte 103, 105 sind ausgestattet mit entsprechenden Ausnehmungen 110, 111 zur Positionierung der Enden der Bolzen 108, 109, so dass die drei Kurbelwellenabschnitte zur Bildung einer einzelnen gemeinsam drehenden Kurbelwelle zusammengefügt werden. Es ist jedoch erkennbar, dass die Ausnehmungen flacher sind als die Länge der Bolzen 108, 109, so dass dort bei der Aufnahme der Bolzen 108, 109 in den Ausnehmungen 110, 111 ein die Bolzen zwischen den Enden der Kurbelwellenabschnitte umgebender Zwischenraum existiert. Zwei solcher Zwischenräume sind festgelegt: einer zwischen den Kurbelwellenabschnitten 103 und 104 und der andere zwischen den Abschnitten 104 und 105. In jedem dieser Zwischenräume – und aufgesetzt über dem entsprechenden Bolzen 108, 109 – befinden sich erste und zweite Kurbeln, die den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Kurbeln 14, 18 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Somit können vier Kolben in ihren entsprechenden Zylindern durch zwischen den Motorblockabschnitten 100, 102 angeordnete Kurbel angetrieben werden und weitere vier können durch zwischen den Motorblockabschnitten 102, 101 angeordnete Kurbeln angetrieben werden. Dieser Motor weist daher zwei Gruppen aus vier in zueinander parallelen Ebenen geschichtete Zylindern auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Kurbelwellenabschnitt 104 bezüglich der zwischen den Motorblockabschnitten 100, 102 und zwischen den Abschnitten 102, 101 angeordneten Kolben als Äquivalent zu der Primärkurbel 22 des ersten Ausführungsbeispiels. Da dabei der erste Kurbelwellenabschnitt 103 und der dritte Kurbelwellenabschnitt jeweils einen durch das Vorhandensein der Ausnehmungen 110, 111 verursachten Gewichtsversatz aufweisen, können diese Abschnitte als die entsprechenden Gegenausgleichsgewichte dienen.

Claims

Motor, umfassend wenigstens zwei Paare von Kolben und Zylindern, wobei die Paare entlang senkrecht zueinander stehenden ersten und zweiten Achsen angeordnet sind und durch entsprechende erste und zweite Kurbeln angetrieben werden, welche um eine Primärkurbel rotieren, die um eine orthogonal zu der ersten und der zweiten Achse stehende dritte Achse rotiert und die erste und zweite Kurbel einen Hubradius von der Primärkurbel aufweisen, der gleich dem Hubradius der Primärkurbel von der dritten Achse ist und die Zylinder aus einem keramischen Material ausgebildet sind und vorgespannt sind; dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zylinder mit einer wenigstens teilweise konischen äußeren Oberfläche ausgebildet ist und worin ein ringförmiges, umgebendes Element bereitgestellt wird mit einer inneren Oberfläche, die im entgegengesetzten Sinn zu der konischen äußeren Oberfläche des Zylinders verjüngt ist, und worin Betätigungsmittel bereitgestellt sind zum Betätigen des umgebenden Elements in solcher Weise, dass die konischen Oberflächen in Zusammenwirkung gebracht werden, um eine radial einwärts gerichtete Kraft zu erzeugen.
Motor nach Anspruch 1, worin ein Gegenausgleichsgewicht gegenüber der Primärkurbel bereitgestellt ist zur Rotation um die dritte Achse.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, worin der Motor ein Vier-Zylinder-Motor ist mit zwei Paaren von Zylindern, welche auf zwei orthogonal zueinander angeordneten Achsen angeordnet sind.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, worin der Motor ein Acht-Zylinder-Motor ist mit vier Paaren von Zylindern, welche in zwei Gruppen von vier angeordnet sind, die in parallelen Ebenen und zueinander orthogonalen Paaren innerhalb jeder Ebene angeordnet sind.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Betätigungsmittel Federmittel umfassen.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein ringförmiges Verriegelungselement bereitgestellt ist, welches eine zweite konische äußere Oberfläche des Zylinders umgibt und eine innere konische Oberfläche in einem gegenläufigen Sinn zu der zweiten konischen äußeren Oberfläche des Zylinders aufweist.
Motor nach Anspruch 1 mit vier Paaren von Kolben und Zylindern, wobei die vier Paare in zwei Gruppen von zwei Paaren in jeder Gruppe gruppiert sind und drei Zwischenverbindungsabschnitte, Verbindungen zwischen den drei Abschnitten, welche Räume zur Aufnahme der entsprechenden ersten und zweiten Kurbel der zwei Gruppen von Kolben und Zylindern ausbilden, und ein Gegenausgleichsgewicht, welches an jeder Verbindung gegenüber der Primärkurbel bereitgestellt wird, umfassen.