CH658885A5

CH658885A5 - Symmetriereinrichtung ersten grades fuer eine verbrennungskraftmaschine.

Info

Publication number: CH658885A5
Application number: CH3286/82A
Authority: CH
Inventors: Michio Ohta; Sakito Kamei; Kazumi Aoki
Original assignee: Hitachi Shipbuilding Eng Co
Priority date: 1981-05-30
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1986-12-15
Also published as: NO159206C; KR870000707B1; DK156913B; DK156913C; GB2099512B; DE3218956A1; JPS648221B2; DE3218956C2; JPS57200744A; NO821790L; GB2099512A; DK240482A; NO159206B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Symme-triereinrichtung ersten Grades für eine Verbrennungskraftmaschine, durch welche vertikale und horizontale unsymmetrische Momente ersten Grades, die in einer Verbrennungskraftmaschine auftreten, simultan ausgeglichen werden können.

Im allgemeinen treten in Verbrennungskraftmaschinen, z.B. bei einem vierzylindrigen Dieselmotor, vertikale und horizontale unsymmetrische Momente während dem Betrieb derselben auf. Solche unsymmetrische Momente ersten Grades wurden auf herkömmliche Art und Weise ausgeglichen, indem Schwungräder mit Gegengewichten ausgestattet wurden, die an den vorderen und rückwärtigen Enden einer Welle eines Dieselmotors befestigt wurden, wobei die Schwungräder mit der Welle rotiert werden konnten.

Im oben erwähnten Fall wird die Summe der vertikalen unsymmetrischen Momente und der horizontalen unsymmetrischen Momente ersten Grades in einer konstanten Beziehung zueinander gehalten. Wenn eines der unsymmetrischen Momente ersten Grades durch Kompensation reduziert wird, so wird das andere unsymmetrische Moment erhöht, wobei der Nachteil auftritt, dass die vertikalen und horizontalen Momente nicht simultan ausgeglichen werden können.

Währenddem bisher Ketten-Symmetriereinrichtungen oder elektrische Symmetriereinrichtungen verwendet wurden, um die vertikalen unsymmetrischen Momente zweiten Grades auszugleichen und die Vibrationskraft einer Richtung, nämlich der vertikalen Richtung zu reduzieren, so werden die Gegengewichte oder die Symmetriereinrichtungen zu gross, um auf Dieselmotoren von Schiffen usw. angebracht zu werden, wenn Ketten-Symmetriereinrichtungen oder elektrische Symmetriereinrichtungen zum Ausgleich der vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente ersten Grades verwendet werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch an beiden Enden einer Welle befestigte, vorwärtsrotierbare Schwungräder, welche in derselben Richtung wie die Welle rotierbar sind, rückwärtsrotierbare Schwungräder, welche an beiden vorwärtsrotierbaren Schwungrädern befestigt sind und gegenüber den beiden vorwärtsrotierbaren Schwungrädern in der umgekehrten Richtung rotierbar sind, vorwärtsrotierbare Gegengewichte, welche an beiden vorwärtsrotierbaren Schwungrädern befestigt sind und rückwärtsrotierbare Gegengewichte, welche an den beiden rückwärtsrotierbaren Schwungrädern angeordnet sind und ein von den beiden vorwärtsrotierbaren Gegengewichten verschiedenes Gewicht aufweisen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. la und lb Vorder- und Seitenansichten eines ersten Ausführungsbeispieles einer Symmetriereinrichtung ersten Grades einer Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht eines Teiles der Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Hauptteiles in Fig. 1,

Fig. 4 ein Ausgleichssystem des ersten Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1,

Fig. 5a und 5b Kompensationsbedingungen von vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momenten ersten Grades gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, Fig. 6a und 6b Vorderansicht und Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Symmetriereinrichtung ersten Grades für eine Verbrennungskraftmaschine und Fig. 7 eine vergrösserte Seitenansicht eines Teiles der Fig. 6.

Im folgenden soll ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben werden. Eine Kurbel 2 ist in einem Vierzylinder-Dieselmotor 1 angebracht. Eine Welle 3 rotiert zusammen mit der Kurbel 2. Die vorwärtsrotierenden Schwungräder 4 und 5 sind an beiden Enden der Welle 3 befestigt und rotieren in der gleichen Richtung wie die Welle 3. Die vorwärtsrotierenden Zahnräder 6 und 7 sind an den vorwärtsrotierenden Schwungrädern 4 und 5 ausgebildet. Zwei rückwärtsrotierende Schwungräder 8 und 9 sind an den äusseren Seiten der vorwärtsrotierenden Schwungräder 4 und 5 angebracht, wobei zwei rückwärtsrotierende Zahnräder 10 und 11 an den rückwärtsrotierenden Schwungrädern 8 und 9 ausgebildet sind. Zwei Ritzel 12a und 12b sind zwischen dem vorwärtsrotierenden Zahnrad 6 und dem rückwärtsrotierenden Zahnrad 10 an einem Ende der Welle angebracht und ermöglichen die Rotation des rückwärtsrotierenden Schwungrades in der entgegengesetzten Richtung zur Rotation des vorwärtsrotierenden Schwungrades 4. Die Ritzel 12a und 12b sind auf einem Gestell 13a gehalten. Zwei Ritzel 14a und 14b sind zwischen dem vorwärtsrotierenden Zahnrad 7 und dem rückwärtsrotierenden Zahnrad 11 am anderen Ende der Welle angebracht und ermöglichen die Rotation des rückwärtsrotierenden Schwungrades 9 in der entgegengesetzten Richtung zur Rotation des vorwärtsrotierenden Schwungrades 5. Die Ritzel 14a und 14b sind an einem Gestell 13b in gleicher Weise wie die Ritzel 12a, 12b gehalten. Die vorwärtsrotierbaren Gewichte 15 und 16 sind an den vorwärtsrotierenden Schwungrädern 4 und 5 und die rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 an den rückwärtsrotiexenden Schwungrädern 8 und 9 angebracht. Die rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 weisen ein anderes Gewicht auf als die vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16. Die Pfeile gemäss Fig. 3 geben die Rotationsrichtung an.

Indem gemäss Fig. 4 zwei vorwärtsrotierende Massen 15' und 16' für die vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16 und zwei rückwärtsrotierende Massen 17' und 18' für die rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 eingesetzt werden, wobei die Distanz vom Zentrum der Welle 3 zu jeder der Massen 15' und 16' als Rl, die Distanz vom Zentrum der Welle 3 zu jeder der Massen 17' und 18' als R2 bezeichnet werden, können die Kupplungsmomente für beide vorwärtsrotierenden Massen 15' und 16' und beide rückwärtsrotierenden Massen 17' und 18' als ma und mb durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden:

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ma = (W/g)-Rl -(û2-L1 (1)

mb = (w/g) • R2 • co2 • L2 (2)

wobei W das Gewicht der vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16, w das Gewicht der rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18, co die Winkelgeschwindigkeit der Welle 3, LI die Distanz zwischen zwei vorwärtsrotierenden Massen 15', 16' und L2 die Distanz zwischen zwei rückwärtsrotierenden Massen 17' und 18' sind. Das vertikale unsymmetrische Moment ersten Grades, welches kompensiert werden soll, ist gleich ma ± mb und das horizontale unsymmetrische Moment ersten Grades zur Kompensation ist gleich ma - mb.

Bei sogenannten unkompensierten Bedingungen können die vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente Mva und Mha durch die nachfolgenden einfachen Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden:

Mva=mv • cos(9 + e) (3)

Mha = mh • sin(0 + e) (4)

wobei mv und mh die maximalen vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente ersten Grades, 0 den Rotationswinkel und e die Anfangsphase bedeuten.

Beide unsymmetrischen Momente Mva und Mha ersten Grades, gemäss den Gleichungen (3) und (4), welche die Vibrationsmomente bei unkompensierten Bedingungen darstellen, sollten mit Hilfe der vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16 und der rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 kompensiert werden, wobei die unsymmetrischen Momente Mva und Mha ersten Grades bei unkompensierten Bedingungen durch die beiden unsymmetrischen Momente ersten Grades zur Kompensation ausgeglichen werden können, so dass beide kompensierten vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente erster Ordnung Mvb und Mhb Null werden.

Die kompensierten vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente Mvb und Mhb ersten Grades können durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

Mvb = mv • cos(0 + e) + mv' ■ cos(0 + y) = 0 (5)

Mhb = mh • sin(0 + e) + mh' ■ sin(0 + y) = 0 (6)

wobei mv' und mh' die maximalen unsymmetrischen Momente ersten Grades zur Kompensation mit Hilfe der vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16 und der rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 und y die Anfangsphase von mv' und mh' sind.

Das Gewicht W der vorwärtsrotierbaren Gegengewichte 15 und 16 das Gewicht w der rückwärtsrotierbaren Gegengewichte 17 und 18 und die Lagen der Gegengewichte 15,16,17 und 18 auf den entsprechenden Schwungrädern 4, 5, 8 und 9, werden so eingestellt, dass die folgenden Gleichungen erfüllt werden:

mv' = ma+mb = ß • mo mh' = ma —mb = mo e =y+180°, wobei ß = mv'/mh',

wobei die Gleichungen (5) und (6) in die Gleichungen (7) und (8) transformiert werden können, wie nachfolgend gezeigt wird:

Mvb = mv ■ cos(0 + e) + ß • mo • cos(0 + £-180°)

= mv • cos(0 + e) — ß-mo-cos(0 + e) (7)

Mhb = mh • sin(0 + e) + mo • sin(0 + e - 180° )

= mh • sin(0 + e) - mo • sin(0 + e) (8)

Aufgrund der Tatsache, dass die Gleichungen (7) und (8) immer Null werden, können die Gleichungen (9) und (10) abgeleitet werden :

mv = ß-mo = ma + mb (9)

mh = mo = ma-mb (10)

Aus den Gleichungen (9) und (10) werden die Gleichungen (11) und (12) abgeleitet:

ma = (l + ß) • mo • (Vi) (11)

mb = (l-ß)-mo-('/2) (12)

Gegen das vertikale unsymmetrische Moment Mva ersten Grades, welches bei unkompensierten Bedingungen auftritt, wie durch eine ausgezogene Kurve in Fig. 5a gezeigt, wirkt ein vertikales unsymmetrisches Moment ersten Grades zur Kompensation, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5a gezeigt, als gegenwirkendes Moment, wobei das vertikale unsymmetrische Moment ersten Grades unter unkompensierten Bedingungen durch das vertikale unsymmetrische Moment ersten Grades zur Kompensation ausgeglichen wird, um gleich Null zu werden. In gleicher Weise wirkt gegen das horizontale unsymmetrische Moment ersten Grades, welches bei unkompensierten Bedigungen auftritt, wie durch eine feste Kurve in Fig. 5b gezeigt, ein horizontales und unsymmetrisches Moment ersten Grades zu Kompensieren, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5b gezeigt wird, als gegenwirkendes Moment, wobei das horizontale unsymmetrische Moment ersten Grades bei unkompensierten Bedingungen durch das horizontale unsymmetrische Moment ersten Grades zur Kompensation ausgeglichen wird, um Null zu werden.

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung inbezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 bis 3 dadurch, dass zwei vorwärtsrotierende Schwungräder 4' und 5' an beiden Enden der Welle 3 einer Maschine 1 angebracht werden, vorwärtsrotierende Zahnräder 6' und 7' an den vorwärtsrotierenden Schwungrädern 4' und 5' ausgebildet sind, wobei zwei rückwärtsrotierende Schwungräder 8' und 9' parallel zu den vorwärtsrotierenden Zahnrädern 6' und 7' angebracht sind, rückwärtsrotierende Zahnräder 10' und 11' auf den rückwärtsrotierenden Schwungrädern 8' und 9' ausgebildet sind und in Eingriff mit den vorwärtsrotierenden Zahnrädern 6' und 7' stehen, um in umgekehrter Richtung zur Rotation der Welle 3 zu rotieren. Vorwärtsrotierbare Gegengewichte 15' und 16' mit einem Gewicht W sind an den vorwärtsrotierenden Schwungrädern 4' und 5' angebracht und rückwärtsrotierbare Gegengewichte 17' und 18' mit einem Gewicht w sind an den rückwärtsrotierenden Schwungrädern 8' und 9 angebracht. Die Pfeile in Fig. 7 zeigen die entsprechenden Rotationsrichtungen an.

Wenn die vorwärtsrotierenden Schwungräder 4' und 5' in der gleichen Richtung rotieren wie die Welle 3, so rotieren die rückwärtsrotierenden Schwungräder 8' und 9' in der entgegengesetzten Richtung zur Welle 3, wobei die vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente ersten Grades, wel5

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che unter unkompensierten Bedingungen auftreten, simultan durch die vertikalen und horizontalen unsymmetrischen Momente ersten Grades zur Kompensation mit Hilfe der Gegengewichte 15', 16', 17' und 18' in ähnlicher Weise wie oben beschrieben ausgeglichen werden.

Mit der beschriebenen Symmetriereinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine können vertikale und horizontale unsymmetrische Momente ersten Grades, welche während dem Betrieb des Dieselmotores auftreten, simultan auf Null ausgeglichen werden, indem vorwärtsrotierbare Gegengewichte mit einem Gewicht W an beiden vorwärtsrotierenden Schwungrädern und rückwärtsrotierbare Gegengewichte mit 5 einem Gewicht w an beiden rückwärtsrotierenden Schwungrädern angebracht werden und ein Zahnradmechanismus mit vorwärtsrotierenden und rückwärtsrotierenden Zahnrädern und Ritzeln vorgesehen wird.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

658 885 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Symmetriereinrichtung ersten Grades für eine Verbrennungskraftmaschine gekennzeichnet durch an beiden Enden einer Welle befestigte, vorwärtsrotierbare Schwungräder, welche in derselben Richtung wie die Welle rotierbar sind, rück-wärtsrotierbare Schwungräder, welche an beiden vorwärtsro-tierbaren Schwungrädern befestigt sind und gegenüber den beiden vorwärtsrotierbaren Schwungrädern in der umgekehrten Richtung rotierbar sind, vorwärtsrotierbare Gegengewichte, welche an beiden vorwärtsrotierbaren Schwungrädern angeordnet sind und rückwärtsrotierbare Gegengewichte, welche an den beiden rückwärtsrotierbaren Schwungrädern angeordnet sind und ein von den beiden vorwärtsrotierbaren Gegengewichten verschiedenes Gewicht aufweisen.

2. Symmetriereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischenliegender Zahnradmechanismus zwischen den vorwärtsrotierbaren Schwungrädern und den rückwärtsrotierbaren Schwungrädern vorgesehen ist, um die rückwärtsrotierbaren Schwungräder in der entgegengesetzten Richtung zu den vorwärtsrotierbaren Schwungrädern in Rotation zu versetzen.