WO1997040267A1

WO1997040267A1 - Reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: WO1997040267A1
Application number: PCT/EP1997/001239
Authority: WO
Inventors: Hermann Deutsch; Frank Metzner; Frank Meyer-Hessing
Original assignee: Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1997-10-30
Also published as: EP0895563B1; EP0895563A1; JP2000508736A; ES2140224T3; PT895563E; DE19716274A1; DE59700667D1; DE19716274B4

Abstract

For a compact arrangement of a relatively large number of cylinders (Z1-Z8), the invention proposes that two rows of cylinders (R1, R2) be arranged relative to each other so as to form a V shape, with a third row (R3) situated between rows R1 and R2 and with a fourth row (R4) provided outside the V space between rows R1 and R2, the third and fourth rows (R3, R4) likewise forming a V shape between them and all cylinders (Z1-Z8) of the internal combustion engine working on one and the same crankshaft.

Description

       

  
 



      Hubkolben-Brennkraftmaschine    Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren, entlang zweier unter einem Winkel zueinanderstehender Reihen von Zylindern gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.



  Eine gattungsgemässe Brennkraftmaschine ist aus DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 52, 1991, Nr. 3, Seiten 100 ff bekannt. Der dort beschriebene und von der Anmelderin in Grossserie produzierte, sogenannte VR-Motor weist in zwei Reihen zusammengefasste Zylinder auf, wobei diese beiden Reihen unter einem vergleichsweise engen Gabelwinkel zueinander stehen. Gegenüber bekannten, V-förmigen Brennkraftmaschinen mit vergleichsweise grossem Gabelwinkel bietet diese Zylinderanordnung den Vorteil, dass lediglich ein einziges Zylinderkurbelgehäuse mit allen darin in einem Block vereinigten Zylindern sowie lediglich ein allen Zylindern gemeinsamer Zylinderkopf benötigt wird. Durch den Versatz der beiden Zylinderreihen in Längsrichtung zueinander liegt die Baulänge eines solchen VR-Motors mit z.

   B. 6   Zylindern    nur unwesentlich über der eines konventionellen 4zylindrigen Reihenmotors, wobei jedoch gegenüber 6-zylindrigen, klassischen V-Brenn  kraffmaschinen    eine erheblich geringere Baubreite beansprucht wird.



  Die Zylinderbänke dieses Motors weisen einen Gabelwinkel von   15     zueinander auf und die jeweils drei Zylinderachsen einer Zylinderreihe liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche sich in einem Abstand von 12,5 mm unterhalb der Kurbelwelle schneiden. Dieser geschränkte Kurbeltrieb führt zu einer weiteren Verkürzung des Motors.



  Bezüglich der Geometrie des Kurbeltriebes und der verwendeten Kurbelwellenkröpfungslagen sowie der   Zündfolgen    sei auf die DE-Z MTZ, Motortechnische Zeitschrift 51, 1990, Nr.



   10 verwiesen, welche sich detailliert mit diesem VR-Motorkonzept auseinandersetzt und dabei auch Vorschläge bezüglich der Verwendung von einer, zwei oder drei Nockenwellen im gemeinsamen Zylinderkopf zur Betätigung von jeweils zwei oder vier Ventilen je Brennraum unterbreitet.  



  Zur Erzielung einer möglichst kompakten Zylinderanordnung hat es neben dem bereits zitierten VR-Konzept bereits weitere Lösungsansätze gegeben.



  So ist aus dem DE-Buch Luftgekühlte Fahrzeugmotoren, Mackerle, Jehlicka, Moebus, Franksche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, Seite 509, ein   16-zylindriger    Motor mit H-förmiger Zylinderanordnung bekannt geworden. Eine kompakte Anordnung wird hier durch das Übereinanderanordnen von zwei 8-zylindr- igen Boxerbrennkraftmaschinen erzielt. Diese arbeiten jeweils auf eine eigene Kurbelwelle, welche aneinander gekoppelt einen ein welligen Abtrieb bedienen. Die beiden sich jeweils gegenüberliegenden, 4-zylindrigen Reihen weisen keinen Längsversatz zueinander auf da die beiden Pleuel von sich gegenüberliegenden Zylindern durch die Verwendung eines Gabelpleuels auf einen gemeinsamen Hubzapfen der Kurbelwelle arbeiten.



  Aus der gleichen Quelle, Seiten 515 ff ist eine weitere, kompakte Anordnung in X-Form bekannt. Bezüglich einer vertikalen Ebene sind spiegelbildlich zueinander jeweils zwei Reihen von Zylindern V-förmig zueinander angeordnet, welche alle auf einen nicht geschränkten Kurbeltrieb mit einer gemeinsamen Kurbelwelle arbeiten, das heisst alle Zylinderlängsachsen schneiden die Kurbelwellenmittellängsachse. Die Kurbelwelle weist lediglich vier Kröpfungen auf, da auf jeden dieser Hubzapfen ein Hauptpleuel mit drei Nebenpleuel arbeitet, das heisst die insgesamt vier Zylinderreihen weisen keinen Längsversatz zueinander auf.



  Eine weitere kompakte Anordnung von mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine in W Form ist aus der DE-Z sportauto, März 1988, Nr. 3, Seiten 90 ff bekannt. Diese vergleichsweise breit, jedoch   kurzbauende    Zylinderanordnung weist drei 4-zylindrige Reihen auf von denen eine mittige in einer vertikalen Ebene liegt, während die anderen beiden V-förmig, mit der ersten Reihe als Winkelhalbierender, angeordnet sind. Die drei Reihen weisen zueinander einen Längsversatz auf da jeweils drei Zylinder mit ihren Pleueln nebeneinanderliegend auf einen gemeinsamen Hubzapfen der Kurbelwelle arbeiten.



  Problematisch bei einer solchen Anordnung ist die gleichmässige Versorgung der den Zylindern zugeordneten Brennräume mit Frisch gemisch sowie die Abfuhr der Verbrennungsgase, da sich in dem V-Raum auf einer Seite der horizontalen Ebene nur Einlasskanäle für zwei Zylinderreihen befinden, während auf der anderen Seite in diesem V-Raum die einer der Zylinderreihen zugeordneten Einlasskanäle und die Auslasskanäle der anderen Zylinderreihe angeordnet werden müssen.



  Letztendlich ist es aus der DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 1940, Heft 2, Seiten 52 und 53 bekannt, zwei V-förmige Brennkraftmaschinen zu einem Doppel-V-Motor derart  zusammenzufassen, dass die Winkelhalbierenden der jeweils unter einem Zylinderwinkel von   60     stehenden V-Reihen einen Winkel von   90"    zueinander bilden. Die jeweils beiden Reihen eines V-Raumes arbeiten dabei auf eine eigene Kurbelwelle.



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren, unter einem Winkel zueinander stehenden und einen Längsversatz zueinander aufweisenden Zylindern derart weiterzubilden, dass unter Beanspruchung eines möglichst geringen Bauraumes eine kompakte Anordnung einer vergleichsweise grossen Zylinderanzahl ermöglicht wird. Zugleich soll hierbei eine einwandfreie Zufuhr von Frischluft bzw. das Ableiten der Abgase, sowie ein einwandfreier Antrieb der den Gaswechsel bereit stellenden Gaswechselventile gewährleistet sein.



  Die Lösung dieser Aufgabe gelenkt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.



   Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.



  Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einer gattungsgemässen Brennkraftmaschine durch eine Anordnung von zwei weiteren, ebenfalls V-förmig zueinanderstehenden Reihen von Zylindern, wobei eine dieser Zylinderreihen in dem V-Raum zwischen der ersten und zweiten Reihe angeordnet ist und die weitere, vierte Reihe ausserhalb dieses V-Raumes liegt, wobei die Zylinder aller Reihen auf eine gemeinsame Kurbelwelle arbeiten. Bei geeigneter Wahl der zwischen den einzelnen Reihen liegenden Winkel ist es hierdurch möglich, eine kompakte Anordnung der Zylinder zu erzielen, wodurch insbesondere die Baulänge in Richtung der Kurbelwellenachse kurz gehalten werden kann. Durch die gradzahlige Anzahl der Reihen von Zylindern ist ebenfalls eine symmetrische Anordnung von Leitungen für die Luftzufuhr sowie für Abgase gewährleistet.



   Weiterhin ist hiermit die Grundlage für einen baukastenartigen Aufbau einer Reihe von gleichartigen Brennkraftmaschinen mit unterschiedlicher Zylinderanzahl unter Wahrung der grundsätzlich kompakten Anordnung und unter Beibehaltung von vorhandenen Leitungen gegeben. Hierbei können sowohl gradzahlige wie auch ungradzahlige Zylinderanzahlen in jeder Reihe zur Anwendung kommen.



  In vorteilhafter Ausgestaltung ist zur   Enielung    eines vergleichsweise einfachen Aufbaus vorgesehen, dass die zusätzlichen, dritten und vierten Reihen einen Längsversatz zueinander und zu den beiden ersten Reihen von Zylindern aufweisen. Somit können unter Vermeidung von vergleichsweise kompliziert und teuer zu fertigenden Gabelpleueln für alle Zylinder einheitliche Pleuel verwendet werden.  



  Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zwischen der ersten und zweiten Zylinderreihe und der zwischen der dritten und vierten Zylinderreihe gebildete Gabelwinkel jeweils identisch gross ist und das die durch diesen Gabelwinkel gebildeten V-Räume um einen bestimmten Zylinderwinkel zueinander verdreht angeordnet sind. Dieser Zylinderwinkel ist dabei so gewählt, dass die unter diesem Winkel zueinanderstehenden ersten und dritten bzw. zweiten und vierten Reihen spiegelsymmetrisch bezüglich   derjeweils    anderen beiden Reihen zu einer die Kurbelwelle aufnehmenden Mittelebene der Brennkraftmaschine liegen. Unter der Annahme einer senkrecht verlaufenden Mittelebene ergeben sich somit zu beiden Seiten dieser Ebene jeweils V-förmig zueinander angeordnete Zylinderreihen, wobei der Zylinderwinkel innerhalb dieser V-förmigen Reihen vergleichsweise klein gewählt wird.



  In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist gemäss Anspruch 4 vorgesehen, dass der Kurbeltrieb dieser Brennkraftmaschine geschränkt ausgeführt ist, das heisst die Zylinderachsen der beiden Reihen auf einer Seite der Mittelebene schneiden sich bei lotrechter Anordnung der Mittelebene unterhalb dieser und auf der gegenüberliegenden Seite. Hierdurch ist eine weitere Verkürzung der Brennkraftmaschine durch Ineinanderschieben der den jeweils zwei Reihen zugeordneten Zylindern möglich.



  Zur Erzielung von gleichmässigen Zündabständen auch bei unterschiedlicher Zylinderanzahl kann bei z. B. jeweils zwei Zylindern pro Zylinderreihe, also insgesamt 8 Zylindern, ein sich aus dem Bild der Kurbelwelle ergebender   Kuibelstern    mit 4 Kröpfungen vorgesehen sein, wobei jede Kröpfung zwei zueinander versetzte Lager für Pleuel aufweist. Auf diese gemeinsame, versetzte Kröpfung arbeiten jeweils die Pleuel von zwei um den Gabelwinkel zueinander versetzter Zylinder der ersten und dritten bzw. zweiten und vierten Reihe.



  Alternativ kann beispielsweise zur Erzielung einer insgesamt 10-zylindrigen Brennkraftmaschine vorgesehen sein, dass zwei der Zylinderreihen jeweils drei Zylinder und die beiden weiteren jeweils zwei Zylinder aufweisen.



  Bevorzugt ist dabei zur   Verwendung    möglichst gleicher Teile und zur Erzielung einer symmetrischen Anordnung vorgesehen, die Reihen mit der grösseren Anzahl von Zylindern um den Gabelwinkel zueinander versetzt anzuordnen.



   In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zu beiden Seiten der
Mittelebene liegenden und um den Zylinderwinkel zueinander versetzten Reihen jeweils zu einem zusammenhängenden Zylinderblock zusammengefasst sind, welcher von   einen    diesen beiden Reihen gemeinsamen Zylinderkopf abgedeckt sein kann.  



  Zur Erzielung einer bauraumoptimalen Anordnung beispielsweise des Steuertriebes der Brennkraftmaschine können die beiden   zusammengefassten    Zylinderreihen zu jeder Seite der Mittelebene insgesamt identisch ausgebildet sein, wodurch weitere vorteilhafte Effekte hinsichtlich Bauteilaufwand, Montage etc. erzielbar sind.



  Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.



  Es zeigen: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine, Figur 2 eine schematische Seitenansicht zu Figur 1 des Kurbeltriebes und Figur 3 einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine.



  Eine im weiteren nur als Brennkraftmaschine bezeichnete Hubkolben-Brennkraftmaschine weist insgesamt vier Reihen R1, R2, R3, R4 von Zylindern auf, wobei jeweils zwei dieser Reihen R1, R3 und R2, R 4 auf einer der beiden Seiten S1, S2 einer Mittelebene ME angeordnet sind, welche eine Kurbelwellenachse 1 aufnimmt.



  Die der Seite S1 zugeordnete Reihe R1 und die der Seite S2 zugeordnete Reihe R2 stehen    unter einem Gabelwinkel 61 V-förmig zueinander und definieren zwischen sich somit einen    ersten V-Raum VI.



  In analoger Weise sind die beiden weiteren Zylinderreihen R3 und R4 den Seiten S1 und S2 zugeordnet und stehen unter einem Gabelwinkel 62, einen weiteren V-Raum V2 definierend, zueinander. Somit steht die dritte Reihe R3 in dem ersten V-Raum V1, während die vierte Reihe R4 ausserhalb dieses Raumes   V1    angeordnet ist.



  Die auf der Seite   SI    liegenden Reihen R1 und R3 sind zu einer Gruppe G1 zusammengefasst, wobei Zylinderachsen ZRI der ersten Reihe und Zylinderachsen ZR3 der dritten Reihe wiederum unter einem V-förmigen Zylinderwinkel aG1 zueinander stehen.



  Die Grösse der Gabelwinkel   61    und   62    ist dabei identisch gewählt ebenso wie die Grösse der Zylinderwinkel   aG1    und aG2, wobei die gesamte Anordnung bezüglich der Mittelebene ME so getroffen ist, dass die Gruppen   G1    und G2 jeweils symmetrisch zu dieser Mittelebene ME liegen und dadurch die Reihen   RI,    R3 bzw. R2, R4 dieser Gruppen   G1    bzw. G2 jeweils spiegelsymmetrisch zu dieser Ebene ME angeordnet sind.



  Innerhalb der Gruppen   CI    und G2 weisen die Zylinderachsen   ZR1    und ZR3 beziehungsweise ZR2 und ZR4 zueinander entlang der Kurbelwellenachse 1 einen identischen Reihen versatz 2 auf.  



  Die beiden Gruppen G1 und G2 wiederum weisen entlang dieser Kurbelwellenachse   i    einen Gruppenversatz 3 auf.



  Die Zylinderachsen ZR1 bis ZR4 liegen somit jeweils in einer von vier senkrecht zur Mittelebene ME ausgebildeten Schnittebenen   SE7    bis   SE4.   



  Das Zusammenwirken der einzelnen Zylinder im Kurbeltrieb sei anhand einer 8-zylindrigen Ausführung der Brennkraftmaschine erläutert. Gemäss Figur 1 sind hierbei die Zylinder   Z1    und Z3 der ersten Reihe R1, die Zylinder Z2 und Z4 der dritten Reihe R3, die Zylinder Z5 und Z7 der zweiten Reihe R2 und die Zylinder Z6 und Z8 der vierten Reihe R4 zugeordnet.



  Eine Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine weist insgesamt vier Kröpfungen 5, 6, 7, 8 auf und ist in insgesamt fünf Hauptlagern 9 eines Kurbelgehäuses 10 abgestützt. Zur Erzielung einer gleichmässigen und komfortablen Zündfolge arbeiten jeweils zwei Zylinder mittels der ihnen zugeordneten Pleuel 11 auf eine der Kröpfungen, wobei die beiden Pleuellager 12, 13 einer Kröpfung einen Versatz um einen Differenzwinkel Ap aufweisen.



  Die jeweils um den Gruppenversatz 3 zueinander gestaffelten und einem der V-Räume   V1    bzw. V2 zugeordneten Zylinder arbeiten auf eine der Kröpfungen. Somit sind die Pleuel 11 der Zylinder   Z1    und Z5 mit der Kröpfung 5, die Zylinder Z2 und Z6 mit der Kröpfung 6, die Zylinder Z3 und Z7 mit der Kröpfung 7 und die Zylinder Z4 und Z8 mit der Kröpfung 8 verbunden. Wie aus Figur 2, rechts ersichtlich, sind die in den Schnittebenen SEI und SE2 liegenden Pleuel   II    der Zylinder Z1 und Z5 in der Kröpfung 5 um den Gruppenversatz 3 zueinander beabstandet. Zwischen den in der Schnittebene SE2 und SE4 liegenden Pleueln   II    von Zylinder Z5 und Z6 liegt der üblicherweise als Zylinderabstand bezeichnete, Reihen versatz 2 vor.



  Der Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine ist geschränkt ausgeführt, das heisst die um den Zylinderwinkel   aG1    bzw. aG2 zueinanderstehenden Zylinderachsen ZR1, ZR3 bzw. ZR2, ZR4 schneiden sich nicht mit der Kurbelwellenachse 1. Bezüglich einer die Mittelebene senkrecht entlang der Kurbelwellenachse 1 durchdringenden Querebene QE liegt ein Schnittpunkt SP1 der ersten Gruppe   G1    auf der Seite S2 auf der von den Reihen   R1    und R3 abgewandten Seite der Querebene QE. Spiegelbildlich bezüglich der Mittelebene ME liegt dazu ein weiterer Schnittpunkt SP2 der zweiten Gruppe G2.



  Aufgrund der Schränkung des Kurbeltriebes fallen die maximalen Strecklagen der Pleuel 11 im oberen bzw. unteren Totpunkt OT bzw. UT nicht mit der jeweiligen Zylinderachse ZR zusammen. Wird der während der Drehung der Kurbelwelle 4 auftretende Kurbelwinkel cp in Anlehnung an einen ungeschränkten Kurbeltrieb von einer Parallelen 13 zur Zylinderachse ZR durch die Kurbelwellenachse 1 ausgezählt, so werden OT und UT bei einem Kurbelwinkelversatz von   (p*    erreicht. Aufgrund der Lage der Schnittpunkte   SPI    und SP2 bezüglich  der Querebene QE auf der von den Gruppen   G1    bzw. G2 abgewandten Seite stellt sich eine positive oder negative Schränkung ein, so dass der untere Totpunkt UT dem oberen Totpunkt OT nach mehr oder weniger als   1800    Kurbelwinkel   (p    folgt.



  Die gewählte Schränkung ermöglicht ein bauraumoptimierendes Zusammenrücken der Zylinder innerhalb der Gruppen   G1    und G2, so dass die jeweiligen Zylinder dieser Gruppen   G1    und G2 in einem gemeinsamen Zylinderblock 15 bzw. 16   zusammen ge gossen    werden können. Diese sind jeweils von einem den beiden Zylinderreihen einer Gruppe gemeinsamen Zylinderkopf 17 bzw. 18 überdeckt.



  Das Zusammenspiel der zuvor erläuterten 8-zylindrigen Anordnung sei kurz anhand eines Zahlenbeispieles erläutert. Die Gabelwinkel   81    und   82    betragen   72",    die Zylinderwinkel   aG1    und aG2 jeweils   15".    Aufgrund der symmetrischen Anordnung zu der Mittelebene ME stellt sich bezüglich der Winkelhalbierenden 19 der Zylinderwinkel aG1 und   otG2    ebenfalls der Gabelwinkel   81    bzw. 62 ein. Wegen der in zwei Ebenen liegenden vier Kröpfungen 5 bis 8 stellt sich eine Zündfolge zwischen den einzelnen Zylindern im Abstand von   90"    Kurbelwinkel (p ein.

   Bei einer gewählten Zündfolge in der Reihenfolge Z1-Z5-Z4-Z8-Z6-Z3-Z7-Z2, stellen sich die in dem   Kurbelstern    20 gemäss Figur 2, links, anhand von den Zylindern   Z1    bis Z8 zugeordneten Pfeilen   Pl    bis P8, gezeigten Lagen der Zündzeitpunkte ein. Während zwischen Zylinder   Zl    und Z5, welche auf die eine gemeinsame Kröpfung 5 arbeiten, mit   90"    ein harmonischer Zündabstand gegeben wäre, stellt sich aufgrund des Gabelwinkels 6 von   72"    ein Differenzwinkel von   A?    von   18     ein, wobei in diesem Falle beim Zünden des Zylinders   Z1    im oberen Totpunkt OT der Zylinder Z5 um den Differenzwinkel   Acp    von   18     nacheilt.

   Für den in der Zündfolge auf den Zylinder 5 folgenden Zylinder Z4 stellt sich infolge des gewälten Gabelwinkels   â,    des Zylinderwinkels aG und des Kurbelwinkelversatzes   p*    ein Kurbelwinkel   (p    von etwa   1400    ein. Zum Zündzeitpunkt des Zylinders Z4 eilt der auf der gleichen Kröpfung 8 arbeitende Zylinder Z8 wiederum um den   Di fferenz winkel       < p    von   18     nach.



  Alternativ kann bei einer 10-zylindrigen Anordnung auf den Versatz innerhalb der einzelnen Kröpfungen 5 bis 8 verzichtet werden. Hierbei sind den Reihen R3 und R4 jeweils drei Zylinder zugeordnet, während die Reihen R1 und R2 jeweils zwei Zylinder tragen. Während hierbei die zuvor beschriebene spiegelbildliche Anordnung der erwähnten Winkellagen zu der Mittelebene ME erhalten bleibt, ist die Anordnung der Reihen nicht spiegelbildlich, da auf die auf der Seite S1 liegende dreizylindrige Reihe R3 auf der Seite S2 zunächst eine zweizylindrige Reihe R2 folgt.  



  Unter der Annahme, dass es sich auch hierbei um eine 4-Takt-Brennkraftmaschine handelt, ist bei einem Gabelwinkel von   72"    der Versatz innerhalb der insgesamt 5 Kröpfungen entbehrlich. Zur Erzielung eines gleichmässigen Zündabstandes von   72"    Kurbelwinkel   p    liegen die 5 Kröpfungen in insgesamt 5 Ebenen.



  In einer weiteren Alternative mit einer insgesamt 12-zylindrigen Anordnung stellt sich bei einem Gabelwinkel von   72"    eines 4-Takt-Motors eine Zündfolge mit einem Abstand von   60     Kurbelwinkel   (p    ein. Die Kurbelwelle 4 trägt hierbei insgesamt sechs mit einem Versatz um den Differenzwinkel   Aç    versehene Kröpfungen. Unter Annahme des gleichen Gabelwinkels   8    von   72"    und des Zündabstandes von   60     stellt sich an jeder Kröpfung ein Differenzwinkel   A(p    von   12     ein.

   Hierbei arbeitet beispielsweise gemäss Figur 1 ein Zylinder Z'1 der ersten Reihe R1 mit dem siebten Zylinder   Z'7    der Reihe R2 auf eine Kröpfung, wobei dann nach dem Zünden von Z'1 in OT der Zylinder   Z'7    um den Differenzwinkel Ap von   12"    voreilt.



  Der Kurbelwelle 4 ist abtriebsseitig ein Schwungrad 25 zugeordnet. Benachbart zu diesem ist ein Kettentrieb zum Antrieb von Nockenwellen 27 und 28 der Gruppe   G1    und Nockenwellen 29 und 30 der Gruppe G2 angeordnet. Diese betätigen über Nocken 31 und 32 als Hubventile ausgebildete Einlassventile 33 und Auslassventile 34 unter Zwischenschaltung von Rollenschlepphebeln 35, wobei jedem Zylinder Z1 bis Z8 vier Hub ventile zugeordnet sind.



  Die symmetrische und insgesamt vierreihige Anordnung der Zylinder ermöglicht die Ausbildung von völlig symmetrisch und gleichartig gestalteten Atmungswegen zur Frischluftzufuhr sowie eine symmetrische Anordnung von Abgasleitungen.



  Eine Luftansauganlage zur Beatmung der Brennräume 40 der Brennkraftmaschine ist im wesentlichen symmetrisch zur Mittelebene ME und mit oberhalb der Gruppen   G1    und G2 ausgebildeten Sammelvolumina 37 und 38 versehen. Verbrennungsluft wird über Saugrohre 41 aus den erwähnten Sammelvolumina 37, 38 zu Einlasskanälen 41 geführt, wobei alle Einlasskanäle 41 einer Gruppe   G1    bzw.   G2    in je einen Flansch 42 münden, welcher an der Reihe R3 bzw. R2 der Mittelebene ME zugewandt ausgebildet ist. Alle Auslasskanäle 43 der jeweiligen Gruppe   Cl    oder G2 sind zu bezüglich der Mittelebene ME aussenliegenden Flanschen 44 der Reihen   Rl    bzw. R4 geführt.



  Die Zylinderblöcke 15 und 16 sind einstückig und materialeinheitlich mit dem Kurbelgehäuse
10 ausgebildet, dessen aussenliegende Wandungen 45 im Bereich der Kurbelwellenachse 1 über die Querebene QE gezogen sind. 



  
 



      Reciprocating piston internal combustion engine The invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine having a plurality of rows of cylinders along two rows at an angle to one another according to the preamble of patent claim 1.



  A generic internal combustion engine is known from DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 52, 1991, No. 3, pages 100 ff. The VR engine described there and produced by the applicant in large series has cylinders combined in two rows, these two rows being at a comparatively narrow fork angle to one another. Compared to known, V-shaped internal combustion engines with a comparatively large fork angle, this cylinder arrangement offers the advantage that only a single cylinder crankcase with all the cylinders combined in one block and only one cylinder head common to all cylinders is required. Due to the offset of the two rows of cylinders in the longitudinal direction to each other, the overall length of such a VR engine with z.

   B. 6 cylinders only slightly above that of a conventional 4-cylinder in-line engine, however, compared to 6-cylinder, classic V-burner a considerably smaller width is claimed.



  The cylinder banks of this engine have a fork angle of 15 to each other and the three cylinder axes of each row of cylinders lie in a common plane, which intersect at a distance of 12.5 mm below the crankshaft. This limited crank drive leads to a further shortening of the engine.



  Regarding the geometry of the crank mechanism and the crankshaft crank positions used as well as the firing sequences, reference is made to DE-Z MTZ, Motortechnische Zeitschrift 51, 1990, no.



   10, which deals in detail with this VR engine concept and also makes suggestions regarding the use of one, two or three camshafts in the common cylinder head for actuating two or four valves per combustion chamber.



  In addition to the VR concept already cited, there have already been other possible solutions for achieving the most compact possible cylinder arrangement.



  A 16-cylinder engine with an H-shaped cylinder arrangement has become known from the DE book Air-Cooled Vehicle Engines, Mackerle, Jehlicka, Moebus, Franksche Verlagbuchhandlung Stuttgart, page 509. A compact arrangement is achieved here by stacking two 8-cylinder boxer engines. These each work on their own crankshaft, which, coupled to one another, serve a wavy output. The two opposite, 4-cylinder rows have no longitudinal offset to each other since the two connecting rods of opposing cylinders work on a common crank pin of the crankshaft by using a fork connecting rod.



  Another compact arrangement in X-shape is known from the same source, pages 515 ff. With respect to a vertical plane, two rows of cylinders are arranged in a V-shape with respect to each other, all of which work on a cranked crank mechanism with a common crankshaft, i.e. all longitudinal axes of the cylinders intersect the central longitudinal axis of the crankshaft. The crankshaft has only four offsets, since a main connecting rod with three secondary connecting rods works on each of these crank pins, that is to say the four rows of cylinders have no longitudinal offset from one another.



  Another compact arrangement of several cylinders of an internal combustion engine in W shape is known from DE-Z sports car, March 1988, No. 3, pages 90 ff. This comparatively wide, but short cylinder arrangement has three 4-cylinder rows, one of which lies in the middle in a vertical plane, while the other two are arranged in a V-shape, with the first row as an angle bisector. The three rows have a longitudinal offset from each other since three cylinders with their connecting rods working side by side on a common crank pin of the crankshaft.



  The problem with such an arrangement is the uniform supply of the combustion chambers assigned to the cylinders with fresh mixture and the removal of the combustion gases, since in the V-space on one side of the horizontal plane there are only inlet ducts for two rows of cylinders, while on the other side in this V-space, the intake ports assigned to one of the rows of cylinders and the exhaust ports of the other row of cylinders must be arranged.



  Ultimately, it is known from DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 1940, Issue 2, pages 52 and 53 to combine two V-shaped internal combustion engines into a double V engine in such a way that the bisector of the V-, each with a cylinder angle of 60 Rows form an angle of 90 "to each other. The two rows of a V-space work on their own crankshaft.



  The invention is based on the object of developing a generic reciprocating internal combustion engine with a plurality of cylinders which are at an angle to one another and have a longitudinal offset from one another in such a way that a compact arrangement of a comparatively large number of cylinders is made possible while taking up as little installation space as possible. At the same time, a proper supply of fresh air or the discharge of the exhaust gases, as well as a perfect drive of the gas exchange valves providing the gas exchange, should be ensured.



  The solution to this problem is directed with the features of claim 1.



   Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.



  The invention solves this problem in a generic internal combustion engine by an arrangement of two further, also V-shaped rows of cylinders, one of these rows of cylinders being arranged in the V-space between the first and second rows and the further, fourth row outside this V-space lies, whereby the cylinders of all rows work on a common crankshaft. With a suitable choice of the angles lying between the individual rows, it is thereby possible to achieve a compact arrangement of the cylinders, as a result of which in particular the overall length in the direction of the crankshaft axis can be kept short. The even number of rows of cylinders also ensures a symmetrical arrangement of lines for the air supply and for exhaust gases.



   Furthermore, this provides the basis for a modular construction of a series of internal combustion engines of the same type with different numbers of cylinders while maintaining the fundamentally compact arrangement and while maintaining existing lines. Both even and odd number of cylinders can be used in each row.



  In an advantageous embodiment, in order to provide a comparatively simple structure, it is provided that the additional, third and fourth rows have a longitudinal offset from one another and from the first two rows of cylinders. In this way, uniform connecting rods can be used for all cylinders while avoiding comparatively complicated and expensive fork connecting rods.



  It is preferably provided that the fork angle formed between the first and second row of cylinders and that between the third and fourth row of cylinders is identical in each case and that the V-spaces formed by this fork angle are rotated relative to one another by a certain cylinder angle. This cylinder angle is chosen such that the first and third or second and fourth rows at this angle are mirror-symmetrical with respect to the other two rows to a central plane of the internal combustion engine that receives the crankshaft. Assuming a perpendicular center plane, this results in rows of cylinders arranged in a V-shape with respect to one another on both sides of this plane, the cylinder angle within these V-shaped rows being chosen to be comparatively small.



  In a further preferred embodiment of the invention, it is provided according to claim 4 that the crank mechanism of this internal combustion engine is designed to be set, that is to say the cylinder axes of the two rows on one side of the central plane intersect when the central plane is arranged vertically below this and on the opposite side. This further shortens the internal combustion engine by pushing the cylinders assigned to the two rows into each other.



  To achieve even firing intervals even with a different number of cylinders, z. B. two cylinders per cylinder row, that is a total of 8 cylinders, a Kuibelstern resulting from the image of the crankshaft with 4 crankings can be provided, each cranking having two offset bearings for connecting rods. The connecting rods of two cylinders of the first and third or second and fourth rows offset by the fork angle work on this common offset offset.



  Alternatively, for example, to achieve an overall 10-cylinder internal combustion engine, it can be provided that two of the cylinder rows each have three cylinders and the other two each have two cylinders.



  In order to use the same parts as possible and to achieve a symmetrical arrangement, it is preferred to arrange the rows with the greater number of cylinders offset from one another by the fork angle.



   In a further advantageous embodiment it can be provided that the
Rows lying in the center plane and offset by the cylinder angle from one another are each combined to form a coherent cylinder block which can be covered by a cylinder head common to these two rows.



  In order to achieve an arrangement which is optimal in terms of installation space, for example the control drive of the internal combustion engine, the two combined cylinder rows can be designed identically on each side of the central plane, which means that further advantageous effects in terms of component complexity, assembly, etc. can be achieved.



  Further advantages of the invention result from the exemplary embodiment explained in more detail below with reference to a drawing.



  FIG. 1 shows a schematic plan view of an internal combustion engine according to the invention, FIG. 2 shows a schematic side view of FIG. 1 of the crank drive, and FIG. 3 shows a cross section through an internal combustion engine.



  A reciprocating piston internal combustion engine, hereinafter referred to only as an internal combustion engine, has a total of four rows R1, R2, R3, R4 of cylinders, two of these rows R1, R3 and R2, R 4 being arranged on one of the two sides S1, S2 of a central plane ME are, which receives a crankshaft axis 1.



  The row R1 assigned to the side S1 and the row R2 assigned to the side S2 are at a fork angle 61 in a V-shape to one another and thus define a first V-space VI between them.



  In an analogous manner, the two further cylinder rows R3 and R4 are assigned to the sides S1 and S2 and are at a fork angle 62, defining another V-space V2, to one another. Thus, the third row R3 is in the first V-space V1, while the fourth row R4 is arranged outside of this space V1.



  The rows R1 and R3 lying on the side SI are combined to form a group G1, cylinder axes ZRI of the first row and cylinder axes ZR3 of the third row in turn being at a V-shaped cylinder angle aG1.



  The size of the fork angles 61 and 62 is chosen to be identical, as is the size of the cylinder angles aG1 and aG2, the entire arrangement with respect to the central plane ME being such that the groups G1 and G2 are each symmetrical to this central plane ME and thus the rows RI, R3 and R2, R4 of these groups G1 and G2 are each arranged mirror-symmetrically to this plane ME.



  Within the groups CI and G2, the cylinder axes ZR1 and ZR3 or ZR2 and ZR4 have an identical row offset 2 to one another along the crankshaft axis 1.



  The two groups G1 and G2 in turn have a group offset 3 along this crankshaft axis i.



  The cylinder axes ZR1 to ZR4 thus each lie in one of four sectional planes SE7 to SE4 formed perpendicular to the central plane ME.



  The interaction of the individual cylinders in the crank mechanism is explained using an 8-cylinder version of the internal combustion engine. According to FIG. 1, the cylinders Z1 and Z3 are assigned to the first row R1, the cylinders Z2 and Z4 to the third row R3, the cylinders Z5 and Z7 to the second row R2 and the cylinders Z6 and Z8 to the fourth row R4.



  A crankshaft 4 of the internal combustion engine has a total of four crankings 5, 6, 7, 8 and is supported in a total of five main bearings 9 of a crankcase 10. To achieve a uniform and comfortable firing order, two cylinders each work on one of the cranks by means of the connecting rods 11 assigned to them, the two conrod bearings 12, 13 of a crank having an offset by a difference angle Ap.



  The cylinders, which are staggered relative to each other by the group offset 3 and are assigned to one of the V-spaces V1 or V2, work on one of the crankings. Thus, the connecting rods 11 of the cylinders Z1 and Z5 with the crank 5, the cylinders Z2 and Z6 with the crank 6, the cylinders Z3 and Z7 with the crank 7 and the cylinders Z4 and Z8 with the crank 8. As can be seen from FIG. 2, on the right, the connecting rods II of the cylinders Z1 and Z5 lying in the sectional planes SEI and SE2 are spaced apart from one another in the offset 5 by the group offset 3. Between the connecting rods II of cylinders Z5 and Z6 lying in the sectional plane SE2 and SE4 there is the row offset 2, usually referred to as the cylinder spacing.



  The crank mechanism of the internal combustion engine is designed to be limited, that is to say the cylinder axes ZR1, ZR3 or ZR2, ZR4, which are at an angle to one another by the cylinder angle aG1 or aG2, do not intersect with the crankshaft axis 1 Intersection SP1 of the first group G1 on the side S2 on the side of the transverse plane QE facing away from the rows R1 and R3. For this purpose, another intersection point SP2 of the second group G2 lies in mirror image with respect to the center plane ME.



  Because of the cranking of the crank mechanism, the maximum extension positions of the connecting rods 11 at top and bottom dead center OT and UT do not coincide with the respective cylinder axis ZR. If the crank angle cp occurring during the rotation of the crankshaft 4 is counted by a parallel line 13 to the cylinder axis ZR through the crankshaft axis 1, based on an unrestricted crank drive, then TDC and LDC are achieved with a crank angle offset of (p *. Due to the position of the intersection points SPI and SP2 with respect to the transverse plane QE on the side facing away from the groups G1 and G2, a positive or negative setpoint is set, so that the bottom dead center UT follows the top dead center OT after more or less than 1800 crank angles (p.



  The selected setting enables the cylinders within the groups G1 and G2 to be moved closer together so that the respective cylinders of these groups G1 and G2 can be cast together in a common cylinder block 15 and 16, respectively. These are each covered by a cylinder head 17 and 18 common to the two cylinder banks of a group.



  The interaction of the previously explained 8-cylinder arrangement will be briefly explained using a numerical example. The fork angles 81 and 82 are 72 ", the cylinder angles aG1 and aG2 each 15". Because of the symmetrical arrangement with respect to the center plane ME, the fork angle 81 and 62 also occurs with respect to the bisector 19 of the cylinder angles aG1 and otG2. Because of the four crankings 5 to 8 lying in two planes, an ignition sequence between the individual cylinders occurs at a distance of 90 "crank angle (p.

   With a selected ignition sequence in the order Z1-Z5-Z4-Z8-Z6-Z3-Z7-Z2, the arrows P1 to P8 assigned to the crank star 20 according to FIG. 2, shown on the left, are shown on the left using the cylinders Z1 to Z8 Positions of the ignition points. While between cylinders Zl and Z5, which work on a common crank 5, there would be a harmonic ignition distance of 90 ", a difference angle of A? Due to the fork angle 6 of 72". of 18, in which case when the cylinder Z1 is fired at the top dead center TDC, the cylinder Z5 lags by the difference angle Acp of 18.

   For the cylinder Z4 following the cylinder 5 in the firing sequence, a crank angle (p of approximately 1400 arises as a result of the selected fork angle â, the cylinder angle aG and the crank angle offset p *. At the time of ignition of the cylinder Z4, the one working on the same crank 8 rushes Cylinder Z8 in turn by the differential angle <p from 18 to.



  Alternatively, in the case of a 10-cylinder arrangement, the offset within the individual crankings 5 to 8 can be dispensed with. The rows R3 and R4 are each assigned three cylinders, while the rows R1 and R2 each carry two cylinders. While the previously described mirror-image arrangement of the mentioned angular positions with respect to the center plane ME is retained, the arrangement of the rows is not mirror-image, since the three-cylinder row R3 lying on the side S1 is first followed by a two-cylinder row R2 on the side S2.



  Assuming that this is also a 4-stroke internal combustion engine, with a fork angle of 72 ", the offset within the 5 crankings is unnecessary. To achieve a uniform ignition distance of 72" crank angle p, the 5 crankings are in total 5 levels.



  In a further alternative with a total of 12-cylinder arrangement, with a fork angle of 72 "of a 4-stroke engine, an ignition sequence occurs with a distance of 60 crank angles (p. The crankshaft 4 carries a total of six with an offset by the difference angle Aç provided crankings. Assuming the same fork angle 8 of 72 "and the ignition distance of 60, a differential angle A (p of 12 is established at each crank.

   Here, for example, according to FIG. 1, a cylinder Z'1 of the first row R1 works with a seventh cylinder Z'7 of the row R2 on a crank, whereby after the ignition of Z'1 in TDC, the cylinder Z'7 by the difference angle Ap of 12 "advanced.



  A flywheel 25 is assigned to the crankshaft 4 on the output side. Adjacent to this is a chain drive for driving camshafts 27 and 28 of group G1 and camshafts 29 and 30 of group G2. These operate via cams 31 and 32 designed as lift valves inlet valves 33 and outlet valves 34 with the interposition of roller rocker arms 35, four lift valves being assigned to each cylinder Z1 to Z8.



  The symmetrical and four-row arrangement of the cylinders enables the formation of completely symmetrical and identical breathing paths for fresh air supply as well as a symmetrical arrangement of exhaust pipes.



  An air intake system for ventilating the combustion chambers 40 of the internal combustion engine is essentially symmetrical to the central plane ME and is provided with collecting volumes 37 and 38 formed above the groups G1 and G2. Combustion air is fed via intake pipes 41 from the aforementioned collection volumes 37, 38 to inlet channels 41, all inlet channels 41 of a group G1 or G2 each opening into a flange 42, which is formed on the row R3 or R2 facing the central plane ME. All outlet channels 43 of the respective group C1 or G2 are led to flanges 44 of the rows R1 and R4 which are located outside with respect to the central plane ME.



  The cylinder blocks 15 and 16 are in one piece and of the same material as the crankcase
10 formed, the outer walls 45 are drawn in the region of the crankshaft axis 1 across the transverse plane QE.

Claims

claims

1. reciprocating internal combustion engine with a first and a second V-shaped mutually facing row (R1 and R2) of cylinders, which along one of the rows (R1, R2) with respect to the cylinders of the other row (R2, R1) in the longitudinal direction of the The internal combustion engine is arranged offset and connected to a common crankshaft (4), characterized by two further, third and fourth rows (R3 and R4) of cylinders, which are in a V-shape with respect to one another, one (R3) of which is in the V-space (V1) between the first and second row (R1 and R2) and the other (R4) is arranged outside this V-space (V1) and all cylinders (Z1 to Z8) are connected to one crankshaft (4).

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the third and fourth rows (R3 and R4) an offset (3) to each other and the third row (R3) to the first row (R1) and the fourth row (R4) to the second row (R2) each have an offset (2) to each other.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the fork angles (57 and 62) formed between the first and second rows (R1 and R2) and the third and fourth rows (R3 and R4) are identical in size and that the fork angles formed by these (57, 52; V spaces (V1, V2) formed are arranged rotated relative to one another by a cylinder angle (αG1, αG2) such that the first and third rows (R1 and R3) which are at this cylinder angle (αG1) are mirror-symmetrical with respect to the third and fourth row (R3 and R4) lie to a central plane (ME) of the internal combustion engine which receives the crankshaft (4).

4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the Zylin¬ derachsen (ZR1, ZR3 and ZR2, ZR4) each on one side (S1 and S2) of the central plane (ME) arranged rows (R1, R3 and R2, R4) intersect, the intersections (SP1 and SP2) with respect to a transverse plane (QE) running perpendicular to the central plane (ME) through the crankshaft axis (1) on the transverse plane Rows (R1 to R4) facing away from this transverse plane (QE) and on the opposite side (S2 and S1) of the central plane (ME).

5. Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the number of cylinders is an integer multiple of the number of rows of cylinders and in each case two by the fork angle (δ1, 52) staggered cylinders (Z1 and Z5) of the first and second rows (R1 and R2) or (Z2 and Z6) of the third and fourth rows (R3 and R4) are connected to a common, offset crank (5 or 6) of the crankshaft (4).

6. Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that at least two (R3, R4) of the rows have an identical, larger number of cylinders than the other two rows (R1, R2).

7. Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the rows (R3, R4) with the larger number by the fork angle (57, δ error!

8. Internal combustion engine according to one or more of the preceding claims 1 to 7, characterized in that between the first and the third or the second and the fourth row (R1 and R3 or R2 and R4) formed cylinder angle (αG1 or α .G2) is selected to be comparatively small, so that the cylinders (Z1 to Z4) of the rows (R1 and R3) combined to form a first group (G1) are combined to form a one-piece cylinder block (15) and the other cylinders (Z5 to Z8 ) are combined to form the same cylinder block (16) of a second group (G2).

9. Internal combustion engine according to one or more of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the fork bracket (57 or 32) formed between the first and second row (R1 and R2) or the third and fourth row (R3 and R4) is between 60 ° and 90 °, preferably 72 °.

10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that between the cylinders of the first row (R1) and the third row (R3) or the second row (R2) and the fourth row (R4) occurring cylinder angles (αG1 or αG2) between 10 ° and 20 °, preferably 15 °

Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the cylinder axes (ZR1, ZR2) of the cylinders (Z1, Z5) working on a common crank (5) of the crankshaft (4) in section perpendicular to the central plane (ME) planes (SE1, SE2) are arranged lying, which are spaced apart in the direction of the crankshaft axis (1) by the group offset (3)

Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the cylinder axes (ZR2, ZR4) of the cylinders (Z5, Z6) each working on a crank (5, 6) of the crankshaft (4) are perpendicular to the central plane (ME ) running sectional planes (SE2, SE4) are arranged lying, which are spaced apart by the row offset (2)