WO2010081177A1 - Brennkraftmaschine mit taumelnd gelagertem umlenkkörper - Google Patents

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WO2010081177A1
WO2010081177A1 PCT/AT2009/000456 AT2009000456W WO2010081177A1 WO 2010081177 A1 WO2010081177 A1 WO 2010081177A1 AT 2009000456 W AT2009000456 W AT 2009000456W WO 2010081177 A1 WO2010081177 A1 WO 2010081177A1
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WO
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internal combustion
combustion engine
engine according
base part
piston
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Application number
PCT/AT2009/000456
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English (en)
French (fr)
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Alfred Achammer
Original Assignee
Alfred Achammer
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Publication date
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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
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/02—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis with wobble-plate
    • 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
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0017—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F01B3/0023—Actuating or actuated elements
    • 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
    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • 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
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/282—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders the pistons having equal strokes

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a motor housing and at least three, in each case movably guided in cylinders pistons which act on articulated piston rods on a staggering mounted deflecting body, wherein on the direction of the piston facing side of the tumbling mounted deflecting a ring gear is arranged, the meshes with a motor housing fixed sprocket.
  • Such an internal combustion engine is known for example from US 4,129,102.
  • the disadvantage here is that the axial forces of the piston and piston rods must be completely absorbed by the deflecting body, which is unfavorable for the introduction of force into the output shaft.
  • the deflector-side sprocket lies outside the points of attack of the piston rods and has a larger diameter than the distance between the points of attack of the piston rods on the deflecting body and thus an excessively fluctuating wobbling motion.
  • DE 197 27 987 A1 shows a two-stroke swash plate internal combustion engine, in which the swash plate (deflecting) is also supported only via a cranked PTO shaft on the housing, which must accommodate the entire force of the drive piston. Similar devices are shown in FR 2 544 018 and DE 26 07 104.
  • the non-generic writings FR 1 457 610 and DE 18 10 808 each have no pointing in the direction of the sprocket on the tumbling mounted deflection. This also applies to FR 2 492 898.
  • the generic foreign DE 23 51 252 shows a similar internal combustion engine with
  • the object of the invention is therefore to provide a comparison with the known prior art improved and less complicated designed internal combustion engine.
  • the support of the standing under tremendous pressure deflection on the motor housing to be improved and simplified.
  • the force is to be optimized by the piston via the piston rods in the deflecting.
  • a bearing surface is arranged on the side facing away from the piston side of the wobbling mounted deflecting body, via which the deflecting body is supported on the motor housing or on a motor housing fixed mating surface.
  • the motor housing fixed mating surface is part of a pressure ring.
  • This pressure ring is preferably fixedly connected to motor tie rods.
  • These motor drawbars form an internal stabilization of the entire motor housing, whereby the axial elongation, triggered by the high gas pressure of the opposing pistons, is kept as low as possible.
  • the deflecting body has a main plane extending between points of engagement of the piston rods, wherein a substantially disc-shaped or star-shaped base part of the deflecting body is formed in or near this main plane.
  • the pivot point or the center of the piston rod bearing points form the points of attack
  • the piston rod end remote from the piston is formed in the form of an at least partially spherical joint part, which is mounted in a corresponding Gelenkpan of the deflecting and forms the piston rod bearing point with this.
  • the disk-shaped or star-shaped base part is at least partially offset from the main plane in the direction of the housing in order to allow a better introduction of force.
  • this base part is star-shaped - corresponding to the number of pistons - wherein preferably attack five pistons with their piston rods at the star tips of the base part on the deflecting body.
  • the base part is connected via a central, cylinder-distant knee wave with a main drive shaft and a normal is inclined to the main plane of the deflection body relative to the engine longitudinal axis.
  • the constantly rotating knee wave does not have to additionally absorb the entire supporting force, but is largely taken over by the bearing surface and its mating surface on the pressure ring.
  • the sprocket of the tumbling mounted deflecting body is arranged on the base part and also preferably the bearing surface of the wobbling mounted deflecting body is arranged on the base part.
  • the wobbling motion is controlled by the sprockets and the rotational movement conversion to the output shaft through the knee wave, while the main support load along the bearing surfaces is transmitted to the mating surface of the pressure ring.
  • the sprocket and the bearing surface preferably have approximately the same radius around the normal to the main plane and thus are influenced approximately equally by the tumbling motion of the deflecting body.
  • Disc- or star-shaped base part spaced support or storage area which - preferably via a cranked, close to the cylinder knee wave - on Motor housing is stored staggering.
  • a second ring gear could also perform the rolling movement of the entire deflection body on the housing close to the cylinder.
  • the deflecting body is connected both on the cylinder-like side and on the cylinder-distant side via a knee shaft with the main output shaft.
  • the support or storage area is connected to the center of the base part via a preferably sleeve-shaped connection.
  • connecting parts offset from one another by a certain angle relative to the normal to the main plane are formed between the support or bearing region and the base part.
  • These connecting parts can form a part of the deflecting body corresponding to the number of pistons.
  • Per piston also several connecting parts can be provided as part of the deflecting.
  • angle ß between 15 ° and 55 °, preferably between 25 ° and 35 °, with the ideal angle is 30 °.
  • a further preferred embodiment can provide that from the base part to the support or storage area, the connecting parts in the form of pull or push rods are formed, which together with the base part form a triangular support structure in longitudinal section, so that the base part and the connecting parts a Form part of a conical surface of a deflecting body in the form of a Taumelkegels.
  • the base part substantially forms the base of the wobble cone and the connecting parts regions of the conical surface leading to the cone tip. From the center of the base part in the direction of the tip of the wobble cone, the sleeve-shaped connection is preferably arranged.
  • the longitudinal section of the triangular support structure forms a substantially equilateral triangle.
  • the distance between the center of the base part and the support or storage area the 0.2 to 0.9 times, preferably 0.4 to 0.7 times, the distance between the points of attack of the piston rods on the deflection body is.
  • the angular position of the connecting parts with respect to the normal to the main plane may be shallower or steeper than the preferred 30 °.
  • the tension or compression rods are connected within and adjacent to the points of application of the piston rods with the base part of the deflecting body.
  • the actual piston rod bearing points lie outside the central geometric triangle construction of the deflecting body, but are of course connected to it or part of the deflecting body.
  • the engine components such as cylinders, pistons, piston rods, deflecting body, cylindfeme knee shaft, sprockets, bearing surface, mating surface, support or storage area, cylinder near knee wave, Switzerland.
  • Push rods and base are arranged substantially mirror-symmetrically about a motor center plane in the motor housing.
  • the motor tie rods are important, which hold together the acting in the opposite direction supporting force of the deflecting within the motor housing, since the respective mating surface having pressure rings are in direct communication via the motor tie rods.
  • the internal combustion engine is designed as a slot-controlled two-stroke double-piston engine, wherein the main output shaft passes the torque in a variable transmission gear and preferably the internal combustion engine additionally comprises a compressor and an exhaust gas turbocharger.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the internal combustion engine
  • Fig. 1 substantially the entire internal combustion engine is shown in a longitudinal section.
  • the majority of the engine components within the motor housing 1 is designed to be mirrored about the motor center line M.
  • the force that moves in the displacement 24 in the ignition of an air-fuel mixture, the piston 3 in the cylinder 2 or pushed apart is forwarded via the piston rods 4 on the hinge part 12 and the socket 13, which is part of the base part 10 of Deflection body 5 is.
  • the two pistons 3 are shown in a fully open position, while the piston 3 shown in the upper area are fully retracted into the cylinder 2.
  • the upper piston 3 takes place in the displacement 24, the ignition of the air-fuel mixture, whereby the piston 3 are thrown apart and thereby the base member 10 of the deflecting body 5 is moved to the right. If this base part 10 of the deflecting body 5 is connected at least to three pistons 3 and the ignition in the individual cylinders 2 takes place in controlled (regular) intervals one after the other, the deflecting body 5 performs a wobbling movement guided along the deflecting body-side toothed rim 6 and the motor housing-fixed toothed rim 7.
  • the sprocket 7 is connected via a sprocket holder 27 rigidly connected to the engine block.
  • At least one cylinder shaft 14 remote from the cylinder is provided, which is rotatably mounted in the knee shaft bearings 26 and connected to the main output shaft 15.
  • the base part 10 is connected via a sleeve-shaped connection 17 and connecting parts 18 with a cylinder-near knee shaft 16, wherein between the sleeve-shaped connection 17 and cylinder-near knee shaft 16, the support and bearing surface S is formed.
  • Motor drawbars 25 connected to the motor housing 1 and the second, mirror-symmetrically arranged pressure ring 28, which has the opposite force the mirror-symmetrically arranged piston 3 receives.
  • the Motorzugstangen 25 thus serve partially as a counterforce to the piston stroke.
  • the entire deflection body 5 - in the form of a Taumelkegels 5a - must be built as light as possible because of the moving masses, while the axial elongation should be minimized. This is achieved by a longitudinally triangular arrangement of the base part 10 and the pull or push rods 18a.
  • this wobble cone 5a In Fig. 2, the geometry of the wobble cone 5a is better visible. In general, this wobble cone 5a and above all its base part 10 wobbles about the point of intersection (wobble point T) of the main plane E with the normal N, whereby the motor longitudinal axis L preferably also leads through this point.
  • This main plane E extends between the points of attack A, which form the center point or the pivot point of the piston rod bearing points 11.
  • the base part 10 is for the most part offset from the main plane E in the direction of the cylinder-distal knee shaft 14. In the area between the center of the base part 10 and the point of application A, the pressure and tension rods 18a are fixedly connected via the connection region V (for example by means of fastening screws).
  • the points of intersection G 1 of the tie rod axes Z form an equilateral triangle with each other and the two points of intersection G 2 and G 3 of the tie rod axes Z with the principal plane E. It also follows that the angle ß of the support forms an angle of 30 ° between drawbar axis Z and the normal N.
  • a particularly good supporting effect is also achieved in that the outer bearing (toggle shaft bearing 26 and cylinder remote knee shaft 14) as far as possible from the inner bearing (support and bearing surface S) is removed, which is only possible if the reaction wheel (sprockets 6 and 7) the inside of the entire triangle Association is attached.
  • the torque of the main output shaft 15 - which is arranged along the motor longitudinal axis L - forwarded in a variable transmission gear 19.
  • a compressor 20 and an exhaust gas turbocharger 21 are provided.
  • the air or fuel supply air via the intake manifold 22.
  • the exhaust gas turbocharger 21 is of great importance, since in an axial machine shown here, the linear flushing is important ,
  • the internal combustion engine or axial engine described here - in which in a housing (cylinder block) a crankshaft with oblique crank pin is arranged and around the crankshaft several cylinders are arranged, whose pistons act via connecting rods on a Umlenkstern (wobble cone), wherein the axial forces on rotation the crankshaft are transmitted - is compared to the prior art, especially improved by the fact that an additional rolling of the piston force via a pressure ring of the Umlenksterns on the housing.
  • the triangular design of the Umlenksterns allows a better force application.
  • the Umlenkstern or the wobble cone on the engine block side and the housing side is connected via a bent articulated shaft with the main output shaft.

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Motorgehäuse (1) und mit mindestens drei, jeweils in Zylindern (2) beweglich geführten Kolben (3), die über gelenkig gelagerte Kolbenstangen (4) an einem taumelnd gelagerten Umlenkkörper (5) angreifen, wobei auf der in Richtung Kolben (3) weisenden Seite des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers (5) ein Zahnkranz (6) angeordnet ist, der mit einem motorgehäusefesten Zahnkranz (7) kämmt, wobei an der vom Kolben (3) abgewandten Seite des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers (5) eine Lagerfläche (8) angeordnet ist, über die sich der Umlenkkörper (5) am Motorgehäuse (1) bzw. an einer motorgehäusefesten Gegenlauffläche (9) abstützt.

Description

Brennkraftmaschine mit taumelnd gelagertem Umlenkkörper
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Motorgehäuse und mit mindestens drei, jeweils in Zylindern beweglich geführten Kolben, die über gelenkig gelagerte Kolbenstangen an einem taumelnd gelagerten Umlenkkörper angreifen, wobei auf der in Richtung Kolben weisenden Seite des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers ein Zahnkranz angeordnet ist, der mit einem motorgehäusefesten Zahnkranz kämmt.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der US 4,129,102 bekannt. Nachteilig dabei ist, dass die axialen Kräfte der Kolben und Kolbenstangen gänzlich vom Umlenkkörper aufgenommen werden müssen, was für die Krafteinleitung in die Abtriebswelle ungünstig ist. Der umlenkkörperseitige Zahnkranz liegt hierbei außerhalb der Angriffspunkte der Kolbenstangen und hat einen größeren Durchmesser als der Abstand zwischen den Angriffspunkten der Kolbenstangen am Umlenkkörper und dadurch eine übermäßig schwankende Taumelbewegung.
In der US 5,450,823 ist ebenfalls ein zahnkranzgeführter Umlenkkörper gezeigt, wobei die Kraftumlenkung auf die Abtriebswelle über ein Kugelgelenk erfolgt. Der gesamte Umlenkkörper wird dabei motorgehäuseseitig nur über eine abgekröpfte Knickwelle abgestützt.
Die DE 197 27 987 A1 zeigt eine Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine, bei der die Taumelscheibe (Umlenkkörper) ebenfalls nur über eine gekröpfte Gelenkwelle am Gehäuse abgestützt ist, welche die gesamte Kraft der Antriebskolben aufnehmen muss. Ähnliche Vorrichtungen sind in der FR 2 544 018 und DE 26 07 104 gezeigt.
Die gattungsfremden Schriften FR 1 457 610 und DE 18 10 808 weisen jeweils keinen in Richtung Kolben weisenden Zahnkranz am taumelnd gelagerten Umlenkkörper auf. Dies gilt ebenso für die FR 2 492 898.
Die gattungsfremde DE 23 51 252 zeigt eine ähnliche Brennkraftmaschine mit
Kurbelscheibe, die über eine Klauenkupplung mit einer in Bezug auf das Motorgehäuse nicht feststehenden Motorblocktrommel in Eingriff steht. Die Abstützung der Kurbelscheibe erfolgt über hydraulische, axiale Gleitlager, wodurch eine Abstützwirkung der Kräfte der Kolben über die Kurbelscheibe auf das Motorgehäuse erreicht wird. Diese Ausführung ist jedoch sehr aufwändig, da die Zylinder und die Zahnkränze in Bezug auf das Motorgehäuse nicht ortsfest sind und durch die ständige
Rotation ein komplizierter Zündungsmechanismus vorgesehen sein muss. Zudem ist die Gestaltung der Abstützung durch hydraulische Gleitlager sehr aufwändig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbesserte und weniger aufwändig gestaltete Brennkraftmaschine anzugeben. Insbesondere soll die Abstützung des unter enormem Druck stehenden Umlenkkörpers am Motorgehäuse verbessert und vereinfacht werden. Auch soll die Krafteinleitung von den Kolben über die Kolbenstangen in den Umlenkkörper optimiert werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der vom Kolben abgewandten Seite des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers eine Lagerfläche angeordnet ist, über die sich der Umlenkkörper am Motorgehäuse bzw. an einer motorgehäusefesten Gegenlauffläche abstützt. Dadurch wird ein großer Teil der Abstützlast von den Zahnkränzen an sich genommen und wird durch das Abrollen des Umlenkkörpers entlang der Lagerfläche an der Gegenlauffläche übernommen. Somit ist im Gegensatz zum Stand der Technik bei der vorliegenden Erfindung die Abstützung komplett von den Zahnrädern entkoppelt, da diese im Wesentlichen als reine Führung ausgebildet sind. Aufgrund der Anordnung des umlenkkörperseitigen Zahnrades in Richtung Kolbenseite wird keine Abstützkraft in Richtung Motorgehäuse weitergeleitet. Die Krafteinleitung erfolgt im Wesentlichen nur über die Lagerfläche und die Gegenlauffläche.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die motorgehäusefeste Gegenlauffläche Teil eines Druckringes ist. Dieser Druckring ist bevorzugt fest mit Motorzugstangen verbunden. Diese Motorzugstangen bilden eine innenliegende Stabilisierung des gesamten Motorgehäuses, wodurch die axiale Längendehnung, ausgelöst durch den hohen Gasdruck der gegenläufigen Kolben, möglichst gering gehalten wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Umlenkkörper eine sich zwischen Angriffspunkten der Kolbenstangen erstreckende Hauptebene aufweist, wobei in oder nahe dieser Hauptebene ein im Wesentlichen Scheiben- oder sternförmiges Basisteil des Umlenkkörpers ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Drehpunkt bzw. das Zentrum der Kolbenstangenlagerstellen die Angriffspunkte bilden, wobei das kolbenferne Kolbenstangenende in Form eines zumindest teilweise kugelförmigen Gelenkteils ausgebildet ist, welches in einer korrespondierenden Gelenkspfanne des Umlenkkörpers gelagert ist und mit diesem die Kolbenstangenlagerstelle bildet. Das Scheiben- oder sternförmige Basisteil ist dabei zumindest teilweise von der Hauptebene in Richtung Gehäuse versetzt, um eine bessere Krafteinleitung zu ermöglichen. Bevorzugt ist dieses Basisteil dabei sternförmig - entsprechend der Anzahl der Kolben - wobei bevorzugt fünf Kolben mit ihren Kolbenstangen an den Sternspitzen des Basisteils am Umlenkkörper angreifen.
Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Basisteil über eine zentrale, zylinderferne Kniewelle mit einer Hauptantriebswelle verbunden ist und eine Normale auf die Hauptebene des Umlenkkörpers gegenüber der Motorlängsachse schräg gestellt ist. Durch die Erfindung muss die sich ständig drehende Kniewelle nicht auch noch zusätzlich die gesamte Abstützkraft aufnehmen, sondern wird zum Großteil von der Lagerfläche und dessen Gegenlauffläche am Druckring übernommen.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Zahnkranz des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers an dessen Basisteil angeordnet ist sowie ebenfalls bevorzugt die Lagerfläche des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers an dessen Basisteil angeordnet ist. Somit wird die Taumelbewegung durch die Zahnkränze und die Drehbewegungsumwandlung auf die Abtriebswelle durch die Kniewelle gesteuert, während die Hauptabstützlast entlang der Lagerflächen auf die Gegenlauffläche des Druckringes übertragen wird. Der Zahnkranz und die Lagerfläche haben dabei bevorzugt in etwa den selben Radius um die Normale zur Hauptebene und werden somit in etwa gleich stark von der Taumelbewegung des Umlenkkörpers beeinflusst.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann vorsehen, dass der Umlenkkörper einen vom
Scheiben- oder sternförmigen Basisteil beabstandeten Stütz- bzw. Lagerbereich aufweist, der - vorzugsweise über eine gekröpfte, zylindernahe Kniewelle - am Motorgehäuse taumelnd gelagert ist. Anstatt der zylindernahen Kniewelle könnte auch ein zweiter Zahnkranz die Abrollbewegung des gesamten Umlenkkörpers am zylindernahen Gehäuse durchführen. Bevorzugt ist jedoch der Umlenkkörper sowohl auf der zylindernahen als auch auf der zylinderfernen Seite über eine Kniewelle mit der Hauptabtriebswelle verbunden.
Bevorzugt kann hierzu weiters vorgesehen sein, dass der Stütz- bzw. Lagerbereich über eine vorzugsweise hülsenförmige Verbindung mit dem Zentrum des Basisteils verbunden ist.
Um eine besonders stabile Abstützung und Taumelbewegung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Stütz- bzw. Lagerbereich und dem Basisteil um einen bestimmten Winkel gegenüber der Normalen zur Hauptebene versetzte Verbindungsteile ausgebildet sind. Diese Verbindungsteile können dabei entsprechend der Anzahl der Kolben einen Teil des Umlenkkörpers bilden. Pro Kolben können auch mehrere Verbindungsteile als Teil des Umlenkkörpers vorgesehen sein.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, wenn der Winkel ß zwischen 15° und 55°, vorzugsweise zwischen 25° und 35°, liegt, wobei der ideale Winkel bei 30° liegt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass vom Basisteil zum Stütz- bzw. Lagerbereich die Verbindungsteile in Form von Zug- bzw. Druckstangen ausgebildet sind, die zusammen mit dem Basisteil eine im Längsschnitt im Wesentlichen dreieckförmige Abstützkonstruktion bilden, sodass das Basisteil und die Verbindungsteile einen Teil einer Kegelmanteloberfläche eines Umlenkkörpers in Form eines Taumelkegels bilden. Somit bildet das Basisteil im Wesentlichen die Grundfläche des Taumelkegels und die Verbindungsteile Bereiche der zur Kegelspitze führenden Kegelmanteloberfläche. Vom Zentrum des Basisteils in Richtung Spitze des Taumelkegels ist dabei bevorzugt die hülsenförmige Verbindung angeordnet.
Besonders bevorzugt ist hierzu vorgesehen, wenn der Längsschnitt der dreieckförmigen Abstützkonstruktion ein im Wesentlichen gleichseitiges Dreieck bildet.
Im Gegensatz zu einem gleichseitigen Dreieck kann auch vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Zentrum des Basisteils und dem Stütz- bzw. Lagerbereich das 0,2- bis 0,9-fache, vorzugsweise das 0,4- bis 0,7-fache, des Abstands zwischen den Angriffspunkten der Kolbenstangen am Umlenkkörper beträgt. Dadurch kann die Winkelstellung der Verbindungsteile in Bezug auf die Normale zur Hauptebene flacher oder steiler als die bevorzugten 30° sein.
Um eine noch bessere Krafteinleitung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Zug- bzw. Druckstangen innerhalb und neben den Angriffspunkten der Kolbenstangen mit dem Basisteil des Umlenkkörpers verbunden sind. Dadurch liegen die eigentlichen Kolbenstangenlagerstellen außerhalb der zentralen geometrischen Dreieckkonstruktion des Umlenkkörpers, sind aber natürlich mit diesem verbunden bzw. Teil des Umlenkkörpers.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Motorbauteile wie Zylinder, Kolben, Kolbenstangen, Umlenkkörper, zylinderfeme Kniewelle, Zahnkränze, Lagerfläche, Gegenlauffläche, Stütz- bzw. Lagerbereich, zylindernahe Kniewelle, Zugbzw. Druckstangen und Basisteil im Wesentlichen spiegelsymmetrisch um eine Motormittelebene im Motorgehäuse angeordnet sind. Insbesondere sind die Motorzugstangen wichtig, die die in entgegensetzte Richtung wirkende Abstützkraft der Umlenkkörper innerhalb des Motorgehäuses zusammenhalten, da die jeweiligen die Gegenlauffläche aufweisenden Druckringe über die Motorzugstangen in direkter Verbindung stehen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sehen vor, dass die Brennkraftmaschine als schlitzgesteuerter Zwei-Takt-Doppelkolbenmotor ausgebildet ist, wobei die Hauptabtriebswelle das Drehmoment in ein variables Übersetzungsgetriebe weitergibt und vorzugsweise die Brennkraftmaschine zusätzlich einen Kompressor und einen Abgasturbolader aufweist.
Schutz wird darüber hinaus auch begehrt für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Brennkraftmaschine und
Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Bereich des Umlenkkörpers.
In Fig. 1 ist im Wesentlichen die gesamte Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt dargestellt. Der Großteil der Motorbauteile innerhalb des Motorgehäuses 1 ist dabei um die Motormittellinie M gespiegelt ausgebildet. Generell wird die Kraft, die im Hubraum 24 bei der Zündung eines Luft-Treibstoff-Gemisches die Kolben 3 im Zylinder 2 bewegt bzw. auseinanderdrückt, wird über die Kolbenstangen 4 auf das Gelenkteil 12 und die Gelenkpfanne 13 weitergeleitet, welche Teil des Basisteils 10 des Umlenkkörpers 5 ist. Im unteren Bereich der Fig. 1 sind die beiden Kolben 3 in komplett geöffneter Position dargestellt, während die im oberen Bereich dargestellten Kolben 3 gänzlich in den Zylinder 2 eingefahren sind. In dieser Position der oberen Kolben 3 erfolgt im Hubraum 24 die Zündung des Luft-Treibstoff-Gemisches, wodurch die Kolben 3 auseinandergeschleudert werden und dadurch das Basisteil 10 des Umlenkkörpers 5 nach rechts bewegt wird. Wenn dieses Basisteil 10 des Umlenkkörpers 5 zumindest mit drei Kolben 3 verbunden ist und die Zündung in den einzelnen Zylindern 2 in gesteuerten (regelmäßigen) Abständen nacheinander erfolgt, führt der Umlenkkörper 5 eine entlang des umlenkkörperseitigen Zahnkranzes 6 und des motorgehäusefesten Zahnkranzes 7 geführte Taumelbewegung durch. Der Zahnkranz 7 ist über eine Zahnkranzhalterung 27 starr mit dem Motorblock verbunden. Um diese Taumelbewegung in eine Drehung der Hauptabtriebswelle 15 umzuwandeln, ist zumindest eine zylinderferne Kniewelle 14 vorgesehen, die in den Kniewellenlagern 26 drehbar gelagert und mit der Hauptabtriebswelle 15 verbunden ist. Dadurch wird die Taumelbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt. Das Basisteil 10 ist über eine hülsenförmige Verbindung 17 und Verbindungsteile 18 mit einer zylindernahen Kniewelle 16 verbunden, wobei zwischen hülsenförmiger Verbindung 17 und zylindernaher Kniewelle 16 die Stütz- und Lagerfläche S ausgebildet ist.
Durch die ständigen Zündungen in den Brennräumen 24 wird eine enorme Kraft über die Kolbenstangenlagerstellen 11 auf den Umlenkkörper 5 ausgeübt, wobei die
Hauptlast durch Abrollen des Umlenkkörpers 5 entlang der Lagerfläche 8 auf die
Gegenlauffläche 9 des Druckrings 28 und somit auf das Motorgehäuse 1 übertragen bzw. abgegeben wird. Dieser Druckring 28 wiederum ist direkt über die
Motorzugstangen 25 mit dem Motorgehäuse 1 und dem zweiten, spiegelsymmetrisch angeordneten Druckring 28 verbunden, welcher die entgegengesetzt wirkende Kraft der spiegelsymmetrisch angeordneten Kolben 3 aufnimmt. Die Motorzugstangen 25 dienen damit teilweise sozusagen als Gegenkraft zum Kolbenhub.
Der gesamte Umlenkkörper 5 - in Form eines Taumelkegels 5a - muss wegen der bewegten Massen möglichst leicht gebaut werden, dabei sollte die axiale Längendehnung möglichst gering sein. Dies wird durch eine im Längsschnitt dreieckförmige Anordnung des Basisteils 10 und der Zug- bzw. Druckstangen 18a erreicht.
In Fig. 2 ist die Geometrie des Taumelkegels 5a besser erkennbar. Generell taumelt dieser Taumelkegel 5a und vor allem dessen Basisteil 10 um den Schnittpunkt (Taumelpunkt T) der Hauptebene E mit der Normalen N, wobei bevorzugt durch diesen Punkt auch die Motorlängsachse L führt. Diese Hauptebene E erstreckt sich zwischen den Angriffspunkten A, welche den Mittelpunkt bzw. den Drehpunkt der Kolbenstangenlagerstellen 11 bilden. Das Basisteil 10 ist dabei zum Großteil von der Hauptebene E in Richtung zylinderferne Kniewelle 14 versetzt. Im Bereich zwischen Zentrum des Basisteils 10 und Angriffspunkt A sind die Druck- und Zugstangen 18a über den Verbindungsbereich V (beispielsweise mittels Befestigungsschrauben) fix verbunden.
Für die Abstützkonstruktion des Taumelkegels 5a bilden die Schnittpunkte G1 der Zugstangenachsen Z miteinander und die beiden Schnittpunkte G2 und G3 der Zugstangenachsen Z mit der Hauptebene E ein gleichseitiges Dreieck. Daraus ergibt sich auch, dass der Zustangenwinkel ß einen Winkel von 30° zwischen Zugstangenachse Z und der Normalen N bildet. Eine besonders gute Abstützwirkung wird auch dadurch erreicht, dass das Außenlager (Kniehebelwellenlager 26 und zylinderferne Kniewelle 14) möglichst weit vom Innenlager (Stütz- und Lagerfläche S) entfernt ist, was nur dann möglich ist, wenn das Reaktionsrad (Zahnkränze 6 und 7) an der Innenseite des gesamten Dreieckverbandes angebracht ist.
Für die gesamte Ausbildung des Taumelkegels 5a gilt 0,2d < h < 0,8d, wobei bevorzugt gilt 0,4d < h ≤ 0,7d. Das Bezugszeichen d steht dabei für den Abstand zwischen den Angriffspunkten A und das Bezugszeichen h für den Abstand zwischen Zentrum des Basisteils 10 und der Stütz- bzw. Lagerfläche S. Im konkreten Fall beträgt dieses Verhältnis d : h 1 : 0,58. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird das Drehmoment der Hauptabtriebswelle 15 - welche entlang der Motorlängsachse L angeordnet ist - in ein variables Übersetzungsgetriebe 19 weitergeleitet. Zusätzlich ist noch ein Kompressor 20 und ein Abgasturbolader 21 vorgesehen. Die Luft- bzw. Luft-Treibstoff-Zufuhr erfolgt über den Ansaugtrakt 22. Die Absaugung des verbrannten Luft-Treibstoff-Gemischs erfolgt über den Absaugtrakt 23. Dem Abgasturbolader 21 kommt große Bedeutung zu, da bei einer hier dargestellten Axialmaschine die lineare Durchspülung wichtig ist.
Die hier beschriebene Brennkraft- bzw. Axialmaschine - bei der in einem Gehäuse (Zylinderblock) eine Kurbelwelle mit schrägen Kurbelzapfen angeordnet ist und um die Kurbelwelle mehrere Zylinder angeordnet sind, deren Kolben über Pleuelstangen auf einen Umlenkstern (Taumelkegel) wirken, wobei die Axialkräfte drehend auf die Kurbelwelle übertragen werden - ist gegenüber dem Stand der Technik vor allem dadurch verbessert, dass ein zusätzliches Abrollen der Kolbenkraft über einen Druckring des Umlenksterns auf das Gehäuse erfolgt. Zudem erlaubt die dreieckförmige Bauweise des Umlenksterns eine bessere Krafteinleitung. Weiters ist der Umlenkstern bzw. der Taumelkegel motorblockseitig und gehäuseseitig über eine gekröpfte Knickwelle mit der Hauptabtriebswelle verbunden.
Bezugszeichenhste:
1 Motorgehäuse
2 Zylinder
3 Kolben
4 Kolbenstangen
5 Umlenkkörper
5a Taumelkegel
6 umlenkkörperseitiger Zahnkranz
7 motorgehäusefester Zahnkranz
8 Lagerfläche
9 Gegenlauffläche
10 Basisteil
11 Kolbenstangenlagersteile
12 Gelenkteil
CQ.
13 Gelenkpfanne
14 zylinderferne Kniewelle
15 Hauptabtriebswelle
16 zylindernahe Kniewelle
17 hülsenförmige Verbindung
18 Verbindungsteile
18a Zug- bzw. Druckstangen
19 variables Übersetzungsgetriebe
20 Kompressor
21 Abgasturbolader
22 Ansaugtrakt
23 Absaugtrakt
24 Hubraum
25 Motorzugstangen
26 Kniewellenlager
27 Zahnkranzhalterung
28 Druckring
A Angriffspunkte
E Hauptebene
N Normale auf Hauptebene
L Motorlängsachse
S Stütz- bzw. Lagerfläche
Zugstangenwinkel h Höhe der hülsenförmigen Verbindung d Abstand zwischen Angriffspunkten
V Verbindungsbereich
M Motormittelebene
Z Zugstangenachse
G1 Schnittpunkt der Zugstangenachsen G2, G3 Schnittpunkte der Zugstangenachsen mit der Hauptebene T Taumelpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit einem Motorgehäuse und mit mindestens drei, jeweils in Zylindern beweglich geführten Kolben, die über gelenkig gelagerte
Kolbenstangen an einem taumelnd gelagerten Umlenkkörper angreifen, wobei auf der in Richtung Kolben weisenden Seite des taumelnd gelagerten
Umlenkkörpers ein Zahnkranz angeordnet ist, der mit einem motorgehäusefesten Zahnkranz kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Kolben (3) abgewandten Seite des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers
(5) eine Lagerfläche (8) angeordnet ist, über die sich der Umlenkkörper (5) am
Motorgehäuse (1) bzw. an einer motorgehäusefesten Gegenlauffläche (9) abstützt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Umlenkkörper (5) eine sich zwischen Angriffspunkten (A) der Kolbenstangen (4) erstreckende Hauptebene (E) aufweist, wobei in oder nahe dieser Hauptebene (E) ein im Wesentlichen Scheiben- oder sternförmiges Basisteil (10) des Umlenkkörpers (5) ausgebildet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffspunkte (A) den Drehpunkt bzw. das Zentrum von Kolbenstangenlagerstellen (11) bilden, wobei das kolbenferne Kolbenstangenende in Form eines zumindest teilweise kugelförmigen Gelenkteils (12) ausgebildet ist, welches in einer korrespondierenden
Gelenkspfanne (13) des Umlenkkörpers (5) gelagert ist und mit diesem die Kolbenstangenlagerstelle (11) bildet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (10) über eine zylinderferne Kniewelle (14) mit einer Hauptabtriebswelle (15) verbunden ist und eine Normale (N) auf die Hauptebene (E) des Umlenkkörpers (5) gegenüber der Motorlängsachse (L) schräg gestellt ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (6) des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers (5) an dessen Basisteil (10) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (8) des taumelnd gelagerten Umlenkkörpers (5) an dessen Basisteil (10) angeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (5) einen vom Scheiben- oder sternförmigen Basisteil (10) beabstandeten Stütz- bzw. Lagerbereich (S) aufweist, der - vorzugsweise über eine gekröpfte, zylindernahe Kniewelle (16) - am Motorgehäuse (1) taumelnd gelagert ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stütz- bzw. Lagerbereich (S) über eine vorzugsweise hülsenförmige Verbindung (17) mit dem Zentrum des Basisteils (10) verbunden ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stütz- bzw. Lagerbereich (S) und dem Basisteil (10) um einen Winkel (ß) gegenüber der Normalen (N) zur Hauptebene (E) versetzte Verbindungsteile (18) ausgebildet sind.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) der Verbindungsteile (18) zwischen 15° und 55°, vorzugsweise zwischen 25° und 35°, liegt.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vom Basisteil (10) zum Stütz- bzw. Lagerbereich (5) die Verbindungsteile (18) in Form von Zug- bzw. Druckstangen (18a) ausgebildet sind, die zusammen mit dem Basisteil (10) eine im Längsschnitt im Wesentlichen dreieckförmige Abstützkonstruktion bilden, sodass das Basisteil (10) und die Verbindungsteile (18) einen Teil einer
Kegelmanteloberfläche eines Umlenkkörpers (5) in Form eines Taumelkegels (5a) bilden.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Längsschnitt der dreieckförmigen Abstützkonstruktion ein im Wesentlichen gleichseitiges Dreieck bildet.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h) zwischen dem Zentrum des Basisteils (10) und dem Stütz- bzw.
Lagerbereich (S) das 0,2- bis 0,8-fache, vorzugsweise das 0,4- bis 0,6-fache, des Abstands (d) zwischen den Angriffspunkten (A) der Kolbenstangen (4) am
Umlenkkörper (5) beträgt.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- bzw. Druckstangen (18a) innerhalb und neben den Angriffspunkten (A) der Kolbenstangen (4) mit dem Basisteil (10) des Umlenkkörpers (5) verbunden sind.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die motorgehäusefeste Gegenlauffläche (9) Teil eines Druckringes (28) ist, welcher über Motorzugstangen (25) fest mit dem Motorgehäuse (1) verbunden ist.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckring (28) über die Motorzugstangen (25) mit einem zweiten, spiegelsymmetrisch im Motorgehäuse (1) angeordneten Druckring (28) verbunden ist.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbauteile Zylinder (2), Kolben (3), Kolbenstangen (4), Umlenkkörper (5), zylinderferne Kniewelle (14), Zahnkränze (6, 7), Lagerfjäche (8), Gegenlauffläche (9), Stütz- bzw. Lagerbereich (S), zylindernahe Kniewelle (16), Zug- bzw. Druckstangen (18a) und Basisteil (10) im Wesentlichen spiegelsymmetrisch um eine Motormittelebene (M) im Motorgehäuse (1) angeordnet sind.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als schlitzgesteuerter Zwei-Takt- Doppelkolbenmotor ausgebildet ist.
19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptabtriebswelle (15) das Drehmoment in ein variables Übersetzungsgetriebe (19) weitergibt.
20. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine zusätzlich einen Kompressor (20) und einen Abgasturbolader (21) aufweist.
21. Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
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