DE69213219T2 - Mehrzylindrische zweitakt brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf die Konstruktion der Kurbelwelle und des Zylinderblocks einer Zweitakt-Brennkraftmaschine zur Verhinderung des Durchflusses von Ladeluft zwischen den jeweiligen Kurbelgehäusekammern benachbarter Zylinder der Brenrikraftmaschine.
• Die nach dem normalen Zweitaktverfahren arbeitenden Brennkraftmaschinen machen eine Verdichtung der in die Zylinder der Brennkraftmaschine eintretenden Ladeluft oberhalb des atmosphärischen Drucks erforderlich, damit die Ladeluft in den Zylinder der Brennkraftmaschine strömt, während das Abgas vom vorhergehenden Takt ausgeschoben wird. Es gibt zwei grundlegende Verfahren zur Erzeugung des erforderlichen Verdichtungsgrads des Arbeitsgases; das eine besteht das eine besteht darin, einen Verdichter (Aufladegebläse) vorzusehen und das andere darin, die Verdichtung der Ladeluft im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine durch die Abwärtsbewegung des Kolbens während des Ausschiebetaktes zu bewirken. Brennkraftmaschinen, die letzteres Verfahren zur Verdichtung der Ladeluft verwenden, sind im allgemeinen Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Verdichtung im Kurbelgehäuse, die eine wirksame Abdichtung des Kurbelgehäuses erfordern, um den durch die Bewegung des Kolbens während des Ausschiebetaktes erzeugten erforderlichen Verdichtungsgrad der Ladeluft zu erzielen. Dementsprechend ist in einer nach dem System der Kurbelgehäuseverdichtung arbeitenden, mehrzylindrischen Zweitakt-Brennkraftmaschine eine für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine vorzusehende, einzeln abgedichte Kurbelgehäusekammer erforderlich.
• Ein weiteres charakteristisches Merkmal der nach dem Verfahren der Verdichtung im Kurbelgehäuse arbeitenden Zweitakt-Brennkraftmaschinen besteht darin, daß das Kurbelgehäuse nicht als Behälter für Schmieröl verwendet und es nicht zugelassen werden kann, daß Öl aus einer Druckumlaufschmierung dem Kurbelgehäuse direkt zugeführt wird. Dementsprechend kännen die Lager der Kurbelwelle und von Pleueln normalerweise keine herkömmlichen Gleitlager sein, sondern es sind im allgemeinen Wälzlager, wie beispielsweise Kugel- oder Rollenlager, die mit geringster Schmierung effektiv betrieben werden können. Da solche Lager zwischen den benachbarten Kurbelgehäusekammern keine Abdichtung bilden, wie es durch ein Gleitlager vorgesehen ist, muß Vorsorge getroffen werden, um eine wirksame Abdichtung zwischen dem Zylinderblock und den Zapfen der Kurbelwelle zu erzielen, wo die Kurbelwelle durch die Trennwand zwischen den benachbarten Kurbelgehäusekammern einer mehrzylindrischen Zweitakt-Brennkraftmaschine verläuft, um den Durchfluß von Ladeluft aus einer Kammer zur anderen durch das Wälzlager zu verhindern.
• Die Notwendigkeit, sowohl ein Lager als auch eine Abdichtung in der die benachbarten Kurbelgehäusekammern trennenden Wand vorzusehen, macht es normalerweise erforderlich, den mittleren Abstand zwischen den benachbarten Zylindern zu erhöhen, so daß die Trennwand eine ausreichende Breite aufweist, um die axiale Länge des Kugel- oder Rollenlagers zusammen mit der axialen Länge einer passenden Dichtungsanordnung unterzubringen. Das führt zu einer Erhöhung des mittleren Abstands der benachbarten Zylinder, was im Gegensatz zu der Forderung steht, die axiale Länge von mehrzylindrischen Brennkraftmaschinen auf ein Minimum zurückzuführen, um deren Gesamtgewicht zu reduzieren, die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle zu verringern und den Platzbedarf des Motorraumes eines Fahrzeugs zu vermindern, um somit zu einer Gesamtabnahme des Fahrzeuggewichts und des Luftwiderstandsbeiwertes des Fahrzeugkörpers beizutragen.
• Das obengenannte Problem hat zu einer vorgeschlagenen Konstruktion geführt, in der der mittlere Abstand zwischen den Zylindem verringert werden kann, und die erforderliche Lager- und Abdichtungsunterlage durch eine Erhöhung der Breite der Wand unterhalb des Niveaus der Zylinder vorgesehen ist. Eine solche Konstruktion ist in der Druckschrift GB-A-2 045 393 offenbart. Diese Konstruktion hat jedoch die Erhöhung von möglichen Problemem bei der Herstellung zum Ergebnis, da der Teil der Wand mit der vergrößerten Breite seitlich in eine Stelle unterhalb der Zylinderbohrungen auf einer oder beiden Seiten der Wand überstehen kann. Dieser seitliche Vorsprung der Wand unterhalb des Zylinders kann die maschinelle Bearbeitung der Zylinderbohrungen und die Montage des Kolbens in den Zylinder stören. Unter Berücksichtigung der Genauigkeit und Bequemlichkeit werden beide Arbeitsvorgänge vorzugsweise vom Ende des Kurbelgehäuses der Zylinder her ausgeführt.
• Im Hinblick auf das obengenannte Problem richtet sich die vorliegende Erfindung auf die Konstruktion einer mehrzylindrischen Zweitakt-Brennkraftmaschine, in der das Lager und die anliegende Abdichtung in der Wand zwischen den benachbarten Hohlräumen des Kurbelgehäuses so konstruiert sind, daß der erforderliche axiale Abstand der mit den jeweiligen Hohlräumen des Kurbelgehäuses verbundenen Zylindern auf ein Minimum zurückgeführt ist; und dementsprechend sieht die Erfindung eine mehrzylindrische Zweitakt-Brennkraftmaschine vor, wobei die Brennkraftmaschine aufweist: einen Zylinderblock, der eine Vielzahl von Zylindern enthält, eine Kurbelwelle, ein an dem Zylinderblock abnehmbar befestigtes Kurbelgehäuse zur Abgrenzung einer einzelnen Kurbelgehäusekammer, um mit jedem Zylinder in Verbindung zu stehen, wobei die Kurbelgehäusekammern voneinander durch jeweilige Innenwände getrennt sind, jede Innenwand einen Wellenlageraufbau trägt, um die Kurbelwelle drehbar zu stützen, und die Innenwände über der Kurbelwellenachse geteilt sind, wodurch ein erster Teil von jeder Wand mit dem Zylinderblock einstückig ist und ein zweiter Teil mit dem Kurbelgehäuse einstückig ist, wobei jeder Wellenlageraufbau einen äußeren Lagerring enthält, der nicht drehbar in die jeweilige Innenwand koaxial zur Kurbelwellenachse eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil von jeder Wand so ausgebildet ist, daß er sich nicht in den Bereich erstreckt, der durch eine gedachte Verlängerung der Innenfläche des Zylinders auf jeder Seite dieser Wand definiert ist, und der darin eingesetzte, äußere Lagerring eine axiale Größe aufweist, um auf zumindest einer Seite der Wand in diesen Bereich überzustehen.
• Vorzugsweise erstreckt sich der Lagerring über den ersten Teil der Wand hinaus auf jeder Seite davon.
• Der Lagerring hat passend eine ausreichende Länge in axialer Richtung, um als Dichtungsmittel zu dienen, daß zwischen den Lagerring und die Welle funktionsfähig eingeschoben ist, um außerdem die Unterlage des Lagers für die Kurbelwelle vorzusehen.
• Es wird abzuschätzen sein, daß, wenn das Kurbelgehäuse ein vom Zylinderblock getrenntes Bauteil ist und im allgemeinen während der maschinellen Bearbeitung des Zylinderblockes und der dazugehörigen Montage der Kolben davon entfernt ist, die Breite des zweiten Teils der Wand, die einen Teil des Kurbelgehäuses bildet, die gleiche Breite aufweisen kann wie der Lagerring. Es ist vorteilhaft, daß der zweite Teil der Wand die gleiche Breite hat wie der Lagerring, um eine zusätzliche Unterlage für die Lageranordnung und die Steifigkeit der Kurbelwellenunterlage vorzusehen.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Dichtungsmittel zwischen einem Teil des äußeren Lagerrings und der Kurbelwelle an einer Stelle funktionsfähig eingeschoben, wo sich der Lagerring über den ersten Teil der Wand hinaus erstreckt, um eine Abdichtung zwischen den benachbarten Kurbelgehäusekammern vorzusehen.
• Das Dichtungsmittel ist passend ein Dichtungsring, der mit dem äußeren Lagerring in einer im wesentlichen nicht drehenden, abdichtenden Beziehung in Eingriff steht und in eine Umfangsnut in der Kurbelwelle mit engem Spiel übersteht, um auf bekannte Art und Weise eine Abdichtung zu erzeugen. Bei Betrieb wird zwischen dem Dichtungsring und den gegenüberliegenden Flächen der Nut in der Kurbelwelle ein Schmiermittelfilm erzeugt, um dazwischen die hydrodynamische Form einer Schmierung vorzusehen.
• Alternativ dazu kann zwischen den jeweiligen ringförmigen Flächen auf der Kurbelwelle und dem äußeren Lagerring eine Labyrinthdichtung vorgesehen werden.
• Die obenstehende Konstruktion erlaubt das Überstehen des Dichtungsmittels in die mit der Kurbelgehäusekammer verbundenen Zylinderbohrung der Brennkraftmaschine, innerhalb der das Dichtungsmittel angeordnet ist, ohne daß ein Teil der effektiven Wand der Kurbelgehäusekammer in die Zylinderbohrung übersteht. Somit kann der axiale Abstand zwischen den benachbarten Zylinderbohrungen im Zylinderblock durch die Größe verringert werden, mit der das Dichtungsmittel in der Zylinderbohrung übersteht, ohne daß ein solches Überstehen die bequeme maschinelle Bearbeitung der Zylinderbohrungen und/oder die dazugehörige Montage der Kolben stört.
• Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der praktischen Anordnung einer Dreizylinder-Zweitakt-Brennkraftmaschine leichter verständlich, welche die beiden Ausführungsbeispiele des Dichtungsaufbaus enthält, wie es durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt entlang der Ebene der Kurbelwellenachse der Brennkraftmaschine;
• Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 2-2 in der Fig. 1,
• Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in der Fig. 1;
• Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht eines alternativen Dichtungsmittels.
• Mit Bezug jetzt auf die Fig. 1 der zeichnungen umfaßt die Brennkraftmaschine einen Zylinderblock 10 mit drei darin ausgebildeten, parallel in Reihe liegenden Zylinderbohrungen 11, ein abnehmbares Kurbelgehäuse 12 und eine einstückige Kurbelwelle 13. Normalerweise sitzt auf der Oberseite des Zylinderblocks ein Motorzylinderkopf, der aber in den Zeichnungen dieser Patentbeschreibung weggelassen ist.
• Das Kurbelgehäuse 12 und der Zylinderblock 10 weisen aneinanderstoßende Flächen auf, die auf der axialen Ebene der Kurbelwelle 13 rechtwinklig zu den Achsen der Zylinderbohrungen 11 liegen, wie es beim Bezugszeichen 14 in der Fig. 2 zu sehen ist. Der jeweilige vordere Zapfen 15 und hintere Zapfen 16 der Kurbelwelle werden in den jeweiligen Lagern 17 und 18 mit nach außen wirkenden Öldichtungen 19 und 20 herkömmlicher Konstruktion gelagert.
• Jedes der Pleueln 21 ist auf herkömmliche Art und Weise mit den jeweiligen Kolben 22 und den jeweiligen exzentrischen Zapfen 23 der Kurbelwelle 13 verbunden. Zwischen dem Pleuel und dem Kurbelzapfen sind normale geteilte Rollenlager 24 vorgesehen, wie sie in Zweitakt-Brennkraftmaschinen üblich sind.
• Im Kurbelgehäuse 12 sind zwei beabstandete, eingebaute, quergerichtete, untere Wände 25 vorgesehen, die an entsprechende, im unteren Teil des Zylinderblocks 10 ausgebildete quergerichtete, obere Wände 26 anstoßen. Die aneinanderstoßenden unteren Wände 25 und oberen Wände 26 unterteilen den durch den Zylinderblock 10 und das Kurbelgehäuse 12 gebildeten Raum in drei Kurbelgehäusekammern, wobei jede mit einer jeweiligen Zylinderbohrung in Verbindung steht. Jede der aneinanderstoßenden Wände 25, 26 bildet außerdem eine Lagerbohrung 27 in axialer Ausrichtung mit den v6rderen und hinteren Kurbelwellenlagern 17 und 18, die den jeweiligen Rollenlageraufbau 30 aufnimmt. Jeder Rollenlageraufbau 30 ist vom bekannten geteilten Typ, so daß sie über die jeweiligen Zwischenzapfen 29 der Kurbelwelle 13 zusammengebaut werden können.
• Die beiden Teile des geteilten Rollenlageraufbaus 30 werden in der gewünschten zusammengebauten Beziehung gehalten, indem sie zwischen die Kurbelgehäusewand 25 und die Zylinderblockwand 26 eingeklemmt werden, so daß der Außenring 32 des Rollenlageraufbaus 30 gegen Drehung gehalten wird. Außerdem ist ein Paßstift 31 vorgesehen, um in den jeweiligen ausgerichteten Öffnungen im Zylinderblock und dem Außenring 32 des Rollenla geraufbaus aufgenommen zu werden.
• Wie es in den Fig. 3 und 4 deutlich sichtbar wird, ist die Zylinderblockwand 26 bedeutend schmaler als die ergänzende Kurbelgehäusewand 25. Die Zylinderblockwand 26 weist ein Dicke auf, die gleich der Wanddicke zwischen der Zylinderbohrung 11, gemessen an der Längsachse des zylinderblocks, ist. Dementsprechend erstreckt sich die Zylinderblockwand 26 nicht an jedem Punkt in eine unmittelbar unterhalb der Zylinderbohrung 11 befindliche Stelle, womit die ungehinderte Einführung eines Kolbens in die Zylinderbohrung von der unteren Seite oder Kurbelgehäuseseite des Zylinderblocks 10 vorgesehen ist. Im Gegensatz dazu weist die Kurbelgehäusewand 25 eine im wesentlichen größere Dicke auf und erstreckt sich unterhalb von jeder der Zylinderbohrungen 11 auf jeder Seite der Wand.
• Der Außenring 32 jedes Rollenlageraufbaus 30 hat eine größere axiale Länge als die Zylinderblockwand 26, womit sie an jeder Seite davon übersteht und im wesentlichen die gleiche Breite wie die Kurbelgehäusewand 25 aufweist.
• Der Außenring 32 hat außerdem eine größere axiale Länge als der Zwischenzapfen 29 der Kurbelwelle und der Rollen 28 des Lageraufbaus 30, die im wesentlichen die gleiche Länge wie die Zwischenzapfen 29 aufweisen. Wie es in den Fig. 1 und 3 zu sehen ist, sind die Rollen 28 gegenüber den Außenringen 32 und den Wänden 25 bzw. 26 versetzt, so daß der als Teil der Kurbelwelle 13 ausgebildete Zapfen 35 sich koaxial in den Außenring 32 erstrecken kann. Somit sind die Rollen 28 des Lageraufbaus zwischen dem Bund 36 der Kurbelwelle und der Vorderseite 37 des Zapfens 35 axial angeordnet.
• Wie es in der Fig. 3 deutlicher zu sehen ist, ist jeder Zapfen 35 auf seiner Umfangsfläche mit einer Vielzahl von koaxialen, parallelen Nuten 38 versehen, wobei sich die Umfangsfläche der Stege 39 zwischen den Nuten in enger Beziehung mit der inneren Vorderseite des Außenrings 32 des Rollenlageraufbaus befindet. Dieser Aufbau bildet eine herkömmliche Labyrinthdichtung, um die übertragung von Luft aus einer Kurbelgehäusekammer zur benachbarten Kammer im wesentlichen zu verhindern.
• Es ist anzumerken, daß der Außenring 32 des Lageraufbaus 30 über die Wand 26 der benachbarten Zylinderbohrung 11 hinaus übersteht, so daß er mit dem Kolben ausgerichtet ist, wenn dieser in der Bohrung hin- und hergeht. Da sich jedoch der Außenring nicht in einer Position innerhalb des Zylinderblocks weder bei dessen maschineller Bearbeitung noch während der Einführung eines Kolbens in die Zylinderbohrung bei der Montage befindet, stört der Außenring den freien Durchgang der verschiedenen Werkzeuge durch die Zylinderbohrung nicht, wie sie beispielsweise beim Ausbilden und Honen der Zylinderbohrungen erforderlich sind.
• Diese Konstruktion ermöglicht eine Reduzierung des mittleren Abstands zwischen den Zylinderbohrungen, ohne daß eine ähn liche Verringerung der axialen Länge der zusammengesetzten Lager- und Dichtungsbereiche der die Kurbelwelle tragenden Zwischenlager notwendig ist.
• In der obigen Beschreibung ist Bezug auf den die Kurbelwelle tragenden Rollenlageraufbau genommen worden, es soll jedoch verständlich werden, daß andere Arten von Wälzlagern, einschließlich Kugellager, verwendet werden können. In einigen Brennkraftmaschinen kann das Lager ein im allgemeinen in Motoren verwendetes Gleitlager sein. Es können auch andere Arten einer Dichtungskonstruktion alternativ zur Labyrinthdichtung verwendet werden. Eine Form eines alternativen Dichtungsmittels würde ein einzelner, geteilter, sich nach außen aufweitender Ring sein, der einem herkömmlichen Kolbenring ähnlich ist wie er in der Fig. 4 dargestellt wird.
• In dieser Konstruktion ist im Zapfen 35 der Kurbelwelle 13 eine Umfangsnut 40 an einer Stelle vorgesehen, die bei der Montage im äußeren Lagerring 32 anzuordnen ist. Der Dichtungsring 41 ist geteilt und nach außen aufgeweitet, so daß er von seiner freien Durchmessergröße zusammengedrückt werden muß, um in der Art und Weise eines Kolbenrings im äußeren Lagerring 32 aufgenommen zu werden. Der Dichtungsring 41 weist eine axiale Länge auf, um in der Umfangsnut 40 zwischen den Wänden der Nut und den Durchmesserseiten des Dichtungsrings mit einem eingeschränkten Spiel aufgenommen zu werden, so daß dazwischen die Bedingungen einer hydrodynamischen Schmierung bestehen werden, wenn die Kurbelwelle rotiert und der Dichtungsring 41 mit dem äußeren Lagerring 32 feststehend ist.
• Eine weitere Form der Abdichtung, die zwischen dem Kurbelwellenzapfen 35 und dem äußeren Lagerring 32 verwendet werden kann, ist eine normale, elastische Dichtung, wie sie im allgemeinen in Verbindung mit einer rotierenden Welle oder einem rotierenden Element verwendet wird, und wie sie im allgemeinen bei den Bezugszeichen 19 und 20 in der Fig. 1 schematisch dar gestellt ist.

Claims (8)

1. Mehrzylindrische Zweitakt-Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine aufweist:

einen Zylinderblock (10), der eine Vielzahl von Zylindern (11) enthält,

eine Kurbelwelle (13),

ein an dem Zylinderblock (10) abnehmbar befestigtes Kurbelgehäuse (12) zur Abgrenzung einer einzelnen Kurbelgehäusekammer, um mit jedem Zylinder (11) in Verbindung zu stehen, wobei die Kurbelgehäusekammern durch jeweilige Innenwände voneinander getrennt sind, jede Innenwand einen Wellenlageraufbau (30) trägt, um die Kurbelwelle (13) drehbar zu stützen, und die Innenwände über der Kurbelwellenachse geteilt sind, wodurch ein erster Teil (26) von jeder Wand mit dem Zylinderblock (10) einstückig ist und ein zweiter Teil (25) mit dem Kurbelgehäuse (12) einstückig ist, wobei jeder Wellenlageraufbau (30) einen äußeren Lagerring (32) enthält, der nicht drehbar in die jeweilige Innenwand koaxial zur Kurbelwellenachse eingesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Teil (26) von jeder Wand so ausgebildet ist, daß er sich nicht in den Bereich erstreckt, der durch eine gedachte Verlängerung der Innenfläche des Zylinders (11) auf jeder Seite dieser Wand definiert ist, und der darin eingesetzte äußere Lagerring (32) eine axiale Größe aufweist, um auf zumindest einer Seite (26) der Wand in diesen Bereich vorzustehen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei sich der äußere Lagerring (32) über den ersten Teil (26) der Wand hinaus auf jeder Seite davon erstreckt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Teil (25) der Wand eine Breite aufweist, die im wesentlichen die gleiche ist wie die des äußeren Lagerrings (32).

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Dichtungsmittel (35) zwischen einem Teil des äußeren Lagerrings (32) und der Kurbelwelle (13) an einer Stelle funktionsfähig eingeschoben ist, wo sich der Lagerring (30) über den ersten Teil (26) der Wand hinaus erstreckt, um zwischen den angrenzenden Kurbelwellenkammern eine Abdichtung vorzusehen.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, in welcher das Dichtungsmittel (35) ein elastisch zusammendrück barer Ring (41) ist, der im wesentlichen unbeweglich in einem zusammengedrückten Zustand in dem äußeren Lagerring (32) angeordnet ist, wobei sich der Dichtungsring (41) in eine nach außen offene Nut (40) in der Kurbelwelle (13) erstreckt und angepaßt ist, um damit eine Fluiddichtung herzustellen, wenn sich die Kurbelwelle (13) dreht.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, in welcher der Wellenlageraufbau (30) ein Lagermittel (28) enthält, das zwischen dem äußeren Lagerring (32) und der Kurbelwelle (13) funktionsfähig einge schoben ist, wobei das Lagermittel (28) gegenüber dem äußeren Lagerring (32) versetzt ist, um einen Zwischenraum für das Dichtungsrnittel (35) vorzusehen.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher ein Grundlagerzapfen (29) der Kurbelwelle (13) in dem Wellenlageraufbau (30) getragen wird, wobei der Grundlagerzapfen (29) der Kurbelwelle eine axiale Größe aufweist, die geringer als die axiale Größe des äußeren Lagerrings (32) ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei der Grundlagerzapfen (29) der Kurbelwelle gegenüber dem äußeren Lagerring (32) versetzt ist.