DE10350520B4

DE10350520B4 - Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken

Info

Publication number: DE10350520B4
Application number: DE2003150520
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Pölzl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: DE10350520A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken (ZB1, Z62), mit einer mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) aufweisenden Kurbelwelle (KW), wobei an jedem Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) mindestens zwei Kurbelzapfensitze ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen mindestens eines Kurbelzapfens (Z1, ..., Z6) ein Versatzwinkel besteht, und dass der Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze an mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) unterschiedlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Reduzieren der Baulänge von Brennkraftmaschinen können die Zylinder einer Brennkraftmaschine V-förmig oder W-förmig angeordnet werden, wobei die Pleuel der in Zylinderbänken benachbarten Zylinder am gleichen Kurbelzapfen der Kurbelwelle angeordnet sind. Dabei ist an einem Kurbelzapfen für jedes Pleuel ein Kurbelzapfensitz ausgearbeitet.
Bei der Vorgabe einer gleichmäßigen Zündfolge ist der Winkel (V-Winkel), in dem die Zylinderbänke zueinander angeordnet sind, von der Anzahl der Zylinder abhängig. Beispielsweise sind V-förmige Zylinderbänke bei einem Sechszylinder in einem V-Winkel von 120 Grad, bei einem Achtzylinder in einem V-Winkel von 90 Grad und bei einem Zwölfzylinder in einem V-Winkel von 60 Grad zueinander angeordnet.
Eine Möglichkeit den Winkel zwischen den Zylinderbänken bei einer gegebenen Anzahl von Zylindern bis zu ca. 30 Grad zu verändern besteht in dem Versetzen der Kurbeizapfensitze der Pleuel eines Kurbelzapfens, wie es beispielsweise in der EP 0 470 721 beschrieben ist.
So können beispielsweise unter Beibehaltung einer gleichmäßigen Zündfolge die V-förmigen Zylinderbänke eines Sechszylinders bei einem Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze eines Kurbelzapfens von 30 Grad in einem V-Winkel von 90 Grad zueinander gestellt werden.
Der wesentliche Nachteil versetzt angeordneter Kurbelzapfensitze besteht in der abnehmenden Festigkeit der Kurbelwelle. Zudem wird die Entstehung zusätzlicher Motorschwingungen gefördert.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken gemäß dem Oberbegriff es Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Festigkeit der Kurbelwelle erhalten bleibt, bei dem die Entstehung zusätzlicher Motorschwingungen unterdrückt wird, und bei der das Klangbild der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zwischen den Kurbelzapfensitzen mindestens eines Kurbelzapfens ein Versatzwinkel besteht. Zudem ist der Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze an mindestens zwei Kurbelzapfen unterschiedlich ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze zur Abtriebsseite der Kurbelwelle hin kleiner ausgebildet ist. Dementsprechend wird der Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen größer ausgebildet, an denen die auf die Kurbelwelle einwirkenden Drehmomente geringer sind, und wird zwischen den Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen kleiner ausgebildet, an denen die auf die Kurbelwelle einwirkenden Drehmomente höher sind.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze an dem zur Abtriebsseite der Kurbelwelle äußeren Kurbelzapfen, an dem die Kurbelwelle mit dem höchsten Drehmoment belastet wird, möglichst klein ist und vorzugsweise Null Grad beträgt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zündfolge entsprechend dem Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen angepasst ist.
Die Auswahl der Unterschiede der Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen und die entsprechend angepasste Zündfolge kann zur Beeinflussung des Klangbildes der Brennkraftmaschine und/oder zur Reduzierung der Entstehung von Motorschwingungen verwendet werden.
Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Brennkraftmaschine weist die Kurbelwelle trotz der einen Versatzwinkel aufweisenden Kurbelzapfen eine hohe Festigkeit auf. Zudem wird die Entstehung zusätzlicher Motorschwingungen unterdrückt. Durch die Wahl geeigneter Versatzwinkel kann über die sich ergebende Zündfolge das Klangbild der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst werden.
Im folgenden ist eine Brennkraftmaschine mit V-förmiger Zylinderanordnung anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung der Kurbelwelle einer zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelzapfensitze der Pleuel jedes Kurbelzapfens unterschiedliche Versatzwinkel aufweisen.
2 eine schematische Darstellung der Stirnseite der Kurbelwelle, wobei die unterschiedlichen Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze der jeweils zwei auf einem Kurbelzapfen angeordneten Pleuel dargestellt sind.
Eine zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine, deren Zylinder V-förmig in zwei Zylinderbänken angeordnet sind, soll einen V-Winkel von 90 Grad aufweisen. Um diesen V-Winkel zur realisieren ist ein Versatzwinkel zwischen den zwei Kurbelzapfensitze aufweisenden Kurbelzapfen von 30 Grad erforderlich.
1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Kurbelwelle KW der einen V-Winkel von 90 Grad aufweisenden zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelzapfensitze der Pleuelpaare der ersten Zylinderbank ZB1 und der zweiten Zylinderbank ZB2 unterschiedliche Versatzwinkel aufweisen. Um die Stabilität der Kurbelwelle KW zu gewährleisten ist der hohe Versatzwinkel von 30 Grad nur zwischen den Kurbelzapfensitzen des ersten Kurbelzapfens Z1 realisiert, an dem das Pleuelpaar des ersten Zylinders 1 und des siebten Zylinders 7 befestigt ist.
Zur Abtriebsseite Md der Brennkraftmaschine, an der das Getriebe angeflanscht ist, wird der Versatzwinkel von Kurbelzapfen zu Kurbelzapfen um sechs Grad reduziert. Am zweiten Kurbelzapfen Z2, an dem die Pleuel des zweiten Zylinders 2 und des achten Zylinders 8 befestigt sind, weisen die Kurbelzapfensitze dementsprechend einen Versatzwinkel von nur noch 24 Grad auf. Der sechste Kurbelzapfen Z6, an dem die Pleuel des sechsten Zylinders 6 und des zwölften Zylinders 12 befestigt sind, und über den das maximale Drehmoment der Kurbelwelle KW übertagen wird, weist keinen Versatzwinkel auf.
Somit wird dem von Kurbelzapfen zu Kurbelzapfen zunehmend auf die Kurbelwelle einwirkenden Drehmoment durch die kleiner werdenden Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen eines Kurbelzapfens Rechnung getragen, wodurch die Kurbelwelle KW trotz der Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen eine hohe Festigkeit aufweist.

Pleuelpaar der Zylinder 1/7 2/8 3/9 4/10 5/11 6/12

Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen 30° 24° 18° 12° 6° 0°
2 zeigt eine schematische Darstellung der Stirnseite der Kurbelwelle KW, wobei die unterschiedlichen Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der jeweiligen Kurbelzapfen dargestellt sind.
Entsprechend dem Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze muss der Zündwinkel angepasst werden. Die zyklischen Zündfolge der Zylinder ist:

1 7 5 11 3 9 6 12 2 8 4 10
Daraus resultiert ein Zündabstand in Kurbelwellendrehwinkel:

60° 48° 84° 42° 72° 39° 90° 42° 66° 48° 78° 51°
Bezogen auf 720° Kurbelwellendrehwinkel zündet die Zylinder bei:

60° 108° 192° 234° 306° 345° 435° 477° 543 591 669° 720°
Zeigt sich bei der mit diesen Versatzwinkeln zwischen den Kurbelzapfensitzen ausgelegten Brennkraftmaschine, dass sich Schwingungen resultierender Motorordnungen überlagern und zu unerwünschten Geräuschentwicklungen führen, kann durch geeignete Auswahl der Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der sechs Kurbelzapfen Z1, ..., Z6 der Brennkraftmaschine und durch eine entsprechend angepasste Zündfolge die Entstehung dieser Geräusche reduziert oder sogar unterdrückt werden.
Entsprechend kann das Klangbild der Brennkraftmaschine, das insbesondere in Leerlauf der Brennkraftmaschine bei Stillstand eines Kraftfahrzeugs wahrgenommen wird, vorteilhaft beeinflusst werden.
Die Versatzwinkel können beispielsweise so gewählt werden:

Pleuelpaar der Zylinder 1/7 2/8 3/9 4/10 5/11 6/12

Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen 28° 24° 17° 12° 7° 0°
Daraus resultiert ein Zündabstand in Kurbelwellendrehwinkel:

62° 47,5° 83° 42° 73° 38,5° 90° 42° 66° 48° 78° 50°
Bezogen auf 720° Kurbelwellendrehwinkel zündet die Zylinder bei:

62° 109,5° 192,5° 234,5° 307,5° 346° 436° 478° 544° 592° 670° 720°
Bei dieser Auswahl der Unterschiede im Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen und durch die entsprechend angepasste Zündfolge wird die Entstehung von unerwünschten Geräuschen durch einen Überlagerung Schwingungsamplituden mehrer Motorordnungen vermieden. Zudem entsteht im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein Klangbild, dass subjektiv als angenehm empfunden wird.
Dabei ist durch den zur Abtriebsseite der Brennkraftmaschine reduzierten Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der Pleuelpaare eine hohe Festigkeit der Kurbelwelle gegeben.

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken (ZB1, Z62), mit einer mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) aufweisenden Kurbelwelle (KW), wobei an jedem Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) mindestens zwei Kurbelzapfensitze ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen mindestens eines Kurbelzapfens (Z1, ..., Z6) ein Versatzwinkel besteht, und dass der Versatzwinkel der Kurbelzapfensitze an mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) unterschiedlich ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzwinkel zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen der mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) zur Abtriebsseite der Kurbelwelle (KW) hin kleiner ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzwinkel zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen an dem zur Abtriebsseite der Kurbelwelle (KW) äußeren der mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) Null Grad beträgt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündfolge entsprechend dem Versatzwinkel zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen der Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) angepasst ist.
Verwendung der Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstehung von Motorschwingungen durch eine geeignete Auswahl der Versatzwinkel zwischen den mindestens zwei Kurbelzapfensitzen der mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) und durch die entsprechend angepasste Zündfolge reduziert wird.
Verwendung der Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klangbild der Brennkraftmaschine durch eine geeignete Auswahl der Versatzwinkel zwischen den Kurbelzapfensitzen der mindestens zwei Kurbelzapfen (Z1, ..., Z6) und durch die entsprechend angepasste Zündfolge beeinflusst wird.