AT413746B

AT413746B - Brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: AT413746B
Application number: AT10722004A
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Laimboeck
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-05-15
Also published as: ATA10722004A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens einem Zylinder, einer Kurbelwelle, auf der ein erstes Antriebsrad vorgesehen ist, mindestens einer Nockenwelle, auf der ein zweites Antriebsrad vorgesehen ist, einem Antriebsglied, das das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad umschlingt, sowie mit mindestens einer Massen-5 ausgleichswelle, die von dem die Nockenwelle antreibenden Antriebsglied angetrieben ist.

In vielen Anwendungen sind die Baugröße und das Gewicht einer Brennkraftmaschine kritische Größen, die so gering als möglich gehalten werden müssen. Weitere Anforderungen sind in vielen Fallen ein einfacher Aufbau eine kostengünstige Herstellbarkeit. Dies trifft insbesondere io auf kleine Brennkraftmaschinen zu, wie sie in Arbeitsgeräten, wie etwa Rasenmähern oder Kettensägen oder auch Motorrädern eingebaut sind. Da diese kleinen Brennkraftmaschinen in sinnvoller Weise nur als Einzylinder-Brennkraftmaschinen realisierbar sind, ist es vielfach notwendig, ein Massenausgleichswelle vorzusehen, um vor allem die freien Kräfte erster Ordnung zu kompensieren. Eine solche Massenausgleichswelle führt naturgemäß zu einem komplexeren 15 Aufbau und vergrößert Bauvolumen und Gewicht der Brennkraftmaschine.

Eine Aufgabe ist es dabei, eine Lösung zu finden, bei der der zusätzliche Aufwand minimiert wird und sowohl das Bauvolumen als auch das Gewicht in geringen Grenzen gehalten werden können. 20

Aus der US 4,644,916 A und der US 5,564,380 A sind Brennkraftmaschinen mit einer Massenausgleichswelle bekannt, bei denen die Massenausgleichswelle platzsparend im V-Raum zwischen zwei Zylinderbänken angeordnet ist. Eine solche Lösung ist für großvolumige Brennkraftmaschinen sinnvoll realisierbar, kann jedoch nicht auf kleine Brennkraftmaschinen, insbe-25 sondere auf Einzylinder-Brennkraftmaschinen, angewendet werden.

Aus der FR 2 757 239 A ist eine Ausgleichseinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Spannwelle für einen Zahnriemen ein Ausgleichsgewicht aufweist. Eine ähnliche Lösung ist in der FR 2 328 842 A beschrieben. Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass die 30 Spannung des Antriebsgliedes durch die Kräfte überlagert wird, die den Massenausgleich bewirken. Es wird dadurch auf das Antriebsglied eine zusätzliche periodische Kraft ausgeübt, die zu einer unerwünschten Belastung des Antriebsgliedes und anderer Bauteile der Brennkraftmaschine führt. Bei weiteren bekannten Lösungen wird das Antriebsglied durch zusätzliche Räder gespannt, die quer zu ihrer Achse verschiebbar gelagert sind. 35

Solche Lösungen sind beispielsweise in der DE 28 29 042 A, der DE 26 49 467 A oder der JP 62-188835 A beschrieben. Bei solchen Lösungen muss der Verstellweg der Spanneinrichtung relativ groß sein, um einerseits den kurzfristigen z.B. thermisch bedingten Längenänderungen des Antriebsgliedes Rechnung tragen zu können und um andererseits die längerfristi-40 gen Längenänderungen beispielsweise durch Verschleiß und Dehnung aufnehmen zu können. Dadurch ändert sich im Zuge der Verstellung die Phasenlage der einzelnen Räder relativ stark zueinander, was beispielsweise den Massenausgleich in ungünstiger weise beeinflusst.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Lösung anzugeben, die 45 sowohl kurzfristige als auch längerfristige Längenänderungen des Antriebsmittels gleichermaßen ohne Nachteile ausgleichen kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Antriebsglied als Kette ausgebildet ist und dass die Spannvorrichtung als Spannschiene ausgebildet ist, die an dem der Massenausgleichswelle so gegenüberliegenden Abschnitt der Kette vorgesehen ist.

Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass die betriebsmäßige Spannung des Antriebsgliedes durch die Spannschiene erfolgt, jedoch zusätzlich durch die exzentrische Lagerung der Massenausgleichswelle eine Verstellmöglichkeit gegeben ist, um längerfristige Län-55 genänderungen des Antriebsgliedes auszugleichen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das 3

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Antriebsglied durch die Massenausgleichskräfte nicht beeinflusst wird und dass gleichzeitig durch die Bewegungen der Spannvorrichtung praktisch keine nennenswerte Phasenänderung der sich drehenden Bauteile der Brennkraftmaschine verursacht wird. 5 Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsglied als Kette ausgebildet ist und dass die Antriebsräder Kettenräder sind. Diese Ausführungsvariante ist besonders begünstigt, da die Kette innerhalb des Kurbelgehäuses umläuft und daher die Massenausgleichswelle sehr knapp am Kurbeltrieb angeordnet werden kann, ohne Welienabdichtungen vornehmen zu müssen. 10

In einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Antriebsglied als Zahnriemen ausgebildet ist und dass die Antriebsräder Riemenscheiben sind. Zahnriemen haben sich als problemloses Antriebsmittel für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen weithin bewährt. Wenn die Nockenwelle von einem Zahnriemen angetrieben wird, kann 15 die Massenausgleichswelle sowie der Zahnriemen vollständig außerhalb des Kurbelgehäuses liegen, oder es kann zwischen der Riemenscheibe der Massenausgleichswelle und der Massenausgleichswelle selbst ein Wellendichtring vorgesehen sein, um die Massenausgleichswelle innerhalb des Kurbelgehäuses anordnen zu können. 20 Besonders bevorzugt ist es, wenn das weitere Antriebsrad von außen in das Antriebsglied eingreift. Durch diese Maßnahme werden verschiedenen Vorteile erreicht. Zum einen wird dadurch sichergestellt, dass sich die Massenausgleichswelle gegenläufig zur Kurbelwelle dreht. Darüber hinaus wird durch diese Maßnahme der Umschlingungswinkel des Antriebesmittels um das erste und das zweite Antriebsrad erhöht, so dass die Kraftübertragung wesentlich verbes-25 sert wird und die Gefahr minimiert wird, dass bei stoßartigen Belastungen ein Überspringen der Kette bzw. des Zahnriemens stattfindet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn das weitere Antriebsrad den einen Abschnitt des Antriebsgliedes so weit nach innen drückt, dass dieser in die Nähe des anderen Abschnittes des Antriebsgliedes kommt. Auf diese Weise können Umschlingungswinkel von 180° und mehr realisiert werden. In dem Fall einer 30 Antriebskette ist eine solche Ausführungsvariante ohne besondere Maßnahmen realisierbar, sofern es sich um eine Rollenkette oder Hülsenkette handelt. Im Fall eines Zahnriemens muss sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Riemens eine Verzahnung vorgesehen sein, um die korrekte Phasenlage der Massenausgleichswelle sicherzustellen. 35 Im Hinblick auf die mechanisch Belastungen der Brennkraftmaschine und im Hinblick auf in geringes Wechseldrehmoment hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Massenausgleichswelle näher bei der Kurbelwelle liegt als bei der Nockenwelle.

Im Hinblick auf möglichst kompakte Außenabmessungen hat es sich weiter als besonders 40 begünstigt herausgestellt, wenn die Massenausgleichswelle im Kurbelgehäuse angeordnet ist, wenn die Achse der Massenausgleichswelle durch den vom Pleuel der Brennkraftmaschine überstrichenen Bereichen durchgeht und wenn sie unmittelbar neben dem vom Pleuel überstri-chenen Bereich liegt. Durch den Versatz der Massenausgleichswelle in Axialrichtung der Kurbelwelle werden bei dieser Lösung zwar unausgeglichene Momente erster Ordnung hervorgeru-45 fen, die jedoch aufgrund des geringen Hebelarmes relativ gering sind. Positiv bei dieser Lösung ist jedoch, dass durch die Massenausgleichswelle praktisch keinerlei bauliche Vergrößerung der Brennkraftmaschine resultiert.

Eine weitere Vereinfachung und Erhöhung der Integrationsdichte kann erreicht werden, wenn so die Brennkraftmaschine als Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dies ist insbesondere auf die Konkurrenzfähigkeit von kleinen Viertakt-Brennkraftmaschinen in Bezug auf Zweitakt-Brennkraftmaschinen von wesentlicher Bedeutung.

In der Folge wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels 55 näher erläutert.

Claims

4 AT 413 746 B Es zeigen die Fig. 1 eine seitliche Ansicht der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine Darstellung der Ausführungsvariante von Fig. 1 von der gegenüberliegenden Seite und Fig. 3 eine weitere Ansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und 2. 5 Die Brennkraftmaschine der Fig. 1 bis 3 besitzt eine Kurbelwelle 1, an der über ein Pleuel 2 ein Kolben 3 angelenkt ist. Die Kurbelwelle 1 ist fest mit einem ersten Antriebsrad 4 verbunden, während die oben liegende Nockenwelle 7 fest mit einem zweiten Antriebsrad 5 verbunden ist. Die beiden Antriebsräder 4, 5 sind durch ein Antriebsglied 6 in Form einer Kette 6 in Wirkverbindung, die diese umschlingt. Ein weiteres Antriebsrad 10 greift außen in das Antriebsglied 6 io ein, um so eine Massenausgleichswelle 8 mit einem Ausgleichsgewicht 9 mit Kurbelwellendrehzahl gegenläufig zu dieser anzutreiben. Da das Antriebsglied 6 auf diese Weise nach innen gedrückt wird, wird erreicht, dass der Umschlingungswinkel α des Antriebsglied 6 um das erste Antriebsrad 4 und der Umschlingungswinkel ß um das zweite Antriebsrad 5 größer als 180° sind und in dem Bereich von etwa 200° liegen. Auf diese Weise wird eine größere Anzahl von Zäh-15 nen an den Antriebsrädern 4 und 5 gleichzeitig in Eingriff gebracht, was die Sicherheit der Übertragung wesentlich verbessert. Eine Spannschiene 11 greift auf dem dem weiteren Antriebsrad 10 gegenüberliegenden Kettentrum an, und drückt dieses nach außen. Dadurch wird zusätzlich Platz für das weitere An-20 triebsrad 10 geschaffen, so dass dessen Achse 8a unwesentlich neben einer Ebene liegt, die von der Achse 1a der Kurbelwelle 1 und der Achse 7a der Nockenwelle 7 aufgespannt ist. Dadurch kann eine optimale Führung des Antriebsmittels erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Brennkraftmaschine, die insbesondere für einen 25 Antrieb von Einzylindermotoren geeignet ist, mit einem Massenausgleich auszustatten, ohne wesentlichen baulichen Zusatzsaufwand zu verursachen. Patentansprüche: 30 1. Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens einem Zylinder, einer Kurbelwelle (1), auf der ein erstes Antriebsrad (4) vorgesehen ist, mindestens einer Nockenwelle (7), auf der ein zweites Antriebsrad (5) vorgesehen ist, einem Antriebsglied (6), das das erste Antriebsrad (4) und das zweite Antriebsrad (5) umschlingt, sowie mit mindestens 35 einer Massenausgleichswelle (8), die über ein weiteres Antriebsrad (10) mit dem Antriebsglied (6) zwischen der Kurbelwelle (1) und der Nockenwelle (7) in Eingriff steht und dadurch angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannschiene (11) als Spannvorrichtung für das Antriebsglied (6) vorgesehen ist und dass die Massenausgleichswelle (8) quer zu ihrer Achse (8a) verstellbar gelagert ist. 40
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (6) als Kette, vorzugsweise als Rollenkette oder Hülsenkette, ausgebildet ist und dass die Antriebsräder (4, 5,10) Kettenräder sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Antriebsrad (10) von außen in das Antriebsglied (6) eingreift.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschiene (11) für das Antriebsglied (6) nach außen hin vorspannt. 50
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschiene (11) an dem der Massenausgleichswelle (8) gegenüberliegenden Abschnitt der Kette vorgesehen ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die 5 AT 413 746 B Massenausgleichswelle (8) näher bei der Kurbelwelle (1) liegt als bei der Nockenwelle (7).
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenausgleichswelle (8) im Kurbelgehäuse angeordnet ist, dass die Achse der Massen- 5 ausgleichswelle (8) durch den vom Pleuel (2) der Brennkraftmaschine überstrichenen Bereichen durchgeht und dass sie unmittelbar neben dem vom Pleuel (2) überstrichenen Bereich liegt.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der io Umschlingungswinkel des Antriebsgliedes (6) um das erste und das zweite Antriebsrad (4, 5) jeweils größer ist als 180°.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Massenausgleichswelle (8) mindestens ein zusätzliches Nebenaggregat, vorzugsweise 15 eine Ölpumpe oder Wasserpumpe, vorgesehen ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (8a) der Massenausgleichswelle (8) im Wesentlichen in einer Ebene liegt, die von der Achse (1a) der Kurbelwelle (1) und der Achse (7a) der Nockenwelle (7) aufgespannt ist.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass gemeinsam mit der Massenausgleichswelle (8) eine Führungsschiene gelagert ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenausgleichswelle (8) über Exzenter gelagert ist. 30
14. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenausgleichswelle (8) gemeinsam mit der Führungsschiene über Exzenter gelagert ist. 35 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55