DE2834666A1

DE2834666A1 - Kurbelwelle fuer fuenfzylinder-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2834666A1
Application number: DE19782834666
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Deschler; Hans Gebhardt
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2834666C2

Description

Kurbelwelle für Fünfzylinder-Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwelle für Fünfzylinder-Brennkraftmaschinen in Reihenanordnung, Kurbelwellen für Mehrzylindermotoren werden in der Regel so ausgelegt, daß eine Zündfolge mit möglichst gleichmäßigem Zündabstand zustande kommt. Bei Motoren mit ungeraden Zylinderzahlen rührt das wegen der Stirn -symmetrie, d.h. wegen der - von vorne gesehen - symmetrisch angeordneten Kröpßungsebenen der Kurbelwelle zum Ausgleich der Massenkräfte, die jedoch, wenn man die Kurbelwelle von der Seite betrachtet, infolge fehlender Längs symmetrie nach außen wirkende Momente hervorrufen.
Diese Momente ergeben sich aus den rotierenden sowie oszillierenden Kräften, wobei letztere wegen ihrer Wirkrichtung entsprechend der Zylinderlängsachsen und der Abhängigkeit im Betrag nach einer Cosinus-Funktion mit einfachen konstruktiven Mitteln, beispielsweise mit Gegengewichten, nicht ausgeglichen werden können.
Im allgemeinen führen freie Momente gegenüber freien Kräften zu weniger störenden Erscheinungen, da sie durch entsprechende Wahl der Lagerpunktabstände des Motorgehäuses und damit der Hebelarmlänge zum Schwerpunkt des gesamten schwingenden Systems beeinflußt werden können, Dies gilt, solange die Eigenfrequenz des gesamten schwingenden Systems (Motorblock, Getriebe usw.) in genügendem Abstand zur Drehfrequenz des Motors steht. Hierbei spielen die Nenndrehzahl des Motors sowie die Ordnung der Erregenden eine Rolle. Soll die Abstimmung unterkritisch sein, was bei festen bzw. steifen Motor- und Getriebegehäusen der Fall ist, so muß das Verhältnis sein, wobei mit nMotor die jeweilige Motordrehzahl in 1/min, mit i die Zahl der Ordnung und mit nGehäuse die Eigenschwingungszahl des gesamten schwingenden Systems in 1/min bezeichnet ist.
Es hat sich gezeigt, daß die Bedingung mit steigender Ordnungszahl schwerer zu erfüllen ist, da die Eigenschwingungszahl des gesamten schwingenden Systems nur mit der Wurzel der Steifigkeit wächst. Bei Hubkolbenmotoren mit entlicher Pleuelstangenlänge sind praktisch nur die I. und II. Ordnung von Interesse, wobei die II. Ordnung mit dem Stangenverhältnis und der zweifachen Motordrehfrequenz versehen ist. Das Stangenverhältnis ergibt sich dabei aus #= r/l, mit r als Kurbelradius oder halben Kolbenhub und 1 als Stichmaß der Pleuelstange, das ist der Abstand von Mitte Pleuelstangenlager bis Mitte Kolbenbolzenlager.
Bezeichnet man mit mosz die oszillierende, also die hin- und hergehende Masse, mit r den halben Kolbenhub, mitW die Kreisfrequenz des Motors und mit t die Zeit der Betrachtung nach dem oberen Totpunkt, in dem sie mit Null angesetzt wird, so lassen sich nach vorstehendem die Kräfte I. und II. Ordnung wie folgt darstellen: Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen treten beispielsweise bei einem Fünfzylinder-Motor mit gleichmäßigem Zündabstand neben den rotierenden Momenten, die durch Gegengewichte voll ausgleichbar sind, auch Momente I.
und II. Ordnung auf, die voll auf das gesamte schwingende System wirken und sich wie folgt errechnen lassen: MI = 0,449 . PI . a MII = 4,98 . PII . a wobei mit a der Abstand von Mitte Kurbelzapfen zur Mitte des daneben liegenden Kurbelzapfens oder besser von der Mitte eines Zylinders bis zur Mitte des nächsten Zylinders bezeichnet ist.
Die genannten Belastungen gelten, wie beispielsweise in dem Buch von O.R. Lang "Triebwerke schnellaufender Verbrennungsmotoren" veröffentlicht, für die günstigste Kurbelsternanordnung, die von den zur Auswahl stehenden Anordnungen getroffen werden kann, bei der das Moment II. Ordnung bei einem für Hubkolbenmotoren üblichen Stangenverhältnis von 0,25 bis 0,30 dreimal so groß ist wie das Moment I. Ordnung. Darüber hinaus läuft das Moment II. Ordnung mit doppelter Drehfrequenz um, so daß die Gefahr von resonanzähnlichen Schwingungserscheinungen bei weniger steifen Gehäusen für das schwingende System, d.h. bei Gehäusen mit geringerer Eigenfrequenz, durchaus gegeben ist. Es sei hier noch erwähnt, daß die Steifigkeit eines Gehäuses vom Material, beispielsweise Leichtmetall, und von der konstruktiven Gestaltung abhängig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kurbeiwelle für Fünfzylinder-Brennkraftmaschinen ohne freie Momente I. und II. Ordnung zu schaffen.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die die Kurbelzapfen bildenden Kröpfungen in drei Ebenen sternförmig angeordnet sind, daß eine Kröpfung in einer Ebene und jeweils zwei Kröpfungen in den beiden anderen Ebenen liegen, und daß die jeweils zwei Kröpfungen aufweisenden Ebenen je einen Winkel von 105° zur dritten Ebene bilden.
Die bei dieser Anordnug auftretenden Kräfte II. Ordnung, wobei die Summe aller rotierenden Kräfte und aller Kräfte I. Ordnung gleich Null ist, lassen sich nicht mit einfachen Mitteln aufheben und müssen von der Motorlagerung aufgenommen werden. Wie aus dem Kurbelstern der Kurbelwelle abzuleiten ist, beträgt der Maximalwert der Kraft II. Ordnung Bei einem Vergleich mit einem Vierzylinder-Motor, bei dem die Kräfte II. Ordnung ebenfalls nicht aufgehoben werden können, schneidet also der Fünfzylinder-Motor hinsichtlich freier Kräfte besser ab, wie aus folgendem Verhältnis zu ersehen ist: Allerdings bringt die Zündfolge, deren Wahl an sich keine Rolle spielt, beim Fünfzylinder-Motor mit einer längssymmetrisch gekröpften Kurbelwelle einen ungleichmäßigen Zündabstand mit sich, der zu einem etwas schlechteren Ungleichförmigkeitsgrad führen kann, was jedoch in Kauf genommen wird., Als vorteilhaft hingegen muß angesehen werden, daß die erfindungsgemäße Kurbelwelle einfach zu schmieden ist, da der Kurbelstern ähnlich dem eines Sechszylinder-Motors ist und zweimal zwei Kurbelzapfen in einer Kröpfungsebene liegen. Weiterhin kann die Kurbelwelle ohne Meistergewichte, d.h. ohne später wieder abzumontierende Gewichte ausgewuchtet werden, was ebenfalls einen Vorteil bringt.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von zwei Skizzen erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 die Kröpfungen der erfindungsgemäßen Kurbelwelle von der Seite, Fig. 2 die Kröpfungen der Kurbelwelle nach Fig. 1 von der Stirnseite aus gesehen.
Die Kurbelwelle nach den Fig. 1 und 2 weist entsprechend den zu betätigenden Kolben fünf die Kurbelzapfen bildende Kröpfungen 1, 2, 3, 4, 5 auf, von denen die Kröpfungen 1 und 5 in einer Ebene 6, die Kröpfungen 2 und 4 in einer Ebene 7 und die Kröpfung 3 in einer Ebene 8 liegen. Die Ebenen 6 und 7 bilden zur Ebene 8 jeweils einen Winkel α von 1050. Es können verschiedene Zündfolgen gewählt werden. Nimmt man beispielsweise an, daß die Zylinder entsprechend den Kröpfungen I, 4, 3, 5, 2 zünden, so entstehen Zündabstände von 150°, 105°, 105°, 150°, und 210°

Claims

Patentansprüche 1. Kurbelwelle für Fünfzylinder-Brennkraftmaschinen in Reihenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kurbelzapfen bildenden Kröpfungen (1, 2, 3, 4, 5) in drei Ebenen (6, 7, 8) sternförmig angeordnet sind, daß eine Kröpfung (3) in einer Ebene (8) und jeweils zwei Kröpfungen (1, 5; 2, 4) in den beiden anderen Ebenen (6; 7) liegen, und daß die jeweils zwei Kröpfungen (1, 5; 2,4).aufweisenden Ebenen (6; 7) je einen Winkel (α ) von 1050 zur dritten Ebene (8) bilden.
2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und fünfte Kröpfung (1, 5) in einer Ebene (6), die zweite und vierte Kröpfung (2, 4) in der zweiten Ebene (7) und die dritte Kröpfung (3) in der dritten Ebene (8) liegen.