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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor und spezieller eine Kurbelwelle für einen Motor vom 90-Grad-V-Stil mit sechs Zylindern.
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HINTERGRUND
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Eine Kurbelwelle eines Motors wandelt eine lineare Hubbewegung eines Kolbens in eine Drehbewegung um eine Kurbelwellenachse um, um ein Drehmoment zum Antreiben eines Fahrzeugs zu liefern, beispielsweise für einen Zug, ein Boot, ein Flugzeug oder ein Automobil, ohne auf diese beschränkt zu sein. Kurbelwellen sind ein unerlässliches Teil eines Motors, und sie sind ein Ausgangspunkt der Motorkonstruktion. Die Konstruktion der Kurbelwelle beeinflusst den gesamten Bauraum des Motors und dadurch die Gesamtmasse des Motors. Dementsprechend verringert ein Minimieren der Größe und/oder der Masse der Kurbelwelle die Größe und die Masse des Motors, was wiederum eine Auswirkung auf die Gesamtgröße, die Gesamtmasse und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs hat.
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Die Kurbelwelle weist zumindest einen Kurbelzapfen auf, der bezüglich der Kurbelwellenachse verschoben ist, an welcher ein Hubkolben mittels einer Pleuelstange angebracht ist. Die Kraft, die von dem Kolben auf die Kurbelwelle durch die verschobene Verbindung zwischen diesen ausgeübt wird, erzeugt ein Drehmoment an der Kurbelwelle, das die Kurbelwelle um die Kurbelwellenachse dreht. Die Kurbelwelle umfasst ferner zumindest einen Hauptlagerzapfen, der konzentrisch um die Kurbelwellenachse angeordnet ist. Die Kurbelwelle ist an den Hauptlagerzapfen in einem Motorblock angebracht. Ein Lager ist zwischen der Kurbelwelle und dem Motorblock um den Hauptlagerzapfen herum angeordnet. Die Kurbelwelle weist ferner mehrere Ausgleichsgewichte auf. Beispielsweise weist eine Kurbelwelle für einen 90-Grad-V6-Motor typischerweise sechs Ausgleichsgewichte auf. Die Ausgleichsgewichte sind typischerweise mit einem Kurbelarm verbunden, der einen der Kurbelzapfen mit den Hauptlagerzapfen verbindet. Die Ausgleichsgewichte werden verwendet, um das Gewicht der Kolben und der Stangen auszugleichen, und sie müssen an der Kurbelwelle positioniert und ausgerichtet werden, um die Summe aller Kräfte auszugleichen, die auf die Welle wirken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Kurbelwelle für einen Sechszylindermotor von Neunzig-Grad-V-Typ geschaffen. Die Kurbelwelle weist einen ersten Kurbelarm auf, der sich zwischen einem ersten Hauptlagerzapfen und einem ersten Kurbelzapfen erstreckt. Ein zweiter Schwungarm erstreckt sich zwischen dem ersten Kurbelzapfen und einem zweiten Kurbelzapfen. Ein dritter Kurbelarm erstreckt sich zwischen dem zweiten Kurbelzapfen und einem zweiten Hauptlagerzapfen. Ein vierter Kurbelarm erstreckt sich zwischen dem zweiten Hauptlagerzapfen und einem dritten Kurbelzapfen. Ein fünfter Schwungarm erstreckt sich zwischen dem dritten Kurbelzapfen und einem vierten Kurbelzapfen. Ein sechster Kurbelarm erstreckt sich zwischen dem vierten Kurbelzapfen und einem dritten Hauptlagerzapfen. Ein siebter Kurbelarm erstreckt sich zwischen dem dritten Hauptlagerzapfen und einem fünften Kurbelzapfen. Ein achter Schwungarm erstreckt sich zwischen dem fünften Kurbelzapfen und einem sechsten Kurbelzapfen. Ein neunter Kurbelarm erstreckt sich zwischen dem sechsten Kurbelzapfen und einem vierten Hauptlagerzapfen. Der erste Hauptlagerzapfen, der zweite Hauptlagerzapfen, der dritte Hauptlagerzapfen und der vierte Hauptlagerzapfen sind jeweils koaxial miteinander angeordnet, und sie erstrecken sich entlang einer Kurbelwellenachse und sind konzentrisch um diese angeordnet. Der erste Kurbelzapfen, der zweite Kurbelzapfen, der dritte Kurbelzapfen, der vierte Kurbelzapfen, der fünfte Kurbelzapfen und der sechste Kurbelzapfen sind jeweils parallel mit der Kurbelwellenachse angeordnet und bezüglich dieser in Querrichtung verschoben. Die Kurbelwelle umfasst ferner ein erstes Ausgleichsgewicht, das mit dem ersten Kurbelarm verbunden ist, ein zweites Ausgleichsgewicht, das mit dem dritten Kurbelarm verbunden ist, ein drittes Ausgleichsgewicht, das mit dem siebten Kurbelarm verbunden ist, und ein viertes Ausgleichsgewicht, das mit dem neunten Kurbelarm verbunden ist. Das erste Ausgleichsgewicht, das zweite Ausgleichsgewicht, das dritte Ausgleichsgewicht und das vierte Ausgleichsgewicht sind die einzigen Ausgleichsgewichte, die mit den Armen verbunden sind.
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Dementsprechend weist die Kurbelwelle nur vier Ausgleichsgewichte anstatt der üblichen sechs auf, die im Stand der Technik verwendet werden, wodurch das Gewicht und die Masse der Kurbelwelle verringert werden.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Draufsicht einer Kurbelwelle.
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2 ist eine schematische Ansicht auf ein Ende der Kurbelwelle, welche eine Winkelposition für jedes von mehreren Ausgleichsgewichten zeigt.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Kurbelwelle rechtwinklig zu einer Kurbelwellenachse.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute werden erkennen, dass Ausdrücke wie etwa ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts”, ”an der Oberseite”, ”an der Unterseite” usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen für den Umfang der Erfindung repräsentieren, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile angeben, ist eine Kurbelwelle allgemein bei 20 gezeigt. Die Kurbelwelle 20 ist für einen Sechszylindermotor vom Neunzig-Grad-V-Typ (90°-V-Typ) vorgesehen.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist die Kurbelwelle 20 einen ersten Hauptlagerzapfen 22, einen zweiten Hauptlagerzapfen 24, einen dritten Hauptlagerzapfen 26 und einen vierten Hauptlagerzapfen 28 auf. Der erste Hauptlagerzapfen 22, der zweite Hauptlagerzapfen 24, der dritte Hauptlagerzapfen 26 und der vierte Hauptlagerzapfen 28 sind jeweils koaxial miteinander ausgerichtet, und sie erstrecken sich entlang einer Kurbelwellenachse 30 und sind um diese herum konzentrisch angeordnet.
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Die Kurbelwelle 20 umfasst ferner einen ersten Kurbelzapfen 32, einen zweiten Kurbelzapfen 34, einen dritten Kurbelzapfen 36, einen vierten Kurbelzapfen 38, einen fünften Kurbelzapfen 40 und einen sechsten Kurbelzapfen 42. Der erste Kurbelzapfen 32, der zweite Kurbelzapfen 34, der dritte Kurbelzapfen 36, der vierte Kurbelzapfen 38, der fünfte Kurbelzapfen 40 und der sechste Kurbelzapfen 42 sind jeweils parallel mit der Kurbelwellenachse 30 angeordnet, und sie sind jeweils in Querrichtung bezüglich der Kurbelwellenachse 30 verschoben.
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Ein erster Kurbelarm 44 erstreckt sich zwischen dem ersten Hauptlagerzapfen 22 und dem ersten Kurbelzapfen 32 und verbindet diese. Ein zweiter Schwungarm 46 erstreckt sich zwischen dem ersten Kurbelzapfen 32 und dem zweiten Kurbelzapfen 34 und verbindet diese. Ein dritter Kurbelarm 48 erstreckt sich zwischen dem zweiten Kurbelzapfen 34 und dem zweiten Hauptlagerzapfen 24 und verbindet diese. Ein vierter Kurbelarm 50 erstreckt sich zwischen dem zweiten Hauptlagerzapfen 24 und dem dritten Kurbelzapfen 36 und verbindet diese. Ein fünfter Schwungarm 52 erstreckt sich zwischen dem dritten Kurbelzapfen 36 und dem vierten Kurbelzapfen 38 und verbindet diese. Ein sechster Kurbelarm 54 erstreckt sich zwischen dem vierten Kurbelzapfen 38 und dem dritten Hauptlagerzapfen 26 und verbindet diese. Ein siebter Kurbelarm 56 erstreckt sich zwischen dem dritten Hauptlagerzapfen 26 und dem fünften Kurbelzapfen 40 und verbindet diese. Ein achter Schwungarm 58 erstreckt sich zwischen dem fünften Kurbelzapfen 40 und dem sechsten Kurbelzapfen 42 und verbindet diese. Ein neunter Kurbelarm 60 erstreckt sich zwischen dem sechsten Kurbelzapfen 42 und dem vierten Hauptlagerzapfen 28. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck ”Kurbelarm” dafür eingesetzt, einen Arm zu definieren, der einen Hauptlagerzapfen mit einem Kurbelzapfen verbindet, und der Ausdruck ”Schwungarm” wird eingesetzt, um einen Arm zu definieren, der zwei nebeneinander liegende Kurbelzapfen verbindet. Es ist einzusehen, dass der breite Ausdruck ”Arm(e)” hierin verwendet werden kann, um sowohl die Kurbelarme als auch die Schwungarme zu beschreiben und zu umfassen. Dementsprechend umfassen die Arme der Kurbelwelle 20 alle von dem ersten Kurbelarm 44, dem dritten Kurbelarm 48, dem vierten Kurbelarm 50, dem sechsten Kurbelarm 54, dem siebten Kurbelarm 56 und dem neunten Kurbelarm 60 und auch den zweiten Schwungarm 46, den fünften Schwungarm 52 und den achten Schwungarm 58.
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Die Kurbelwelle 20 umfasst vier Ausgleichsgewichte. Ein erstes Ausgleichsgewicht 62 ist mit dem ersten Kurbelarm 44 verbunden, ein zweites Ausgleichsgewicht 64 ist mit dem dritten Kurbelarm 48 verbunden, ein drittes Ausgleichsgewicht 66 ist mit dem siebten Kurbelarm 56 verbunden, und ein viertes Ausgleichsgewicht 68 ist mit dem neunten Kurbelarm 60 verbunden. Das erste Ausgleichsgewicht 62, das zweite Ausgleichsgewicht 64, das dritte Ausgleichsgewicht 66 und das vierte Ausgleichsgewicht 68 sind die einzigen Ausgleichsgewichte, die mit den Armen verbunden sind. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck Ausgleichsgewicht eine beliebige Struktur, die mit einem der Arme verbunden ist und die sich radial nach außen von der Kurbelwellenachse 30 weg erstreckt und zum Ausgleichen der Kräfte verwendet wird, die auf die Kurbelwelle 20 durch die Kolben und die Pleuelstangen des Motors ausgeübt werden. Man beachte, dass die Kurbelwelle 20 durch das Fehlen oder Nichtvorhandensein eines oder mehrerer Ausgleichsgewichte charakterisiert ist, die mit einem beliebigen von dem vierten Kurbelarm 50 oder dem sechsten Kurbelarm 54 oder mit einem beliebigen von dem zweiten Schwungarm 46, dem fünften Schwungarm 52 oder dem achten Schwungarm 58 verbunden sind.
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Unter Bezugnahme auf 2 erstreckt sich eine Kurbelwellenebene 70 durch eine Mittelachse des ersten Kurbelzapfens 32 und die Kurbelwellenachse 30. Das erste Ausgleichsgewicht 62 ist derart ausgerichtet, dass eine Ebene, die sich von einem Schwerpunkt des ersten Ausgleichsgewichts 62 zu der Kurbelwellenachse 30 erstreckt, im Uhrzeigersinn bezüglich der Kurbelwellenebene 70 um einen ersten Drehwinkel 72 gedreht ist, der in dem Bereich zwischen 170 Grad und 190 Grad liegt. Vorzugsweise ist das erste Ausgleichsgewicht 62 derart ausgerichtet, dass der erste Drehwinkel 72 ungefähr gleich 178 Grad ist. Das zweite Ausgleichsgewicht 64 ist derart ausgerichtet, dass eine Ebene, die sich von einem Schwerpunkt des zweiten Ausgleichsgewichts 64 zu der Kurbelwellenachse 30 erstreckt, im Uhrzeigersinn bezüglich der Kurbelwellenebene 70 um einen zweiten Drehwinkel 74 gedreht ist, der in dem Bereich zwischen 135 Grad und 155 Grad liegt. Vorzugsweise ist das zweite Ausgleichsgewicht 64 derart ausgerichtet, dass der zweite Drehwinkel 74 ungefähr gleich 145 Grad ist. Das dritte Ausgleichsgewicht 66 ist derart ausgerichtet, dass eine Ebene, die sich von einem Schwerpunkt des dritten Ausgleichsgewichts 66 zu der Kurbelwellenachse 30 erstreckt, im Uhrzeigersinn bezüglich der Kurbelwellenebene 70 um einen dritten Drehwinkel 76 gedreht ist, der in dem Bereich zwischen 5 Grad und 25 Grad liegt. Vorzugsweise ist das dritte Ausgleichsgewicht 66 derart ausgerichtet, dass der dritte Drehwinkel 76 ungefähr gleich 15 Grad ist. Das vierte Ausgleichsgewicht 68 ist derart ausgerichtet, dass eine Ebene, die sich von einem Schwerpunkt des vierten Ausgleichsgewichts 68 zu der Kurbelwellenachse 30 erstreckt, im Uhrzeigersinn bezüglich der Kurbelwellenebene 70 um einen vierten Drehwinkel 78 gedreht ist, der in den Bereich zwischen 310 Grad und 330 Grad liegt. Vorzugsweise ist das vierte Ausgleichsgewicht 68 derart ausgerichtet, dass der vierte Drehwinkel 78 ungefähr gleich 320 Grad ist.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist das dritte Ausgleichsgewicht 66 gezeigt, um variable Abmessungen zu identifizieren, d. h. einen Schwalbenschwanzwinkel 80 und einen gewichteten Schwalbenschwanzradius (Schwalbenschwanz-WR) 82, die bei jedem von dem ersten Ausgleichsgewicht 62, dem zweiten Ausgleichsgewicht 64, dem dritten Ausgleichsgewicht 66 und dem vierten Ausgleichsgewicht 68 gemeinsam auftreten. Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck Schwalbenschwanzwinkel 80 als ein Winkel für einen äquivalenten tortenförmigen Abschnitt eines Materials definiert, das zu dem Kurbelarm hinzugefügt wird, wie beispielsweise zu dem Kurbelarm 56, der in 3 gezeigt ist, um den Kurbelarm und den Rest der Kurbelwelle und der Kurbeltriebkomponenten ins Gleichgewicht zu bringen. Die tatsächliche Geometrie kann sich aufgrund des Entwurfs zum Gießen oder Schmieden oder aus anderen Gründen davon unterscheiden, der Schwalbenschwanzwinkel 80 entspricht jedoch dem äquivalenten, tortenförmigen Abschnitt, der zu Berechnungszwecken vereinfacht ist. Das erste Ausgleichsgewicht 62, das dritte Ausgleichsgewicht 66 und das vierte Ausgleichsgewicht 68 weisen jeweils einen Schwalbenschwanzwinkel 80 zwischen 120 Grad und 140 Grad auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanzwinkel 80 des ersten Ausgleichsgewichts 62 ungefähr gleich 133 Grad, ist der Schwalbenschwanzwinkel 80 des dritten Ausgleichsgewichts 66 ungefähr gleich 130 Grad und ist der Schwalbenschwanzwinkel 80 des vierten Ausgleichsgewichts 68 ungefähr gleich 130 Grad. Das zweite Ausgleichsgewicht 64 weist einen Schwalbenschwanzwinkel 80 zwischen 100 Grad und 120 Grad auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanzwinkel 80 des zweiten Ausgleichsgewichts 64 ungefähr gleich 112 Grad.
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Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck Schwalbenschwanz-WR 82 als die Masse eines Ausgleichsgewichts, wie beispielsweise des Ausgleichsgewichts 66, das in 3 gezeigt ist, multipliziert mit einem Abstand 84 definiert, der von der Kurbelwellenachse 30 bis zu dem Schwerpunkt des Ausgleichsgewichts gemessen wird. Das erste Ausgleichsgewicht 62 weist einen Schwalbenschwanz-WR 82 in dem Bereich zwischen 60 Kilogramm Millimeter (kg mm) und 80 kg mm auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanz-WR 82 des ersten Ausgleichsgewichts 62 ungefähr gleich 74 kg mm. Das zweite Ausgleichsgewicht 64 weist einen Schwalbenschwanz-WR 82 in dem Bereich zwischen 40 kg mm und 60 kg mm auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanz-WR 82 des zweiten Ausgleichsgewichts 64 ungefähr gleich 53 kg mm. Das dritte Ausgleichsgewicht 66 weist einen Schwalbenschwanz-WR 82 in dem Bereich zwischen 50 kg mm und 70 kg mm auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanz-WR 82 des dritten Ausgleichsgewichts 66 ungefähr gleich 60 kg mm. Das vierte Ausgleichsgewicht 68 weist einen Schwalbenschwanz-WR 82 in dem Bereich zwischen 50 kg mm und 70 kg mm auf. Vorzugsweise ist der Schwalbenschwanz-WR 82 des vierten Ausgleichsgewichts 68 ungefähr gleich 60 kg mm.
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Das erste Ausgleichsgewicht 62 weist eine Masse zwischen 1200 Gramm und 1400 Gramm auf. Vorzugsweise ist die Masse des erstes Ausgleichsgewichts 62 ungefähr gleich 1310 Gramm. Das zweite Ausgleichsgewicht 64 weist eine Masse zwischen 750 Gramm und 950 Gramm auf. Vorzugsweise ist die Masse des zweiten Ausgleichsgewichts 64 ungefähr 870 Gramm. Das dritte Ausgleichsgewicht 66 weist eine Masse zwischen 950 Gramm und 1150 Gramm auf. Vorzugsweise ist die Masse des dritten Ausgleichsgewichts 66 ungefähr gleich 1050 Gramm. Das vierte Ausgleichsgewicht 68 weist eine Masse zwischen 900 Gramm und 1100 Gramm auf. Vorzugsweise ist die Masse des vierten Ausgleichsgewichts 68 ungefähr gleich 1000 Gramm.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann die Kurbelwelle 20 einen Separationsabstand 84 aufweisen. Der Separationsabstand 84 wird axial entlang der Kurbelwellenachse 30 gemessen. Der Separationsabstand 84 befindet sich entweder zwischen dem ersten Kurbelarm 44 und dem ersten Kurbelzapfen 32 oder zwischen dem sechsten Kurbelzapfen 42 und dem neunten Kurbelarm 60. Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Separationsabstand 84 zwischen dem ersten Kurbelarm 44 und dem ersten Kurbelzapfen 32 dargestellt. Es ist jedoch einzusehen, dass der Separationsabstand 84 alternativ zwischen dem sechsten Kurbelzapfen 42 und dem neunten Kurbelarm 60 angeordnet sein kann. Der Separationsabstand 84 kann einen Abstand umfassen, der entlang der Kurbelwellenachse 30 gemessen wird und in dem Bereich zwischen zwei mm (2 mm) und vierzig Millimetern (40 mm) liegt. Vorzugsweise ist der Separationsabstand 84 ungefähr gleich 24 Millimeter.
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Die Kurbelwelle 20 kann ferner ein Impulsgeberrad 86 aufweisen, d. h. ein Rad zur zeitlichen Steuerung der Kurbelwelle 20. Das Impulsgeberrad 86 arbeitet derart, wie es in der Technik bekannt ist, um eine Drehposition der Kurbelwelle 20 um die Kurbelwellenachse 30 zu identifizieren. Vorzugsweise ist das Impulsgeberrad 86 zwischen dem neunten Kurbelarm 60 und dem vierten Hauptlagerzapfen 28 angeordnet. Das Impulsgeberrad 86 kann auf die Kurbelwelle 20 entweder gepresst oder geschraubt werden, wie es in der Technik bekannt ist.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Erfindung stützen und beschreiben, der Umfang der Erfindung wird jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Erfindung auszuüben, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
