DE3302364A1

DE3302364A1 - Schwungrad fuer einen vierzylinder-reihenmotor

Info

Publication number: DE3302364A1
Application number: DE19833302364
Authority: DE
Inventors: Kobayashi Tokyo Kazuaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE3302364C2; JPS58128546A; GB2114709A; GB2114709B; GB8300338D0

Description

Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor

Diese Erfindung betrifft ein Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor.
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Bei herkömmlichen Schwungrädern war kein spezieller Unterschied beispielsweise zwischen einem für einen Vierzylindermotor un1 einem für einen Sechszylindermotor. In anderen Worten, Schwungräder mit im wesentlichen identischer Ausbildung wurden bisher für alle Arten von Motoren verwendet. Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird zunächst auf die Fig. 1A und 1B der beigefügten Zeichnungen Bezug • genommen; dort ist ein Beispiel des herkömmlichen

¹^ Schwungrades für einen Kraftfahrzeugmotor gezeigt, wobei das Schwungrad 1 Schrauben-Einführöffnungen 2 aufweist, die dazu eingerichtet sind, um das Schwungrad 1 an die Kurbelwelle des Motors mittels Schrauben anzukuppeln/ eine Berührungsfläche 3, die dazu einge-

richtet ist, in Berührung mit einer Kupplungsscheibe ' angeordnet zu sein ,einen Zahnkranz 4, der dazu eingerichtet ist, in kämmende Zuordnung mit dem Ritzel eines Starters beim Anlassen des Motors gebracht zu werden, wobei der Zahnkranz 4 üblicherweise in den Körper des Schwungrades eingepresst ist, und einenHauptgewichtsabschnitt 5 mit einem hohen polaren Massenträgheitsmoment, der dazu dient _r die Motor-Drehmomentänderungen sowie die Änderungen in der Drehzahl des Motors zu

verrinaern.
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Allgemein ist das Massenträgheitsmoment eines rotierenden Körpers dann, wenn das Gewicht des Körpers konstant ist, zum Drehradius des Körpers proportional. Somit war es die übliche Praxis, daß der Hauptgewichtsabschnitt 5 in ο

ringartiger Form in einem Abschnitt des Schwungrades in der Nähe seines Außenumfanges vorgesehen ist.

Die oben erwähnte, herkömmliche Anordnung, bei welcher

O O U Z J D

der Hauptgewxchtsabschnitt in ringartiger Form in einem Abschnitt des Schwungrades' in der Nähe seines Außenumfanges vorgesehen ist, wie oben erwähnt, ist dahingehend von Vorteil, daß ein hohes Trägheitsmoment für sein Gewicht erreicht werden kann, so daß gesagt werden kann, daß dies eine außerordentlich geeignete Ausbildung für ein Schwungrad bildet, zu dem Zweck, die Motor-Drehmomentänderungen auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

Bei einem herkömmlichen Vierzylinder-Reihenmotor erreichen jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann, wenn der Kurbelwinkel 0° und 180° erreicht, so daß für jeweils eine Drehung von 180° der Kurbelwelle in den vier Zylindern aufeinanderfolgend eine Explosion stattfindet. Im Fall, in dem ein Vierzylinder-Reihenmotor, der mit einer Kraftübertragung mit direkter Kupplung kombiniert ist, in einem Kraftfahrzeug angebracht wird, wird die natürliche Frequenz der Biegeschwingung, welche in einer solchen Kombination stattfindet, der natürlichen Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems sehr nahe kommen, welches dem Vierzylinder-Reihenmotor zugeordnet ist, so daß die Neigung besteht, daß zwischen den beiden natürlichen Frequenzen Resonanz auftritt. Es liegt somit infolge einer solchen Resonanzerscheinung die Neigung vor, daß die Schwingung des Motors zusammen mit jener der Kraftübertragung soweit in manchen Typen eines Kraftfahrzeuges erhöht wird, daß eine solche Schwingung auf das Kraftfahrzeuggestell übertragen wird, um als

"Dröhngeräusch" vom Fahrer und/oder Fahrgast empfunden zu werden. Um das Auftreten der oben erwähnten Resonanzerscheinung zu vermeiden, ist es lediglich erforderlich, daß man die oben erwähnten, beiden, natürlichen Frequenzen voneinander unterschiedlich einstellt. In

jenem Fall, in welchem eine Kraftübertragung mit einem Vierzylinder-Reihenmotor kombiniert ist, wurde allerdings empirisch gezeigt, daß es, vom Standpunkt der Grundkonstruktion aus gesehen, technisch nahezu unmög-

lieh ist, eine genügend steife Anordnung zu finden, um die natürliche Frequenz der Biegeschwingung der resultierenden Konstruktion gegenüber der herkömmlichen Konstruktion zu erhöhen. Beim Kurbelwellensystem eines Vierzylinder-Reihenmotors wird die Biegeschwingung durch die Tatsache erzeugt, daß die Kurbelwelle nach oben und unten an den Kurbelwinkeln von 0° und 180° gebogen ist, so daß das Schwungrad oszillierender Schwingung ausgesetzt ist; wenn man versucht, die Frequenz einer solchen Biegeschwingung von der Resonanzfrequenz abweichen zu lassen, indem man die Steifigkeit der Kurbelwelle verringert, um deren natürliche Schwingungsfrequenz zu verringern, dann besteht die Neigung zum Auftreten einer erhöhten Schwingung, wenn der Motor bei seinem normalen Drehzahlbereich unter 6000 min~1 arbeitet, so daß man das Problem eines rumpelnden Geräusches verursacht. In diesem Zusammenhang könnte in Betracht gezogen werden, daß die natürliche Schwingungsfrequenz der Kurbelwelle auch so abgeändert werden könnte, daß sie höher ist, indem man entweder die Steifigkeit der Kurbelwelle erhöht oder das Gewicht des Schwungrades verringert. Es ist allerdings offensichtlich, daß der. erstgenannte Vorschlag angesichts des Gewichtes nachteilig ist und der letztgenannte Vorschlag ebenfalls dahingehend nachteilig ist, daß das Schwungrad nun nicht mehr das erforderliche Massenträgheitsmoment erreicht, um die Motordrehmomentschwingungen im notwendigen Bereich zu unterdrücken.

Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und verbessertes Schwungrad zu. finden, welches so ausgebildet ist, daß es. die oben erwähnten Probleme bei Vierzylinder-Reihenmotoren löst

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, kurz gesagt, ein Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor vorgesehen, bei welchem die Kolben in jeweils zweien von

W W Wb W

vier Zylindern ihre oberen Totpunkte jedesmal dann erreichen, wenn der Kurbelwinkel 0° und 180° erreicht, so daß für jede Drehung der Kurbelwelle um 180° eine Explosion in dem Vierzylindermotor aufeinanderfolgend stattfindet, wobei das Schwungrad einen Hauptgewichtsabschnitt umfaßt, der einen Nebenabschnitt aufweist, der in ringförmiger Gestalt im Schwungrad in der Nahe seines Außenumfanges vorgesehen ist, und zwei schwerere Nebenabschnitte, welche in jenen Schwungradpositionen und in deren Nachbarschaft vorgesehen, sind, welche den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen.

Andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnung vorgelegt ist.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1A eine Vorderansicht eines herkömmlichen

Schwungrades,

Fig. 1B die Ansicht eines Schnitts durch Fig.1A, Fig. 2A eine Vorderansicht, welche gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er-

findung das Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor zeigt, Fig. 2B die Ansicht eines Schnitts, der längs

Linie A-A in Fig. 2A vorgenommen wurde,

Fig. 2C die Ansicht ei .es Schnitts, der längs 30

Linie B-B in F.g. 2A vorgenommen wurde,

und

Fig. 3 eine Ansicht, die zum Erläutern des Betriebs des vorliegenden Schwungrades

nützlich ist.

Es wird nun auf Fig. 2A - 3 Bezug genommen; hierbei wird die detaillierte Beschreibung des Schwungrades für einen Vierzylinder-Reihenmotor gemäß einem Aus-

führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgenommen .

Die Figuren 2A bis 2 : stellen den Aufbau des Schwungrades 1 dar, das die vorliegende" Erfindung verkörpert, wobei Teile, welche jenen der Figuren 1A und 1B entsprechen, aus den Gründen der Vereinfachung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Schwungrad 1 ist ausgebildet mit Schrauben-Einführungsöffnungen 2, einer Berührungsfläche 3 und einem Zahnkranz 4, wobei diese Elemente im AuEbau jenen des oben erwähnten, herkömmlichen Schwungrades ähneln können. Das vorliegende Schwungrad 1 ist mit einem Hauptgewichtsabschnitt versehen, der einen Nebenabschnitt 5a umfaßt, der in ringförmiger Gestalt längs des Außenumfanges des Schwungrades vorgesehen ist, sowie zwei Nebenabschnitte 5b, die an jenen Stellen und in deren Nachbarschaft vorgesehen sind, die den Kurbelwinkeln von und 270° entsprechen, und zwar derart, daß sie in zwei

*® Abschnitten nahe dem Außenumfang des Schwungrades konzentriert sind. In diesem Zusammenhang kann in Betracht gezogen werden, daß die Tatsache, daß der Hauptgewichtsabschnitt 5 aus den obenerwähnten Nebenabschnitten 5a und 5b gebildet ist, jenem Fall entspricht, in welchem der Hauptgewichtsabschnitt 5, der in Fig. 1A und 1B'gezeigt ist, in zwei Typen von Abschnitten unterteilt ist, so daß das Gesamtträgheitsmoment jener Nebenabschnitte· 5a und 5b im wesentlichen gleich wird dem Trägheitsmoment des Hauptabschnittes 5,

der in Fig. IA und1B gezeigt ist. Somit ist es mit dem die vorliegende Erfindung verkörpernden Schwungrad möglich, die Motor-Drehmomentänderungen in einem im wesentlichen gleichen Ausmaß wie das herkömmliche

Schwungrad zu verringern, das in Fig. 1A und 1B gezeigt. 35

ist; es ist jedoch dank der Tatsache, daß die Nebenabschnitte 5a und 5b des Hauptgewichtsabschnittes symmetrisch bezüglich der Kurbelwelle angeordnet sind, ebenfalls möglich, das Auftreten der gewichtsbedingten

Unwucht zwischen ihnen zu vermeiden, so daß die Auswuchttätigkeiten auf dieselbe Weise wie beim Stand' der Technik ausgeführt werden können.

Als nächstes wird der Betrieb des Schwungrades beschrieben, der den oben erwähnten Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Fig. 3 ist eine Ansicht, die zur Erläuterung der Biegeschwingung eines Kurbelwellensystems beiträgt. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor wird die Explosionsbelastung der Kurbelwelle 6 in einer solchen Richtung mitgeteilt, wie sie durch einen Pfeil C in Fig. 3 gezeigt ist, und zwar jedesmal, wenn der Kurbelwinkel 0° /und 180° erreicht; demzufolge wird die Kurbelwelle 6 in eine nach oben

¹^ und unten gerichtete Schwingung derart versetzt, daß das Schwungrad in solchen Richtungen oszillierend schwingt, wie dies durch die Pfeile D in Fig. 3 gezeigt ist. In anderen Worten, die Kurbelwelle 6 ist der Biegeschwingung ausgesetzt und veranlaßt somit die

^^w oszillierende Schwingung des Schwungrades 1. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor wird infolge der Tatsache, daß die Explosionsbelastung jedesmal dann aufgebracht wird, wenn die Kurbelwelle die Winkellagen von 0° und 180° einnimmt, wie dies ober erwähnt wurde, die

Schwingung des Schwungrades in den Richtungen bewirkt, welche den Kurbelwinkeln von 0° und 180° entsprechen. Wenn man somit das Trägheitsmoment jener Abschnitte des Schwungrades verringert, welche derartigen Kurbelwinkeln entsprechen, ist es nöglich, die natürliche

Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems zu erhöhen- Auf diese Weise kann die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems . gegenüber der natürlichen Frequenz der Biegeschwingung

des Motors an sich zu einer Abweichung gebracht werden, 35

so daß die Resonanzerscheinung, die aufzutreten trachtet, abgemildert werden kann.

Anhand der,obigen Erörterung wird ausdrücklich darauf

hingewiesen, daß in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zum Verringern des Trägheitsmoments des Schwungrades in den Richtungen, welche den Kurbelwinkeln von 0° und 180° entsprechen, oder den Schwingungsrichtungen des Schwungrades, das-Gewicht des Hauptabschnittes des Schwungrades, in den Richtungen gesehen, die den Winkeln von 0° und 180° entsprechen, verkleinert wird, verglichen mit einem herkömmlichen Schwungrad, während das Gewicht des Hauptgewichtsabschnittes des Schwungrades, in den Richtungen gesehen, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen, gegenüber dem herkömmlichen Schwungrad vergrößert wird , was keinerlei Auswirkung auf die oszillierende Bewegung des Schwungrades ausübt, wobei das Massenträgheitsmoment

¹^ des gesamten Schwungrades so eingestellt wird, daß es im wesentlichen äquivalent jenem des herkömmlichen Schwungrades ist. Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein erforderliches Massenträgheitsmoment erreicht werden, um die Motor-Drehmomentänderungen

²^ zu verringern, während gleichzeitig die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems so erhöht werden kann, daß sie gegenüber der des gesamten Motors abweicht, so daß das Ausmaß jener Resonanzerscheinung, die aufzutreten trachtet, verringert werden kann. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß trotz des vereinfachten Aufbaus das vorliegende Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor bewirkt, daß die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems sich gegenüber jener des Gesamt-

motors unterscheidet, so daß das Ausmaß der Resonanzerscheinung, die zwischen diesen Systemen aufzutreten trachtet, verringert ist.

Während die vorliegende Erfindung bezüglich einem 35

speziellen Ausführungsbeispiel hiervon dargestellt und beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung keineswegs auf dieses beschränkt ist, sondern alle jene Änderungen und Abwandlungen ab-

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deckt, welche innerhalb.des Offenbarungsumfanges und des Umfanges der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

Patentansprüche

1JL Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor, bei welchem jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann erreichen, wenn der Kurbelwinkel einen Wert von 0° und 180° annimmt, gekennzeichnet durch einen Hauptgewichtsabschnitt (5a, 5b) , dessen Gewicht in jenen Stellen gegenüber dem Rest erhöht ist, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen.
2. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgewichtsabschnitt (5a, 5b) die folgenden Merkmale aufweist:

- ein erster Nebenabschnitt (5a), der sich ringförmig längs und nahe dem Außenumfang des Schwungrades (1)

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erstreckt, und zweite Nebenabschnitte (5b), welche an jenen Stellen vorgesehen sind, die nahe dem Außenumfang des Schwungrades den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen.