DE3232027A1

DE3232027A1 - Gegengewichtsanordnung fuer verbrennungskraftmaschinen mit drei zylindern

Info

Publication number: DE3232027A1
Application number: DE19823232027
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: 1983-03-24
Also published as: GB2104970B; JPS5839832A; FR2512108A1; GB2104970A; US4658777A; FR2512108B1

Description

Geqenqewichtsanordnunq 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 in- und herbewegenden Massen erzeugten Trägheitskräfte können mittels eines ^uegengewichts durch eine Hälfte der Trägheitskräfte ausgeglichen werden, während die übrigen Kräfte durch eine Vorgelegewelle ausgeglichen werden können, die entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle, jedoch mit der gleichen Drehzahl umläuft.

Boi 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 Trägheitskräftepaar 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 Vorgelegewelle beschrieben, die ein Trägheitskräftepaar erzeugt, welches die gleiche Größe hat wie das Trägheitsdrehmoment der Kurbelwelle, jedoch in der entgegengesetzten Richtung wirkt.

Dnr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gegengewichtsfinordnung 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 on der Kurbelwelle befestigt und an beiden Enden des Motors angeordnet sind, wobei die Gegengewichte jeweils gegenüber dem

-5-

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 Ausführungsbeispiel zur Anwendung bei einem Kraftfahrzeugmotor; und

Fig. 10 bis 14 ieweils eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

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 rotierenden Massen und einer Hälfte der 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

-6-

anqetrieben worden 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 θ des Ausgleichsgewichts gegenüber der Z-Achse der Vorgelegewelle 7 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 qegeben. 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 Fiq. 2, die zur Erläuterung des Ausgleichs der Trägheitskräfh» der hin- und hergehenden Masse bei einem Dreizylinder— motor dient, sind die einzelnen Zylinder durch die Zusatzbuchstaben 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 Kurbelwinkel von 240 ein, und bei dem Kolben 5c des dritten Zylinders entspricht die Stellung einem Kurbelwinkel von 120°. Bei den verschiedenen Kurbelwinkeln θ treten bei den Zylindern die nachstehend definierten Schwingungskräfte FPl bis FP3 auf:

FPl = mprCsj²cos (θ + 240°)

ρ
PP2 = mpr^ cos 9

FP3 = mpr<w²cos (Q + 120°)
Die gesamte Trägheitskraft beträgt

FP1 + FP2 + Pρ3 = O
Daher sind die Schwingungskräfte ausgeglichen.

Das TrägheitGkrfiftepaar der Kurbelwelle int wie folgt gegeben: FP.S + PF(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: FP1.S + FP2(S + L) + FP3(S + 2L) = -/3mprcu²L sin θ (1)

Somit wird das Trägheitskräftepaar um die Y-Achse an der Kurbelwelle durch die hin- und hergehenden Massen in der Richtung der Z-Achse erzeugt.

In Fig. 3, die rur Erläuterung des Ausgleichs der Half be der Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen durch die Gegengewichte 6ει, 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 = (mp/2)rw²cos (Θ + 180°)

Frec3 = (mp/2)r CU²COS (Θ + 120° + 180°)

Somit gilt für die Trägheitskräfte in der Z-Achsen-Richtung:

Frecl + Frec2 + Frec3 = O
Somit werden die Trägheitskräfte ausgeglichen.

Das Trägheitskräftepaar, das durch die Trägheitskräfte in der* Z-Achse um die Y-Achse wirkend hervorgerufen wird, läßt sich wie folgt ausdrücken:

Frecl.S + Frec2(S + L) + Frec3(S + 2L) = ( f3/2)mpr<^²L 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 bis 6c eine in der Y-Achsen-Richtung wirkende Komponente auf. Das Trägheitskräftepaar um die Z-Achse ist wie folgt gegeben:

-( \f"3/2)mpr«J²L cos θ (2b)

Somit erzeugen die Gegengewichte 6a bis 6c ein Trägheitskräftepaar um die Y-Achse und ein Trägheitskräftepaar um die Z-Achse. ^ieses zusammengesetzte Trägheitskräftepaar läßt sich wie folgt darstellen:

( /3/2)mprtfü²L sin θ - (>/3/2)mpr ω L cos O = ( i3/2)mpr<o²L (sin Q - cos Θ) (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 6a¹ des ersten Zylinders ist gegenüber dem Kurbelarmpaar 2a um 180 + versetzt, während das Gegengewicht 6c¹ 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, die bei jedem Zylinder durch das Gegengewicht in der Z-Achsen-Richtung bei einem Kurbelwinkel 9 erzeugt werden, sind wie folgt gegeben:

Frecl' = (13/2) (mp/2)r<*/² cos (Θ + 240° + 180° + 30°) Frec3· = (/5/2) (mp/2)ra^² cos (Θ + 120° + 180° - 30°)

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

Firecl¹ + Frec3' = 0
Somit werden 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)mprCU²L 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 das Tragheitskraftepaars 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:

-/3mprio L sin θ + ( ^/2)mpr cc L( sin θ - cos Θ) = - ( (3/2)mpr CO²L (sin 9 + cos Q) (4)

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

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 Ausgleichsgewichte in der Z-Achsen-Richtung bei dem Kurbelwinkel θ erzeugt werden, die folgenden Gleichungen: Frecl = (mp/2)r*j²cos (Θ + 240° + 180°)

Frec2 = (mp/2)r cj²cos (Θ + 180°)

Frec3 = (mp/2)r <*)²cos (Q + 120° + 180°)

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

Das Tragheitskräftepaar um die Y-Achse, das durch die Trägheitnkräfte in dor Z-Achsen-Richtung erzeugt wird, ist wie iolqt: HOCjPbPn:

( /V2)mpr uj'\, «in fc> (2a')

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 Tragheitskräftepaar um die Z-Achse ist wie folgt gegeben:

( j3/2)mprco²L cos θ (2b·)

-11-

Für das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar nach den Gleichungen (2a') und (2b·) gilt der nachstehende Ausdruck:

( i/i/2mpr e«²L(sin θ + cos Ö) (4«)

Vereinigt man die Gleichungen (4') und (4), erhält man: (j3/2)mprew²L(sin θ + cos Θ) - ( /3/2)mpm/²L(sin θ + cos Θ) =

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 8c' für den dritten Zylinder gilt jeweils der Ausdruck (mp/2)(/3/2). Das Ausgleichsgewicht 8a' ist gegenüber der Stellung nach Fig. 5 in der Drehrichtung um 30° versetzt, während das Ausgleichsgewicht 8c¹ um 30° entgegen der Drehrichtung versetzt ist. Unter diesen Umständen werden die durch die rotierenden Massen horvorgoruf onen Triiqhei tskräf (:e auaqc?- glichen.

Auf das Ausgleichen der durch die rotierenden Teile erzeugten Kräfte wied weiter unten näher eingegangen. Der Aufbau der Ausgleichsanordnung ist der gleiche wie bei derjenigen nach Fig. 2. Die Kräfte Pci, Fc2 und Fc3, die jeweils bei dem Kurbelwinkel θ bei dem ersten bzw. dem zweiten bzw. dem dritten Zylinder auftreten, sind wie folgt gegeben: FcI = mcrtc cos(9 + 240°)

2
Fc2 = mcr^ cos θ

Fc3 = mcr^ cos(9 + 120°)

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

• ψ «■** ···

- \l3mcra« L sin θ (5a)

Das Trägheitskräftepaar um die Z-Achse hat den Wert:

{3mcrco²L cos ö - (5b)

Für das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar gilt: Γ 2

- v3mcr du L(sin θ - cos Θ) (6)

Die Ausgleichsanordnung mit den Gegengewichten 6a, 6b und 6c für das durch die rotierenden Massen erzeugte Trägheitskräfte— pcvrir wird v/<=>lter unton näher beschrieben. Dor Aufbau der Anordnung entspricht dem in Fig. 3 dargestellten. Für die durch die Massen der Gegengewichte δα bis 6c erzeugten Kräfte Frotl, Frot2 und Frot3 gelten die nachstehenden Gleichungen: Frotl = mcrw²cos(9 + 240° + 180°)

Frot2 = mcrou²cos(Q + 180°)

Frot3 = !TiCr^²COS(Q + 120° + 180°)

Das Trägheitskräftepaar um die Y-Achse ist wie folgt gegeben: (/liner oj²h sin θ (7a)

Für das Drehmomentkräftepaar um die Z-Achse gilt:

-/3mcrft/"L cos θ (7b)

Das zusammengesetzte Trägheitskräftepaar ist wie folgt gegeben :

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

Die durch die rotierenden Massen erzeugten Kräfte können auch dadurch ausgeglichen werden, daß man die Gegengewichte für den

-13-

ersten und den dritten Zylinder in der anhand von Fig. 4 beschriebenen Weise unterteilt. Die Masse des Gegengewichts beträgt mc(if3/2), und die Phase des Gegengewichts ist um 30° vor- oder zurückverlegt.

Die Erfindung beruht auf dem vorstehend beschriebenen Grundgedanken. Gemäß der Erfindung werden die durch die rotierenden Massen erzeugten Trägheitskräfte und das Trägheitskräftepaar durch auf den Kurbelwelle angeordnete Gegengewichte ausgeglichen, und die durch die hin- und hergehenden Massen hervorgerufenen Vibrationen werden durch auf der Kurbelwelle angeordnete Gegengewichte und auf einer Vorgelegewelle angeordnete Ausgleichsgewichte ausgeglichen.

Gemäß Fig. 7 sind zum Abgleichen der rotierenden Massen ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 3 bei jedem Zylinder gegenüber dem betreffenden Kurbelzapfen Gegengewichte 6a-l, 6a-2, 6b-l, 6b-2, 6c-l und 6c-2 angeordnet. Ferner sind für den ersten Zylinder zwei Gegengewichte 6a¹-1 und 6a¹-2 vorgesehen, während dem dritten Zylinder Gegengewichte 6c¹-1 und 6c'-2 zugeordnet sind, um die hin- und hergehenden Massen auszuwuchten.

Die Vorgelegewelle 7 ist mit Ausgleichsgewichten 8a· und 8c¹ versehen, die auf die Lager 9a und 9d an beiden Enden der Kurbelwelle mit Ausnahme des zweiten Zylinders ausgerichtet sind. Da die Gegengewichte 6a'-1, 6a¹-2, 6c»-1 und 6c'-2 für die hin- und hergehenden Massen in der dargestellten Weise unterteilt sind, hat jedes Gegengewicht die Größe (mp/2)(/3/2), und die Phase jedes Gegengewichts ist um 30° vor- oder zurückverlegt. Wenn die Abstände zwischen den Zylindern gemäß Fig. 7 der Strecke L entsprechen, muß zum Ausgleichen des Trägheitskräftepaars die nachstehende Bedingung erfüllt werden:

L = (/3/2)mpL

-14-

Bezeichnet man die zusammengesetzte Masse der Gegengewichte 6a'-l und 6a'-2 mit "Mca"¹ und die zusammengesetzte Masse der Gegengewichte 6C-1 und 6c'-2 mit "Mcc·¹¹, ist es zum Ausgleichen der auf die Kurbelwelle 1 wirkenden Trägheitskräfte erforderlich, dafür zu sorgen, daß Mca¹ gleich Mcc· ist.

Bezeichnet man ferner die Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes der Gegengewichte 6a¹-1 und 6a'-2 bezüglich der Y-Achse mit "L + X¹" und die Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes der Gegengewichte fic'-l und 6c'-2 mit "L + Y'", muß der nachstehenden Gleichungen genügt werden:

Mca« (L + X' +L-Y') = ( </3/2)mpL
Daher gilt:

Mca« = McC = (/3/2)mpL/(2L + X» +Y') (9a)

Bei den Gegengewichten 6a-l, 6a-2, 6b-l, 6b-2 sowie 6c-l, 6c-2 für die Masse der rotierenden Teile muß man dafür sorgen, dafi Mca = Mcb = Mcc gilt, wobei diese Größen zusammengesetzte Massen bezeichnen. Bezeichnet man den zur.ammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte 6a-l und 6a-2 für den zusammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte 6b-l und 6b-2 mit "L + X" und den zusammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte 6c—1 und 6c-2 für den zusammengesetzten Schwerpunkt der Gegengewichte 6b-1 und 6b-2 mit "L + Y", gilt:

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

Daher ist es erforderlich, daß X=Y. Bezüglich des Trägheitskräftepaars in der Y-Achsen-Richtung muß der nachstehenden Gleichung genügt werden:

((Mca(L + X) + Mcc(L + Y)) cos 30° = </3mcL

Hieraus läßt sich die folgende allgemeine? Gleichung ableiten: Mca = Mcb = Mcc = mcL/(L +X) (9b)

-15-

Somit kann man die Masse des Gegengewichts auf zweckmäßige Weise in Abhängigkeit von der Lage des zusammengesetzten Schwerpunktes wählen. Die Masse nimmt mit zunehmender Größe von X¹, Y¹, X und Y ab. Fällt der Schwerpunkt des ersten Zylinders mit demjenigen des dritten Zylinders zusammen und liegt der Schwerpunkt des zweiten Zylinders am Schwerpunkt, gilt X¹ = Y· = X = Y = O. Daher hat die Masse des Gegengewichts des ersten und des dritten Zylinders den Wert (i/3*/4)mp, und bei jedem Zylinder beträgt die Masse des Gegengewichts mc. Zwar sind die Gegengewichte 6a-l und 6a'-1 und die entsprechenden anderen Gegengewichte jeweils um 30° gegeneinander versetzt, doch sind diese 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, für jede Masse gilt der Wert (mp/2)(Ί1/2), und es ist ein Phasenwinkel von 30° vorhanden. Hierbei sind die Massen so angeordnet, daß sie ein Trägheitskräftepaar entsprechend der nachstehenden Gleichung erzeugen: (mp/2)(<i3/2)2L = (>/3/2)mpL

Zum Ausgleichen der auf die Vorgelegewelle wirkenden Trägheitskräfte ist es daher erforderlich, daß Mba' = Mbe», wobei Mba¹ die Masse des Ausgleichsgewichts 8a' und Mbe· die Masse des Ausgleichsgewichts 8c¹ bezeichnet.

Bezeichnet man die Lage der Schwerpunkte der Ausgleichsgewichte 8a¹ und 8c* mit L + X" bzw. L + Y", muß der nachstehenden Gleichung genügt werden:

Mba· (L + X" HL + Y") = (-/3/2)mpL Daher gilt:

Mba' = Mbe« = ( >/3/2)mpL/(2L + X" + Y") (10)

• · ♦ * · Wv · · ww *. ■- τ

Somit verringern sich die Massen Mba¹ und Mbe· mit zunehmenden Werten von X" und Y", so daß sich die Anordnung raumsparend ausbilden läßt.

Es ist ersichtlich, daß die Massen der Gegengewichte 6a'-l, 6a'-2 sowie 6c»-l, 6C-2 der Gleichung (9a) genügen und so angeordnet sind, daß sie jeweils einen rechten Winkel mit dem Kurbelarm 2b des zweiten Zylinders bilden. Die Gegengewichte Ga-I, 6a-2, 6b-l, 6b-2 sowie 6c-l, 6c-2 nach der Gleichung (9b) sind gegenüber den zugehörigen Kurbelzapfen angeordnet. Dagegen sind die Ausgleichsgewichte 8a¹ und 8c· nach der Gleichung (10) auf die Lager 9a und 9d ausgerichtet. Die Ausgleichsgewichte 8a· und 8c¹ sind so angeordnet, daß sich dann, wenn der Kolben des zweiten Zylinders seine obere Totpunktstellung einnimmt, das Ausgleichsgewicht 8a' in der gleichen Winkelstellung befindet wie die Gegengewichte 6c'-l und 6c'-2, während sich das Ausgleichsgewicht 8c¹ in der gleichen Winkelstellung befindet wie die Gegengewichte (ia'-l und 6a'-2. Somit worden die primären Trägheitskräfte, das primäre Trägheitskrüftepaar der hin- und hergehenden sowie· der rotierenden Teile des Dreizylindermotors sowie das primäre Trägheitskräftepaar der Kurbelwelle, das um eine zu der Kurbelwelle rechtwinklige Achse wirkt, durch Gegengewichte auf der Kurbelwelle und Ausgleichsgewichte auf der Vorgelegewelle ausgeglichen.

Da die Ausgleichsgewichte 8a' und 8c' auf die Lager an beiden Enden ausgerichtet: sind, so daß sie den Gegengewichten nicht im Wege; sind, kann man die Vorgelegewelle in einem kleinen Abstand von der Kurbelwelle anordnen. Da die Gegengewichte für die hin- und hergehenden Massen nicht dem zweiten Zylinder, ttonriom nur dem <">r:-vt:on und dom dritten Zylinder zugeordnet sind, kann man den Motor im Vergleich zu einem Motor, bei dem Gegengewichte für alle Zylinder vorhanden sind, raumsparender ausbilden.

Fig.8 zeigt als Beispiel einen Motor 10, der zum Antreiben der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs dient, in dessen Heck

-17-er querliegend eingebaut ist. Gemäß Fig. 8 sind ein Luftfilter 11, ein Vergaser ''2 und cino Anr.nuq.1 eitunq 13 liegend cirmoordnet und miteinander verbunden, !,''crrinr sind ein Vord.i chlier ΛΛ für eine Klimaanlage und ein Wechselstromgenerator b:;w. H nc 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 guerliegend im vorderen Teil eingebaut ist, um die Vorderräder anzutreiben. Vor dem Motor sind eine Abgasleitung 16 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 8c· als Teile von Lagern für die Vorgelegewelle 7 ausgebildet sind. Das Ausgleichsgewicht Ba' 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 8c¹ 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 gesonderen Abschnitte als Lagerungen für die Vorgelegewelle vorgesehen, so daß sich ein geringer Raumbedarf der Anordnung ergibt.

Bei der in Fig. 11 dargestellten dritten Ausführungsform ist das Ausgleichsgewicht 8a· in zwei Ausgleichsgewichte 8a ·-!

und 8a'-2 unterteilt, während das Ausgleichsgewicht 8c¹ in zwei Abschnitte 8c'-l und 8c'-2 unterteilt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die zusammengesetzte Masse Mba¹ der Ausgleichsgewichte 8a^f-l und 8a¹-2 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 bei bei dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils als Lager 20 ausgebildet und werden durch Gleitlager 21 unterstützt.

Bei dem in F¹Ig. 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, boi. c\em zu der Goqonqewi.chtsariordnunq ebenso wie bei dem vierten Aufsführungsbeispiel drei Ausgleichsgewichte 8a, 8b und 8c gehören. Die an den ISnden der Kurbelwelle angeordneten Ausgleichsgewichte 8a und 8c sind jeweils als Gleitlager 20 aus gebildet; Teile, die in Fig. 11 dargestellten T_eilen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugszahlen 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 Db für die Kurbelwelle 1, während das Ausgleichsqowichl 8b-2 einem Lager Oc entspricht. Diese Anordnung ermöglicht bei dem Motor eine vorteilhafte Raumausnutzung.

Claims

Patentanwälte European Patent Attorneys

München

5/106

Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha

7-2 Nishishinjuku 1-chome, S h i η j uk u-k u, Tokyo, Japan

Ansprüche

l.y Gegengewichtsanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine 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, dem ersten und dem dritten Zylinder zugeordnete, an beiden Enden der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Gegengewichte zum Auswuchten der hin- und hergehenden Massen bzw. der rotierenden Massen, wobei mindestens ein Gegengewicht (6b-l, 6b-2) für den zweiten Zylinder starr an der Kurbelwelle befestigt ist und dazu dient, die rotierenden Massen auszuwuchten, sowie zwei an beiden Enden der Vorgelegewelle starr befesticite Ausgleichsgewichte (8a¹, 8c¹).
2. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgewichte (8a¹, 8c¹) an Punkten

—2—

angeordnet sind, die Lagern (9a, 9d) für die beiden Enden der Kurbelwelle (1) entsprechen.
3. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Gegengewicht (6) zwei Gewichte gehören.
4. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein auf der Vorgelegewelle (7) angeordnetes zentrales Ausgleichsgewicht (8b), das dem mittleren Zylinder zugeordnet ist.
5. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichsgewicht an den beiden Enden der Kurbelwelle exzentrisch in einem zylindrischen Lager (21) ausgebildet ist, das mit der Vorgelegewelle (7) zusammenhängt, und daß das zylindrische Lager in einem Rahmen (22, 24) durch ein Gleitlager (20) unterstützt wird.
S. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:, daß -jedes Ausgleichsgewicht in zwei Gewichte HMl-T I-H 1 I; I ;;l .
7. Gegengewichtsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral angeordnete Ausgleichsgewicht (8) in zwei Gewichte unterteilt ist.