DE3640502A1 - Kurbeltrieb mit doppelten kolbenhueben in v-motoren und ausgleichvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Kurbeltriebes für Kolbenverbrennungskraftmaschine mit doppelten Kolbenhüben OT 1 und OT 2.

Die zu erfüllende Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Ausschieben des verbrannten Abgases und infolgedessen das Nachfüllen mit Frischgas bei Verbrennungskraftmaschine zu verbessern. Der Liefergrad eines schelläufigen 4-Taktmotors im Ottoverfahren ist durch größeren Ventilüberschneidungswinkel für einen Drehzahlbereich, z. B. Nenndrehzahlbereich, abzustimmen. Im anderen Drehzahlbereich ist die Nachfüllung mit Luft sehr unvollständig. Ein anderer Nachteil dieses Spülverfahrens liegt darin, daß das Ansaugen der Frischladung beim Spätschließen des Auslaßventils verzögert ist. Das Ansaugvolumen des Hubraumes wird noch durch das Restgas im Zylinder verringert.

Das von DE-OS 31 15 417 beschriebene Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor sollte die Verweilzeiten des Kolbens in oberen Umkehrlagen vergrößern. Es ist nur für Langsamläufer bei kleiner Last gut geeignet und nicht jedoch für Schnelläufer, bei den die Verweilzeiten kürzere sind.

Die von DE-AS 21 49 220 dargestellte Ausgleichvorrichtung für Brennkraftmaschine, bei der das ausgleichende Umlaufrad drehbar am Kurbelzapfen neben dem Pleuelanschluß gelagert ist, erschwert zugleich die Ausgleichwirkung der Kurbeln.

Das von DE-OS 21 14 833 beschriebene Kurbelbetrieb zielte auf ein variables Kompressionsverhältnis.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolbentrieb mit doppelten Kolbenhüben OT 1 und OT 2 so auszurüsten, daß das Ausschieben und das Nachladen unter größerem Kolbenhub OT 1 verlaufen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgleichvorrichtung zum Dämpfen der Seitenschwingungen bei 180-V-Motoren zu gestalten. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbel (12) die Planetenradpaare (10, 10 a) enthält, die sich um das gehäusefeste Lagerrad (8) abrollen und gleichzeitig das Zapfenrad (2) relativ zur Kurbelwelle (15) eine gegenläufige halbe Winkelgeschwindigkeit bewirken, und daß die exzentrische Kurbelzapfen (1, 1 a) fest am Zapfenrad (2) verbunden sind, und daß die Kurbel (12) bei V-180 Boxer- Motoren die unwuchtbehafteten Drehbolzen (18, 18 a) erfaßt, die über Verzahnung mit den Planetenradpaaren (10, 10 a) mit einer relativ zur Kurbelwelle (15) gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit drehen. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Planetenradpaare (10, 10 a) sowie die Eigenmasse der Ausgleichvorrichtung als Gegenmasse ausgenutzt werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Liefergrad eines Motors ohne Zusatzaufladung beim sehr kleinen Ventilüberschneidungswinkel gleichbleibend hoch und bei weitem Drehzahlbereich konstant ist. Das Restgas in der Frischladung ist auf ein Bruchteil einflußlos reduziert. Die Verbrennungsgüte wird dadurch erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden näher beschrieben:
Es zeigen:

Fig. 1 das schematisch gebaute Triebwerk eines 90°-V-Motors unter Anwendung der vorliegenden Erfindung, der Klarheit halber ohne Pleuelanschlüsse.

Fig. 2 den Schnitt AB,

Fig. 3 den Schnitt CD,

Fig. 4 die Laufbahnen der Kurbelzapfen, der Klarheit halber in zwei getrennte gemeinsame P-Kreise der Grundzapfen (4, 4 a),

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Boxer-Motors mit vier Kolben sowie vier Ausgleichvorrichtungen,

Fig. 6 und Fig. 7 die Schnitte A′B′ und C′D′ der Fig. 5,

Fig. 8 die Laufbahnen der Kurbelzapfen in zwei getrennte gemeinsame P-Kreise der Grundzapfen (4, 4 b).

Fig. 9 die sinnbildliche Darstellung der Ausgleichkräfte der Ausgleichvorrichtungen in 45°- und 90°-Kurbelwinkel.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und ggf. auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.

Fig. 1. Es handelt sich um ein 90°-V-Motor mit vier Kolben in Tandemanordnung. An jedem Kurbeltrieb sind je zwei Pleuelanschlüsse anzuschließen. Die Drehachsen P 1 und P 2 der Grundzapfen (4, 4 a) sind koaxial eingestellt. Daher ist die Massenkraft erster Ordnung am besten ausgeglichen. Die Zündabstände der Zylinder sind ebenfalls ziemlich regelmäßig. Bei der Montage ist das Lagerrad (8) vor der Befestigung im Gehäuse (16) so verdreht, bis die Kurbelzapfen (1, 1 a) in ihrer Laufbahnen im Bezug auf der Kolbenrichtung S bzw. S′ nach Fig. 4 liegen. In einem anderen Fall werden P 1 und P 2 um 90° Versatz eingestellt.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die einander kämmenden Zahnräder. Die Planetenradpaare (10, 10 a), deren Drehachsen R 1 und R 2 sind, greifen einerseits das Lagerrad (8) mit den Rädern (9, 9 a) und andererseits das Zapfenrad (2) mit den Rädern (3, 3 a). Die Übersetzung des Zapfenrades (2) zu dem Lagerrad (8) beträgt

Das Zapfenrad (2) enthält beispielsweise eine Bohrung (2 a) für den Ausgleich der Unwucht von den exzentrischen Kurbelzapfen (1, 1 a).

Fig. 4. Die Laufbahn jeder Kurbelzapfenachse Q 1, Q′ 1, Q 2 und Q′ 2 ist eine verschlungene Epitrochoide neben dem gemeinsamen P-Kreis der Grundzapfen (4, 4 a). Die Pfeile verdeutlichen die Umlaufrichtung mit Anhaltpunkten nach alle 90°-Kurbelwinkel. Bei einem Kurbeltrieb übernimmt Q 1 die Punktlage 1=9 und Q′ 1 die Punktlage 2′. Die Pleuelanschlüsse sowie die Kolbenrichtungen S und S′ sind dementsprechend sinnbildlich dargestellt. Bei anderem Kurbeltrieb übernehmen die Achsen Q 2 und Q′ 2 die Punktlagen 5 und 6′. Jeder Kolben befindet sich auf der Seite der oberen Totlagen OT 1 und OT 2.

Fig. 5. Es handelt sich um ein Triebwerk in 180°-V-Motor nach dem Prinzip der doppelten Kolbenhüben, das nebenbei mit Ausgleichvorrichtungen ausgerüstet ist. Die ausgleichenden Gegenmassen (7, 12...) in dieser Bauform verursachen zugleich Massenkräfte, die sogenannten Seitenkräfte, die durch die vorliegenden Ausgleichvorrichtungen unterdrückt werden. Jede Ausgleichvorrichtung besteht einzeln aus einem Drehbolzen (18; 18 a), der mit Unwuchtmassen (20, 21; 20 a, 21 a) versehen ist, und sich über Verzahnung mit einem Planetenradpaar (10 oder 10 a) mit der gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit dreht. Die Übersetzung des Bolzenrades (19; 19 a) zu dem Lagerrad (8) beträgt

unabhängig von Z 9! im Fall nach Fig. 5, 7.

In einem anderen Fall, bei dem das Bolzenrad (19; 19 a) sich mit dem Rad (3; 3 a) kämmt:

Fig. 6 und Fig. 7. In diesen Aussichten sind die Kolbenrichtungen S und S′ zusammengefallen. Die Kurbelzapfen (1, 1 a) mit Achsen Q 1 und Q′ 1 sind gegeneinander um 90° phasenverschoben. Bei der Montage sind die Unwuchtmassen (20, 21; 20 a, 21 a) so eingestellt, daß ihre Unwuchtkräfte bei Umkehrlagen die Vollwirkung einsetzen.

Fig. 8. Die Achsen P 1 und P 3 der Grundzapfen (4, 4 b) sind um 180° bezüglich der Hauptdrehachse O phasenversetzt eingebaut. Diese Bauform gewährleistet einen sehr regelmäßigen Zündabstand nach alle Halbumdrehung der Kurbelwelle (15).

Fig. 9. Das Massenzentrum G der Kurbel (12) ist wegen der beweglichen Drehbolzen (18, 18 a) von Mittellinie ausgewichen. Die Ausgleichkraft der Ausgleichvorrichtung ist mit Fa angedeutet.

Fa = m · r · (2w)² = 4 m · r · w²

dabei ist w die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (15), m die Ersatzmasse, r der Abstand zur Ersatzdrehachse T. Fa setzt mit ihrer Kraftkomponenten Fav und Fah bei jeder Stellung der Kurbel (12) aus. Die Seitenkraft Fgh der Gegenmassenkraft Fg ist ständig gemindert. Fav addiert sich dagegen zu Fgv der Gegenmassenkraft Fg für den Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung.

Claims (5)

1. Kurbeltrieb mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, wobei das Zapfenrad (2) drehfest mit den Kurbelzapfen (1, 1 a) den sekundären Exzenter bildet, gekennzeichnet dadurch, daß die Kurbel (12) in Augen (13, 13 a) die Planetenradpaare (10, 10 a) enthält, die das Zapfenrad (2) kämmen und gleichzeitig sich um das gehäusefeste Lagerrad (8) abwälzen, und der Grundzapfen (4) gegenüber, dessen Achse P 1 primäre Drehachse genannt im Abstand OP 1 von Hauptdrehachse O der Kurbelwelle (15) ist, auf dem der sekundäre Exzenter drehbar gelagert ist, sich in der Kurbelkröpfung (12 a) ausbildet und im Auge (6) der Zwischenwelle (15 a) fest eingeschoben ist, und die Kurbelwelle (15) im Innenlager (11) des Lagerrades (8) gelagert ist (Fig. 1).

2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen Q 1 und Q′ 1 der Kurbelzapfen (1, 1 a) im gleichen Abstand von P 1 und gegeneinander um den Winkel V/2 (bzw. V/2 + π) verschoben sind, und das Zapfenrad (2) relativ zur Kurbelwelle (15) mit einer gegenläufigen halben Winkelgeschwindigkeit dreht (Fig. 2).

3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2 mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (15 a) konzentrisch zur Hauptwelle (15) im Gehäuselager (11 a) gelagert ist und daß diese Zwischenwelle (15 a) mit Gegenmassen (7, 7 a) sowie einem weiteren Auge (6 a) versehen ist, an dem ein zweites Kurbeltrieb angebaut werden kann, und daß die Anordnung sich fortsetzend über eine drehfest Vorrichtung (14) verbunden ist (Fig. 1).

4. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2 mit doppelten Kolbenhüben in V-180 Motoren mit Ausgleichvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (15 a) konzentrisch zur Hauptwelle (15) im Gehäuselager (11 a) gelagert ist und daß diese Zwischenwelle (15 a) mit Gegenmassen (7, 7 b) und sowie einem bezüglich der Hauptwelle (15) um 180 Grad phasenverschobenen Auge (6 b) versehen ist, an dem ein Zwei- Kurbeltrieb angebaut ist (Fig. 5).

5. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, 2 und 4 mit doppelten Kolbenhüben in V-180 Motoren mit Ausgleichvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (12) in Augen (17, 17 a) die unwuchtbehafteten Drehbolzen (18, 18 a) erfaßt, die mit jeweils den Rädern (19, 19 a) drehfest verbunden sind, und daß diese Räder (19, 19 a) die Planetenradpaare (10, 10 a) übergreifen und sich relativ zur Kurbelwelle (15) synchron mit der gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit drehen (Fig. 6, Fig. 7).