DE102006002327A1 - Mass balance for use in V-8 crankshaft, has eight balancing weights, which engage within base bearing, where each balancing weight produces approximately equally large balancing force - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft den Massenkräfteausgleich in den Grundlagern einer V8-Kurbelwelle, insbesondere in der Kurbelwelle für einen V8/90°-Formel 1-Motor.The Invention relates to mass balance in the bases of a V8 crankshaft, especially in the crankshaft for one V8 / 90 ° -formula 1 engine.
Formel 1-Motoren werden mit Drehzahlen über 18000 U/min betrieben. Die quadratisch mit der Drehzahl ansteigenden und nicht vollständig durch Ausgleichsgewichte ausgleichbaren oszillierenden Massenkräfte erfordern bei diesem Drehzahlniveau nicht nur groß dimensionierte reibungsrelevante Grundlager, sondern führen auch zu starken Vibrationen, die die Haltbarkeit des Motoraggregates gefährden.formula 1 engines are over with speeds Operated at 18,000 rpm. The square with the speed increasing and not completely require compensating by balancing weights oscillatory mass forces at this speed level not only large friction-relevant basic bearings, but lead also to strong vibrations, the durability of the engine unit compromise.
Die beiden, außermittig zur Kurbelkröpfungs-Mitte angreifenden Pleuelstangen erzeugen in unterschiedlichen Kolbenstellungen unterschiedlich große auf die Grundlager einwirkende Massenkräfte 1.Ordnung, wobei durch die Ausgleichsgewichte nur ein gemittelter Ausgleich der Massenkräfte 1.Ordnung möglich ist. Die Massenkräfte 2.Ordnung sind entgegen gerichtete Wechselkräfte mit doppelter Kurbelwellen-Frequenz, treten wie die Massenkräfte 1.Ordnung ebenfalls in der Zylinderachse auf und sind in den oberen Kolbentotpunkten additiv zu den Kräften 1.Ordnung wirksam.The both, off-center to the crankshaft center engaging connecting rods produce in different piston positions different sizes on the basic bearing acting mass forces 1st order, whereby by the balancing weights only an averaged balancing of the 1st order mass forces possible is. The mass forces 2.Ordnung are oppositely directed alternating forces with double crankshaft frequency, occur like the mass forces 1st order also in the cylinder axis and are in the upper Kolbentotpunkten additive to the forces 1st order effective.
Mit Ausgleichsgewichten, die nominell die erzeugten rotierenden Massenkräfte und Massenkräfte 1.Ordnung zu 100 % ausgleichen, verbleiben durch die außermittigen Wirkebenen der oszillierenden Massenkräfte in der Kurbelkröpfung dennoch in den Grundlagern wirksame oszillierende Massenkräfte 1. und 2.Ordnung, die bei Maximaldrehzahl des Motors in der Höhe die Zünddruck-Belastung mehrfach übersteigen.With Balancing weights, nominally the generated rotary inertia forces and 1st order mass forces 100% balance, remain due to the off - center working planes of the oscillating mass forces in the crank throw nevertheless in the basic camps effective oscillating mass forces 1. and 2nd order, which at maximum speed of the engine in height the ignition pressure load exceed several times.
Im Unterschied zum V8-Kraftfahrzeugmotor müssen in der Kurbelwelle des V8-Rennmotors die Grundlager nicht auf den anteilig einwirkenden Zünddruck, sondern auf die oszillierenden Restmassenkräfte dimensioniert werden, die praktisch als Dauerbelastung im Grundlager wirksam sind und nicht wie der Zünddruck nur kurzzeitig während zwei Kurbelwellen-Umdrehungen auf das Grundlager einwirkt.in the Difference to the V8 motor vehicle engine in the crankshaft of the V8 racing engine, the base camp not on the proportionately acting ignition pressure, but be dimensioned to the oscillating residual mass forces, the practically effective as a permanent load in the base camp and not like the ignition pressure only for a short while two crankshaft revolutions acting on the basic bearing.
Die größeren erforderlichen Durchmesser der Grundlager führen zu entsprechend hohen Reibleistungsverlusten und vermindern die abgegebene Leistung des Rennmotors.The larger required Lead diameter of the basic bearings to correspondingly high friction losses and reduce the delivered power of the racing engine.
Die Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, für den V8-Rennmotor eine Kurbelwelle mit einem Massenausgleich anzugeben, in der die Restmassenkräfte in den Grundlagern auf etwa den Wert des einwirkenden Zünddruck-Anteils verringert werden, um mit kleineren Durchmessern der Grundlager die Reibleistung senken und die Motorleistung steigern sowie die Motor-Vibrationen verringern zu können.The The invention therefore has the task of a crankshaft for the V8 racing engine with a mass balance, in which the residual mass forces in the Base stocks reduced to about the value of the acting Zünddruck share to reduce friction with smaller diameters of the basic bearings lower and increase the engine power and the engine vibrations to be able to reduce.
Die
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
soll am Ausführungsbeispiel
eines V8/90°-Formal 1-Motors
mit folgenden gewählten
Abmessungen aufgezeigt werden:
Mit einem Zylinderabstand (a)
von 90 mm ergibt sich bei einem Kolbendurchmesser von 84 mm und
einem Hub von 54 mm ein Hubraum des Motors von 2394 ccm.The solution of the object according to the invention is to be shown on the embodiment of a V8 / 90 ° -formal 1 motor with the following selected dimensions:
With a cylinder spacing (a) of 90 mm results in a piston diameter of 84 mm and a stroke of 54 mm, a displacement of the engine of 2394 cc.
Die tragende Lagerbreite eines Grundlagers wird mit 17 mm angenommen. Ein Hubzapfen- bzw. Pleuellager sollte eine tragende Lagerbreite von 22 mm aufweisen. Diese Pleuelbreite wird deshalb mit etwa (0,25 a) so hoch gewählt, weil im Unterschied zum Grundlager ein Hubzapfenlager ohne Ausgleichsmöglichkeit durch die oszillierenden Massenkräfte eines Zylinders plus dem rotierenden Massenkraftanteil eines Pleuels belastet wird.The supporting bearing width of a basic bearing is assumed to be 17 mm. A crankpin or connecting rod bearing should have a bearing bearing width of 22 mm. This connecting rod width is therefore with about (0.25 a) chosen so high because in contrast to the basic bearing a Hubzapfenlager without compensation possibility by the oscillating mass forces of a cylinder plus the rotating mass share of a connecting rod is loaded.
Mit Auslaufradien des gemeinsamen Hubzapfens zu den beiden Hubzapfenwangen von je 2 mm und Auslaufradien der Grundlager von 2 mm verbleibt in der Kurbelkröpfung für zwei Hubzapfen wangen eine Dicke von je 10,5 mm, die als mögliche Dicke für Ausgleichsgewichte zur Verfügung steht.With Outlet radii of the common crank pin to the two Hubzapfenwangen of 2 mm each and outlet radii of the basic bearing of 2 mm remains in the crank throw for two Hubzapfen cheeks each have a thickness of 10.5 mm, the possible thickness for balance weights to disposal stands.
Der gemeinsame Hubzapfen ermöglicht in der Kurbelkröpfung eine größere Pleuelbreite, da bei einem Hubzapfenversatz zwei Auslaufradien zwischen den beiden versetzten Hubzapfen zu Lasten der beiden Pleuelbreiten vorgesehen werden müssen.Of the allows common crankpin in the crank throw a larger connecting rod width, because with a Hubzapfenversatz two Auslaufradien between the two staggered Hubzapfen provided at the expense of the two connecting rod widths Need to become.
Das Schubstangenverhältnis wird mit (0,2) angesetzt, was eine Pleuelstangenlänge von 135 mm ergibt und der Radius der Ausgleichsgewichte in der Kurbelwelle etwa 87 mm betragen kann. In der Belastung der Grundlager durch die oszillierenden Massenkräfte werden die Massenkräfte 2.Ordnung berücksichtigt, da sie 20 % der Massenkräfte 1.Ordnung ausmachen.The Pushrod ratio is set at (0,2), which is a connecting rod length of 135 mm and the radius of the balance weights in the crankshaft may be about 87 mm. In the load of the base camp through the oscillating mass forces become the mass forces 2nd order taken into account, because they are 20% of the mass forces 1st order make out.
Innerhalb der Kurbelkröpfung betragen die Mittenabstände der Zylinder zu den beiden Grundlagern (0,622a/0,378 a) und die Mittenabstände der Ausgleichsgewichte (0,825a/0,175 a).Within the crank throw are the center distances the cylinder to the two basic bearings (0,622a / 0,378 a) and the center distances the balance weights (0.825a / 0.175 a).
Der Zylinderbankversatz der beiden Zylinderreihen beträgt 22 mm und entspricht einer Pleuelbreite.Of the Cylinder bank offset of the two cylinder rows is 22 mm and corresponds to a connecting rod width.
(
In
der bekannten V8/90°-Kurbelwelle
wird das mittige dritte Grundlager (
(
Bei
einer Drehzahl von 18000 U/min erreicht die Belastung mit (0,487
P1) eine Höhe, die etwa dem 2,5-fachen
Wert des anteilig im Grundlager (
Das
auf diese Belastung dimensionierte Grundlager (
Die bekannte V8/90°-Kurbelwelle mit ihrem Massenausgleich durch sechs Ausgleichsgewichte stellt ein Konzept für Kraftfahrzeuge dar, wobei die oszillierenden Massenkräfte bei Drehzahlen von etwa 6000 U/min gegenüber den Zünddruckkräften eine untergeordnete Rolle spielen.The known V8 / 90 ° crankshaft with its mass balance by six balancing weights a concept for Motor vehicles, wherein the oscillating mass forces at Speeds of about 6000 rev / min compared to the Zünddruckkräften a minor role play.
Für einen V8-Rennmotor ist diese Lösung deshalb zu nachteilig.For one V8 racing engine is this solution therefore too disadvantageous.
(
(
Mit
der Anordnung der Kurbelkröpfungen
(
Die V8/90°-Kurbelwelle (41) erzeugt ein konstantes umlaufendes rotierendes Massenmoment von etwa (5,657 P1.a), ein konstantes umlaufendes Massenmoment 1.Ordnung von etwa (2,828 P1·a) und ein in Motorquerrichtung wirksames Massenmoment 2.Ordnung von etwa (0–2,828 P2·a), wobei (Pr) die rotierende Massenkraft sowie (P2) die oszillierendes Massenkraft 2.Ordnung jeweils eines Zylinders bedeutet und (a) für den Zylinderabstand steht.The V8 / 90 ° crankshaft (41) produces a constant revolving rotating mass momentum of approximately (5.657 P 1 .a), a constant circumferential 1st order mass moment of about (2.828 P 1 · a), and a mass moment 2 effective in the transverse direction of the engine. Order of about (0-2,828 P 2 · a), where (Pr) means the rotating mass force and (P 2 ) the oscillating mass force 2nd order of each cylinder and (a) stands for the cylinder spacing.
Mit
den Ausgleichsgewichten (
Das Moment 2.Ordnung ist ein Wechselmoment mit doppelter Kurbelwellen-Frequenz.The 2nd order moment is a change moment with double crankshaft frequency.
Reihenfünfzylinder-Kurbelwellen mit Normalausgleich erzeugen beispielsweise ein Moment 1.Ordnung von etwa (0,225 P1·a) und ein Moment 2.Ordnung von (4,98 P2·a).Standard five-cylinder standard crankshafts produce, for example, a 1st-order moment of about (0.225 P 1 · a) and a 2nd-order moment of (4.98 P 2 · a).
In Reihenfünfzylinder-Versuchsmotoren mit Ausgleichswellen konnten beide Momente in ihren Auswirkungen miteinander verglichen werden. Dabei zeigte sich, daß die erzeugte Taumelbewegung des Motors durch das zahlenmäßig um etwa den Faktor 22 kleinere Moment 1.Ordnung subjektiv wahrnehmbar ist, dagegen das zahlenmäßig 22-fach höhere Moment 2.Ordnung nur meßtechnisch auf dem Prüfstand nachgewiesen werden kann.In In-line five-cylinder test engines with balance shafts, both moments could in their impact compared with each other. It showed that the generated Tumble of the engine by the numerically smaller by about a factor of 22 Moment 1st order is subjectively perceptible, in contrast, the numerically 22-fold higher moment 2nd order only by measurement on the test bench can be detected.
Erklärt wird dies damit, daß das Wechselmoment 2.Ordnung mit doppelter Frequenz den Motor in entgegengesetzte Richtungen zu kippen versucht und dabei das Beharrungsvermögen der Motormasse einen zu großen Widerstand entgegen setzt.It is explained this with the fact that the 2nd order alternating torque 2nd order with double frequency the motor in opposite Tries to tilt directions while maintaining the inertia of the Engine mass one too big Resists opposition.
Verglichen
mit dem Moment 2.Ordnung von (4,98 P2·a) im
Reihenfünfzylinder
würde das
von der Kurbelwelle (
Erzeugt
in der Kurbelwelle (
Es
verbleibt bei der Relation des Auslegungsbeispieles von (P2 = 0,2 P1) eine
Restkraft aus den oszillierenden Massenkräften 1. und 2.Ordnung in den
Grundlagern (
Damit
wird in der Kurbelwelle (
Nach
dem Anspruch 3 werden zur Maximierung der Pleuelbreiten in der Kurbelwelle
(
(
(
Wurden
in der Kurbelwelle (
Die zum Ausgleich erforderlichen Ausgleichsgewichte werden dadurch kleiner, weil der Ausgleich einer Resultierenden geringere Ausgleichskräfte erfordert als der jeweilige Ausgleich von Einzelkräften.The balancing weights required to compensate for this become smaller, because the compensation of a resultant requires less compensation forces as the respective balance of individual forces.
Erzeugt
in der Kurbelwelle (
Die
von den Ausgleichsmassen (
Für die Ausgleichsgewichte
(
Da
die äußeren Grundlager
(
Im
Ausführungsbeispiel
der Kurbelwelle (
In
den Kurbelwellen (
Es
wird darauf hingewiesen, daß mit
einer gegenläufigen
Kröpfungsanordnung
(
Jedes
Ausgleichsgewicht (
Die
Ansprüche
4 bis 7 beschreiben vorteilhafte Anordnungen und Ausführungen
der Ausgleichsmassen (
Im
Anspruch 8 wird vorgeschlagen, die Kurbelwellen (
Es
versteht sich, daß eine
Kurbelwelle (
Für den V8-Rennmotor
mit einer Kurbelwelle (
- 1 bis 81 till 8
- den Zylindern zugeordnete Hubzapfenthe Cylinders assigned Hubzapfen
- 11 bis 1411 until 14
- Kurbelkröpfungencranks
- 21 bis 2521 to 25
- Grundlagermain bearing
- 31 bis 3831 to 38
- Ausgleichsgewichtecounterweights
- 4040
- Kurbelwellenmittecrankshaft center
- 41 bis 4341 to 43
- V8-KurbelwellenV8 Crankshaft
- 51, 5251 52
- AusgleichsmassenLeveling compounds
- 6161
- Schwungscheibeflywheel
- aa
- Zylinderabstandcylinder spacing
- b, cb c
- Abstände zur KurbelwellenmitteDistances to crankshaft center
- Prpr
- rotierende Massenkraft eines Zylindersrotating Mass force of a cylinder
- P1 P 1
- oszillierende Massenkraft 1.Ordnung eines Zylindersoscillating Mass force 1st order of a cylinder
- P2 P 2
- oszillierende Massenkraft 2.Ordnung eines Zylindersoscillating 2nd order mass force of a cylinder
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610002327 DE102006002327A1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Mass balance for use in V-8 crankshaft, has eight balancing weights, which engage within base bearing, where each balancing weight produces approximately equally large balancing force |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610002327 DE102006002327A1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Mass balance for use in V-8 crankshaft, has eight balancing weights, which engage within base bearing, where each balancing weight produces approximately equally large balancing force |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006002327A1 true DE102006002327A1 (en) | 2007-07-19 |
Family
ID=38190093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200610002327 Withdrawn DE102006002327A1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Mass balance for use in V-8 crankshaft, has eight balancing weights, which engage within base bearing, where each balancing weight produces approximately equally large balancing force |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006002327A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012024750A1 (en) | 2012-12-12 | 2014-06-12 | Manuela Lehmann | Mass force balancer for duplex wheel motor of combustion engine, has drive shafts and gear wheel pairs arranged such that starter generator and cooling compressor are operably mounted at diagonal front-side of engine block |
-
2006
- 2006-01-18 DE DE200610002327 patent/DE102006002327A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102012024750A1 (en) | 2012-12-12 | 2014-06-12 | Manuela Lehmann | Mass force balancer for duplex wheel motor of combustion engine, has drive shafts and gear wheel pairs arranged such that starter generator and cooling compressor are operably mounted at diagonal front-side of engine block |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |