DE102009008621A1

DE102009008621A1 - Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102009008621A1
Application number: DE102009008621A
Authority: DE
Inventors: Pil Sung Jang
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-03-04
Also published as: JP5207061B2; JP2010048411A; KR20100024164A; US20100043739A1; KR100957164B1; CN101660586A

Abstract

Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle, aufweisend Ausgleichsgewichte (100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140), die nacheinander in Längsrichtung der Kurbelwelle (145) von einem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, wobei im Falle, dass sich der erste Kurbelzapfen in einer Position von +90° zu einer horizontalen Linie (X-Achse) befindet, die Ausgleichsgewichte ein erstes Ausgleichsgewicht (100), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +78 bis etwa +82° zu der horizontalen Linie liegt, ein neuntes Ausgleichsgewicht (140), dessen Schwerpunkt (300) im Bereich von etwa -82 bis etwa -78° zu der horizontalen Linie liegt, ein zweites Ausgleichsgewicht (105), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +86,5 bis etwa +89° zu der horizontalen Linie liegt, ein achtes Ausgleichsgewicht (135), dessen Schwerpunkt (302) im Bereich von etwa -89 bis etwa -86,5° zu der horizontalen Linie liegt, und wenigstens eine Ausgleichsgewichtsgruppe aufweisen, deren Größe des Rotationsträgheitsmoments im Vergleich zu dem ersten oder dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 13 bis etwa 17% liegt, wobei die Größe des Rotationsträgheitsmoments des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts (105, 135) im Vergleich zu dem ersten und dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 15 bis etwa 25% liegt.

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 25. August 2008 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2008-0082895 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle, und insbesondere ein Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle, mit welchem die Lebensdauer der Lagerung der Kurbelwelle erhöht wird und das Gewicht der Kurbelwelle reduziert wird.
Im Allgemeinen sind die Ausgeglichenheit und das Gewicht bedeutende Faktoren bei der Gestaltung einer Kurbelwelle.
Jedoch wird die Lagerung, welche die Kurbelwelle trägt, nicht ausreichend berücksichtigt, so dass die Lebensdauer und die Schmierungseigenschaften der Lagerung verschlechtert werden.
Mit der Erfindung wird ein Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle mit einem geringen Gewicht und einer erhöhten Lebensdauer eines Stützlagers durch Erhöhung der Dicke eines Schmierfilms geschaffen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle vorgesehen, das Ausgleichsgewichte aufweist, die nacheinander in Längsrichtung einer Kurbelwelle von einem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, wobei im Falle, dass sich der erste Kurbelzapfen in einer Position von +90 Grad zu einer horizontalen Linie (X-Achse) befindet, die Ausgleichsgewichte ein erstes Ausgleichsgewicht, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +78 bis etwa +82 Grad zu der horizontalen Linie liegt, ein neuntes Ausgleichsgewicht, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa –82 bis etwa –78 Grad zu der horizontalen Linie liegt, ein zweites Ausgleichsgewicht, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +86,5 bis etwa +89 Grad zu der horizontalen Linie liegt, ein achtes Ausgleichsgewicht, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa –89 bis etwa –86,5 Grad zu der horizontalen Linie liegt, und wenigstens eine Ausgleichsgewichtsgruppe aufweisen kann, deren Größe des Rotationsträgheitsmoments im Vergleich zu dem ersten oder dem neunten Ausgleichsgewicht im Bereich von etwa 13 bis etwa 17% liegt, wobei die Größe des Rotationsträgheitsmoments des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts im Vergleich zu dem ersten und dem neunten Ausgleichsgewicht im Bereich von etwa 15 bis etwa 25% liegt.
Die Ausgleichsgewichtsgruppe kann in der Reihenfolge ein drittes Ausgleichsgewicht, ein viertes Ausgleichsgewicht, ein sechstes Ausgleichsgewicht und ein siebtes Ausgleichsgewicht aufweisen, wobei die Ausgleichsgewichtsgruppe zwischen dem zweiten und dem achten Ausgleichsgewicht angeordnet ist.
Die Spezifikation des fünften Ausgleichsgewichts kann entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten Ausgleichsgewichts und des sechsten bis neunten Ausgleichgewichts bestimmt werden, wobei das fünfte Ausgleichsgewicht entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten Ausgleichsgewichts und des sechsten bis neunten Ausgleichgewichts derart konfiguriert ist, dass der Gesamtschwerpunkt der Kurbelwelle auf der Mittelachse der Kurbelwelle liegt.
Das erste und das zweite Ausgleichsgewicht können entsprechend dem ersten Kurbelzapfen angeordnet sein, und das achte und das neunte Ausgleichsgewicht können entsprechend einem sechsten Kurbelzapfen angeordnet sein, der an einer entgegengesetzten Seite des ersten Kurbelzapfens montiert ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle vorgesehen, das Ausgleichsgewichte aufweist, die nacheinander in Längsrichtung einer Kurbelwelle von einem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, wobei im Falle, dass sich der erste Kurbelzapfen in einer Position von +90 Grad zu einer horizontalen Linie (X-Achse) befindet, die Ausgleichsgewichte ein erstes Ausgleichsgewicht aufweisen können, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +78 bis etwa +82 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Das Ausgleichsgewichtssystem kann ferner ein zweites Ausgleichsgewicht aufweisen, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +86,5 bis etwa +89 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Das Ausgleichsgewichtssystem kann ferner ein achtes Ausgleichsgewicht aufweisen, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa –89 bis etwa –86,5 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Das Ausgleichsgewichtssystem kann ferner ein neuntes Ausgleichsgewicht aufweisen, dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa –82 bis etwa –78 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Das Ausgleichsgewichtssystem kann ferner wenigstens eine Ausgleichsgewichtsgruppe aufweisen, deren Größe des Rotationsträgheitsmoments im Vergleich zu dem ersten oder dem neunten Ausgleichsgewicht im Bereich von etwa 13 bis etwa 17% liegt.
Die Größe des Rotationsträgheitsmoments des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts kann im Vergleich zu dem ersten und dem neunten Ausgleichsgewicht im Bereich von etwa 15 bis etwa 25% liegen.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht von Komponenten eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung;
3 eine Seitenansicht von Komponenten eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung;
4 eine Tabelle mit Eigenschaften von Komponenten eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung;
5 ein Diagramm mit Versuchsfällen eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung; und
6 Tabellen mit Versuchsdaten eines beispielhaften Ausgleichsgewichtssystems gemäß der Erfindung.
Mit Bezug auf 1 weist ein Ausgleichsgewichtssystem gemäß der Erfindung eine Kurbelwelle 145, ein erstes Ausgleichsgewicht 100, ein zweites Ausgleichsgewicht 105, ein drittes Ausgleichsgewicht 110, ein viertes Ausgleichsgewicht 115, ein fünftes Ausgleichsgewicht 120, ein sechstes Ausgleichsgewicht 125, ein siebtes Ausgleichsgewicht 130, ein achtes Ausgleichsgewicht 135 und ein neuntes Ausgleichsgewicht 140 auf.
Wie gezeigt, sind die Ausgleichsgewichte 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 und 140 nacheinander in Längsrichtung der Kurbelwelle 145 von dem ersten Kurbelzapfen angeordnet, um Schwingungen zu absorbieren, wenn sich die Kurbelwelle 145 dreht.
Ferner ist die eine Seite der Kurbelwelle 145 zwischen den Ausgleichsgewichten 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 und 140 fest an einem Lager abgestützt.
In diesem Falle wird Schmiermittel zwischen dem Lager und der Stützfläche der Kurbelwelle 145 eingebracht, um die Reibung und den Verschleiß zu reduzieren, und es ist erwünscht, dass die Dicke des eingebrachten Schmierfilms größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der Schwerpunkt und das Rotationsträgheitsmoment der Ausgleichsgewichte 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 und 140 derart gestaltet, dass das Gewicht der Ausgleichsgewichte 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 und 140 reduziert wird und die Lebensdauer und die Reibungs- und Verschleißeigenschaften der Kurbelwelle 145 und der Lagerung verbessert werden.
Die Eigenschaft der Ausgleichsgewichte 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135 und 140 wird mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
Mit Bezug auf 2 haben das erste und das neunte Ausgleichsgewicht 100 und 140 dieselbe oder ähnliche Formen zueinander, jedoch sind ihre Rotationspositionen an entgegengesetzten Seiten.
Ferner haben das dritte, das vierte, das sechste und das siebte Ausgleichsgewicht 110, 115, 125 und 130 dieselbe oder ähnliche Formen zueinander, und die Form des fünften Ausgleichsgewichts 120 wird entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten und des sechsten bis neunten Ausgleichsgewichts bestimmt.
Die Spezifikation des fünften Ausgleichsgewichts 120 wird basierend auf dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten und des sechsten bis neunten Ausgleichgewichts derart bestimmt, dass der Gesamtschwerpunkt der Kurbelwelle 145 auf der Mittelachse der Kurbelwelle 145 liegt.
Mit Bezug auf 3 hat der Schwerpunkt 300 des neunten Ausgleichsgewichts 140 einen Winkel 305 im Bereich von –82 bis –78 Grad in Uhrzeigerrichtung von einer horizontalen Linie (X-Achse). Obwohl nicht gezeigt, hat der Schwerpunkt des ersten Ausgleichsgewichts 100 im Vergleich zu dem neunten Ausgleichsgewicht 140, das an seiner entgegengesetzten Seite angeordnet ist, einen vorbestimmten Winkel im Bereich von +78 bis +82 Grad.
In diesem Falle liegt eine Basislinie 310a, die durch die Mitte des ersten Kurbelzapfens verläuft, 90 Grad zu der horizontalen Linie basierend auf einem Rotationsmittelpunkt 315 der Kurbelwelle 145, und der Schwerpunkt 300 des neunten Ausgleichsgewichts 140 hat einen Winkel im Bereich von 168 bis 172 Grad von der Basislinie 310a in Uhrzeigerrichtung.
Ferner hat der Schwerpunkt 302 des achten Ausgleichsgewichts 135 einen vorbestimmten Winkel 307 im Bereich von –89 bis –86,5 Grad von der horizontalen Linie. Obwohl nicht gezeigt, hat der Schwerpunkt des zweiten Ausgleichsgewichts 105, das an der entgegengesetzten Seite des achten Ausgleichsgewichts 135 angeordnet ist, einen vorbestimmten Winkel von +86,5 bis +89 Grad von der horizontalen Linie.
In diesem Falle liegt eine Basislinie 310b, die durch die Mitte des ersten Kurbelzapfens verläuft, 90 Grad zu der horizontalen Linie basierend auf einem Rotationsmittelpunkt 315 der Kurbelwelle 145, und der Schwerpunkt 302 des achten Ausgleichsgewichts 135 hat einen Winkel im Bereich von 176,5 bis 179 Grad von der Basislinie 310b in Uhrzeigerrichtung.
Mit Bezug auf die Tabelle in 4 liegen die Schwerpunkte des ersten und des neunten Ausgleichsgewichts 100 und 140 im Bereich von +78 bis +82 Grad oder von –78 bis –82 Grad von der horizontalen Linie, und die Schwerpunkte des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts 105 und 135 liegen im Bereich von +86,5 bis +89 Grad oder von –86,5 bis –89 Grad von der horizontalen Linie.
Ferner liegen die Rotationsträgheitsmomente des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts 105 und 135 im Vergleich zu denen des ersten und des neunten Ausgleichsgewichts 100 und 140 in einem Bereich von 15 bis 25%. Ebenso liegen die Rotationsträgheitsmomente des dritten, des vierten, des sechsten und des siebten Ausgleichsgewichts 110, 115, 125 und 130 im Vergleich zu denen des ersten und des neunten Ausgleichsgewichts 100 und 140 in einem Bereich von 13 bis 17%.
Mit Bezug auf das Diagramm in 5 zeigt die horizontale Achse Testbedingungen entsprechend vorbestimmten Steuerungswerten, und die vertikale Achse zeigt eine Schmierfilmdicke an der Lagerung, welche die Kurbelwelle 145 abstützt.
Wie oben beschrieben, kann eine Mehrzahl von Testbedingungen entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten und des neunten Ausgleichsgewichts 100 und 140, des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts 105 und 135, und des dritten, des vierten, des sechsten und des siebten Ausgleichsgewichts 110, 115, 125 und 130 in einem vorbestimmten Bereich eingestellt werden.
Wie gezeigt, wird bestimmt, dass A3, B3, C3 und D1 hinsichtlich der Schmierfilmdicke zufriedenstellend sind, und A3, B1, C1 und D1 hinsichtlich anderen Bedingungen, wie Schwingung usw., zufriedenstellend sind.
Mit Bezug auf die Tabelle in 6(A) wird die allgemeine Schmierfilmdicke, die an dem die Kurbelwelle 145 abstützenden Lager ausgebildet ist, auf 0,805 Mikrometer berechnet, und der tatsächlich erfasste Wert ist 0,805 Mikrometer.
Die berechnete Schmierfilmdicke bei der optimalen Bedingung ist 0,973 Mikrometer, und der tatsächlich erfasste Wert ist 0,965 Mikrometer. Das heißt, es kann bestätigt werden, dass sich die Schmierfilmdicke etwa 20% erhöht.
Mit Bezug auf die Tabelle in 6(B) wiegt die allgemeine Kurbelwelle mit dem Satz Ausgleichsgewichte 20,76 kg, jedoch wiegt die Kurbelwelle mit dem Satz Ausgleichsgewichte bei der optimalen Testbedingung gemäß der Erfindung 18,83 kg, so dass eine Gewichtsreduzierung erreicht wird.
Wenn die Kurbelwelle nur durch Betrachtung des Gewichts gestaltet wird, kann die Lebensdauer der Lagerung verringert werden, jedoch können gemäß der Erfindung sowohl das Gewicht der Kurbelwelle als auch die Lebensdauer der Lagerung zusammen optimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 10-2008-0082895 [0001]

Claims

Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle, aufweisend Ausgleichsgewichte (100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140), die nacheinander in Längsrichtung der Kurbelwelle (145) von einem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, wobei im Falle, dass sich der erste Kurbelzapfen in einer Position von +90 Grad zu einer horizontalen Linie (X-Achse) befindet, die Ausgleichsgewichte aufweisen: ein erstes Ausgleichsgewicht (100), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +78 bis etwa +82 Grad zu der horizontalen Linie liegt; ein neuntes Ausgleichsgewicht (140), dessen Schwerpunkt (300) im Bereich von etwa –82 bis etwa –78 Grad zu der horizontalen Linie liegt; ein zweites Ausgleichsgewicht (105), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +86,5 bis etwa +89 Grad zu der horizontalen Linie liegt; ein achtes Ausgleichsgewicht (135), dessen Schwerpunkt (302) im Bereich von etwa –89 bis etwa –86,5 Grad zu der horizontalen Linie liegt; und wenigstens eine Ausgleichsgewichtsgruppe, deren Größe des Rotationsträgheitsmoments im Vergleich zu dem ersten oder dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 13 bis etwa 17% liegt, wobei die Größe des Rotationsträgheitsmoments des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts (105, 135) im Vergleich zu dem ersten und dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 15 bis etwa 25% liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 1, wobei die Ausgleichsgewichtsgruppe in der Reihenfolge ein drittes Ausgleichsgewicht (110), ein viertes Ausgleichsgewicht (115), ein sechstes Ausgleichsgewicht (125) und ein siebtes Ausgleichsgewicht (130) aufweist.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 2, wobei die Ausgleichsgewichtsgruppe zwischen dem zweiten und dem achten Ausgleichsgewicht (105, 135) angeordnet ist.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 2, wobei die Spezifikation des fünften Ausgleichsgewichts (120) entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten Ausgleichsgewichts (100, 105, 110, 115) und des sechsten bis neunten Ausgleichgewichts (125, 130, 135, 140) bestimmt wird.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 4, wobei das fünfte Ausgleichsgewicht (120) entsprechend dem Schwerpunkt und dem Rotationsträgheitsmoment des ersten bis vierten Ausgleichsgewichts (100, 105, 110, 115) und des sechsten bis neunten Ausgleichgewichts (125, 130, 135, 140) derart konfiguriert ist, dass der Gesamtschwerpunkt der Kurbelwelle (145) auf der Mittelachse der Kurbelwelle (145) liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Ausgleichsgewicht (100, 105) entsprechend dem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, und das achte und das neunte Ausgleichsgewicht (135, 140) entsprechend einem sechsten Kurbelzapfen angeordnet sind, der an einer entgegengesetzten Seite des ersten Kurbelzapfens montiert ist.
Personenkraftwagen mit einem Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle nach Anspruch 1.
Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle, aufweisend Ausgleichsgewichte (100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140), die nacheinander in Längsrichtung der Kurbelwelle (145) von einem ersten Kurbelzapfen angeordnet sind, wobei im Falle, dass sich der erste Kurbelzapfen in einer Position von +90 Grad zu einer horizontalen Linie (X-Achse) befindet, die Ausgleichsgewichte aufweisen: ein erstes Ausgleichsgewicht (100), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +78 bis etwa +82 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 8, ferner aufweisend ein zweites Ausgleichsgewicht (105), dessen Schwerpunkt im Bereich von etwa +86,5 bis etwa +89 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend ein achtes Ausgleichsgewicht (135), dessen Schwerpunkt (302) im Bereich von etwa –89 bis etwa –86,5 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 10, ferner aufweisend ein neuntes Ausgleichsgewicht (140), dessen Schwerpunkt (300) im Bereich von etwa –82 bis etwa –78 Grad zu der horizontalen Linie liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 11, ferner aufweisend wenigstens eine Ausgleichsgewichtsgruppe, deren Größe des Rotationsträgheitsmoments im Vergleich zu dem ersten oder dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 13 bis etwa 17% liegt.
Ausgleichsgewichtssystem nach Anspruch 11, wobei die Größe des Rotationsträgheitsmoments des zweiten und des achten Ausgleichsgewichts (105, 135) im Vergleich zu dem ersten und dem neunten Ausgleichsgewicht (100, 140) im Bereich von etwa 15 bis etwa 25% liegt.
Personenkraftwagen mit einem Ausgleichsgewichtssystem einer Kurbelwelle nach Anspruch 8.