Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor mit einem wenigstens eine Kurbelwelle aufnehmenden Kurbelgehäuse.

Das Kurbelgehäuse stellt als Lagerung der Kurbelwelle einen wichtigen Bestandteil von Verbrennungsmotoren dar. Das regelmäßig als Gussteil gefertigte Gehäuse übernimmt dabei nicht nur die Funktion der Kurbel Wellenlagerung, sondern bildet auch die Laufbuchsen zur Aufnahme der Zylinder aus.

Ein Motor mit zwei gegenläufigen Kurbelwellen, die mittels jeweils eine Pleuelstange mit einem gemeinsamen Kolben verbunden sind, weist durch die stark reduzierte Seitenführungskraft des Kolbens und der Ausgleichsfähigkeit aufgrund der gegenläufigen Kurbelwellen Vorteile hinsichtlich des Geräusch- und Vibrationsverhaltens auf. Allerdings entsteht durch die Lage der Kurbelwellen der Bedarf einer längeren Kolbenstange, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mit nur einer Kurbelwelle eine vergrößerte Höhe des Motors - von der Kurbelwellenachse bis zum Zylinderkopf- entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Motor, insbesondere einen Motor mit zwei gegenläufigen Kurbelwellen, dahingehend weiterzubilden, dass dieser eine möglichst geringe Bauhöhe aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Hubkolbenmotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die üblicherweise im Kurbelgehäuse angeordnete Zylinderlaufbuchse mit dem Zylinderkopf in einem im Folgenden als Zylindergehäuse bezeichneten Gehäuse zusammenzufassen, sodass eine herkömmlich erforderliche Zylinderkopfdichtung entfallen kann. Entsprechend entfallen die üblicherweise bei Closed-Deck-Kurbelgehäusen sowohl am Zylinderkopf als auch am Kurbelgehäuse vorgesehenen Deckplatten, sodass die Motorbauhöhe geringer ausfällt und Gewicht eingespart werden kann. Dieses ist insbesondere bei Motoren mit zwei gegensinnig drehenden Kurbelwellen von Vorteil, die aufgrund der Verbindung jeweils eines Kolbens mit beiden Kurbelwellen eher lange Pleuelstangen erfordern und damit zu einer eher großen Bauhöhe beitragen. Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion aufgrund entfallender Zylinderkopfschrauben eine gleichmäßigere Zylinderverformung gegeben.

Die Reduktion des Höhenmaßes erfolgt also einerseits durch Verwendung einer unten liegenden Nockenwelle mit Stößelstange und andererseits durch die Integration des Ventilfederraumes, Zylinderkopfes und Stößel stangenraumes in einem gemeinsamen Gehäuseteil. Dadurch wird einerseits der Steuertrieb auf ein Minimum reduziert - auf der anderen Seite entfällt zusätzlich ein oben liegendes Nockenwellenantriebsrad, dass einer geringen Bauhöhe entgegenwirken würde.

Die Integration der Teile im einstückigen Zylindergehäuse erfordert zwar ein vergleichsweise komplexes Gussteil, reduziert aber wesentlich weitere Bearbeitungsschritte, sodass insgesamt mit einer einfacheren Fertigung zu rechnen ist. Geometrisch entfallen die üblicherweise erforderlichen Materialwandstärken an der Zylinderkopfplatte und der Nockenwellengehäuseplatte (jeweils mindestens 10 mm). Die dennoch erforderlichen Materialanhäufungen sind vorliegend in den Bereich verschoben, in dem sie keine zusätzlichen Höhen auftragen - nämlich in den Bereich der Pleuelstange - zwischen Zylinderkopf und Kurbelwelle, da in diesem Bereich die Pleuelstange und der Kurbeltrieb die Höhe vorgeben.

Erfindungsgemäß wird also ein Hubkolbenmotor mit einem wenigstens eine Kurbelwelle aufnehmenden Kurbelgehäuse und einem Zylindergehäuse vorgeschlagen, wobei das Zylindergehäuse ein wenigstens eine Zylinderlaufbuchse, wenigstens einen Zylinderkopf und wenigstens eine ein Ventil, einen Kipphebel und eine Stößelstange aufweisende OHV- Ventil Steuerung aufnehmendes einstückiges Gussteil ist. Insbesondere ist das Zylindergehäuse oberhalb des Kurbelgehäuses angeordnet und mit diesem mittels geeigneter Verbindungsmittel, z.B. Schrauben, verbunden.

Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die mit der OHV- Ventil Steuerung kooperierende Nockenwelle eine untenliegende Nockenwelle, die besonders bevorzugt auf Höhe der Zylinderlaufbuchse angeordnet ist. Dabei ist die mit der OHV- Ventil Steuerung kooperierende Nockenwelle höchst bevorzugt vom Kurbelgehäuse aufgenommen.

Das Kurbelgehäuse weist weiter bevorzugt einen gegen das Zylindergehäuse mittels einer Stößelfeder federnd gelagerten, mit der Stößelstange der OHV- Ventil Steuerung kooperierenden Stößel auf, sodass die Massenkräfte des Stößels vom Zylindergehäuse abgefangen werden können und sich nicht auf die Stößelstange übertragen. Das Zylindergehäuse bildet also das Widerlager der Stößelfeder, die beim Verschrauben des Zylindergehäuse mit dem Kurbelgehäuse verspannt wird. Auf seiner dem Kurbelgehäuse abgewandten Seite ist das Zylindergehäuse bevorzugt mittels eines Ventildeckels verschlossen ist, wobei die Stößelstange der OHV- Ventil Steuerung von Seiten des Ventildeckels in eine zur Aufnahme einer Stößelstange eingerichtete Stößel Stangenaufnahme einsetzbar und aus dieser herausnehmbar ist. Somit ist die Stößelstange leicht bei Reparatur oder Wartungsarbeiten nach oben entfembar, ohne den Motor zerlegen zu müssen.

Der Hubkolbenmotor ist weiter bevorzugt derart ausgebildet, dass das Kurbelgehäuse und das Zylindergehäuse eine im Bereich der Zylinderlaufbuchsen angeordnete erste Dichtfläche und eine im Bereich der mit der OHV- Ventil Steuerung kooperierenden Nockenwelle angeordnete zweite Dichtfläche aufweist. Die Dichtflächen sind in Richtung der Bauhöhe des Motors, also in vertikaler Richtung bzw. entlang dessen Längsachse in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet, wobei die erste Dichtfläche und die zweite Dichtfläche zueinander horizontal versetzt angeordnet sind und die erste Dichtfläche unterhalb der zweiten Dichtfläche angeordnet ist.

Der Auslasskanal des wenigstens einen Zylinderkopfs ist bevorzugt seitlich am Zylindergehäuse angeordnet, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Auslasskanal des wenigstens einen Zylinderkopfs zwischen zwei zur Aufnahme jeweils einer Stößelstange eingerichteter Stößel Stangenaufnahmen angeordnet ist.

Die wenigstens eine Zylinderlaufbuchse nimmt weiter bevorzugt einen Zylinder auf, der mittels zwei Pleuelstangen mit jeweils einer im Kurbelgehäuse angeordneten Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Kurbelwellen insbesondere zueinander gegensinnig drehend eingerichtet sind. Speziell für diesen Fall ist weiter vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Zylinderlaufbuchse im Bereich der ersten Dichtfläche wenigstens eine sich in Längsrichtung der Zylinderlaufbuchse erstreckende radiale Ausnehmung aufweist, wobei höchst bevorzugt eine der radialen Ausnehmung gegenüberliegend angeordnete weitere radiale Ausnehmung vorgesehen ist. Diese Ausnehmungen dienen zum seitlichen Ausweichen der mit dem Kolben verbundenen Pleuelstangen, die aufgrund dieser besonderen Ausgestaltung kürzer als herkömmlich ausgeführt werden können und so ebenfalls zu einer geringen Bauhöhe beitragen.

Als zusätzlich vorteilhaft wird vorgeschlagen, den in der wenigstens einen Zylinderlaufbuchse beweglich angeordneten Kolben mit einer einen Kolbenboden aufweisenden Ringpartie, einem der Ringpartie benachbart angeordneten, zwei Bolzenbuchsen aufweisenden Kolbenhemd und zwei den Kolben mittels jeweils einem in eine Bolzenbuchse eingesetzten Bolzen mit den beiden Kurbelwellen verbindenden Pleuelstangen auszugestalten, wobei der Durchmesser des Kolbenhemds in Längsrichtung der Bolzenbuchsen 40 % bis 70 % des Durchmessers des Kolbenbodens beträgt.

Der Vorteil des bevorzugt verwendeten Kolbens besteht darin, dass ein sehr leichter und kompakter Kolben zur Verwendung im erfindungsgemäßen Zylindergehäuse geringer Bauhöhe bereitgestellt werden kann. Da die oszillierenden Massen direkt in die Masse des Massenausgleiches eingehen, ist eine Reduktion der oszillierenden Massen doppelt wirksam, sodass eine hohe Laufruhe erzielt wird. Ein kurzes Kolbenhemd erhöht zugleich die Verdrehfähigkeit und damit die Aufnahmefähigkeit der Fertigungstoleranzen. Zugleich führt der damit verbundene verminderte Verschleiß zu einer verbesserten Standzeit.

Der Durchmesser des Kolbenhemds beträgt dabei bevorzugt in Längsrichtung der Bolzenbuchsen 50 % bis 65 % und besonders bevorzugt 50 % bis 60 % des Durchmessers des Kolbenbodens.

Die Höhe des Kolbenhemds beträgt bevorzugt 15 % bis 45 % und besonders bevorzugt 30 % bis 40 % des Durchmessers des Kolbenbodens.

Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Mitten der Bolzenbuchsen 25 % bis 40 % und besonders bevorzugt 30 % bis 37 % des Durchmessers Kolbenbodens beträgt. Der Kolben ist insbesondere aus Stahl oder aus Aluminium gefertigt ist und kann speziell mittels eines metallbasierten additiven Verfahrens gefertigt sein. Weiter kann der Kolben zu dessen Kühlung einen Kühlkanal aufweisen, der an eine ein Kühlmittel bereitstellende Leitung angeschlossen ist.

Schließlich ist in Bezug auf den Kolben besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Kolben spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die OHV- Ventil Steuerung einen ein Ventil mit einer Stoßstange verbindenden Kipphebel und einen dem Kipphebel gegenüber an der Stoßstange angeordneten Stößel sowie eine auf die Stößel wirkende Nockenwelle aufweist, wobei die Stößel als Hydrostößel ausgebildet sind.

Bei dieser OHV-Ventil Steuerung, also einer Ventilsteuerung mit „overhead valves“ (Überkopfventile, hängende Ventile), wird also ein hydraulischer Ventilspielausgleich in den nockenwellenseitigen Stößel integriert. Dadurch, dass die Massenkraftkompensation bevorzugt von der Stößelfeder übernommen wird, können die übrigen Elemente des Ventiltriebs, ohne dass zusätzliche Massenkräfte vom Stößel oder der Ventilspielausgleich von der Ventilfeder übernommen werden müssten, besonders leicht ausgeführt werden und wirken sich somit insgesamt positiv auf den Motor geringer Bauhöhe aus.

Aufgrund dieser bevorzugten Ausgestaltung, insbesondere in Kombination mit dem bevorzugt ausgebildeten Kolben, können höhere Drehzahlen weit über den für gestößelte Motoren herkömmlichen Drehzahlen realisiert werden. Hierfür sind im Ventiltrieb im Wesentlichen die Massenkräfte ausschlaggebend. Durch die bevorzugte Ausgestaltung einer relativ kurzen Stößelstange und deren Ausbildung als Rohr ist es vorliegend gelungen, die Masse der Stößelstange zu reduzieren. Zum anderen konnte für den Ventilspielausgleich ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement in den Stößel integriert werden. Die dadurch erhöhten Massenkräfte werden bevorzugt gleich am Stößel durch die Stößelfeder kompensiert.

Zur Kompensation der höheren Massenkräfte, die sich aus der Ausbildung des Stößels als Hydrostößel ergeben, ist der Hydrostößel bevorzugt mittels einer sich am Zylindergehäuse abstützenden Stößelfeder in Richtung der Nockenwelle federnd gelagert. Damit wird insbesondere der Nachteil vermieden, dass ansonsten die Ventilfeder stärker ausgebildet werden müsste.

Eine bevorzugt platzsparende Ausbildung wird für den Fall erreicht, in dem die Stößelfeder die Stoßstange abschnittsweise umgebend angeordnet und mit ihrem dem vom Kurbelghäuse gebildeten Lager gegenüberliegenden Ende abschnittsweise vom Stößelgehäuse des Stößels aufgenommen ist.

Grundsätzlich ist vorgesehen, dass der bewegliche Kolben des Stößels dem dem Kipphebel gegenüberliegenden Ende der Stoßstange zugewandt ist und der Ventilspielausgleich zwischen dem Hydrostößel und der Stoßstange und nicht wie üblich zwischen dem Hydrostößel und der Nockenwelle erfolgt. Dabei ist der bewegliche Kolben des Stößels besonders bevorzugt als Kugeldruckbolzen ausgebildet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Stoßstange als Rohr ausgebildet, sodass einerseits das Gewicht des Ventiltriebs insgesamt verringert werden kann.

Andererseits ist der Hohlraum der als Rohr ausgebildeten Stoßstange bevorzugt mit der Ölleitung des Stößels kommunizierend ausgebildet, sodass der sich wenigstens über die Länge des Hohlraums aufbauende Öldruck zur Verminderung des Ventilspiels genutzt werden kann, ohne dass sich diese negativ auf die zu bewegenden Massen auswirkt. Hierfür ist der Hohlraum der als Rohr ausgebildeten Stoßstange also mit der Ölleitung des Stößels kommunizierend ausgebildet.

Darüber hinaus ergibt sich bei der Ausbildung der Stoßstange als durchgehendes Rohr der Vorteil, dass mittels des in der Stoßstange geführten Öls auch die Verbindung von Stoßstange und Kipphebel geschmiert werden kann.

Schließlich ist das Ventil mittels einer sich am Zylindergehäuse abstützenden Ventilfeder in Richtung des Kipphebels federnd gelagert, sodass insgesamt eine hinsichtlich des Geräuschverhaltens, des Auftretens von Vibrationen und der Ausgleichsfähigkeit vorteilhafte Ventilsteuerung geschaffen werden kann.

Die Ventilsteuerung eignet sich insbesondere im Zusammenhang mit einem Hubkolbenmotoren, der zwei gegenläufige Kurbelwellen aufweist, die jeweils mittels einer Pleuelstange mit einem gemeinsamen Zylinder verbunden sind. Durch die Lage der zwei Kurbelwellen besteht nämlich die Notwendigkeit einer längeren Kolbenstange und dadurch - im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mit einer Kurbelwelle - eine vergrößerte Höhe des Motors, die nun durch die erfmdungsgemäße Ventilsteuerung kompensiert werden kann. Bei dieser Art Hubkolbenmotor kann der zur Ausbildung dieses besonderen Motors erforderliche Platzbedarf weiter verringert und zugleich die ohnehin bestehende Laufruhe weiter verbessert werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten Zylindergehäuses von oben;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Zylindergehäuses von unten;

Fig. 3 eine Frontalansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels im Detail;

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens des erfindungsgemäß ausgestalteten Verbrennungsmotors; und

Fig. 6 den schematischen Aufbau einer besonders bevorzugt ausgestalteten Ventilsteuerung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten Zylindergehäuses von oben, wobei Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Zylindergehäuses von unten zeigt. Das Zylindergehäuse 10 ist Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Hub kolb enmotors, der zwei gegensinnig drehende, vom nicht dargestellten Kurbelgehäuse aufgenommene Kurbelwellen aufweist, die jeweils mittels jeweils einer Pleuelstange mit einem gemeinsamen Zylinder verbunden sind, wobei die Zylinder in jeweils einer im Zylindergehäuse ausgebildeten Zylinderlaufbuchse 20 aufgenommen sind. Es ist dabei zu erkennen, dass die Zylinderlaufbuchsen 20 in ihrem unteren Bereich, in dem das Zylindergehäuse 10 mit dem darunter angeordneten (nicht dargestellten) Kurbelgehäuse eine erste Dichtfläche 40 ausbildet, eine sich in Längsrichtung der Zylinderlaufbuchse 20 erstreckende radiale Ausnehmung 25 und eine der radialen Ausnehmung 25 gegenüberliegend angeordnete weitere radiale Ausnehmung 25 aufweisen. Diese Ausnehmungen 25, 25 der Zylinderlaufbuchse 20 dienen zum seitlichen Ausweichen und damit zur teilweisen Aufnahme der mit den Kurbelwellen verbundenen Pleuelstangen und dienen der Reduzierung der allgemeinen Bauhöhe des Motors.

Das monolithische Zylindergehäuse 10 ist als einstückiges Gussteil ausgebildet und weist neben den Zylinderlaufbuchsen 20, die Zylinderköpfe 30 und eine Mehrzahl von aus jeweils einem Ventil, einem Kipphebel und einer Stößelstange bestehenden OHV-Ventil Steuerungen auf. Dabei ist die mit den OHV-Ventil Steuerungen kooperierende Nockenwelle eine untenliegende Nockenwelle, die auf Höhe der Zylinderlaufbuchse 20 angeordnet ist. Die mit der OHV-Ventil Steuerung kooperierende Nockenwelle ist vom Kurbelgehäuse aufgenommen.

Insbesondere nimmt das Kurbelgehäuse einen gegen das Zylindergehäuse federnd gelagerten, mit der Stößelstange der OHV-Ventil Steuerung kooperierenden Stößel auf, wobei Kurbelgehäuse und Zylindergehäuse 10 im Bereich der mit der OHV-Ventil Steuerung kooperierenden Nockenwelle eine zweite Dichtfläche 50 aufweisen.

Auf der Oberseite des Zylindergehäuses ist das Zylindergehäuse 10 auf seiner dem Kurbelgehäuse abgewandten Seite mittels eines Ventildeckels verschlossen, wobei die Stößelstange der OHV-Ventil Steuerung von Seiten des Ventildeckels in eine zur Aufnahme einer Stößelstange eingerichtete Stößel Stangenaufnahme einsetzbar und aus dieser herausnehmbar ist. Die Zylinderkopfauslässe 30 sind jeweils seitlich am Zylindergehäuse 10 angeordnet, wobei einige Zylinderköpfauslässe 30 platzsparend zwischen zwei zur Aufnahme jeweils einer Stößelstange eingerichteter Stößel Stangenaufnahmen 60 angeordnet sind.

Schließlich sind in Fig. 1 auch die Aufnahmen 70 der die Kipphebel der OHV- Ventil Steuerung befestigenden Achse zu erkennen (vgl. auch Fig. 6).

Fig. 3 zeigt eine Frontalansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels, von dem im Detail im Wesentlichen nur der Kolben 100 dargestellt ist. Der Kolben 100 ist - wie bekannt - in einer nicht dargestellten Zylinderlaufbuchse eines Verbrennungsmotors beweglich angeordnet und weist eine einen Kolbenboden 120 aufweisende Ringpartie 130 und ein der Ringpartie 130 benachbart angeordnetes Kolbenhemd 140 auf. Das Kolbenhemd 140 weist zwei Bolzenbuchsen auf, die zur Aufnahme je eines Bolzens 150 eingerichtet sind, mit deren Hilfe je eine Pleuelstange 160 am Kolben 100 befestigt wird. Das dem Kolben 100 gegenüberliegende Ende der Pleuelstangen ist mit je einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle verbunden.

Wie Fig. 4 in einer Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Ausschnitts zeigt, beträgt der Durchmesser des Kolbenhemds 140 in Längsrichtung der Bolzenbuchsen in etwa 55 % des Durchmessers des Kolbenbodens 120 und liegt damit im besonders bevorzugten Bereich zwischen 50 % und 60 %. Die Höhe des Kolbenhemds 140 liegt im dargestellten Beispiel bei etwa 35 % und damit im Bereich von 30 % bis 40 % des Durchmessers des Kolbenbodens 120

Weiter zeigt Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Kolbens 100 des erfindungsgemäß ausgestalteten Verbrennungsmotors, ohne dass die zuvor dargestellten weiteren Elemente, insbesondere die Pleuelstangen und die Bolzen, eingezeichnet sind.

Schließlich zeigt Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau einer besonders bevorzugt ausgestalteten Ventilsteuerung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht.

Die Ventilsteuerung 200 besteht aus einem ein Ventil 220 mit einer Stoßstange 230 verbindenden Kipphebel 240 und einen dem Kipphebel 240 gegenüber an der Stoßstange 230 angeordneten Stößel 250. Der auf die wirkende Nockenwelle 260 wirkende Stößel 250 ist als Hydrostößel ausgebildet, der insbesondere mittels einer sich am Zylindergehäuse 10 im Bereich der zweiten Dichtfläche 50 abstützenden Stößelfeder 270 in Richtung der Nockenwelle 260 federnd gelagert ist. Weiter ist ersichtlich, dass die Stößelfeder 270 die Stoßstange 230 abschnittsweise umgebend angeordnet ist und mit ihrem dem vom Zylindergehäuse 10 gebildeten Lager gegenüberliegenden Ende auch abschnittsweise vom Stößelgehäuse 252 des Stößels 250 aufgenommen ist. Dabei ist der bewegliche Kolben 254 des Stößels 250 als Kugeldruckbolzen ausgebildet und dem dem Kipphebel 240 gegenüberliegenden Ende der Stoßstange 230 zugewandt.

Die Stoßstange 230 ist als Rohr ausgebildet, wobei der Hohlraum 232 des Rohrs mit der Ölleitung des Stößels 250 kommunizierend ausgebildet ist. Schließlich ist zu erkennen, dass das Ventil 220 mittels einer sich am Zylindergehäuse 10 abstützenden Ventilfeder 280 in Richtung des Kipphebels 240 federnd gelagert ist.