DE10218032A1

DE10218032A1 - Kurbelwelle für einen Sechszylinder-V-Motor

Info

Publication number: DE10218032A1
Application number: DE2002118032
Authority: DE
Inventors: Christian Puchas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2002-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft die Kurbelwelle eines Sechszylinder-V-Motors mit einem V-Winkel von etwa 45 DEG bis 60 DEG . DOLLAR A Mit einem, aus dem V-Winkel berechneten Hubzapfenversatz in den Kurbelkröpfungen werden kompakte V6-Motoren möglich, die frei von Kräften und Momenten 1. Ordnung sind.

Description

Die Erfindung betrifft die Kurbelwelle für einen Sechszylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von etwa 45° bis 60°, insbesondere für quer eingebaute Mo toren von Frontantriebsfahrzeugen.

V6-Motoren werden mehrheitlich mit V-Winkeln von 90° und 60° gebaut. In Frontantriebsfahrzeugen mit Quermotoranordnung hat sich der V6-60°- Motor wegen seiner günstigeren Einbaumaße durchgesetzt. Die Laufeigen schaften des V6-Motors müssen dabei hohe Erwartungen erfüllen, weil der V6 in diesen Fahrzeugen die Komfortmotorisierung darstellt.

Der bekannte V6-60°-Motor besitzt drei Kurbelkröpfungen mit darin um 180° versetzten Hubzapfen. Jedes seiner sechs Gegengewichte bildet mit dem zu gehörigen Hubzapfen einen Winkel von 180° und erzeugt eine Ausgleichskraft, die 50% der rotierenden und 50% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung jeweils eines Zylinders ausgleicht. Es verbleibt jedoch ein Moment 1. Ordnung, das durch eine zusätzliche Ausgleichswelle ausgeglichen werden muß.

Aus der Literatur ist ein V6-60°-Motor mit 60° versetzten Hubzapfen bekannt, der kein freies Moment 1. Ordnung erzeugt, wobei die sechs, den Hubzapfen diametral gegenüber liegenden Gegengewichte Ausgleichskräfte erzeugen, die 100% der rotierenden und 50% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders ausgleichen.

Trotz der nicht vorhandenen Ausgleichswelle weist dieser V6-60°-Motor eben falls wegen der jetzt größeren Gegengewichte ein hohes Motorgewicht auf.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, für einen leichteren V6-Motor mit einem vor teilhaft kleinen V-Winkel von etwa 45° bis 60° eine Kurbelwelle anzugeben, die kein freies Moment 1. Ordnung erzeugt und deren sechs Gegengewichte Aus gleichskräfte erzeugen, die zwischen den beiden genannten V6-Motoren liegen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird, abhängig vom V-Winkel, durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 3 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kurbelwelle (14) ist in einem Ausführungsbeispiel schematisch in der Zeichnung dargestellt.

Für die Lösung der Aufgabe gilt folgende Betrachtungsweise:
Die Vermeidung eines freien Momentes 1. Ordnung in einem V6-Motor ist nur dann möglich, wenn in den Kurbelkröpfungen während einer Umdrehung kon stant große Kräfte 1. Ordnung erzeugt werden, die sich durch konstant große Gegengewichte ausgleichen lassen.

Beispielsweise für einen V6-54°-Motor ist deshalb ein Hubzapfenversatz in den drei Kurbelkröpfungen zu finden, mit dem diese Anforderung erfüllt wird.

Der für diese Anforderung dem V-Winkel zuzuordnende Hubzapfenversatz wird durch die erfindungsgemäße Gleichung gefunden:
180° - 2(V-Winkel) = Hubzapfenversatz.

Die mit diesem Hubzapfenversatz in der Kurbelkröpfung erzeugte konstante Kraft 1. Ordnung beträgt dann: P₁.cos(0,5 Hubzapfenversatz).

Durch Abweichung von der Normalausgleichs-Anordnung der Gegengewichte, bei der die Gegengewichte mit ihren Hubzapfen einen Winkel von 180° bilden, ist der Ausgleich der Kraft 1. Ordnung sowie der Ausgleich der von den ver setzten Hubzapfen verursachten rotierenden Massenkräfte in der Kurbelkröp fung durch zwei Gegengewichte nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit geringeren Ausgleichsmassen möglich, wenn jeweils die zwei Gegengewichte in der Kur belkröpfung einen Winkel von 360° bilden und die Kraftrichtungen der von den Gegengewichten erzeugten Ausgleichskräfte durch die Kröpfungsmitte (22) verlaufen.

Die erforderliche Ausgleichskraft jedes der zwei Gegengewichte in der Kur belkröpfung beträgt dann:
Pr.cos(0,5 Hubzapfenversatz) + 0,5 P₁.cos(0,5 Hubzapfenversatz).

Fig. 1 zeigt den Kurbelstern der erfindungsgemäßen Kurbelwelle (14) mit den Anordnungen der Hubzapfen (1 bis 6) mit dem vom V-Winkel abhängigen Hubzapfenversatz, sowie der Gegengewichte (15 bis 20) in den Kurbelkröp fungen (11 bis 13) und

Fig. 2 die dazu gehörende Längsansicht der Kurbelwelle (14) mit den Zwi schenwangen (21) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13).

Der Kurbelstern der erfindungsgemäßen Kurbelwelle (14) kann auch gegen seitig vertauschte Kurbelkröpfungen (12, 13) aufweisen, wobei dann die Zünd folge des Motors 1-4-2-5-3-6 lautet.

Die jeweiligen zwei Gegengewichte (15/16, 17/18, 19/20) bilden in den Kurbel kröpfungen (11 bis 13) nach den Ansprüchen 1 bis 3 einen Winkel von 360°.

Dazu ist zu bemerken, daß sechs gleich große Gegengewichte (15 bis 20) die einfachste Form einer Gegengewichts-Anordnung bei hoher Entlastung der Kurbelwellenlager von den Massenkräften darstellen.

Es stehen Rechenprogramme zur Verfügung, die mit ungleich großen Gegen gewichten zu Lasten der Kurbelwellenlager-Belastung zu geringfügig kleineren Ausgleichsmassen in den Gegengewichten führen. Gleicht man beispielsweise die oszillierende Massenkraft 1. Ordnung in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) nicht aus, genügen zum Ausgleich des dann erzeugten Momentes 1. Ordnung oszillierende Ausgleichsmassen lediglich in den äußeren Gegengewichten (15, 20), deren Kraftrichtungen einen Winkel von 180° bilden und die senkrecht zur Kröpfungsmitte (22) der Kurbelkröpfung (12) stehen.

Es versteht sich, daß mit solchen vorteilhaften Weiterbildungen der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht verlassen wird, weil die Erfindungshöhe des vom V-Winkel abhängigen Hubzapfenversatzes und der gegenüber einem Normalausgleich verkleinerten Gegengewichte unangetastet bleibt.

Mit den erfindungsgemäßen Kurbelwellen (14) läßt sich für jeden beliebigen V-Winkel ein V6-Motor darstellen, der frei von Kräften und Momenten 1. Ord nung ist.

In den Ansprüchen 1 bis 3 sind beispielhaft V6-Motoren mit V-Winkeln von 60°, 54° und 45° definiert.

Zur besseren Vergleichbarkeit erfolgt dabei der Massenausgleich in jedem Motor durch jeweils sechs Gegengewichte (15 bis 20) gleicher Größe.

Der Zündabstand des V6-60°-Motors beträgt gleichmäßige 120°, die Zündab stände der beiden anderen Motoren sind leicht unterschiedlich und müssen bezüglich der Drehschwingungs-Auswirkungen im Vergleich zu einer gleich langen und sicher beherrschbaren Reihendreizylinder-Kurbelwelle mit einem Zündabstand von 240° bewertet werden.

Würde man bei V6-Motoren mit weniger als 60°-V-Winkel ein geringes Moment 1. Ordnung zulassen, das durch die Motorlager aufgefangen wird, könnte der Zündabstand in Richtung größerer Gleichförmigkeit verändert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Auslegung eines aus dem V-Winkel des Motors berechneten Hubzapfenversatzes lassen sich V6-Motoren mit V-Winkeln auch von weniger als 60° darstellen, die nicht nur kompakte und einbaufreundliche Abmessungen aufweisen, sondern den bekannten V6-60°-Motoren in der Aus gleichsgüte mindestens ebenbürtig und im Gewicht überlegen sind.

Bezugszeichenliste

1

bis

6

Hubzapfen

7

bis

10

Kurbelwellenlager

11

bis

13

Kurbelkröpfungen

14

Kurbelwelle

15

bis

20

Gegengewichte

21

Zwischenwange

22

Kröpfungsmitte
a Zylinderabstand
b Mittenabstand der Hubzapfen
Pr rotierende Massenkraft eines Zylinders
P₁

oszillierende Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders

Claims

1. Kurbelwelle für einen Sechszylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von etwa 45° bis 60°, mit drei Kurbelkröpfungen, in denen je zwei versetzte Hubzap fen für je einen Zylinder aus beiden Zylinderreihen angeordnet sind, die Kurbelwelle in vier Kurbelwellenlagern gelagert ist und sechs Gegenge wichte aufweist, insbesondere für einen quer eingebauten V6-Motor von Frontantriebswagen, dadurch gekennzeichnet, daß für einen V-Winkel von 60° der Hubzapfenversatz der jeweils in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) angeordneten Hubzapfen (1 bis 6) der Kur belwelle (14) 60° beträgt, die jeweils versetzten Hubzapfen (1 bis 6) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) mit einer Zwischenwange (21) verbunden sind, wobei der Mittenabstand (b) der versetzten Hubzapfen etwa ein Drittel des Zylinderabstandes (a) beträgt, an jeder Kurbelkröpfung (11 bis 13) jeweils zwei Gegengewichte (15 bis 20) angeschlossen sind, wobei die beiden Gegengewichte jeder Kurbelkröpfung einen Winkel von 360° bilden und jedes Gegengewicht (15 bis 20) eine Ausgleichskraft erzeugt, die etwa 86, 6% der rotierenden Massenkraft eines Zylinders und etwa 43,3% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders ausgleicht.

2. Kurbelwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen V-Winkel von 54° der Hubzapfenversatz der jeweils in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) angeordneten Hubzapfen (1 bis 6) der Kur belwelle (14) 72° beträgt, die Zündabstände des V6-54°-Motors 126° und 114° betragen, die jeweils versetzten Hubzapfen (1 bis 6) in den Kurbel kröpfungen (11 bis 13) mit einer Zwischenwange (21) verbunden sind, wobei der Mittenabstand (b) der versetzten Hubzapfen etwa ein Drittel des Zylinderabstandes (a) beträgt, an jeder Kurbelkröpfung (11 bis 13) jeweils zwei Gegengewichte (15 bis 20) angeschlossen sind, wobei die beiden Gegengewichte jeder Kurbelkröpfung einen Winkel von 360° bilden und jedes Gegengewicht (15 bis 20) eine Ausgleichskraft erzeugt, die etwa 80,9% der rotierenden Massenkraft eines Zylinders und etwa 40,45% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders ausgleicht.

3. Kurbelwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen V-Winkel von 45° der Hubzapfenversatz der jeweils in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) angeordneten Hubzapfen (1 bis 6) 90° be trägt, die Zündabstände des V6-45°-Motors 135° und 105° betragen, die jeweiligen Hubzapfen (1 bis 6) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 13) mit einer Zwischenwange (21) verbunden sind, wobei der Mittenabstand (b) der versetzten Hubzapfen etwa ein Drittel des Zylinderabstandes (a) beträgt, an jeder Kurbelkröpfung (11 bis 13) zwei Gegengewichte (15 bis 20) ange schlossen sind und jedes Gegengewicht (15 bis 20) eine Ausgleichskraft erzeugt, die etwa 70,7% der rotierenden Massenkraft und etwa 35,36% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung jeweils eines Zylinders ausgleicht.