EP2792846A1 - Double crankshaft combustion engine - Google Patents

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Publication number
EP2792846A1
EP2792846A1 EP13002068.8A EP13002068A EP2792846A1 EP 2792846 A1 EP2792846 A1 EP 2792846A1 EP 13002068 A EP13002068 A EP 13002068A EP 2792846 A1 EP2792846 A1 EP 2792846A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
crankshafts
engine
bearing
synchronization gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13002068.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Roth
Robertino Wild
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Capricorn Automotive GmbH
Original Assignee
Capricorn Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Capricorn Automotive GmbH filed Critical Capricorn Automotive GmbH
Priority to EP13002068.8A priority Critical patent/EP2792846A1/en
Publication of EP2792846A1 publication Critical patent/EP2792846A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/047—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of variable crankshaft position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/06—Engines with means for equalising torque
    • F02B75/065—Engines with means for equalising torque with double connecting rods or crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Definitions

  • the invention relates to a double crankshaft internal combustion engine.
  • Such devices are mainly used as compact energy sources, eg. As an outboard motor, as a drive for motorcycles or as an APU ("auxiliary power unit") in aviation. Due to the achievable smoothness they are also particularly suitable as "range extender” for vehicles with hybrid drive or for small combined heat and power plants.
  • a double crankshaft motor which should allow a high specific power in a compact size and high smoothness, is for example in the document DE 103 48 345 B4 disclosed.
  • a disadvantage of all these motors is that the compression ratio during operation can not be changed.
  • the motors must therefore be designed for full-load operation, while in part-load operation, a higher compression would be readily acceptable, which in turn would achieve higher efficiency and lower consumption.
  • Variable compression internal combustion engines are also known in the art. Such is in the document US 5,329,893 discloses an engine design in which the cylinder head and block are connected via a hinge to the crankcase, so that a small relative movement (eg 4 °) is made possible, which is controlled by a hydraulic actuator. Also in the publication US 2005/0028760 A1 a small relative movement between the cylinder block and crankcase is provided, controlled in this case by two rotating camshafts.
  • the pamphlets WO 01/23722 A1 disclose engine designs in which the crankshaft bearings are designed to be height adjustable (for example, by eccentric), whereby the distance between the piston and cylinder head can be changed.
  • EP 1 247 958 A1 such as WO 20081099018 A1 disclose engine designs in which, however, the storage of the connecting rods to the crank pin of the crankshaft is designed to be variable, for example, by eccentric sleeves, which are mounted controllably between crank pin and connecting rod eye.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and in particular to enable variable compression in double crankshaft engines in everyday use.
  • the motor can thus be designed so that no phase shift is set in the part-load range, where lower temperatures and pressures prevail.
  • the piston is maximally raised in the partial load range and there is a maximum compression of the combustion mixture in the engine.
  • the engine can be driven both in the part-load range and in the full load range at the limits of its capacity. It can thus be achieved over the entire load range of the engine, a higher compression compared to conventional engines.
  • the utilization of the chemical energy of the fuel is better with higher compression.
  • a higher utilization of the energy of the fuel and thus a lower fuel consumption can be achieved.
  • Such an engine is suitable for mass production without any restrictions, since neither extreme complexity nor particularly tight manufacturing tolerances are required, which cause problems in other engine designs with variable compression and can cause, for example, high manufacturing costs.
  • One of the two crankshafts carries a synchronization gear, which can rotate about the axis of the crankshaft. Furthermore, this crankshaft has a connecting element, which is displaceable along the axis of the crankshaft. Corresponding means for displacing the connecting element along the axis of the crankshaft are provided, which can press the connecting element against the synchronization gear.
  • the connecting element has a ramp.
  • the synchronization gear also has a ramp. The ramp of the connecting element and the ramp of the synchronization gear are arranged such that they engage positively with one another.
  • the angular position of the synchronization gear on the crankshaft can be varied.
  • each crankshaft has a synchronizing gear, wherein the two synchronization gears are engaged with each other to synchronize the two crankshafts.
  • One of the two crankshafts in turn carries a synchronization gear which can rotate about the axis of the crankshaft. The angular position of this synchronization gear relative to this crankshaft can be varied hydraulically.
  • area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section through a double crankshaft motor, as shown in EP 2 426 336 A2 is described.
  • the two crankshafts 3 and 4 are synchronized with each other by means of the synchronization gears 1 and 2 and stored in the schematically indicated bearings 3a, 4a.
  • the schematically indicated crank arm 15 terminates in a crank pin 14 and rotates synchronously with the synchronization gear 2.
  • a corresponding crank pin 13 is formed on the synchronization gear 1.
  • 14 engage connecting rods 5, 6.
  • the two connecting rods 5, 6 end in pivot bearings 11 and 12, which are provided in the compensating element 7.
  • the compensation element 7 resembles possibly existing game and slight desynchronization of the two crankshafts, as in EP 2 426 336 A2 described, out.
  • the compensation element 7 is provided on the piston 8. This limits the combustion chamber 9 in the cylinder 10th
  • a schematic cross-section is shown by a double crankshaft motor according to the invention, which in addition to the in EP 2 426 336 A2 Characteristics described also has means for phase shifting the two crankshafts 3 and 4 against each other. These means have set a phase shift in the figure by the angle ⁇ 2 . As a result, the left connecting rod 5 is lowered slightly. The compensating element 7 thereby tilts by the angle ⁇ 1 , thereby preventing the piston 8 from tilting. In addition, thereby the piston 8 is lowered relative to the situation with non-phase-shifted crankshafts. The compensation element 7 effectively averages the position of the both connecting rods 5 and 6, so that the effective top dead center is lowered.
  • the combustion chamber 9 above the piston 8 is recognizable larger, the compression is reduced compared to the state with non-phase-shifted crankshafts.
  • the means for phase shifting the two crankshafts are adjusted so that the angle ⁇ 2 is maximum at full load.
  • Fig. 3 shows a diagram in which the kinematics of the double crankshaft drive is shown with and without phase shift and compared to a conventional engine with a crankshaft. All curves describe the distance of the small connecting rod eyes (upper bearing of the connecting rod) from the respectively associated crankshaft axis.
  • the two dashed curves describe the two connecting rods of a double crankshaft engine, wherein the two crankshafts are phase-shifted by 20 ° from each other.
  • the solid line describes the resulting (averaged) curve, measured in the center axis of the compensating element. It can be seen clearly that due to the phase shift, the effective stroke decreases.
  • the dot-dashed curve describes the situation with a conventional engine with only one crankshaft. It can be seen clearly that the kinematics is a different, in particular, that in the double crankshaft motor, the up and down movements of the piston are different.
  • Fig. 4 shows by way of example the additional piston stroke of a double crankshaft motor according to the invention as a function of the phase shift of the crankshafts against each other. It should be noted that the piston stroke is reduced by the phase shift. At maximum phase shift (in this example, this is 35 °), the piston stroke is minimal overall. The additional piston stroke is thus defined as zero in this case. Without phase shift (0 °), on the other hand, the piston stroke is maximum, which in this example means an additional 2.5 mm.
  • Fig. 5 is exemplified the achieved compression ratio in a double crankshaft motor according to the invention as a function of the phase shift of the crankshafts against each other.
  • the compression ratio varies between 25: 1 (phase shift 0 °) and 16: 1 (phase shift 35 °).
  • the z under full load conditions. B. is limited to a compression of 16: 1, 9 points are obtained in the compression in the partial load range. This corresponds to a fuel saving of about 18%.
  • Fig. 6 shows by way of example the thermal efficiency of a double crankshaft motor according to the invention in dependence on the phase shift of the crankshafts against each other. It can be clearly seen that the phase shift reduces the efficiency by lowering the compression ratio. This is acceptable in practical applications, since the maximum phase shift is conveniently done at full load conditions, the minimum phase shift, while allowing the best efficiency, is reserved for the part load operation, which is much more common and for longer periods in typical vehicle applications. For these situations, the efficiency is increased, in the present example by up to 20% (from 0.4 to 0.5).
  • each crankshaft carries a synchronizing gear, the two synchronizing gears being engaged with each other to synchronize the two crankshafts.
  • One of the two crankshafts 50 carries a synchronization gear 60, which is not fixed to the crankshaft 50 but can rotate about it. It can not be moved along the crankshaft 50.
  • This synchronizing gear 60 is engaged with the synchronizing gear of the other crankshaft (not shown).
  • At least one connecting element 70 is mounted on the crankshaft 50 such that it rotates with the crankshaft 50, but is displaceable in the longitudinal direction.
  • Corresponding means 80 for displacing the connecting element 70 along the axis of the crankshaft 50 are provided, which can press the connecting element 70 against the synchronization gear 60 and thus firmly couple it to the rotation of the crankshaft 50.
  • These means 80 may, for. B. be a hydraulic or electrical adjuster.
  • Fig. 5 the hydraulic variant is shown schematically.
  • the central oil hole 82 in the crankshaft 50 oil is promoted with a speed-dependent delivery pressure. If the speed increases, the pressure generated in the central oil bore 82 of the crankshaft and thus also in the hydraulic chamber 84 (in FIG Figure 5 only shown in section), which is connected via a feed line 86 with the central oil hole 82. Due to the pressure increase in the hydraulic chamber 84, the connecting element 70 is displaced in the direction of the synchronization gear 60 and this adjusted.
  • the connecting element 70 has a ramp 90 at its end facing the synchronization gear 60.
  • the synchronization gear 60 has a complementarily configured ramp 95.
  • the two ramps 90, 95 are arranged such that they can engage positively with one another.
  • the synchronization gear 60 is thus fixed in a more or less twisted position on the crankshaft 50, whereby compared to the other crankshaft, the synchronization gear is connected in a conventional manner with her, a phase shift is achieved ,
  • a further embodiment of the means for phase shifting the crankshafts relative to one another is a vane-type adjuster, as in Fig. 8 shown in a section transverse to the crankshaft 50.
  • the radially arranged hydraulic chambers 84 are supplied with oil via supply lines 86 from the central oil bore (not shown in this figure) of the crankshaft 50.
  • the wing members 100 and the pins 102 of the synchronizing gear 60 are pushed apart. This results in a relative phase shift between the crankshaft 50 and the synchronization gear 60.
  • An internal combustion engine is an internal combustion engine that converts chemical energy of a fuel into mechanical work by combustion. The combustion takes place in the combustion chamber, in which a mixture of fuel and ambient air is ignited. The thermal expansion of the hot gas is used to move a piston.
  • internal combustion engines are the gasoline engine and the diesel engine, e.g. in automobiles.
  • the double crankshaft engine is to be understood as phase shifting:
  • the two crankshafts run in phase when the associated connecting rods of a cylinder each reach their highest position at the same time.
  • the piston is then in its top dead center. If the two connecting rods of a cylinder reach their highest position at different times, then one connecting rod still has to cover one angle (which may be positive or negative) up to its highest position, when the other is in its highest position. This angle is the phase shift of the two crankshafts.
  • the compression ratio is the ratio of the total cylinder space before compression to the remaining space after compression. With a higher compression ratio, the efficiency increases, but at the same time the tendency to knock increases in gasoline engines.
  • the knocking can in turn be reduced by higher octane gasoline, optimization of the combustion chamber shape or the use of multiple spark plugs. As a rough guide to fuel economy, increasing the compression ratio by one point reduces fuel consumption by about 2%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Es wird ein Doppelkurbelwellen-Verbrennungsmotor vorgeschlagen mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Hubkolben hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Motor hat eine erste und eine zweite Kurbelwelle, wobei die beiden Kurbelwellen zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen. Dem Hubkolben sind ein erstes und ein zweites Pleuel zugeordnet, wobei das erste Pleuel mit seinem ersten Ende in einem ersten Schwenklager um eine erste Pleuelschwenkachse schwenkbar gelagert ist und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen der ersten Kurbelwelle drehbar gelagert ist. Entsprechendes gilt für das zweite Pleuel. Ferner ist am Hubkolben des Motors ein Lagerelement vorgesehen, das am Hubkolben um eine Lagerschwenkachse schwenkbar gelagert ist, die parallel zu den Pleuelschwenkachsen verläuft. Das erste und zweite Schwenklager sind an dem Lagerelement vorgesehen. Der Motor hat schließlich Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander. Dadurch lässt sich das Verdichtungsverhältnis im laufenden Betrieb variabel einstellen, ohne dass die Alltagstauglichkeit des Motors beeinträchtigt wird. Durch die variable Verdichtung wird eine erhebliche Kraftstoff-Einsparung erreicht.It is proposed a double crankshaft internal combustion engine with at least one cylinder in which a reciprocating piston is arranged back and forth. The engine has a first and a second crankshaft, wherein the two crankshafts are parallel to each other and rotate synchronously in opposite directions. The reciprocating piston is associated with a first and a second connecting rod, wherein the first connecting rod is pivotally mounted with its first end in a first pivot bearing about a first Pleuelschwenkachse and is rotatably mounted with its second end to a crank pin of the first crankshaft. The same applies to the second connecting rod. Further, a bearing element is provided on the reciprocating piston of the engine, which is mounted pivotably on the reciprocating piston about a bearing pivot axis which is parallel to the Pleuelschwenkachsen. The first and second pivot bearings are provided on the bearing member. The engine finally has means for phase shifting the two crankshafts against each other. As a result, the compression ratio can be adjusted variably during operation without impairing the everyday practicality of the engine. The variable compression achieves considerable fuel savings.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Doppelkurbelwellen-Verbrennungsmotor. Derartige Vorrichtungen dienen vorwiegend als kompakte Energiequellen, z. B. als Außenbordmotor, als Antrieb für Motorräder oder als APU ("auxiliary power unit") in der Luftfahrt. Aufgrund der erzielbaren Laufruhe eignen sie sich auch besonders als "range extender" für Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder für kleine Blockheizkraftwerke.The invention relates to a double crankshaft internal combustion engine. Such devices are mainly used as compact energy sources, eg. As an outboard motor, as a drive for motorcycles or as an APU ("auxiliary power unit") in aviation. Due to the achievable smoothness they are also particularly suitable as "range extender" for vehicles with hybrid drive or for small combined heat and power plants.

Stand der TechnikState of the art

Ein Doppelkurbelwellenmotor, der bei kompakten Abmessungen und hoher Laufruhe eine hohe spezifische Leistung ermöglichen soll, ist beispielsweise in der Druckschrift DE 103 48 345 B4 offenbart. Nachteilig ist daran aber unter anderem, dass die Konstruktion sehr hohe Ansprüche an Fertigungstoleranzen stellt, die bei einer Serienproduktion kaum zu erreichen sind, und ferner dass thermische Einflüsse oder Verschleiß an den Synchronisationszahnrädem der beiden Kurbelwellen zu einem unerwünschten Verkippen des Kolbens im Zylinder führen können.A double crankshaft motor, which should allow a high specific power in a compact size and high smoothness, is for example in the document DE 103 48 345 B4 disclosed. The disadvantage of this, however, inter alia, that the design makes very high demands on manufacturing tolerances that are difficult to achieve in mass production, and also that thermal influences or wear on the Synchronisationszahnrädem the two crankshafts can lead to unwanted tilting of the piston in the cylinder.

In der Druckschrift EP 2 426 336 A2 , deren Inhalt durch Bezugnahme in diese Beschreibung integriert wird, ist ein Doppelkurbetwellenmotor offenbart, der diese Probleme durch ein im Kolben gelagertes Lager- bzw. Ausgleichselement löst, an dem jeweils die beiden Pleuel gelagert sind.In the publication EP 2 426 336 A2 , the contents of which are incorporated by reference into this specification, a twin-turbo engine is disclosed, which solves these problems by a bearing in the piston bearing or compensation element, on each of which the two connecting rods are mounted.

Nachteilig an allen diesen Motoren ist, dass das Verdichtungsverhältnis im laufenden Betrieb nicht verändert werden kann. Die Motoren müssen also für den Volllastbetrieb ausgelegt werden, während im Teillastbetrieb ohne weiteres eine höhere Verdichtung verkraftbar wäre, die ihrerseits einen höheren Wirkungsgrad und niedrigeren Verbrauch erzielen würde.A disadvantage of all these motors is that the compression ratio during operation can not be changed. The motors must therefore be designed for full-load operation, while in part-load operation, a higher compression would be readily acceptable, which in turn would achieve higher efficiency and lower consumption.

Verbrennungsmotoren mit variabler Verdichtung sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. So ist in der Druckschrift US 5,329,893 eine Motorkonstruktion offenbart, bei der Zylinderkopf und -Block über ein Scharnier mit dem Kurbelgehäuse verbunden sind, so dass eine geringe Relativbewegung (z. B. 4°) ermöglicht wird, welche durch ein hydraulisches Stellglied gesteuert wird. Auch in der Druckschrift US 2005/0028760 A1 ist eine geringe Relativbewegung zwischen Zylinderblock und Kurbelgehäuse vorgesehen, in diesem Fall durch zwei rotierende Nockenwellen gesteuert.Variable compression internal combustion engines are also known in the art. Such is in the document US 5,329,893 discloses an engine design in which the cylinder head and block are connected via a hinge to the crankcase, so that a small relative movement (eg 4 °) is made possible, which is controlled by a hydraulic actuator. Also in the publication US 2005/0028760 A1 a small relative movement between the cylinder block and crankcase is provided, controlled in this case by two rotating camshafts.

Die Druckschriften WO 01/23722 A1 , DE 10 2004 051 012 A1 und WO 2007/081222 A1 offenbaren Motorkonstruktionen, bei denen die Kurbelwellenlager höhenverstellbar ausgeführt sind (beispielsweise durch Exzenter), wodurch der Abstand zwischen Kolben und Zylinderkopf verändert werden kann.The pamphlets WO 01/23722 A1 . DE 10 2004 051 012 A1 and WO 2007/081222 A1 disclose engine designs in which the crankshaft bearings are designed to be height adjustable (for example, by eccentric), whereby the distance between the piston and cylinder head can be changed.

Die Druckschriften DE 103 09 651 A1 , DE 103 09 652 A1 , EP 1 247 958 A1 sowie WO 20081099018 A1 offenbaren Motorkonstruktionen, bei denen hingegen die Lagerung der Pleuel an den Kurbelzapfen der Kurbelwelle variabel gestaltet ist, beispielsweise durch exzentrische Hülsen, die zwischen Kurbelzapfen und Pleuelauge steuerbar angebracht sind.The pamphlets DE 103 09 651 A1 . DE 103 09 652 A1 . EP 1 247 958 A1 such as WO 20081099018 A1 disclose engine designs in which, however, the storage of the connecting rods to the crank pin of the crankshaft is designed to be variable, for example, by eccentric sleeves, which are mounted controllably between crank pin and connecting rod eye.

Alle diese Konstruktionen haben Probleme mit der Alltagstauglichkeit, da sie sehr kompliziert und/oder sehr wartungsintensiv sind.All of these designs have problems with everyday usability because they are very complicated and / or very maintenance intensive.

Aufgabetask

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere variable Verdichtung bei Doppelkurbelwellenmotoren in alltagstauglicher Weise zu ermöglichen.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and in particular to enable variable compression in double crankshaft engines in everyday use.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.This object is achieved by the invention with the features of the independent claim. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification.

Vorgeschlagen wird ein Doppelkurbelwellen-Verbrennungsmotor mit:

  • mindestens einem Zylinder, in dem ein Hubkolben hin- und herbewegbar angeordnet ist;
  • einer ersten Kurbelwelle;
  • einer zweiten Kurbelwelle;
  • wobei die erste Kurbelwelle und die zweite Kurbelwelle zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen;
  • wobei dem Hubkolben ein erstes und ein zweites Pleuel zugeordnet sind,
  • wobei das erste Pleuel mit seinem ersten Ende in einem ersten Schwenklager um eine erste Pleuelschwenkachse schwenkbar gelagert ist und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen der ersten Kurbelwelle drehbar gelagert ist; und
  • wobei das zweite Pleuel mit seinem ersten Ende in einem zweiten Schwenklager um eine zweite Pleuelschwenkachse schwenkbar gelagert ist und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen der zweiten Kurbelwelle drehbar gelagert ist; und mit
  • einem Lagerelement;
  • wobei das Lagerelement am Hubkolben um eine Lagerschwenkachse schwenkbar gelagert ist, die parallel zu den Pleuelschwenkachsen verläuft;
  • wobei das erste und zweite Schwenklager an dem Lagerelement vorgesehen sind; und mit
  • Mitteln zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander.
It proposes a double crankshaft internal combustion engine with:
  • at least one cylinder in which a reciprocating piston is arranged back and forth;
  • a first crankshaft;
  • a second crankshaft;
  • wherein the first crankshaft and the second crankshaft are parallel to each other and rotate in opposite directions synchronously;
  • wherein the reciprocating piston associated with a first and a second connecting rod,
  • wherein the first connecting rod is pivotally mounted with its first end in a first pivot bearing about a first Pleuelschwenkachse and is rotatably mounted with its second end to a crank pin of the first crankshaft; and
  • wherein the second connecting rod is pivotally mounted with its first end in a second pivot bearing about a second Pleuelschwenkachse and is rotatably mounted with its second end to a crank pin of the second crankshaft; and with
  • a bearing element;
  • wherein the bearing member is pivotally mounted on the reciprocating piston about a bearing pivot axis which is parallel to the Pleuelschwenkachsen;
  • wherein the first and second pivot bearings are provided on the bearing member; and with
  • Means for phase shift of the two crankshafts against each other.

Diese Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander ermöglichen es, den oberen Totpunkt des Hubkolbens abzusenken, wodurch das Volumen im Zylinder oberhalb des Hubraumes erhöht wird und das Verdichtungsverhältnis folglich abnimmt. Dies kann auch bei laufendem Motor erfolgen. Dabei bleibt die Alltagstauglichkeit und Belastbarkeit des Motors voll erhalten.These means for phase shifting the two crankshafts against each other make it possible to lower the top dead center of the reciprocating piston, whereby the volume in the cylinder is increased above the displacement and the compression ratio consequently decreases. This can also be done while the engine is running. The suitability for everyday use and the load capacity of the engine remain fully intact.

Mithilfe dieser Phasenverschiebung kann der Motor somit so ausgelegt werden, dass im Teillast-Bereich, wo geringere Temperaturen und Drücke herrschen, keine Phasenverschiebung eingestellt wird. Damit wird der Kolben im Teillastbereich maximal angehoben und es ergibt sich eine maximale Verdichtung des Verbrennungsgemisches im Motor.Using this phase shift, the motor can thus be designed so that no phase shift is set in the part-load range, where lower temperatures and pressures prevail. Thus, the piston is maximally raised in the partial load range and there is a maximum compression of the combustion mixture in the engine.

Erreicht der Motor hingegen höhere Drehzahlen oder gar seinen Volllast-Bereich, so kann im laufenden Betrieb eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Kurbelwellen eingestellt werden. Daraus ergibt sich eine verringerte Verdichtung im Volllastbereich, die allerdings immer noch die Grenzen der Belastbarkeit des Motors erreichen kann.On the other hand, if the engine reaches higher speeds or even its full load range, a phase shift between the two crankshafts can be set during operation. This results in a reduced compression at full load, but still can reach the limits of the load capacity of the engine.

Auf diese Weise kann der Motor sowohl im Teillast-Bereich als auch im Volllast-Bereich an den Grenzen seiner Belastbarkeit gefahren werden. Es kann somit, verglichen mit herkömmlichen Motoren, über den gesamten Lastbereich des Motors eine höhere Verdichtung erreicht werden. Bekanntlich ist die Ausnutzung der chemischen Energie des Kraftstoffs bei höherer Verdichtung besser. Somit kann mit der vorgeschlagenen Phasenverschiebung insgesamt eine höhere Ausnutzung der Energie des Brennstoffs und damit ein geringerer Brennstoff-Verbrauch erreicht werden.In this way, the engine can be driven both in the part-load range and in the full load range at the limits of its capacity. It can thus be achieved over the entire load range of the engine, a higher compression compared to conventional engines. As is known, the utilization of the chemical energy of the fuel is better with higher compression. Thus, with the proposed phase shift overall, a higher utilization of the energy of the fuel and thus a lower fuel consumption can be achieved.

Ein solcher Motor ist ohne Einschränkungen für die Serienfertigung geeignet, da weder extreme Komplexität vorliegt noch besonders enge Fertigungstoleranzen erforderlich sind, die bei anderen Motorkonstruktionen mit variabler Verdichtung für Probleme sorgen und beispielsweise zu hohe Fertigungskosten verursachen können.Such an engine is suitable for mass production without any restrictions, since neither extreme complexity nor particularly tight manufacturing tolerances are required, which cause problems in other engine designs with variable compression and can cause, for example, high manufacturing costs.

Alltagstauglich lässt sich eine solche Phasenverschiebung wie folgt realisieren:

  • Jede Kurbelwelle trägt ein Synchronisationszahnrad, wobei die beiden Synchronisationszahnräder miteinander in Eingriff sind, um die beiden Kurbelwellen zu synchronisieren.
Suitable for everyday use, such a phase shift can be realized as follows:
  • Each crankshaft carries a synchronizing gear, the two synchronizing gears being engaged with each other to synchronize the two crankshafts.

Eine der beiden Kurbelwellen trägt ein Synchronisationszahnrad, welches um die Achse der Kurbelwelle rotieren kann. Ferner weist diese Kurbelwelle ein Verbindungselement auf, welches entlang der Achse der Kurbelwelle verschiebbar ist. Entsprechende Mittel zum Verschieben des Verbindungselements entlang der Achse der Kurbelwelle sind vorgesehen, die das Verbindungselement gegen das Synchronisationszahnrad pressen können.One of the two crankshafts carries a synchronization gear, which can rotate about the axis of the crankshaft. Furthermore, this crankshaft has a connecting element, which is displaceable along the axis of the crankshaft. Corresponding means for displacing the connecting element along the axis of the crankshaft are provided, which can press the connecting element against the synchronization gear.

Das Verbindungselement weist eine Rampe auf. Das Synchronisationszahnrad weist ebenfalls eine Rampe auf. Die Rampe des Verbindungselements und die Rampe des Synchronisationszahnrads sind derart angeordnet, dass sie formschlüssig aneinander angreifen.The connecting element has a ramp. The synchronization gear also has a ramp. The ramp of the connecting element and the ramp of the synchronization gear are arranged such that they engage positively with one another.

Mittels der Mittel zum Verschieben des Verbindungselements und der beiden Rampen kann die Winkelstellung des Synchronisationszahnrads auf der Kurbelwelle variiert werden.By means of the means for displacing the connecting element and the two ramps, the angular position of the synchronization gear on the crankshaft can be varied.

Eine andere, ebenfalls sehr robuste Art, die Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander zu realisieren, stellt sich wie folgt dar: Wiederum hat jede Kurbelwelle ein Synchronisationszahnrad trägt, wobei die beiden Synchronisationszahnräder miteinander in Eingriff sind, um die beiden Kurbelwellen zu synchronisieren. Eine der beiden Kurbelwellen trägt wiederum ein Synchronisationszahnrad, welches um die Achse der Kurbelwelle rotieren kann. Die Winkelstellung dieses Synchronisationszahnrads bezogen auf diese Kurbelwelle kann hydraulisch variiert werden.Another, also very robust way to realize the phase shift of the two crankshafts against each other, is as follows: Again, each crankshaft has a synchronizing gear, wherein the two synchronization gears are engaged with each other to synchronize the two crankshafts. One of the two crankshafts in turn carries a synchronization gear which can rotate about the axis of the crankshaft. The angular position of this synchronization gear relative to this crankshaft can be varied hydraulically.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The possibilities to solve the problem are not limited to the embodiments. For example, area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.

Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1
eine schematische Querschnittansicht durch einen Doppelkurbelwellenmotor, ohne Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander;
Fig. 2
eine schematische Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellenmotor, wobei beide Kurbelwellen gegeneinander phasenverschoben sind;
Fig. 3
eine Darstellung der Kinematik des Doppelkurbelwellenmotors;
Fig. 4
eine Darstellung des zusätzlichen Kolbenhubs eines erfindungsgemäßen Motors in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander;
Fig.5
eine Darstellung des Verdichtungsverhältnisses eines erfindungsgemäßen Motors in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander;
Fig. 6
eine Darstellung des thermischen Wirkungsgrades eines erfindungsgemäßen Motors in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander;
Fig. 7
eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Mittel zur Phasenverschiebung der Kurbelwellen; und
Fig. 8
eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Mittel zur Phasenverschiebung der Kurbelwellen.
The embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate the same or functionally identical or with respect to their functions corresponding elements. In detail shows:
Fig. 1
a schematic cross-sectional view through a double crankshaft motor, without phase shift of the crankshafts against each other;
Fig. 2
a schematic cross-sectional view through a double crankshaft motor according to the invention, wherein both crankshafts are out of phase with each other;
Fig. 3
a representation of the kinematics of the double crankshaft motor;
Fig. 4
a representation of the additional piston stroke of an engine according to the invention in dependence on the phase shift of the two crankshafts against each other;
Figure 5
a representation of the compression ratio of an engine according to the invention in dependence on the phase shift of the two crankshafts against each other;
Fig. 6
a representation of the thermal efficiency of an engine according to the invention in dependence on the phase shift of the two crankshafts against each other;
Fig. 7
a schematic view of a preferred embodiment of the means for phase shifting the crankshafts; and
Fig. 8
a schematic view of another embodiment of the means for phase shifting the crankshaft.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Doppelkurbelwellenmotor, wie er in EP 2 426 336 A2 beschrieben ist. Die beiden Kurbelwellen 3 und 4 sind mittels der Synchronisationszahnräder 1 und 2 miteinander synchronisiert und in den schematisch angedeuteten Lagern 3a, 4a gelagert. Der schematisch angedeutete Kurbelarm 15 endet in einem Kurbelzapfen 14 und dreht sich synchron mit dem Synchronisationszahnrad 2. Ein entsprechender Kurbelzapfen 13 ist am Synchronisationszahnrad 1 ausgebildet. An den Kurbelzapfen 13, 14 greifen Pleuel 5, 6 an. Die beiden Pleuel 5, 6 enden in Schwenklagern 11 bzw. 12, die in dem Ausgleichselement 7 vorgesehen sind. Das Ausgleichselement 7 gleicht ggf. vorhandenes Spiel und leichte Entsynchronisierungen der beiden Kurbelwellen, wie in EP 2 426 336 A2 beschrieben, aus. Das Ausgleichselement 7 ist am Kolben 8 vorgesehen. Dieser begrenzt den Verbrennungsraum 9 im Zylinder 10. Fig. 1 shows a schematic cross section through a double crankshaft motor, as shown in EP 2 426 336 A2 is described. The two crankshafts 3 and 4 are synchronized with each other by means of the synchronization gears 1 and 2 and stored in the schematically indicated bearings 3a, 4a. The schematically indicated crank arm 15 terminates in a crank pin 14 and rotates synchronously with the synchronization gear 2. A corresponding crank pin 13 is formed on the synchronization gear 1. At the crank pin 13, 14 engage connecting rods 5, 6. The two connecting rods 5, 6 end in pivot bearings 11 and 12, which are provided in the compensating element 7. The compensation element 7 resembles possibly existing game and slight desynchronization of the two crankshafts, as in EP 2 426 336 A2 described, out. The compensation element 7 is provided on the piston 8. This limits the combustion chamber 9 in the cylinder 10th

In dieser Figur sind die beiden Kurbelwellen nicht gegeneinander phasenverschoben. Der Verbrennungsraum 9, der im oberen Totpunkt oberhalb des Kolbens vorhanden ist, ist so klein wie möglich, daher die Verdichtung maximal. Bei einem erfindungsgemäßen Motor, der außerdem über Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen gegeneinander verfügt, liegt dieser Zustand zweckmäßigerweise beim Teillastbetrieb vor, für den der Motor optimiert sein kann.In this figure, the two crankshafts are not out of phase with each other. The combustion chamber 9, which is present at top dead center above the piston is as small as possible, therefore the compression maximum. In an engine according to the invention, which also has means for phase shifting of the two crankshafts against each other, this condition is expediently before the partial load operation, for which the engine can be optimized.

In Fig. 2 ist dagegen ein schematischer Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellenmotor gezeigt, der neben den in EP 2 426 336 A2 beschriebenen Merkmalen außerdem über Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen 3 und 4 gegeneinander verfügt. Diese Mittel haben in der Figur eine Phasenverschiebung um den Winkel ϕ2 eingestellt. Dadurch wird das linke Pleuel 5 etwas abgesenkt. Das Ausgleichselement 7 verkippt sich dadurch um den Winkel ϕ1, wodurch verhindert wird, dass sich der Kolben 8 verkippt. Zudem wird dadurch der Kolben 8 gegenüber der Situation bei nicht phasenverschobenen Kurbelwellen abgesenkt. Das Ausgleichselement 7 mittelt effektiv die Position der beiden Pleuel 5 und 6, so dass auch der effektive obere Totpunkt abgesenkt ist. Der Verbrennungsraum 9 oberhalb des Kolbens 8 ist erkennbar größer, die Verdichtung ist gegenüber dem Zustand bei nicht phasenverschobenen Kurbelwellen reduziert. Zweckmäßigerweise werden die Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen so eingestellt, dass der Winkel ϕ2 bei Vollast maximal ist.In Fig. 2 On the other hand, a schematic cross-section is shown by a double crankshaft motor according to the invention, which in addition to the in EP 2 426 336 A2 Characteristics described also has means for phase shifting the two crankshafts 3 and 4 against each other. These means have set a phase shift in the figure by the angle φ 2 . As a result, the left connecting rod 5 is lowered slightly. The compensating element 7 thereby tilts by the angle φ 1 , thereby preventing the piston 8 from tilting. In addition, thereby the piston 8 is lowered relative to the situation with non-phase-shifted crankshafts. The compensation element 7 effectively averages the position of the both connecting rods 5 and 6, so that the effective top dead center is lowered. The combustion chamber 9 above the piston 8 is recognizable larger, the compression is reduced compared to the state with non-phase-shifted crankshafts. Appropriately, the means for phase shifting the two crankshafts are adjusted so that the angle φ 2 is maximum at full load.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Kinematik des Doppelkurbelwellen-Triebes mit und ohne Phasenverschiebung und im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor mit einer Kurbelwelle dargestellt ist. Alle Kurven beschreiben dabei den Abstand der kleinen Pleuelaugen (obere Lager der Pleuel) von der jeweils zugehörigen Kurbelwellenachse. Die beiden gestrichelten Kurven beschreiben dabei die beiden Pleuel eines Doppelkurbelwellenmotors, wobei die beiden Kurbelwellen um 20° gegeneinander phasenverschoben sind. Die durchgezogene Linie beschreibt die resultierende (gemittelte) Kurve, gemessen in der Mittelachse des Ausgleichselements. Man sieht deutlich, dass aufgrund der Phasenverschiebung der effektive Hub abnimmt. Zum Vergleich beschreibt die strichpunktierte Kurve die Situation bei einem herkömmlichen Motor mit nur einer Kurbelwelle. Man erkennt deutlich, dass die Kinematik eine andere ist, insbesondere, dass beim Doppelkurbelwellenmotor die Auf- und Abwärtsbewegungen des Kolbens unterschiedlich sind. Fig. 3 shows a diagram in which the kinematics of the double crankshaft drive is shown with and without phase shift and compared to a conventional engine with a crankshaft. All curves describe the distance of the small connecting rod eyes (upper bearing of the connecting rod) from the respectively associated crankshaft axis. The two dashed curves describe the two connecting rods of a double crankshaft engine, wherein the two crankshafts are phase-shifted by 20 ° from each other. The solid line describes the resulting (averaged) curve, measured in the center axis of the compensating element. It can be seen clearly that due to the phase shift, the effective stroke decreases. For comparison, the dot-dashed curve describes the situation with a conventional engine with only one crankshaft. It can be seen clearly that the kinematics is a different, in particular, that in the double crankshaft motor, the up and down movements of the piston are different.

Fig. 4 zeigt beispielhaft den zusätzlichen Kolbenhub eines erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellenmotors in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander. Dabei ist zu beachten, dass der Kolbenhub durch die Phasenverschiebung reduziert wird. Bei maximaler Phasenverschiebung (in diesem Beispiel sind das 35°) ist der Kolbenhub insgesamt minimal. Der zusätzliche Kolbenhub wird in diesem Fall also als Null definiert. Ohne Phasenverschiebung (0°) ist demgegenüber der Kolbenhub maximal, was in diesem Beispiel zusätzliche 2,5 mm bedeutet. Fig. 4 shows by way of example the additional piston stroke of a double crankshaft motor according to the invention as a function of the phase shift of the crankshafts against each other. It should be noted that the piston stroke is reduced by the phase shift. At maximum phase shift (in this example, this is 35 °), the piston stroke is minimal overall. The additional piston stroke is thus defined as zero in this case. Without phase shift (0 °), on the other hand, the piston stroke is maximum, which in this example means an additional 2.5 mm.

In Fig. 5 ist beispielhaft das erzielte Verdichtungsverhältnis in einem erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellenmotor in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander dargestellt. In diesem Fall schwankt das Verdichtungsverhältnis zwischen 25:1 (Phasenverschiebung 0°) und 16:1 (Phasenverschiebung 35°). Verwendet man die bekannte Faustformel, nach der ein Punkt mehr in der Verdichtung 2 % Kraftstofferspamis bewirkt, so können bei einem solchen Motor, der unter Volllastbedingungen z. B. auf eine Verdichtung von 16:1 beschränkt ist, im Teillast-Bereich 9 Punkte in der Verdichtung gewonnen werden. Dies entspricht einer Kraftstoffersparnis von etwa 18%.In Fig. 5 is exemplified the achieved compression ratio in a double crankshaft motor according to the invention as a function of the phase shift of the crankshafts against each other. In this case, the compression ratio varies between 25: 1 (phase shift 0 °) and 16: 1 (phase shift 35 °). Using the well-known rule of thumb, according to which a point more in the compression causes 2% Kraftstofferspamis, so in such an engine, the z under full load conditions. B. is limited to a compression of 16: 1, 9 points are obtained in the compression in the partial load range. This corresponds to a fuel saving of about 18%.

Fig. 6 zeigt beispielhaft den thermischen Wirkungsgrad eines erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellenmotors in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander. Es ist klar erkennbar, dass die Phasenverschiebung durch Senkung des Verdichtungsverhältnisses den Wirkungsgrad absenkt. Dies ist in der praktischen Anwendung akzeptabel, da die maximale Phasenverschiebung zweckmäßigerweise bei Volllastbedingungen erfolgt, die minimale Phasenverschiebung, die hingegen den besten Wirkungsgrad ermöglicht, dem Teillastbetrieb vorbehalten bleibt, der bei typischen Fahrzeuganwendungen weitaus häufiger und für längere Zeiträume vorliegt. Für diese Situationen wird also der Wirkungsgrad erhöht, und zwar im vorliegenden Beispiel um bis zu 20% (von 0,4 auf 0,5). Fig. 6 shows by way of example the thermal efficiency of a double crankshaft motor according to the invention in dependence on the phase shift of the crankshafts against each other. It can be clearly seen that the phase shift reduces the efficiency by lowering the compression ratio. This is acceptable in practical applications, since the maximum phase shift is conveniently done at full load conditions, the minimum phase shift, while allowing the best efficiency, is reserved for the part load operation, which is much more common and for longer periods in typical vehicle applications. For these situations, the efficiency is increased, in the present example by up to 20% (from 0.4 to 0.5).

In Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Mittel zur Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander schematisch dargestellt. In dieser Ausführungsform trägt jede Kurbelwelle ein Synchronisationszahnrad, wobei die beiden Synchronisationszahnräder miteinander in Eingriff sind, um die beiden Kurbelwellen zu synchronisieren. Eine der beiden Kurbelwellen 50 trägt ein Synchronisationszahnrad 60, welches nicht fest mit der Kurbelwelle 50 verbunden ist, sondern um diese rotieren kann. Es kann aber nicht längs der Kurbelwelle 50 verschoben werden. Dieses Synchronisationszahnrad 60 steht mit dem Synchronisationszahnrad der anderen Kurbelwelle (nicht dargestellt) im Eingriff. Mindestens ein Verbindungselement 70 ist so an der Kurbelwelle 50 montiert, dass es mit der Kurbelwelle 50 rotiert, aber in Längsrichtung verschiebbar ist.In Fig. 7 is a preferred embodiment of the means for phase shifting the crankshafts shown schematically against each other. In this embodiment, each crankshaft carries a synchronizing gear, the two synchronizing gears being engaged with each other to synchronize the two crankshafts. One of the two crankshafts 50 carries a synchronization gear 60, which is not fixed to the crankshaft 50 but can rotate about it. It can not be moved along the crankshaft 50. This synchronizing gear 60 is engaged with the synchronizing gear of the other crankshaft (not shown). At least one connecting element 70 is mounted on the crankshaft 50 such that it rotates with the crankshaft 50, but is displaceable in the longitudinal direction.

Entsprechende Mittel 80 zum Verschieben des Verbindungselements 70 entlang der Achse der Kurbelwelle 50 sind vorgesehen, die das Verbindungselement 70 gegen das Synchronisationszahnrad 60 pressen können und dieses somit fest an die Rotation der Kurbelwelle 50 koppeln. Diese Mittel 80 können z. B. ein hydraulischer oder elektrischer Versteller sein. In Fig. 5 ist die hydraulische Variante schematisch dargestellt. Durch die Zentralölbohrung 82 in der Kurbelwelle 50 wird Öl mit einem drehzahlabhängigen Förderdruck gefördert. Steigt die Drehzahl an, so erhöht sich der durch die Ölpumpe erzeugte Druck in der Zentralölbohrung 82 der Kurbelwelle und somit auch in der Hydraulikkammer 84 (in Fig.5 nur im Schnitt dargestellt), die über eine Zuleitung 86 mit der Zentralölbohrung 82 verbunden ist. Durch den Druckanstieg in der Hydraulikkammer 84 wird das Verbindungselement 70 in Richtung des Synchronisationszahnrads 60 verschoben und dieses damit verstellt.Corresponding means 80 for displacing the connecting element 70 along the axis of the crankshaft 50 are provided, which can press the connecting element 70 against the synchronization gear 60 and thus firmly couple it to the rotation of the crankshaft 50. These means 80 may, for. B. be a hydraulic or electrical adjuster. In Fig. 5 the hydraulic variant is shown schematically. By the central oil hole 82 in the crankshaft 50 oil is promoted with a speed-dependent delivery pressure. If the speed increases, the pressure generated in the central oil bore 82 of the crankshaft and thus also in the hydraulic chamber 84 (in FIG Figure 5 only shown in section), which is connected via a feed line 86 with the central oil hole 82. Due to the pressure increase in the hydraulic chamber 84, the connecting element 70 is displaced in the direction of the synchronization gear 60 and this adjusted.

Das Verbindungselement 70 weist dazu an seinem dem Synchronisationszahnrad 60 zugewandten Ende eine Rampe 90 auf. Das Synchronisationszahnrad 60 hat eine komplementär ausgestaltete Rampe 95. Die beiden Rampen 90, 95 sind derart angeordnet, dass sie formschlüssig aneinander angreifen können. Je nach Stellung des Verbindungselements 70 entlang der Achse der Kurbelwelle 50 wird das Synchronisationszahnrad 60 also in mehr oder weniger verdrehter Stellung an der Kurbelwelle 50 fixiert, wodurch gegenüber der anderen Kurbelwelle, deren Synchronisationszahnrad in herkömmlicher Weise fest mit ihr verbunden ist, eine Phasenverschiebung erzielt wird.The connecting element 70 has a ramp 90 at its end facing the synchronization gear 60. The synchronization gear 60 has a complementarily configured ramp 95. The two ramps 90, 95 are arranged such that they can engage positively with one another. Depending on the position of the connecting element 70 along the axis of the crankshaft 50, the synchronization gear 60 is thus fixed in a more or less twisted position on the crankshaft 50, whereby compared to the other crankshaft, the synchronization gear is connected in a conventional manner with her, a phase shift is achieved ,

Eine weitere Ausführungsform der Mittel zur Phasenverschiebung der Kurbelwellen gegeneinander ist ein Flügelzellenversteller, wie in Fig. 8 in einem Schnitt quer zur Kurbelwelle 50 dargestellt. Hierbei werden die radial angeordneten Hydraulikkammern 84 wie zuvor beschrieben über Zuleitungen 86 von der Zentralölbohrung (in dieser Fig. nicht dargestellt) der Kurbelwelle 50 aus mit Öl beaufschlagt. Wird der Öldruck erhöht, werden die Flügelelemente 100 und die Zapfen 102 des Synchronisationszahnrads 60 auseinander gedrückt. Dadurch kommt es zu einer relativen Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle 50 und dem Synchronisationszahnrad 60.A further embodiment of the means for phase shifting the crankshafts relative to one another is a vane-type adjuster, as in Fig. 8 shown in a section transverse to the crankshaft 50. In this case, as described above, the radially arranged hydraulic chambers 84 are supplied with oil via supply lines 86 from the central oil bore (not shown in this figure) of the crankshaft 50. When the oil pressure is increased, the wing members 100 and the pins 102 of the synchronizing gear 60 are pushed apart. This results in a relative phase shift between the crankshaft 50 and the synchronization gear 60.

Glossarglossary DoppelkurbelwellenmotorDouble crankshaft engine

Verbrennungsmotor mit zwei Kurbelwellen, wobei in jedem Zylinder ein Kolben angeordnet ist, der mittels zweier Pleuel jeweils auf beide Kurbelwellen wirkt.Internal combustion engine with two crankshafts, wherein in each cylinder a piston is arranged, which acts on both crankshafts by means of two connecting rods.

Verbrennungsmotorinternal combustion engine

Ein Verbrennungsmotor ist eine Verbrennungskraftmaschine, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umwandelt. Die Verbrennung findet dabei im Brennraum statt, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff und Umgebungsluft gezündet wird. Die Wärmeausdehnung des durch die Verbrennung heißen Gases wird genutzt, um einen Kolben zu bewegen. Geläufige Beispiele für Verbrennungsmotoren sind der Ottomotor und der Dieselmotor, z.B. in Automobilen.An internal combustion engine is an internal combustion engine that converts chemical energy of a fuel into mechanical work by combustion. The combustion takes place in the combustion chamber, in which a mixture of fuel and ambient air is ignited. The thermal expansion of the hot gas is used to move a piston. Common examples of internal combustion engines are the gasoline engine and the diesel engine, e.g. in automobiles.

Phasenverschiebungphase shift

Beim Doppelkurbelwellenmotor ist unter Phasenverschiebung folgendes zu verstehen: Die beiden Kurbelwellen laufen gleichphasig, wenn die zugehörigen Pleuel eines Zylinders jeweils gleichzeitig ihre höchste Position erreichen. Der Kolben befindet sich dann in seinem oberen Totpunkt. Erreichen die beiden Pleuel eines Zylinders ihre höchste Position zu unterschiedlichen Zeitpunkten, so hat das eine Pleuel noch einen Winkel (der positiv oder negativ sein kann) bis zu seiner höchsten Position zurückzulegen, wenn das andere sich gerade in seiner höchsten Position befindet. Dieser Winkel ist die Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen.The double crankshaft engine is to be understood as phase shifting: The two crankshafts run in phase when the associated connecting rods of a cylinder each reach their highest position at the same time. The piston is then in its top dead center. If the two connecting rods of a cylinder reach their highest position at different times, then one connecting rod still has to cover one angle (which may be positive or negative) up to its highest position, when the other is in its highest position. This angle is the phase shift of the two crankshafts.

Verdichtungsverhältniscompression ratio

Als Verdichtungsverhältnis bezeichnet man bei Verbrennungsmotoren das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung. Mit höherem Verdichtungsverhältnis steigt der Wirkungsgrad an, gleichzeitig nimmt bei Ottomotoren allerdings auch die Klopfneigung zu. Das Klopfen kann wiederum durch Benzin mit höherer Oktanzahl, Optimierung der Brennraumform oder den Einsatz mehrerer Zündkerzen reduziert werden. Als grober Anhaltswert für den Kraftstoffverbrauch gilt: eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses um einen Punkt verringert den Verbrauch um etwa 2%. (Nach http://de.wikipedia.org/wiki/Verdichtungsverh%C3%A4ltnis) Bezugszeichen 1 Synchronisationszahnrad (links) 2 Synchronisationszahnrad (rechts) 3 Kurbelwelle (links) 4 Kurbelwelle (rechts) 5 Pleuelstange (links) 6 Pleuelstange (rechts) 7 Ausgleichs- bzw. Lagerelement 8 (Hub-)Kolben 9 Verbrennungsraum 10 Zylinder 11 Schwenklager (links) 12 Schwenklager (rechts) 13 Kurbelzapfen (links) 14 Kurbelzapfen (rechts) 15 Kurbelarm 50 Kurbelwelle 60 Synchronisationszahnrad 70 Verbindungselement 80 Mittel zum Verschieben des Verbindungselements 70 82 Zentralölbohrung der Kurbelwelle 84 Hydraulikkammer 86 Zuleitung zur Hydraulikkammer 90 Rampe des Verbindungselements 70 95 Rampe des Synchronisationszahnrads 60 100 Flügelelemente 102 Zapfen In the case of combustion engines, the compression ratio is the ratio of the total cylinder space before compression to the remaining space after compression. With a higher compression ratio, the efficiency increases, but at the same time the tendency to knock increases in gasoline engines. The knocking can in turn be reduced by higher octane gasoline, optimization of the combustion chamber shape or the use of multiple spark plugs. As a rough guide to fuel economy, increasing the compression ratio by one point reduces fuel consumption by about 2%. (According to http://de.wikipedia.org/wiki/Verdichtungsverhältigkeit) reference numeral 1 Synchronization gear (left) 2 Synchronization gear (right) 3 Crankshaft (left) 4 Crankshaft (right) 5 Connecting rod (left) 6 Connecting rod (right) 7 Compensation or storage element 8th (Lifting) piston 9 combustion chamber 10 cylinder 11 Swivel bearing (left) 12 Swivel bearing (right) 13 Crankpin (left) 14 Crankpin (right) 15 crank 50 crankshaft 60 synchronization gear 70 connecting element 80 Means for displacing the connecting element 70 82 Central oil drilling of the crankshaft 84 hydraulic chamber 86 Supply line to the hydraulic chamber 90 Ramp of the connecting element 70 95 Ramp of the synchronization gear 60 100 wing elements 102 spigot

zitierte Literaturquoted literature

  • DE 103 48 345 B4DE 103 48 345 B4
  • EP 2 426 336 A2EP 2 426 336 A2
  • US 5,329,893US 5,329,893
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  • WO 01/23722 A1WO 01/23722 A1
  • DE 10 2004 051 012 A1DE 10 2004 051 012 A1
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  • EP 1 247 958 A1EP 1 247 958 A1
  • WO 2008/099018 A1WO 2008/099018 A1

Claims (3)

Doppelkurbelwellen-Verbrennungsmotor mit: a) mindestens einem Zylinder, in dem ein Hubkolben (8) hin- und herbewegbar angeordnet ist; b) einer ersten Kurbelwelle (3); c) einer zweiten Kurbelwelle (4); d) wobei die erste Kurbelwelle (3) und die zweite Kurbelwelle (4) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; e) wobei dem Hubkolben (8) ein erstes und ein zweites Pleuel (5, 6) zugeordnet sind, e1) wobei das erste Pleuel (5) mit seinem ersten Ende in einem ersten Schwenklager um eine erste Pleuelschwenkachse schwenkbar gelagert ist und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen der ersten Kurbelwelle (3) drehbar gelagert ist; und e2) wobei das zweite Pleuel (6) mit seinem ersten Ende in einem zweiten Schwenklager um eine zweite Pleuelschwenkachse schwenkbar gelagert ist und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen der zweiten Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist; f) einem Lagerelement (7); f1) wobei das Lagerelement (7) am Hubkolben (8) um eine Lagerschwenkachse schwenkbar gelagert ist, die parallel zu den Pleuelschwenkachsen verläuft; f2) wobei das erste und zweite Schwenklager an dem Lagerelement (7) vorgesehen sind; gekennzeichnet durch g) Mittel zur Phasenverschiebung der beiden Kurbelwellen (3, 4) gegeneinander. Double crankshaft internal combustion engine with: a) at least one cylinder in which a reciprocating piston (8) is arranged back and forth; b) a first crankshaft (3); c) a second crankshaft (4); d) wherein the first crankshaft (3) and the second crankshaft (4) are parallel to each other and rotate in opposite directions synchronously; e) wherein the lifting piston (8) is associated with a first and a second connecting rod (5, 6), e1) wherein the first connecting rod (5) is pivotally mounted with its first end in a first pivot bearing about a first Pleuelschwenkachse and is rotatably mounted with its second end to a crank pin of the first crankshaft (3); and e2) wherein the second connecting rod (6) is pivotally mounted with its first end in a second pivot bearing about a second Pleuelschwenkachse and is rotatably mounted with its second end to a crank pin of the second crankshaft (4); f) a bearing element (7); f1) wherein the bearing element (7) is pivotably mounted on the reciprocating piston (8) about a bearing pivot axis which is parallel to the Pleuelschwenkachsen; f2) wherein the first and second pivot bearings are provided on the bearing element (7); marked by g) means for phase shifting the two crankshafts (3, 4) against each other. Doppelkurbelwellenmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, a) dass jede Kurbelwelle (50) ein Synchronisationszahnrad (60) trägt, wobei die beiden Synchronisationszahnräder miteinander in Eingriff sind, um die beiden Kurbelwellen zu synchronisieren; b) wobei eine der beiden Kurbelwellen (50) ein Synchronisationszahnrad (60) trägt, welches um die Achse der Kurbelwelle rotieren kann; c) dass diese Kurbelwelle (50) ferner ein Verbindungselement (70) aufweist, welches entlang der Achse der Kurbelwelle (50) verschiebbar ist; d) dass Mittel (80) zum Verschieben des Verbindungselements (70) entlang der Achse der Kurbelwelle (50) vorgesehen sind, die das Verbindungselement (70) gegen das Synchronisationszahnrad (60) pressen können; e) dass das Verbindungselement (70) eine Rampe (90) aufweist; f) dass das Synchronisationszahnrad (60) eine Rampe (95) aufweist; g) dass die Rampe des Verbindungselements (70) und die Rampe des Synchronisationszahnrads (60) derart angeordnet sind, dass sie formschlüssig aneinander angreifen; und h) dass mittels der Mittel zum Verschieben des Verbindungselements (70) und der beiden Rampen die Winkelstellung des Synchronisationszahnrads (60) auf der Kurbelwelle variiert werden kann. Double crankshaft motor according to claim 1,
characterized, a) that each crankshaft (50) carries a synchronizing gear (60), the two synchronizing gears being engaged with each other to synchronize the two crankshafts; b) wherein one of the two crankshafts (50) carries a synchronization gear (60) which can rotate about the axis of the crankshaft; c) that said crankshaft (50) further comprises a connecting element (70) which is displaceable along the axis of the crankshaft (50); d) means (80) for moving the connection member (70) along the axis of the crankshaft (50) are provided, able to press the said connecting element (70) against the synchronization gear (60); e) that the connecting element (70) has a ramp (90); f) that the synchronization gear (60) has a ramp (95); g) that the ramp of the connecting element (70) and the ramp of the synchronization gear (60) are arranged such that they engage positively against each other; and h) that by means of moving the connecting element (70) and the two ramps, the angular position of the synchronization gear (60) can be varied on the crankshaft. Doppelkurbelwellenmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, a) dass jede Kurbelwelle ein Synchronisationszahnrad trägt, wobei die beiden Synchronisationszahnräder miteinander in Eingriff sind, um die beiden Kurbelwellen zu synchronisieren; b) wobei eine der beiden Kurbelwellen ein Synchronisationszahnrad trägt, welches um die Achse der Kurbelwelle rotieren kann; c) dass die Winkelstellung dieses Synchronisationszahnrads bezogen auf diese Kurbelwelle hydraulisch variiert werden kann. Double crankshaft motor according to claim 1,
characterized, a) that each crankshaft carries a synchronization gear, wherein the two synchronization gears are engaged with each other to synchronize the two crankshafts; b) wherein one of the two crankshafts carries a synchronization gear which can rotate about the axis of the crankshaft; c) that the angular position of this synchronization gear can be hydraulically varied with respect to this crankshaft.
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