DE69009178T2

DE69009178T2 - Anordnung von auflader und ansaugkrümmer für brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE69009178T2
Application number: DE69009178T
Authority: DE
Inventors: Gregory Bell; Christopher Schlunke
Original assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA
Current assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2010-02-28
Also published as: EP0460030B1; WO1990010145A1; ATE106113T1; CA2046326A1; EP0460030A4; EP0460030A1; DE69009178D1; JPH05507775A; MX167296B; BR9007168A; KR920701624A; ES2053181T3; JP2957269B2; US5477838A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf mit einem Lader betriebene Maschinen und kann für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen angewendet werden.
Es besteht zur Zeit der Trend zur Verwendung von Maschinen mit Lader in Fahrzeugen, insbesondere von Maschinen von Kraftfahrzeugen, und der größte Teil derselben verwendet einen Turbolader, d.h. einen Zentrifugalkompressor, der durch eine Turbine angetrieben wird, über die die heißen Abgase von dem Montor expandiert werden. Obwohl die Leistungsfähigkeit von Turboladern annehmbar ist, bestehen bei ihrer Verwendung auftretende Probleme, einschließlich des Raumes, den sie in dem Motorraum einnehmen, der von dem Turbinenabschnitt abgestrahlten Hitze in dem Motorraum und der von den Turboladern verlangten relativ hohen Service-Leistung. Darüber hinaus gibt es eine Zeitverzögerung im Ansprechen einer Turboladung auf erhöhte Leistungsanforderungen des Motors, insbesondere wenn diese im niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereich auftreten.
Da allerdings die Anfrage der Kunden nach einer höheren Leistungsfähigkeit aus kleinen Verdrängungsmotoren steigt, ist es offensichtlich, daß eine wirksame Ladermaschine wünschenswert ist und die vorliegende Erfindung zielt darauf, einen Motor bzw. eine Maschine und eine Laderanordnung zu schaffen, die wesentlich die oben erwähnten Nachteile verringert und wirksam im Betrieb und relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung ist.
In der DE-C-925865, die das Dokument des nächstliegenden Standes der Technik darstellt, ist eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit zwei Zylinderpaaren und längsgerichteten Luftkanälen auf jeder Seite jedes Zylinderpaares offenbart, wobei jeder Zylinder eines Paares drei Einlaßteile aufweist, die mit dem Luftkanal auf jeder Seite verbunden sind. Jeder Kanal ist in einer konstanten festen Verbindung zu dem Lader und die Luftzufuhr zu ihm wird nur durch den Betrieb des Laders bestimmt. In der DE-C-905688 ist ein Motor dargestellt, der ein Steuerventil im Lufteinlaß des Laders aufweist, aber dieses beeinflußt nicht die Luftzufuhr zu verschiedenen Einlaßöffnungen der Zylinder.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vorgesehen mit einem Zylinderblock und einer Mehrzahl von Zylindern in dem Zylinderblock, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe eine Mehrzahl von in Reihe liegenden Zylindern aufweist, einer Kurbelwelle mit Längsachse, einem für eine Hin- und Herbewegung in jedem Zylinder gelagerten Kolben, wobei jeder Kolben mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, um abhängig von der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben die Drehung der Kurbelwelle durchzuführen, einem Lader, der an einem Ende des Zylinderblocks koaxial zu der Kurbelwelle angeordnet ist, wobei der Lader ein feststehendes Gehäuse, das nicht drehbar an dem Zylinderblock befestigt ist, und ein Flügelrad, das koaxial zu und antriebsmäßig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, aufweist, wobei jeder Zylinder in inindestens einer Zylinderreihe mindestens zwei Einlaßöffnungen, eine an jeder Seite der Längsachse der jeweiligen Zylinderreihe, und einen jeweils zugeordneten Luftkanal aufweist, der sich längs jeder der beiden Seiten der mindestens einen Reihe von Zylindern erstreckt und jeder Luftkanal so angeordnet ist, daß er Luft vom Lader erhält und wobei die Einlaßöffnungen auf der jeweiligen Seite der Zylinderreihe nur mit dem Luftkanal auf dieser Seite der Zylinderreihe in direkter Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftsteuereinrichtung zur selektiven Steuerung der Zuführungsrate von Luft von dem Lader zu jeweils einem der Luftkanäle jeder Zylinderreihe vorgesehen ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Lader ein feststehendes Gehäuse, das nicht drehbar an dem Zylinderblock befestigt ist und ein Flügelrad, das koaxial zu und antriebsmäßig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, auf. Vorzugsweise ist der Lader zwischen dem Zylinderblock und einem auf der Kurbelwelle angeordneten Schwingrad angeordnet und mindestens ein Teil des feststehenden Zentrifugalladers ist integral mit dem Zylinderblock oder einem Teil des Motors, wie Kurbelgehäuse oder Ölauffangwanne oder einem Adapter oder einer Befestigungsplatte ausgebildet, die mit dem Zylinderblock verbunden ist, um die Befestigung einer Übertragungs- oder Getriebeanordnung an dem Motor zu vereinfachen. Vorzugsweise ist eine Luftzufuhröffnung und/oder Lufteinlaßöffnung des Kompressors integral mit dem Kompressorgehäuse ausgebildet.
Der Motor kann ein Zweitakt-Motor sein, der in der Wand jedes Zylinders eine Auslaßöffnung aufweist, wobei alle Auslaßöffnungen in jeder Zylinderreihe auf der einen Seite der Zylinderreihe angeordnet ist und jeder Zylinder in der Zylinderreihe mindestens eine Einlaßöffnung in der Zylinderwand auf derselben Seite der Zylinderreihe wie die Auslaßöffnung aufweist und wobei die Einlaßöffnung auf der Auslaßöffnungsseite der Zylinderreihe alle in direkter Verbindung mit dem Luftkanal stehen, der sich längs derselben Zylinderreihe ersteckt, in der die Auslaßöffnungen angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, daß eine Leitung in dem Zylinderblock vorgesehen ist, die eine Verbindung zwischen der Luftzufuhröffnung des Kompressorgehäuses und mindestens einigen der Einlaßöffnungen herstellt. Wenn mehr als eine Einlaßöffnung für jeden Zylinder vorgesehen ist, wobei die Einlaßöffnungen auf jeder der zwei im allgemeinen gegenüberliegenden Seiten des Zylidnerblocks oder der Zylinderreihe angeordnet sind, kann eine einzige Leitung längs einer Seite des Zylinders vorgesehen sein, wobei sich Kanäle von der Leitung zu den Einlaßöffnungen auf der anderen Seite erstrecken. Alternativ können jeweils Leitungen auf jeder Seite der Zylinderreihe vorgesehen sein, die mit den Einlaßöffnungen auf der jeweiligen Seite in Verbindung stehen.
Bei einer Maschine in zwei in V-Form angeordneten Zylinderreihen können eine Leitung bzw. ein Luftkanal in der Vertiefung zwischen den zwei Reihen, um Luft zu Öffnungen in den Zylindern auf beiden Seiten der Vertiefung zu leiten, und jeweils Luftkanäle auf der Außenseite jeder Zylinderreihe vorgesehen sein, um Luft zu weiteren Öffnungen auf der äußeren Seite der Zylinder vorzusehen.
Wenn ein Kanal Luft zu zwei oder mehr Seite an Seite liegenden Zylindern einer Mehrzylinder-Maschine bringt, kann ein einziger Durchgang Öffnungen von benachbarten Zylindern mit dem Kanal verbinden. Diese Anordnung ermöglicht eine Verringerung des Raumes zwischen den Zylindern und eine Verbesserung des Luftstroms in die Zylinder. Es können Vorkehrungen zur Steuerung der Durchflußrate in den jeweiligen Kanälen vorgesehen werden, um eine gewünschte Luftverteilung zwischen den Öffnungen auf den jeweiligen Seiten der Zylinderreihe zu erzielen. Die Steuerung kann so ausgebildet sein, daß die Luftverteilung mit der Maschinenlast und/oder -geschwindigkeit variiert wird und kann Teil eines elektronisch gesteuerten Motorbetriebs- und Verwaltungssystems sein.
Der Lader ist vorzugsweise ein Zentrifugallader und ist vorzugsweise an dem Ende des Motors angeordnet, an dem die Kurbelwelle mit der Übertragungsanordnung gekoppelt ist, die das Drehmoment des Motors an das anzutreibende Aggregat liefert. Der Zentrifugallader kann an dem Schwungrad des Zylinderblocks angeordnet sein und ist zwischen Schwungrad und Zylinderblock angeordnet, wo er geeignet in dem normalerweise vorhandenen Gehäuse zum Umschließen des Schwungrades, das üblicherweise als "Laterne" bezeichnet wird, insgesamt oder in Teilen aufgenommen ist.
Es können Vorkehrungen für die Kühlung des Laders vorgesehen werden, bei denen ein Kühlmittel in Kanälen in dem Gehäuse zirkuliert, die mit dem Kühlsystem des Zylinderblocks verbunden sind. Vorzugsweise wird insbesondere die Hochdruckluft gekühlt, um zu einem wirkungsvolleren Betrieb der Maschine beizutragen.
Das Flügelrad des Laders kann mit der Kurbelwelle der Maschine gekoppelt sein, damit es mit derselben Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle rotiert, oder alternativ kann eine geeignete Geschwindigkeits-Hochtransformationsvorrichtung zwischen ihnen vorgesehen werden. Der Transformationsmechanismus kann nach Art des epizyklischen Traktors, beispielsweise eines epizyklischen Antriebs mit Reibungskugeln, ausgebildet sein.
Die Erfindung kann besser anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Maschine verstanden werden, die einen Lader umfaßt, wie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
In der Zeichnung ist
Fig 1 eine Seitenansicht der Maschine,
Fig. 2 eine Aufsicht von oben,
Fig. 3 ein Querschnitt durch den hinteren Bereich des Zylinderblocks und des Laders,
Fig. 4 ein Querschnitt des Zylinderblocks längs der Schnittlinie 4-4 nach Fig. 1,
Fig. 5 ein Querschnitt des Zylinderblocks längs der Schnittlinie 5-5 nach Fig. 1,
Fig. 6 eine Darstellung in bezug auf den Laderantrieb und
Fig. 7 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Mehrzylinder-V-Motors, der das Luftverteilungssystem nach der Erfindung einschließt.
Der dargestellte Motor hat einen Dreizylinderaufbau in einer einzigen Reihe, der im Zweitakt arbeitet. Der Zylinderblock 11 weist drei in ihm ausgebildete Zylinder auf, die oben durch den Zylinderkopf 12 abgeschlossen sind. Eine Kurbelwelle 13 ist in am unteren Ende des Blocks 11 vorgesehenen Lagern gelagert, wobei das untere Ende des Blocks durch das Kurbelgehäuse 14 abgedeckt ist. Die Kurbelwelle 13 trägt ein Schwungrad 15 am hinteren Ende und eine Riemenscheibe 16 am vorderen Ende zum Antrieb für die verschiedenen Motorzusatzgeräte, wie Wechselstrommaschine und Wasserpumpe (nicht dargestellt).
Die Abgassammelleitung 18 ist an einer Seite des Zylinderblocks 11 befestigt und steht mit drei in dem Block 11 vorgesehenen Auslaßöffnungen in Verbindung, die wiederum in Verbindung mit dem jeweiligen Zylinder des Motors stehen. Auf der zu der Abgassammelleitung 18 gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks 11 ist eine Luftsammelkammer 19 angeordnet, die mit den jeweiligen in dem Zylinderblock vorgesehenen Einlaßöffnungen verbunden ist, um mit dem jeweiligen Zylinder in Verbindung zu stehen.
Am hinteren Ende des Motors ist ein Schneckengehäuse 20 eines Zentrifugalladers in Teilen integral mit dem Zylinderblock 11 ausgebildet, es kann auch Teil einer Adapterplatte 21 sein, die an dem Zylinderblock 11 befestigt ist. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, erstreckt sich das Schneckengehäuse des Laders in Bogenform unter den hinteren Bereich 14a des Kurbelgehäuses 14 und schließt einen sich nach vorne hervorstreckenden Bereich 22 ein, der mit dem Lufteinlaßrohr 23 zusammenarbeitet.
Der sich nach vorne erstreckende Bereich 22 steht mit dem Inneren des Schneckengehäuses 20 bei 25 in Verbindung, wobei 25 radial nach innen zu dem Umfang des Flügelrades 26 angeordnet ist, wie es bei einem Zentrifugalkompressor üblich ist. Im Inneren des Schneckengehäuses ist das Flügelrad 26 konzentrisch in bezug auf die Kurbelwelle 13 drehbar befestigt und wird durch sie über eine epizyklische Übertragungsvorrichtung 27 angetrieben, um die verlangte Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Motor, der Kurbelwelle und dem Flügelrad zu liefern.
Der spiralförmige Hochdruckraum 28 in dem Schneckengehäuse 20 ist bei 29 mit dem zu einer Sammelkammer 61 (Fig. 4) führenden Luftkanal 19 verbunden, um die Luft von dem Lader zu dem jeweiligen Zylinder des Motors zu verteilen.
Wie gesehen werden kann, wird mit der Anordnung, bei der der Zentrifugallader im hinteren Bereich des Motorblocks eingebaut ist, ein extrem komPakter Aufbau erzielt, wobei durch das Vorsehen des Laders die Gesamtlängsabmessungen der Maschine nicht wesentlich erhöht werden. Auch ist nur eine geringe Menge von externen Kanälen oder Leitungen verlangt, um die Luft zu dem Lader und die Luft von dem Lader zu dem jeweiligen Zylinder zu liefern.
Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist das Flügelrad 26 des Laders mit einer zentralen Nabe 50 versehen, die eine innere Fläche 51 mit einer konzentrischen ringförmigen Vertiefung 52 mit bogenförmigem Querschnitt aufweist. Eine zylindrische Hülse 54 ist nicht drehbar auf der Verlängerung 56 des Zylinderblocks koaxial zu der Kurbelwelle 13 befestigt. Die äußere zylindrische Oberfläche 57 der Hülse 54 weist eine konzentrische ringförmige Vertiefung 55 mit bogenförmigem Querschnitt auf. Wenn Hülse 54 und Nabe 50 des Flügelrades koaxial montiert sind, wird eine Mehrzahl von Stahlkugeln 58 zwischen ihnen angeordnet, die in den jeweiligen ringförmigen Vertiefungen 52 und 55 sitzen. Die Kugeln 58 sind in einem Träger 59 befestigt, der mit dem Schwungrad 15 und der Kurbelwelle 13 zu gemeinsamen Drehung verbunden ist. Der Träger 59 weist eine Mehrzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Kugeln 58 in gleichem Abstand um die Achse der Kurbelwelle herum auf, in einer ähnlichen Art, die bei Kugellagern verwendet wird.
Die Reibungslast zwischen den Kugeln 58 und der Oberfläche der jeweiligen ringförmigen Vertiefung 52, 55 ist ausreichend, so daß die Kugeln 58 auf ihren jeweiligen Achsen parallel zu der Achse der Kurbelwelle sich drehen, wenn die Kurbelwelle und der Träger 59 rotieren und somit rollen sie längs der Oberfläche der Vertiefung 55 in der Hülse 54. Die Drehung der Kugeln 58 auf ihren Achsen überträgt eine Drehbewegung auf die Nabe 50 des Flügelrades 26, um das Flügelrad auf seiner Achse rotieren zu lassen, die der Kurbelwellenachse entspricht, bei einer Drehgeschwindigkeit größer als die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Bei den bekannten Konstruktionen des oben erwähnten Typs der epizyklischen Reibungsübertragung mit Kugeln weisen die Vertiefungen 52 und 55 einen kugelabschnittförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser der leicht größer ist als der der Kugeln auf, so daß die Kugeln 58 die Oberfläche der Vertiefung im wesentlichen in der diametralen Ebene der Kugel radial zu der Achse der Kurbelwelle kontaktieren. Daher wird mit dem Träger 59, der mit den Kugeln beim mittlerem Durchmesser zwischen den Durchmessern des Kontakts zwischen den Kugeln und dem Flügelrad 26 und des Kontakts zwischen den Kugeln und der Hülse 54 in Eingriff steht, ein Geschwindkeitshochstufungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und dem Flügelrad von ungefähr 2:1 erzielt.
Es wurde allerdings gefunden, daß, wenn die Vertiefung 55 in der Hülse 54 so ausgeformt ist, daß die Kontaktlinie näher an die Kontaktlinie der Kugeln mit dem Träger 59 gebracht werden kann, das Hochstufungsoder Übersetzungsverhältnis wesentlich über 2:1 erhöht werden kann. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Vertiefung in der Hülse 54 mit einem unterschnittenen Querschnitt entsprechend Fig. 6 versehen wird, so daß der radiale Abstand A von der Achse B der Kugel 58 zu der Kontaktlinie C mit der Vertiefung 55 in der Hülse 54 weniger als der halbe Durchmesser beträgt. Die Kontaktlinie D zwischen der Kugel und der Vertiefung 52 in der Nabe 50 des Flügelrades verbleibt unverändert bei dem maximalen Wert gleich ungefähr dem vollen Durchmesser der Kugel 58.
Diese Möglichkeit, ein Geschwindigkeitsübertragungsverhältnis von größer als 2:1 zu erzielen, ist vorteilhaft bei einem Laderantrieb, da die erhöhte Ladergeschwindigkeit bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten wesentlich den Wirkungsgrad des Laders beim Motorbetrieb erhöht.
Es soll nun auf die Fig. 4 der Zeichnung Bezug genommen werden, in der eine Querschnittsansicht des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Motors längs der Schnittlinie 4-4 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei der Lader aus Gründen der Vereinfachung weggelassen ist. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist die Querschnittsansicht längs der Schnittlinie 4-4 tief am Motorblock und unter dem Niveau der Einlaß- und Auslaßöffnungen der Zylinder, auf die später in Verbindung mit Fig. 5 der Zeichnung Bezug genommen wird. Der Luftzufuhrkanal 19 von dem Lader tritt in die Luftspeicherkammer 61 ein, die sich im wesentlichen über die Länge des Motors erstreckt. Die Luftspeicherkammer ist ein von dem Motorblock getrenntes Bauteil und wird daran durch geeignete Befestigungsbolzen befestigt. Zwischen der Speicherkammer 61 und dem Zylinderblock ist eine Trennwand 64 angeordnet, die drei Öffnungen 63, 65 und 66 zur alleinigen Verbindung der Speicherkammer 61 mit dem Inneren des Zylinderblocks aufweist.
Die mittlere Öffnung 66 in der Trennwand 64 ist die einzige direkte Verbindung zwischen der Speicherkammer 61 und der Galerie 67 im Zylinderblock. Das Klappenventil 68 ist zentral in der Öffnung 66 auf einer Achse 69 montiert, so daß der Luftstrom aus der Speicherkammer 61 in die Galerie 67 im Zylinderblock gesteuert werden und, wenn gewünscht, vollständig unterbrochen werden kann. Die Seitenöffnungen 65 und 63 in der Trennwand 64 sind mit den jeweiligen Enden 71, 72 der in dem Zylinderblock ausgebildeten Kanalschleife 73 ausgerichtet. Der Kanal 73 geht durch den Block an jedem Ende hindurch, wie bei 75 und 76 bezeichnet ist, und steht mit den jeweiligen Enden einer Galerie 77 in Verbindung, die sich über die volle Länge des Zylinderblocks auf der anderen Seite des Motors erstreckt und die auf der Außenseite durch eine Abdeckplatte 78 abgedeckt ist.
Von den Galerien 67 und 77 erstrecken sich eine Mehrzahl von Transferkanälen, die die verschiedenen Lufteinlaßöffnungen der Zylinder mit der jeweiligen Galerie verbinden. Die Galerie 67 steht mit jeweils drei Paaren von hinteren Transferkanälen 80, 81 und 82 in Verbindung, die mit den jeweiligen hinteren Einlaßöffnungen jedes der Zylinder des Motors verbunden sind. An jedem Ende steht die Galerie 67 mit Hilfskanälen 83, 84 in Verbindung, die mit den äußeren Hilfsöffnungen der jeweiligen Endzylinder 3 und 1 des Motors verbunden sind. In dem Bereich zwischen jeweils benachbarten Zylindern sind weitere Hilfstransferkanäle 85 und 86 vorgesehen, die jeweils mit zwei Hilfsöffnungen, eine in jedem der zwei benachbarten Zylindern, verbunden sind, wie genauer im folgenden beschrieben wird.
Die andere Galerie 77, die sich an der entgegengesetzten Seite des Motorblocks befindet, wobei diese Seite diejenige ist, an der die Auslaßöffnungen angeordnet sind, weist an den zwei Enden Einlaßtransferkanäle 90 und 91 auf, die mit den jeweiligen Einlaßöffnungen der Endzylinder 1 und 3 verbunden sind, und zwischen den benachbarten Zylinderpaaren 3,2 und 2,1 sind zwei weitere Einlaßtransferkanäle 92 und 93 vorgesehen, wobei jeder Luft zu zwei Einlaßöffnungen liefert, von denen jeweils eine in jedem der zwei benachbarten Zylinder vorgesehen ist.
Aus der Betrachtung der oben beschriebenen Luftverteilungskanäle kann leicht erkannt werden, daß, wenn das Steuerventil 68 geschlossen ist, keine Luft zu der Luftgalerie 67 gelangt, und somit wird keine Luft für die Einlaßöffnungen in dem Motor vorgesehen, die mit den Einlaßtransferkanälen 80, 81, 82, 83, 84, 85 und 86 in Verbindung stehen. Allerdings wird Luft durch die Kanäle 75 und 76 in die Luftgalerie 77 geliefert, von der die Luft dann zu den mit den Einlaßtransferkanälen 90, 91, 92 und 93 in Verbindung stehenden Einlaßöffnungen geleitet wird. Es wurde als vorteilhaft gefunden, den Motor mit Luft zu betreiben, die zu einer begrenzten Anzahl von Einlaßöffnungen des Motors geleitet wird, um geeignete Verbrennungsbedingungen in dem Zylinder bei leichter Last zu erhalten.
Es sei bemerkt, daß, um die gewünschte Steuerung über den Luftstrom an die Öffnungen auf den jeweilig gegenüberliegenden Seiten des Zylinderblocks über die Verwendung des Kanals 73 zu erhalten und um Luft zu den Einlaßöffnungen der zwei benachbarten Zylinder über einen einzigen Transferkanal zu liefern, das Kurbelgehäuse so konstruiert sein muß, daß es mit der unteren Fläche des Zylinderblocks zusammenarbeiten muß, um eine nicht unterbrochene Dichtung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Luftzufuhrsystem des Motors einschließlich der Luftgalerien 67 und 77 und einer Abdichtung zwischen den jeweiligen Luftgalerien 67 und 77 vorzusehen.
Es wird jetzt Bezug genommen auf die Fig. 5 der Zeichnung, die eine Querschnittsansicht durch den Zylinderblock auf der Höhe der verschiedenen Ein- und Auslaßöffnungen zu den jeweiligen Zylindern darstellt. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen werden durch den in dem Zylinder hin- und hergehenden Kolben in üblicher Weise geöffnet und geschlossen.
Die Doppeltransferkanäle 80, 81 und 82 liefern Luft an die jeweiligen Paare der hinteren Einlaßöffnungen 100, 101 und 102, wobei diese Öffnungen diagonal entgegengesetzt zu den Auslaßöffnungen 104, 105 und 106 in den entsprechenden Zylindern angeordnet sind. Die äußeren Hilfstransferkanäle 83 und 84 liefern Luft zu den Hilfsöffnungen 108 und 109 der jeweiligen Endzylinder 3 und 1 des Zylinderblocks und die inneren Hilfstransferkanäle 85 und 86 liefern Luft jeweils zu den Öffnungspaaren 110, 111 und den Öffnungspaaren 112 und 113.
Die Transferkanäle 90, 91, 92 und 93 sind alle mit der Galerie 77 verbunden und die Endtransferkanäle 90 und 91 stehen mit den äußeren Einlaßöffnungen 115 und 116 des jeweiligen Endzylinders 1 und 3 in Verbindung, während die mittleren Transferkanäle 93 und 92 jeweils mit den gepaarten Einlaßöffnungen 117, 118 und 119, 120 in Verbindung stehen.
Die Luftzufuhr zu jeweiligen Einlaßöffnungen benachbarter Zylinder in einem Mehrzylinder-Zweitaktmotor von einem einzigen Transferkanal wurde bisher nicht praktiziert, es wurde allerdings gefunden, daß diese Art praktikabel in einem Motor mit Lader ist, bei dem der Kompressionsdruck, der üblicherweise in dem sich auf jeden Zylinder beziehenden Kurbelgehäuseabschnitt gebildet wird, nicht notwendig für die Durchführung des Transports der Luft in den Zylinder ist. Wenn jedoch der Motor mit einem Lader betrieben wird, ist eine kontinuierliche Zufuhr von komprimierter Luft an die Öffnungen verfügbar, ohne auf die Kurbelgehäusekompression zu setzen, die sich mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens zyklisch ändert.
Es sei in dieser Hinsicht bemerkt, daß durch Vorsehen eines einzigen Transferkanals, der die benachbarten Einlaßöffnungen von zwei benachbarten Zylindern bedient, der Querschnittsbereich des einzigen Transferkanals größer gemacht werden kann als es möglich wäre, wenn zwei unabhängige Kanäle in demselben Raum dazwischen vorgesehen würden, um die Einlaßöffnungen der jeweiligen Zylinder zu bedienen. Folglich wird ein Nutzen dadurch erreicht, daß der einzige Transferkanal größer im Querschnitt gemacht wird als einer der normalerweise verwendeten zwei Kanäle und noch kleiner gemacht wird als der Gesamtguerschnitt der zwei Kanäle, die er ersetzt. Auf diese Weise können Vorteile eines weniger eingeschränkten Kanals für den Luftstrom erzielt werden, während darüber hinaus die Gesamtlänge des Motors verringert wird. Somit wird ein doppelter Nutzen erzielt, wogegen bei früheren Maschinen nur ein Nutzen in einem Bereich erzielt wurde, während eine nachteilige Wirkung in dem anderen Bereich auftrat.
Wenn benachbarte Einlaßöffnungen von benachbarten Zylindern einen gemeinsamen Transferkanal, wie oben beschrieben, aufweisen, ist es notwendig, daß der Zeitverlauf des Öffnungs- und Schließvorgangs der Einlaßöffnungen benachbarter Zylinder so eingestellt wird, daß nur eine der Einlaßöffnungen zum jeweiligen Zeitpunkt geöffnet ist, um Luft von dem gemeinsamen Transferkanal zu erhalten. Diese Anordnung stellt sicher, daß die Zylinder, deren Einlaßöffnungen Luft von einem gemeinsamen Transferkanal bekommen, jeweils die geforderte Luftmenge empfangen.
Wenn beide Öffnungen zur selben Zeit geöffnen wären, könnten Zustände auftreten, die eine ungleichmäßige Luftverteilung zwischen den zwei von dem einzigen Transferkanal versorgten Einlaßöffnungen zur Folge hätten. Da auch die Richtung des Luftstroms zwischen den Einlaßöffnungen üblicherweise zur Erzielung des Spülens der Zylinder wichtig ist, ist es für den Kolben eines Zylinders vorzuziehen, dessen Einlaßöffnung zu schließen, während die andere, Luft von demselben Transferkanal erhaltende Einlaßöffnung, geöffnet ist. Der Bereich des Kolbens, der die eine Einlaßöffnung verschließt, bildet ein Teil der Fläche des Transferkanals, der die Luft in den Zylinder bei geöffneter Einlaßöffnung leitet.
In bezug auf Fig. 7 der Zeichnung ist eine vereinfachte Form einer Querschnittsansicht quer durch einen Mehrzylindermotor dargestellt, wobei die Zylinder in einer 60º V-Form angeordnet sind, wodurch zwei Reihen von Zylindern vorgesehen werden. Die Maschine arbeitet als Zweitaktmaschine, vorzugsweise mit einer direkten Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Zylinder.
Die Maschine ist mit drei Luftkanälen versehen, die Luft von einem Lader, vorzugsweise von einem solchen, der zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde, empfangen. Die drei Kanäle umfassen die Kanäle 30 und 31, die unten an den Zylindern auf beiden Seiten des Blocks angeordnet sind. Die jeweiligen Kanäle 30, 31 laufen im wesentlichen längs des Blocks, so daß Luft zu allen Einlaßöffnungen zuführbar ist, die an den jeweiligen äußeren Seiten der Zylinderreihen angeordnet sind, an denen gleichfalls die Auslaßöffnungen angeordnet sind. Vorzugsweise können die Kanäle 30, 31 durch den Motorblock hindurch am vorderen und/oder hinteren Ende (nicht dargestellt) verbunden sein, so daß gleichmäßige Zustände zwischen der Luft in den jeweiligen Kanälen 30, 31 herrschen.
Die Kanäle 30, 31 stehen mit den jeweiligen Transferkanälen 32, 33 in Verbindung, die in der Wand der Zylinder jeder Reihe ausgebildet sind, um Luft von den Kanälen durch die jeweiligen Einlaßöffnungen 34 und 35 zu dem jeweiligen Zylinder 36 und 37 zu liefern.
Die Wand 38 überbrückt einen Bereich zwischen den Zylindern der jeweiligen Reihen in V-Form und es wird ein mittlerer Luftkanal 39 gebildet, der sich über die Länge des Motorblocks erstreckt und über jeweilige Transferkanäle 40, 41 mit Öffnungen 42 und 43 in den Zylindern 36 und 37 der jeweiligen Reihe in Verbindung steht. Der in dem V gebildete Kanal 39 erhält gleichfalls Luft von derselben Ladereinheit, die die Luft an die Kanäle 30, 31 liefert. In einer Ausführungsform der Maschine stehen die Kanäle 30 und 31 an gegenüberliegenden Enden der Maschine mit dem zentralen Kanal 39 in Verbindung, vorzugsweise an der Lieferöffnung des Laders.
Die Kanäle 30 und 31 können von dem Kanal 39 isoliert sein anders als die von allen drei Kanälen auftretende Verbindung, die ihre Luftzufuhr von demselben Lader erhalten. Darüber hinaus kann bei einer solchen Konstruktion ein Steuerventil vorgesehen sein, so daß Kanal 39 von dem Lader isoliert werden kann und die Luft nur an die Kanäle 30 und 31 geliefert werden kann. Weiterhin kann das Ventil so konstruiert sein, daß die Zufuhrrate der Luft zu dem Kanal 39 geregelt werden kann. Wenn gewünscht, kann das Steuerventil auf die Kanäle 30 und 31 wirken und der mittlere Kanal 39 ist in direkter Verbindung mit dem Lader.
Die Steuerung der Luftzufuhr zu den Kanälen 30, 31 und 39 in einer der oben beschriebenen Art kann zur Steuerung der Verbrennung und des Spülvorgangs beitragen, um dabei den Abgaspegel zu steuern. Insbesondere unter Niedriglastbedingungen ist es vorzuziehen, eine Luftzufuhr nur zu den Kanälen 30 und 31 vorzusehen.
Eine detaillierte Beschreibung der Durchström- und Transferkanäle wurde nicht vorgesehen, da dies leicht aus der vorangegangenen Beschreibung der einzigen Reihe von in Reihe liegenden Zylindern entsprechend den Fig. 1, 2, 4 und 5 zu verstehen ist. Die V-Motoranordnung umfaßt grundsätzlich zwei einzelne Reihen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle und einem gemeinsamen Kurbelgehäuse. Bei der Maschine nach Fig. 7 entsprechen die Kanäle 30 und 31 jeweils der Galerie 77 in Fig. 4 und der Kanal 39 entspricht der Galerie 67.
In Bezugnahme auf die Steuerung des Luftstroms zu den jeweiligen Galerien oder Kanälen, wie zuvor beschrieben, kann dies durch ein Ventilelement erzielt werden, wie durch das Ventil 68, wobei die Betätigung mechanisch durch die Drosselklappe oder unter Steuerung durch ein elektronisches Motorbetriebssystem, wie es weit verbreitet für Fahrzeugmotoren ist, vorgenommen werden kann.

Claims

1. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock (11) und einer Mehrzahl von Zylindern (1,2,3) in dem Zylinderblock, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe eine Mehrzahl von in Reihe liegenden Zylindern (1,2,3) aufweist, einer Kurbelwelle mit Längsachse, einem für eine Hin- und Herbewegung in jedem Zylinder gelagerten Kolben, wobei jeder Kolben mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, um abhängig von der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben die Drehung der Kurbelwelle durchzuführen,

einem Lader, der an einem Ende des Zylinderblocks (11) koaxial zu der Kurbelwelle (13) angeordnet ist, wobei der Lader ein feststehendes Gehäuse (20), das nicht drehbar an dem Zylinderblock (11) befestigt ist, und ein Flügelrad (26), das koaxial zu und antriebsmäßig mit der Kurbelwelle (13) gekoppelt ist, aufweist, wobei jeder Zylinder (1,2,3) in mindestens einer Zylinderreihe mindestens zwei Einlaßöffnungen (100,115,101,117,102,119), eine an jeder Seite der Längsachse der jeweiligen Zylinderreihe, und einen jeweils zugeordneten Luftkanal (67,77) aufweist, der sich längs jeder der beiden Seiten der mindestens einen Reihe von Zylindern (1,2,3) erstreckt und jeder Luftkanal (67,77) so angeordnet ist, daß er Luft vom Lader erhält, und wobei die Einlaßöffnungen (100,115,101,117,102,119) auf der jeweiligen Seite der Zylinderreihe nur mit dem Luftkanal (67,77) auf dieser Seite der Zylinderreihe in direkter Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftsteuereinrichtung (68) zur selektiven Steuerung der Zuführungsrate von Luft von dem Lader zu jeweils einem der Luftkanäle (67) jeder Zylinderreihe vorgesehen ist.

2. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader zwischen dem Motorzylinderblock (11) und einem auf der Kurbelwelle (13) angeordneten Schwungrad (15) angeordnet ist.

3. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragungseinrichtung (27) für eine Antriebskopplung des Flügelrades (26) des Laders mit der Kurbelwelle (13) vorgesehen ist, wobei die Übertragungseinrichtung das Flügelrad (26) bei einer größeren Drehgeschwindigkeit als die der Kurbelwelle drehen läßt.

4. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des feststehenden Gehäuses (20) des Laders integral mit dem Zylinderblock ausgebildet ist.

5. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, die als Zweitaktmaschine ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand jedes Zylinders (1,2,3) eine Auslaßöffnung (104,105,106) vorgesehen ist, wobei alle Auslaßöffnungen (104,105,106) in jeder Zylinderreihe auf der einen Seite der Zylinderreihe angeordnet ist, daß jeder Zylinder (1,2,3) in der Zylinderreihe mindestens eine Einlaßöffnung (115,117,119) in der Zylinderwand auf derselben Seite der Zylinderreihe wie die Auslaßöffnungen aufweist, wobei die Einlaßöffnungen (115,117,119) auf der Auslaßöffnungsseite der Zylinderreihe alle in direkter Verbindung mit dem Luftkanal (77) stehen, der sich längs derselben Zylinderreihe erstreckt, in der die Auslaßöffnungen (104,105,106) angeordnet sind.

6. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (1,2,3) in der Zylinderreihe zwei Einlaßöffnungen (115,118,117,120,119,116) in der Zylinderwand auf derselben Seite an der die Auslaßöffnungen (104,105,106) angeordnet sind, aufweist, wobei die zwei Einlaßöffnungen (115,118,117,120,119,116) jeweils auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten der Auslaßöffnung (104,105,106) in der Längsrichtung der Zylinderreihe angeordnet sind.

7. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftsteuereinrichtung (68) selektiv die Luftzuführung von dem Lader zu dem Luftkanal (67) auf der gegenüberliegenden Seite der Zylinderreihe zu den Auslaßöffnungen sperrt.

8. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7, bei der die Luftzufuhrrate von dem Lader zu einem der Luftkanäle jeder Zylinderreihe unabhängig von der Luftzufuhrrate zu dem anderen Luftkanal gesteuert wird.

9. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zwei Zylinderreihen in V-Form angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zylinderreihe einen Luftkanal (30,31) aufweist, der sich längs ihrer äußeren Seite erstreckt, und daß ein einziger Luftkanal (39) zwischen den Reihen vorgesehen ist, der mit den Einlaßöffnungen (42,43) auf der Innenseite jeder Reihe in Verbindung steht.