DE2757332C2 - Internal combustion engine with a crank drive, in particular a cross-head diesel engine - Google Patents
Internal combustion engine with a crank drive, in particular a cross-head diesel engineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Kurbeltrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an internal combustion engine with a crank drive according to the preamble of claim 1.
Im Betrieb eines Dieselmotors bewegen sich einige Massen von Triebwerkteilen, wie Kolben, Kolbenstange, Kreuzkopf, Schubstange, hin und her; andere Massen hingegen, wie Kurbeln und Schubstangenköpfe, rotieren. Zufolge dieser Bewegungen bzw. der zeitlich veränderlichen Massenbeschleunigungen entsteht eine zeitlich veränderliche resultierende Massenkraft P, die sich als innere Kraft im Motor und als äußere oder freie Massenkraft auf das Fundament auswirktWhen a diesel engine is running, some masses of engine parts, such as pistons, piston rods, crossheads, push rods, move back and forth; however, other masses, such as cranks and push rod heads, rotate. As a result of these movements or the time-varying mass accelerations, a time-varying resulting inertia force P arises, which acts as an internal force in the motor and as an external or free inertia force on the foundation
Aus der kinematischen und dynamischen Analyse des Kurbeltriebes geht hervor, daß diese Massenkraft P als Summe zweier Teilkräfte P\ und Pi aufgefaßt werden kann, wobei P\ eine Funktion des einfachen Kurbelwinkels und Pi eine Funktion des doppelten Kurbelwinkels ist. P\ wird als Massenkraft erster Ordnung und P2 als Massenkraft zweiter Ordnung bezeichnetThe kinematic and dynamic analysis of the crank mechanism shows that this inertia force P can be understood as the sum of two partial forces P \ and Pi , where P \ is a function of the single crank angle and Pi is a function of the double crank angle. P \ is referred to as the first-order inertial force and P 2 as the second-order inertial force
Physikalisch kann man sich die Massenkräfte P ersetzt denken durch die Summe der Zentrifugalkräfte zweier gegenläufig rotierender Massen, deren Fliehkraftkomponenten in Hubrichtung des Motors sich summieren, während diejenigen senkrecht dazu sich aufheben. Dabei ist die Winkelgeschwindigkeit dieser rotierenden Ersatzmassen für die erste Ordnung gleich der Winkelgeschwindigkeit ω der Kurbelwelle, für die zweite Ordnung hingegen gleich der zweifachen Winkelgeschwindigkeit 2<a Durch solche gegenläufig rotierende Massen lassen sich bei richtiger Winkelversetzung gegenüber den Kurbelarmen die Massenkräfte P jedes Zylinders einzeln ausgleichen. Bei Mehrzylindermaschinen kompensieren sich die Massenkräfte der verschiedenen Triebwerke zum Teil gegenseitig.Physically, one can imagine the inertia forces P replaced by the sum of the centrifugal forces of two counter-rotating masses, the centrifugal force components of which add up in the stroke direction of the motor, while those perpendicular to it cancel each other out. The angular velocity of this rotating replacement compositions for the first order is equal to the angular velocity ω of the crankshaft for the second order, however, equal to twice the angular velocity 2 <a Such counter-rotating masses, the inertia forces P can be each cylinder at correct angular displacement relative to the crank arms individually compensate . In multi-cylinder machines, the inertial forces of the various engines partially compensate each other.
In der Praxis wird die Massenkraft zweiter Ordnung häufig durch zwei an den Enden des KurbelgehäusesIn practice, the second order inertial force is often given by two at the ends of the crankcase
ίο vorgesehenen, sogenannten Massenausgleichs^trieben zweiter Ordnung ausgeglichen. Ein solches Getriebe besteht aus eine mit der Winkelgeschwindigkeit von 2ω rotierenden Masse, die über einen Kettenantrieb von der Kurbelwelle angetrieben wird. Es ist dabei üblich, diese Getriebe in einem erheblichen Abstand vom Kurbelgehäuse anzuordnen und ihre Lagerabstützungen unmittelbar auf dem Fundament zu befestigen. Der Platzbedarf ist dabei beträchtlich, und es können, bei Anlagen auf Schiffen, Biegeschwingungen des Schiffes oder, bei stationären Anlagen, des Fundaments unerwünschter Frequenzen und Amplituden erregt werden und zu kostenspieligen Schäden führen.ίο provided, so-called mass balancing, second-order drives balanced. Such a transmission consists of a mass rotating at an angular speed of 2ω , which is driven by the crankshaft via a chain drive. It is customary to arrange these gears at a considerable distance from the crankcase and to fasten their bearing supports directly on the foundation. The space requirement is considerable and, in the case of systems on ships, bending vibrations of the ship or, in the case of stationary systems, the foundation, undesired frequencies and amplitudes can be excited and lead to costly damage.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Gefahr kostspieliger Schaden infolge unerwünschter Schwingungen vermieden und gleichzeitig die Baulänge der Anlage verkürzt wird.It is the object of the invention to improve the internal combustion engine of the type mentioned so that the The risk of costly damage as a result of undesired vibrations is avoided and the overall length is reduced at the same time the system is shortened.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1
Durch das Verlängern der Grundplatte und das Anordnen des Massenausgleichsgetriebes zweiter Ordnung auf der Verlängerung wird dieses Getriebe in unmittelbare Nähe des Kurbelgehäuses gerückt und die Massenausgleichskraft unmittelbar über die Grundplatte auf das Fundament übertragen. Etwaige Biegeschwingungen des Schiffes oder — bei stationären Anlagen — des Fundamentes werden dadurch gedämpft; damit wird die Gefahr kostspieliger Schäden vermieden. Außerdem ergibt sich der Vorteil einer beträchtlichen Verkürzung der Baulänge der Anlage.By lengthening the base plate and arranging the second order mass balance gear on the extension, this gear is moved into the immediate vicinity of the crankcase and the mass balancing force Transferred directly to the foundation via the base plate. Any bending vibrations the ship or - in the case of stationary systems - the foundation are thereby dampened; so will avoided the risk of costly damage. There is also the advantage of a considerable shortening the overall length of the system.
Aus der DE-AS 15 26 472 ist eine Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Grundplatte und einem auf dieser fest angeordneten Kurbelgehäuse bekannt, in deren Seitenwänden eine Kurbelwelle und oberhalb dieser eine sich mit der halben Drehzahl der letzteren drehende Nockenwelle gelagert ist Das Massenausgleichsgetriebe besteht aus der Nockenwelle, mehreren Zahnrädern und Gegengewichten, die sich mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle, aber in entgegengesetztem Drehsinn bewegen. Es werden also nur die Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen. Außerdem wirken die Massenausgleichskräfte nicht unmittelbar, sondern auf dem Umweg über das Kurbelgehäuse auf die Grundplatte. Diese Anordnung eignet sich für eine Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine mit niedrigen Massenausgleichskräften, nicht aber für Mehrzylinder-Dieselmotoren, wie z. B. Kreuzkopf-Dieselmotoren, die durch hohe Leistungen und entsprechend große Massenausgleichskräfte gekennzeichnet sind.DE-AS 15 26 472 discloses a single-cylinder four-stroke internal combustion engine with a base plate and a crankcase fixed on this known, in the side walls of a crankshaft and above this one with half the speed of the the latter rotating camshaft is mounted The mass balancing gear consists of the camshaft, multiple gears and counterweights that rotate at the same speed as the crankshaft, but in move in the opposite direction of rotation. So only the first-order mass forces are balanced. In addition, the mass balancing forces do not act directly, but rather indirectly via the crankcase on the base plate. This arrangement is suitable for a single-cylinder four-stroke internal combustion engine with low mass balancing forces, but not for multi-cylinder diesel engines such. B. Crosshead diesel engines, which are characterized by high performance and correspondingly large mass balancing forces are.
Aus der FR-PS 9 97 076 ist eine Konstruktion für Motoren, Kompressoren und ähnliche Maschinen mit Kurbelbetrieb und vier oder mehr Zylindern bekannt Die im Kurbelgehäuse drehbar gelagerte Kurbelwelle und das Massenausgleichsgetriebe, das zwei zueinander parallele, jedoch gegensinnig rotierende Ausgleichsvellen aufweist, ist hier nicht in unmittelbarer Nähe der Kurbelgehäuseenden, sondern in einem besonderen, zwischenFrom FR-PS 9 97 076 is a construction for engines, compressors and similar machines with crank operation and four or more cylinders known The crankshaft rotatably mounted in the crankcase and the mass balancing gear, the two parallel, but counter-rotating balancing shafts has, is not in the immediate vicinity of the crankcase ends, but in a special, between
dem Kurbelgehäuse und der Grundplatte befindlichen Gehäuse angeordnet Lediglich die von der Kurbelwelle angetriebenen Kettenzahnräder und Ketten, die die Ausgleichswellen antreiben, sind an den Kurbelgehäuseenden angeordnet Diese Anordnung eignet sich ebenfalls nur für Motoren mit beschränkter Leistung, nicht aber für große Dieselmotoren mit in einer Grundplatte gelagerter Kurbelwelle.The housing located in the crankcase and the base plate is arranged only by the crankshaft driven sprockets and chains that drive the balance shafts are on the crankcase ends arranged This arrangement is also only suitable for motors with limited power, but not for large diesel engines with a crankshaft mounted in a base plate.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstaiides anhand der Zeichnung erläutert Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the subject matter of the invention explained with reference to the drawing It shows
F i g. 1 eine zum Teil im Schnitt dargestellte schematische Vorderansicht eines Dieselmotors mit Kurbelwelle und zwei Massenausgleichsgetrieben zweiter Ordnung und F i g. 2 eine Seitenansicht des Dieselmotors.F i g. 1 is a schematic, shown partly in section Front view of a diesel engine with a crankshaft and two mass balance gears second Order and F i g. 2 is a side view of the diesel engine.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals.
Auf einer Grundplatte 2 sind zwei Getriebegehäuse 7 und ein Kurbelgehäuse 3 befestigt Im Innern des Gehäuses 3 befinden sich die Kolben und die Zylinder (nicht dargestellt), in der Grundplatte 2 ist die Kurbelwelle 1 drehbar gelagert Auf der Kurbelwelle i~ auf der Antriebsseite des Motors (in F i g. 1 links) der sich in einem Drucklager 4 drehende Schubring 5 und am freien Ende des Motors ein Drehschwingungsdämpfer 6 fest angeordnetTwo gear housings 7 and a crankcase 3 are fastened on a base plate 2 in the interior of the housing 3 are the pistons and cylinders (not shown), in the base plate 2 is the crankshaft 1 rotatably mounted on the crankshaft i ~ on the drive side of the engine (left in Fig. 1) which is located in a thrust bearing 4 rotating thrust ring 5 and a torsional vibration damper 6 at the free end of the motor firmly arranged
In den beiden Getriebegehäusen 7 in der Nähe der beiden Enden des Kurbelgehäuses 3 ist je ein Massenausgleichsgetriebe zweiter Ordnung 8 vorgesehen. Jedes dieser Getriebe 8 besteht aus zwei drehbar gelagerten, zueinander gegensinnig und mit der zweifachen Drehzahl der Kurbelwelle 1 rotierenden Massen 9, die durch einen Kettenantrieb 10 von der Kurbelwelle 1 angetrieben sind. Der Kettenantrieb 10 bestein aus einem auf der Kurbelwelle 1 fest angeordneten Antriebsrad 11, einem Spannrad 12, zwei angetriebenen Rädern 13 und einer diese Räder 11, 12 und 13 verbindenden Antriebskette 14.In the two gear housings 7 near the two ends of the crankcase 3 there is a mass balancing gear second order 8 is provided. Each of these gears 8 consists of two rotatably mounted, in opposite directions to each other and at twice the speed of the crankshaft 1 rotating masses 9, the are driven by a chain drive 10 from the crankshaft 1. The chain drive 10 consist of one Drive wheel 11 fixedly arranged on crankshaft 1, a tensioning wheel 12, two driven wheels 13 and a drive chain 14 connecting these wheels 11, 12 and 13.
Die Lagerabstützung 15 jedes Massenausgleichsgetriebes 8 ist auf der Grundplatte 2 befestigt, wobei diese etwas über das Kurbelgehäuse 3 hinaus verlängert ist Damit werden die Massenausgleichskräfte unmittelbar auf die Grundplatte 2 übertragen.The bearing support 15 of each mass balance gear 8 is attached to the base plate 2, this is somewhat extended beyond the crankcase 3 so that the mass balancing forces are immediate transferred to the base plate 2.
Die eine zur Kurbelwelle ί koaxiale Ausnehmung aufweisende Lagerabstützung 15 an der Antriebsseite des Dieselmotors umgibt mit der Ausnehmung das Drucklager 4 und den in diesem rotierenden Schubring 5, wogegen die ebenfalls mit einer entsprechenden Ausnehmung versehene Abstützung 15 am freien Ende des Motors den Drehschwingungsdämpfer 6 umgibt Anstelle des Drehschwingungsdämpfers 6 können z. B. Gegengewichte vorgesehen sein, die air .·ι auch von der Lagerabstützung umgeben sein können.The bearing support 15 on the drive side of the diesel engine, which has a recess coaxial with the crankshaft ί, surrounds the thrust bearing 4 and the thrust ring 5 rotating in it, whereas the support 15 at the free end of the engine surrounds the torsional vibration damper 6 instead the torsional vibration damper 6 can, for. As counterweights be provided to air. · Ι also from the bearing support may be surrounded.
Jede Lagerabstützung 15 besteht in F i g. 1 aus zwei plattenförmigen, sich beiderseits der zugehörigen Masse 9 erstreckenden Teilen; sie kann jedoch auch einteilig ausgebildet sein. Ferner können sie mit der Grundplatte 2 fest verschraubt oder verschweißt sein.Each bearing support 15 is shown in FIG. 1 from two plate-shaped, on both sides of the associated mass 9 extending parts; however, it can also be made in one piece. You can also use the base plate 2 firmly screwed or welded.
Es müssen nicht beide Massenausgleichsgetriebe in unmittelbarer Nähe der Kurbelgehäuse-Enden auf der Grundplatte befestigt sein. Es kann unter Umständen auch genügen, nur eines des Massenausgleichsgetriebe auf der Grundplatte anzuordnen.It does not have to have both mass balancing gears in close proximity to the crankcase ends on the Base plate to be attached. Under certain circumstances, just one of the mass balancing gears may be sufficient to be arranged on the base plate.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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