DE10306152B4

DE10306152B4 - Brennkraftmaschine mit Ausgleichswellen

Info

Publication number: DE10306152B4
Application number: DE10306152A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Huster
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-02-15
Also published as: DE10306152A1; US20040159301A1; US6889650B2

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit vier Zylindern in V-Anordnung, mit einer Kurbelwelle (4), mit einer ersten Ausgleichswelle (5) zur Verringerung der freien Massenkräfte zweiter Ordnung, welche unterhalb der Kurbelwelle (4) parallel zu dieser angeordnet ist, und mit einer zweiten Ausgleichswelle (6) im Schnittpunkt (7) des Zylinder-Vs oberhalb der Kurbelwelle (4), wobei die Drehmittelpunkte der ersten Ausgleichswelle (5), der zweiten Ausgleichswelle (6) und der Kurbelwelle (4) auf einer senkrechten Symmetrieachse (8), welche durch den Schnittpunkt (7) verläuft, liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichswelle (6) in einem Hauptschmiermittel-Kanal (18) zur Versorgung von Grundlagern (15) der Kurbelwelle (4) und Spritzdüsen (17) zur Kolben-Kühlung mit Schmiermittel angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Ausgleichswellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 42 38 148 A1 ist eine Brennkraftmaschine in V-Anordnung bekannt. Zur Verringerung der freien Massenkräfte zweiter Ordnung ist eine Ausgleichswelle vorgesehen. Im weiteren Text wird diese als erste Ausgleichswelle bezeichnet. Die erste Ausgleichswelle verläuft unterhalb der Kurbelwelle parallel dazu. Angetrieben wird die erste Ausgleichswelle über einen Kettentrieb, wobei zur Drehrichtungsumkehr ein Planetengetriebe vorgesehen ist.

Die erste Ausgleichswelle trägt zur Laufruhe der Brennkraftmaschine bei. Problematisch ist jedoch, dass durch die räumliche Lage der ersten Ausgleichswelle – seitlich zur Kurbelwelle versetzt – die freien Massenkräfte zweiter Ordnung nicht vollständig beseitigt werden.

Eine Verbesserung dieser Problematik ist aus der US 4 683 849 bekannt, welche eine Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit zwei Ausgleichswellen zeigt. Die erste Ausgleichswelle ist unterhalb und die zweite Ausgleichswelle ist oberhalb der Kurbelwelle angeordnet. Die Drehmittelpunkte der beiden Ausgleichswellen und der Kurbelwelle liegen auf einer gemeinsamen Symetrieachse, welche durch den Schnittpunkt des Zylinder-Vs verläuft. Auf Grund der stark schematischen Darstellung sind der Fundstelle keine weitergehenden Angaben bezüglich der konkreten konstruktiven Ausführung einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel Bauraum sowie Schmierung und Kühlung, zu entnehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern in V-Anordnung bei reduziertem Bauraumbedarf zu entwerfen, bei welcher die freien Massenkräfte zweiter Ordnung vollständig beseitigt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Ausgestaltungen hierzu sind in den Unteransprüche dargestellt.

Die Erfindung sieht eine zweite Ausgleichswelle vor, die in einem Hauptschmiermittel-Kanal angeordnet ist. Bekanntermaßen befindet sich bei einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung im Zylinder-V der Hauptschmiermittel-Kanal. Über diesen werden die Grundlager der Kurbelwelle und die Spritzdüsen zur Kolben-Kühlung mit Schmiermittel versorgt. Bei dieser Ausführung übernimmt die zweite Ausgleichswelle zusätzlich die Funktion des Hauptschmiermittel-Kanals. Hierzu besitzt die zweite Ausgleichswelle eine Schmiermittel-Zuführung, einen Führungskanal im Inneren, Auslass-Öffnungen zur Abfuhr des Schmiermittels und Exzenter-Gewichte.

In einer Ausgestaltung hierzu zeigt die zweite Ausgleichswelle partielle Ausfräsungen am Umfang. Als Führungs-Kanal ist im Inneren ein Rohr angeordnet.

Durch die ideale Position der beiden Ausgleichswellen werden die freien Massenkräfte zweiter Ordnung vollständig beseitigt. Da die zweite Ausgleichswelle zusätzlich die Funktion des Hauptschmiermittel-Kanals übernimmt, ist kein zusätzlicher Bauraum notwendig. Die Gewichtszunahme gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine ist moderat.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.

Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch die Brennkraftmaschine
2 ein Schnitt entlang der Linie II/II

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern in V-Anordnung dargestellt. Innerhalb des Kurbelgehäuses 2 befindet sich u. a. eine Kurbelwelle 4, eine erste Ausgleichswelle 5, eine zweite Ausgleichswelle 6 und ein Entlüftungs-Kanal 23. Gegenüber der Umwelt ist das Kurbelgehäuse 2 auf der Unterseite durch eine Abdeckplatte 3 verschlossen. Eine derartige Abdeckplatte 3 ist beispielsweise aus der DE 100 33 416 C1 bekannt. Der Abtrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt auf der Kraftseite KS, in Zeichnungsrichtung gesehen rechts. Auf der gegenüberliegenden Seite, also der Kraftgegenseite KGS, befindet sich der Rädertrieb.

Die erste Ausgleichswelle 5 ist unterhalb der Kurbelwelle 4 bzw. die zweite Ausgleichswelle 6 ist oberhalb der Kurbelwelle 4 angeordnet. Die genaue geometrische Position der beiden Ausgleichswellen wird in Verbindung mit der 2 erläutert. Die erste Ausgleichswelle 5 wird über ein Antriebsrad 9 unmittelbar von der Kurbelwelle 4 angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 5 dreht sich entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle 4 mit der doppelten Drehzahl. Die zweite Ausgleichswelle 6 wird über ein Antriebsrad 10 von einem Zwischenrad mittelbar durch die Kurbelwelle 4 angetrieben. Die zweite Ausgleichswelle 6 dreht sich ebenfalls mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle 4 in dieselbe Drehrichtung wie diese. Die zweite Ausgleichswelle 6 ist in einem Hauptschmiermittel-Kanal 18 angeordnet. Diese übernimmt die Funktion des Hauptschmiermittel-Kanals 18. Hierzu weist die zweite Ausgleichswelle 6 eine radiale Schmiermittel-Zuführung 16 zur Zufuhr des Schmiermittels auf. Im Inneren der zweiten Ausgleichswelle 6 wird das Schmiermittel durch ein Rohr 12 geführt. Das Rohr 12 besitzt am äußeren Umfang Bohrungen durch welche das Schmiermittel in Zuführungs-Kanäle 14 gelangen kann. Die Zuführungs-Kanäle 14 sind in Zwischenwänden 13 des Kurbelgehäuses 2 angeordnet. Über diese Zuführungs-Kanäle 14 gelangt das Schmiermittel zu Grundlagern 15 und Spritzdüsen 17. Über die Grundlager 15 stützt sich die Kurbelwelle 4 am Kurbelgehäuse 2 ab. Die Spritzdüsen 17 dienen zur Kolben-Kühlung, siehe hierzu 2. Die Exzenter-Gewichte 11 der zweiten Ausgleichswelle 6 werden durch partielle Ausfräsungen 24 hergestellt. Die erste Ausgleichswelle 5 ist analog zur zweiten Ausgleichswelle 6 ausgeführt. Das der ersten Ausgleichswelle 5 zugeführte Schmiermittel dient ausschließlich zur Schmierung der Lagerstellen der ersten Ausgleichswelle 5.

Die 2 zeigt die Brennkraftmaschine 1 im Querschnitt entlang der Linie II/II der 1. Ein derartiges quaderförmiges Kurbelgehäuse 2 mit innenliegenden Kammern 22 und einem entsprechenden Kurbelwellen-Raum 21 ist beispielsweise aus der DE 198 55 562 C1 bekannt. Mit dem Bezugszeichen A ist eine erste Linie und mit Bezugszeichen B eine zweite Linie dargestellt. Diese beiden Linien entsprechen der Kontur des Zylinder-Vs. Im Schnittpunkt 7 der beiden Linien A, B ist der Hauptschmiermittel-Kanal 18 angeordnet. Innerhalb diesem befindet sich die zweite Ausgleichswelle 6. Mit Bezugszeichen 8 ist eine senkrechte Symmetrieachse eingezeichnet, welche durch den Schnittpunkt 7 führt. Die Symmetrieachse 8 steht senkrecht auf der Abdeckplatte 3. Die Drehmittelpunkte der ersten Ausgleichswelle 5, der Kurbelwelle 4 und der zweiten Ausgleichswelle 6 liegen auf der Symmetrieachse 8. Mit anderen Worten: Die ersten Ausgleichswelle 5 befindet sich direkt unterhalb der Kurbelwelle 4 bzw. die zweite Ausgleichswelle 6 befindet sich genau oberhalb der Kurbelwelle 4. Aus der Darstellung der 2 ist nochmals der Rufbau der beiden Ausgleichswellen ersichtlich. Jede Ausgleichswelle verfügt über Exzenter-Gewichte 11, welche durch partielle Ausfräsungen 24 am äußeren Umfang entstehen. Im Inneren der Ausgleichswellen ist jeweils ein Rohr 12 zur Führung des Schmiermittels vorgesehen. Die Abführung des Schmiermittels aus dem Rohr 12 erfolgt über radiale Bohrungen.

Zur Kühlung eines Kolbens 19 ist eine Spritzdüse 17 dargestellt. Die Spritzdüse 17 wird von der zweiten Ausgleichswelle 6 via einem Zuführungs-Kanal 14 (siehe 1) mit Schmiermittel versorgt. Die Spritzdüse 17 liegt – in Zeichnungsebene gesehen – hinter einem Pleuel 20. Zur besseren Darstellung zeigt das Pleuel 20 in diesem Bereich einen entsprechenden Aufriss.

Aus der vorgehenden Beschreibung ergeben sich für die Erfindung folgende Vorteile:

– aufgrund der geometrischen Position der beiden Ausgleichswellen werden die freien Massenkräfte zweiter Ordnung vollständig ausgeglichen, d. h. es ergibt sich eine neutrale Momentenbilanz;
– die zweite Ausgleichswelle ist im Hauptschmiermittel-Kanal angeordnet, und übernimmt dessen Funktion, daher ist kein weiterer Bauraum notwendig;
– durch das in der Ausgleichswelle vorgesehene Rohr werden in Verbindung mit den partiellen Ausfräsungen Pansch-Verluste vermieden.

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelgehäuse
3: Abdeckplatte
4: Kurbelwelle
5: erste Ausgleichswelle
6: zweite Ausgleichswelle
7: Schnittpunkt
8: Symmetrieachse, senkrecht
9: Antriebsrad
10: Antriebsrad
11: Exzenter-Gewicht
12: Rohr
13: Zwischenwand
14: Zuführungs-Kanal
15: Grundlager
16: Schmiermittel-Zuführung (radial)
17: Spritzdüse
18: Hauptschmiermittel-Kanal
19: Kolben
20: Pleuel
21: Kurbelwellen-Raum
22: Kammer
23: Entlüftungs-Kanal
24: Partielle Ausfräsung

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit vier Zylindern in V-Anordnung, mit einer Kurbelwelle (4), mit einer ersten Ausgleichswelle (5) zur Verringerung der freien Massenkräfte zweiter Ordnung, welche unterhalb der Kurbelwelle (4) parallel zu dieser angeordnet ist, und mit einer zweiten Ausgleichswelle (6) im Schnittpunkt (7) des Zylinder-Vs oberhalb der Kurbelwelle (4), wobei die Drehmittelpunkte der ersten Ausgleichswelle (5), der zweiten Ausgleichswelle (6) und der Kurbelwelle (4) auf einer senkrechten Symmetrieachse (8), welche durch den Schnittpunkt (7) verläuft, liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichswelle (6) in einem Hauptschmiermittel-Kanal (18) zur Versorgung von Grundlagern (15) der Kurbelwelle (4) und Spritzdüsen (17) zur Kolben-Kühlung mit Schmiermittel angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) mit Ausgleichswellen (5, 6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichswelle (6) eine Schmiermittel-Zuführung (16), einen Führungs-Kanal, Auslass-Öffnungen und Exzenter-Gewichte (11) aufweist.
Brennkraftmaschine (1) mit Ausgleichswellen (5, 6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgleichswelle (6) partielle Ausfräsungen (24) am Umfang aufweist und im Inneren ein Rohr (12) als Führungs-Kanal angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) mit Ausgleichswellen (5, 6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgleichswelle (5) auf einer Abdeckplatte (3) der Brennkraftmaschine (1) gelagert ist.
Brennkraftmaschine (1) mit Ausgleichswellen (5, 6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgleichswelle (5) nach den Ansprüchen 2 und 3 ausgeführt ist.