EP0187930B1 - Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine - Google Patents

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EP0187930B1
EP0187930B1 EP85115114A EP85115114A EP0187930B1 EP 0187930 B1 EP0187930 B1 EP 0187930B1 EP 85115114 A EP85115114 A EP 85115114A EP 85115114 A EP85115114 A EP 85115114A EP 0187930 B1 EP0187930 B1 EP 0187930B1
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longitudinal axis
cylinder
pairs
output shaft
crankshaft
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Hamann Lutz
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Ficht GmbH
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    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1816—Number of cylinders four

Definitions

  • the invention relates to a four-cylinder internal combustion engine according to the preamble of the claim.
  • a four-cylinder internal combustion engine of this type is described in AU-B-36 879 (AU-B-53 40 84).
  • the four working cylinders are arranged such that their axes are arranged in a plane perpendicular to the output axis.
  • the translational movement of the working pistons and the piston rods rigidly connected to them into a rotational movement of the drive takes place by means of a cam drive transmission device.
  • the cam drive comprises a link moved by the pairs of working cylinders, in which an eccentric part of the output is arranged and driven by it.
  • each piston requires its own crank pin within the crankshaft, so that a large overall length for the crankshaft very quickly results with the resulting difficulties in its storage.
  • the manufacture of such cranked crankshafts is expensive.
  • the overall length of the entire engine is also large.
  • the rectilinear movement of the two piston rods enables an effective sealing of the cylinder space from the crankcase by means of partition walls which are only penetrated by the piston rods, the bearings of which can be sealed relatively easily.
  • partitions also result in a rigid construction for the motor housing, and the dynamic forces occurring on the crank loop drive can occur in the motor housing. can be easily recorded.
  • the overall frictional forces are reduced in that the crank loop frame itself does not need to be stored. All of these measures shorten the overall motor length.
  • the effective sealing of the interior of the crank loop drive from the cylinder chambers with their chemically aggressive climate increases the service life of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to achieve further conceptual improvements by means of a new design of the boxer engine type mentioned, in particular to create a four-cylinder internal combustion engine using the boxer principle, the working pistons of which, coupled via rigid piston rods, can act as possible on a crank pin.
  • the invention thus achieves an astonishingly simple manner in a compact engine design and a large number of bearing points are saved, as a result of which the power-to-weight ratio is improved and the construction volume is reduced, and in particular the construction length is shortened.
  • constructive simplifications are achieved with regard to the crank output, which also makes engine production cheaper, since only crank shaft cranking with a crank pin is required for a four-cylinder engine.
  • the balancing masses can be reduced and the smooth running of the internal combustion engine improves. This also increases the lifespan.
  • the so-called modular principle can be carried out in a simple manner, so that motors of different power ranges can be realized with the same structural units.
  • Figure 1 is a four-cylinder internal combustion engine according to the invention in a sectional plane through a pair of axially opposite working cylinders;
  • FIG. 2 shows the internal combustion engine according to FIG. 1 in a sectional plane parallel to the first sectional plane through a second pair of axially opposite working cylinders and
  • FIG. 3 shows an enlarged longitudinal section through the crankshaft region of the internal combustion engine according to FIG. 1.
  • a first pair of working cylinders has two working cylinders 1 and 2, which are arranged opposite one another with the same axis. They are provided with working pistons 3 and 4, on which piston rods 5 and 6 are rigidly attached. On the other hand, these are firmly connected to a frame part 7, which includes a straight-line backdrop 8.
  • the longitudinal axis L8 of the link 8 extends at an angle of 90 ° transversely to the longitudinal axis L1, L2 of the two working cylinders 1 and 2.
  • a sliding block 9 moves on a crank pin 10 (with the longitudinal axis 24) of a crank drive 20 an output shaft 21 (with longitudinal axis 23) is rotatably mounted (see FIG. 3).
  • a second pair of working cylinders has two working cylinders 11 and 12, which are also located opposite one another with the same axis. They are provided with working pistons 13 and 14, on which piston rods 15 and 16 are rigidly attached. On the other hand, these are firmly connected to a frame part 17, which includes a rectilinear backdrop 18.
  • the longitudinal axis L18 of the link 18 extends at an angle of 90 ° transversely to the longitudinal axis L11, L12 of the two working cylinders 11 and 12.
  • a sliding block 19 moves, which is also rotatably mounted on the crank pin 10 of the crank mechanism 20.
  • the two longitudinal axes L8 and L18 of the two scenes 8 and 18 also intersect perpendicularly.
  • the two frame parts 7 and 17 lie side by side on the crank pin 10 of the crank output 20.
  • the bearing of the output or crankshaft 21 is, since it is not part of the invention, neither described nor shown in detail.
  • the synchronization of all four working pistons achieved by the selected arrangement of two frame parts on a crank pin has the advantage that the balancing mass corresponds to the translationally moving mass of a conventional two-cylinder internal combustion engine .
  • the centrifugal force in each output or crankshaft position is just as large as the resulting mass of two two-cylinder internal combustion engines. All that remains is a residual mass force, resulting from the small distance between the piston rods, which are offset by 90 °, and the masses that move with them in a translatory manner.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
  • Eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine dieser Art ist in der AU-B-36 879 (AU-B-53 40 84) beschrieben. Bei dieser Brennkraftmaschine sind die vier Arbeitszylinder derart angeordnet, daß ihre Achsen in einer zur Abtriebsachse senkrechten Ebene angeordnet sind. Die Translationsbewegung der Arbeitskolben und der starr mit diesen verbundenen Kolbenstangen in eine Rotationsbewegung des Antriebs erfolgt mittels einer Nockentrieb-Übertragungseinrichtung. Der Nockentrieb umfaßt eine durch die Arbeitszylinderpaare bewegte Kulisse, in der ein Exzenterteil des Abtriebs angeordnet und durch diese angetrieben ist. Infolge des kompakten Aufbaus dieser Maschine muß diese selbst bei kleinen Reparaturen und Wartungsarbeiten an der Übertragungseinrichtung jedoch praktisch völlig zerlegt werden.
  • Durch die DE-PS 241 538 ist eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine bekanntgeworden, deren vier Arbeitszylinder in einer Ebene befindlich angeordnet sind, wobei die Arbeitskolben jeweils zweier nebeneinander liegender Arbeitszylinder durch jeweils einen Rahmenteil gekoppelt sind. Dabei sind die beiden Rahmenteile koaxial zueinanderliegend angeordnet und ihre Kulissen befinden sich in deckungsgleicher Anordnung, so daß die vier Arbeitskolben der paarweise gegenüberliegenden Arbeitszylinder sich stets in gleicher Richtung bewegen. Dieser Gleichlauf aller vier Arbeitskolben mit den Rahmenteilen bedingt jedoch große bewegte Massen in einer Richtung, was wiederum große Ausgleichsmassen erfordert. Damit erhöht sich das Baugewicht der Maschine mit allen nachteiligen Begleitumständen.
  • Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, deren Kolben über übliche Pleuel auf die Kurbelwelle weisen, erfordert jeder Kolben einen eigenen Kurbelzapfen innerhalb der Kurbelwelle, so daß sich sehr schnell eine große Baulänge für die Kurbelwelle mit den daraus resultierenden Schwierigkeiten bei ihrer Lagerung ergibt. Außerdem ist die Herstellung solcher vielfach gekröpfter Kurbelwellen teuer. Auch wird die Baulänge des gesamten Motors groß.
  • Ferner sind zwei Zylinder-Brennkraftkolbenmaschinen mit achsgleich gegenüberliegend angeordneten Arbeitszylindern als sog. Boxermotore bekannt, deren hin- und hergehende Arbeitskolben über eine starre Kolbenstange mit dem mittig gelegenen Kurbelschleifentrieb kinematisch gekoppelt sind (vgl. DE-PS 409 919). Sie sind gegenüber Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschinen mit herkömmlichem Pleuel-Kurbeltrieb vorteilhaft. So werden durch die Kinematik des Kurbelschleifentriebes die Verweilzeiten im oberen und unteren Totpunkt verlängert, was sich günstig auf die Spül- und Ladungsvorgänge und den Verbrennungsablauf auswirkt. Ferner ermöglicht die geradlinige Bewegung der beiden Kolbenstangen eine wirkungsvolle Abdichtung des Zylinderraumes gegenüber dem Kurbelgehäuse durch Trennwände, die nur von den Kolbenstangen durchsetzt werden, deren Lagerungen relativ einfach abgedichtet werden können. Diese Trennwände bewirken außerdem eine steife Bauart für das Motorgehäuse, und die am Kurbelschleifentrieb auftretenden dynamischen Kräfte können im Motorengehäuse. problemlos aufgenommen werden. Auch werden die Reibungskräfte insgesamt dadurch verringert, daß der Kurbelschleifenrahmen selbst nicht gelagert zu werden braucht. Durch alle diese Maßnahmen verkürzt sich die motorische Baulänge. Die wirksame Abdichtung des Innenraumes des Kurbelschleifentriebes gegenüber den Zylinderräumen mit deren chemisch aggressivem Klima erhöht die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, durch eine neue Bauform der genannten Boxermotorgattung weitere, konzeptionelle Verbesserungen zu erreichen, insbesondere unter Anwendung des Boxer-Prinzips eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine zu schaffen, deren über starre Kolbenstangen miteinander gekoppelten Arbeitskolben möglichst auf einen Kurbelzapfen wirken können.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch zur Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.
  • Durch die Erfindung wird also auf verblüffend einfache Weise eine kompakte Motorbauweise erreicht und werden eine Vielzahl von Lagerstellen eingespart, wodurch sich das Leistungsgewicht verbessert und das Bauvolumen verkleinert, dabei insbesondere die Baulänge verkürzt. Außerdem werden konstruktive Vereinfachungen in bezug auf den Kurbelabtrieb erzielt, was auch die Motorfertigung verbilligt, da nur eine Kurbeiwellenkröpfung mit einem Kurbelzapfen für einen Vierzylindermotor erforderlich ist. Durch die bauliche bzw. kinematische Trennung der beiden Kurbelschleifenrahmen für jedes gegenüberliegende Arbeitskolbenpaar und insbesondere die sternförmige Anordnung der beiden Arbeitszylinderpaare erfolgen bei einem Kurbelwellenumlauf bestimmte Gegenläufigkeiten der beiden senkrecht zueinander bewegten Massen, so daß ein teilweiser Massenausgleich zwischen diesen beiden Massensystemen auftritt. Die Ausgleichsmassen können verringert werden und die Laufruhe der Brennkraftmaschine verbessert sich. Damit erhöht sich auch die Lebensdauer. Ferner ist auf einfache Weise das sog. Baukastenprinzip durchführbar, so daß mit gleichen Baueinheiten Motoren unterschiedlicher Leistungsbereiche realisierbar sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, das nachfolgend beschrieben ist. Es zeigen
  • Figur 1 eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine nach der Erfindung in einer Schnittebene durch ein Paar achsgleich gegenüberliegender Arbeitszylinder ;
  • Figur 2 die Brennkraftmaschine nach Figur 1 in einer zur ersten Schnittebene parallelen Schnittebene durch ein zweites Paar der achsgleich gegenüberliegender Arbeitszylinder und
  • Figur 3 in vergrößerter Darstellung einen TeilLängsschnitt durch den Kurbelwellenbereich der Brennkraftmaschine nach Figur 1.
  • Wie Fig. 1 zeigt, weist ein erstes Arbeitszylinderpaar zwei Arbeitszylinder 1 und 2 auf, die achsgleich gegenüberliegend angeordnet sind. Sie sind mit Arbeitskolben 3 und 4 versehen, an denen Kolbenstangen 5 und 6 starr befestigt sind. Diese sind andererseits mit einem Rahmenteil 7 fest verbunden, der eine geradlinige Kulisse 8 einschließt. Die Längsachse L8 der Kulisse 8 verläuft in einem Winkel von 90° quer zur Längsachse L1, L2 der beiden Arbeitszylinder 1 und 2. In der Kulisse 8 bewegt sich ein Gleitstein 9, der auf einem Kurbelzapfen 10 (mit Längsachse 24) eines Kurbelabtriebes 20 mit einer Abtriebswelle 21 (mit Längsachse 23) drehbar gelagert ist (vgl. Fig. 3).
  • Ein zweites Arbeitszylinderpaar weist gemäß Fig. 2 zwei Arbeitszylinder 11 und 12 auf, die sich ebenfalls achsgleich gegenüberliegen. Sie sind mit Arbeitskolben 13 und 14 versehen, an denen Kolbenstangen 15 und 16 starr befestigt sind. Diese sind andererseits mit einem Rahmenteil 17 fest verbunden, der eine geradlinige Kulisse 18 einschließt. Die Längsachse L18 der Kulisse 18 verläuft in einem Winkel von 90° quer zur Längsachse L11, L12 der beiden Arbeitszylinder 11 und 12. In der Kulisse 18 bewegt sich ein Gleitstein 19, der ebenfalls auf dem Kurbelzapfen 10 des Kurbeltriebes 20 drehbar gelagert ist. Die beiden Längsachsen L8 und L18 der beiden Kulissen 8 und 18 kreuzen sich ebenfalls senkrecht.
  • Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, liegen beide Rahmenteile 7 und 17 nebeneinander auf dem Kurbelzapfen 10 des Kurbelabtriebes 20. Die Lagerung der Abtriebs- bzw. Kurbelwelle 21 ist, da nicht zur Erfindung gehörig, weder beschrieben noch näher dargestellt.
  • Nimmt man die Drehrichtung R des Motors im Uhrzeigersinn an, so bewegen sich die beiden Arbeitskolben 13 und 14 nach rechts oben, während sich die beiden Arbeitskolben 3 und 4 nach rechts unten bewegen. Diese Bewegungen werden über die Rahmenteile 7 und 17 auf den Kurbelzapfen 10 der Abtriebs- bzw. Kurbelwelle 21 übertragen, der dadurch eine Drehbewegung aufgezwungen wird.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sofort zu ersehen ist, hat der durch die gewählte Anordnung von zwei Rahmenteilen auf einen Kurbelzapfen erzielte Gleichlauf aller vier Arbeitskolben den Vorteil, daß die Ausgleichsmasse der der sich translatorisch bewegenden Masse einer üblichen Zwei-Zylinder-Brennkraftmaschine entspricht. Dadurch ist die Fliehkraft in jeder Abtriebs- bzw. Kurbelwellenstellung genau so groß wie die resultierende Masse von zwei Zwei-Zylinder-Brennkraftmaschinen. Es verbleibt lediglich eine Restmassenkraft, resultierend aus dem geringen Abstand der um 90° vesetzt angeordneten Kolbenstangen und der sich mit diesen translatorisch bewegenden Massen.
  • Dieser Vorteil wird auch dann erzielt, wenn mehr als vier Zylinder, nämlich jeweils das geradzählige Vielfache von zwei, auf eine einzige Abtriebs- bzw. Kurbelwelle in der beschriebenen Art und Weise wirken, die dann die entsprechende Anzahl von Kurbelzapfen aufweisen muß.

Claims (1)

  1. Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit jeweils zwei paarweise und achsgleich gegenüberliegend angeordneten Arbeitszylindern (1/2, 11/12), wobei die Längsachsen (L1/L2, Lll/L12) der beiden Arbeitszylinderpaare (1/2, 11/12) im 90°-Winkel zueinander angeordnet sind, mit einer Übertragungseinrichtung zur Umwandlung der Translationsbewegung der in den Arbeitszylindern (1/2, 11/12) gleitenden Arbeitskolben (3/4, 13/14) und deren starr mit ihnen verbundenen Kolbenstangen (5/6, 15/16) in Rotationsbewegung einer Abtriebswelle (21), umfassend zwei in Richtung der Längsachse (23) der Abtriebswelle (21) hintereinander angeordnete und jeweils einem Arbeitszylinderpaar (1/2, 11/12) zugeordnete Rahmenteile (7, 17), an denen jeweils zwei Kolbenstangen (5/6, 15/16) eines Arbeitszylinderpaares (1/2, 11/12) mit ihren von den Arbeitskolben (3/4, 13/14) abgewandten Enden unbeweglich befestigt sind und die jeweils eine geradlinige, rechtwinkelig zur Längsachse (L1/L2, L11/L12) des jeweils zugehörigen Arbeitszylinderpaares (1/2, 11/12) verlaufenden Kulisse (8, 18) aufweisen, und ein Exzenterteil der Abtriebswelle (21) mit einer zu deren Längsachse (23) parallelen Längsachse (24), das in den Kulissen (8, 18) beider Rahmenteile (7, 17) gleitet, und mit mindestens einer Ausgleichsmasse (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (21) als Kurbelwelle (21) und das Exzenterteil (10) als Kurbelzapfen (10) ausgebildet sind, daß die beiden Arbeitszylinderpaare (1/2, 11/12) in Richtung der Längsachse (23) der Kurbelwelle (21) hintereinander angeordnet sind, und daß an beiden Enden des Kurbelzapfens (10) diesem diametral gegenüberliegende Ausgleichsmassen (22) zu praktisch vollständiger Kompensation der hin-und herbewegenden Massen vorgesehen sind, wobei die Ausgleichsmassen (22) mit einem dem Kurbelradius entsprechenden Wirkradius der Masse einer der beiden sich translatorisch bewegenden Massen einer der beiden Arbeitszylinderpaare (1/2, 11/12) entsprechen.
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