DE60112971T2

DE60112971T2 - V-type brennkraftmaschine mit einer ungeraden anzahl von zylindern

Info

Publication number: DE60112971T2
Application number: DE60112971T
Authority: DE
Inventors: Noboru Yamashita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: US6745730B2; BR0109126A; EP1350935A1; EP1350935B1; KR20020077530A; BR0109126B1; KR100503259B1; CN1416502A; CN1175176C; TW512202B; EP1350935A4; US20030075122A1; JP2002276386A; WO2002055853A1; JP3910016B2; DE60112971D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl und insbesondere eine Anordnung zum Verhindern einer primären Vibration, die durch eine auf ein sich hin- und herbewegendes Element, wie einen Kolben, wirkende primäre Trägheitskraft verursacht wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Hubkolbenverbrennungsmaschine ist mit einem Ausgleichsmechanismus versehen, der eine Ausgleichswelle umfasst, um Vibrationen aufgrund unausgeglichener Trägheitskräfte, die auf sich hin- und herbewegende Elemente, wie Kolben, wirken, zu verhindern. Der Ausgleichsmechanismus mit der Ausgleichswelle wird durch einen Getriebemechanismus mit einer Kette und Zahnrädern durch eine in dem Verbrennungsmotor enthaltene Kurbelwelle synchronisiert mit der Drehung der Kurbelwelle angetrieben. Ein Ausgleichsmechanismus für einen V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl ist in der JP-B 36252/1992 offenbart. Ein in der JP-B 36252/1992 erwähnter V-Verbrennungsmotor ist ein Verbrennungsmotor mit fünf Zylindern, der drei in einem vorderen Teil eines Körperrahmens angeordnete vordere Zylinder und zwei in einem hinteren Teil des Körperrahmens angeordneten hintere Zylinder aufweist. Den vorderen Zylindern zugeordnete Pleuelstangen und den hinteren Zylindern zugeordnete Pleuelstangen sind jeweils mit den beiden Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbunden und eine dem linken Zylinder, d.h. dem Zylinder am linken Ende des V-Verbrennungsmotors in seiner Einbaulage an einem Kraftrad bezüglich der Vorwärtsbewegungsrichtung des Kraftrads, zugeordnete Pleuelstange, ist mit einem Kurbelzapfen am linken Ende der Kurbelwelle verbunden. Ein Ausgleichsmechanismus ist mit dem Wellenlagerende der dem linken vorderen Zylinder zugeordneten Pleuelstange kombiniert, um eine Trägheitskraft auszugleichen, die erzeugt wird, wenn der Verbrennungsmotor läuft. Der Ausgleichsmechanismus umfasst zwei Arme, die eine Pendelbewegung ausführen, wenn das Wellenlagerende sich dreht. Der Ausgleichsmechanismus ist in einem an der linken Seite der hinteren Zylinder angeordneten Gehäuse gehalten.
Diese bekannte Technik erfordert den Ausgleichsmechanismus, um die Trägheitskraft auszugleichen, und erfordert einen Raum, um den Ausgleichsmechanismus zu halten. Demzufolge sind die Größe und das Gewicht des Verbrennungsmotors groß, zusätzliche Teile sind notwendig und Reibungsverluste steigen aufgrund des Anstiegs von gleitenden Teilen an.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Umstände gemacht und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl bereitzustellen, der in der Lage ist, die Erzeugung einer primären Vibration aufgrund der nicht ausgeglichenen primären Trägheitskräfte zu verhindern, ohne dass sein Gewicht und seine Größe ansteigen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Erzeugung einer primären Vibration durch Verwendung eines Kolbens zu verhindern, der in einem der ungeraden Zylinder ungepaart mit jedem Zylinder befestigt ist, und die in der Drehrichtung einer Kurbelwelle für die Zylinder wirkenden primären Trägheitskräfte auszugleichen.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Anord nung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Kopplungsvibration zu verhindern, die durch primäre, als paarweise wirkende Trägheitskräfte erzeugt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die erste Aufgabe zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Der V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl umfasst 2n + 1 Zylinder (n ist eine natürliche Zahl), die in zwei in einer V-Form festgelegten Bänken angeordnet sind, Kolben, die in den Zylinderbohrungen der Zylinder befestigt sind, Pleuelstangen, die mit den Kolben verbunden sind, sowie eine Kurbelwelle, die mit n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen versehen ist, von denen jeder mit den Pleuelstangen verbunden ist, die mit den beiden paarweise angeordneten Kolben verbunden sind, welche jeweils zu den beiden Bänken gehören, sowie einen ungeraden Kurbelzapfen, der mit der Pleuelstange verbunden ist, welche mit dem nicht paarweise angeordneten Kolben verbunden ist, wobei die n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen in derselben Phase angeordnet sind, wobei ein Winkel θ zwischen den beiden Bänken (hierin im Folgenden als "Bankwinkel θ" bezeichnet) erfüllt: θ = cos^–1(1/2n), wobei der ungerade Kurbelzapfen um (180 – θ)° bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle hinter den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen angeordnet ist, wenn der nicht paarweise angeordnete Kolben zu der vorderen Bank bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle gehört, oder um (180 – θ)° vor den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle angeordnet ist, wenn der nicht paarweise angeordnete Kolben zu der hinteren Bank bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle gehört, wobei sich hin- und herbewegende Teile einschließlich all der in den Zylindern befestigten Kolben dieselbe Masse aufweisen und wobei die Kurbelwelle mit einem Ausgleichsgewicht versehen ist, das in der Lage ist, eine Ausgleichskraft von kMrω² zu erzeugen, die in einer Richtung von (α + 180)° wirkt, wobei gilt:

α:

Winkel von den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen in der Drehrichtung

M:

Masse jedes sich hin- und herbewegenden Teils

r:

Kurbelradius

ω:

Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle

Bei dem V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Bank der n + 1 Zylinder und die Bank der n Zylinder den Bankwinkel θ bilden, werden primäre Trägkeitskräfte, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der 2n + 1 Kolben wirken, während der Verbrennungsmotor läuft, durch eine Ausgleichskraft von kMrω² ausgeglichen, die in der Richtung (α + 180)° wirkt und demzufolge wird die Erzeugung einer primären Vibration, die auf die primären Trägheitskräfte zurückzuführen ist, verhindert. Daher wird die Erzeugung der primären Vibration durch die in der Kurbelwelle enthaltenen Ausgleichsgewichtsmittel verhindert, der Ausgleichsmechanismus einschließlich der Arme des Stands der Technik oder der Ausgleichsmechanismus einschließlich des Getriebemechanismus und die Ausgleichswelle ist nicht notwendig, eine Erhöhung des Gewichts des Verbrennungsmotors kann unterdrückt werden und der Verbrennungsmotor kann mit einer kleinen Größe ausgebildet werden. Eine Verringerung der Anzahl von Teilen verbessert die Produktivität, die Verringerung der beweglichen Teile verringert Reibungsverluste aufgrund mechanischer Reibung zwischen den beweglichen Teilen und demzufolge kann die effektive Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Ausgleichsgewichtsmittel eine Mehrzahl von Ausgleichsgewichten umfassen, wobei die Eigenschaften der Ausgleichsgewichte derart bestimmt sind, dass ein Ausgleichsverhältnis für die jeden Kolben enthaltenden, sich hin- und herbewegenden Teile 50% beträgt, und können dem entsprechenden Kurbelzapfen bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle diametral gegenüberliegend angeordnet sein.
Daher werden die auf alle sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben, die mit den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen verbunden sind, wirkenden unausgeglichenen Trägheitskräfte ausgeglichen mit einer unausgeglichenen primären Trägheitskraft, die auf den sich hin- und herbewegenden Teil, einschließlich des Kolbens, der mit dem ungeraden Kurbelzapfen verbunden ist, wirkt, um die Erzeugung der primären Vibration zu verhindern, und das Ausgleichsgewicht kann in einfacher Weise in den Verbrennungsmotor integriert werden, indem anstelle der sich hin- und herbewegenden Teile, die die paarweise angeordneten Kolben umfassen, welche mit den gemeischaftlichen Kurbelzapfen verbunden sind, das andere sich hin- und herbewegende Teil verwendet wird, welches den Kolben enthält, um die Erzeugung der primären Vibration zu verhindern. Da das Ausgleichsgewicht derart bestimmt ist, dass das Ausgleichsverhältnis für jedes sich hin- und herbewegende Teil einschließlich des Kolbens 50% beträgt, können die primären Trägheitskräfte in einer Richtung in der Drehrichtung der Kurbelwelle ausgeglichen werden, der Entwurf von die Kurbelwelle lagernden Lagern ist erleichtert, ein Anstieg des Gewichts zur Verbesserung der Steifigkeit kann vermieden werden und der Verbrennungsmotor kann in einer leichten Konstruktionsweise ausgebildet sein.
Bei dem V-Zylinder-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl gemäß der vorliegenden Erfindung stellt n eine gerade Zahl dar, das Ausgleichsgewichtsmittel kann eine Mehrzahl von Ausgleichsgewichten umfassen, der ungerade Kurbelzapfen kann an einer Stelle angeordnet sein, die einen Mittelteil der Kurbelwelle bezüglich Richtungen parallel zur Drehachse der Kur belwelle entspricht, die alle Kolben enthaltenden sich hin- und herbewegenden Teile und alle Ausgleichsgewichte können symmetrisch bezüglich einer imaginären Ebene angeordnet sein, die die Mittelachse der Zylinderbohrung, in der der nicht paarweise angeordnete Kolben befestigt ist, enthält und die senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle verläuft.
Daher werden die auf die Kurbelwelle wirkenden primären Trägheitskräfte mit der durch die Ausgleichsgewichte erzeugten Ausgleichskraft ausgeglichen, die auf jedes sich hin- und herbewegende Teil wirkende primäre Trägheitskraft und die auf das Ausgleichsgewicht wirkende Ausgleichskraft sind bezüglich der imaginären Ebene symmetrisch. Daher bilden die primäre Trägheitskraft und die Ausgleichskraft kein Paar, die Erzeugung einer Kopplungsvibration wegen der primären Trägheitskräfte und der Ausgleichskraft kann durch die einfache Anordnung verhindert werden, bei der der ungerade Kurbelzapfen, die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben und die Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene angeordnet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenaufrissansicht eines wesentlichen Teils eines mit einem V-Verbrennungsmotor versehenen Kraftrads in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der Sicht von der linken Seite,
2 ist eine Planansicht eines wesentlichen Teils des in 1 gezeigten Kraftrads,
3 ist eine Entwicklung einer Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 1,
4 ist eine diagrammartige Ansicht zur Unterstützung der Erläute rung von primären Trägheitskräften, die auf sich hin- und herbewegende Teile einschließlich eines Paars von Kolben, die mit einem gemeinschaftlichen Kurbelzapfen verbunden sind, wirken,
5 ist eine diagrammartige Ansicht zur Unterstützung der Erläuterung einer primären Trägheitskraft, die auf ein sich hin- und herbewegendes Teil einschließlich eines Kolbens wirkt, der mit einem Kurbelzapfen in einer Bank auf einer bezüglich der Drehrichtung einer Kurbelwelle voraus laufenden Seite verbunden ist,
6 ist eine diagrammartige Ansicht einer primären Trägheitskraft, die auf den Verbrennungsmotor wirkt,
7 ist eine diagrammartige Ansicht zur Unterstützung der Erläuterung einer primären Trägheitskraft, die auf ein sich hin- und herbewegendes Teil einschließlich eines Kolbens wirkt, der mit einen Kurbelzapfen in einer Bank auf einer bezüglich der Drehrichtung einer Kurbelwelle nachlaufenden Seite verbunden ist,
8A, 8B, 8C, 8D, 8E und 8F sind diagrammartige Ansichten zur Unterstützung der Erläuterung einer Ausgleichskraft, die auf ein Ausgleichsgewicht wirkt, welches in dem in 1 gezeigten V-Verbrennungsmotor enthalten ist, und
9 ist eine diagrammartige Ansicht zur Unterstützung der Erläuterung einer nicht ausgeglichenen primären Trägheitskraft, die auf den in 1 gezeigten V-Verbrennungsmotor wirkt.
BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter der Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 ist ein V-Verbrennungsmotor E (hierin im Folgenden einfach als „Verbrennungsmotor E" bezeichnet) in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ein wassergekühlter Fünfzylinder-Viertakt-V-Verbrennungsmotor mit zweifacher oben liegender Nockenwelle (DOHC), der zur Verwendung in einem Kraftrad V gedacht ist. In dieser Beschreibung werden die Worte „vorderer", „hinterer", „rechter", „linker" und dergleichen Worte und Ausdrücke verwendet, um Eigenschaften bezüglich der Vorwärtsbewegung des Kraftrads V zu bezeichnen. Der Verbrennungsmotor E besitzt einen Zylinderblock 1, dessen Zylinder in einer vorderen Bank 1a und einer hinteren Bank 1b angeordnet sind, welche einen Winkel θ bilden. Ein unterer Teil des Zylinderblocks 1 bildet ein oberes Kurbelgehäuse 1c. Ein vorderer Zylinderkopf 1a und ein hinterer Zylinderkopf 2b sind jeweils mit jeweiligen oberen Endflächen der Bänke 1a und 1b des Zylinderblocks 1 verbunden. Ein unteres Kurbelgehäuse 3 ist mit einer unteren Endfläche des Zylinderblocks 1 verbunden und eine Ölwanne 4 ist an der unteren Endfläche des unteren Kurbelgehäuses 3 befestigt.
Bezug nehmend auf 1 und 2 ist ein Körperrahmen mit einem Lenkopf 30 versehen, welcher eine vordere Aufhängung hält, die ein Vorderrad WF hält, sowie einen Paar von Hauptrahmen 31 und 32, welche mit dem Lenkkopf 30 verbundene und sich schräg nach hinten unten erstreckende Hauptrahmen 31 und 32 aufweist. Der Verbrennungsmotor E umfasst eine quer liegende Kurbelwelle 5. Die Kurbelwelle 5 drehbar am Zylinderblock 1 und am unteren Kurbelgehäuse 3 gelagert, wobei ihre Drehachse L in einer Ebene entsprechend der Verbindung der unteren Endfläche des Zylinderblocks 1 und der oberen Endfläche des unteren Kurbelgehäuses 3 verläuft. Die Kurbelwelle 5 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn, aus der Sicht in 1. Daher befindet sich die vordere Bank 1a auf der vorauseilenden Seite bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle 5 relativ zur nacheilenden Bank 1b.
Bezug nehmend auf 2 ist der Verbrennungsmotor E an einer Stelle unterhalb eines Kraftstofftanks 33 von einem Sitz 34 schräg nach unten zur Vorderseite hin in einem Raum zwischen den Hauptrahmen 31 und 32 angeordnet. Ein Paar von vorderen Halterungen 31a und 32a verlaufen im Wesentlichen von vorderen Teilen der Hauptrahmen 31 und 32 jeweils vertikal nach unten, und ein Trägerteil T1, das integral mit einem vorderen Teil der vorderen Bank 1a ausgebildet ist, ist an den vorderen Halterungen 31a und 32a befestigt. Verbindungsteile 31b und 32b verlaufen im Wesentlichen horizontal von Mittelteilen der vorderen Halterungen 31a und 32a jeweils nach hinten, und ein Lagerteil T2, das integral mit einem hinteren Teil der vorderen Bank 1a ausgebildet ist, ist an den Verbindungsteilen 31b und 32b befestigt. Ein Paar von hinteren Halterungen 31c und 32c verlaufen von hinteren Teilen der Hauptrahmen 31 und 32 aus jeweils im Wesentlichen vertikal nach unten. Ein Halteteil Te, das integral mit einem hinteren Teil des oberen Kurbelgehäuses 1c ausgebildet ist, ist an oberen Teilen der hinteren Halterungen 31c und 32c befestigt, und ein Halteteil T4, das integral mit einem hinteren Teil des hinteren Kurbelgehäuses 3 ausgebildet ist, ist an unteren Teilen der hinteren Halterungen 31c und 32c befestigt. Eine U-förmige hintere Gabel 35 besitzt ein vorderes Endteil, das schwenkbar an Mittelteilen der hinteren Halterungen 31c und 32c zwischen den Teilen, an denen die Lagerteile T3 und T4 der hinteren Halterungen 31c und 32c befestigt sind, gelagert ist.
Bezug nehmend auf 3 sind drei Zylinder C1, C3 und C5, die jeweils mit Zylinderbohrungen B1, B3 und B5 versehen sind, entlang der Drehachse L der Kurbelwelle 5 in der vorderen Bank 1a angeordnet. Die Zylinder C1, C3 und C5 sind nach vorn geneigt, wobei die Mittelachsen N1, N3 und N5 der Zylinderbohrungen B1, B3 und B5 zur Vorderseite hin nach schräg oben verlaufen. Zwei Zylinder C2 und C4, die jeweils mit Zylinderbohrungen B2 und B4 versehen sind, sind entlang der Drehachse L in der hinteren Bank 1b angeordnet. Die Zylinder C2 und C4 sind nach hinten geneigt, wobei die Mittelachsen N2 und N4 der Zylinderbohrungen B2 und B4 zu Rückseite hin nach schräg oben verlaufen. Mit Kolbenringen versehene Kolben P1 bis P5 sind zum axialen Gleiten jeweils in den Zylinderbohrungen B1 bis B5 der Zylinder C1 bis C5 befestigt. Die Kolben P1 bis P5 werden durch einen Verbrennungsdruck hin- und herbewegt, der in zwischen den Kolben P1 bis P5 und den entsprechenden Zylinderköpfen 2a und 2b gebildeten Brennkammern erzeugt wird. Die Hin- und Herbewegung der Kolben P1 bis P5 wird durch Pleuelstangen R1 bis R5, die jeweils die Kolben P1 bis P5 mit der Kurbelwelle 5 verbinden, übertragen, um die Kurbelwelle 5 drehend anzutreiben.
Die Lagerzapfen J1 bis J4 der Kurbelwelle 5 werden in Hauptlagern an vier Lagerteilen D1 bis D4 gelagert, welche im Zylinderblock 1 und im unteren Kurbelgehäuse 3 ausgebildet sind und in Abständen entlang der Drehachse L angeordnet sind. Zwei Pleuelstangen R1 und R2, die jeweils mit Kolbenbolzen S1 und S2 verbunden sind, welche jeweils an den beiden Kolben P1 und P2 angebracht sind, die in den jeweils in der vorderen Bank 1a und der hinteren Bank 1b ausgebildeten Zylindern C1 und C2 befestigt sind, sind mit einem Kurbelzapfen K1 verbunden, der zwischen den Lagerteilen D1 und D2 verläuft. Eine Pleuelstange R3, die mit einem Kolbenbolzen S3 verbunden ist, welcher an dem Kolben P3 angebracht ist, der im in der vorderen Bank 1a gebildeten Zylinder C3 befestigt ist, ist mit einem Kurbelzapfen K2 verbunden, der zwischen den Lagerteilen D2 und D3 und benachbart zum Kurbelzapfen K1 verläuft. Zwei Pleuelstangen R4 und R5, die jeweils mit Kolbenbolzen S4 und S5 verbunden sind, welche jeweils an den beiden Kolben P4 und P5 angebracht sind, die in den jeweils in der hinteren Bank 1b und der vorderen Bank 1a gebildeten Zylindern C4 und C5 befestigt sind, sind mit einem Kurbelzapfen K3 verbunden, der zwischen den Lagerteilen D3 und D4 und benachbart zum Kurbelzapfen K2 verläuft. Die beiden Kurbelzapfen K1 und K3 sind gemeinschaftliche Kurbelzapfen, mit denen je weils das Paar von Pleuelstangen R1 und R2 und das Paar von Pleuelstangen R4 und R5 verbunden sind. Der Kurbelzapfen K2, der an einer Stelle entsprechend dem einen Mittelteil der Kurbelwelle 5 zwischen den Endlagerzapfen J1 und J4 der Kurbelwelle 5 angeordnet ist, ist ein ungerader Kurbelzapfen, mit dem lediglich die Pleuelstange R3 verbunden ist, die mit dem Kolben P3 verbunden ist.
Die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 weisen dieselbe Phase auf, d.h. die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 sind koaxial. Die Pleuelstangen R1 und R5 sowie die Pleuelstangen R2 und R4 sind jeweils an Positionen symmetrisch bezüglich einer imaginären Ebene H, die die Mittelachse N3 der Zylinderbohrung B3 des Zylinders C3 enthält und senkrecht zur Drehachse L ist, mit den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden. Alle Zylinderbohrungen B1 bis B5 sind symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet. Daher sind die sich hin- und herbewegenden Teile, die die Kolben P1 bis P5 umfassen, symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet.
In dieser Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „sich hin- und herbewegende Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5" Anordnungen der Kolben P1 bis P5, Zubehörteile der Kolben P1 bis P5, die sich gemeinsam mit den Kolben P1 bis P5 hin- und herbewegen, etwa die Kolbenringe und Kolbenbolzen S1 bis S5, sowie sich hin- und herbewegende Teile der Pleuelstangen R1 bis R5, die mit den Kolben P1 bis P5 durch die Kolbenbolzen S1 bis S5 verbunden sind.
Die Kurbelzapfen K1, K2 und K3 verlaufen jeweils zwischen zwei Kurbelwangen G1 und G2, zwischen zwei Kurbelwangen G3 und G4 und zwischen zwei Kurbelwangen G5 und G6. Die Kurbelwangen G1 bis G6 sind jeweils mit Ausgleichsgewichten versehen. Die Ausgleichsgewichte sind bezüglich der imaginären Ebene H symmetrisch zueinander angeordnet, so dass Ausgleichskräfte erzeugt werden, die in der Lage sind, primäre Trägheitskräfte, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile der einschließlich der Kolben P1 bis P5 wirken, zu verringern. Die vier Kolben P1, P2, P4 und P5 sind mit Ausgleichsgewichten versehen. Die Ausgleichsgewichte sind derart angeordnet, dass die Schwerpunkte der Kolben P1, P2, P4 und P5 sich an Positionen diametral gegenüberliegend dem ungeraden Kurbelzapfen K2 bezüglich der Drehachse L an der Mittelachse der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 befinden, d.h. auf einem imaginären Kreis mit einem Radius gleich dem Kurbelradius. Der Kolben P3 ist mit einem Ausgleichsgewicht versehen, welches derart angeordnet ist, dass der Schwerpunkt des Kolbens P3 sich in einer Position diametral gegenüberliegend dem ungeraden Kurbelzapfen K2 an der Mittelachse des ungeraden Kurbelzapfens K2 befindet, d.h. an einem imaginären Kreis mit einem Radius gleich dem Kurbelradius, der gleich dem Radius eines kreisförmigen Zylinders ist, welcher die Achsen der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 enthält. Die Massen der Ausgleichsgewichte sind derart bestimmt, dass Ausgleichsverhältnisse, d.h. die Verhältnisse der Trägheitskräfte, die auf die Ausgleichsgewichte wirken, zu primären Trägheitskräften, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5, die den Ausgleichsgewichten entsprechenen, wirken, 50% betragen.
Bezug nehmend auf 2 ist die hintere Bank 1b mit einer Breite, d.h. einer Größe entlang der Drehrichtung L, die kleiner ist als diejenige der vorderen Bank 1a, näher zu dem Sitz 34 als die vordere Bank 1a angeordnet. Alle die Zylinderbohrungen B1 bis B5 sind symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet. Daher sind die gegenüberliegenden Seitenenden der vorderen Bank 1a und der hinteren Bank 1b bezüglich Richtungen parallel zur Drehachse L im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittelachse Y des Körpers des Kraftrads V. Die drei Zylinder C1, C3 und C5 der vorderen Bank 1a und die beiden Zylinder C2 und C4 der hinteren Bank sind jeweils im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittelachse Y.
Der Verbrennungsmotor E ist mit den Ausgleichsgewichten versehen, die Ausgleichskräfte erzeugen, welche in der Lage sind, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5, die sich hin- und herbewegen, während der Verbrennungsmotor E läuft, wirkenden primären Trägheitskräfte auszugleichen. Die Ausgleichskraft verringert die unausgleichende primäre Trägheitskraft auf 0 (Null), um die Erzeugung einer primären Vibration zu verhindern. Eine Primärvibrationsverhinderungsanordnung wird hierin im Folgenden beschrieben.
Es wird zunächst wird eine allgemeine Beschreibung eines V-Verbrennungsmotors gegeben, der mit 2n + 1 (n ist eine natürliche Zahl) Zylindern ausgestattet ist, die in zwei Bänken, welche einen Bankwinkel θ bilden, angeordnet sind, und danach wird eine Beschreibung eines speziellen Falls für den Fünfzylinder-V-Verbrennungsmotor E gegeben.
Die n + 1 Zylinder des V-Verbrennungsmotors, der mit 2n + 1 Zylindern versehen ist, sind entlang der Achse einer Kurbelwelle in einer ersten Bank angeordnet und die n Zylinder sind entlang der Drehachse der Kurbelwelle in einer zweiten Bank angeordnet. Die Kurbelwelle ist mit n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen und einem ungeraden Kurbelzapfen versehen. Die Pleuelstangen, welche mit Kolben verbunden sind, die in den beiden paarweise angeordneten Zylindern, die jeweils zu der ersten und der zweiten Bank gehören, befestigt sind, sind mit jedem der n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen verbunden. Eine Pleuelstange, die mit einem einzelnen Kolben verbunden ist, welche in dem nicht paarweise angeordneten Zylinder der ersten Bank befestigt ist, ist mit dem ungeraden Kurbelzapfen verbunden. Die n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen sind in einer gleichen Phase angeordnet, wobei ihre Achsen in einer Linie ausgerichtet sind. Der ungerade Kurbelzapfen kann an einer beliebigen Position an der Kurbelwelle bezüglich der Richtung parallel zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet sein.
Es wird eine Beschreibung einer primären Trägheitskraft gegeben, die erzeugt wird durch Hin- und Herbewegung der beiden Kolben P_L und P_M, die in den beiden Zylindern C_L und C_M befestigt sind, welche jeweils zu der ersten und der zweiten Bank gehören, und die mit dem gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_C verbunden sind, unter Bezugnahme auf 4, welche den Verbrennungsmotor in einer diagrammartigen Ansicht entlang der Richtung parallel zur Drehachse der Kurbelwelle zeigt. Die Kurbelwelle dreht sich in der Richtung des Pfeils A. In 4 befindet sich ein Ursprung auf der Drehachse L. Die Mittelachse der Zylinderbohrung des Zylinders C_M der zweiten Bank ist die Y-Achse und eine Achse senkrecht zur Y-Achse ist die X-Achse. Positive X-Werte werden rechts auf der X-Achse gemessen. Die Mittelachse der Zylinderbohrung des Zylinders C_L der ersten Bank liegt um den Bankwinkel θ der Y-Achse.
Es wird angenommen, dass:
M: Masse der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens
τ: Kurbelradius
ω: Mittelgeschwindigkeit der Kurbelwelle
Dann wird eine primäre Trägheitskraft F₁, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P_L der ersten Bank wirkt, und eine primäre Trägheitskraft F₂, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P_M der zweiten Bank wirkt, jeweils durch die Ausdrücke (1) und (2) ausgedrückt.
wobei die Indizees X und Y jeweils die X-Achsenkomponente und Y-Achsenkomponente anzeigen.
Daher ist die primäre Trägheitskraft F₁₂, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der beiden Kolben P_L und P_M wirkt, die Vektorsumme der primären Trägheitskräfte F₁ und F₂, ausgedrückt durch Ausdruck (3).
Daher wird eine Trägheitskraft F_n, die auf alle sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben wirkt, welche mit den n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen des V-Verbrennungsmotors mit 2n + 1 Zylindern verbunden sind, durch Ausdruck (4) ausgedrückt.
Eine primäre Trägheitskraft F_c, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P_N, der mit dem ungeraden Kurbelzapfen K_S verbunden ist und in dem Zylinder C_N der ersten Bank befestigt ist, wirkt, wird unter Bezugnahme auf 5 bestimmt. Die Beschreibung wird unter der Annahme gegeben, dass die erste Bank sich bezüglich der Drehrichtung vor der zweiten Bank befindet. Es wird angenommen, dass die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S der Phase der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_C um einen Winkel β (Grad) in der Drehrichtung A vorauseilt. Dann wird die primäre Trägheitskraft F_c durch Ausdruck (5) ausgedrückt.
Daher ist die primäre Trägheitskraft F_T, die auf den V-Verbrennungsmotor mit den zwei n + 1 Zylindern wirkt, gleich der Vektorsumme der primären Trägheitskräfte F_n und F_c.
Der Bankwinkel θ ist derart bestimmt, dass Ausdruck (7) erfüllt ist und die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S ist derart bestimmt, dass Ausdruck (8) erfüllt ist, d.h. die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S läuft derjenigen der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_c um (180 – θ)° bezüglich der Drehrichtung hinterher. θ = cos–1 (1/(2n)) (7)
β = – (180 – θ) (9)
In Ausdruck (8) ist der Wert sin θ dann positiv, wenn der Bankwinkel θ eine Ungleichung: 0° < θ < 180° erfüllt.
Ausdruck (10) wird durch Umordnen von Ausdruck (6) und durch Einsetzen der Ausdrücke (7), (8) und (9) in Ausdruck (6) erhalten.
Daher wird Ausdruck (15) durch Umordnen von Ausdruck (10) unter Berücksichtigung von Ausdruck (13) und (14) erhalten.
Es ist aus Ausdruck (15) bekannt, dass der Betrag der primären Trägheitskraft F_T gleich der Vektorsumme der primären Trägheitskräfte, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben des V-Verbrennungsmotors wirken, gleich kMrω² ist und der Vektor, der die primäre Trägheitskraft F_T repräsentiert, dem Winkel τ der Kurbelwelle um einen Winkel α nachläuft und sich mit einer Winkelgeschwindjgkeit dreht, die gleich derjenigen ist, mit der sich die Kurbelwelle dreht. Daher kann die unausgleichende primäre Trägheitskraft, die auf den V-Verbrennungsmotor wirkt, immer auf 0 (Null) reduziert werden, wenn Ausgleichsgewichte in die Kurbelwelle integriert werden, welche in der Lage sind, eine Ausgleichskraft zu erzeugen, die in der Lage ist, die primäre Trägheitskraft F_T auszugleichen. Wie in 6, welche ein Zustand zeigt, bei dem die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_c sich auf der Y-Achse befinden, gezeigt ist, ist ein Ausgleichgewicht W_B an einer Winkelposition von (α + 180)° bezüglich der primären Trägheitskraft F_T, die durch einen nicht ausgefüllten Pfeil angedeutet ist, angeordnet. Das Ausgleichsgewicht W_B besitzt beispielsweise eine Masse kM und der Schwerpunkt liegt auf dem Radius der Kurbelwelle.
Wenn die erste Bank sich bezüglich der Drehrichtung hinter der zweiten Bank befindet, wird eine primäre Trägheitskraft F_c, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P_N wirkt, durch Ausdruck (16) entsprechend Ausdruck (5) ausgedrückt, wenn die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S derjenigen der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_c in der Drehrichtung A um einen Winkel β vorauseilt.
Daher ist die auf den V-Verbrennungsmotor wirkende primäre Trägheitskraft F_T gleich der Vektorsumme der primären Trägheitskräfte F_N und F_C, ausgedrückt durch Ausdruck (17).
Der Bankwinkel θ wird derart bestimmt, dass Ausdruck (7) erfüllt ist, die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S wird derart bestimmt, dass Ausdruck (18) erfüllt ist, d.h. die Phase des ungeraden Kurbelzapfens K_S läuft derjenigen der gemeinschaftlichen Kurbelzapfen Kc um einen Winkel (180 – θ)° voraus. β = (180 – θ) (18)
Ausdruck (19) wird erhalten durch Einsetzen der Ausdrücke (7), (8) und (18) in Ausdruck (17) und Umordnen von Ausdruck (17).
Ausdruck (20) entsprechend Ausdruck (15) wird erhalten durch Einsetzen der Ausdrücke (13) und (14) in Ausdruck (19).
Es ist aus Ausdruck (20) bekannt, dass der Betrag der primären Trägheitskraft gleich kMrω² ist und der Vektor, der die primäre Trägheitskraft F_T repräsentiert, dem Drehwinkel τ der Kurbelwelle um einen Winkel α voraus läuft und sich mit einer Winkelgeschwindigkeit gleich derjenigen dreht, mit der sich die Kurbelwelle dreht, wenn die erste Bank einschließlich des nicht paarweise angeordneten Zylinders sich bezüglich der Drehrichtung hinter der zweiten Bank befindet. Daher kann die nicht unausgleichende primäre Trägheitskraft, die auf den V-Verbrennungsmotor wirkt, immer auf 0 (Null) reduziert werden, wenn das Ausgleichgewicht W_B in die Kurbelwelle integriert wird, das eine Ausgleichskraft erzeugt, die in der Lage ist, die primäre Trägheitskraft Fr auszugleichen. Wie in 6, die einen Zustand zeigt, in dem die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K_c sich auf der Y-Achse befinden, gezeigt ist, ist daher das Ausgleichsgewicht W_B bei einer Winkelposition von (α + 180)° bezüglich der primären Trägheitskraft F_T angeordnet, welche durch einen nicht ausgefüllten, gestrichelt gezeichneten Pfeil angedeutet ist. Das Ausgleichsgewicht W_B besitzt beispielsweise eine Masse kM und der Schwerpunkt liegt auf einem imaginären Kreis mit einem Radius gleich dem Kurbelkreis.
Es wird eine Beschreibung einer speziellen Anordnung der Verhinderung von primärer Vibration für den vorangehenden Fünfzylinder-V-Verbrennungsmotor E gegeben, der mit 2n + 1 (n = 2) Zylindern versehen ist.
In einem V-Verbrennungsmotor mit 2n + 1 Zylindern kann ein Ausgleichsgewicht an einem beliebigen Teil der Kurbelwelle angeordnet sein, vorausgesetzt, dass Ausdruck (15) oder (20) erfüllt ist. In dem Verbrennungsmotor E sind die Massen der Ausgleichsgewichte derart bestimmt, dass die Aus gleichsverhältnisse, d.h. die Verhältnisse der Trägheitskräfte, die auf die Ausgleichsgewichte wirken, zu primären Trägheitskräften, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 wirken, 50% sind, was äquivalent zur Anordnung mit Ausgleichsgewichten mit einer Masse von M/2 auf einem imaginären Kreis mit einem Radius gleich dem Kurbelkreis für die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 ist.
8A bis 8E zeigen Zustände, in denen sich die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K30 auf der Y-Achse befinden, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern. Ausgleichsgewichte sind in die Kurbelwelle integriert, so dass die Ausgleichsgewichte Ausgleichskräfte F_B1 und F_B2 erzeugen. Eine Ausgleichkraft F_B, die auf den Verbrennungsmotor E wirkt, ist die Vektorsumme der Ausgleichskräfte F_B1 und F_B2. Wie in 8F gezeigt ist, besitzt die Ausgleichskraft F_B eine Größe gleich der primären Trägheitskraft F_T, die durch Einsetzen von zwei für n in Ausdruck (15) erhalten wird, und eine Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der primären Trägheitskraft F_T. Daher ist die resultierende Kraft dieser Kräfte 0 (Null) und daher kann die Erzeugung von Vibration durch die primäre Trägheitskraft verhindert werden.
Diese Tatsache zeigt, dass eine nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft, die nach der Addition der primären Trägheitskräfte, welche auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der vier Kolben P1, P2, P4 und P5, welche mit den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden sind, wirken, und der Ausgleichskräfte, die durch die Ausgleichsgewichte zum Ausgleichen der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1, P2, P4 und P5 verbleiben, durch eine unausgleichende primäre Trägheitskraft ausgeglichen wird, die nach der Addition der primären Trägheitskraft, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P3, der mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, wirkt, und der Ausgleichskraft des Ausgleichsgewichts zum Ausgleichen der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P3 verbleibt, und folglich ist die nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft, die auf den Verbrennungsmotor E wirkt, 0 (Null).
Bezug nehmend auf 9, welche einen Zustand zeigt, indem die gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K sich auf der Y-Achse befinden, um ein Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, sind primäre Trägheitskräfte, die jeweils auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 und P5, welche in den Zylindern C1 und C5 der vorderen Bank 1a befestigt sind, wirken, zueinander gleich und werden durch Ausdruck (1) berechnet. Die sich ergebende Kraft dieser Kräfte ist 2Mrω²cosθ und wirkt in eine Richtung in einem Winkel θ zur positiven Richtung der Y-Achse. Eine durch Ausgleichsgewichte zum Ausgleichen der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 und P5 erzeugte Ausgleichskraft ist 2Mrω²/2 und wirkt in eine Richtung in einem Winkel von 180° zu einer positiven Richtung der Y-Achse. Daher ist eine nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U1 die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 und P5 wirkt, gleich der Vektorsumme der primären Trägheitskraft und der Ausgleichskraft von 2Mrω²/2 und wirkt in eine Richtung in einem Winkel von 28 zur positiven Richtung der Y-Achse.
Primäre Trägheitskräfte, die jeweils auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P2 und P4, welche in den Zylindern C2 und C4 der hinteren Bank 1b befestigt sind, wirken, sind zueinander gleich und werden durch Ausdruck (2) berechnet. Die sich ergebende Kraft dieser Kräfte ist 2Mrω² und wirkt in der positiven Richtung der Y-Achse. Eine Ausgleichskraft, die durch die Ausgleichsgewichte zum Ausgleichen der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P2 und P4 erzeugt wird, beträgt 2Mrω²/2 und wirkt in eine Richtung in einem Winkel von 180° zur positiven Richtung der Y-Achse. Daher ist eine nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U2, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P2 und P4 wirkt, gleich der Vektorsumme der primären Träg heitskraft und der Ausgleichskraft und wirkt in eine Richtung parallel zur positiven Richtung der Y-Achse.
Demzufolge ist eine nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U12, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1, P2, P4 und P5 wirkt, welche mit den beiden gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden sind, die Vektorsumme der nicht ausgeglichenen primären Trägheitskräfte F_U1 und F_U2 und ist gleich 2Mrω²cosθ und wirkt in eine Richtung in einem Winkel θ zur positiven Richtung der Y-Achse. Es ist aus Ausdruck (7) bekannt, dass der Betrag der nicht ausgeglichenen primären Trägheitskraft F_U12 Mrω²/2 beträgt.
Eine primäre Trägheitskraft, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P3, der in dem Zylinder C3 der vorderen Bank 1a befestigt und mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, wirkt, wird durch Ausdruck (5) berechnet. Diese primäre Trägheitskraft hat einen Betrag von Mrω² und wirkt in eine Richtung in einem Winkel von – (180 – θ)° zur positiven Richtung der Y-Achse. Eine Ausgleichskraft, die durch das Ausgleichsgewicht zum Ausgleichen der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P3 erzeugt wird, hat einen Betrag von Mrω²/2 und wirkt in eine Richtung in einem Winkel θ zu Y-Achse. Daher ist eine nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U3 die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P3 wirkt, die Vektorsumme der primären Trägheitskraft und der Ausgleichskraft. Diese nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U3 beträgt Mrω²/2 und wirkt in eine Richtung und in einem Winkel von – (180 – θ)° zur positiven Richtung der Y-Achse.
Daher ist es bekannt, dass die nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U12, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der vier Kolben P1, P2, P4 und P5, die mit den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden sind, wirkt, mit der nicht ausgeglichenen primären Trägheitskraft F_U3, auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P3, welcher mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, wirkt, ausgeglichen wird, und folglich die nicht ausgeglichene primäre Trägheitskraft, die auf den Verbrennungsmotor E wirkt, auf 0 (Null) verringert wird, was für den V-Verbrennungsmotor zutrifft, der 2n + 1 Zylinder besitzt und der mit Ausgleichsgewichten versehen ist, die das Ausgleichsverhältnis der sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich jedes Kolbens zu 50% machen.
Die Betriebsweise und die Wirkung des gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Verbrennungsmotors wird hierin im Folgenden beschrieben.
Wenn der Verbrennungsmotor E mit der vorderen Bank 1a der drei Zylinder C1, C3 und C5 und der hinteren Bank 1b der beiden Zylinder C2 und C4, die den Bankwinkel θ bilden, läuft, wird die primäre Trägheitskraft, die auf alle sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 wirkt, mit der Ausgleichskraft ausgeglichen, die durch die Ausgleichsgewichte erzeugt wird, welche in die Kurbelwelle integriert sind, weil die Ausgleichsgewichte in die Kurbelwelle derart integriert sind, dass die Ausgleichskraft eine Größe von kMrω² hat und in eine Richtung in Richtung des Winkels (α + 180)°(k = 15/4)^1/2 und α = – sin^–1 1/4)) wirkt, wie in 8F gezeigt ist. Demzufolge verhindern die in die Kurbelwelle 5 integrierten Ausgleichsgewichte die Erzeugung von primärer Vibration. Daher ist der Ausgleichsmechanismus einschließlich der Arme des Standes der Technik oder der Ausgleichsmechanismus einschließlich des Getriebemechanismus und die Ausgleichswelle nicht notwendig, ein Anstieg des Gewichts des Verbrennungsmotors kann unterdrückt werden und der Verbrennungsmotor kann klein ausgebildet werden. Eine Verringerung der Anzahl von Teilen verbessert die Produktivität, die Verringerung der sich bewegenden Teile verringert Reibungsverluste aufgrund mechanischer Reibung zwischen sich bewegenden Teilen und demzufolge kann die effektive Leistung des Verbrennnungsmotors erhöht werden.
Da die Masse und Position der Ausgleichsgewichte derart bestimmt sind, dass die Ausgleichsverhältnisse für die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 50% betragen, und sie diametral gegenüberliegend zu den Kurbelzapfen bezüglich der Drehachse L angeordnet sind, wird die auf alle sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1, P2, P4 und P5, die mit den gemeinsachftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden sind, wirkende unausgeglichene primäre Trägheitskraft F_U12 mit der unausgeglichenen primären Trägheitskraft F_U3 ausgeglichen, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des Kolbens P3, welcher mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, ausgeglichen und demzufolge kann die Erzeugung der primären Vibration verhindert werden.
Daher kann die Erzeugung der Primären Vibration durch eine Anordnung verhindert werden, welche die Kombination der Ausgleichsgewichte mit der Kurbelwelle erleichtert, indem die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich des nicht paarweise angeordneten Kolbens P3 verwendet werden, welcher mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, welche sich hin- und herbewegenden Teile verschieden sind von den sich hin- und herbewegenden Teilen einschließlich der paarweise angeordneten Kolben P1, P2, P4 und P5, die mit den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen K1 und K3 verbunden sind. Da die Massen der Ausgleichsgewichte derart bestimmt sind, dass Ausgleichsverhältnisse, d.h. Verhältnisse von Trägheitskräften, die auf die Ausgleichsgewichte wirken, zu primären Trägheitskräften, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 wirken, 50% betragen, wird die primäre Trägheitskraft, die in der Drehrichtung der Kurbelwelle 5 wirkt, ausgeglichen. Demzufolge wird die Arbeit zum Entwurf der Lagerteile D1 bis D4 erleichtert, ein Gewichtsanstieg zur Erhöhung der Steifigkeit kann vermieden werden und der Verbrennungsmotor kann in einer leichtgewichtigen Konstruktion ausgebildet werden. Wenn die Kurbelwelle 5 eine zusammengebaute Kurbelwelle ist, können die Komponententeile einschließlich der Kurbelwangen G1 bis G6 gemeinschaftliche Teile sein und folglich kann die Kurbelwelle 5 mit geringen Kosten hergestellt werden.
Da der ungerade Kurbelzapfen K2 an einer Stelle entsprechend einem Mittelteil der Kurbelwelle 5 bezüglich der Drehachse L der Kurbelwelle 5 angeordnet ist, und alle sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 und alle Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet sind, wird die primäre Trägheitskraft, die auf die Kurbelwelle 5 wirkt, mit der durch die Ausgleichsgewichte erzeugten Ausgleichskraft ausgeglichen, die primären Trägheitskräfte, die auf die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kolben P1 bis P5 wirken und die Ausgleichskraft, die durch die Ausgleichsgewichte erzeugt wird, sind bezüglich der imaginären Ebene H symmetrisch und die primäre Trägheitskraft und die Ausgleichskraft bilden kein Paar. Demzufolge kann die Erzeugung einer Kopplungsvibration aufgrund der primären Trägheitskräfte und der Ausgleichskraft durch eine einfache Anordnung verhindert werden, bei der die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich der Kurbelzapfen K1 bis K3 und die Kolben P1 bis P5 und die Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet sind.
Da die hintere Bank 1b mit einer kleineren Breite als derjenigen der vorderen Bank 1a näher zum Sitz 34 liegt, wenn der Verbrennungsmotor E in einem Kraftrad V angebracht ist, ist der Fahrer in der Lage, die Fahrposition leicht durch Halten des Kraftstofftanks 33 zwischen den Beinen durch eine Kniegriff-Fahrmethode zu halten. Da die beiden Zylinder C2 und C4 der hinteren Bank 1b, ebenso wie diejenigen der vorderen Bank 1a im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittelachse Y der Karosserie des Kraftrads V angeordnet sind, wird das Gewicht des Verbrennungsmotors E gleichermaßen zur rechten und zur linken Seite des Körpers verteilt. Da der Schwer punkt des Verbrennungsmotors E sich in der Nähe der Mittelachse des Körpers befindet, wird die Manövrierbarkeit und Stabilität des Fahrens verbessert. Da alle Zylinderbohrungen B1 bis B5 symmetrisch bezüglich der imaginären Ebene H angeordnet sind, sind die gegenüberliegenden Seitenenden der vorderen Bank 1a und der hinteren Bank 1b bezüglich Richtungen parallel zur Drehachse L im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittelachse Y des Körpers des Kraftrads V, was die Anbringung des Verbrennungsmotors E an dem Körperrahmen erleichtert.
Wenn der nicht paarweise angeordnete Kolben P3, der mit dem ungeraden Kurbelzapfen K2 verbunden ist, in dem Zylinder der hinteren Bank 1b des Fünfzylinder-Verbrennungsmotors E befestigt ist, kann die Erzeugung einer primären Vibration nicht nur bei dem Fünfzylinder-V-Verbrennungsmotor, sondern auch bei dem (2n + 1) Zylinder V-Verbrennungsmotor verhindert werden.
Bei einem V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl in einer Modifikation, bei der n eine von geraden Zahlen ausschließlich 2 ist, kann die Erzeugung einer Kopplungsvibration verhindert werden, vorausgesetzt, dass die sich hin- und herbewegenden Teile einschließlich aller Kolben und aller Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich einer imaginären Ebene angeordnet sind, die die Mittelachse der Zylinderbohrung des Zylinders enthält, in welchem ein nicht gepaart angeordneter Kolben mit einem ungeraden Kurbelzapfen verbunden ist, welcher an einer Position entsprechend einem Mittelteil der Kurbelwelle zwischen den gegenüberliegenden Endlagern der Kurbelwelle bezüglich Richtungen entlang der Drehachse der Kurbelwelle und senkrecht zur Drehachse L angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf andere Verbrennungsmotoren als Automobil-Verbrennungsmotoren anwendbar.

Claims

V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl, umfassend: 2n + 1 Zylinder (C1 – C5) (n ist eine natürliche Zahl), die in zwei V-förmig ausgebildeten Bänken (1a, 1b) angeordnet sind, Kolben (P1 – P5), die in die Zylinderbohrungen (B1 – B5) der Zylinder eingesetzt sind, Pleuelstangen (R1 – R5), die mit den Kolben verbunden sind, und eine Kurbelwelle (5), die mit n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen (K1, K3) versehen ist, von denen jeder mit den Pleuelstangen (R1, R2; R4, R5) verbunden ist, die jeweils mit den beiden paarweise einander zugeordneten, zu den beiden Bänken gehörenden Kolben (P1, P2; P4, P5) verbunden sind, und die mit einem ungeraden Kurbelzapfen (K2) versehen ist, der mit der Pleuelstange (R3) verbunden ist, die mit dem nicht paarweise angeordneten Kolben (P3) verbunden ist; wobei die n gemeinschaftlichen Kurbelzapfen (K1, K3) gleichphasig angeordnet sind, wobei ein Bankwinkel θ zwischen den beiden Bänken (1a, 1b) folgende Bedingung erfüllt: θ = cos–1(1/2n),wobei der ungerade Kurbelzapfen (K2) bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle (5) um (180 – θ)° hinter den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen (K1, K3) angeordnet ist, wenn der ungepaarte Kolben (P3) zu der einen (1 a) der beiden Bänke (1a, 1b) gehört, die bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle (5) um 0° vor der anderen Bank (1b) angeordnet ist, oder der ungerade Kurbelzapfen (K2) bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle (5) um (180 – θ)° vor den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen (K1, K3) angeordnet ist, wenn der ungepaarte Kolben (P3) zu der anderen Bank (1b) gehört, und wobei die Kolben (P1 – P5) enthaltende sich hin- und herbewegende Teile allen Zylindern (C1 – C5) zugeordnet sind, wobei die sich hin- und herbewegenden Teile diesselbe Masse besitzen und wobei die Kurbelwelle (5) mit Ausgleichsgewichtsmitteln versehen ist, die in der Lage sind, eine Ausgleichskraft von kMrω² zu erzeugen, die in einer Richtung von (α + 180)° wirkt, wobei gilt:
α: in e von den gemeinschaftlichen Kurbelzapfen in der Drehrichtung M: Masse jedes sich hin- und herbewegenden Teils r: Kurbelradius ω: Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle
V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl nach Anspruch 1, wobei die Ausgleichsgewichtsmittel eine Mehrzahl von Ausgleichsgewichten umfassen, wobei Eigenschaften der Ausgleichsgewichte derart bestimmt sind, dass ein Ausgleichsverhältnis für die jeden Kolben (P1, P2, P3, P4 oder P5) enthaltenden sich hin- und herbewegenden Teile 50% beträgt, und wobei jedes Gegengewicht dem entsprechenden Kurbelzapfen (K1, K2, K3, K4 oder K5) bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle (5) diametral gegenüberliegend angeordnet ist.
V-Verbrennungsmotor mit ungerader Zylinderzahl nach Anspruch 1, wobei n eine gerade Zahl darstellt, wobei die Ausgleichsgewichtsmittel eine Mehrzahl von Ausgleichsgewichten umfassen, wobei der ungerade Kurbelzapfen (K2) an einer Stelle angeordnet ist, die einem Mittelteil der Kurbelwelle (5) bezüglich Richtungen parallel zur Drehachse der Kurbelwelle entspricht, und wobei die alle Kolben (P1 – P5) enthaltenden sich hin- und herbewegenden Teile und alle Ausgleichsgewichte symmetrisch bezüglich einer imaginären Ebene angeordnet sind, die die Mittelachse der Zylinderbohrung (B3), in die der ungepaarte Kolben (P3) eingesetzt ist, enthält und die senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle (5) verläuft.