DE3541831A1

DE3541831A1 - Motorausbildung mit geringer vibration

Info

Publication number: DE3541831A1
Application number: DE19853541831
Authority: DE
Inventors: James William Daphne Ala. Brogdon
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1986-06-05
Also published as: SE8505545L; FR2574118A1; JPS61197838A; AU5050685A; BR8506218A; JPH0743776U; NZ214338A; SE8505545D0; GB2169035B; JP2546003Y2; AU573163B2; GB2169035A; US4632072A; IT8568004A0; GB8529110D0; IT1183985B

Description

Motorausbildung mit geringer Vibration

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere auf 8-Zylinder-Boxermotore mit viermal gekröpften Kurbelwellen.

Boxermotore weisen eine längliche Kurbelwelle auf, die im Motorgehäuse gelagert ist, Die Kurbelwelle besitzt eine Anzahl von Kurbelzapfen, die von der Drehachse der Kurbelwelle radial entfernt sind und zur Befestigung der Pleuel dienen, an denen die Kolben sitzen.

Bekannte Boxermotore und insbesondere 8-Zylinder-Boxermotore mit viermal gekröpften Wellen sind hinsichtlich der primären Rüttelkraft ausbalanciert, die durch den Verbrennungsvorgang und die Hin- und Herbewegung der Kolben verursacht wird. Dagegen sind diese Motore hinsichtlich des Gierungsmoments unausgeglichen, das bei der Rotation der Kurbelwelle entsteht. Das Gierungsmoment wird durch das Hin- und Hergehen der sich gegenüberstehenden Kolben in entgegengesetzten Richtungen erzeugt. Obzwar die Kolben eine gleiche Kraft in entgegengesetzten Richtungen auf die Kurbelwelle ausüben, so daß die Rüttelkräfte ausgeglichen sind, werden diese Kräfte auf die Kurbelwelle an axial im Abstand voneinander liegenden Stellen erzeugt, so daß das Gierungsmoment entsteht, welches im Effekt eine Kippkraft um eine Achse erzeugt, die senkrecht zur Drehachse liegt und die von den Wellenlagern aufgenommen wird. Die Wechsel-Kippkraft führt aber zu Motorvibrationen. Das Gierungsmoment kann intern hinsichtlich von 1 2-oder 16-Zylinder-Boxermotoren ausgeglichen werden, nicht jedoch für 8-Zylinder-Boxermotore.mit vierfach gekröpfter Kurbelwelle. (In derartigen Motoren teilen sich jeweils zwei zueinander fluchtende Kolben eine gemeinsame Kurbelkröpfung.)

Die vorliegende Erfindung schafft eine Ausgleichseinrichtung insbesondere für einen 8-'Zylinder-Boxermotor mit einer viermal gekröpften Kurbelwelle, bei der die beschriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden werden.

Der Motor weist ein Gehäuse mit 8 Zylindern und 8 sich gegenüberstehenden Kolben sowie eine viermal gekröpfte Kurbel-

welle auf, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Je ein Ritzel ist axial am vorderen und am rückwärtigen Ende der Kurbelwelle angebracht, und beide Kurbelwellenritzel weisen ein Gegengewicht im radialen Abstand von der Achse des Ritzels auf.

Mindestens ein Leerlaufzahnrad ist drehbar in dem Gehäuse gelagert und kämmt mit dem vorderen Kurbelwellenritzel, in dessen Ebene es angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist ein zweites Leerlaufzahnrad drehbar in dem Gehäuse in der gleichen Ebene gelagert wie das rückwärtige Kurbelwellenritzel, mit dem es in Eingriff steht. Beide Leerlaufzahnräder weisen ferner je ein Gewichtsteil im radialen Abstand von ihrer Drehachse auf.

Während der Drehung der Kurbelwelle erzeugen sowohl die Gegengewichte als auch die Gewichtsteile der Leerlaufzahnräder Zentrifugalkräfte in der Ebene der Motorzylinder. Die Gegengewichte der Kurbelwellenritzel und die Gewichtsteile der Leerlaufzahnräder sind im Winkelabstand zueinander so angeordnet, daß ihre Zentrifugalkraft das Kippmoment auslöschen, das durch die Drehung der Kurbelwelle erzeugt wird, so daß die Motorvibration vermindert wird.

Je nach Wunsch können ein oder zwei Leerlaufzahnräder im Motorgehäuse gelagert und zum Kämmen mit entweder dem vorderen Kurbelwellenritzel und/oder dem rückwärtigen Kurbelwellenritzel gebracht werden. Im Falle, daß zwei Leerlaufzahnräder mit dem einen oder beiden Kurbelwellenritzel verwendet werden, wird das Gewicht der Gewichtsteile der Leerlaufzahnräder entsprechend eingestellt, um die Zentrifugalkraft infolge der Drehung der Kurbelwelle auszulöschen. 30

Nähere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung ersichtlich. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kurbelwelle mit erfindungsgemäßen Einrichtungen

mit weggelassenen Teilen wegen größerer Klarheit und

Fig. 2 eine skizzenmäßige Darstellung der Wirkungsweise der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und weist eine längliche Kurbelwelle 10 auf, die in einem Motorgehäuse 12 entlang einer vorbestimmten Achse 14 gelagert ist. Die Kurbelwelle 10 ist für einen 8-Zylinder-Boxermotor mit einer viermal gekröpften Kurbelwelle üblich und weist deshalb vier Kurbelzapfen 16 auf, die von der Kurbelwellenachse 14 radial versetzt sind. An jedem Kurbelwellenzapfen 16 sind zwei Kolben 19 mechanisch angeschlossen, von denen nur einer gezeigt ist, und alle diesen Kolben liegen in einer Ebene, die mit gestrichelten Linien bei X₁-X₂-Y angedeutet ist.

Ein erstes Kurbelwellenritzel 18 ist mit der Vorderseite der Kurbelwelle 10 koaxial verbunden und dreht sich gleichsinnig mit der Kurbelwelle 10, In ähnlicher Weise ist ein rückwärtiges Kurbelwellenritzel 20 koaxial an dem rückwärtigen Ende der Kurbelwelle 10 befestigt und dreht sich gleichsinnig mit dieser. Die Kurbelwellenritzel 18 und 20 besitzen jeweils ein Gegengewicht 22 bzw. 24 an einer Stelle in radialer Entfernung von ihrer Drehachse und für einen noch zu beschreibenden Zweck. Die Gegengewichte 22 und 24 sind bezüglich ihres erzeugten Schwungmomentes einander gleich.

Ein Zahnrad 26 ist als rückwärtiges Leerlaufglied am Motorgehäuse 12 in der Ebene des Kurbelwellenritzels 20 gelagert und kämmt mit diesem. Das rückwärtige Leerlaufzahnrad weist ein Gewichtsteil 28 auf, dessen Gewicht dem Gegengewicht 22 entspricht und in einer entsprechenden radialen Entfernung von der Achse ange-

ordnet ist.

In ähnlicher Weise sind zwei Zahnräder 30 und 32 als vordere Leerlauf glieder in der Ebene des Ritzels 18 im Gehäuse 12 gelagert und kämmen mit dem vorderen Kurbelwellenritzel 18. Die LeerlaufZahnräder 30 und 32 weisen jeweils einen Gewichtsteil 34 bzw. 36 auf, die in radialem Abstand von der Achse angeordnet sind. Die Gewichtsteile 34 und 36 entsprechen zusammen im wesentlichen dem Schwungmoment des Gegengewichts 24. in Fig. 2 sind die Kurbelwellenritzel 18 und 20 sowie die LeerlaufZahnräder 26, 30 und 32 skizzenmäßig gezeigt. Die sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehenden Kurbelwellenritzel 18 und 20 treiben die Leerlaufzahnräder 26, 30 und 32 im Uhrzeigersinn an. Die Achsen der Kurbelwellenritzel 18 und 20 und der Leerlaufzahnräder 26, 30 und 32 liegen sämtlich in der gemeinsamen Ebene X₁-X₇-Y.

Die Gegengewichte 22 und 24 auf den Kurbelwellenritzeln 18 und 20 stehen sich diametral gegenüber und erzeugen Zentrifugalkräfte, die als Vektoren 50 bzw. 52 dargestellt sind, gleiche Größe aufweisen, aber entgegengesetzt gerichtet sind und einen Abstand Y voneinander einnehmen. Die Kräfte üben deshalb ein Dreh- oder Kippmoment auf die Kurbelwelle aus. In ähn~ licher Weise sind die Gewichtsteile 34 und 36 im Winkelabstand voneinander mit Bezug auf das Kurbelwellenritzel 18 angeordnet und erzeugen eine Zentrifugalkraft, die als Vektor 54 dargestellt ist, während das Gewichtsteil 28 auf dem rückwärtigen Leerlaufzahnrad 26 eine als Vektor 56 dargestellte Kraft erzeugt, die gleiche Größe, aber unterschiedliche Richtung gegenüber der durch den Vektor 54 dargestellten Kraft aufweist.

Die Kräfte 50 und 54 wie auch 52 und 56 können addiert werden, wobei sich eine resultierende Kraft jeweils in der Ebene der Motorkolben und Zylinder ergibt, d.h. in Richtung der jeweiligen X-Achse in Fig. 2. Auch diese resultierenden Kräfte bilden ein Kräftepaar mit dem Abstand y und üben somit ein Dreh- oder

BAD

Kippmoment auf die Kurbelwelle 10 aus.

Die Gewichtsteile 38, 34 und 36 und die

Gegengewichte 24 und 22 sind nicht nur im Winkelabstand voneinander angeordnet, so daß sie Kräfte auf die Kurbelwelle 10 , jedoch nur in der Ebene X der Kolben, ausüben, sondern sie sind auch mit Bezug auf die Kurbelwellenzapfen 16 winkelmäßig angeordnet,so daß sie das primäre Gierungsmoment ausgleichen oder auslöschen.

Das Gierungsmoment wird von den hin- und hergehenden Kolben erzeugt, die auf die Kurbelwelle einwirken und die Kurbelwelle um eine Achse zu drehen versuchen, die senkrecht auf der Achse 14-14 steht.Das Winkelverhältnis zwischen den Gegengewichten 22 und 24 und den Gewichtsteilen 28 , 34 und 36 und der Kurbelwellenzapfen 16 ändert sich entsprechend der Gestaltung der Kurbelwelle, aber dieses Verhältnis kann von einem Fachmann leicht bestimmt werden, beispielsweise aufgrund der Lehren in "Internal Combustion Engines", Taylor, Band 2, Seite 257.

Obzwar die vorliegende Erfindung mit zwei Leerlaufzahnrädern 30 und 32 kämmend mit dem vorderen Kurbelwellenritzel 18 und einem einfachen Leerlaufzahnrad 26 kämmend mit dem rückwärtigen Kurbelwellenritzel 20 beschrieben ist, können eine oder mehrere LeerlaufZahnräder mit dem einen oder beiden Kurbelwellenritzeln 18 und 20 verwendet werden, ohne die Lehre der Erfindung zu verlassen. Es ist vielmehr nur notwendig, daß die Zentrifugalkräfte , die von dem oder den Leerlaufzahnrädern an einem Ende der Kurbelwelle erzeugt werden, in Größe gleich und in Richtung entgegengesetzt zu den Zentrifugalkräften sind, die von

dem oder den Leerlaufzahnrädern am anderen Ende der Kurbelwelle erzeugt werden, und daß die Gewichte im richtigen Winkelabstand zu den Kurbelwellenzapfen angeordnet sind. Obzwar in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kurbelwellenritzel und LeerlaufZahnräder auf entgegengesetzten axialen Enden der Kurbelwelle angebracht sind, können sie auch in Zwischenlagen entlang der Kurbelwelle 10 angebracht sein oder in axialer Entfernung von

1 der Kurbelwelle 10 angeordnet sein, so lange nur ein Kurbelwellenritzel und Leerlauf zahnrad 32 axial entfernt von einem entsprechenden Paar von Kurbelwellenritzel und Leerlaufzahnrad angeordnet ist.

- Leerseite -

Claims

Anmelder: Teledyne Industries , Inc. 1901 Avenue of the Stars Los Angeles, California 90067, USA

Patentansprüche

Mehrzylinder-Boxermotor, insbesondere 8-Zylinder-Boxermotor,
mit einem Gehäuse,
mit in einer vorbestimmten Ebene angeordneten, insbesondere acht Zylindern,

mit einer in dem Gehäuse gelagerten, länglichen Kurbelwelle (10), die insbesondere vier Kurbelzapfen (16) aufweist, gekennzeichnet durch eine Ausgleichseinrichtung zur Kompensation des primären Kippmoments auf die Kurbelwelle infolge der hin- und hergehenden Kolben mit folgenden Merkmalen: ein erstes Gegengewicht (22) ist in einer ersten vorbestimmten Winkellage mit Bezug auf die Kurbelwellenzapfen (16) der Kurbelwelle (10) angeordnet und befestigt;

ein zweites Gegengewicht (24) ist in einer zweiten vorbestimmten Winkellage der Kurbelwelle angebracht, und zwar in axialer Entfernung von dem ersten Gegengewicht; ein erstes Leerlaufglied (26) ist in dem Gehäuse in einer Ebene im wesentlichen parallel zu dem Umlauf des ersten Gegengewichts gelagert;

ein zweites Leerlaufglied (30, 32) ist im Gehäuse in einer Ebene im wesentlichen parallel zu dem Umlauf des zweiten Gegengewichts (24) gelagert;

die Leerlaufglieder (26, 30, 32) sind synchron zur Kurbelwelle (10) antreibbar;

jedes Leerlaufglied (26, 30, 32) besitzt ein Gewichtsteil (28, 34, 36) , das gegenüber der Drehachse versetzt

ORIGINAL INSPECTED

und in einer vorbestimmten Winkellage mit Bezug zueinander und zur Kurbelwelle angeordnet ist, so daß bei Drehung der Kurbelwelle die Zentrifugalkraft infolge des ersten Gegengewichts und des ersten Leerlaufgliedes im wesentlichen gleich, aber entgegengesetzt der Zentrifugalkraft infolge des zweiten Gegengewichts und des zweiten Leerlaufgliedes ist, wobei die Zentrifugalkräfte in der jeweils zugeordneten Umlaufebene liegen, und

die Gewichtsteile (28, 34, 36) und die Gegengewichte (22, 24) sind mit Bezug auf die Kurbelzapfen (16) winkelmäßig so angeordnet, daß das von den Zentrifugalkräften erzeugte Kippmoment im wesentlichen das primäre Kippmoment ausgleicht
2. MehrzyLinder-Boxermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gegengewicht (22, 24) Teil eines Ritzels (18, 20) ist.
3. Mehrzylinder-Boxermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leerlaufglied aus einem Zahnrad (26, 30, 32) besteht, das in Eingriff mit dem jeweiligen Gegengewicht-Ritzel steht.
4. Mehrzylinder-Boxermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichte (22, 24) an entgegengesetzten axialen Enden der Kurbelwelle (10) angebracht sind.
5. Mehrzylinder-Boxermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung die Leerlaufglieder in entgegengesetzter Drehrichtung zu den Gegengewichten antreibt.
6. Mehrzylinder-Boxermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichte (22, 24) winkelmäßig um im wesentlichen 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind.
7. Mehrzylinder-Boxermotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsteile (28, 34, 36) der T.eerlaufali eder einen Winkelabstand von im wesentlichen 180° voneinander haben.
8. Mehrzylinder-Boxermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Leerlaufglied ein Paar Räder (30, 32) aufweist und daß jedes Rad (30,32) eine gewichtete Fläche (34, 36) besitzt, die gleich im wesentlichen der Hälfte des Ausgleichmotnents des Gewichtsteils ausmacht.
9. Mehrzylinder-Boxermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Gegengewichte und der Leerlaufglieder alle in der gleichen Ebene liegen.