DE2639260C3 - Mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents
Mehrzylindrige Hubkolben-BrennkraftmaschineInfo
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- F02B75/18—Multi-cylinder engines
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Description
2. Hubkolben-Breünkrafti/aschine nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Doppelschwingen (19) Aussparunger (21) vorgesehen sind,
die ein teilweises Eintauchen der Hohlwelle (16) und/oder der Kurbelwelle (18) ermöglichen.
3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstellung der Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8) mittels zweier gegenläufig verstellbarer
Exzenterteile (10,11) erfolgt.
4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstellung der Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8) mittels eines arretierbaren Nockens
(27) erfolgt.
5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstellung der Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8) durch einen federbelasteten Arbeitskolben (22) mit hydraulischer oder pneumatischer
Betätigung erfolgt.
6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstellung der Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8) mittels einer Regeleinrichtung in
Abhängigkeit der maßgeblichen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erfolgt.
7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung
beim Erreichen der Anlaßdrehzahl das Verdichtungsverhältnis vom kleinsten Wert auf das Start-Verdichtungsverhältnis
ändert.
65 Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine
mit einer Kurbelwelle mit Z-förmigem Hubzapfen, auf dem ein Kardangelenk mit einer Hohlwelle drehbar gelagert ist, die senkrecht zur
Achse des Hubzapfens diametral angeordnete Lagerzapfen aufweist, an denen das äußere Gelenkteil des
Kardangelenks angreift, das senkrecht zu den Lagerzapfen in einem Gehäuse-Seitenteil gelagert ist, wobei
dieses Gelenkteil drehfest mit einer Doppdschwinge verbunden ist, an der über Pleuelstangen zwei Kolben
angelenkt sind.
Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist bekannt (AT-PS 1 00 378). Bei der bekannten Hubkolben-Brennkraftmaschine
ist je Hubzapfen eine Schwinge mit jeweils zwei Kolben seitlich der Kurbelwelle angeordnet Dadurch wird zwar erreicht, daß die
Hubkolben-Brennkraftmaschine gegenüber einer üblichen Bauweise niedriger baut, jedoch eine größere
Bi cite aufweist Ferner werden die von den Kolben, Pleuelstangen und Schwingen verursachten Massenkräfte
und Gaskräfte zur Hälfte über das Kardangelenk auf die Kurbelwelle übertragen, so daß alle Kurbelwellenlager
und das Kardangelenk dadurch belastet werden. Dies ist um so problematischer, da diese Kräfte
in den diametral an der Hohlwelle angeordneten Lagerzapfen zumindest teilweise als Axialkräfte auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine eingangs genannter
Art derart weiterzubilden, daß bei Aufrechterhaltung einer relativ kompakten Bauweise eine Kolbenverstellung
zwecks Änderung des Verdichtungsverhältnisses mit Hilfe eines einfachen und leicht zugänglichen
Betätigungsmechanismus möglich ist Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch die kennzeichnenden
Merkmale in Anspruch 1.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung erreicht man in der einfachsten Form als Vierzylinder eine fast
würfelförmige Brennkraftmaschine, bei der Raum sowohl in der Breite als auch in Länge und Höhe optimal
genutzt ist. Dabei sind gleiche Zündabstände gegeben. Ferner kann die Schwinge mit dem schalenförmigen
Teil des Kardangelenks in einfachster Weise fest und formsteif gestaltet werden. Kräfte, die kein Nutzdrehmoment
an der Kurbelwelle erzeugen, werden unmittelbar von den Lagerstellen des äußeren Gelenkteils des
Kardangelenks in die Gehäuse-Seitenteile übertragen. Die Kräfte sind durch Radiallager üblicher Bauart leicht
zu beherrschen. Die Kurbelwelle selbst überträgt nur das Nutzdrehmoment, ist durch die kürzere Länge
drehsteifer und kann daher entsprechend kleiner dimensioniert werden. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß in allen Lagerstellen nur radiale Kräfte wirken, die leichter beherrschbar sind als Kräfte in
axialer Richtung.
Durch die Verstellung der Lagerstellen in Richtung der Kolbenbewegung erreicht man eine Veränderung
des Verdichtungsverhältnisses, indem der Totraum in den Arbeitszylindern vergrößert bzw. verkleinert wird.
Da die Lagerstellen im Gehäuse leicht zugänglich sind, können die Verstelleinrichtungen ohne großen Aufwand
angebracht werden. Innenliegende Lager bzw. die Lagerung der Hohlwelle auf dem Z-förmigen Hubzapfen
werden nicht verändert; sie stellen sich selbsttätig im Rahmen ihres axialen Spiels auf die geänderten
Betriebsbedingungen ein. Abweichungen von der theoretisch idealen Lage, bei der sich die senkrecht an
aufeinanderstehenden Achsen des Kardaneelenks und
die Achse der Kurbelwelle in einem Punkt schneiden, werden in den Lagerstellen des Kardangelenks, z. B. der
Hohlwelle auf dem Z-förmigen Hubzapfen, durch eine axiale Schwingbewegung ausgeglichen, deren Größe
von der Größe der Abweichung abhängt Für eine wirksame Veränderung des Verdichtungsverhältnisses
liegen diese axiaien Schwingbewegungen in baulich vertretbaren Größenordnungen, so daß ohne weiteres
ein ausreichendes axiales Lagerspiel vorgesehen werden kann. Von dem axialen Spiel werden ebenfalls die
Bewegungen aufgenommen, die durch Fertigungstoleranzen
bedingt sind.
Die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ist in vielen Fällen wünschenswert, um das Betriebsverhalten
der Brennkraftmaschine besser den Anforderungen anpassen zu können. So ist es beispielsweise möglich,
hoch aufgeladene Brennkraftmaschinen zu betreiben, die bei Vollast in allen Lastbereichen gleiche Spitzendrücke
und Triebwerksbelastungen aufweisen und die durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses während
der Start- und Hochlaufphase ein gutes Startverhalten zeigen. Zur Verbesserung des Startvurhaltens ist
es zweckmäßig, die Brennkraftmaschine bis zu einer optimalen Anlaßdrehzahl mit kleinstem Verdichtungsverhältnis
hochzudrehen und dann auf das hohe Startverdichtungsverhältnis umzuschalten. Dadurch erreicht
man die Wirkung einer Dekompressionseinrichtung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in beiden Doppelschwingen Aussparungen
vorgesehen sind, die ein teilweises Eintauchen der Hohlwelle und/oder der Kurbelwelle ermöglichen.
Dadurch kann die Breite der Brennkraftmaschine reduziert werden. Ferner ergeben sich kurze Abstände
zwischen den Kraftangriffspunkten und den Lagerstellen, so daß die von den Bauteilen zu übertragenden
Momente klein gehalten werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Verstellung der Lagerstellen
des äuEsren Gelenkteils mittels zweier gegenläufig verstellbarer Exzenterteile erfolgt Wird das in dem
inneren Exzenterteil angeordnete Lager gegen das Gehäuse drehfest abgestützt, dann werden unter
Belastung in beiden Exzenterteilen gleiche Drehmomente bewirkt, die sich gegenläufig aufheben. Dadurch
frei von Haltekräften sind bei einer beliebigen Verstellung nur die jeweiligen Reibmomente in der
Verstelleinrichtung zu überwinden. Eine andere Verstellung der Lagerstellen des äußeren Gelenkteils erfolgt
mittels eines arretierbaren Nockens. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt eine Verstellung der
Lagerstelisn durch einen federbelasteten Arbeitskolben mit hydraulischer oder pneumatischer Betätigung.
Dabei kann die Feder so angeordnet werden, daß sie außer zur Zurückstellung des Arbeitskolbens zur
Begrenzung des maximalen Zünddrucks dient. In diesem Fall wird sie zweckmäßigerweise einstellbar ausgebildet.
Natürlich können auch andere Stellglieder der Regeltechnik, z. B. mechanische, hydraulische oder
elektrisch betätigte Hebel oder Knicksysteme, Kulissen mit Nocken oder Keilbahnen, Schraubengetriebe oder
direkt wirkende Arbeitszylinder, verwendet werden, die eine synchrone Verstellung zusammenwirkender Lagerstellen
zulassen.
Die Verstellung der Lagerstellen wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig
durch eine Regeleinrxhtung in Abhängigkeit der maßgeblichen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
vorgenommen, durch die die Lagerstellen des äußeren Gelenkteils in Abhängigkeit der maßgeblichen Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, z. B. einer kritischen
Bauteiltemperatur, der Abgastemperatur, dem Zünddruck, der Drehzahl, der Last dem Ansaugdruck,
dem Ladedruck usw„ verstellt werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
A b b. 1 zeigt teilweise einen vertikalen Längsschnitt
A b b. 1 zeigt teilweise einen vertikalen Längsschnitt
ίο durch eine Zylinderreihe einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine;
A b b. 2 zeigt einen Querschnitt durch zwei gegenüberliegende Zylinderreihen einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine;
A b b. 3 zeigt einen horizontalen Längsschnitt in Höhe der Kurbelwellenachse;
A b b. 4 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch die
Kurbelwellenachse;
A b b. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von Gegen- und AusfVJ.chsgewichten und eine druckmittelbeaufschlagte Verstellvorrichtung;
A b b. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von Gegen- und AusfVJ.chsgewichten und eine druckmittelbeaufschlagte Verstellvorrichtung;
A b b. 6 zeigt einen Aufbau wie A b b. 5 mit einem Nocken als Verstellvorrichtung.
In einem Gehäuse 1 (A b b. 1) sind Zylinder 2 eingesetzt in denen Kolben 3 axial verschiebbar angeordnet sind. Die Zylinder 2 sind stirnseitig durch Zylinderköpfe 4 verschlossen, in denen übliche, nicht näher dargestellte Gaswechselkanäle und Steuerungsteile vorgesehen sind. Eine Schmieröiwanne 5 schließt das Gehäuse 1 nach unten ab.
In einem Gehäuse 1 (A b b. 1) sind Zylinder 2 eingesetzt in denen Kolben 3 axial verschiebbar angeordnet sind. Die Zylinder 2 sind stirnseitig durch Zylinderköpfe 4 verschlossen, in denen übliche, nicht näher dargestellte Gaswechselkanäle und Steuerungsteile vorgesehen sind. Eine Schmieröiwanne 5 schließt das Gehäuse 1 nach unten ab.
Die Kolben 3 (Abb.2) sind über Kolbenbolzen 6,
Pleuelstangen 7 gelenkig mit einer einstückig mit dem äußeren Gelenkteil 8 eines Kardangelenks ausgebildeten
Doppelschwinge 19 (A b b. 1) verbunden. Das äußere Gelenkteil 8 ist im Gehäuse 1 in verstellbaren
Lagerstellen 9 (Abb.2) schwenkbar gelagert Diese werden von zwei gegenläufig verdrehbaren Exzenterteilen
10, 11 gebildet, an die stirnscitig zwecks synchroner Verstellung Kurbelstangen 12 angelenkt
sind. Die Kurbelstangen 12 werden mittels einer im Gehäuse gelagerten Handkurbel 13 betätigt Anstelle
der Handkurbel 13 können auch andere Stellglieder einer selbsttätigen Regelvorrichtung angeordnet werden.
Durch synchrones Verdrehen der Exzenterteile 10 und 11 werden die Lagerstellen 9 in Bewegungsrichtung
der Kolben 3 verstellt.
Im äußeren Gelenkteil 8 des Kardangelenks ist ein innerer Gelenkteil 14 des Kardangelenks mit Lagerzapfen
15 gelagert, wobei die Achsen der Lagerzapfen 15
so auf den Achsen der Lagerstellen 9 senkrecht stehen. Der innere Gelenkteil 14 des Kardangelenks weist ferner
eine senkrecht zur Achse der Lagerzapfen i5 verlaufende Hohlwelle 16 auf, die auf einem Z-förmigen
Hubzapfen 17 einer im Gehäuse 1 gelagerten Kurbelwelle
18 (A b b. 3) eelagert ist. Die Hohlwelle 16 besitzt ein so großes axiales Spiel, daß sie sich bei der
Verstellung der Lagerstellen 9 in Bewegungsrichtung der Kolben 3 auf dem Hubzapfen 17 innerhalb der
Stellwege axial ve /schieben kann, ohne an Kurbelwangen
20 der Kurbelwelle 18 anzulaufen.
Wie aus A b b. 2 zu ersehen ist, umgreift der äußere mit den Doppelschwingen 19 verbundene Gelenkteil 8
des Kardangelenks den Hubzapfen 17 kastenförmig und ergibt somit ein recht kräftiges und formsteifes Bauteil,
das geeignet ist, hohe Kräfte aufzunehmen. Die Doppelschwingen 19 weisen seitliche Aussparungen 21
(A b b. 3) auf, in die in Hubmitte der Kolben 3 die Hohlwelle 16 und/oder die Kurbelwelle 18 teilweise
eintaucht. Die Aussparungen 21 ermöglichen es, die Zylinderreihen und die Kraftangriffspunkte möglichst
nahe aufeinanderzurücken, wodurch sich eine gedrungene und leichte Bauweise ergibt.
Anstatt die Lagerstellen 9 durch zwei Exzenterteile 10 und 11 zu verstellen, ist es auch möglich, hydraulisch
oder pneumatisch beaufschlagte Arbeitskolben 22 vorzusehen (A b b. 5), die mit Kolbenstangen 23 an den
Lagerstellen 9 angreifen und die in Arbeitszylindern 24 axial verschiebbar gleiten. Die Axialkolben sind an einer in
Stirnseite mit Federn 25 belastet, die die Lagerstellen 9 in Richtung maximales Verdichtungsverhältnis verstellen. Ohne zusätzliche Beaufschlagung durch ein
Druckmittel wirken die Federn 25 als Zünddruckbegrenzung, wobei durch die Steifigkeit der Federn der i~>
maximale Zünddruck vorgegeben werden kann. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Bewegung der
Arbeitskolben 22 zu dämpfen, z. B. mittels einer Drossel. Im Falle der Beaufschlagung der Arbeitskolben 22 mit
einem Druckmedium läßt sich ein festes Verdichtungsverhältnis einstellen, das den Betriebsbedingungen
optimal angepaßt werden kann.
Die Lagerstellen 9 können ferner über Stößel 26 mittels eines verstellbaren Nockens 27 entsprechend
verlagert werden (A b b. 6).
Zum Ausgleich der Massenkräfte sind auf der Kurbelwelle Gegengewichte 28 angeordnet, die mit
gegenläufigen Ausgleichsgewichten 29 zusammenarbeiten. Die Ausgleichsgewichte 29 sind auf einer Welle 30
(A b b. 4) befestigt, die im Gehäuse 1 zwischen den Zylinderreihen gelagert ist und über Zahnräder 31 und
32 (A b b. 6) von der Kurbelwelle 18 aus gegenläufig angetrieben wird. Auf der Kurbelwelle 18 ist ferner an
einem Ende ein Schwungrad 33 befestigt.
Rl·.!»
Claims (1)
1. Mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine
mit einer Kurbelwelle mit Z-förmigem Hubzapfen, auf dem ein Kardangelenk mit einer Hohlwelle
drehbar gelagert ist, die senkrecht zur Achse des Hubzapfens diametral angeordnete Lagerzapfen
aufweist, an denen das äußere Gelenkteil des Kardangelenks angreift, das senkrecht zu den ι ο
Lagerzapfen in einem Gehäuse-Seitenteil gelagert ist, wobei dieses Gelenkteil drehfest mit einer
Doppelschwinge verbunden ist, an der über Pleuelstangen zwei Kolben angelenkt sind, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale: π
a) das äußere Gelenkteil (8) des kardanischen Gelenks umgreift schalenförmig den Hubzapfen
(17), ist zusätzlich im anderen Gehäuse-Seitenteil diametral zur Kurbelwelle (18) gelagert
und veist zwei diametral zur Kurbelwelle (18) angeordnete Doppelschwingen (19) mit jeweils
zwei Kolben (3) auf und
b) die Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8) des Kardangelenks in den Gehäuse-Seitenteilen
sind in Richtung der Kolbenbewegungen verstellbar, wobei die Hohlwelle (16) auf dem
Z-förmigen Hubzapfen (17) und die Lagerzapfen (15) der Hohlwelle (16) im äußeren
Gelenkteil (8) das für die Verstellung der Lagerstellen (9) des äußeren Gelenkteils (8)
erforderliche Axialspiel haben.
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