DE19643705A1

DE19643705A1 - 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine mit Massenausgleich

Info

Publication number: DE19643705A1
Application number: DE19643705A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bollig; Werner Bick; Juergen Dick; Bernd Jung; Daniel Perak
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1997-07-03
Also published as: DE29520557U1; US5794493A

Description

Die Erfindung betrifft eine 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine mit Massenausgleich, insbesondere eine Kolbenbrennkraft maschine. Bei diesen Hubkolbenmaschinen ist es erforderlich, zum Ausgleich freier Massenkräfte Ausgleichsmassen vorzu sehen. Diese können in Form umlaufender Unwuchtgewichte ausgestaltet sein, die auf entsprechenden Zusatzwellen gelagert sind und über die Kurbelwelle angetrieben werden.

Aus DE-A-44 41 798 ist eine Hubkolbenmaschinen bekannt, bei der die Ausgleichsmassen schwenkarmartig ausgebildet und über Torsionsfedern am Motorblock gelagert sind. Die Schwenkbewegung der Ausgleichsmassen erfolgt über jeweils eine entsprechende Steuerkontur an der Kurbelwelle. Für einen Mehrzylinder-Reihenmotor ist es aus dieser Druckschrift ferner bekannt, zu beiden Seiten der Kurbelwelle parallel verlaufende Torsionsfedern vorzusehen, die jeweils an einem Ende fest eingespannt sind und am anderen Ende verdrehbar gelagert sind, wobei an dem lagerseitigen Ende auch die schwenkarmartige Ausgleichsmasse angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß aufgrund der nicht zu ver meidenden Unsymmetrie der Ausgleichsmassen zueinander Mo mente um die Motorhochachse induziert werden und daß wegen der Größe der Ausgleichsmassen einerseits und damit verbunden der Größe der Vorspannung der Torsionsfedern andererseits erhebliche Hertzsche Pressungen zwischen Steuerkontur und zugehöriger Ausgleichsmasse auftreten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, speziell für eine 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine in Reihenanordnung ein Massenausgleichssystem zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Anordnung vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine, insbesondere Kolbenbrennkraft maschine, deren Kurbelwelle mit vier Steuerkonturen versehen ist, von denen jeweils eine Steuerkontur auf eine Ausgleichs masse einwirkt, die schwenkarmartig ausgebildet ist und mit ihrer Haupterstreckung senkrecht zur Kurbelwellenachse ausgerichtet ist, wobei jeweils eine Ausgleichsmasse im Bereich der stirnseitigen Kurbelwellenlager und zwei Aus gleichsmassen im Bereich des Mittellagers der Kurbelwelle angeordnet sind und jede Ausgleichsmasse mit einer Torsions feder verbunden ist, wobei je zwei Torsionsfedern parallel zu beiden Seiten der Kurbelwelle angeordnet sind. Hierdurch sind die Ausgleichsmassen in ihrer Größe gegenüber den vorbekannten Ausgleichsmassen jeweils halbiert, so daß entsprechend auch die erforderlichen Federtorsionsmomente und damit auch die Hertzschen Pressungen zwischen Ausgleichs masse und Steuerkontur jeweils halbiert sind. Darüber hinaus ist es möglich, den Schwenkwinkel der Ausgleichsmassen entsprechend auch zu halbieren, so daß die Ausgleichsmassen entsprechend geringer in die Ölfüllung der Kurbelwanne eintauchen. Die Reduzierung der Hertzschen Pressungen jeweils zwischen der Steuerkontur und der zugehörigen Ausgleichsmasse erlaubt es darüber hinaus, für die Übertragung der Schwenk bewegung von Steuerkontur auf die Ausgleichsmasse reibungs arme Rollenlager zwischenzuschalten, was insbesondere bei schnellaufenden Hubkolbenmaschinen von Bedeutung ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden stirnseitigen Ausgleichsmassen einerseits und die beiden mittleren Ausgleichsmassen andererseits entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Durch diese Anordnung wird die Entstehung von Momenten um die Motorhoch achse unterbunden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Torsionsfedern der stirnseitigen Ausgleichs massen im Bereich des Mittellager verankert sind und die Torsionsfedern der mittleren Ausgleichsmassen jeweils im Bereich der stirnseitigen Kurbelwellenlager verankert sind und daß die Torsionsfedern jeweils an ihren anderen Enden verdrehbar gelagert sind. Diese Anordnung erlaubt es, die Torsionsfedern höhenversetzt gegenüber der Drehachse der Kurbelwelle anzuordnen, so daß zumindest ein teilweiser Ausgleich von Wechselmomenten erzielt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Verankerung und Lagerung der Torsions federn ein mit dem Zylinderblock verbindbarer Grundrahmen vorgesehen ist, der an beiden Stirnseiten und im Bereich des Mittellagers mit Tragwangen versehen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Massenausgleich insgesamt, d. h. die Ausgleichsmassen und die Torsionsfedern als in sich geschlossene vormontierte Baueinheit mit dem Zylinderblock zusammengefügt werden können. In den Tragwangen sind dann jeweils die Enden der Torsionsfedern entsprechend ihrer Zuordnung zu den Ausgleichsmassen verankert oder verdrehbar gelagert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Grundrahmen zwischen den Tragwangen jeweils mit einem Quersteg versehen ist und daß auf der dem Zylinderblock zugekehrten Seite des Grundrahmens die Tragwangen und die Querstege als Lagerdeckel für die Kurbel wellenlager ausgebildet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß nicht nur das Massenausgleichssystem sondern die gesamte Kurbelwellenlagerung für eine fünffach gelagerte Kurbelwelle einer 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine als in sich geschlossenes vollständiges Bauteil gefertigt werden kann. Hierdurch wird nicht nur die Präzision erhöht sondern auch die Montage arbeit vereinfacht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweils drehfest mit einer Torsionsfeder verbundene Ausgleichsmasse eine koaxial zur Torsionsfeder ausgerichtete und mit Wälzkörpern versehene Lagerbohrung aufweist, über die sich die Ausgleichsmasse jeweils auf einem mit dem Zylinderblock in Verbindung stehenden Achs bolzen abstützt. Durch eine derartige Anordnung gelingt es, die Torsionsfedern praktisch frei von Biegebeanspruchun gen zu halten.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ausgleichsmasse jeweils mit einer Ausnehmung versehen ist, in der ein sich auf der zugehörigen Steuerkontur abstüt zender Rollkörper gelagert ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, Rollkörper mit verhältnismäßig großen Durchmesser zu verwenden. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn der Roll körper durch ein Wälzlager, insbesondere ein Rollenlager gebildet wird, da hierdurch günstige Tragzahlen zu erreichen sind.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Grundrahmens zur Lagerung des Massenausgleichs und der Kurbelwelle,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Grundrahmens gem. Fig. 1 mit zugehöriger Kurbelwelle,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Grundrahmen gem. Fig. 1, teilweise im Schnitt,

Fig. 4 einen Schnitt gem. der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt gem. der Linie V-V in Fig. 1.

Wie Fig. 1 in einer Seitenansicht und Fig. 3 in einer Aufsicht zeigen, ist für die Lagerung des Massenausgleichs und der Kurbelwelle 1 ein Grundrahmen 2 vorgesehen. Der Grundrahmen 2 weist jeweils an seinen stirnseitigen Enden und im Bereich des Mittellagers 3 der Kurbelwelle 1 Tragwangen 4 auf. Zwischen den Tragwangen 4 sind Querstege 5 angeordnet. Die Tragwangen 4 und die Querstege 5 sind auf ihrer dem Zylinderblock zugekehrten Seite als Lagerdeckel für die Kurbelwelle 1 ausgebildet, wobei die dem hier nicht darge stellten Zylinderblock zugekehrte Fläche 6 des Grundrahmens 2 die Teilungsebene für die Lager der Kurbelwelle 1 bildet.

Mit Abstand unterhalb der Teilungsebene 6 und damit auch unterhalb der Drehachse 7 der Kurbelwelle 1 und parallel hierzu auf beiden Seiten verlaufend (Fig. 3) sind Torsions federn 8.1, 8.2, 8.3 und 8.4 angeordnet, die jeweils in dem Tragrahmen 4 gehalten sind. Wie aus der Aufsicht gem. Fig. 3 ersichtlich, sind die Torsionsfedern 8.1 und 8.2 am mittleren Tragrahmen 4 drehfest gehalten, beispielsweise über eine Verzahnung 9.1 und 9.2, wobei über zusätzliche Verstellmittel die Möglichkeit gegeben ist, für die Torsions federn 8.1 und 8.2 eine vorgegebene Vorspannung einzustellen.

Das andere Ende der beiden Torsionsfedern 8.1 und 8.2 ist jeweils mit einer Ausgleichsmasse 10.1 und 10.2 drehfest verbunden, wobei die Ausgleichsmassen jeweils eine stirn seitige koaxiale Lagerbohrung 11 aufweisen, in die ein Achsbolzen 12 hineinragt, so daß sich die Ausgleichsmassen 10 über Wälzkörper, beispielsweise Nadellager, auf den Achs bolzen 12 verdrehbar abstützen.

Die Torsionsfedern 8.3 und 8.4 sind jeweils mit einem Ende in dem stirnseitigen Tragrahmen 4 in gleicher Weise verdreh fest gelagert, wie die zuvor beschriebenen Torsionsfedern 8.1 und 8.2 und an ihrem anderen Ende jeweils mit Ausgleichs massen 10.3 und 10.4 verbunden, die wiederum mit Lagerbohrun gen 11 die mit Wälzkörpern versehen sind, auf einem im mittleren Tragrahmen 4 angeordneten Achsbolzen 12 gelagert sind.

Wie aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Ausgleichsmassen 10 schwenkarmartig ausgebildet und mit ihren Haupterstreckung senkrecht zur Kurbelwellen achse 7 ausgerichtet. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die beiden stirnseitigen Ausgleichsmassen 10.1 und 10.2 entgegengesetzt zu den beiden mittleren Ausgleichsmassen 10.3 und 10.4 ausgerichtet sind. Hierdurch ergibt sich für die bei der Bewegung der Ausgleichsmasse auftretenden Kräfte und Momente eine gegenläufig symmetrische Anordnung, so daß in der Horizontalebene sich die Kräfte und die daraus resultierenden Momente um die Hochachse gegenseitig kompen sieren und wie gewünscht, nur in der Vertikalebene die aus der Bewegung der Ausgleichsmassen entstehenden Kräfte wirksam werden können.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind an der Kurbelwelle 1 den jeweiligen Ausgleichsmassen 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 entsprechende Steuerkonturen 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 zugeordnet.

Die Ausgleichsmassen sind jeweils mit nach unten offenen Ausnehmungen 14 versehen, in denen ein Rollkörper 15, bei spielsweise ein Wälzlager, insbesondere ein Rollenlager, angeordnet ist, das auf der zugehörigen Steuerkontur 13 abrollt, wobei die Ausgleichsmasse 10 jeweils über eine entsprechend eingestellte Vorspannung der zugehörigen Torsionsfeder 8 angedrückt wird.

Die Schnittdarstellungen in Fig. 4 und 5 zeigen jeweils die Anordnung der Tragwangen 4 bzw. der als Lagerstege ausgebildeten Querstege 5 des Grundrahmens 2. Wie aus diesen Schnittdarstellungen ersichtlich, ist der Grundrahmen 2 über Schrauben 16 mit der Sohle des Zylinderblockes ver bunden, wobei über die Schrauben 17 jeweils die Lagerschale für das Kurbelwellenlager geschlossen ist.

Bei der hier dargestellten Anordnung ist die Ausbildung so getroffen, daß über die Schrauben 16 eine als Blech- oder Gußteil ausgebildete Ölwanne 18 fest und entsprechend abgedichtet angeordnet ist.

Claims

1. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine, insbesondere Kolbenbrenn kraftmaschine, deren Kurbelwelle (1) mit vier Steuerkontu ren (13) versehen ist, von denen eine Steuerkontur (13) auf eine Ausgleichsmasse (10) einwirkt, die schwenkarmartig ausgebildet und mit ihrer Haupterstreckung senkrecht zur Kurbelwellenachse (7) ausgerichtet ist, wobei jeweils eine Ausgleichsmasse (10.1, 10.2) im Bereich der stirnseitigen Kurbelwellenlager und zwei Ausgleichsmassen (10.3, 10.4) im Bereich des Mittellagers (3) der Kurbelwelle (1) angeord net sind und jede Ausgleichsmasse (10) mit einer Torsions feder (8) verbunden ist, wobei je zwei Torsionsfedern (8) parallel zu beiden Seiten der Kurbelwelle (1) angeordnet sind.

2. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stirnseitigen Ausgleichs massen (10.1, 10.2) einerseits und die beiden mittleren Ausgleichsmassen (10.3, 10.4) andererseits entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind.

3. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfedern (8.1, 8.2) der stirnseitigen Ausgleichsmassen (10.1, 10.2) im Bereich des Mittellagers (3) verankert sind und die Torsionsfedern (8.3, 8.4) der mittleren Ausgleichsmassen (10.3, 10.4) jeweils im Bereich der stirnseitigen Kurbelwellenlager verankert sind und daß die Torsionsfedern (8) jeweils an ihren anderen Enden verdrehbar gelagert sind.

4. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verankerung und Lagerung der Torsionsfedern (8) ein mit dem Zylinderblock verbindbarer Grundrahmen (2) vorgesehen ist, der an beiden Stirnseiten und im Bereich des Mittellagers (3) der Kurbel welle (1) mit Tragwangen (4) versehen ist.

5. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundrahmen (2) zwischen den Tragwangen (4) jeweils mit einem Quersteg (5) versehen ist und daß auf der dem Zylinderblock zuge kehrten Seite des Grundrahmens (2) die Tragwangen (4) und die Querstege (5) als Lagerdeckel für die Kurbelwellen lager ausgebildet sind.

6. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils drehfest mit einer Torsionsfeder (8) verbundene Ausgleichsmasse (10) eine koaxial zur Torsionsfeder (8) ausgerichtete und mit Wälzkörpern versehene Lagerbohrung (11) aufweist, über die sich die Ausgleichsmasse (10) jeweils auf einem mit dem Zylinderblock in Verbindung stehenden Achsbolzen (12) abstützt.

7. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (10) jeweils mit einer Ausnehmung (14) versehen ist, in der ein sich auf der zugehörigen Steuerkontur (13) abstützen der Rollkörper (15) gelagert ist.

8. 4-Zylinder-Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper (15) durch ein Wälzlager gebildet wird.