DE3447048A1

DE3447048A1 - Kurbelwelle fuer eine brennkraftmaschine mit mehreren in reihe angeordneten zylindern

Info

Publication number: DE3447048A1
Application number: DE19843447048
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7400 Tübingen Speier
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1984-12-22
Publication date: 1986-06-26

Description

Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine mit
mehreren in Reihe angeordneten Zylindern Die Erfindung bezieht sich auf eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus dem Fachbuch "Die Verbrennungskraftmaschine, neue Folge, Band 2" des Springer Verlages ist es dem Kapitel 5.3 als bekannt zu entnehmen, daß das Kurbelgehäuse einer wassergekühlten Brennkraftmaschine in Richtung der Gehäusehochachse eine geringe und in Richtung der Gehäusequerachse eine große Durchbiegung aufweist. Verursacht wird die Verformung des Kurbelgehäuses in Gehäusequerrichtung durch Gas- und Massenkräfte aus dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine, welche in horizontaler Richtung die Grundlager der Kurbelwelle belasten. Die Größe der Lagerbelastung ist dabei abhängig vom inneren Massenausgleich der Kurbelwelle, d.h. von der Größe und Orientierung der an den Kurbelwangen angebrachten Ausgleichsgewichte . Die relativ große Querverformung der Kurbelgehäuse-Seitenwände ist die Ursache für das Entstehen von Körper- und Luftschall.
Ferner verursacht die Querverformung der Kurbelgehäuseseitenwände Schwingungen im Abtrieb des Motors (Getriebe, Gelenkwelle).
Ausgehend von diesen bekannten Zusammenhängen im Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen aufzuzeigen, durch die ohne bauliche Veränderungen am Kurbelgehäuse dessen Verformungen in Gehäusequerrichtung weitgehend vermieden werden können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Kurbelwelle mit einem optimalen Massenausgleich erzielt. Aufgrund des optimalen Massenausgleichs an der Kurbelwelle wird eine deutliche Reduzierung der horizontalen Lagerbelastung der Kurbelwellen-Grundlager und damit eine erhebliche Reduzierung der Durchbiegung der Kurbelgehäuse-Seitenwände erreicht. Ferner wird durch die reduzierte Kurbelgehäusedurchbiegung der konstruktive Aufwand für die Getriebeanbindung und der Schwingungseinfluß des Motors auf die Gelenkwelle verringert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer 6-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine dargestellt: Es zeigen Figur 1 anhand von Biegelinien die Durchbiegung der Kurbelgehäuse-Seitenwände an einer in der Draufsicht dargestellten Brennkraftmaschine Figur 2 in einer Seitenansicht schematisch eine Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine nach Figur 1.
Figur 3 in einem Polardiagramm den Belastungsverlauf am Grundlager der erfindungsgemäßen Kurbelwelle.
In Figur 1 ist mit 1 die Brennkraftmaschine bezichnet, an die über ein Kupplungsgehäuse 2 ein Getriebe 3 angebaut ist. Die Brennkraftmaschine 1 besitzt 6 in Reihe angeordnete Zylinder, in denen sich die nicht dargestellten Kolben mit ihren Pleuelstangen befinden. In Lagern des Kurbelgehäuses ist eine Kurbelwelle 4 gemäß Figur 2 gehalten. Die von der Kurbelwelle 4 über die Lager in das Kurbelgehäuse eingeleiteten Gas- und Massenkräfte bewirken insbesondere eine Verformung der seitlichen Kurbelgehäusewände in einer horitzontalen Motorquerebene. Diese Verformung der Kurbelgehäusewände ist aus den eingezeichneten Biegelinien 5 und 6 erkennbar.
Die Biegelinie 5 stellt dabei den Verlauf der Wanddurchbiegung bei einer herkömmlichen bekannten Brennkraftmaschine mit einem Massenausgleich dar, bei dem entweder weniger als 100 % der rotierenden Massen oder aber 50 % der oszillierenden Massen zusätzlich ausgeglichen sind. Die Biegelinie 5 zeigt im Bereich des mittleren Grundlagers eine starke Durchbiegung der Gehäusewand.
Weiterhin zeigt die Biegelinie 5 im Bereich des Getriebes 3 eine relativ große seitliche Ablenkung von der Längsmittelachse 7 des Aggregates, die die Ursache für die Schwingungen im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine 1 und Getriebe 3 ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kurbelwelle wird eine Verringerung der Durchbiegung der Kurbelgehäuse-Seitenwände erreicht, wie sie durch die Biegelinie 6 gekennzeichnet ist. Die Biegelinie 6 stellt sich als eine relativ flach verlaufende Kurve mit einer kleinen Amplitude gegenüber der Längsmittelachse 7 dar. Insgesamt ist aus dem Verlauf der Biegelinie 6 zu erkennen, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen die Durchbiegung der Kurbelgehäuse-Seitenwände erheblich reduziert werden kann.
Gemäß Figur 2 besteht die erfindungsgemäße Kurbelwelle 4 aus sechs entsprechend der Zündfolge verdreht zueinander angeordneten Kröpfungen 8 bis 13, zwischen denen jeweils ein Grundlager 14 bis 20 angeordnet ist, von dem mit 17 das mittlere Grundlager bezeichnet ist. Die einzelnen Kröpfungen 8 bis 13 setzen sich dabei aus zwei Kurbelwangen 21 und 22, einem Kurbelzapfen 23 und zwei Ausgleichsgeiwchten 24 und 25 zusammen. Die Ausgleichsgewichte 24 und 25 sind an den dem Kurbelzapfen 23 entgegengesetzten Enden der Kurbelwangen 21, 22, in deren Ebene liegend, befestigt. Gemäß der Erfindung sind nun die Massen der einzelnen Ausgleichsgewichte derart festgelegt, daß sie 100 % der rotierenden Masse aus Pleuel und Kurbelwelle und 5 bis 15 % der gesamten oszillierenden Masse des Kurbeltriebes ausgleichen.
Im Diagramm der Figur 3 ist die polare Lagebelastung an einem Grundlager 14 bis 20 der Kurbelwelle 4 dargestellt. Auf der Ordinate sind die vertikalen Lagerkräfte Fx und auf der Abszisse die horizontalen Lagerkräfte FH aufgetragen. Die Belastungskurve 26 zeigt einen schmalen Verlauf mit einer entsprechend dem erzielten Massenausgleich an der Kurbelwelle 4 geringen horizontalen Belastung.
Die Erfindung ist grundsätzlich auf alle Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern anwendbar. Bei Brennkraftmaschinen mit ungerader Zylinderzahl treten äußere Momente aus Massenkräften auf, die bei der Festlegung des Massenausgleiches der Kurbelwelle berücksichtigt werden müssen. Zum Ausgleich dieser äußeren Momente werden die an den Kurbelwangen der End-Kröpfungen angebrachten Ausgleichsgewichte mit einer zusätzlichen Masse belegt. Die Größe der Masse hängt ab vom auszugleichenden Moment. Durch die Anordnung der zusätzlichen Masse an den Ausgleichsgewichten der End-Kröpfungen kann diese aufgrund des großen Längsabstandes relativ klein gehalten werden, so daß die zusätzliche Masse kaum einen Einfluß auf den übrigen Massenausgleich der Kurbelwelle hat.
Alternativ zu der Anordnung einer zusätzlichen Masse kann der Ausgleich der äußeren Momente auch dadurch erfolgen, indem sämtliche oder einzelne Ausgleichsgewichte an den Kurbelwangen um einen Betrag von + 50 aus der Kröpfungsebene herausgedreht werden. Je nach Größe des äußeren Ausgleiches können auch beide vorstehend beschriebenen Maßnahmen kombiniert angewendet werden.
Schließlich sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einer Kurbelwelle für eine Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine anwendbar, die nur mit vier Ausgleichsgewichten ausgestattet ist.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1. Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, mit beiderseits der Kurbelkröpfungen angeordneten Grundlagern und mit an allen Kurbelwangen der Kurbelkröpfungen angebrachten Ausgleichsgewichten oder Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine mit vier in reihe angeordneten Zylindern und mit vier Ausgleichsgewichten, wobei die Masse der Ausgleichsgewichte sich aus dem gesamten Anteil der rotierenden Massen aus Pleuelstange und Kurbelwelle und einem Anteil der oszillierenden Massen aus Kolben und Pleuelstange zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der oszillierenden Masse an den Ausgleichs gewichten (24, 25) mit 5 bis 15 % der gesamten oszillierenden Masse festgelegt ist.
2. Kurbelwelle nach Anspruch 1 für eine Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom gewählten äußeren Massenausgleich des Kurbeltriebes der Brennkraftmaschine (1) die an den äußeren Kurbelwangen (21) angebrachten Ausgleichsgewichte (24) mit einer zusätzlichen Masse belegt sind.
3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom gewählten äußeren Massenausgleich des Kurbeltriebes der Brennkraftmaschine (1) die Ausgleichsgewichte (24) um einen Betrag von bis zu + 50 aus der Ebene der Kurbelkröpfungen verdreht sind.