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

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 Download PDF

Info

Publication number
DE102006002327A1
DE102006002327A1 DE200610002327 DE102006002327A DE102006002327A1 DE 102006002327 A1 DE102006002327 A1 DE 102006002327A1 DE 200610002327 DE200610002327 DE 200610002327 DE 102006002327 A DE102006002327 A DE 102006002327A DE 102006002327 A1 DE102006002327 A1 DE 102006002327A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mass
balancing
crankshafts
weights
balance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200610002327
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Puchas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE200610002327 priority Critical patent/DE102006002327A1/en
Publication of DE102006002327A1 publication Critical patent/DE102006002327A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/24Compensation of inertia forces of crankshaft systems by particular disposition of cranks, pistons, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/06Engines with means for equalising torque
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/28Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same
    • F16F15/283Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same for engine crankshafts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

The balance has four crank throws that are arranged in the cross form. Each of the crank throws with adjacent crank throws forms an angle of exclusively 90 degrees, in the crank shaft for reduction of residual mass force from the oscillating mass forces. The residual mass force is not equalized by a balancing weight and acts in a center of a base bearing. Eight balancing weights (31-38) engage within the base bearing, where each of the balancing weights produces approximately equally large balancing force.

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.

(1) zeigt die Hebelverhältnisse in der Kurbelkröpfung für das Ausführungsbeispiel.( 1 ) shows the lever ratios in the crank throw for the embodiment.

In der bekannten V8/90°-Kurbelwelle wird das mittige dritte Grundlager (23) durch die beiden angreifenden, zueinander in einem Winkel von 180° stehenden Kurbelkröpfungen (12, 13) am höchsten durch die einwirkenden oszillierenden Massenkräfte belastet.In the familiar V8 / 90 ° crankshaft, the central third base bearing ( 23 ) by the two attacking, each other at an angle of 180 ° standing crankshafts ( 12 . 13 ) is highest loaded by the acting oscillating mass forces.

(2) zeigt die auf das Grundlager (23) wirkende resultierende Lagerbelastung aus den oszillierenden Massenkräften 1. und 2.Ordnung, die durch Ausgleichsgewichte nicht verringert werden kann, da in den Kurbelkröpfungen (12, 13) angeordnete Ausgleichsgewichte zueinander ebenfalls einen Winkel von 180° bilden würden und sie sich in ihrer Ausgleichswirkung im Grundlager (23) gegenseitig aufheben, wie dies auch für die rotierenden Massenkräfte der Zylinder (2, 6 und 3, 7) der Fall ist.( 2 ) points to the base camp ( 23 ) resulting bearing load from the oscillating mass forces 1st and 2nd order, which can not be reduced by balance weights, since in the crankshafts ( 12 . 13 ) arranged balancing weights would also form an angle of 180 ° to each other and they in their balancing effect in the base camp ( 23 ) cancel each other, as well as for the rotating mass forces of the cylinder ( 2 . 6 and 3 . 7 ) the case is.

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 (23) wirkenden Zünddruckes aus den Zylindern (3 oder 6) entspricht, wobei (P1) die oszillierende Massenkraft 1.Ordnung eines Zylinders bedeutet.At a speed of 18000 rpm, the load with (0.487 P 1 ) reaches a height which is approximately 2.5 times the value of the basic bearing ( 23 ) acting ignition pressure from the cylinders ( 3 or 6 ), where (P 1 ) means the oscillating mass force of the 1st order of a cylinder.

Das auf diese Belastung dimensionierte Grundlager (23) wird aus Fertigungsgründen auf die geringer durch die oszillierenden Massenkräfte belasteten Grundlager (21, 22, 24, 25) übertragen mit gravierenden Nachteilen bezüglich Verlustreibung und Motorleistung.The basic bearing dimensioned for this load ( 23 ) is for manufacturing reasons on the lower burdened by the oscillating inertial forces base camp ( 21 . 22 . 24 . 25 ) with serious disadvantages in terms of loss friction and engine performance.

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.

(3) zeigt im Kurbelstern der beispielhaften Kurbelwelle (41) für einen V8/90°-Rennmotor ein Massenausgleichs-Konzept für eine reduzierte Restmassenkraft im mittigen Grundlager (23) durch speziell angeordnete Kurbelkröpfungen (11 bis 14) und mit acht Ausgleichsgewichten (31 bis 38) nach dem Anspruch 1,( 3 ) shows in the crank star of the exemplary crankshaft ( 41 ) for a V8 / 90 ° -Rennmotor a mass balance concept for a reduced residual mass force in the central base camp ( 23 ) by specially arranged crankshafts ( 11 to 14 ) and with eight balance weights ( 31 to 38 ) according to claim 1,

(4) die zu (3) zugehörige Längsansicht.( 4 ) to ( 3 ) associated longitudinal view.

Mit der Anordnung der Kurbelkröpfungen (11 bis 14) werden zunächst gleiche Voraussetzungen für die Grundlager (22 bis 24) geschaffen.With the arrangement of the cranks ( 11 to 14 ), the same prerequisites for the basic camps ( 22 to 24 ) created.

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 (31 bis 38) werden die Grundlager (21 bis 25) von den Massenkräften entlastet sowie das rotierende Moment und das Moment 1.Ordnung vollständig ausgeglichen.With the balance weights ( 31 to 38 ) the basic camps ( 21 to 25 ) relieved of the inertial forces as well as the rotating moment and the 1st order moment fully balanced.

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 (41) erzeugte Moment 2.Ordnung von (2,828 P2·a) des nach der Zylinderzahl um 60 % schwereren V8 vergleichsweise im Fünfzylinder Auswirkungen ergeben, die gegenüber den (4,98 P2·a) des Serienmotors um etwa 65 % geringer sind und deshalb in der V8-Motormasse untergehen.Compared with the second- order moment of (4.98 P 2 · a) in the in-line five-cylinder engine, the crankshaft ( 41 ) second order of (2,828 P 2 · a) of the cylinder number by 60% heavier V8 comparatively result in the five-cylinder effects, which are compared to the (4.98 P 2 · a) of the series engine by about 65% lower and therefore sink in the V8 engine mass.

Erzeugt in der Kurbelwelle (41) nach dem Anspruch 2 jedes Ausgleichsgewicht (32 bis 37) eine Ausgleichskraft von der Größe (1,0 Pr + 0,48 P1) und jedes Ausgleichsgewicht (31, 38) eine Ausgleichskraft von etwa (1,0 Pr + 0,50 P1), sind damit alle rotierenden Massenkräfte vollständig ausgeglichen.Produced in the crankshaft ( 41 ) according to claim 2 of each balance weight ( 32 to 37 ) a balancing force of the size (1.0 Pr + 0.48 P 1 ) and each balancing weight ( 31 . 38 ) a balancing force of about (1.0 Pr + 0.50 P 1 ), so that all rotating mass forces are fully balanced.

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 (22 bis 24) von umge rechnet etwa (0,213 P1) und in den beiden Grundlagern (21, 25) von umgerechnet maximal etwa (0,26 P1), wie in (5) und (6) dargestellt.In the relation of the design example of (P 2 = 0.2 P 1 ), a residual force remains from the oscillating mass forces of the 1st and 2nd order in the base camps ( 22 to 24 ) of approximately (0.213 P 1 ) and in the two bases ( 21 . 25 ) of at most about (0.26 P 1 ), as in ( 5 ) and ( 6 ).

Damit wird in der Kurbelwelle (41) gegenüber dem Massenausgleich in der bekannten V8-Kurbelwelle die im mittigen Grundlager (23) verbleibende Restmassenkraft um 56 % verringert. Für die geringfügig größeren Ausgleichsgewichte (31, 38) reicht eine Dicke von 10,5 mm.This is in the crankshaft ( 41 ) compared to the mass balance in the known V8 crankshaft in the central base camp ( 23 ) remaining Residual mass decreased by 56%. For the slightly larger balance weights ( 31 . 38 ) reaches a thickness of 10.5 mm.

Nach dem Anspruch 3 werden zur Maximierung der Pleuelbreiten in der Kurbelwelle (42) acht kleinere Ausgleichsgewichte (31 bis 38) zwischen den Kurbelkröpfungen (11 bis 14) und zusätzlich zwei Ausgleichsmassen (51, 52) angeordnet, wie in (7) dargestellt.According to claim 3 are used to maximize the connecting rod widths in the crankshaft ( 42 ) eight smaller balance weights ( 31 to 38 ) between the crankshafts ( 11 to 14 ) and in addition two balancing weights ( 51 . 52 ), as in ( 7 ).

(8) zeigt dazu in verfachter Darstellung die zugehörige Längsansicht der Kurbelwelle (42) und( 8th ) shows in a flattened representation of the associated longitudinal view of the crankshaft ( 42 ) and

(9) die geänderten Hebelverhältnisse in den Kurbelkröpfungen (11 bis 14).( 9 ) the changed lever ratios in the crankshafts ( 11 to 14 ).

Wurden in der Kurbelwelle (41) mit den Kurbelkröpfungen (11 bis 14) diametral gegenüber liegenden Ausgleichsgewichten (31 bis 38) die erzeugten Massenkräfte in jeder Kurbelkröpfung (11 bis 14) für sich ausgeglichen, sind in (7) die Ausgleichsgewichte (32 bis 37) derart angeordnet, daß sie in der Wirkebene der aus den einwirkenden rotierenden Kräften und Kräften 1.Ordnung gebildeten Resultierenden die Grundlager (22 bis 24) entlasten.Were in the crankshaft ( 41 ) with the cranks ( 11 to 14 diametrically opposed counterweights ( 31 to 38 ) the mass forces generated in each crank throw ( 11 to 14 ) are balanced for themselves, are in ( 7 ) the balancing weights ( 32 to 37 ) are arranged in such a way that in the plane of action of the resultant of the acting rotating forces and 1st order forces, the base camp ( 22 to 24 ) relieve.

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 (42) jedes Ausgleichsgewicht (31 bis 38) eine Ausgleichskraft von etwa (0,849 Pr + 0,406 P1) und jede Ausgleichsmasse (51, 52) im zugehörigen Grundlager (21, 25) eine Ausgleichskraft von etwa (0,565 Pr + 0,301 P1), so beträgt die verbleibende Restmassenkraft aus den Kräften 1. und 2.Ordnung in den Grundlagern (22 bis 25) umgerechnet je (0,228 P1) und in den Grundlagern (21, 25) umgerechnet je (0,274 P1).Produced in the crankshaft ( 42 ) each balance weight ( 31 to 38 ) a balancing force of approximately (0.849 Pr + 0.406 P 1 ) and each balancing mass ( 51 . 52 ) in the associated basic warehouse ( 21 . 25 ) has a balancing force of approximately (0.565 Pr + 0.301 P 1 ), the residual mass force remaining from the 1st and 2nd order forces in the bases ( 22 to 25 ) each (0,228 P 1 ) and in the bases ( 21 . 25 ) converted each (0.274 P 1 ).

Die von den Ausgleichsmassen (51, 52) in ihrer Anordnungsebene zu erzeugenden Ausgleichskräfte sind um so kleiner, je größer die Hebelarme (b, c) zur Kurbelwellenmitte (40) gewählt werden.The of the balancing weights ( 51 . 52 ) in their arrangement plane to be generated equalizing forces are the smaller, the larger the lever arms (b, c) to the crankshaft center ( 40 ) to get voted.

Für die Ausgleichsgewichte (31 bis 38) der Kurbelwelle (42) reicht bei einem Radius von 87 mm eine Dicke von 9 mm, womit Pleuelbreiten von 23,5 mm einsetzbar sind.For the balance weights ( 31 to 38 ) of the crankshaft ( 42 ) is sufficient for a radius of 87 mm, a thickness of 9 mm, with which conrod widths of 23.5 mm can be used.

Da die äußeren Grundlager (21, 25) eine höhere Restmassenkraft aufweisen als die inneren Grundlager (22 bis 24), werden nach dem Anspruch 10 die Grundlager (21, 25) der höheren Belastung entsprechend verbreitert.Since the outer base camp ( 21 . 25 ) have a higher residual mass force than the inner basic bearing ( 22 to 24 ), according to claim 10 the basic storage ( 21 . 25 ) of the higher load correspondingly widened.

Im Ausführungsbeispiel der Kurbelwelle (42) wird bei gleichem Durchmesser eine Verbreiterung von 17 mm auf 20,5 mm vorgeschlagen.In the embodiment of the crankshaft ( 42 ), a widening from 17 mm to 20.5 mm is proposed for the same diameter.

In den Kurbelwellen (41, 42), von der Kurbelkröpfung (11) aus in Richtung Kurbelkröpfung (14) gesehen und im Uhrzeigerdrehsinn gelesen, sind die Kurbelkröpfungen (11 bis 14) in der Reihenfolge (11-12-13-14) angeordnet.In the crankshafts ( 41 . 42 ), from the crank throw ( 11 ) off in the direction of crank throw ( 14 ) and read in a clockwise direction, are the crankshafts ( 11 to 14 ) in this order ( 11 - 12 - 13 - 14 ) arranged.

Es wird darauf hingewiesen, daß mit einer gegenläufigen Kröpfungsanordnung (11-14-13-12) sich geringfügige Veränderungen für die Ausgleichsgewichte (31 bis 38) und für die Ausgleichsmassen (51, 52) ergeben.It should be noted that with an opposing bend arrangement ( 11 - 14 - 13 - 12 ) slight changes for the balancing weights ( 31 to 38 ) and for the balancing weights ( 51 . 52 ).

Jedes Ausgleichsgewicht (31 bis 38) erzeugt dann eine erforderliche Ausgleichskraft von (0,849 Pr + 0,44 P1) und die Ausgleichsmassen (51,52) in den zugehörigen Grundlagern (21, 25) eine Ausgleichskraft von (0,565 Pr + 0,267 P1). Die Restmas senkraft in den Grundlagern (22 bis 24) beträgt dann umgerechnet je etwa (0,234 P1) und in den Grundlagern (21, 25) je etwa (0,264 P1).Each balance weight ( 31 to 38 ) then generates a required balancing force of (0.849 Pr + 0.44 P 1 ) and the balancing weights (51, 52) in the associated base bearings ( 21 . 25 ) a balancing force of (0.565 Pr + 0.267 P 1 ). The Restmas senkenkt in the bases ( 22 to 24 ) is then converted at about (0.234 P 1 ) and in the base camps ( 21 . 25 ) each about (0,264 P 1 ).

Die Ansprüche 4 bis 7 beschreiben vorteilhafte Anordnungen und Ausführungen der Ausgleichsmassen (51, 52).The claims 4 to 7 describe advantageous arrangements and embodiments of the balancing masses ( 51 . 52 ).

Im Anspruch 8 wird vorgeschlagen, die Kurbelwellen (41 bis 43) ohne Ausgleichsgewichte (31 bis 38) in hoch vergütbarem Werkstoff zu schmieden und die getrennt in weniger hochwertigem Werkstoff hergestellten Ausgleichsgewichte (31 bis 38) nach dem Anspruch 9 z.B. durch Laserstrahl-Schweißung mit den Kurbelwellen (41 bis 43) zu verbinden.In claim 8 is proposed, the crankshafts ( 41 to 43 ) without balancing weights ( 31 to 38 ) in highly heat-treatable material and the balance weights ( 31 to 38 ) according to claim 9, for example by laser beam welding with the crankshafts ( 41 to 43 ) connect to.

Es versteht sich, daß eine Kurbelwelle (43) mit von den beiden Ausführungsbeispielen abweichenden geometrischen Werten in den Kurbelkröpfungen (11 bis 14), für anders positionierte Ausgleichsgewichte (31 bis 38), für anders gewählte Ausgleichsgrade der Massenkräfte in den Grundlagern (21 bis 25), für V8-Motoren mit von 90° abweichendem V-Winkel und ggf. mit versetzten Hubzapfen (1 bis 8) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 14), nach dem Anspruch 11 analog zu den beispielhaften Kurbelwellen (41, 42) ausgelegt wird, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.It is understood that a crankshaft ( 43 ) with deviating from the two embodiments geometric values in the crankcases ( 11 to 14 ), for differently positioned balance weights ( 31 to 38 ), for differently chosen degrees of balance of mass forces in the base camps ( 21 to 25 ), for V8 engines with a V-angle deviating from 90 ° and possibly with staggered crank pins ( 1 to 8th ) in the crankshafts ( 11 to 14 ), according to claim 11 analogous to the exemplary crankshafts ( 41 . 42 ) without departing from the scope of the present invention.

Für den V8-Rennmotor mit einer Kurbelwelle (41 bis 43) wird schließlich eine leichte und platzsparende vierflutige Auspuffanlage vorgeschlagen, in der in vier Auspuffkrümmern die Auslaßabstände jeweils 270° und 450° betragen, wozu für eine Zylinderreihe die Auslaßkanäle des ersten und zweiten sowie des dritten und vierten Zylinders und für die andere Zylinderreihe der erste und vierte sowie der zeite und dritte Auslaßkanal in je einen Auspuffkrümmer einmünden.For the V8 racing engine with a crankshaft ( 41 to 43 ) Finally, a lightweight and space-saving four-valve exhaust system is proposed, in which four Auspuffkrümmern the exhaust intervals are 270 ° and 450 °, including for a row of cylinders, the exhaust ports of the first and second and the third and fourth cylinder and for the other cylinder row of the first and fourth as well as the times and third outlet channel each lead into an exhaust manifold.

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)

Massenausgleiche in V8-Kurbelwellen mit vier in Kreuzform angeordneten Kurbelkröpfungen, insbesondere für V8-Rennmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kurbelwelle (41 bis 43) zur Reduzierung der im mittigen Grundlager (23) in der Summe wirksamen und nicht durch Ausgleichsgewichte (31 bis 38) ausgeglichenen Restmassenkraft aus den oszillierenden Massenkräften 1. und 2.Ordnung jede Kurbelkröpfung (11 bis 13) mit ihrer nächst folgenden Kurbelkröpfung (12 bis 14) einen Winkel von ausschließlich 90° bildet, innerhalb der Grundlager (21 bis 25) ausschließlich acht Ausgleichsgewichte (31 bis 38) an den Grundlagern (21 bis 25) angreifen und jedes Ausgleichsgewicht (31 bis 38) eine etwa gleich große Ausgleichskraft erzeugt.Mass balancing in V8 crankshafts with four crankshafts arranged in a cruciform manner, in particular for V8 racing engines, characterized in that in the crankshaft (in 41 to 43 ) for the reduction in the central base camp ( 23 ) in the sum effective and not by balancing weights ( 31 to 38 ) balanced residual mass force from the oscillating mass forces 1st and 2nd order each crank throw ( 11 to 13 ) with its next following crank throw ( 12 to 14 ) forms an angle of only 90 °, within the basic bearing ( 21 to 25 ) only eight balance weights ( 31 to 38 ) at the base camps ( 21 to 25 ) and each balance weight ( 31 to 38 ) produces an approximately equal balancing force. Massenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelstern der Kurbelwelle (41) gesehen, die Ausgleichsgewichte (32 bis 37) mit ihren zugehörigen Kurbelkröpfungen (11 bis 14) einen Winkel von 180° und die Ausgleichsgewichte (31, 38) mit den zugehörigen Kurbelkröpfungen (11, 14) einen Winkel von etwa 179,5° bilden.Mass balance according to claim 1, characterized in that in the crank star of the crankshaft ( 41 ), the balance weights ( 32 to 37 ) with their associated crankshafts ( 11 to 14 ) an angle of 180 ° and the balance weights ( 31 . 38 ) with the associated crankshafts ( 11 . 14 ) form an angle of about 179.5 °. Massenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelstern der Kurbelwelle (42) gesehen, zur Maximierung der Pleuelbreite die am Grundlager (22) angreifenden Ausgleichsgewichte (32, 33) mit beiden Kurbelkröpfungen (13, 14) einen Winkel von 45° und mit den am Grundlager (24) angreifenden Ausgleichsgewichten (36,37) einen Winkel von 180° bilden, die am mittigen Grundlager (23) angreifenden Ausgleichsgewichte (35, 36) mit beiden Kurbelkröpfungen (11, 14) einen Winkel von 45° und mit den jeweils an einem äußeren Grundlager (21, 25) angreifenden Ausgleichsgewichten (31, 38) einen Winkel von 180° bilden und zusätzlich zum vollständigen Ausgleich des rotierenden Massenmomentes und des Massenmomentes 1.Ordnung außerhalb der Grundlager (21, 25) je an einem Ende der Kurbelwelle (42) auf die Kurbelwelle (42) einwirkende Ausgleichsmassen (51, 52) angeordnet sind.Mass balance according to claim 1, characterized in that in the crank star of the crankshaft ( 42 ), to maximize the connecting rod width at the base camp ( 22 ) counterbalancing weights ( 32 . 33 ) with both crankshafts ( 13 . 14 ) an angle of 45 ° and with the base ( 24 ) counterbalancing weights ( 36 . 37 ) form an angle of 180 °, which at the central base camp ( 23 ) counterbalancing weights ( 35 . 36 ) with both crankshafts ( 11 . 14 ) an angle of 45 ° and with each at an outer base ( 21 . 25 ) counterbalancing weights ( 31 . 38 ) form an angle of 180 ° and in addition to the complete compensation of the rotating mass moment and the 1st order mass moment outside the basic bearing ( 21 . 25 ) each at one end of the crankshaft ( 42 ) on the crankshaft ( 42 ) acting balancing masses ( 51 . 52 ) are arranged. Massenausgleich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (51, 52) nahe des Grundlagers (21, 25) ein Ausgleichsgewicht bildet.Mass balance according to claim 3, characterized in that the balancing mass ( 51 . 52 ) near the base camp ( 21 . 25 ) forms a balance weight. Massenausgleich nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Ausgleichsmasse (51,52) gebildetes Ausgleichsgewicht einen größeren Radius aufweist als die Ausgleichsgewichte (31 bis 38).Mass balance according to claim 4, characterized in that one of the balancing mass ( 51 . 52 ) formed balance weight has a larger radius than the balance weights ( 31 to 38 ). Massenausgleich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (52) in der Schwungscheibe (61) angeordnet ist.Mass balance according to claim 3, characterized in that the balancing mass ( 52 ) in the flywheel ( 61 ) is arranged. Massenausgleich nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (52) durch diametral gegenüber liegende Materialaussparungen in der Schwungscheibe (61) geschaffen wird.Mass balance according to claim 6, characterized in that the balancing mass ( 52 ) by diametrically opposite material recesses in the flywheel ( 61 ) is created. Massenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen (41 bis 43) ohne Ausgleichsgewichte (31 bis 38) aus hochwertigem Werkstoff geschmiedet und die getrennt aus minderem Werkstoff hergestellten Ausgleichsgewichte (31 bis 38) mit den Kurbelwellen (41 bis 43) starr verbunden werden.Mass balance according to claim 1, characterized in that the crankshafts ( 41 to 43 ) without balancing weights ( 31 to 38 ) made of high-quality material and the balance weights produced separately from inferior material ( 31 to 38 ) with the crankshafts ( 41 to 43 ) are rigidly connected. Massenausgleich nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgewichte (31 bis 38) durch Elektronen- oder Laser-Strahl mit den Kurbelwellen (41 bis 43) verschweißt werden.Mass balance according to claim 8, characterized in that the balance weights ( 31 to 38 ) by electron or laser beam with the crankshafts ( 41 to 43 ) are welded. Massenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Grundlager (21,25) der Kurbelwellen (41 bis 43) gegenüber den inneren Grundlagern (22 bis 24) eine größere Lagerbreite aufweisen, die der höheren Belastung durch die Restmassenkräfte entsprechend angepaßt ist.Mass balance according to claim 1, characterized in that the two outer basic bearings ( 21 . 25 ) of crankshafts ( 41 to 43 ) in relation to the internal bases ( 22 to 24 ) have a larger bearing width, which is adapted to the higher load by the residual mass forces accordingly. Massenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurbelwelle (43) mit von den Ausführungsbeispielen der Kurbelwellen (41, 42) abweichenden geometrischen Werten in den Kurbelkröpfungen (11 bis 14), für anders gewählte Ausgleichsgrade der Massenkräfte in den Grundlagern (21 bis 25), für geänderte Positionierungen der Ausgleichsgewichte (31 bis 38) oder für einen von 90° abweichenden V-Winkel mit ggf. versetzten Hubzapfen (1 bis 8) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 14), analog zu den Kurbelwellen (41, 42) ausgelegt wird.Mass balance according to claim 1, characterized in that a crankshaft ( 43 ) of the embodiments of the crankshafts ( 41 . 42 ) deviating geometric values in the crankshafts ( 11 to 14 ), for differently chosen degrees of balance of mass forces in the base camps ( 21 to 25 ), for changed positioning of the balancing weights ( 31 to 38 ) or for a V-angle deviating from 90 ° with possibly offset crank pins ( 1 to 8th ) in the crankshafts ( 11 to 14 ), analogous to the crankshafts ( 41 . 42 ) is designed.
DE200610002327 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 Withdrawn DE102006002327A1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4019304C1 (en)
EP2558683B1 (en) Reciprocating piston engine with improved mass equalization
DE102013203560A1 (en) Internal combustion engine with arranged on the crankshaft and serving as an imbalance balance weight and method for producing the crankshaft
EP1923600B1 (en) Counterweight system for an internal combustion engine in a motor vehicle
DE102009047545A1 (en) Multi-cylinder in-line internal combustion engine e.g. three-cylinder engine, for motor vehicle, has balancing masses that are arranged such that balancing of inertia forces corresponds to specific percent balancing of mass forces
DE102013206931A1 (en) Internal combustion engine comprising a crankshaft with balancing weight serving as unbalance and method for producing the crankshaft
DE102011000585A1 (en) Multi-cylinder in-line internal combustion engine for a motor vehicle, and method for operating the same
DE102005054761A1 (en) Internal combustion engine
DE3720559A1 (en) Device for balancing alternating torques
DE10245376A1 (en) Crankshaft for 3 cylinder in-line IC engine esp. for motor vehicles has compensation masses located inside crankshaft bearings, to compensate rotating mass momentum and oscillating mass momentum
DE102006002327A1 (en) 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
DE2904066A1 (en) IC engine layout using uneven number of cylinders - has two crankpins carrying different number of connecting rod assemblies
DE102011078356A1 (en) Multi-cylinder in-line engine for a motor vehicle, and method of operating the same
DE4024400A1 (en) MASS COMPENSATION FOR A PISTON PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
DE102008009556A1 (en) Balance shaft of an internal combustion engine
DE10207077A1 (en) Crankshaft with four six and eight cylinder engines has V-angle of 75 degrees, and V-6 engine and V-8 engine each have crank offset of crank pins in crank throws uniformly equalling 30 degrees
DE102017101709B4 (en) Modular single-cylinder dynamometer engine and crankcase for this engine
DE102009055757A1 (en) Internal combustion engine e.g. three-cylinder internal combustion engine, for motor vehicle, has crankshaft provided with pins, where forces resulting from rotation of crankshaft are balancable by piston rod and/or piston and/or by bolt
AT395204B (en) CRANKSHAFT
EP2772654B1 (en) Crankshaft with counterweight and method for the manufacture of the crankshaft
DE3842366A1 (en) Mass balance device
EP2545295B1 (en) Device for mass balancing of a reciprocating-piston internal combustion engine
DE2941515A1 (en) Piston engine crank mechanism - has gears in web meshing with others on connecting rod and main bearing
DE102009050628B4 (en) Device for compensating for the second-order inertial forces for an in-line piston internal combustion engine
DE10218032A1 (en) Crankshaft for six-cylinder V-engine has two counterweights connected to each crank throw, forming angle of 360 degrees, with each counterweight creating compensating force to balance out rotating and oscillating inertia forces

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee