DE69818356T2

DE69818356T2 - Universelle luftgekühlte Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69818356T2
Application number: DE69818356T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Nagoya Kobayashi; Hiroyoshi Nagoya Kouchi; Shogo Nagoya Nakamura; Yuji Nagoya Nagase
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: TW454069B; EP0887528A3; HK1017413A1; CN1092282C; US6058894A; EP0887528A2; JPH1113739A; EP0887528B1; JP3943660B2; DE69818356D1; CN1203324A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen universellen luftgekühlten Viertaktmotor der Art, bei der die Kurbelwelle durch zwei Kugellager getragen wird, die an einem jeweiligen Ende des einen Deckel aufweisenden Kurbelgehäuse platziert sind, wobei ein Ende der Kurbelwelle die Abtriebswelle ist. Genauer gesagt, betrifft sie die Konfiguration der Lager im Kurbelgehäuse eines derartigen universellen luftgekühlten Viertaktmotors.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für universelle luftgekühlte Viertaktmotoren bestehen verschiedene Erfordernisse abhängig von der Art, welcher Arbeitsmaschine der Motor dienen soll. Ein Kompressor, eine Axialströmungspumpe oder ein Außenbordmotor, der direkt mit der Antriebsschaufelwelle verbunden ist, benötigt eine hohe Drehzahl, so dass für diese Anwendungen die Kurbelwelle als Abtriebswelle verwendet wird, wie es z. B. in der europäischen Offenlegungsveröffentlichung EP 0 567 037 A1 offenbart ist. Andererseits benötigen viele landwirtschaftliche Einrichtungen einen Abtrieb niedriger Drehzahl. Da die Nockenwelle über eine Drehzahl verfügt, die halb so groß wie die der Kurbelwelle ist, wird sie bei dieser Anwendungsart als Abtriebswelle verwendet.
Die Kurbelwelle in einem Motor wie den oben beschriebenen, bei denen sie als Abtriebswelle dient, wird an beiden Enden durch Kugellager getragen. Diese Kugellager müssen über einen Lastnennwert verfügen, der es ihnen erlaubt, die Radialbelastung zu meistern, die die Kolben durch den Druck der Verbrennungsgase im Zylinderkopf erfahren und auch die zusätzlichen radialen und Druckbelastungen, wie sie von außen her auf die Abtriebswelle einwirken. Im Allgemeinen werden bei diesen Motoren Standard-Kugellager mit einem mittleren Lastnennwert verwendet; der Austauschbarkeit von Teilen und Prozessen halber wird im Allgemeinen an beiden Enden der Kurbelwelle dieselbe Lagergröße verwendet.
In einem Mehrzweckmotor ist ein Drehzahlregler zum Einstellen der Drehzahl wesentlich. Normalerweise ist im Kurbelgehäuse ein mechanischer Drehzahlregler eingeschlossen, der direkt durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Ein Beispiel eines derartigen Drehzahlreglers ist in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Heisei 5-44522 angegeben. Nun wird dessen Konfiguration nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 erörtert.
Die 3 zeigt die Konfiguration der Komponenten innerhalb des Kurbelgehäuses. In der Zeichnung verfügt eine Kurbelwelle 5 über Kurbelwellenabschnitte 5a₁ und 5a₂ , Kurbelarme 5b und einen Kurbelstift 5c. Die Wellenabschnitte 5a₁ und 5a₂ sind an zwei Punkten durch Kugellager 40a und 40b mit gleichem Außendurchmesser gelagert, die am Kurbelgehäuse 17 bzw. am Deckel 18 angebracht sind. Ein Synchronisierzahnrad 3 ist wellenmäßig mit dem Wellenabschnitt 5a₁ am Abtriebsende der Kurbelwelle 5 verbunden. Die Rotationskraft der Kurbelwelle 5 wird durch ein Nockenzahnrad 8 an eine Nockenwelle 7 übertragen. Die Nockenwelle 7 wird an zwei Punkten durch Gleitlager 70a und 70b mit gleichem Außendurchmesser gelagert, die am Kurbelgehäuse 17 bzw. am Deckel 18 angebracht sind.
Bei der bekannten Technologie ist das den Drehzahlregler antreibende Zahnrad 2 auf der Seite des Kurbelwellenabschnitts 5a₁ (Abtriebswelle) und der Außenseite (rechte Seite) des Synchronisierzahnrads 3 installiert, wie es in der 3 dargestellt ist. Ein kleiner Drehzahlregler 10 ist in einem Raum 70 eingeschlossen, der sich nach unten zur Unterseite des Abtriebswellenabschnitts 6a₁ im Kurbelgehäuse 17 und zur Unterseite des Kurbelgehäuses 17 und des Deckels 18 erstreckt. Dieses Design führte zur Forderung, dass die Größe des Kurbelgehäuses geringfügig verkleinert wird, um den Motor kleiner machen zu können.
Einige Lasten, die bei dieser Art einer Kurbelwelle auf die Abtriebswelle einwirken, z. B. eine Axialströmungspumpe oder eine direkt mit einem Außenbordmotor verbundene Antriebsschraubenwelle führen zu einer großen Schubbelastung in der Richtung, in der die Abtriebswelle zieht. Für diese Lasten verfügt die im Stand der Technik verwendete Lagerkonfiguration, bei der die Kurbelwelle durch Kugellager mit demselben Außendurchmesser an zwei Punkten gelagert wird, über unzureichendes Lagervermögen, so dass die Lager nicht über eine lange Zeitdauer beständig sind.
Wenn Lager größeren Durchmessers verwendet werden, nimmt der Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu, so dass das Kurbelgehäuse größer gemacht werden muss. Dies wirkt dem Ziel einer Verkleinerung des Kurbelgehäuses entgegen. In dieser Situation wäre es möglich, dieselbe Lagergröße zu verwenden, jedoch verschiedene Materialien zu wählen, so dass die Lager über eine sehr genaue Passung verfügen und das Lagervermögen erhöht ist. Jedoch wäre es bei einem derartigen Speziallager erforderlich, die Passgenauigkeit zur Kurbelwelle zu erhöhen. Dies hätte eine selektive Passung zur Folge, was zu einem Problem hinsichtlich des Zusammenbaus durch einen Roboter führen würde. Auch bestünde wegen Standardspezifikationen von Lagern und wegen des gleichen Größenaussehens dieser Art von Speziallager immer die Gefahr eines Zusammenbaufehlers durch Auswählen des falschen Lagers.
Ein anderes Problem beim existierenden Design besteht darin, dass zusätzlich zum Nockenzahnrad und zu den Nockenlagern auch der Drehzahlregler und das ihn antreibende Zahnrad am Abtriebsende (rechte Seite in der 3) der Kurbelwelle platziert sind. Unabhängig davon, welche Anstrengung unternommen wird, die Größe des Kurbelgehäuses zu verkleinern, ist immer noch der Raum 70 erforderlich, der sich zwischen dem Boden des Kurbelgehäuses und der Unterseite des Kurbelgehäuses 17 und dem Deckel 18 nach unten erstreckt. Dies macht das Kurbelgehäuse größer als es erwünscht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Forderung hinsichtlich einer Größenverringerung des Kurbelgehäuses zu erfüllen und einen luftgekühlten universellen Viertaktmotor mit den folgenden Merkmalen zu schaffen: er verwendet keinerlei Speziallager; er verwendet große Kugellager mit Standardgenauigkeit mit größerem Lagervermögen; und dadurch wird der Herstellprozess vereinfacht und ein Zusammenbau durch Roboter ermöglicht. Als Ergebnis dieser Verbesserungen sind die Kosten zur Herstellung und zum Zusammenbau des Motors verringert und es besteht keine Gefahr eines Zusammenbaufehlers.
Die zum Lösen dieser Probleme konzipierte Erfindung ist ein universeller luftgekühlter Viertaktmotor, der Art, bei der die Kurbelwelle durch zwei Kugellager getragen wird, die am jeweiligen Ende des einen Deckel tragenden Kurbelgehäuses platziert sind, wobei ein Ende der Kurbelwelle die Abtriebswelle bildet.
Dieser Viertaktmotor gemäß dem Anspruch 1 ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet. Der Außendurchmesser des an der Abtriebswelle der Kurbelwelle platzierten Kugellagers ist größer als der des Kugellagers, das am anderen Ende der Kurbelwelle platziert ist. Der Außendurchmesser des Lagers an der Abtriebswelle entspricht ungefähr dem Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, oder er ist größer als dieser, und der durch die Drehung der Kurbelwelle angetriebene Drehzahlregler ist im Kurbelgehäuse nahe dem Kühllüfter am Ende der Kurbelwelle, das von der Abtriebswelle abgewandt ist, eingeschlossen. Vorzugsweise wird die Nockenwelle durch die Kurbelwelle angetrieben, und sie ist durch-Gleitlager (ebene Lager) getragen. Bei der Erfindung sind an der Abtriebswelle der Kurbelwelle Kugellager mit großem Außendurchmesser mit hohem Lastvermögen verwendet. Wenn der Motor in einer Arbeitsmaschine mit großer Schubbelastung installiert wird, wie einer Axialströmungspumpe, sorgen diese Lager für ausreichendes Lagervermögen und Beständigkeit.
Die Verwendung von Lagern großen Durchmessers erhöht den Abstand zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, was natürlicherweise zu einem größeren Kurbelgehäuse führt. Jedoch ist bei der Erfindung die Nockenwelle durch Gleitlager getragen, was es ermöglicht, Lager mit kleinerem Durchmesser zu verwenden. Dieses Design sorgt für eine einfache Art, das Kurbelgehäuse kleiner auszubilden.
Durch die Erfindung befinden sich das Nockenzahnrad und das zugehörige Nockenlager am selben Ende des Gehäuses wie die Abtriebswelle der Kurbelwelle. Der die Motordrehzahl regelnde Drehzahlregler und das diesen antreibende Zahnrad befindet sich am entgegengesetzten Ende des Gehäuses, wo sich der Kühllüfter befindet. Dieses Design, bei dem der Kurbelstift im zentralen Bereich des Kurbelgehäuses die linke und die rechte Seite trennt, erübrigt sich das Erfordernis eines Raums spezieller Erstreckung im Kurbelgehäuse, und das Kurbelgehäuse kann kleiner ausgebildet werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt eines Einzylinder-Viertaktmotors, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist.
2 ist ein Schnitt entlang einer Linie A-A in der 1.
3 ist ein Schnitt, der den Ort des Drehzahlreglers in einem zum Stand der Technik gehörenden Einzylinder-Viertaktmotors zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der nächste Abschnitt liefert unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine detaillierte Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist ein Einzylinder-Viertaktmotor mit schräg stehendem Zylinder zur universellen Verwendung, bei dem die Erfindung verwendet wird. Insoweit Abmessungen, Materialien, Formen und Relativpositionen der Bauteile dieser Ausführungsform nicht als spezielle Offenbarungen beschrieben sind, soll der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die angegebenen Werte beschränkt sein. Die Ausführungsform soll lediglich als veranschaulichendes Beispiel dienen.
Die 1 ist ein Querschnitt eines Einzylinder-Viertaktmotors, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet. Die 2 ist ein Schnitt entlang einer Linie A-A in der 1.
In diesen Zeichnungen ist 1 der gesamte Einzylinder-Viertaktmotor mit schräg stehendem Zylinder. 5 ist die Kurbelwelle mit Kurbelwellenabschnitten 5a₁ und 5a₂ , Kurbelarmen 5b und einem Kurbelstift 5c. Die Wellenabschnitte 5a₁ und 5a₂ sind durch Kugellager 25 und 26, die am Kurbelgehäuse 17 bzw. am Deckel 18 angebracht sind, an zwei Punkten gelagert. Ein Kühllüfter 28, mit gemeinsamer Nutzung eines Schwungradmagneten, ist am Ende des Gehäuses angebracht, das von der Abtriebswelle der Kurbelwelle 5 abgewandt ist.
Diese Gesichtspunkte des Designs sind genau wie beim Stand der Technik. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von bekannten Vorrichtungen dadurch, dass der Außendurchmesser des Kugellagers 25, das am Deckel 18 am Abtriebsende der Kurbelwelle 5 angebracht ist, größer als der des Kugellagers 26 ist, das am selben Ende wie der Kühllüfter 28 platziert ist. Vorzugsweise sollten das Kugellager 25 am Deckel 18 am selben Ende wie die Abtriebswelle der Kurbelwelle 5 über ein hohes Lasttragevermögen und einen Außendurchmesser verfügen, der dem Abstand zwischen der Kurbelwelle 5 und der Abtriebswelle 7 entspricht oder größer ist.
Das Kugellager 26, das am selben Ende wie der Kühllüfter 28 platziert ist, sollte ein normales Lager derselben Größe, wie im Stand der Technik verwendet sein.
Demgemäß müssen die Kugellager 25 dazu in der Lage sein, zusätzlich zur radialen Schubbelastung, die der Kolben 30 vom Druck der Verbrennungsgase im Zylinder erfährt, der großen radialen Belastung standzuhalten, die die Kurbelwelle 5 direkt als Abtriebswelle erfährt, und auch der großen Schubbelastung in der Richtung, in der die Abtriebswelle gezogen wird.
Ein den Nocken antreibendes Zahnrad 14 ist am Wellenabschnitt 5a₁ der Kurbelwelle 5 angebracht; ein den Drehzahlreger antreibendes Zahnrad 13 ist am Wellenabschnitt 5a₂ am entgegengesetzten Ende des Gehäuses, wo sich der Kühllüfter 29 befindet, angebracht. Das Zahnrad 14 steht mit dem Nockenzahnrad 8 in Eingriff, so dass die Rotationskraft der Kurbelwelle 5 auf die Nockenwelle 7 übertragen werden kann.
Die Nockenwelle 7 ist durch Gleitlager 7a und 7b mit gleichem Außendurchmesser an zwei Punkten gelagert. Diese Lager sind am Kurbelgehäuse 17 bzw. am Deckel 18 montiert.
Die Gleitlager 7a und 7b sind ebene Lager mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als der der Nockenwelle 7 ist, und sie sind durch Löcher im Kurbelgehäuse 17 und im Deckel 18 entweder direkt oder mittels dazwischen liegender Metallgehäuse oder Buchsen eingeführt.
Der Drehzahlregler 15 ist im Kurbelgehäuse 17 unter dem Wellenabschnitt 5a₂ am selben Ende wie der Kühllüfter 28 installiert. Der Drehzahlregler 15 verfügt über einen sich drehenden Zylinder 16, an dem das Zahnrad 16a angebracht ist, das seinerseits durch das Zahnrad 13 angetrieben wird, das selbst wellenmäßig mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der Drehzahlregler 15 verfügt ferner über Wellen 23, die mit einem symmetrischen Muster am sich drehenden Zylinder 16 angebracht sind; Gewichte 22, die auf solche Weise an den Wellen 23 gehalten werden, dass sie rotationsfrei sind; einen Drehzahlregler 19, der am Kurbelgehäuse 17 montiert ist; einen beweglichen Zylinder 20 mit einem Flansch; und eine Drehzahlregler-Abtriebswelle 21, die die Auslenkung des Drehzahlreglers ausgibt. Wenn die Drehung des Drehzahlreglers über die Zahnräder 13 und 16a an den sich drehenden Zylinder 16 übertragen wird, sorgt die Zentrifugalkraft der sich mit dem Zylinder 16 drehenden Gewichte 22 für Druck gegen den beweglichen Zylinder 20. Die Auslenkung des beweglichen Zylinders 20 wird über einen Arm 21a als Winkelauslenkung der Welle 21 zur Außenseite des Kurbelgehäuses 17 übertragen.
Am Außenabschnitt der Welle 21, der aus dem Kurbelgehäuse 17 vorsteht, ist ein Hebel (nicht dargestellt) montiert. Dieser Hebel, der durch eine Feder (nicht dargestellt) in derjenigen Richtung vorgespannt wird, die den Arm 21a in ihre Ausgangsposition zurückdrückt, ist mit der Drosselklappe eines Vergasers (nicht dargestellt) verbunden. Durch Erhöhen und Verringern der Kraft der am Hebel angebrachten Feder kann die Drehzahl des Motors kontrolliert werden.
In der 1 ist ist 6 eine Verbindungsstange, die den Kolben 30 mit dem Kurbelstift 5c verbindet. 31 ist der Zylinder; 32 ist der Zylinderkopf; 35 ist der Kopfdeckel; 36 ist der Kraftstofftank; 34 ist der an der Nockenwelle 5 angebrachte Nocken; 33 ist der Stößel, der durch den Nocken hin und her angetrieben wird und der eine Komponente des Mechanismus ist, der das Öffnen und Schließen des Einlass-/Auslass-Ventils steuert. Da dieser Mechanismus in der Technik bekannt ist, wird er nicht detailliert beschrieben.
Als Nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform erörtert. Der Wellenabschnitt 5a₁ am Abtriebsende der Kurbelwelle 5 ist durch große Schwerlast-Kugellager 25 getragen, so dass dann, wenn die Kurbelwelle 5 als Abtriebswelle verwendet wird, dieselbe große radiale Belastungen tolerieren kann. Außerdem kann die Kurbelwelle 5 direkt wellenmäßig mit einer externen Last verbunden sein, was eine deutliche Schubbelastung in der Richtung zur Folge hat, in der die Abtriebswelle gezogen wird, wie bei einer Axialströmungspumpe oder einem Außenbordmotor, der direkt mit einer Antriebsschraubenwelle verbunden ist. Die Lager sind ausreichend stabil, um eine derartige Belastung zu tolerieren.
Obwohl der zentrale Abschnitt des Deckels 18, um den herum der Wellenabschnitt 5a₁ montiert ist, durch die Kugellager 25 großen Durchmessers belegt ist, kann die Nockenwelle 7 direkt durch die Gleitlager 7a und 7b gelagert werden, die durch Löcher im Deckel 18 eingesetzt sind. (Metallgehäuse oder Buchsen können nach Bedarf verwendet werden.) Die Lager 7a und 7b verfügen über einen Durchmesser, der dem der Nockenwelle 7 entspricht oder geringfügig größer ist (wenn Buchsen verwendet werden). So ist es nicht erforderlich, einen langen Raum oder Abstand zwischen der Kurbelwelle 5 und der Nockenwelle 7 bereitzustellen. Zusätzlich zu diesem Merkmal ist, wie es aus der 2 erkennbar ist, der Drehzahlregler 15 im Kurbelgehäuse 17 am selben Ende wie der Kühllüfter 28, dem von der Abtriebswelle abgewandten Ende, eingeschlossen. Diese Anordnung erlaubt es, zu verhindern, dass das Volumen des Kurbelgehäuses zu groß wird.
Wie oben beschrieben, werden bei der Erfindung Kugellager mit großem Durch messer und hohem Lasttragevermögen dazu verwendet, das Antriebsende der Kurbelwelle zu tragen. Die Lager verfügen über ein Tragvermögen, das dazu ausreicht, die Kräfte des Motors zu ertragen, der direkt mit einer Last mit großem Schwingungsanteil verbunden ist, oder eines Motors mit großer Schubbelastung in der Richtung, in der die Abtriebswelle gezogen wird. Selbst unter derartigen Bedingungen bleiben sie beständig. Es ist nicht erforderlich, Speziallager mit hoher Lagerfähigkeit zu verwenden. Vielmehr können Standard-Präzisionslager großer Abmessung verwendet werden. Da die Lager auf Standardtoleranz bearbeitet werden können, kann der Zusammenbauprozess automatisiert werden. Dies senkt die Kosten von Teilen, der Bearbeitung und des Zusammenbaus, und es beseitigt die Möglichkeit eines Zusammenbaufehlers.
Obwohl am Antriebsende der Kurbelwelle Kugellager großen Durchmessers verwendet werden, wird die Nockenwelle durch Gleitlager getragen, die direkt durch Löcher im Kurbelgehäuse oder im Deckel 18 eingeführt sind (oder in Buchsen eingeführt sind). Diese Schema beseitigt das Erfordernis eines großen Raums zwischen den zwei Wellen. Der Drehzahlregler, der die Drehzahl regelt, mit der sich der Motor dreht, und der durch die Kurbelwelle angetrieben wird, ist im Kurbelgehäuse am selben Ende wie der Kühllüfter 28, entgegengesetzt zum Ende des Gehäuses, wo sich die Abtriebswelle befindet, eingeschlossen. Dadurch kann das Kurbelgehäuse klein gehalten werden.
Als Ergebnis der Erfindung ist ein luftgekühlter universeller Viertaktmotor geschaffen, der das Erfordernis eines kleineren Kurbelgehäuses erfüllt; der keine Speziallager verwendet; der unter Verwendung von Standard-Präzisionskugellagern großen Durchmessers ein größeres Lagervermögen erzielt; der die erforderliche Bearbeitung vereinfacht; und der eine Automatisierung des Zusammenbauprozesses erlaubt. Dies führt zu niedrigeren Bearbeitungs- und Zusammenbaukosten und beseitigt die Möglichkeit eines Zusammenbaufehlers.

Claims

Universeller luftgekühlter Viertaktmotor, aufweisend: eine Kurbelwelle (5) mit einem als Abtriebswelle verwendeten Ende, und einem ersten und einem zweiten Kugellager (25, 26), die jeweils an einem der beiden Enden eines Kurbelgehäuses zum Tragen der Kurbelwelle angeordnet sind, wobei eines (25) der ersten und zweiten Kugellager, das das Abtriebswellenende der Kurbelwelle trägt, einen größeren Außendurchmesser als das andere (26) der ersten und zweiten Kugellager, das ein gegenüberliegendes Ende der Kurbelwelle trägt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kurbelgehäuses (17) bei dem genannten gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle ein durch Drehung der Kurbelwelle (5) angetriebener Fliehkraftregler (15) eingeschlossen ist, und der Außendurchmesser des genannten einen Kugellagers (25) etwa gleich oder größer als der Abstand zwischen der Kurbelwelle (5) und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle (7) ist.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (7) von einem Paar Gleitlager (7a, 7b) getragen wird.