DE10245376A1

DE10245376A1 - Kurbelwelle für eine Reihen-Dreizylinder-Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE10245376A1
Application number: DE2002145376
Authority: DE
Inventors: Christian Puchas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-28
Filing date: 2002-09-28
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Bei unveränderter Laufkultur werden mit lediglich zwei Ausgleichsmassen für eine Reihendreizylinder-Kurbelwelle die Lagerbelastungen der Kurbelwellenlager vermindert und über das geringere Gewicht und die vereinfachte Formgebung die Herstellungskosten der Kurbelwelle gesenkt.

Description

Die Erfindung betrifft die Kurbelwelle für eine Reihen-Dreizylinder-Hubkolbenmaschine mit drei Kurbelkröpfungen und vier Kurbelwellenlagern, insbesondere für einen Antriebsmotor von Kraftfahrzeugen.

Dreizylinder-Reihenmotoren werden überwiegend in Quermotoranordnung als Antrieb für kleinere Kraftfahrzeuge eingesetzt.

Die Kurbelwelle dieser Dreizylindermotoren besitzt drei Kurbelkröpfungen, vier Kurbelwellenlager und sechs Ausgleichsgewichte, mit denen das rotierende Massenmoment zu 100% sowie das oszillierende Massenmoment 1. Ordnung zu 50% ausgeglichen werden.

Beispielsweise mit sechs gleich großen Ausgleichsgewichten des Normalausgleiches erreicht man eine gleichmäßige Entlastung der vier Kurbelwellenlager von den Massenkräften, sodaß in der Spitzenbelastung für die Kurbelwellenlager dem Zünddruck eines Zylinders 50% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung und 100% der oszillierenden Massenkraft 2. Ordnung des betreffenden Zylinders entgegen wirken.

Der in modernen Motoren enorm angestiegene Zünddruck erfordert immer aufwendigere und tragfähigere Kurbelwellenlager, wogegen die Massenkräfte speziell in Dieselmotoren, aber auch in aufgeladenen Ottomotoren für die Lagerdimensionierung nur noch eine untergeordnete Rolle spielen.

Die Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, bei gleichbleibender Motorlaufkultur für einen Dreizylinder-Reihenmotor einen besser auf die maximale Lagerbelastung der Kurbelwellenlager abgestimmten Massenausgleich anzugeben, der über einen geringeren Ausgleich der Massenkräfte durch die Ausgleichsgewichte an den Kurbelwellenlagern den auf die Kurbelwellenlager wirkenden Zünddruck vermindert, gleichzeitig über kleinere Ausgleichsmassen das Kurbelwellengewicht verringert und durch das Mindergewicht und die vereinfachte Formgebung der Kurbelwelle die Herstellkosten senkt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3, aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Figurenbeschreibungen.

Die Erfindung ist jeweils schematisch in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt:
(Fig. 1) zeigt den Kurbelstern der Reihen-Dreizylinder-Kurbelwelle (4) mit der bekannten Anordnung der Kurbelkröpfungen (1 bis 3) und der erfindungsgemäßen Anordnung der beiden Ausgleichmassen (9, 10) in der Ausgleichsebene (16) nach dem Anspruch 1.
(Fig. 2) zeigt in der Längsansicht der Kurbelwelle (4) die Kurbelkröpfungen (1 bis 3), die Kurbelwellenlager (5 bis 8) und die zwei innerhalb der Kurbelwellenlager (5, 8) angeordneten Ausgleichsgewichten (11, 12) mit ihren Hebelarmen (b) nach dem Anspruch 2 und (Fig. 3) die ebenfalls nach dem Anspruch 2 gewichtsmäßig vorteilhaftere Anordnung der zwei außerhalb der Kurbelwellenlager (5 bis 8) in der Riemenscheibe (13) und im Schwungrad (14) angeordneten Ausgleichsmassen (9, 10) mit den zugehörigen Hebelarmen (c, d).
(Fig. 4) zeigt die am Kurbelwellenlager (6) wirksamen Massenkräfte.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe führt die Überlegung, daß durch die 120° versetzten Kurbelkröpfungen (1, 2) am Kurbelwellenlager (6) in (Fig. 4) sich auch ohne Ausgleichsgewichte die oszillierenden Massenkräfte teilweise ausgleichen und die beiden rotierenden Massenkräfte eine Resultierende bilden, die zur Hälfte dem Zünddruck entgegen wirkt, weshalb erfindungsgemäß auf die Anordnung von Ausgleichsgewichten an den Kurbelwellenlagern (6, 7) verzichtet wird, da nicht ausgeglichene Massenkraftanteile den auf das Kurbelwellenlager (6) anteilig wirkenden Zünddruck vermindern.
Die Überprüfung der resultierenden Lagerbelastung des Kurbelwellensagers (5) des Dreizylindermotors aus Zünddruck und Massenkräften etwa bei der Drehzahl des maximalen Drehmomentes ergibt, daß ohne Ausgleichsgewichte am Kurbelwellenlager (6) gegenüber einem Normalausgleich die Lagerbelastung des Otto-Saugmotor um 10% verringert wird, da jetzt größere wirksame Massenkräfte dem Zünddruck entgegenwirken können.
Bei Nenndrehzahl des Motors und Schubbetrieb wirken dagegen im anderen Belastungs-Extremfall nur die maximalen Massenkräfte auf die Kurbelwellenlager (5 bis 8). Es zeigt sich, daß dabei die auftretende Lagerkraft aus den Massenkräften lediglich etwa 51% des Zünddruck-Lagerwertes beträgt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgleichs-Auslegung mit lediglich zwei Ausgleichsmassen (9, 10) werden in einer Reihendreizylinder-Kurbelwelle (4) die Belastungen der Kurbelwellenlager (5 bis 8) aus Zünddruck und Massenkräften besser angeglichen, was zur Verminderung der Reibleistung führt, da die Lagerreibung von der größten auftretenden Lagerkraft abhängt.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Reihen-Dreizylinder-Kurbelwelle (4) liegt jedoch in der großen Gewichtseinsparung, wobei über das Mindergewicht und die vereinfachte Formgebung die Herstellkosten der Dreizylinder- Kurbelwelle (4) deutlich gesenkt werden. Bezugszeichenliste 1 bis 3 Kurbelkröpfungen
4 Kurbelwelle
5 bis 8 Kurbelwellenlager
9, 10 Ausgleichsmassen
11, 12 Ausgleichsgewichte
13 Riemenscheibe
14 Schwungrad
15 Kurbelwellenmitte
16 Ausgleichsebene
a Zylinderabstand
b, c, d Abstände der Ausgleichsmassen 9, 10 zu Kurbelwellenmitte 15
Fr rotierende Massenkraft eines Zylinders
F₁ oszillierende Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders
F₂ oszillierende Massenkraft 2. Ordnung eines Zylinders

Claims

1. Kurbelwelle für eine Reihen-Dreizylinder-Hubkolbenmaschine, mit drei Kurbelkröpfungen und vier Kurbelwellenlagern, insbesondere für einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vollausgleich des rotierenden Massenmomentes und zum hälftigen Ausgleich des oszillierenden Massenmomentes 1. Ordnung auf die Kurbelwelle (4) ausschließlich zwei Ausgleichsmassen (9, 10) einwirken, die beiden Ausgleichsmassen (9, 10) einen Winkel von 180° bilden und gleich große und entgegengesetzte Ausgleichskräfte erzeugen und die von den Ausgleichskräften der Ausgleichsmassen (9, 10) gebildete Ausgleichsebene (16) mit der ersten Kurbelkröpfung (1) einen Winkel von 30° bildet.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (9, 10) entweder innerhalb der Kurbelwellenlager (5 bis 8) angeordnet sind und an den Kurbelwellenlagern (5, 8) die Ausgleichsgewichte (11, 12) bilden oder außerhalb der Kurbelwellenlager (5 bis 8) beispielsweise in der Riemenscheibe (13) und im Schwungrad (14) angeordnet sind.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskräfte der Ausgleichsmassen (9, 10) mit ihren wirksamen Hebelarmen (b, c, d) zur Kurbelwellenmitte (15) ein Ausgleichsmoment etwa von der Größe: a (1,732 Fr + 0,866 F₁) erzeugen.