DE4013500C2

DE4013500C2 - Vorrichtung zur Verbesserung des Massenausgleichs des Ventiltriebes einer Achtzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4013500C2
Application number: DE4013500A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Bukovics; Guenther Ognor
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: US5131355A; DE4013500A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbesserung des Massenausgleichs eines Ventiltriebes einer Achtzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine ent sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist grundsätzlich bekannt (EP 02 27 277 A1), zum Massen ausgleich einer Viertakt-Brennkraftmaschine einen oder mehrere linear bewegbare, federbelastete Ausgleichs massen vorzusehen, die von Ausgleichsnocken auf der Nockenwelle entgegen der Federkraft verschoben werden.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei einer Achtzylinder- Viertakt-Brennkraftmaschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderbänken die durch die freien Massenkräfte und Momente des Ventiltriebs angeregten Schwingungen des Motorgetriebeblocks, die prinzipiell in allen Ordnungen auftreten, in der dritten Ordnung der freien Massen kräfte und Momente des Ventiltriebes am ausgeprägtesten sind. Es treten eine wechselnde Querkraft und zusätzlich Momente um alle Achsen auf. Die Größen und die zeitlichen Zusammenhänge der Querkraft und der Momente hängen ab von der Bewegungsrichtung der Ventile und den Steuerzeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein weitgehender Ausgleich der freien Massenkräfte und Momente des Ventiltriebes einer V8-Brenn kraftmaschine erreicht wird. Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Ausgleichsnocken werden die Ausgleichsmassen zu sinusförmigen Bewegungen mit drei Perioden pro Umdrehung der Nockenwellen angeregt. Dadurch, daß die beiden Aus gleichsmassen gegenläufig bewegt werden, wird eine zur freien Massenkraft gegengleiche Querkraft erzeugt. Die Amplitude der Bewegung der Ausgleichsmassen und die Winkellage der Ausgleichsnocken zu den Ventilnocken sind so zu wählen, daß der gewünschte Massenausgleich zustande kommt. Der Winkel, den die Geraden, auf denen sich die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen bewegen, mit der Längs mittelebene der Brennkraftmaschine einschließen, hängt von den Bewegungsrichtungen der von den Ventilnocken betätigten Ventile ab. Liegen die Bewegungsrichtungen der Ventile, die von den Ventilnocken einer Nockenwelle be tätigt werden, in einer Ebene, so liegt die Bewegungs richtung der Ausgleichsmasse, die von dem auf dieser Nockenwelle sitzenden Ausgleichsnocken bewegt wird, eben falls in dieser Ebene, wenn auf jeder Nockenwelle ein Aus gleichsnocken vorgesehen ist. Dies ist dann der Fall, wenn pro Zylinderbank zwei Nockenwellen, eine Einlaßnocken welle und eine Auslaßnockenwelle, vorgesehen sind.

Werden bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen pro Zylinderbank nur zwei Ausgleichsmassen vorgesehen, so wird auf jeder der beiden innenliegenden oder auf jeder der beiden außenliegenden Nockenwellen ein Ausgleichs nocken angeordnet und die Bewegungsrichtungen der Schwer punkte der beiden Ausgleichsmassen werden so gelegt, daß sie sich bei Sicht in Richtung der Kurbelwellen-Drehachse auf der Längsmittelebene der Brennkraftmaschine in einem Punkt kreuzen, der zwischen den Schnittpunkten der Be wegungsrichtungen der Ventile liegt. Eine entsprechende Lage der Bewegungsrichtungen der Schwerpunkte der beiden Ausgleichsmassen wird auch dann vorgesehen, wenn pro Zylinderbank nur eine Nockenwelle vorgesehen ist, deren Ventilnocken somit Einlaß- und Auslaßventile betätigen, deren Bewegungsrichtungen nicht in einer Ebene liegen.

Der Ausgleich der von der Bewegung des Ventiltriebs her rührenden Momente um die Quer- und Hochachse des Motor getriebeblocks kann durch entsprechende Lage der Aus gleichsmassen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erreicht werden. Aus praktischen Erwägungen kommt nur eine Lage zwischen den Zylindern in Frage. Ein optimaler Aus gleich wird bei einer Zündfolge 1 5 4 8 6 3 7 2 durch eine Anordnung der Ausgleichsgewichte zwischen den Zylindern 3, 4 und 6, 7 erreicht. Empfehlenswert ist jedoch auch die Anordnung der Ausgleichsmassen zwischen den Zylindern 2, 3 und 5, 6, zwischen den Zylindern 2, 3 und 6, 7 und zwischen den Zylindern 3, 4 und 5, 6.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht einer V8-Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle pro Zylinderbank in schemati scher Darstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Brennkraftmaschine von Fig. 1 mit abgenommenen Zylinderkopfdeckeln in schema tischer Darstellung,

Fig. 3 eine Anordnung der Ausgleichsmassen bei der Brenn kraftmaschine gemäß Fig. 1 und 2 in Sicht in Richtung der Kurbelwellen-Drehachse,

Fig. 4 eine Stirnansicht einer V8-Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen pro Zylinderbank in schematischer Darstellung,

Fig. 5 eine Anordnung von zwei Ausgleichsmassen bei der Brennkraftmaschine von Fig. 4, in Sichtrichtung gemäß Fig. 3, und

Fig. 6 eine Anordnung von vier Ausgleichsmassen bei einer Brennkraftmaschine gemäß Fig. 4 in Sichtrichtung gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist schematisch eine V8-Brennkraftmaschine dar gestellt, die ein Zylinderkurbelgehäuse 10 mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderbänken 12 und 14 aufweist, auf denen Zylinderköpfe 16 und 18 sitzen. Auf jedem Zylinderkopf ist eine Nockenwelle 20 bzw. 22 gelagert, die von der Kurbelwelle 23 durch ein Zugmittelgetriebe 24, 26 mit der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Die Zylinderbank 12 enthält die Zylinder 1 bis 4 und die Zylinderbank 14 enthält die Zylinder 5 bis 8. Jede Nocken welle 20, 22 trägt pro Zylinder einen Einlaßventilnocken 28 und einen Auslaßventilnocken 30. Um einen weitgehenden Ausgleich der freien Massenkräfte und Momente des Ventil triebs zu erreichen, ist für jede Nockenwelle 20, 22 eine linear bewegbare Ausgleichsmasse 32 bzw. 34 vorgesehen, die durch eine Feder 36 bzw. 38 belastet ist und durch einen Ausgleichsnocken 40 bzw. 42 mit drei symmetrisch an geordneten Erhebungen entgegen der Kraft der Federn 36, 38 linear verschoben werden kann. Die beiden Nocken 40, 42 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, so relativ zueinander angeordnet, daß die Ausgleichsmassen 32, 34 gegenläufige Bewegungen ausführen, d. h. wenn sich die Ausgleichsmasse 32 in Fig. 3 nach oben bewegt, bewegt sich die Ausgleichs masse 34 nach unten. Dabei bewegen sich die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen 32, 34 auf Geraden 44, 46, die sich in der durch die Kurbelwellen-Drehachse gelegten Längs mittelachse L der Brennkraftmaschine kreuzen und symme trisch zu dieser Ebene liegen, also mit dieser Ebene den gleichen Winkel α einschließen. Der Kreuzungspunkt A der beiden Geraden 44, 46 mit der Längsmittelebene L liegt dabei zwischen den Schnitt- oder Kreuzungspunkten B und C der Bewegungsrichtungen der von den Ventilnocken der beiden Nockenwellen 20, 22 betätigten Ventile.

Zum Ausgleich der Momente um die Quer- und Hochachse sind die Ausgleichsmassen 32, 34, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zwischen den Zylindern 3 und 4 und zwischen den Zylindern 6 und 7 angeordnet, wobei vorausgesetzt ist, daß die Zündfolge 1 5 4 8 6 3 7 2 ist.

Die Größe der Ausgleichsmassen, ihre Schwingungsamplituden und die Winkellage der Ausgleichsnocken 40, 42 relativ zu den Ventilnocken hängt von den auszugleichenden Massen und Momenten des Ventiltriebes und diese wiederum von den Ventilmassen, von der Geometrie und von den Steuerzeiten des Ventiltriebes ab.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Acht zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine, wiederum mit einem Zylinderkurbelgehäuse 10 mit zwei Zylinderbänken 12 und 14, auf denen je ein Zylinderkopf 16 bzw. 18 sitzt, in dem zwei Nockenwellen 48, 50 bzw. 52, 54 gelagert sind, die jeweils durch ein Zugmittel 56 bzw. 58 von der Kurbelwelle 23 angetrieben werden. Eine der Nockenwellen 48, 50 und eine der Nockenwellen 50, 52 betätigen die Einlaßventile der Zylinder in den Zylinderbänken 12 bzw. 14, während die anderen Nockenwellen die Auslaßventile betätigen.

In Fig. 5 ist eine Massenausgleichsanordnung für die Brennkraftmaschine von Fig. 4 mit zwei linear bewegbaren Ausgleichsmassen 32, 34 gezeigt, die jeweils unter der Wirkung einer Feder 36 bzw. 38 stehen. Zur Linearbe wegung dieser Ausgleichsmassen ist auf den außenliegen den Nockenwellen 48, 54 jeweils ein Ausgleichsnocken 40 bzw. 42 mit drei Erhebungen angeordnet. Diese Ausgleichs nocken liegen relativ zueinander in der gleichen Weise wie in Fig. 3 derart, daß die eine Ausgleichsmasse 32 sich in ihrem oberen Totpunkt befindet, wenn die andere Aus gleichsmasse 34 in ihrem unteren Totpunkt ist und die Aus gleichsmassen 32, 34 bei Drehung der Nockenwellen 48, 54 gegenläufig verschoben werden. Es bewegt sich also die Ausgleichsmasse 32 in Fig. 5 nach unten, wenn sich die Ausgleichsmasse 34 nach oben bewegt. Wie im Ausführungs beispiel gemäß Fig. 3 bewegen sich die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen auf Geraden 44, 46, die sich in der Längsmittelebene L der Brennkraftmaschine kreuzen und mit dieser den gleichen Winkel α einschließen. Der Kreuzungs punkt A liegt zwischen den Schnitt- oder Kreuzungspunkten B und C der Bewegungsrichtungen der Ventile, die von den Ventilnocken der Nockenwellen 48, 50, 52 und 54 betätigt werden. Diese Bewegungsrichtungen sind strichpunktiert eingezeichnet. Die beiden Ausgleichsmassen 32, 34 und die Ausgleichsnocken 40, 42 könnten auch den beiden innen liegenden Nockenwellen 50, 52 zugeordnet werden.

Fig. 6 zeigt für die Brennkraftmaschine von Fig. 4 eine Massenausgleichsvorrichtung, bei der jeder Nockenwelle 48 bis 54 eine Ausgleichsmasse 60, 62, 64, 66 zugeordnet ist, die jeweils durch eine Feder 68, 70, 72, 74 belastet ist. Auf jeder Nockenwelle 48, 50, 52, 54 sitzt ein Ausgleichs nocken 76, 78, 80, 82, der die zugehörige Ausgleichsmasse entgegen der Kraft ihrer Feder linear verschiebt. Die Schwerpunkte dieser Ausgleichsmassen 60 bis 66 bewegen sich auf Geraden 84, 86, 88, 90, wobei sich die Geraden 84 und 90 der den außenliegenden Nockenwellen 48, 54 zuge ordneten Ausgleichsmassen 60, 66 in einem Punkt E und die Geraden 86, 88 der den beiden innenliegenden Nockenwellen 78, 80 zugeordneten Ausgleichsmassen 62, 64 im Punkt D kreuzen, der in der Längsmittelebene L der Brennkraft maschine liegt. Die Geraden 84 und 90 schließen mit der Ebene L den gleichen Winkel α₁ und die Geraden 86 und 88 schließen mit der Ebene L wiederum den gleichen Winkel α₂ ein. Die Geraden 84 bis 90 fallen mit den Bewegungsrich tungen der von den Ventilnocken der Nockenwellen betätig ten Ventile zusammen. Der Vorteil der Anordnung von vier Ausgleichsmassen liegt darin, daß die einzelnen Massen geringer sind, daß ihre Bewegungsrichtung mit der Be wegungsrichtung der Ventile zusammenfällt und daß die Qualität des Massenausgleichs bei Verwendung von verstell baren Nockenwellen zur Veränderung der Ventilsteuerzeiten nicht beeinträchtigt wird.

Die Ausgleichsmasse 32 von Fig. 5 sowie die Ausgleichs massen 60 und 62 von Fig. 6 sind analog zu Fig. 2 zwischen den Zylindern 3 und 4 und die Ausgleichsmasse 34 bzw. die Ausgleichsmassen 64 und 66 sind zwischen den Zylindern 6 und 7 angeordnet. Es sind jedoch auch die anderen vorher erwähnten Anordnungen möglich.

Die Nockenform der Ausgleichsnocken ist vorzugsweise der art, daß der Bewegungsablauf der Ausgleichsmassen sinus förmig ist. Dadurch werden unerwünschte Einflüsse bei höheren Ordnungen vermieden.

Claims

1. Vorrichtung zur Verbesserung des Massenausgleichs des Ventiltriebes einer Achtzylinder-Viertakt-Brennkraft maschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinder bänken (12, 14), denen jeweils mindestens eine Nocken welle (20, 28) mit Ventilnocken für die Betätigung der Ventile zugeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einer Nockenwelle (20, 22) jeder Zylinderbank (12, 14) ist eine linear bewegbare, federbelastete Aus gleichsmasse (32, 34) zugeordnet,
b) jede dieser Nockenwellen trägt einen Ausgleichs nocken (40, 42) mit drei symmetrisch angeordneten Erhebungen, der die Ausgleichsmasse entgegen der Federkraft (36, 38) verschiebt,
c) die beiden Ausgleichsnocken (40, 42) sind derart relativ zueinander angeordnet, daß die beiden Aus gleichsmassen (32, 34) gegenläufig bewegt werden,
d) die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen (32, 34) be wegen sich auf Geraden (44, 46), die sich in der durch die Kurbelwellen-Drehachse gelegten Längs mittelebene (L) der Brennkraftmaschine kreuzen und symmetrisch zu dieser Ebene liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei einer Brennkraft maschine mit zwei Nockenwellen (48, 50 bzw. 52, 54) pro Zylinderbank (12, 14), bei der sich die Bewegungs richtungen der von den Ventilnocken benachbarter (innenliegender) Nockenwellen (50, 52) betätigten Ventile an einer ersten Stelle (C) und die Bewegungs richtungen der von den Ventilnocken der nicht benach barten (außenliegenden) Nockenwellen (48, 54) be tätigten Ventile an einer zweiten Stelle (B) in der durch die Kurbelwellen-Drehachse gelegten Längsmittel ebene (L) der Brennkraftmaschine kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausgleichsmassen (32, 34) betätigenden Ausgleichsnocken (40, 42) auf den beiden außenliegenden oder auf den beiden innenliegenden Nockenwellen (48, 54 oder 50, 52) angeordnet sind und daß der Kreuzungspunkt (A) der Bewegungsrichtungen (44, 46) der Schwerpunkte der beiden Ausgleichsmassen (32, 34) auf der Längsmittelebene (L) zwischen den Kreuzungspunkten (B, C) der Bewegungsrichtungen der Ventile liegt.

3. Vorrichtung zur Verbesserung des Massenausgleichs des Ventiltriebes einer Achtzylinder-Viertakt-Brennkraft maschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderbänken (12, 14), denen jeweils zwei Nockenwellen (48, 50 bzw. 52, 54) mit Ventilnocken für die Betätigung der Ventile zugeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) jeder Nockenwelle (48 bis 54) ist eine linear ver schiebbare, federbelastete Ausgleichsmasse (60 bis 66) zugeordnet,
b) jede Nockenwelle trägt einen Ausgleichsnocken (76 bis 82) mit drei symmetrisch angeordneten Er hebungen, der die zugeordnete Ausgleichsmasse gegen die Federkraft verschiebt,
c) die Ausgleichsnocken (76, 78 bzw. 80, 82) auf den beiden Nockenwellen (48, 50 bzw. 52, 54) jeder Zylinderbank (12, 14) sind derart zueinander ange ordnet, daß die zugehörigen Ausgleichsmassen (60, 62 bzw. 64, 66) gegensinnig bewegt werden,
d) die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen (62, 64), die von den Ausgleichsnocken (78, 80) der beiden innen liegenden Nockenwellen (50, 52) verschoben werden, und die Schwerpunkte der Ausgleichsmassen (60, 66), die von den Ausgleichsnocken (76, 82) der beiden außenliegenden Nockenwellen (48, 54) verschoben werden, bewegen sich auf Geraden (86, 88 bzw. 84, 90), die sich in der durch die Kurbelwellen- Drehachse gelegte Längsmittelebene (L) der Brenn kraftmaschine kreuzen und symmetrisch zu dieser Ebene liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtungen (84 bis 90) der Schwer punkte der Ausgleichsmassen (60 bis 66) parallel zu den Bewegungsrichtungen der von den betreffenden Nocken wellen (48 bis 54) angetriebenen Ventile verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche bei einer V8-Brennkraftmaschine mit einer Zündfolge 1 5 4 8 6 3 7 2 , dadurch gekenn zeichnet, daß die Ausgleichsmassen (32, 34 bzw. 60, 62 und 64, 66) zwischen den Zylindern 3 und 4 und zwischen den Zylindern 6 und 7 angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 bei einer V8-Brennkraftmaschine mit der Zünd folge 1 5 4 8 6 3 7 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen zwischen den Zylindern 2 und 3 und zwischen den Zylinder 5 und 6 angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 bei einer V8-Brennkraftmaschine mit einer Zünd folge 1 5 4 8 6 3 7 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen zwischen den Zylindern 2 und 3 bzw. zwischen den Zylindern 6 und 7 angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 bei einer V8-Brennkraftmaschine mit einer Zünd folge 1 5 4 8 6 3 7 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen zwischen den Zylindern 3 und 4 und zwischen den Zylindern 5 und 6 angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenform der Ausgleichsnocken so gewählt ist, daß die Aus gleichsmassen eine sinus-förmige Bewegung ausführen.