DE3218956A1

DE3218956A1 - Ausgleicher erster ordnung fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3218956A1
Application number: DE3218956A
Authority: DE
Inventors: Kazumi Osaka Aoki; Sakito Kamei; Michio Ohta
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1981-05-30
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1982-12-16
Also published as: NO159206C; KR870000707B1; DK156913B; DK156913C; CH658885A5; GB2099512B; JPS648221B2; DE3218956C2; JPS57200744A; NO821790L; GB2099512A; DK240482A; NO159206B

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197«) . Dl PL.-ING. W. EITL E · DR. R E R. N AT. K.H OFFMAN N · Dl PL.-1 NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEILASTRASSE 4 ■ D-8000 M O N C H i N 81 · TE LEFON (089) 911087 . TE LEX 05-2941? (PATHE)

36 876 p/hl

Hitachi Shipbuilding & Engineering Co., Ltd., Osaka / Japan

Ausgleicher erster Ordnung für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausgleicher erster Ordnung für einen Verbrennungsmotor, bei dem unausgeglichene vertikale und horizontale Momente erster Ordnung, die während des Betriebes des Verbrennungsmotors ent-5 stehen, gleichzeitig ausgeglichen bzw. ausbalanciert werden .

Im allgemeinen treten bei Verbrennungsmotoren, beispielsweise bei einem Vier-Zylinder-Dieselmotor unausgeglichene vertikale und horizontale Momente erster Ordnung während des Betriebes des Motors auf. Derartige unausgeglichene Momente erster Ordnung wurden üblicherweise durch das Aufsetzen von Schwungrädern mit daran angebrachten Gegenge-■ wichten am vorderen und hinteren Ende einer Welle des Dieselmotors ausgeglichen, wobei sich dieSchwungräder mit der Drehung der Welle drehen.

Im vorerwähnten Fall wird jedoch die Summe aus dem unausgeglichenen vertikalen Moment erster Ordnung und dem unausgeglichenen horizontalen Moment erster Ordnung in einem konstanten Verhältnis aufrechterhalten. Wenn eines der unausgeglichenen Momente erster Ordnung durch Kompensation reduziert wird, so wird das andere unausgeglichene Moment erster Ordnung dadurch erhöht. Dies verursacht einen Nachteil dahingehend, daß beide genannten Momente nicht gleichzeitig ausgeglichen bzw. ausbalanciert werden können.

Während Kettenausgleicher oder elektrische Ausgleicher üblicherweise verwendet wurden, um ein unausgeglichenes vertikales Moment zweiter Ordnung auszugleichen und die Vibrationskraft in einer Richtung zu vermindern, nämlich in Vertikalrichtung, wenn Kettenausgleicher oder elektrische Ausgleicher für das Ausgleichen der unausgeglichenen vertikalen und horizontalen Momente erster Ordnung verwendet werden, werden die Gegengewichte oder die Ausgleicher zu groß, als daß sie an einem Dieselmotor von Schiffen oder dgl. angebracht werden könnten.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Ausgleichasystem zu schaffen, mit dem die genannten Momente erster Ordnung gleichzeitig ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch an jeweils einem Ende der beiden Enden einer Welle angebrachte vorwärts drehende Schwungräder, die in derselben Richtung wie die Welle drehbar sind, durch jeweils an einem der vorwärts drehenden Schwungräder angebrachtes rückwärts drehendes Schwungrad , die sich gegenüber d£n vorwärts drehenden Schwungrädern in entgegengesetzter Richtung drehen, durch an jeweils einem der vorwärts drehenden Schwungräder angebrachte vorwärts drehbare Gegengewichte und durch an jeweils einem 5 der rückwärts drehenden Schwungräder angebrachtes rückwärts drehenden Gegengewicht, wobei die genannten Gewichte ein unterschiedliches Gewicht aufweisen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:
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Fig. la und 1b eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Ausgleichers erster Ordnung eines Verbrennungsmotors entsprechend der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von Hauptteilen der Fig. 1,

Fig. 4 ein Ausgleichssystem der ersten Ausführungsform der Fig. 1,

Fig. 5a und 5b Kompensationszustände von vertikalen und

horizpntalen unausgeglichenen Momenten erster Ordnung für das erste Ausführungsbeispiel der Fig. 1,

Fig. 6a und 6b eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht auf

eine zweite Ausführungsform eir .s Ausgleichers erster Ordnung für einen Verbrennungsmotor entsprechend der vorliegenden Erfindung und

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines

Teils der Fig. 6.

In der nachfolgenden Beschreibung erfolgt eine Diskussion der ersten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5.

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Eine Kurbelwelle 2 ist innerhalb eines Vier-Zylinder-Dieselmotors 1 angebracht. Eine Welle 3 dreht sich mit der Kurbelwelle 2. Auf jedes Ende der Welle 3 ist ein vorwärts drehendes Schwungrad 4 bzw. 5 aufgesetzt, welche Schwungräder sich in derselben Richtung drehen wie die Welle 3. Auf den vorwärts drehenden Schwungrädern 4 und 5 befindet sich jeweils ein vorwärts drehendes Zahnrad 6 und 7. Auf der anderen Seite der vorwärts drehenden Schwungräder 4 und 5 befindet sich jeweils ein rückwärts drehendes Schwung 8 bzw. 9. An jedem rückwärts drehenden Schwungrad 8 und 9 ist ein rückwärts drehendes Zahnrad 10 bzw. 11 ausgebildet. Zwei Ausgleichszahnräder 12a und 12b sind zwischen dem vorwärts drehenden Zahnrad 6 und dem rückwärts drehenden Zahnrad 10 an einem Ende der Welle eingesetzt und erlauben ein Drehen des rückwärts drehenden Schwungrades 8 hinsichtlich • der Drehung des vorwärts drehenden Schwungrades 4 in entgegengesetzter Richtung. Die Ausgleichszahnräder 12a und 12b werden an einer Befestigung 13a gehalten. Zwei Ausgleichszahnräder 14a und 14b sind zwischen das vorwärts drehende Zahnrad 7 und das rückwärts drehende Zahnrad' 11 an dem anderen Ende der Welle eingesetzt und erlauben ein Drehen des rückwärts drehenden Schwungrades 9 in entgegengesetzter Richtung zur Drehung des vorwärts drehenden Schwungrades 5. Die Ausgleichszahnräder 14a und 14b werden auf einer Befestigung 13b auf gleiche Weise gehalten wie die Ausgleichszahnräder 12a und 12b. Zwei vorwärts drehbare Gegengewichte 15 und 16 befinden sich am vorwärts drehenden Schwungrad 4 bzw. 5, und zwei rückwärts drehbare Gegengewichte 17 und 18 befinden sich an dem rückwärts drehenden Schwungrad 8 bzw. Die Gegengewichte 17 und 18 haben ein unterschiedliches Gewicht gegenüber den Gegengewichten 15 und 16. Es ist festzustellen, daß die Pfeile in Fig. 3 die jeweiligen Drehrichtungen anzeigen.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 sind die vorwärts drehbaren Gegengewichte 15 und 16 durch die vorwärts drehenden Massen 15' und 16', und die rückwärts drehbaren Gegengewichte 17 und 18 durch zwei rückwärts drehende Massen 17' und 18' ersetzt. Der Abstand von der Mitte der Welle 3 zu jeder Masse 15' und 16' entspricht dem Radius R1. Der Abstand von der Mitte der Welle 3 zu jeder Masse 17' und 18' entspricht dem Radius R2. die Kupplungsmomente für beide Massen 15' und 16' und 17' und 18' sind ma bzw. mb; sie können durch die Gleichungen (1) und (2) entsprechend der nachfolgenden Aufführung ausgedrückt werden:

ma = (V,7g).R1^2._L1 _ (1)

mb = (w/_g).R2»«r²'L2 -— (2)

In diesen Formeln ist W das Gewicht der vorwärts drehbaren Gegengewichte 15 und 16, w das Gewicht der rückwärts drehbaren Gegengewichte 17 und 18, ω eine Winkelgeschwindigkeit, mit der die Welle 3 sich dreht, L1 der Abstand zwischen zwei vorwärts drehenden Massen 15' und 16' und L2 der Abstand zwischen zwei rückwärts drehenden Massen 17' und 18'. Das vertikale, unausgeglichene Moment erster Ordnung, welches auszugleichen ist, ergibt als ma + mb, während sich das horizontale, unausgeglichene Moment erster Ordnung, welches zu kompensieren ist, als ma - mb ergibt.

Im sogenannten nicht-kompensierten Zustand könr^n die vertikalen und horizontalen unausgeglichenen Momente erster Ordnung, Mva und Mha, jeweils durch die einfachen Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden:

Mva β mv«cos(e +e ) — (3)
Mha β mh«sin(9 +ε ) —- (A)

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In diesen Formeln sind mv und mh das vertikale bzw. horizontale maximale, unausgeglichene Moment erster Ordnung. θ ist der Drehwinkel und e die Ausgangsphase.

Daher sollten die unausgeglichenen Momente erster Ordnung Mva und Mha entsprechend den Gleichungen (3) und (4) als Vibrationsmomente im nicht-kompensierten Zustand durch die vorwärts drehenden Gegengewichte 15 und 16 und die rückwärts drehenden Gegengewichte 17 und 18 kompensiert werden. Die beiden unausgeglichenen Momente erster Ordnung Mva und Mha können im nicht-kompensierten Zustand durch beide unausgeglichenen Momente erster Ordnung für die Kompensation so ausgeglichen werden, daß beide kompensierten, unausgeglichenen vertikalen und horizontalen Momente erster

'15 Ordnung Mvb und Mhb Null werden.

Hier können die kompensierten, unausgeglichenen vertikalen und horizontalen Momente erster Ordnung Mvb und Mhb durch die Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt werden: 20

IWb β fflvcos(ö + ε) + mv'»cos(e + Jr)=O (5)

Mhb = mh«sin(e + E) + .'rah· ·β!η(θ +IT) =0 (6)

In diesen Gleichungen sind mv¹ und mh¹ die maximalen, unausgeglichenen Momente erster Ordnung für die Kompensation durch die vorwärts drehbaren Gegengewichte 15 und 16 bzw. die rückwärts drehenden Gegengewichte 17 und 18. γ ist die Anfangsphase der genannten Momente mv' und mh'.

Durch Einstellen des Gewichtes W der vorwärts drehbaren Gegengewichte 15 und 16, des Gewichtes w der rückwärts drehbaren Gegengewichte 17 und 18 und durch die Lage der Gegengewichte 15, 16, 17 und 18 auf den jeweiligen Schwung-5 rädern 4, 5, 8 und 9 können daher folgende Gleichungen erzielt werden:

mv' = ma + mb =■ p· mo , ·

mh' = ma - mb » mo, und

£ = r + 180" t wobei ρ = πιν'Μ¹,

5 Die Gleichungen (5) und (6) können in die Gleichungen (7) und (8) umgewandelt werden, was jeweils nachfolgend gezeigt ist:

Mvb « mv*cos(9 + £) + f3»mo"Cos(9 + £ - 180*)

Mhb = mh«sin(9 + £ ) + mo.sin(9 +ε - 180°)

= πΛ·εΐη(θ +ε) - mo»sin(9 + £ ) — (8)

Weiterhin ergeben sich aus der Tatsache, daß die Gleichungen (7) und (8) immer Null werden, die Gleichungen (9) und (10):

mv s β·τηο = ma + ab — (9) · -

mh = mo = ma - mb ·■ —— (10)

Die Formeln (9) und. (10) ergeben die Gleichungen (11) und (12):

ma = (l + β ) ·ΐηο·(ΐ/2) - (H)

mb = (1 -ρ )*πιο·(ΐ/2) (12)

Gegen die im nicht-kompensierten Zustand entspr^f jhend der ausgezogenen Linie in Fig. 5a auftretende nicht-aasgeglichene, vertikale Moment erster Ordnung Mva wirkt für die Kompensation . ein nicht-ausgeglichenes vertikales Moment erster Ordnung, welches der gestrichelten Linie in Fig. 5a entspricht als Gegenmoment entgegen. Das nicht-ausgeglichene vertikale Moment erster Ordnung wird im nicht-kompensierten Zustand durch das nicht-ausgeglichene vertikale Moment erster Ordnung für die Kompensation auf Null ausgeglichen. Gleicherweise wirkt gegen das nicht-ausgeglichene horizontale Moment erster Ordnung,

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welches im nicht-kompensierten Zustand entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. 5b entsteht, für die Kompensation ein durch die gestrichelten Linien in Fig. 5b angegebenes, nicht-ausgeglichenes horizontales Moment erster Ordnung als Gegenmoment entgegen. Das nicht-ausgeglichene horizontale Moment erster Ordnung wird im nichtkompensierten Zustand durch das nicht-ausgeglichene horizontale Moment erster Ordnung für die Kompensation auf Null ausgeglichen.

Die nachfolgende Beschreibung diskutiert eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 dadurch, daß zwei vorwärts drehende Schwungräder 4' und 5¹ an beiden Enden der Welle 1 des Motors 1 aufgesetzt sind, daß vorwärts drehende Zahnräder 6' und 7¹ an den vorwärts drehenden Schwungrädern 4' und 5¹ ausgebildet sind, daß zwei rückwärts drehende Schwungräder 8' und 9' parallel zu den vorwärts drehenden Zahnrädern 6* und 7" angeordnet sind, daß rückwärts drehende Zahnräder 10' und 11' auf den rückwärts drehenden Schwungrädern 8¹ und 9¹ ausgebildet sind und mit den vorwärts drehenden Zahnrädern 6 bzw.7¹ im Eingriff stehen, um in zur Drehung der Welle 3 entgegengesetzter Richtung zu drehen, daß vorwärts drehbare Gegengewichte 15' und 16' mit einem Gewicht von W auf den vorwärts drehenden Schwungrädern 4' bzw. 5¹ angeordnet sind, und daß rückwärts drehbare Gegengewichte 17' und 18' mit einem Gewicht von w auf den rückwärts drehenden Schwungrädern 8' bzw. 9' angeordnet sind. Es ist festzustellen daß die Pfeile in Fig. 7 die jeweiligen Drehrichtungen anzeigen.

Wenn die vorwärts drehenden Schwungräder 4' und 5' sich in derselben Richtung drehen wie die Drehung der Welle 3, "~" so drehen sich die rückwärts drehenden Schwungräder 8¹ und 9' in gegenüber der Drehung der Welle 3 entgegengesetzter Richtung und das unausgeglichene vertikale und horizontale Moment erster Ordnung, die im nicht-kompensierten Zustand auftreten, werden gleichzeitig durch ein nicht-ausgeglichenes vertikales und horizontales Moment erster Ordnung für die Kompensation durch die jeweiligen Gegengewichte 15', 16', 17' und 18' auf gleiche Weise ausgeglichen, wie dies zuvor beschrieben worden ist.

Entsprechend dem Ausgleicher erster Ordnung eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung können das nicht-rausgeglichene vertikale und horizontale Moment erster Ordnung, die während des Betriebes eines Dieselmotors auftreten, gleichzeitig auf Null ausgeglichen werden, indem vorwärts drehbare Gegengewichte mit einem Gewicht W an. beiden vorwärts drehenden Schwungrädern und rückwärts drehende Gegengewichte mit einem Gewicht w an beiden rückwärts drehenden Schwungrädern angeordnet werden und indem ein Zahnradmechanismus vorgesehen wird, welcher vorwärts drehende Zahnräder, rückwärts drehende Zahnräder und Ausgleichszahnräder umfaßt.

Claims

HOFFMANN- "· 3ZUThJZ äs - PARTNER PATENTANWALT E DR. ING. e. HOFFMANN (1930-19«) · Dl PL.-ING. W. EITLE . DR. R E R. NAT. K. H OFFMAN N · Dl Pl.. I NG. W. IE H N DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELI.ASTRASSE 4 . D-8000 MDNCHKN 81 ·- TELEFON (08?) 911087.'· TELEX 05-29419 (PATHE) 36 876 p/hl Hitachi Shipbuilding & Engineering Co., Ltd., Osaka / Japan Ausglaicher erster Ordnung für einen Verbrennungsmotor Patentansprüche

1.yAusgleicher erster Ordnung für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch an jeweils einem Ende der beiden Enden einer Welle (3) angebrachte vorwärts drehende Schwungräder (4, 5), die in derselben Richtung wie die Welle (3) drehbar sind, durch jeweils an einem der vorwärts drehenden Schwungräder (4, 5) angebrachtes rückwärts drehendes Schwungrad (3, 9), die sich gegenüber den vorwärts drehenden S' ixwungrädern (4, 5) in entgegengesetzter Richtung drehen, durch an jeweils einem der vorwärts drehenden Schwungräder (4, 5) angebrachte vorwärts drehbare Gegengewichte (15, 16) und durch an jeweils einem der rückwärts drehenden Schwungräder (8, 9) angebrachtes rückwärts drehbaren Gegengewicht (17, 18), wobei die genannten Gewichte ein unterschiedliches Gewicht aufweisen.

2. Ausgleicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein intervenierender Zahnradmechanismus zwischen dem vorwärts drehenden Schwungrad (4, 5) und dem rückwärts drehenden Schwungrad (8, 9) vorgesehen ist, um das rückwärts drehende Schwungrad (8,9) gegenüber dem vorwärts drehenden Schwungrad (4, 5) in entgegengesetzter Richtung zu drehen.