EP0187930A2 - Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine - Google Patents

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EP0187930A2
EP0187930A2 EP85115114A EP85115114A EP0187930A2 EP 0187930 A2 EP0187930 A2 EP 0187930A2 EP 85115114 A EP85115114 A EP 85115114A EP 85115114 A EP85115114 A EP 85115114A EP 0187930 A2 EP0187930 A2 EP 0187930A2
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cylinders
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    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1816—Number of cylinders four

Definitions

  • the invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • each piston requires its own crank pin within the crankshaft, so that a large overall length for the crankshaft very quickly results with the resulting difficulties in its storage.
  • manufacture of such cranked crankshafts is expensive.
  • the overall length of the entire engine is also large iFurthermore, two cylinder internal combustion piston machines with axially are ü b succumbing arranged working cylinders known as the so-called boxer engines, the reciprocating piston via a rigid piston rod with centrally located K urbelschleifentrieb kinematically coupled. see. DE-PS 409 919. They are advantageous over multi-cylinder internal combustion piston machines with conventional connecting rod crank mechanisms.
  • the kinematics of the crank loop drive Thanks to the kinematics of the crank loop drive, the dwell times at the top and bottom dead center are extended, which has a favorable effect on the flushing and charging processes and the combustion process. Furthermore, the rectilinear movement of the two piston rods enables an effective sealing of the cylinder space from the crankcase by means of partition walls which are only penetrated by the piston rods, the bearings of which can be sealed relatively easily. These partitions also result in a rigid construction for the motor housing, and the dynamic forces occurring on the crank loop drive can be absorbed in the motor housing without any problems. The overall frictional forces are reduced in that the crank loop frame itself does not need to be stored. All of these measures shorten the overall motor length. The effective sealing of the interior of the crank loop drive from the cylinder chambers with their chemically aggressive climate increases the service life of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to achieve further conceptual improvements by means of a new design of the boxer engine type mentioned, in particular to create multi-cylinder internal combustion engines using the boxer principle, the pistons of which are coupled to one another via rigid piston rods and can act on a crank pin as far as possible .
  • the invention thus achieves an astonishingly simple manner in a compact engine design and a large number of bearings are saved, as a result of which the power-to-weight ratio is improved and the construction volume is reduced, and in particular the construction length is shortened.
  • constructive simplifications are achieved with respect to the crank output, which also makes engine production cheaper, since only crankshaft cranking with a crank pin is required for a four-cylinder engine.
  • the balancing masses can be reduced and the smooth running of the internal combustion engine improves. This also increases the lifespan.
  • the so-called modular principle can be carried out in a simple manner, so that motors of different power ranges can be realized with the same structural units.
  • the first pair of cylinders consists of the two working cylinders 1 and 2, which lie opposite one another with the same axis. In them run pistons 3 and 4, on which piston rods 5 and 6 are rigidly attached. These are, on the other hand, firmly connected to a crank loop frame 7, which includes a rectilinear link 8, the longitudinal axis L8 of which is directed at an angle of 90 ° transversely to the longitudinal axis L1, 2 of the two working cylinders 1 and 2.
  • Figure 3 the first pair of cylinders consists of the two working cylinders 1 and 2, which lie opposite one another with the same axis. In them run pistons 3 and 4, on which piston rods 5 and 6 are rigidly attached. These are, on the other hand, firmly connected to a crank loop frame 7, which includes a rectilinear link 8, the longitudinal axis L8 of which
  • the second pair of cylinders consists of the two working cylinders 11 and 12, which likewise lie opposite one another with the same axis.
  • Working pistons 13 and 14 run in them, on which piston rods 15 and 16 are rigidly attached.
  • crank loop frame 17 which includes a rectilinear link 18, the longitudinal axis L 18 of which is directed at an angle of 90 ° transverse to the longitudinal axis L11, 12 of the two working cylinders 11 and 12.
  • a sliding block 19 moves in the backdrop 18 and is likewise rotatably mounted on the crank pin 10 of the crank mechanism 20.
  • the two longitudinal axes L8 and L18 of the two scenes 8 and 18 also intersect perpendicularly.
  • crank loop frames 7 and 17 lie side by side on the crank pin 10 of the crank drive 20.
  • the synchronism of all four working pistons achieved by the selected arrangement of two crank loops on a crank pin has the advantage that the balancing mass corresponds to the translationally moving mass of a conventional two-cylinder unit.
  • the centrifugal force in each crankshaft position is just as large as the resulting mass of two two-cylinder units. All that remains is a residual mass force, resulting from the small distance between the piston rods, which are offset by 90 °, and the masses that move with them in a translatory manner.

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Abstract

Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine, deren Zylinder nach dem Boxer-Prinzip angeordnet sind und bei der die hin- und hergehenden Bewegungen der Kolben über eine Kurbelschleife in eine Drehbewegung umgeformt werden und bei der die Kolben von jeweils vier Zylindern auf einen einzigen Kurbelzapfen wirken.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Durch die DE-PS 241 538 ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekanntgeworden, deren vier Zylinder in einer Ebene befindlich angeordnet sind, wobei die Arbeitskolben jeweils zweier nebeneinander liegender Zylinder durch jeweils einen Kurbelschleifenrahmen gekoppelt sind. Dabei sind die beiden Kurbelschleifenrahmen koaxial zueinanderliegend angeordnet und ihre Kulissen befinden sich in deckungsgleicher Anordnung, so daß die vier Arbeitskolben der paarweise gegenüberliegenden Zylinder sich stets in gleicher Richtung bewegen. Dieser Gleichlauf aller vier Arbeitskolben mit den Kurbelschleifenrahmen bedingt jedoch große bewegte Massen in einer Richtung, was wiederum große Ausgleichsmassen erfordert. Damit erhöht sich das Baugewicht der Maschinen mit allen nachteiligen Begleitumständen.
  • Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, deren Kolben über übliche Pleuel auf die Kurbelwelle weisen, erfordert jeder Kolben einen eigenen Kurbelzapfen innerhalb der Kurbelwelle, so daß sich sehr schnell eine große Baulänge für die Kurbelwelle mit den daraus resultierenden Schwierigkeiten bei ihrer Lagerung ergibt. Außerdem ist die Herstellung solcher vielfach gekröpfter Kurbelwellen teuer. Auch wird die Baulänge des gesamten Motors groß iFerner sind zwei Zylinder-Brennkraftkolbenmaschinen mit achsgleich gegen- überliegend angeordneten Arbeitszylindern als sog. Boxermotore bekannt, deren hin- und hergehende Arbeitskolben über eine starre Kolbenstange mit dem mittig gelegenen Kurbelschleifentrieb kinematisch gekoppelt sind; vgl. DE-PS 409 919. Sie sind gegenüber Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschinen mit herkömmlichem Pleuel-Kurbeltrieb vorteilhaft. So werden durch die Kinematik des Kurbelschleifentriebes die Verweilzeiten im oberen und unteren Totpunkt verlängert, was sich günstig auf die Spül- und Ladungsvorgänge und den Verbrennungsablauf auswirkt. Ferner ermöglicht die geradlinige Bewegung der beiden Kolbenstangen eine wirkungsvolle Abdichtung des Zylinderraumes gegenüber dem Kurbelgehäuse durch Trennwände, die nur von den Kolbenstangen durchsetzt werden, deren Lagerungen relativ einfach abgedichtet werden können. Diese Trennwände bewirken außerdem eine steife Bauart für das Motorgehäuse, und die am Kurbelschleifentrieb auftretenden dynamischen Kräfte können im Motorengehäuse problemlos aufgenommen werden. Auch werden die Reibungskräfte insgesamt dadurch verringert, daß der Kurbelschleifenrahmen selbst nicht gelagert zu werden braucht. Durch alle diese Maßnahmen verkürzt sich die motorische Baulänge. Die wirksame Abdichtung des Innenraumes des Kurbelschleifentriebes gegenüber den Zylinderräumen mit deren chemisch aggressivem Klima erhöht die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, durch eine neue Bauform der genannten Boxermotorgattung weitere, konzeptionelle Verbesserungen zu erreichen, insbesondere unter Anwendung des Boxer-Prinzips Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen zu schaffen, deren über starre Kolbenstangen miteinander gekoppelten Kolben möglichst auf einen Kurbelza"pfen wirken können.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die in den Patentansprüchen niedergelegten Merkmale gelöst.
  • Durch die Erfindung wird also auf verblüffend einfache Weise eine kompakte Motorbauweise erreicht und werden eine Vielzahl von Lagerstellen eingespart, wodurch sich das Leistungsgewicht verbessert und das Bauvolumen verkleinert, dabei Insbesondere die Baulänge verkürzt. Außerdem werden konstruktive Vereinfachungen in bezug auf den Kurbelabtrieb erzielt, was auch die Motorfertigung verbilligt, da nur eine Kurbelwellenkröpfung mit einem Kurbelzapfen für einen Vierzylindermotor erforderlich ist. Durch die bauliche bzw. kinematische Trennung der beiden Kurbelschleifenrahmen für jedes gegenüberliegende Arbeitskolbenpaar und insbesondere die sternförmige Anordnung der beiden Arbeitszylinderpaare erfolgen bei einem Kurbelwellenumlauf bestimmte Gegenläufigkeiten der beiden senkrecht zueinander bewegten Massen, so daß ein teilweiser Massenausgleich zwischen diesen beiden Massensystemen auftritt. Die Ausgleichsmassen können verringert werden und die Laufruhe der Brennkraftmaschine verbessert sich. Damit erhöht sich auch die Lebensdauer. Ferner ist auf einfache Weise das sog. Baukastenprinzip durchführbar, so daß mit gleichen Baueinheiten Motoren unterschiedlicher Leistungsbereiche realisierbar sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, das nachfolgend beschrieben ist. Es zeigen
    • Figur 1 die Brennkraftmaschine nach der Erfindung in einer Schnittebene durch das eine Paar der achsgleich gegenüberliegenden Zylinder,
    • Figur 2 die Brennkraftmaschine nach Figur 1 in einer zur ersten Schnittebene parallelen Schnittebene durch das zweite Paar der achsgleich gegenüberliegenden Zylinder und
    • Figur 3 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch den Kurbelwellenbereich der Brennkraftmaschine nach Figur 1.
  • Wie Figur 1 zeigt, besteht das erste Zylinderpaar aus den beiden Arbeitszylindern 1 und 2, die achsgleich gegenüberliegen. In ihnen laufen Arbeitskolben 3 und 4, an denen Kolbenstangen 5 und 6 starr befestigt sind. Diese sind andererseits mit einem Kurbelschleifenrahmen 7 fest verbunden, der eine geradlinige Kulisse 8 einschließt, deren Längsachse L8 in einem Winkel von 90° quer zur Längsachse L1, 2 der beiden Arbeitszylinder 1 und 2 gerichtet ist. In der Kulisse 8 bewegt sich ein Gleitstein 9, der auf einem Kurbelzapfen 10 eines Kurbelabtriebes 20 mit seiner Kurbelwelle 21 drehbar gelagert ist , vgl. Figur 3.
  • Das zweite Zylinderpaar besteht gemäß Figur 2 aus den beiden Arbeitszylindern 11 und 12, die ebenfalls achsgleich gegenüberliegen. In ihnen laufen Arbeitskolben 13 und 14, an denen Kolbenstangen 15 und 16 starr befestigt sind. Diese sind andererseits mit einem Kurbelschleifenrahmen 17 fest verbunden, der eine geradlinige Kulisse 18 einschließt, deren Längsachse L 18 in einem Winkel von 900 quer zur Längsachse L11, 12 der beiden Arbeitszylinder 11 und 12 gerichtet ist. In der Kulisse 18 bewegt sich ein Gleitstein 19, der ebenfalls auf dem Kurbelzapfen 10 des Kurbeltriebes 20 drehbar gelagert ist. Die beiden Längsachsen L8 und L18 der beiden Kulissen 8 und 18 kreuzen sich ebenfalls senkrecht.
  • Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, liegen beide Kurbelschleifenrahmen 7 und 17 nebeneinander auf dem Kurbelzapfen 10 des Kurbelabtriebes 20. Die Lagerung der Kurbelwelle 21 ist, da nicht zur Erfindung gehörig, weder beschrieben noch näher dargestellt.
  • x Nimmt man die Drehrichtung R des Motors in Uhrzeigersinn an, so bewegen sich die beiden Arbeitskolben 13 und 14 nach rechts oben, während sich die beiden Arbeitskolben 3 und 4 nach rechts unten bewegen. Diese Bewegungen werden über die Kurbelschleifen 7 und 17 auf den Kurbelzapfen 10 der Kurbelwelle 21 übertragen, der dadurch eine Drehbewegung aufgezwungen wird.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung der neuen Brennkraftmaschine sofort zu ersehen ist, hat der durch die gewählte Anordnung von zwei Kurbelschleifen auf einen Kurbelzapfen erzielte Gleichlauf aller vier Arbeitskolben den Vorteil, daß die Ausgleichsmasse der der sich translatorisch bewegenden Masse einer üblichen Zwei-ZylinderEinheit entspricht. Dadurch ist die Fliehkraft in jeder Kurbelwellenstellung genau so große wie die resultierende Masse von zwei Zwei-Zylinder-Einheiten. Es verbleibt lediglich eine Restmassenkraft, resultierend aus dem geringen Abstand der um 90° vesetzt angeordneten Kolbenstangen und der sich mit diesen translatorisch bewegenden Massen.
  • Dieser Vorteil wird auch dann erzielt, wenn mehr als vier Zylinder, nämlich jeweils das geradzählige Vielfache von zwei, auf eine einzige Kurbelwelle in der beschriebenen Art und Weise wirken, die dann die entsprechende Anzahl von Kurbelzapfen aufweisen muß.

Claims (3)

1. Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine, deren Arbeitszylinder jeweils paarweise und achsgleich gegenüberliegend angeordnet sind, mit Kurbelschleifentrieb zur Umwandlung der Translationsbewegung der Arbeitskolben und deren starr mit ihnen verbundenen Kolbenstangen in Rotationsbewegung des Kurbelabtriebes, wobei jeweils zwei Kolbenstangen mit ihren inneren Enden am Kurbelschleifenrahmen unbeweglich befestigt sind, in dessen geradliniger, senkrecht zur Längsachse des Arbeitszylinderpaares verlaufenden Kulisse der Kurbelzapfen des Kurbelabtriebes gleitet, dadurch gekennzeichnet , daß auf jedem Kurbelzapfen (10) die Kulissen (8 und 18) jeweils zweier Kurbelschleifenrahmen (7 und 17) laufen, die zur Verbindung jeweils zweier gegenüberliegender Arbeitskolben (3 und 4 sowie 13 und 14) von vier in Achsrichtung hintereinander angeordneten Arbeitszylindern (1 und 2 sowie 11 und 12) dienen, und daß die Längsachse der Kurbelwelle und damit auch des Kurbelzapfens (10) in Richtung der hintereinander angeordneten Zylinderpaare (1 und 2 sowie 11 und 12) verläuft, mit Hintereinanderanordnung auch der einem jeden Zylinderpaar mit achsgleich gegenüberliegenden Zylindern (1 und 2 sowie 11 und 12) zugeordneten Kurbelschleifenrahmen (7 und 17).
2. Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (L1, 2 und L11, 12) jeweils zweier gegenüberliegender Arbeitszylinderpaare (1 und 2 sowie 11 und 12) einen Winkel von 90° einschließen und sich kreuzen und die Längsachse (L8 und L18) der auf dem Kurbelzapfen (10) gleitenden Kulissen (8 und 18) der beiden hintereinander angeordneten Kurbelschleifenrahmen (7 und 17) senkrecht zueinander gerichtet sind und sich dabei kreuzen.
3. Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils das geradzählige Vielfache von zwei bildende Arbeitszylinder-Einheiten (1/2, 11/12) einer Kurbelwelle (21) mit einer entsprechenden Anzahl von Kurbelzapfen (10) zugeordnet sind.
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