DE3231988A1

DE3231988A1 - Gegengewichtsanordnung fuer verbrennungskraftmaschinen mit drei zylindern

Info

Publication number: DE3231988A1
Application number: DE19823231988
Authority: DE
Inventors: Tsunehiko Tokyo Suzuki
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1983-04-14
Also published as: FR2512109A1; FR2512109B1; US4569316A; GB2104972B; DE3231988C2; GB2104972A; JPS5839843A

Description

Gegengewichtsanordnunq für Verbrennungskraftmaschinen

mit drei Zylindern

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gegengewichtsanordnung für Verbrennungskraftmaschinen mit drei Zylindern und betrifft insbesondere eine Anordnung mit einer Vorgelegewelle, die mit der gleichen Drehzahl umläuft wie die Kurbelwelle der Kraftmaschine bzw. des Motors, jedoch in entgegengesetzter Richtung, um das primäre Trägheitskräftepaar der Kurbelwelle um einen zentralen Punkt auf der Achse des Motors auszugleichen.

Bei einem solchen Motor treten zwei Arten von Trägheitskräften auf, die auf sich hin- und herbewegende Massen bzw. rotierende Massen zurückzuführen sind. Man kann die von umlaufenden Massen herrührenden Trägheitskräfte dadurch ausgleichen, daß man auf der Kurbelwelle jeweils gegenüber einem Kurbelarm ein Gegengewicht anordnet. Die durch die sich hin- und herbewegenden Massen erzeugten Trägheitskräfte können mittels eines Gegengewichts durch eine Hälfte der Trh'qheitskräfte ausgeglichen werden, während die übrigen Kräfte durch eine Vorgolegewelle ausgeglichen werden können, die entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle, jedoch mit der gleichen Drehzahl umläuft.

-A-

Bei einem Dreizylindermotor wirken die durch den ersten und den dritten Zylinder erzeugten Trägheitskräfte auf die Kurbelwelle symmetrisch um einen in der Mitte zwischen diesen Zylindern liegenden Punkt, der dem zwischen diesen Zylindern angeordneten zweiten Zylinder entspricht, so daß auf die Kurbelwelle ein Tr.'igheitskräftepaar um den genannten Mittelpunkt wirkt. Ein solches Trägheitskräftepaar führt bei dem Motor zu erheblichen Vibrationen. Selbst wenn die Trägheitskräfte der rotierenden und der hin- und hergehenden Massen ausgeglichen werden und wenn außerdem das um die X-Achse wirkende Trägheitskräftepaar ausgeglichen wird, läßt sich das Auftreten eines Trägheitskräftepaars nicht vermeiden, das um eine zur Achse der Kurbelwelle rechtwinklige Achse wirkt. In der Japanischen Offenlegungsschrift 55-6035 ist eine Gegengewichtsanordnung zum Ausgleichen eines solchen Kräftepaars in Form einer gesonderten Konstruktion beschrieben. In der Japanischen Patentschrift 54 2333 ist eine Vorgeleqewelle beschrieben, die ein Trägheitskräftepaar erzeugt, welches die gleiche Größe hat wie das Trägheitsdrehmoment der Kurbelwelle, jedoch in der entgegengesetzten Richtung wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gegengewichtsanordnunq zu schaffen, die es ermöglicht, das Trägheitskräftepaar auszugleichen, das bei einer Verbrennungskraftmaschine um eine zur Kurbelwellenachse rechtwinklige Achse wirkt,, und zwar zusätzlich zu den durch die hin- und hergehenden bzw. die rotierenden Massen erzeugten Trägheitskräften.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Schaffung einer Gegengewichtsanordnung für einen Verbrennungsmotor mit drei Zylindern, einer Kurbelwelle und einer mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle umlaufenden Vorgelegewelle gelöst, bei der Gegengewichte für den ersten und den dritten-Zylinder an der Kurbelwelle befestigt und an beiden Enden des Motors angeordnet sind, wobei die Gegengewichte jeweils gegenüber dem

Kurbelarm des betreffenden Zylinders und im rechten Winkel zu dem Kurbelarm des zweiten Zylinders angeordnet sind, welch letzterer eine Mittellage einnimmt, wobei zwei Ausgleichsbzw. Gegengewichte an den beiden Enden einer Vorgelegewelle befestigt sind und wobei jedes dieser Ausgleichsgewichte gegenüber dem Gegengewicht des betreffenden Zylinders angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 6 Darstellungen zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung;

Fig. 7 eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 und 9 jeweils in einer Stirnansicht ein Ausführunqsbeispiel zur Anwendung bei einem Kraftfahrzeugmotor; und

Fiq. 10 bis 1.4 jeweils eine weitere Ausführungsform der Erfind uncT.

Zur Erläuterung einer Gegengewichtsanordnung für nur einen Zylinder ist in Fig. 1 eine Kurbelwelle 1 dargestellt, zu der drei in gleichmäßigen Winkelabständen von 120° verteilte Kurbelarmpaare 2 gehören. Mit jedem Kurbelarmpaar 2 ist durch einen Kurbelzapfen 3 eine Pleuelstange 4 verbunden, deren anderes Ende mit einem Kolben 5 gekuppelt ist. Ein Gegengewicht 6, das an der Kurbelwelle 1 befestigt und auf einer Linie angeordnet ist, die eine Verlängerung des Kurbelarmpaars 2 bildet, liegt dem Kurbelarmpaar gegenüber und dient zum Ausgleichen der gesamten Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen. Ferner ist eine Vorgelegewelle 7 vorhanden, die drehbar gelagert ist und sich parallel zu der Kurbelwelle 1 erstreckt und mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle

angetrieben werden kann. An der Vorgelegewelle 7 ist ein Ausgleichsgewicht 8 zum Ausgleichen der verbleibenden Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen befestigt. Das Ausgleichsgewicht 8 ist so angeordnet, daß der Drehwinkel 9 des Ausgleichsgewichts gegenüber der Z-Achse der Vorgelegewelle gleich dem Kurbelwinkel θ gegenüber dem oberen Totpunkt ist.

Bezeichnet man die Trägheitsmasse der hin- und hergehenden Teile mit mp und zur leichteren Erläuterung die gleichwertige Trägheitsmasse an dem Kurbelarm 3 der rotierenden Teile mit mc, ergibt sich die Masse des Gegengewichts 6, die erforderlich ist, um bei der Motorbaugruppe nach Fig. 1 das Auftreten von Schwingungen zu verhindern, mit mp/2 + mc, da die Masse des Gegengewichts 6 zum Ausgleichen der Hälfte der hin- und hergehenden Trägheitsmasse mp mit mp/2 gegeben ist, während die Masse zum Ausgleichen der gesamten rotierenden Masse mc mit mc gegeben ist. Andererseits ist die Masse des Ausgleichsgewichts 8, die zum Ausgleichen der übrigen hin- und hergehenden .Masse benötigt wird, mit mp/2 gegeben. Somit erfolgt bei dem Motor nach Fig. 1 der Ausgleich durch das Gegengewicht 6 und das Ausgleichsgewicht-. 8, wobei diese Gewichte jeweils die vorstehend genannte Masse haben. Somit entspricht die gesamte Masse des Gegengewichts 6 bei dem Dreizylindermotor dem Ausdruck 3((rnp/2) + mc) und die gesamte Masse des Ausgleichsgewichts 8 dem Ausdruck (3/2) mp.

In Fig. 2, die zur Erläuterung des Ausgleichs der Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Masse bei einem Dreizylindermotor dient, sind die einzelnen Zylinder durch die Zusatzbuch— stäben a bis c bezeichnet. In Fig. 2 befindet sich der Kolben 5b des zweiten Zylinders im oberen Totpunkt, der Kolben 5a des ersten Zylinders nimmt eine Stellung entsprechend einem Kurbel— winkel von 240° ein, und bei dem Kolben 5c des dritten Zylinders entspricht die Stellung einem Kurbelwinkel von 120 . Bei den verschiedenen Kurbelwinkeln 0 treten bei den Zylindern die nachstehend definierten Schwingungskräfte FPl bis FP3 auf:

FPl = mpriv cos (θ + 240 )

2
FP2 = mprc^ "cos θ

FP3 = mprw cos (θ + 120°)
Die gesamte Trägheitskraft beträgt

FPl + FP2 + FP3 = 0
Daher sind die Schwingungskräfte ausgeglichen.

Das Trägheitskräftepaar der Kurbelwelle ist wie folgt gegeben: FPl.S + FP2(S + L) + FP3(S + 2L)

Hierin bezeichnet S den von dem ersten Zylinder aus gemessenen Abstand eines Punktes P auf der X-Achse und L jeweils den Abstand zwischen benachbarten Zylindern (Fig. 2). Die vorstehende Formel läßt sich durch die folgende ersetzen: FPl.S + FP2(S + L) + FP3(S + 2L) = - /s"mpr «^²L sin θ (1)

Somit v/ird das Träqheitskräftepaar um die Y-Achse an dor Kurbelwelle durch die hin- und hergehenden Massen in der Richtung der Z-Achse erzeugt.

In Fig. 3, die zur Erläuterung des Ausgleichs der Hälfte der Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen durch die Gegengewichte 6a, 6b und 6c dient, nehmen die Kolben 5a, 5b und 5c die gleichen Stellungen ein wie in Fig. 2, und die Gegengewichte 6a, 6b und 6c sind bei den entsprechenden Kurbelarmen 2a, 2b und 2c jeweils um 180° gegeneinander versetzt.

Die Kräfte Frecl bis Frec3, die durch die Masse der Gegengewichte in der Richtung der Z-Achse bei dem Kurbelwinkel θ hervorgerufen werden, sind durch die nachstehenden Gleichungen gegeben:

Frecl = (mp/2)r<*>²cos (Θ + 240° + 180°)

Frec2 = (rap/2)rw ²cos (Θ + 180°)

Frec3 = (mp/2)r<^{J 2}cos (Θ + 120° + 180°)

.'Jomit gilt für die Träghcitskräfte in der Z-Achsen-Richtung: Freel + Frcc2 + Frec3 = 0

werden die Trägheitskräfte ausgeglichen.

Das Trägheitskräftepaar, das durch die Trägheitskräfte in der "-Achse um die Y-Achse wirkend hervorgerufen wird, läßt sich wi'"· folqt ausdrücken:

Frecl.S + Frec2(S + L) + Frec3(S + 2L) = ( J3/2)mprc L sin θ (2a)

Somit erzeugen die Massen der Gegengewichte 6a bis 6c ebenfalls ein um die Y-Achse wirkendes Trägheitskräftepaar.

Außerdem weist jede der Trägheitskräfte der Gegengewichte 6a hin 6c eine in der Y-Achsen-Richtung wirkende Komponente auf. Das Trägheitskräftepaar um die Z-Achse ist wie folgt gegeben:

-( <l3/2)mpr<*-J²L cos θ (2b)

.'Joiiiit erzeugen die Gegengewichte 6a bis 6c ein Trägheitskräfte— paar um die Y-Achse und ein Trägheitskräftepaar um die Z-Achse. Dieses zusammengesetzte Trägheitskräftepaar läßt sich wie folgt darstellen:

( J3/2)mpr C^²L sin θ - ( /3/2)mpr ^ L cos θ = ( /3/2)mpr co²h (sin θ - cos Q) (3)

Es sei bemerkt, daß es möglich ist, das Gegengewicht für den zweiten Zylinder zu entfernen und es so zu unterteilen, daß es dem ersten und dem dritten Zylinder zugeordnet ist. Dies wird durch Fig. 4 erläutert, wo die Massen der Gegengewichte 6a· und 6c· bei dem ersten und dem dritten Zylinder dem Ausdruck (/3/2) (mp/2) entsprechen. Das Gegengewicht 6a· des ersten Zylinders ist gegenüber dem Kurbelarmpaar 2a um 180 + versetzt, während das Gegengewicht 6c' des dritten Zylinders gegenüber dem Kurbelarmpaar 2c um 180° - 30° versetzt ist. Mit anderen Worten,die Gegengewichte 6a¹ und 6c¹ sind durch

einen Winkelabstand von 180 getrennt und jeweils im rechten Winkel zu dem Kurbelarmpaar 2b angeordnet.

Die Trägheitskräfte, dio bei jedem Zylinder durch das Gegengewicht in der Z-Achsen-Richtung bei einem Kurbelwinkel θ erzeugt werden, sind wie folgt gegeben:

Frecl» = (JJ/2) (mp/2)rcc² cos (Θ + 240° + 180° + 30°) Frec3' = (V3/2) (mp/2)r«^² cos (Θ + 120° + 180° - 30°)

Für die Trägheitskräfte in der Z-Achsen-Richtung gilt:

-Frecl¹ + Frec3' = 0
Somit v/erden die Trägheitskräfte ausgeglichen.

Das Trägheitskräftepaar der Kräfte in der Z-Achsen-Richtung um die Y-Achse ist wie folgt gegeben: Frecl'.S + Frec3'(S + 2L) = (</3/ 2) mpr co L sin θ

Diese Gleichung ist dieselbe wie die Gleichung (2a). Das Trägheitskräftepaar um die Z-Achse entspricht ebenfalls der Gleichung (2b).

Es ist somit ersichtlich, daß man die Trägheitskräfte dadurch ausgleichen kann, daß man Gegengewichte für alle Zylinder oder nur für den ersten und den dritten Zylinder vorsieht, und daß in beiden Fällen die Trägheitskräftepaare die gleiche Größe haben.

Das Ausgleichen des Trägheitskräftepaars um die Y-Achse und die Z-Achse wird im folgenden näher erläutert. Das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar nach den Gleichungen (1) und (3) ist wie folgt gegeben:

-i/lmpr^ L sin θ + (>ß/2)mprc«; L(sin θ - cos Θ) = - (>/3/2)mpr<^²L(siri 9 + cos ö) (4)

Im folgenden wird anhand von Fig. 5 eine Anordnung zum Ausgleichen eines solchen Trägheitskräftepaars mit Hilfe einer

•ν;· f: .. ...--··; 323Ί9§8

Vorgelegewelle beschrieben. Ausgleichsgewichte 8a, 8b und 8c dienen zum Ausgleichen einer Hälfte der Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen, und daher hat jede Masse den Wert mp/2. Gemäß Fig. 5 befindet sich das Ausgleichsgewicht 8b für den zweiten Zylinder 5b in seiner tiefsten Stellung, wenn der Kolben des zweiten Zylinders seine obere Totpunktstellung einnimmt; das Ausgleichsgewicht 8a des ersten Zylinders nimmt eine Stellung ein, in der es gegenüber der höchsten Stellung entgegen dem Uhrzeigersinne um 240° - 180° versetzt ist, und das Ausgleichsgewicht 8c des dritten Zylinders ist um 120° + 180° versetzt.

Daher gelten für die Trägheitskräfte, die durch die Ausqleichsgewichte in der Z-Achsen-Richtung bei dem Kurbelwinkel 0 erzeugt v/erden, die folgenden Gleichungen: Fred = (mp/2)r ^-²cos (Θ + 240° + 180°)

Frec2 = (mp/2)rw²cos (Θ + 180°)

Frec3 = (mp/2)r^²cos (Θ + 120° + 180°)

Somit werden die Trägheitskräfte in der Z-Achsen-Richtung ausgeglichen.

Das Trägheitskräftepaar um die Y-Achse, das durch die Trag— heitskrnfte in der Z-Achsen-Richtung erzeugt wird, ist wie folgt qoqoben:

(«/3/2)mpr ^²L sin θ (2a¹)

Die Trägheitskräfte in der Y-Achsen-Richtung sind negativ, da sich die Vorgelegewelle in der Gegenrichtung dreht, doch werden die Trägheitskräfte ausgeglichen.

Das durch die in der Y-Achsen-Richtung wirkenden Kräfte hervorgerufene Trägheitskräftepaar um die Z-Achse ist wie folgt gegeben:

(/3/2)mprco²L cos θ (2b·)

-11-

Für das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar nach den Gleichungen (2a¹) und (2b¹) gilt der nachstehende Ausdruck:

² θ + cos G) (4·)

Vereinigt man die Gleichungen (4¹) und (4), erhält man: (</i/2)mprcu L(sin θ + cos 9) - (iß/2)mpr<ü L(sin θ + cos ©) = 0

Somit kann man die Trägheitskräftepaare um eine zur Kurbelwellenachse rechtwinklige Achse mit Hilfe von auf der Vorgelegewelle angeordneten Ausgleichsgewichten ausgleichen.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ähnlich der Anordnung nach Fig. 4 das Ausgleichsgewicht für den zweiten Zylinder fortgelassen ist. Für die Masse des Ausgleichsgewichts 8a« für den ersten Zylinder und die Masse des Ausgleichsgewichts 8c¹ für den dritten Zylinder gilt jeweils der Ausdruck (mp/2)(/3/2). Das Ausgleichsgewicht 8a¹ ist gegenüber der Stellung nach Fig. 5 in der Drehrichtung um 30 versetzt,

t Q

während das Ausgleichsgewicht 8c um 30 entgegen der Drehrichtung versetzt ist. Unter diesen Umständen werden die durch die rotierenden Massen hervorgerufenen Trägheitskräfte ausgeglichen.

Auf das Ausgleichen der durch die rotierenden Teile erzeugten Kräfte wird weiter unten näher eingegangen. Der Aufbau der Ausgleichsanordnung ist der gleiche wie bei derjenigen nach Fig. 2. Die Kräfte FcI, Fc2 und Fc3, die jeweils bei dem Kurbelwinkel G bei dem ersten bzw. dem zweiten bzw. dem dritten Zylinder auftreten, sind wie folgt gegeben: FcI = mere" cos(Q + 240°)

2
Fc2 = mcr <*> cos G

Fc3 = mcr CJ COs(G + 120°)

Das durch die rotierenden Massen erzeugte Trägheitskräftepaar um die Y-Achse ist wie folgt gegeben:

-12-"L sin θ (5a)

Das Trägheitskräftepaar um die Z-Achse hat den Wert:

/3mcr «<J L cos θ (5b)

Für das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar gilt:

- /3mcr<o'L(sin θ - cos Θ) (6)

Die Ausgleichsanordnung mit den Gegengewichten 6a, 6b und 6c für das durch die rotierenden Massen erzeugte Trägheitskräftepaar wird weiter unten näher beschrieben. Der Aufbau der Anordnung entspricht dem in Fig. 3 dargestellten. Für die durch die Massen der Gegengewichte 6a bis 6c erzeugten Kräfte Frotl, Frot2 und Frot3- gelten die nachstehenden Gleichungen-: Frotl = mcroj²cos(ö + 240° + 180°) Frot2 = mcrcu cos(ö + 180°)

Frot3 = mcrcJ ²COs(O + 120° + 180°)

Das Trägheitskräftepaar um die Y-Achse ist wie folgt gegeben: o L sin θ (7a)

Für das Drehmomentkräftepaar um die Z-Achse gilt:

- v/1rncr Ά cos θ (7b)

Das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar ist wie folgt gegeben:

/3mcrici"L(sin θ - cos Θ) (8)

Das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar nach der Gleichung (6) wird ebenfalls durch das zusammengesetzte Trägheitskräfte paar nach der Gleichung (8) ausgeglichen.

Die auf die rotierenden Massen zurückzuführenden Kräfte können ferner mittels einer Anordnung ausgeglichen werden, bei

der die anhand von Fig. 4 beschriebenen Gegengewichte für den ersten und den dritten Zylinder voneinander getrennt sind. Die Masse des Gegengewichts beträgt mc(/3/2), und die Phase des Gegengewichts ist in der Drehrichtunq um 30 vor- oder zurückverlegt.

Die Erfindung beruht auf dem vorstehend beschriebenen Grundgedanken. Wie erwähnt, v/erden durch die hin- und hergehenden und die rotierenden Massen Trägheitskräfte bzw. Trägheitskräftepaare erzeugt. Gemäß der Erfindung wird auf der Kurbelwelle für den zweiten Zylinder nur ein Gegengewicht angeordnet, uiTi die hin- und hergehenden Massen auszuwuchten, und zwar zusätzlich zu den Gegengewichten für den ersten und den dritten Zylinder, mittels welcher die hin- und hergehenden Massen und die rotierenden Hassen ausgewuchtet werden.

Gemäß Fig. 7 sind Gegengewichte (Sa-I, 6a-2, 6b-1, 6b-2, Gc-I und 6c-2 vorhanden, die bei jedem Zylinder dem zugehörigen Kurbelzapfen nach Fig. 3 zugeordnet sind und dazu dienen, die hin- und hergehenden Massen auszuwuchten. Ferner sind dem ersten Zylinder zwei Gegengewichte 6a'-1 und 6a¹-2 sowie dem dritten Zylinder zwei Gegengewichte 6c'-1 und 6c'-2 zugeordnet, um die rotierenden Massen auszuwuchten.

Die Vorgelegewelle 7 ist mit Ausgleichsgewichten 8a' und 3c' versehen, deren Anordnung der Lage der Lager 9a und 9d an den beiden Enden der Kurbelwelle entspricht und die daher nic?it dem zweiten Zylinder zugeordnet sind. Da die Gegengewichte 6a'-1, 6a'-2, 6c»-1 und 6c'-2 für die rotierenden Massen an zwei getrennten Punkten angeordnet sind, hat jedes Gegengewicht die Größe mc(v"§/2), und die Phase jedes Gegengewichts ist in der Drehrichtung um 30 vor- oder zurückverleqt. Wenn die Abstände zwischen den Zylindern ioweils der Strecke L entsprechen, wird das Trägheitskräftepaar ausgeglichen, wenn die nachstehende Bedingung erfüllt ist:

mc(/3/2) χ 2L = j3mcL

man die zusammengesetzte Masse der Gegengewichte Sa'-l und 6a'-2 mit "Mca¹" und die zusammengesetzte Masse der Gegengewichte 6c^f-l und 6c'-2 mit "Mcc¹", ist es zum Ausgleichen der auf die Kurbelwelle 1 wirkenden Trägheitskräfte erforderlich, dafür zu sorgen, daß Mca' gleich Mcc¹ ist.

Bezeichnet man ferner die Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes der Gegengewichte 6a'-1 und 6a'-2 gegenüber der Y-Achse mit "L + X¹" und die Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes der Gegengewichte 6c'-1 und 6c'-2 mit "L + Y¹", muß der nachstehenden Gleichung genügt werden:

Mca¹(L +X¹ + L + Y') = /imcL
Daher gilt:

Mca¹ = Mcc' = >/3mcL/(2L + X' +Y') (9a)

Bezüglich der Gegengewichte 6a-l, 6a-2, 6b-l, 6b-2, 6c-1 und ßc-2 zum Auswuchten der hin- und hergehenden Teile muß' dafür gesorgt v/erden, daß Mca = Mcb = Mcc, wobei Mca, Mcb und Mcc entgegengesetzte Massen repräsentieren. Gilt für die Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes der Gegengewichte 6a-1 und Ga-2 sowie für den zusammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte eb-1 und 6b-2 der Ausdruck L + X sowie für den zusammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte 6c-l und 6c-2 der Ausdruck L + Y, erhält man:

Mca(L + X) = Mcc(L + Y)

Daher muß X gleich Y sein. Bezüglich des Trägheitskräftepaars in der Y-Achsen-Richtung muß der folgenden Gleichung genügt werden:

((MCa(L + X) + Mcc(L + Y)) cos 30 = (V3/2) mpL

Hieraus ergibt sich die nachstehende allgemeine Gleichung: Men -= Mcb = Mcc = (l/2)mpL/(L + X) (9b)

Somit kann sich die Masse des Gegengewichts zweckmäßig nach der Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes richten. Diese Masse nimmt mit zunehmender Größe von X», Y¹, X und Y ab. Fällt der Schwerpunkt der Gegengewichte 6a-l, 6a-2, 6a¹-1, 6a¹-2 bei dem ersten Zylinder mit demjenigen des dritten Zylinders zusammen und liegt der Schwerpunkt der Gegengewichte 6b-1 und 6b-2 bei dem zweiten Zylinder auf dem Schwerpunkt, so gilt X» = Y¹ = X = Y = 0. Daher gilt für die Masse des Gegengewichts bei dem ersten und dem dritten Zylinder der Ausdruck (V3/2)mc. Die Masse des Gegengewichts beträgt bei jedem Zylinder (l/2)mp. Zwar sind die Gegengewichte 6a—1 und 6a'-1 sowie andere Gegengewichte jeweils durch einen Winkel von 30° getrennt, doch sind die Gegengewichte in der Praxis miteinander vereinigt.

Wie erwähnt, entsprechen die Massen der Ausgleichsgewichte auf der Vorgelegewelle 7 den Massen der hin- und hergehenden Teile des Motors, jede dieser Massen hat den Wert (mp/2) («/3/2), und die Phase ist um 30° verändert. Hierbei sind die Massen so angeordnet, daß sie ein Trägheitskräftepaar entsprechend dem nachstehenden Ausdruck erzeugen:

(mp/2) (v/3/2) 2L = (/3/2)mpL

Unter Berücksichtigung des Ausgleichs der auf die Vorgelegewelle v/irkenden Trägheitskräfte ist es erforderlich, dafür zu sorgen daß Mba· = Mbe=, wenn Mba· die Masse des Ausgleichsgewichts Sa' und Mbe¹ die Masse des Ausgleichsgewichts 8c¹ bezeichnet.

Wenn die Lage der Schwerpunkte der Ausgleichsgewichte 8a¹ und 8c¹ den Ausdrucken L + X' und L + Y¹ entspricht, müssen die nachstehenden Bedingungen erfüllt sein: Mba'(= Mbe»)(L +X» +L-Y') = (/3/2)mpL

Somit gilt:

Mba' = MbC = (>/3/2)mpL/(2L + X' +Y') (10)

Somit verringern sich die Massen Mba¹ und Mbe' mit zunehmenden Werten von X¹ und Y¹. Somit kann man der Anordnung kleine Abmessungen geben, so daß sich bei einer Verringerung des Gewichts eine Verkleinerung des Raumbedarfs ergibt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung müssen die Massen der Gegengewichte 6a'-l, 6a'-2 sowie 6c'-l, 6c¹—2 der Gleichung (9) entsprechen, die Gegengewichte 6a'-l und 6c'-2 sind gegenüber den Kurbelzapfen angeordnet und in der Drehrichtung um 30 versetzt, und die Gegengewichte 6c'-1 und 6c'-2 sind gegenüber den Kurbelzapfen angeordnet, jedoch entgegen der Drehrichtung um 30 versetzt. Andererseits sind die Ausgleichsgewichte 8a' und 8c' gegenüber den Lagern 9a und 9d angeordnet, und sie erfüllen die Forderungen der Gleichung (10). Der Schwerpunkt in der Drehrichtung muß bei dem Ausgleichsgewicht 8a' der gleiche sein wie bei den Gegengewichten 6c'-l und 6c'-2, und der Schwerpunkt in der Drehrichtung des Ausgleichsgewichts 8c¹ muß der gleiche sein wie bei den Gegengewichten 6a'-1 und 6a'-2. Somit werden die primären Trägheitskräfte, das primäre Trägheitskräftepaar der hin- und hergehenden und der rotierenden T,alle des Dreizylindermotors und das primäre Trägheitskra'ftepaar der Kurbelwelle um eine zur Achse der Kurbelwelle rechtwinklige Achse durch Gegengewichte auf der Kurbelwelle und Ausgleichsgewichte auf der Vorgelegewelle ausgeglichen.

Da die den Lagern an beiden Enden entsprechenden Ausgleichsgewichte Sa'und 8c' so angeordnet sind, daß sie nicht'mit den Gegengewichten kollidieren, kann man die Vorgelegewelle nahe an die Kurbelwelle heranrücken, so daß es möglich ist, die Starrheit des Motors zu vergrößern. Da außerdem die Gegengewichte für die hin- und hergehenden Massen für den ersten und den dritten Zylinder in einem großen Abstand von dem zweiten Zylinder angeordnet sind, kann man die Masse des Ausgleichsgewichte verringern. Somit kann ein solcher Motor im Vergleich mit einem Motor, bei dem jedem Zylinder Gegengewichte zugeordnet sind, kleinere Abmessungen erhalten.

Fig. 8 zeigt als Beispiel einen Motor 10, der zum Antreiben der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs dient, in dessen Heck er querliegend eingebaut ist. Gemäß Fig. 8 sind ein Luftfilter 11, ein Vergaser 12 und eine Ansaugleitung 13 liegend angeordnet und miteinander verbunden. Ferner sind ein Verdichter für eine Klimaanlage und ein Wechselstromgenerator bzw. eine Lichtmaschine eingebaut. Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Vorgelegewelle 7 nahe an die Kurbelwelle 1 heranzurücken, ohne daß die genannten Vorrichtungen, z.B. der Vergaser 12, Hindernisse bilden.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem ein Motor 10 in ein Kraftfahrzeug querliegend im vorderen Teil eingebaut ist, um die Vorderräder anzutreiben. Vor dem Motor sind eine Abgasleitung 15 und ein katalytischer Reaktor 17 für die Abgase untergebracht. In diesem Fall kann man die Vorgelegewelle 7 ebenfalls nahe an die Kurbelwelle 1 heranrücken, ohne daß die genannten Einrichtungen hierbei hinderlich sind.

Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Ausgleichsgewichte 8a¹ und 8c¹ als Teile von Lagern für die Vorgelegewel-le 7 ausgebildet sind. Das Ausgleichsgewicht 8a' ist mit exzentrischer Form in einem zylindrischen Lager 20 ausgebildet, das gleichachsig mit der Vorgelegewelle ausgebildet ist und einen festen Bestandteil derselben bildet. ^Der Lagerzapfen 20 wird durch ein Lager 21 unterstützt, das in einen Rahmen 22 eingebaut ist, welcher die Kurbelwelle 1 unter Vermittlung durch das Lager 9a unterstützt. Das Ausgleichsgewicht 8c' hat die gleiche Form wie das Ausgleichsgewicht 8a' und wird durch einen Rahmen 24 unterstützt. Die übrigen Teile sind ebenso ausgebildet wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7.

Bei dieser Ausführungsform sind keine gesonderten Abschnitte als Lagerungen für die Vorgclegewelle vorgesehen, so daß sich

ein geringer Raumbedarf der Anordnung ergibt.

Bei der in Fig. 11 dargestellten dritten Ausführungsform ist das Ausgleichsgewicht 8a¹ in zwei Ausgleichsgewichte 8a¹-1 und 8a'-2 unterteilt, während das Ausgleichsgewicht 8c¹ in sv/ei Abschnitte 8c'-l und 8c'-2 unterteilt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die zusammengesetzte Masse Mba¹ der Ausgleichsgewichte 8a^f-l und 8a'-2 gleich der zusammengesetzten Masse Mbe¹ der Ausgleichsgewichte 8c'-l und 8c'-2 sein. Die an beiden Enden angeordneten Ausgleichsgewichte 8a¹-1 und 8c'-2 sind wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils als Lager 20 ausgebildet und werden durch Gleitlager 21 unterstützt.

Bei dem in Fig. 12 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind entsprechend dem Grundgedanken nach Fig. 5 drei Ausgleichsgewichte 8a, 8b und 8c vorhanden. Auch bei dieser Ausführungsform müssen die Ausgleichsgewichte gleich große Massen Mba, Mbb und Mbe haben.

Fig. 13 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zu der Gegengewichtsanordnung ebenso wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel drei Ausgleichsgewichte 8a, 8b und 8c gehören. Die an den Enden der Kurbelwelle angeordneten Ausgleichsgewichte 8a und 8c sind jeweils als Gleitlager 20 ausgebildet; Teile, die in Fig. 11 dargestellten Teilen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugssahlen bezeichnet.

Bei der in Fig. 14 dargestellten sechsten Ausführungsform ist das zentrale Ausgleichsgewicht der fünften Ausführungsform nach Fig. 13 in zwei Ausgleichsgewichte 8b-1 und 8b-2 unterteilt, bei denen der Schwerpunkt auf der Mittelachse des zweiten Zylinders liegt. Das Ausgleichsgewicht 8b-l entspricht einem Lager 9b für die Kurbelwelle 1, während das Ausgleichsgewicht 8b-2 einem Lager 9c entspricht. Diese Anordnung ermöglicht bei dem Motor eine vorteilhafte Raumausnutzung.

Claims

Ansprüche

1. Gegengewichtsanordnung für eine Verböennungskraftmaschine mit drei Zylindern, einer Kurbelwelle, bei der in Winkelabständen von 120 verteilte Kurbelarme vorhanden sind, sowie mit einer mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle rotierenden Vorgelegewelle, gekennzeichnet durch an der Kurbelwelle (1) starr befestigte Gegengewichte (6a, 6c) für den ersten und den dritten Zylinder, welche an beiden Enden der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind und dazu dienen, die hin- und hergehenden Massen und die rotierenden Massen auszuwuchten, mindestens ein an der Kurbelwelle starr befestigtes Gegengewicht (6b) für den zweiten Zylinder zum Auswuchten der hin- und hergehenden Massen sowie mindestens zwei an den Enden der Vorgelegewelle (7) befestigte Ausgleichsgewichte (8).

2. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgewichte jeweils gegenüber Lagern (9) an beiden Enden der Kurbelwelle (1) angeordnet sind.

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3. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Gegengewicht zwei Gewichte gehören.

4. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein auf der Vorgelegewelle (7) zentral angeordnetes Ausgleichsgewicht (8), das dem mittleren bzw. zweiten Zylinder zugeordnet ist.

5. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der an den Enden der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Ausgleichsgewichte mit exzentrischer Form in einem zylindrischen Lager (21) ausgebildet ist, das einen festen Bestandteil der Vorgelegewelle (7) bildet, und daß das zylindrische Lager in einem Rahmen (22, 24) durch ein Gleitlager (20) unterstützt ist.

6. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichsgewicht in zwei Gewichte unterteilt ist.

7. Gecjengewichtsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Ausgleichsgewicht in zwei Gewichte unterteilt ist.