WO1999066182A1

WO1999066182A1 - Mehrzylinderbrennkraftmaschine

Info

Publication number: WO1999066182A1
Application number: PCT/DE1999/001775
Authority: WO
Inventors: Gerhard Klaiber
Original assignee: Gerhard Klaiber
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 1999-12-23
Also published as: DE19927770A1; AU5369599A

Abstract

Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer ersten Zylindereinheit (11) mit einem Kolben (3), der auf zwei Pleuelstangen (7) und diese jeweils auf eine Kurbel (8) wirken, wobei die Kurbeln an Abtreibsrädern (9) angelenkt sind, welche miteinander drehsynchronisiert sind und wobei dieser ersten Zylindereinheit (11) auf der der Kurbel (8) abgewandten Seite eine zweite Zylindereinheit (12) gleicher Bauweise zugeordnet ist, mit ebenfalls zwei Kurbeln (8) und zwei Abtriebsrädern (9).

Description

Mehrzylinderbrennkraftmaschine

D i e E r f i n d u n g g e h t a u s v o n e i n e r

Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs . Derartige Mehrzylinderbrennkraftmaschinen sind mehrfach bekannt, wobei es in erster Linie darum geht, den Wirkungsgrad des Motors dadurch zu verbessern, daß beim Explosionshub die Kräfteübertragung auf die Kurbeln möglichst in einem Bereich und dadurch optimal erfolgt, indem der Winkel zwischen Kolbenachse und Pleuelstange möglichst gering ist, während der Saughub aufgrund der Bewegungslage der Pleuelstange zu der Zylinderachse bei also einem großen Winkel einen langsameren Ansog des Motors ermöglicht, wodurch auch ohne Aufladung eine günstige Füllung des Brennraums ermöglicht wird. In zweiter Linie bietet diese Konstruktion mit zwei Pleuelstangen pro Kolben bzw. Zylindereinheit und mit zwei Kurbeln einen ruhigeren Lauf der Maschine an, auch durch den besseren Massenausgleich von Kurbelwelle und Pleuelstange. Diese Verbesserung des Wirkungsgrads führt zu einem günstigeren Kraftstoffverbrauch und einem bes seren Drehmoment im Vergleich zu Brennkraftmaschinen mit nur einer Kolbenstange, allerdings auf Kosten eines zusätzlichen Aufwandes bei der Herstellung, nämlich der zweiten

Pleuelstange und der zweiten Kurbel, die für den Abtrieb mit der ersten synchronisiert werden muß.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine (DE-OS 31 29 028) sind die Vorteile von zwei Pleuelstangen pro Kolben und zwei miteinander synchronisierten gegenläufigen Kurbelwellen beschrieben. Zwar können mit solchen Motoren Unwuchten, die quer zur Kolbenachse verlaufen vollständig ausgeglichen werden - nicht aber in Richtung Achse verlaufende Unwuchten. Dies führt zu Schwingungen, die sich naturgemäß auf das Fahrzeug übertragen, unabhängig davon, ob es sich um ein Straßenfahrzeug, ein Wasser- oder Luftfahrzeug handelt.

Es ist ein anderer Motor bekannt (EP-PS 0 187 930), bei dem vier Zylinder symmetrisch zueinander und boxerartig angeordnet sind und mit ihren Pleuelstangen auf eine Kurbelwelle wirken, wobei durch diese Anordnung ein Ausgleich der Schwingungen angestrebt ist. Da jedoch nur eine Kurbelwelle und pro Zylinder nur eine Pleuelstange vorgesehen ist, wirkt sich dieses als Unwucht aus, auch deshalb, weil die Arbeitshübe immer mit einem außerhalb der Zylinderachse liegenden und entsprechend der Drehbewegung der Kurbelwelle sich in der Winkellage ändernden Kraftlinie erfolgt, was sich in entsprechenden Betriebsschwingungen des Motors äußert.

Bei wieder einer anderen bekannten Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art (JP 61 14431 ) wirken die Pleuelstangen und damit quasi die Kurbeln bei einem Boxermotor auf zwei zwischen den Zylindereinheiten angeordneten Zahnrädern, die ineinanderkämmen. Abgesehen davon, daß während des Betriebs, jedenfalls in der Darstellung der Schrift, die Kurbeln der einander abgewandten Zylindereinheiten, die an einem Zahnrad angreifen, in Konflikt miteinander kommen würden, sind die beim Drehen gegebenen Massen Beschleunigungen der Kurbel nicht ausgeglichen, obwohl sie in Bezug auf die Zahnräder symmetrisch angelenkt sind, da beim Rotieren nur in den Extremlagen, nämlich bei Kolbenhubbeginn und -ende ein Massenausgleich stattfinden kann, so daß auch hier, je nach Drehzahl, entsprechende Betriebsschwingungen des Motors vorhanden sind.

Die erfindung sgemäße Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Brennkraftmaschine nahezu schwingungsfrei arbeitet. Darüber hinaus ist durch die Kombination von zwei Zylindereinheiten mit jeweils pro Zylindereinheit zwei Abtriebsrädern bei der Übertragung des Linearhubes auf die Drehbewegung ein besonders günstiges Drehmoment und ein äußerst günstiger Kraftstoffverbrauch erzielbar. Besonders die Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch amortisieren sehr schnell die zusätzlichen Kosten für das zweite Abtriebsrad sowie sonstige notwendige Zusatzteile in der Abtriebseinheit.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Abtriebseinheit mit ineinanderkämmenden Zahnrädern ausgestattet, welche mit den Kurbeln verbunden sind. Statt Zahnrädern könnten natürlich auch Ketten-, Riemen- oder sonstige -triebe dienen, wobei dann in manchen Ausgestaltungen allerdings gewisse Vorteile für die Pleuelstangenpaare in bezug auf spiegelsymmetrische Kraftübertragung verloren gingen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Abtriebsräder den gleichen Durchmesser auf und sind symmetrisch zueinander mit parallelen Drehachsen angeordnet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung greifen die Antriebsräder jeweils unmittelbar ineinander bzw jedes Abtriebsrad greift in zwei der anderen Abtriebsräder.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltunge der Erfindung sind mehrere solch eine erste, zweite oder zusätzliche Zylindereinheit aufweisende, eine Arbeitsebene bildende Einheiten reihenartig zu einem Reihenmotor kombinierbar, wobei sie eine gemeinsame Abtriebswelle aufweisen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zylindereinheiten boxerartig mit parallelen Achsen zueinander angeordnet. Hierdurch kann ein Boxerreihenmotor entstehen mit äußerst günstigem Drehmoment und weitgehender Freiheit von Schwingungen oder Vibrationen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche dritte oder mehr Zylindereinheiten in einer Arbeitsebene, die sternförmig zueinander angeordnet sind, vorhanden. Maßgebend für die Laufruhe sind jeweils zwei Abtriebräder pro Zylindereinheit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben scheibenförmig ausgebildet, mit einem Minimum an Führungsflächen zur Wand des Motorzylinders hin. Die seitlichen Führungskräfte können minimiert werden, da die resultierende Kraftlinie der beiden Pleuelstangen in die Achse des Kolbens fällt, wodurch Querkräfte und Kippkräfte des Kolbens entfallen. Bei Normalmotoren besteht ein nicht unerheblicher energiefressender Gleitbahndruck. Die Masse, und damit die Dicke des Kolbens, kann bei der Erfindung durch die für die Kühlung gemachten Vorgaben bestimmt werden. So kann nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung der Kolben auch aus Keramik odgl. bestehen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Au sführung sbeispiel der Erfindung i s t als erfindungsgemäßer Boxermotor stark vereinfacht und im Schnitt in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der sehr vereinfacht dargestellten Zeichnung ist ein Boxermotor im Längsschnitt dargestellt, mit einem Gehäuse 1 und zwei einander abgewandten Motorzylindern 2, in denen jeweils ein Kolben 3 arbeitet, und wobei die Brennräume 4 durch Zylinderköpfe 5 verschlossen sind, in denen die Motorventile 6 gelagert sind.

Erfindungsgemäß werden von jedem Kolben 3 zwei Pleuelstangen 7 angelenkt, die auf der dem Kolben 3 abgewandten Seite jeweils als Kurbel 8 wirken, so daß entsprechend der vier Pleuelstangen auch vier Kurbel vorhanden sind, mit jeweils zueinander entgegengesetzter Drehrichtung. Diese Kurbeln greifen an Zahnrädern 9 an, von denen jeweils benachbarte Zahnräder 9 ineinander kämmen.

Erfindungsgemäß wirken somit eine aus Motorzylinder 2, Kolben 3, Brennraum 4 und Zylinderkopf 5 bzw. Motorventil 6 wirkende erste Zylindereinheit 1 1 einerseits und eine entsprechend ausgestattete, aber um 180° gewendete, zweite Zylindereinheit 12 über jeweils zwei Pleuelstangen 7 auf jene vier Kurbelwellen, welche mit dem Gehäuse 1 , den Zahnrädern 9 und einer nicht dargestellten Abtriebswelle eine Abtriebseinheit 13 bilden. Aufgrund de s gu t erken n b are n M as s en- und Querkräfteau sgleichs arbeitet die ser Motor nahezu schwingungsfrei . Aufgrund eines guten mechanischen Wirkungsgrads ist auch der Kraftstoffverbrauch äußerst gering.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszahlenliste

1 Gehäuse

2 Motorzylinder

3 Kolben

4 Brennraum

5 Zylinderkopf

6 Motorventil

7 Pleuelstangen

8 Kurbel

9 Zahnräder

1 0

1 1 erste Zylindereinheit

1 2 zweite Zylindereinheit

1 3 Arbeitseinheit

Claims

Ansprüche

1. Mehrzylinderbrennkraftmaschine,

- mit pro Zylindereinheit (11 , 12) einem Kolben (3), einem Motorzylinder (2) und einem durch diese begrenzten Brennraum (4),

- mit je Zylindereinheit (11 , 12) jeweils zwei an dem Kolben derselben (3) angelenkten Pleuelstangen (7), welche jeweils auf eine Kurbel einer Abtriebseinheit ( 13) wirken und welche wiederum jeweils mit einem Abtriebsrad (9) der Abtriebseinheit ( 13) kraftschlüssig verbunden sind, mit einer Drehsynchronisation zwischen den Abtriebsrädern (9) innerhalb der Abtriebseinheit (13),

- mit einer auf der einer ersten Zylindereinheit ( 1 1 ) abgewandten Seite der Abtriebseinheit ( 13) vorhandenen zweiten entsprechenden Zylindereinheit ( 12), deren zwei Kurbeln und

- mit einer auf der einer ersten Zylindereinheit ( 1 1 ) abgewandten Seite der Abtriebseinheit ( 13) vorhandenen zweiten entsprechenden Zylindereinheit ( 12), deren zwei Kurbeln mit jeweils einem Abtriebsrad (9) der Abtriebseinheit (13) kraftschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß jede Kurbel bzw. Pleuelstange (7) mit nur einem Abtriebsrad (9) verbunden ist,

- daß mindestens vier Abtriebsräder (9) vorhanden sind u n d daß diese Abtriebsräder (9) die untereinander synchronisiert sind.

2. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (9) ineinanderkämmende Zahnräder (9) sind, welche mit den Kurbeln verbunden sind.

3. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (9) den gleichen Druchmesser aufweisen und symmetrisch zueinander mit parallelen Drehachsen angeordnet sind.

4. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsräder (9) jeweils unmittelbar ineinandergreifen bzw. jedes Abtriebsrad in zwei der anderen Abtriebsräder (9) greift.

5. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere solch eine erste, zweite oder zusätzliche Zylindereinheit ( 1 1 , 12) aufweisende, eine Arbeitsebene bildende Einheiten reihenartig zu einem Reihenmotor kombinierbar sind und eine gemeinsame Abtriebswelle aufweisen.

6. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindereinheiten (11 , 12) boxerartig mit parallelen oder ineinanderfallenden Achsen der Zylindereinheiten zueinander angeordnet sind.

7. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche dritte oder mehr Zylindereinheiten in einer Arbeitsebene vorhanden sind, die sternförmig zueinander angeordnet sind und jeweils zwei Abtriebsräder pro Zylindereinheit aufweisen.

8. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung von der einen Zylindereinheit (12) gegenüber der anderen Zylindereinheit ( 1 1 ) in einer Arbeitsebene zeitlich versetzt erfolgt.

9. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) scheibenförmig ausgebildet ist, mit einem Minimum an Führungsflächen zur Wand des Motorzylinders (2) hin.

10. Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) aus Keramik oder entsprechendem Material besteht.