DE636814C

DE636814C - Zweitaktbrennkraftmaschine

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Publication number: DE636814C
Application number: DEP65080D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-01-07
Filing date: 1932-03-31
Publication date: 1936-10-20

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine insbesondere für Flugzeuge bestimmte Zweitaktbrennkraftmaschine mit sechs hängend angeordneten Zylindern in zwei axial gegeneinander versetzten Reihen zu je drei Zylindern und mit Ausgleich' der Trägheitsmomente durch entgegengesetzt zur Kurbelwelle umlaufende Gegengewichte. Die Erfindung besteht insbesondere in der Vorrichtung, die den Ausgleich der Trägheitsmomente gewährleistet.

Es ist zu bemerken, daß bei einer Kraftmaschine das primäre Trägheitsmoment jenes Moment ist, das sich aus der Trägheit der in hin und her gehender Bewegung befindlichen Massen bei Annahme einer unbestimmten Länge der Pleuelstange ergibt, oder mit anderen Worten: das primäre Trägheitsmoment ist das dem ersten Glied der Reihenentwicklung der Formel für die Trägheitskräfte bei endlicher Länge der Pleuelstange entsprechende. Das sekundäre Trägheitsmoment wiederum ist das dem zweiten Glied der Reihenentwicklung der Formel für die Trägheitskräfte bei endlicher Pleuelstangenlänge entsprechende.

Nun ist das Problem des Ausgleiches je nach der Art des verwendeten Motors und der Lage der Zylinder verschieden. Für gewisse Motorarten ist dieser Ausgleich praktisch bereits durchgeführt. Bei anderen Motorarten ist es notwendig, ein oder zwei Trägheitsmomente auszugleichen.

Es ist z. B. schon daran gedacht worden, in einem Motor mit einem oder zwei Zylindem lediglich das primäre Trägheitsmoment u. a. durch Gegengewichte auszugleichen, die im entgegengesetzten Sinne zur Kurbelwelle und mit gleicher Geschwindigkeit wie diese sich drehen. Man hat auch den Gedanken gehabt, in einem Mehrzylindermotor das sekundäre Trägheitsmoment u. a. durch Gegengewichte auszugleichen, die im entgegengesetzten Sinne zur Kurbelwelle und mit doppelter Geschwindigkeit sich drehen. Infolge der besonderen Bauart dieser Motoren brauchte man sich aber in diesen Fällen nur um den Ausgleich, eines Momentes zu kümmern.

Wenn nun bei den kleinen 6-Zylinder-V-Motoren mit gegeneinander axial versetzten Reihen zu je drei Zylindern der Ausgleich der Trägheitsmomente vernachlässigbar ist, da ein solcher Ausgleich bei Verwendung derartiger Motoren z. B. für Kraftfahrzeuge keine große Bedeutung hat, so liegen aber die Verhältnisse ganz anders bei Verwendung von Hochleistungsmotoren dieser Art bei Luftfahrzeugen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet nun die Lösung dieser Aufgabe bei der erwähnten Motorart in äußerst einfacher Weise, indem zum Ausgleich des Trägheits-

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momentes erster Ordnung zwei von den entgegengesetzten Wellenenden aus angetriebene ' und mit der Wellendrehzahl umlaufende

Gegengewichte und - zum Ausgleich der MoY mente zweiter Ordnung ein oder mehrere Paare ebenso angetriebene, aber mit der doppelten Wellendrehzahl umlaufende Gegen-' gewichte vorgesehen sind.

In den Zeichnungen stellen dar: ίο Fig. ι schematisch und im Aufriß einen Sechszylindermotor nach der Erfindung,

Fig. 2 und Fig. 3 den zugehörigen Grund- und Kreuzriß,

Fig. 4 schematisch ein Diagramm mit den beiden die Zylinderachsen enthaltenden Ebenen und den drei die Kurbelzapfen der Kurbelwelle enthaltenden Ebenen,

Fig. 5 die zugehörige schaubildliche Darstellung,

Fig. 6 schematisch die Bestimmungsweise des Drehmoments der primären Trägheitskräfte, "

Fig. 7 ein analoges Schema zur Bestimmung der sekundären Trägheitskräfte, Fig. 8 schematisch die Anordnung zum Ausgleich des Drehmoments der primären Trägheitskräfte und

Fig. 9 ein analoges Schema der Anordnung zum Ausgleich des Drehmoments der sekundären Trägheitskräfte.

In den Fig. 4 und 5 sind die Zylinderachsen bei 1-1, 3-3, 5-5 in der einen Reihe der drei Zylinder und bei 2-2, 4-4 und 6-6 in der anderen Reihe der drei Zylinder angedeutet, wobei die erste und die zweite Reihe dieser Achsen in je einer Ebene p¹ bzw. p^z liegen, die miteinander einen Winkel von 60 ° einschließen. Im Schnitt dieser beiden Ebenen ist die Längsachse 7-7 der Kurbelwelle 17 gelegen. Diese hat sechs um 120 ° versetzte Kröpfungen bzw. Kurbelzapfen in üblicher Anordnung für einen sechs Zylinder in einer Reihe enthaltenden Motor, d. h. bei dem die Kurbelzapfen symmetrisch mit Bezug auf die Mitte O (Fig. 4) angeordnet sind.

Arbeitet der Motor gemäß einem Zweitaktzyklus, bei dem sämtliche Zylinder bei einer einen Umlauf betragenden Umdrehung ihren Antriebstakt liefern sollen, so ersieht man, daß die Zündungsreihe beispielsweise die folgende sein wird: 1-2-5-4-3-6-1 (Fig. 4 und 5), wobei der Bedingung gleicher Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden Antriebstakten der verschiedenen Zylinder Rechnung getragen ist.

Diese Zylinderanordnung bietet infolge der Versetzung der beiden Zylinderreihen den Vorzug, daß die Länge der Kurbelwelle 17 verringert wird, welcher Umstand dieFestigkeit der Kurbelwelle günstig beeinflußt, das Gewicht herabsetzt und eine geringere Räuminanspruchnahme der Länge nach für den gesamten Motor ermöglicht, wobei zwischen den Zylindern genügend Raum zu ihrer Abkühlung sowie für die Durchführung der </S|ülluft übrigbleibt.

■.^.'""Bekanntlich ist in einem sechs Zylinder in einer Reihe sowie eine mit sechs um 120⁰ versetzten Kröpfungen versehene Kurbelwelle aufweisenden Motor der Ausgleich der durch die Fliehkraft bedingten Massenkräfte und des wechselnden Trägheitsmoments in vollkommener Weise praktisch durchgeführt.

Bei dem Motor nach der Erfindung, bei dem zwei Gruppen von je drei Zylindern um 6o° versetzt sind, zeigt die Analyse der auftauchenden Massenkräfte, daß sich die durch die Fliehkraft bedingten Massenkräfte vollkommen ausgleichen und daß die Resultiereride der wechselnden Trägheitskräfte der ersten und der zweiten Ordnung Null ist.

Diese wechselnden Trägheitskräfte ergeben folgendes:

a) Hinsichtlich der primären Trägheitskräfte ein konstantes Drehmoment, dessen Ebene entgegengesetzt zur Kurbelwelle und mit gleicher Geschwindigkeit umläuft.

Dieses Drehmoment ist die Resultierende aus zwei Teilmomenten, deren Kräfte in je einer der beiden Zylinderreihen sich äußern und folgenden Wert haben:

ΊΓ

2l-Y3-sw.\a-\ 1 .

Ö /

Hierin ist 21 der Abstand zwischen den Achsen von zwei Zylindern einer Reihe, P das Gewicht der den primären Trägheitskräften unterworfenen Masse für je einen Zylinder und (x der von ο bis 360 ° sich ändernde und von der Achse i-i bzw. 2-2 bzw. 3-3 mit der Ebene des.Kurbelzapfens O I bzw. O II bzw. O III usw. eingeschlossene Winkel.

Die so in den Ebenen p¹ und p² der beiden Zylinderreihen sich äußernden Drehmomente können (Fig. 6) durch die Achsen OA und OB dargestellt werden, die entsprechend gerichtet sind. Der das resultierende Moment für die beiden Zylinderreihen darstellende Vektor ergibt sich als geometrische Zusammensetzung OJ? der beiden vektoriellen Komponenten, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Führt man eine solche Operation für alle Werte von α zwischen ο und 360° durch, so ergibt sich folgendes :

Der resultierende Vektor OR bestreicht j einen Winkel 2 π bei· einer vollen Drehung der Kurbelwelle; er dreht sich hierbei entgegengesetzt zur Kurbelwelle.

Das resultierende, auszugleichende Drehmoment ist demnach hinsichtlich der Größe konstant und läuft entgegen der Richtung/¹ der Kurbelwellendrehung mit der Geschwin-

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digkeit der Kurbelwelle um. Die angedeuteten Grade ergeben die Richtung der Resultierenden OR für jede Teildrehung von π Graden von der dargestellten Anfangslage aus.

b) Hinsichtlich der sekundären Trägheitskräfte ergibt sich ein konstantes Drehmoment, dessen Ebene entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle, aber mit der doppelten Geschwindigkeit derselben sich dreht und ebenso wie beim primären Moment sich als Resultierende O¹R¹ aus zwei sekundären Momenten O¹^¹ und O¹B¹ ergibt, deren jedes in je einer der Zylinderebenen wirkt. Die Zusammensetzung ist in Fig. 7 dargestellt. Die eingetragenen Bezeichnungen gestatten, die Richtung der Resultierenden O¹J?¹ für eine Drehung der Kurbelwelle um π Grade zu entnehmen. Diese Richtung wird durch den

— Grade anzeigenden Punkt der Einteilung

gegeben. Bei dem Motor nach der Erfindung sind die Trägheitsmomente durch entgegengesetzte Momente ausgeglichen.

Das erste Drehmoment (Trägheit der ersten Ordnung) wird durch die Drehung von zwei exzentrischen Massen 18 (Fig. 8) ausgeglichen, die entgegengesetzt zur Kurbelwelle 17 und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen und deren Schwerpunkte, die im Abstand / voneinander entfernt sind, und die Trägheit derart bestimmt sind, daß das aus ihrer Drehung sich ergebende Moment des Kräftepaares dem absoluten Wert nach dem Moment OR des zu berichtigenden Kräftepaares gleich ist; die relative Aufkeilung der Kurbelwelle 17 des Motors und dieser Massen 18 ist derart, daß das aus ihrer Drehung sich ergebende Moment des Kräftepaares ständig dem zu berichtigenden Kräftepaar entgegengesetzt ist, d. h. in entgegengesetzter Richtung und in gleicher Ebene sich äußert.

Die mit Bezug auf ihre Drehachsen X, X

exzentrischen Massen 18 sind zwangsläufig mit Zahnrädern 19 auf irgendwelche Art verbunden, zweckmäßig unter Vermittlung einer elastischen Kupplung, die leichte Winkelversetzungen der Massen und ihrer Zahnräder bei sehr schnellen Beschleunigungen des Motors gestattet, aber die anfängliche Winkellage bei normalem Betrieb sichert.

Die die Massen 18 antreibenden Zahnräder 19 werden von Zahnrädern 20 mitgenommen, die auf der Kurbelwelle 17 festsitzen und vorzugsweise vorn und hinten angeordnet werden. Das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Zahnräder 19 und 20 ist gleich i.

Die Zahnräder können unter den im allgemeinen zum Antrieb der Hilfsorgane eines Motors, wie Pumpen und Steuer- bzw. Verteilungswellen, erforderlichen gewählt werden, vorausgesetzt, daß durch die Anordnung und Drehung der Massen 18 die obenerwähnten Bedingungen erfüllt werden.

Das zweite Kräftepaar (Trägheit der zweiten Ordnung) wird durch entgegengesetzt zur Kurbelwelle 17 und mit der doppelten Geschwindigkeit derselben erfolgende Drehung von zwei exzentrischen Massen 21 (Fig. 9) ausgeglichen, deren Schwerpunkte, die sich im Abstand I befinden, und deren Trägheit so bestimmt sind, daß das aus ihrer Drehung sich ergebende Moment des Kräftepaares dem absoluten Wert nach dem zu berichtigenden Moment des Kräftepaares gleich ist, wobei die relative Aufkeilung der Kurbelwelle 17 des Motors und dieser Massen 21 so bestimmt ist, daß das aus ihrer Drehung sich ergebende Kräftepaarmoment konstant dem zu berichtigenden Kräftepaar entgegengesetzt ist, d. h. in. entgegengesetzter Richtung und in gleicher Ebene sich äußert.

Die beiden mit Bezug auf ihre Drehachsen Y₁ Y exzentrischen Massen sind zwangsläufig mit Zahnrädern 22 auf irgendwelche Art, vorzugsweise unter Vermittlung einer elastischen Kupplung, verbunden, welche leichte Winkelversetzungen der Massen 18 und ihrer Antriebszahnräder bei sehr schneilen Beschleunigungen des Motors zuläßt, hierbei aber die ursprüngliche Winkellage bei normaler Geschwindigkeit sichert.

Die Zahnräder 22 werden von der Kurbelwelle 17 auf irgendwelche Weise, z. B. mittels Zahnräder 23, mitgenommen, die zweckmäßig am Motor vorn und hinten angeordnet sind, wobei das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Massen 21 und der Kurbelwelle 17 gleich 2 ist.

Die Zahnräder können unter denen gewählt sein, die im allgemeinen zum Antrieb der Hilfsorgane des Motors, wie Pumpen, Steuerbzw. Verteilungswellen usw., vorgesehen werden müssen, vorausgesetzt, daß die Anordnung und Drehung der Massen 21 den oben angeführten Bedingungen Rechnung tragen.

Zu bemerken ist, daß jede der exzentrischen Massen 18 bzw. 21 durch zwei öder mehrere Massen ersetzt werden kann, die ent- n_Q gegen der Richtung der Kurbelwelle 17 mit der gleichen bzw. doppelten Geschwindigkeit der Kurbelwelle sich drehen, vorausgesetzt, daß die Summen der durch ihre gleichzeitige. Drehung erzeugten Teilmomente und die n₅ durch die vorher bestimmten zwei Massen erzeugten Berichtigungsdrehmomente gleichwertig sind.

Die Drehung der exzentrischen Massen kann natürlich bloß zum Ausgleich eines mehr _1ZÜ oder weniger großen Bruchteils der störenden Momente verwendet werden.

Claims

Patentanspruch:
Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere für Flugzeuge, mit sechs hängend angeordneten Zylindern in zwei axial gegeneinander versetzten Reihen zu je drei Zylindern und mit Ausgleich der Trägheitsmomente durch entgegengesetzt zur Kurbelwelle umlaufende Gegengewichte, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des Trägheitsmoments erster Ordnung zwei von den entgegengesetzten Wellenenden aus angetriebene und mit der Wellendrehzahl umlaufende Gegengewichte und zum Ausgleich der Momente zweiter Ordnung ein oder mehrere Paare ebenso angetriebene, aber mit der doppelten Wellendrehzahl umlaufende Gegengewichte vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen