DE102008031993A1 - Crankshaft, particularly split-pin crankshaft, for internal combustion engine, has two cheeks at distance from each other, where two stroke pivots are arranged between both cheeks - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Auslegung einer Familie von V-Motoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The The invention relates to a crankshaft according to the preamble of the claim 1, and a method for designing a family of V-engines according to the generic term of claim 5.
Bei V-Motoren sind die Zylinder stets in zwei in Bezug zueinander geneigten Reihen angeordnet, die jeweils eine Zylinderbank bilden. Die in den Zylindern der beiden Zylinderbänke auf und ab beweglichen Kolben sind jeweils über ein Pleuel mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden, die entlang ihrer Länge gewöhnlich mehrere zur Lagerung der Kurbelwelle dienende und zu deren Drehachse koaxiale Wellenzapfen, mehrere zu den Wellenzapfen parallele Hubzapfen zur schwenkbaren Lagerung der Pleuel, sowie mehrere einzeln oder paarweise zwischen den Hubzapfen und den benachbarten Wellenzapfen angeordnete, als Ausgleichsmassen dienende Wangen aufweist. Die Zylinder in den beiden Zylinderbänken sind in axialer Richtung häufig soweit gegeneinander versetzt, dass die Pleuel von zwei im Wesentlichen gegenüberliegenden Zylindern jeder Zylinderbank auf zwei unmittelbar aneinandergrenzenden Hubzapfen montiert werden können. Die beiden aneinandergrenzenden Hubzapfen können entweder fluchtende Längsmittelachsen aufweisen, so dass ein gemeinsamer Zapfen (Common Pin) gebildet wird, weshalb Kurbelwellen mit derartigen Zapfen gewöhnlich als Common-Pin-Kurbelwellen bezeichnet werden. Alternativ können die beiden aneinandergrenzenden Hubzapfen jedoch auch gegeneinander versetzte Längsmittelachsen aufweisen, wodurch ein zweigeteilter Zapfen (Split Pin) gebildet wird. Kurbelwellen mit derartigen Zapfen werden gewöhnlich als Split-Pin-Kurbelwellen bezeichnet und bevorzugt dann eingesetzt, wenn für gleichmäßige Zündabstände zwischen den Zylindern der beiden Zylinderbänke gesorgt werden soll.at V-engines, the cylinders are always in two inclined relative to each other Arranged rows, each forming a cylinder bank. In the the cylinders of the two cylinder banks movable up and down Pistons are each over a connecting rod connected to a common crankshaft running along their length usually several serving for the storage of the crankshaft and its axis of rotation Coaxial shaft journal, several parallel to the shaft journal Hubzapfen for pivotal storage of the connecting rods, as well as several individually or arranged in pairs between the crank pin and the adjacent shaft journal, having balancing masses serving cheeks. The cylinders in the two cylinder banks are common in the axial direction as far as offset from each other, that the connecting rods of two essentially opposite Cylinders of each cylinder bank on two directly adjacent crank pin can be mounted. The two adjoining crank pins can either be aligned longitudinal central axes have, so that a common pin is formed, why crankshafts with such spigots are commonly referred to as common-pin crankshafts. Alternatively you can However, the two adjacent crankpin also offset against each other Longitudinal central axis have, whereby a two-part pin (split pin) formed becomes. Crankshafts with such spigots are commonly called split-pin crankshafts designated and preferably used when for uniform firing intervals between the cylinders the two cylinder banks taken care of shall be.
Bei bekannten Split-Pin-Kurbelwellen ist zwischen den beiden Hubzapfen ebenso wie zwischen jedem Hubzapfen und der dazu benachbarten Wange eine Hohlkehle mit einem Übergangsradius vorgesehen, um die Dauerfestigkeit der Kurbelwelle an diesen stark beanspruchten Stellen zu erhöhen. Dabei ist es üblich, dass die Übergangsradien der Hohlkehlen zwischen den beiden Hubzapfen und die Übergangsradien der Hohlkehlen zwischen den Hubzapfen und den Wangen aus fertigungstechnischen Gründen dieselbe Größe aufweisen.at known split-pin crankshafts is between the two crank pins as well as between each crankpin and the adjacent cheek a groove with a transition radius provided the fatigue strength of the crankshaft to this strong increase stressed areas. It is customary that the transition radii the grooves between the two crank pins and the transition radii the flutes between the crank pin and the cheeks for manufacturing reasons the same Have size.
Anders als bei den Hohlkehlen zwischen den Hubzapfen und einer benachbarten Wange handelt es sich jedoch bei der Hohlkehle zwischen den beiden Hubzapfen nicht um eine durchgehende Hohlkehle, die mit einem gleichbleibenden Querschnitt um den gesamten Umfang der Kurbelwelle umläuft, sondern um zwei Hohlkehlenabschnitte, die sich jeweils in Form eines Kreisbogens entlang von demjenigen Teil des Umfangsrandes eines Hubzapfens erstrecken, der gegen eine Stirnfläche des jeweils anderen Hubzapfens anliegt. Die beiden kreisbogenförmigen Hohlkehlenabschnitte treffen dabei an zwei als ”Split-Pin-Zwickel” bezeichneten Stellen aufeinander, die für die Festigkeit der Kurbelwelle besonders kritisch sind, weshalb die Hohlkehle zwischen den beiden Hubzapfen einen bestimmten Mindestübergangsradius aufweisen muss, um im Bereich der beiden ”Split-Pin-Zwickel” eine übermäßige Kerbwirkung zu vermeiden.Different as in the fillets between the crank pin and an adjacent The cheek, however, is at the groove between the two Crankpin does not have a continuous groove, with a consistent Cross section around the entire circumference of the crankshaft rotates, but by two flute sections, each in the form of a circular arc extend along that part of the peripheral edge of a crank pin, the against a face the other of the other journal is applied. The two circular arc groove sections meet at two called "split pin gusset" Make each other for the strength of the crankshaft are particularly critical, which is why the groove between the two crank pins a certain minimum transition radius must be in order to avoid excessive notch effect in the area of the two "split-pin gusset".
Wenn die Übergangsradien der Hohlkehlen zwischen den Hubzapfen und den Wangen aus fertigungstechnischen Gründen dieselbe Größe wie die Übergangsradien der Hohlkehlen zwischen den beiden Hubzapfen aufweisen, sind die zuerst genannten bergangsradien jedoch im Vergleich zu den zuletzt genannten Übergangsradien überdimensioniert. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Baulänge der Kurbelwelle über das notwendige Maß hinaus vergrößert wird.If the transition radii the fillets between the crank pin and the cheeks from production engineering establish the same size as the transition radii have the grooves between the two crank pins are the However, first-mentioned transitional radii oversized compared to the last-mentioned transition radii. This in turn has the consequence that the length of the crankshaft over the necessary level is enlarged.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Baulänge ohne Beeinträchtigung der Festigkeit verkleinert werden kann.outgoing This is the object of the invention, a crankshaft of the type mentioned above to improve that the length without impairment the strength can be reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Übergangsradius, d. h. der Übergangsradius R1 der Hohlkehle zwischen zwei aneinandergrenzenden Hubzapfen, größer ist als der zweite Übergangsradius R2, d. h. der Übergangsradius der Hohlkehle zwischen einem Hubzapfen und einer benachbarten Wange.These Task is inventively characterized solved, that the first transition radius, d. H. the transition radius R1 of the groove between two adjacent crankpins, is greater than the second transition radius R2, d. H. the transition radius the groove between a crank pin and an adjacent cheek.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Übergangsradius R1 zweckmäßig um mindestens 40% größer, bevorzugter um mindestens 60% größer und am besten um mindestens 80% größer als der zweite Übergangsradius R2 ist.A advantageous embodiment of the invention provides that the first transition radius R1 expediently at least 40% larger, more preferred at least 60% larger and best at least 80% greater than the second transition radius R2 is.
Da bei gleicher Breite der Hubzapfen bei einer Split-Pin-Kurbelwelle im Vergleich zu einer Common-Pin-Kurbelwelle der Abstand von gegenüberliegenden Stirnflächen der beiderseits der Hubzapfen angeordneten Wangen unterschiedlich bemessen werden muss, wird weiter ein Verfahren zur Auslegung einer Familie von V-Motoren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem ein Bankversatz e der Zylinderbänke er findungsgemäß für die V-Motoren mit der Split-Pin-Kurbelwelle festgelegt und dann bei den V-Motoren mit der Common-Pin-Kurbelwelle übernommen wird.There at the same width of the crank pin in a split-pin crankshaft compared to a common-pin crankshaft the distance from opposite faces the sides of the crank pin arranged cheeks different must be further dimensioned a procedure for the interpretation of a Proposed family of V-engines of the type mentioned, in which a bank offset e of the cylinder banks he inventively for the V-engines fixed with the split-pin crankshaft and then with the V-engines adopted with the common-pin crankshaft becomes.
Diesem Auslegungsverfahren liegt der Gedanke zugrunde, dass bei der Split-Pin-Kurbelwelle bei gleicher Breite der Hubzapfen der Abstand von gegenüberliegenden Stirnflächen der beiderseits der Hubzapfen angeordneten Wangen etwas größer sein muss als bei einer für den Einbau in denselben V-Motorentyp vorgesehenen Common-Pin-Kurbelwelle. Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination können beide Kurbelwellentypen in derselben Motorenfamilie eingesetzt werden, ohne dass Modifikationen am Zylinderkurbelgehäuse erforderlich sind.This design method is based on the idea that in the split-pin crankshaft for the same width of the crank pin, the distance from opposite end faces of the cheeks arranged on both sides of the crank pin must be somewhat greater than in the case of a common pin crankshaft provided for installation in the same V engine type. Due to the feature combination according to the invention, both types of crankshaft can be used in the same engine family, without modifications to the cylinder crankcase are required.
Bei dem erfindungsgemäßen Auslegungsverfahren bezeichnet der Bankversatz e wie üblich den Versatz der Längsmittelachsen von zwei im Wesentlichen gegenüberliegenden Zylindern der beiden Zylinderbänke in axialer Richtung der Kurbelwelle, wobei dieser Bankversatz dem Abstand der senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle ausgerichteten Längsmittelebenen von zylindrischen Umfangsflächen der beiden aneinandergrenzenden Hubzapfen entspricht.at the design method according to the invention Bank offset e, as usual, denotes the offset of the longitudinal center axes of two essentially opposite Cylinders of the two cylinder banks in the axial direction of the crankshaft, said bank offset the Distance of the aligned perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft longitudinal central planes of cylindrical peripheral surfaces corresponds to the two adjacent crankpin.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bankversatz e der Zylinder der beiden Zylinderbänke bei den V-Motoren mit der Split-Pin-Kurbelwelle e = R1 + 2b1 + c beträgt, wobei R1 der Übergangsradius der Hohlkehle zwischen den beiden aneinandergrenzenden Hubzapfen, b1 ein Bearbeitungsfreigang beiderseits dieser Hohlkehle und c die Breite jedes einzelnen Hubzapfens ist.A preferred embodiment of the invention provides that the bank offset e the cylinder of the two cylinder banks on the V-engines with the split-pin crankshaft e = R1 + 2b1 + c, where R1 is the transition radius the groove between the two adjoining crank pins, b1 a processing clearance on both sides of this groove and c the Width of each individual crankpin is.
Dieser Bankversatz e ist um die Breite a = R1 + 2b1 größer als der Bankversatz e, der sich bei einer ausschließlich mit Common-Pin-Kurbelwellen ausgestatteten V-Motorenfamilie ergeben würde, nämlich e = c.This Bank offset e is greater than the bank offset e by the width a = R1 + 2b1 which is at one exclusively with common-pin crankshaft-equipped V-engine family, namely e = c.
Um diese zusätzlich vorhandene Breite a besser auszunutzen, sind verschiedene Gestaltungsvarianten denkbar. Eine erste besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass bei den V-Motoren mit der Common-Pin-Kurbelwelle die Breite f einer Lagerschale eines auf jedem Hubzapfen montierten Pleuels so festgelegt wird, dass sie etwas größer als die Breite c des Hubzapfens ist, d. h. f > c. Wenn in diesem Fall zwischen jedem Hubzapfen und der zum Hubzapfen benachbarten Wange ein Übergangsradius R2 vorgesehen wird, muss jedoch die Lagerschale in Bezug zur Zylinderachse asymmetrisch angeordnet werden, indem man einen axialen Versatz g zwischen der Längsmittelebene der Lagerschale und der Längsmittelachse der zugehörigen Zylinderbohrung vorsieht. Dieser Versatz g beträgt vorzugsweise (f – c)/2, wobei f die Breite der Lagerschale und c die Breite jedes einzelnen Hubzapfens ist, wie oben bereits angegeben.Around this in addition Existing width a better exploit, are different design variants conceivable. A first particularly advantageous variant provides that For the V-engines with the common-pin crankshaft, the width f Bearing shell of a mounted on each crank pin connecting rod so determined Will that be something bigger than you the width c of the crank pin is d. H. f> c. If in this case between each Hubzapfen and the crank pin adjacent cheek a transition radius R2 is provided, however, the bearing shell must be in relation to the cylinder axis be arranged asymmetrically by giving an axial offset g between the longitudinal center plane the bearing shell and the longitudinal center axis the associated Cylinder bore provides. This offset g is preferably (f - c) / 2, where f is the width of the bearing shell and c is the width of each one Hubzapfens is, as already stated above.
Um eine asymmetrische Anordnung der Pleuellagerschale zu vermeiden, kann der Übergangsradius R2 zwischen jedem Hubzapfen und der dazu benachbarten Wange alternativ jedoch auch in einer Freilegung oder einem Freistich zwischen jedem Hubzapfen und der zum Hubzapfen benachbarten Wange angeordnet werden.Around to avoid an asymmetrical arrangement of the connecting rod bearing shell, can the transition radius R2 between each crank pin and the adjacent cheek alternatively but also in an exposure or an undercut between each Hubzapfen and the crank pin adjacent cheek be arranged.
Eine weitere alternative Variante sieht vor, dass bei den Common-Pin-Kurbelwellen eine gemeinsame Breite d der beiden Hubzapfen vergrößert wird, vorzugsweise um das Maß R1 + 2b1, das der Summe aus dem Übergangsradius R1 und den beiden Bearbeitungsfreigängen b1 beiderseits dieses Übergangsradius R1 entspricht.A Another alternative variant is that common-pin crankshafts a common width d of the two crank pins is increased, preferably by the measure R1 + 2b1, which is the sum of the transition radius R1 and the two processing releases b1 on both sides of this transition radius R1 corresponds.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to an illustrated in the drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:
Der
in
Wie
am besten in
Eine
weitere Hohlkehle
Die
beiden Abschnitte der Hohlkehle
Um
eine möglichst
kurze Baulänge
der Kurbelwelle
Durch
den im Verhältnis
zum Krümmungsradius
R2 relativ großen
Krümmungsradius
R1 kann die Festigkeit der Kurbelwelle
Wegen
der zwischen den beiden Hubzapfen
Aus
diesem Grund werden die V-Motoren der Familie zweckmäßig so ausgelegt,
dass ein Bankversatz e (
Wie
sich ebenfalls aus
Um
dieses zusätzliche
Maß a
auszunutzen, kann bei den V-Motoren mit der Common-Pin-Kurbelwelle
Um
eine asymmetrische Anordnung der Pleuellagerschalen
- 11
- Kurbelwellecrankshaft
- 22
- Wellenzapfenshaft journal
- 33
- Wellenzapfenshaft journal
- 44
- Wangecheek
- 55
- Wangecheek
- 66
- Hubzapfencrank pins
- 77
- Hubzapfencrank pins
- 88th
- Drehachse Kurbelwelleaxis of rotation crankshaft
- 99
- Umfangsfläche HubzapfenCircumference Hubpins
- 1010
- Stirnfläche WangeFace cheek
- 1111
- Hohlkehle Hubzapfen/Wangefillet Crank pins / cheek
- 1212
- Hohlkehle Hubzapfen/Wangefillet Crank pins / cheek
- 1313
- Hohlkehle Hubzapfen/Hubzapfenfillet Crank pin / crank pins
- 1414
- Split-Pin-ZwickelSplit pin Zwickel
- 1515
- Stirnfläche HubzapfenEnd face crankpin
- 1616
- Längsmittelebene Umfangsfläche HubzapfenLongitudinal center plane peripheral surface crank pins
- 1717
- Längsmittelebene Umfangsfläche HubzapfenLongitudinal center plane peripheral surface crank pins
- 1818
- Lagerschalebearing shell
- 1919
- Freilegungexposure
- aa
- zusätzliche Breiteadditional width
- b1b1
- BearbeitungsfreigangMachining clearance
- b2b2
- BearbeitungsfreigangMachining clearance
- cc
- HubzapfenbreiteHubzapfenbreite
- dd
- Abstand Wangenstirnflächen bzw. Bearbeitungsfreigänge b2distance Cheeks faces or processing releases b2
- ee
- BankversatzBank offset
- ff
- Breite Lagerschalewidth bearing shell
- gG
- Versatzoffset
Claims (13)
Priority Applications (1)
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DE102008031993.7A DE102008031993B4 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Split-pin crankshaft and method for designing a family of V-engines |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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- 2008-07-07 DE DE102008031993.7A patent/DE102008031993B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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DE102008031993B4 (en) | 2018-01-11 |
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