AT3218U1 - Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren zylindern - Google Patents

Abstract

Um bei einer Brennkraftmaschine (1) mit einem oder mehreren Zylindern und einer Kurbelwelle (2) die freien Drehschwingungen unter ein störendes Ausmaß zu reduzieren, ist eine Einrichtung zum Ausgleich von Gaskräften vorgesehen, welche eine von der Kurbelwelle (2) angetriebene Ausgleichsmasse (6) aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zur Kurbelwelle (2) rotiert und welche so bemessen ist, daß folgende Bedingung gilt: I`M .Omega`M =I`G .Omega`G, wobei I`M bzw. I`G die axialen Massenträgheitsmomente der mit der Kurbelwelle (2) rotierenden Motorteile bzw. der Ausgleichsmasse (6) und Omega`M bzw. Omega`G die durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle (2) bzw. der Ausgleichsmasse (6) sind.

Description

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  Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern und einer Kurbelwelle. 



  Diesel-Brennkraftmaschinen weisen im Vergleich zu Otto-Brennkraftmaschinen, insbesondere im Leerlauf und im unteren Teillastbereich einen "rauhen" Lauf auf, welcher sich durch unangenehme Vibrationen im Fahrgastraum bemerkbar macht. Dieser Unterschied zwischen Diesel- und Ottomotoren ist auf die ungedrosselte Betriebsweise der   Diesel-Brennkraftma-   schinen zurückzuführen, durch welche im unteren Teillastbereich viel grössere Gaskräfte auftreten, welche freie Drehschwingungen um die Kurbelwellenachse verursachen, welche hauptsächlich der Motorzündreihenfolge entsprechen. Gedrosselter Betrieb hingegen würde zu unakzeptablen Emissionen führen. 



  Es sind zahlreiche Ausgleichssysteme für Brennkraftmaschinen zum Ausgleich von Massekräften erster und zweiter Ordnung bekannt, bei denen den unausgeglichenen Kräften aus translatorisch bewegten Massen durch exzentrisch umlaufende, von der Kurbelwelle angetriebene Ausgleichsmassen entgegengewirkt wird. Die freien Drehschwingungen um die Kurbelwellenachse infolge der Gaskräfte können aber nur unzureichend verhindert werden. 



  Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die freien Drehschwingungen unter ein Störungsniveau zu reduzieren. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine Einrichtung zum Ausgleich von Gaskräften vorgesehen ist, welche eine von der Kurbelwelle angetriebene Ausgleichsmasse aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zur Kurbelwelle rotiert und welche so bemessen ist, dass folgende Bedingung gilt   : IM. m=IG. fOG,   wobei   IM bzw. IG   die axialen Massenträgheitsmomente der mit der Kurbelwelle rotierenden Motorteile bzw. der Ausgleichsmasse und   com   bzw.   CDG   die durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle bzw. der Ausgleichsmasse sind. 



  Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine gegenläufige Schwungmasse verwendet, deren Drehimpuls dem durchschnittlichen Drehimpuls aller um die Kurbelwelle drehenden Teile beträgt, so dass die aus den Beschleunigungen infolge der Gaskräfte erfolgenden Drehmomentänderungen der Ausgleichsmasse und der Kurbelwelle etwa gleich gross, aber gegengesetzt gerichtet sind sich damit und annähernd aufheben. Dadurch wird der auf den Motorblock wirkende Drehimpuls und damit die Anregung der Motorlager und des Chassis bedeutend verkleinert. 



  In einer äusserst vorteilhaften   Ausführungsvariante   der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausgleichsmasse als Hohlrad eines Planetengetriebes ausgebildet ist, wobei das durch die Kurbelwelle angetriebene Sonnenrad über zumindest ein Planetenrad mit motorfester Drehachse das Hohlrad antreibt.

   Das Hohlrad bildet dabei eine Schwungmasse und kann das Schwungrad der Brennkraftmaschine verkleinern bzw. ersetzen. 

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 Bei Brennkraftmaschinen, bei denen Ausgleichswellen zum Ausgleich der Massekräfte erster und zweiter Ordnung vorhanden sind, ist es besonders günstig, wenn die Ausgleichsmasse zumindest zum Teil durch eine entgegengesetzt zur Kurbelwelle rotierende Ausgleichswelle gebildet ist, wobei vorzugsweise die Ausgleichswelle Nebenaggregate antreibt, deren Drehrichtung   bezüglich   der Kurbelwelle entgegengesetzt ist, sodass die Ausgleichsmasse durch die Summe aller entgegengesetzt zur Kurbelwelle rotierenden Teile der Ausgleichswelle und der Nebenaggregate gebildet ist. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Die Fig.   I   und 2 zeigen schematisch zwei Ausführungsvarianten von erfindungsgemäss ausgeführten Brennkraftmaschinen im Schrägriss. 



  In der Fig.   I   ist schematisch eine Brennkraftmaschine   I   mit einer Kurbelwelle 2 dargestellt, wobei die Kurbelwelle das Sonnenrad 3 eines Planetengetriebes P antreibt. Das Sonnenrad 3 wirkt über Planetenräder 4, deren Achsen motorfest angeordnet sind, auf ein Hohlrad 5 ein, welches die Ausgleichsmasse 6 bildet. Die Drehrichtung der Ausgleichsmasse 6 ist somit entgegengesetzt zur Kurbelwelle 2. 



  Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante einer Brennkraftmaschine 1, bei der die Kurbelwelle 2 über Zahnräder 3,7 eine Ausgleichswelle 8 antreibt, welche entgegengesetzt zur Kurbelwelle 2 rotiert. Mit 9 ist eine zweite Ausgleichswelle bezeichnet, welche in Kurbelwellenrichtung umläuft. Die Ausgleichswellen 8 und 9 dienen in konventioneller Weise zum Massenausgleich von Kräften erster und zweiter Ordnung. 



  Die Erfindung sieht vor, dass die entgegengesetzt zur Kurbelwelle 2 mit der Ausgleichswelle 8 umlaufenden Massen und deren   Drehzahlverh ltnis   zur Kurbelwelle 2 so bemessen sind, dass die Bedingung gilt   : iM-m=Ic.MG,   wobei IM das Trägheitsmoment aller in Kurbelwellenrichtung umlaufenden   Teile, 1a   das   Trägheitsmoment   aller entgegen der Kurbelwelle 2 umlaufenden Massen,   com   die mittlere Winkelgeschwindigkeit der mit der Kurbelwelle 2 umlaufenden Massen und COG die mittlere Winkelgeschwindigkeit der Ausgleichswelle 8 ist. Der Drehimpuls der gegenläufig zur Kurbelwelle 2 umlaufenden Ausgleichsmasse 6 entspricht somit im wesentlichen dem durchschnittlichen Drehimpuls aller um die Kurbelwelle 2 und in gleicher Richtung wie die Kurbelwelle 2 rotierenden Teile. 



  In weiterer Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Ausgleichswelle 8 Nebenaggregate 9, beispielsweise Wasserpumpe, Lichtmaschine - entgegengesetzt der Kurbelwellenachse 2 - antreibt, sodass auch die rotierenden Teile der Nebenaggregate 9 der Ausgleichsmasse 6 zuzurechnen sind. Da die Ausgleichswellen 8,9 im allgemeinen doppelt so schnell wie die Kurbelwelle umlaufen, kann die Ausgleichsmasse 6 bedeutend kleiner gehalten werden, als bei der in Fig. I dargestellte Variante.

Claims (4)

1. ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine (1) mit einem oder mehreren Zylindern und einer Kurbelwelle (2), EMI3.1 sehen ist, welche eine von der Kurbelwelle (2) angetriebene Ausgleichsmasse (6) aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zur Kurbelwelle (2) rotiert und welche so be- EMI3.2 Massenträgheitsmomente der mit der Kurbelwelle (2) rotierenden Motorteile bzw. der Ausgleichsmasse (6) und co, bzw. MG die durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle (2) bzw. der Ausgleichsmasse (6) sind.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichs- masse eine Schwungmasse ist.
3. 3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (6) als Hohlrad (5) eines Planetengetriebes (P) ausgebildet ist, wobei das durch die Kurbelwelle (2) angetriebene Sonnenrad (3) über zumindest ein Planeten- rad (4) mit motorfester Drehachse das Hohlrad (5) antreibt.
4. 4. Brennkraftmaschine (I) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (6) zumindest zum Teil durch eine entgegengesetzt zur Kurbelwelle (2) rotierende Ausgleichswelle (8) gebildet ist, wobei vorzugsweise die Ausgleichswelle (8) Nebenaggregate (9) antreibt, deren Drehrichtung bezüglich der Kurbelwelle (2) entge- gengesetzt ist, sodass die Ausgleichsmasse (6) durch die Summe aller entgegengesetzt zur Kurbelwelle rotierenden Teile der Ausgleichswelle und der Nebenaggregate gebildet ist.