DE10207458A1

DE10207458A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit Massenausgleichswellen

Info

Publication number: DE10207458A1
Application number: DE2002107458
Authority: DE
Inventors: Arnold Loebig
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Deutschland Holdings GmbH
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit einem Zylinderkurbelgehäuse (1), einer Kurbelwelle (4), mit Lagerstühlen (7) zur Aufnahme von Lagerhälften der Kurbelwellenlager (3) und einem Leiterrahmen (8) zur Aufnahme der anderen Lagerhälften der Kurbelwellenlager sowie mit zwei unterhalb der Kurbelwelle (4) angeordneten Massenausgleichswellen (15). DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Fertigungsaufwand für derartige Brennkraftmaschinen zu reduzieren. DOLLAR A Dazu wird vorgeschlagen, dass die Lageraufnahmen (10, 12) der Lager (13, 14) für die Massenausgleichswellen (15) fest verbunden mit dem Leiterrahmen (8) angeordnet sind. DOLLAR A Damit wird es möglich, die Lagerungen der Massenausgleichswellen (15) gemeinsam mit den Kurbelwellenlagern (3) zu bearbeiten. Fertigungstoleranzen wirken sich somit auf den Abstand zwischen Kurbelwelle (4) und Massenausgleichswellen (15) nicht aus. Es werden darüber hinaus gegenüber üblichen Bauweisen Teile gespart.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben- Brennkraftmaschine in Reihenbauart gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Brennkraftmaschine ist beispielsweise in der deutschen Zeitschrift MTZ, Jahrgang 57 (1996/9, Seiten 492-498) beschrieben, wobei im Kapitel 2.3, beginnend auf Seite 494, auf die Besonderheiten des Massenausgleiches sowie die Anordnung und den Antrieb der Massenausgleichswellen eingegangen ist.
Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine sind zwei Ausgleichswellen in einem einteiligen rahmenartigen Gehäuse gelagert. Das Gehäuse wird nach seiner Bearbeitung und nach Montage mit den Ausgleichswellen mit Schrauben an Passflächen an dem mit dem Zylinderkurbelgehäuse verbundenen zur Fixierung der Kurbelwellenlager vorgesehenen Leiterrahmen (hier als Lagerbrücke bezeichnet) befestigt. Jede der beiden Ausgleichswellen ist mit einem Zahnrad versehen. Die beiden Zahnräder stehen miteinander in Eingriff und eines dieser Zahnräder steht weiterhin im Eingriff mit einem an der Kurbelwelle befestigten Zahnrad. Die Größe der Zahnräder ist so bemessen, dass die Ausgleichswellen mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle umlaufen.
Die bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine systembedingten Drehungleichförmigkeiten führen praktisch zu einem ständigen Anlagenwechsel zwischen Vor- und Rückflanke der in Eingriff befindlichen Verzahnungen. Damit daraus keine Nachteile, insbesondere hinsichtlich des Geräuschverhaltens, erwachsen, sind erhebliche Aufwendungen erforderlich. Es ist notwendig, das Zahnflankenspiel nahe Null zu realisieren. Dazu sind die Fertigungstoleranzen aller Anbautrennflächen von Lagerbrücke und Zylinderkurbelgehäuse sowie die Toleranzen bei den Durchmessern und den Verzahnungen der Zahnräder zu beachten. Der dafür erforderliche Fertigungsaufwand ist erheblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, für deren Fertigung bei zumindest gleichen Genauigkeitsanforderungen, die bei bekannten Maschinen und vergleichbaren Geräuschverhalten geringere Aufwendungen erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
In dem die Lageraufnahmen für die Lagerung der Massenausgleichswellen im Lagerrahmen angeordnet sind, der auch die unteren Halblager der Kurbelwelle trägt und somit gegenüber der Kurbelwelle sehr genau positioniert ist, kann auch der Achsabstand zwischen Kurbelwelle und Massenausgleichswellen mit einfachen Mitteln sehr genau gefertigt werden. Eine Passfläche zwischen Teilen mit der unvermeidlichen Fertigungstoleranz von beiden miteinander in Kontakt liegenden Teilen ist zwischen Kurbelwelle und den Massenausgleichswellen nicht mehr erforderlich. Der Leiterrahmen mit der Aufnahme der Kurbelwellenlager und der Aufnahme der Massenausgleichswellen-Lagerung kann in einer auf Spannung eventuell auch zusammen mit dem Zylinderkurbelgehäuse bearbeitet werden.
In besonders vorteilhafter Weise können die Lager für die Massenausgleichswellen im Leiterrahmen als geschlossene Lager ausgeführt sein. Damit sind Lagerdeckel für diese Lagerungen nicht erforderlich. Vielmehr können in die geschlossenen Lageraufnahmen die erforderlichen Lager axial eingedrückt werden.
Diese Lager können dabei wahlweise als Gleitlager oder als Wälzlager ausgeführt werden.
Die Massenausgleichswellen sind in ihrer axialen Richtung in die Lagerungen einschiebbar. Ihre Lage ist damit gegenüber der Kurbelwelle mit relativ einfachen technologischen Mitteln sehr genau definierbar.
Der Antrieb der Massenausgleichswellen kann in vorteilhafter Weise durch einen Kettentrieb erfolgen. Der Kettentrieb besteht dabei aus einem Antriebskettenrad, welches mit der Kurbelwelle verbunden ist, je einem Kettenrad mit halber Zähnezahl des Antriebskettenrades auf jeder der Ausgleichswellen, einem an einem Ausleger der Lagerbrücke gelagerten Kettenumlenkrad und einer Antriebskette, die über das Antriebskettenrad, über das Kettenumlenkrad und entlang jeweils einer Seite, und zwar jeweils der gleichen Seite, der Kettenräder an den Massenausgleichswellen verläuft.
Die Massenausgleichswellen werden so mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben, und sie laufen zueinander in gegensinniger Drehrichtung. Die Antriebskette kann in üblicher Weise durch Führungsschienen geführt sein, um einem Schlagen der Antriebskette vorzubeugen. Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, das Kettenumlenkrad als Spannrad für den Kettentrieb auszubilden. Dazu kann die Spannkraft am Spannrad in an sich üblicher Weise zum Beispiel durch Öldruck oder auch durch eine Spannfeder aufgebracht werden. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Kettenspannvorrichtungen verwendbar.
Es entspricht jedoch auch der Erfindung, wenn die im Leiterrahmen gelagerten Massenausgleichswellen durch Zahnräder mittels eines Stirnradantriebes angetrieben werden. Dabei befindet sich auf jeder der Massenausgleichswellen ein Zahnrad. Diese beiden Zahnräder stehen miteinander in Eingriff. In eines dieser Zahnräder greift dann ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebszahnrad mit gegenüber den anderen beiden Zahnrädern doppelter Zähnezahl ein. Durch die gemäß der Erfindung erhöhte Genauigkeit der Achsabstände zwischen Kurbelwelle und Massenausgleichswellen ist der Aufwand für die Einhaltung des erforderlichen geringen Zahnspiels gegenüber den bekannten Ausführungen stark reduziert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Massenausgleichswellen als äußerlich zylindrische hohle Wellen auszubilden. Durch einseitige asymmetrische Anhäufung von Material im Inneren der hohlen Wellen ist die Ausgleichsmasse gebildet. Eine solche Welle lässt sich vorteilhaft durch diese Leerstellen, wobei das Material des Gießkerns zur Herstellung des asymmetrischen Hohlraumes durch eine Öffnung an einer der Stirnseiten der Welle entfernt werden kann.
Eine so äußerlich zylindrische Welle kann bei der Montage in einfacher Weise axial in die in dem Leiterrahmen befindlichen Lagerungen geschoben werden. Die zylindrische äußere Form verhindert auch unerwünschte Puncharbeit und damit Ölschaumbildung durch die Welle im Öl des Kurbelgehäuses. Die Öffnung zum Entfernen des Gießkernes kann in einfacher Weise durch einen Deckel verschlossen werden. So ist einer unerwünschten Geräuschbildung und auch dem Eindringen von Öl in die Welle vorgebeugt.
Die äußerlich als zylindrische Körper erscheinenden Massenausgleichswellen sind in ihrem Durchmesser in einfacher Weise so auszuführen, dass sie axial von einer Seite her in die in den Lageraufnahmen befindlichen Lager einsteckbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch das Zylinderkurbelgehäuse eines ersten Beispiels einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Zylinderkurbelgehäuse eines zweiten Beispiels einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung;
Fig. 3 einen Schnitt durch das Zylinderkurbelgehäuse eines dritten Beispiels einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A A in Fig. 1;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie B B in Fig. 1;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie C C in Fig. 1;
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie F F in Fig. 1.
In einem Zylinderkurbelgehäuse 1 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 2 ist mittels fünf Kurbelwellenlagern 3 eine Kurbelwelle 4 gelagert, die an ihrer Antriebsseite mit einem Zapfen 5 versehen ist. Das Zylinderkurbelgehäuse 1 ist nach unten hin durch eine Ölwanne 6 abgeschlossen. Die Kurbelwellenlager 3 werden zu der Zylinderseite hin von Lagerstühlen 7 und zur Ölwanne 6 hin von einem Leiterrahmen 8 abgestützt und gehalten. Der Leiterrahmen 8 ist mit Lagerschrauben 9 am Zylinderkurbelgehäuse 1 befestigt.
Am Leiterrahmen 8 ist im Bereich des zweiten Kurbelwellenlagers 3, gezählt vom Zapfen 5 an der Abtriebsseite der Kurbelwelle 4 an, eine erste Lageraufnahme 10 mittels Halteschrauben 11 befestigt. Im Bereich des vierten Kurbelwellenlagers 3, gezählt vom Zapfen 5 an der Abtriebsseite der Kurbelwelle 4 an, ist eine zweite Lageraufnahme 12 mittels Halteschrauben 11 am Leiterrahmen 8 befestigt. Sowohl die erste Lageraufnahme 10 als auch die zweite Lageraufnahme 12 sind mit dem Leiterrahmen 8 so verbunden, dass der Leiterrahmen 8 mit den Lageraufnahmen 10, 12 gemeinsam als ein Teil bearbeitbar ist.
Die beiden Lageraufnahmen 10, 12 sind mit jeweils zwei Lageraugen versehen. Die Lageraugen sind so angeordnet, dass sich an den beiden Lageraufnahmen 10, 12 jeweils zwei Lageraugen fluchtend und parallel zur Kurbelwelle 4 gegenüberliegen. In den Lageraugen der Lageraufnahmen 10, 12 befinden sich Lager 13, 14, welche paarweise jeweils eine Massenausgleichswelle 15 drehbar abstützen.
Die in den Lageraugen der Lageraufnahmen 10, 12 befindlichen Lager können ausschließlich als Gleitlager 13, wie dies z. B. in Fig. 1 dargestellt ist, ausgeführt sein. Die Lager können bei Erfordernis aber auch ausschließlich als Wälzlager 14, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, die Lager einer Lageraufnahme als Wälzlager und die Lager der anderen Lageraufnahme als Gleitlager auszubilden, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, bei der die erste Lageraufnahme 10 mit Wälzlagern 14 und die zweite Lageraufnahme 12 mit Gleitlagern 13 versehen ist.
Die Massenausgleichswellen 15 sind im Wesentlichen als äußerlich zylindrische Körper mit einem Hohlraum 16 und einer im Inneren asymmetrischen Anhäufung von Material ausgebildet, wobei die Materialanhäufung ein in der Masse definiertes Ausgleichsgewicht 17 bildet. Der Hohlraum 16 ist mit einer an jeweils einer Stirnseite jeder Massenausgleichswelle 15 befindlichen Öffnung 18 versehen, die mit einem Deckel 19 verschlossen ist. Durch die Öffnung 18 kann z. B. ein Gießkern bei der Herstellung der Massenausgleichswelle 15 entfernt werden.
Jede der Massenausgleichswellen 15 trägt an der zur zweiten Lageraufnahme 12 hinweisenden Stirnseite ein Kettenrad 20. In gleicher Ebene wie die Kettenräder 20 auf den Massenausgleichswellen 15 befindet sich auf der Kurbelwelle 4 ein Antriebskettenrad 21 mit gegenüber den Kettenrädern 20 doppelter Zähnezahl. Des weiteren befindet sich in gleicher Ebene ein an der zweiten Lageraufnahme 12 gelagertes Kettenumlenkrad 22. Über das Antriebskettenrad 21 der Kurbelwelle 4, entlang jeweils einer Seite der Kettenräder 20 der Massenausgleichswellen 15 und über das Kettenumlenkrad 22 liegt eine Antriebskette 23. Die Antriebskette 23 ist mittels einer Kettenführung 24 und einer Kettenspanneinrichtung 25, die sich gleichfalls an der zweiten Lageraufnahme 12 befinden, geführt.
Eine Abdeckung 26 deckt den Kettentrieb im Bereich unterhalb der Kurbelwelle 4 ab.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird vom Antriebskettenrad 21 auf der Kurbelwelle 4 vermittels der Antriebskette 23 auf die Kettenräder 20 der Massenausgleichswellen 15 eine Drehbewegung übertragen, wobei die Drehzahl der Massenausgleichswellen 15 doppelt so groß wie die Drehzahl der Kurbelwelle 4 ist.
Die Massenausgleichswellen 15 drehen sich dabei in entgegengesetztem Drehsinn, so dass der gewünschte Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung erreicht wird.
Indem der Leiterrahmen 8 als Teil der Kurbelwellenlagerung zusammen mit den beiden Lageraufnahmen 10, 12 als Einheit bearbeitet werden kann, gelingt es mit relativ geringem Fertigungsaufwand sowohl den Abstand der Massenausgleichswellen 15 als auch deren Achsparallelität zur Kurbelwelle 4 mit geringen sich Null nähernden Toleranzen zu realisieren. Bezugszeichenliste 1 Zylinderkurbelgehäuse
2 Zylinder
3 Kurbelwellenlager
4 Kurbelwelle
5 Zapfen
6 Ölwanne
7 Lagerstuhl
8 Leiterrahmen
9 Lagerschrauben
10 erste Lageraufnahme
11 Halteschraube
12 zweite Lageraufnahme
13 Gleitlager
14 Wälzlager
15 Massenausgleichswelle
16 Hohlraum
17 Ausgleichsgewicht
18 Öffnung
19 Deckel
20 Kettenrad
21 Antriebskettenrad
22 Kettenumlenkrad
23 Antriebskette
24 Kettenführung
25 Kettenspanneinrichtung
26 Abdeckung

Claims

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit einem Zylinderkurbelgehäuse (1), einer Kurbelwelle (4), mit Lagerstühlen (7) im Zylinderkurbelgehäuse (1) zur Aufnahme jeweils einer Lagerhälfte zur Lagerung der Kurbelwelle (4) und mit einem Leiterrahmen (8) zur Aufnahme der jeweils anderen Lagerhälften zur Lagerung der Kurbelwelle (4) sowie mit zwei unterhalb der Kurbelwelle angeordneten Massenausgleichswellen (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmen (10, 12) der Lager (13, 14) für die Massenausgleichswellen (15) fest verbunden mit dem Leiterrahmen (8) angeordnet sind.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (13, 14) für die Massenausgleichswellen (15) im Leiterrahmen (8) als geschlossene Lager ausgeführt sind.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager für die Massenausgleichswellen (15) als Gleitlager (13) ausgebildet sind.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager für die Massenausgleichswellen (15) als Wälzlager (14) ausgebildet sind.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager für die Massenausgleichswellen (15) einerseits als Gleitlager (13) und andererseits als Wälzlager (14) ausgebildet sind.

6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Massenausgleichswellen (15) von der Kurbelwelle (4) durch einen Kettentrieb erfolgt, wobei die Kurbelwelle (4) mit einem Antriebskettenrad (21) und jede der Massenausgleichswellen (15) an einer ihrer Stirnseiten mit einem Kettenrad (20) versehen ist. Jedes der Kettenräder (20) an den Massenausgleichswellen (15) die halbe Zähnezahl gegenüber dem Antriebskettenrad (21) an der Kurbelwelle (4) aufweist, am Leiterrahmen (8) in der Ebene des Kettentriebes unterhalb der Massenausgleichswellen (15) ein Kettenumlenkrad (22) gelagert ist und eine Antriebskette (23) über das Antriebskettenrad (21), über das Kettenumlenkrad (22) und entlang jeweils einer der gleichen Umlaufseiten der Kettenräder (20) an den Massenausgleichswellen (15) geführt ist.

7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenumlenkrad (22) als Spannrad für den Kettentrieb ausgebildet ist.

8. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenumlenkrad (22) eine Motorölpumpe antreibt.

9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Massenausgleichswellen (15) von der Kurbelwelle (4) durch einen Stirnradantrieb erfolgt.

10. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenausgleichswellen (15) gegossene Hohlwellen sind mit einer zylindrischen Außenform und einem durch asymmetrische Anhäufung von Material im Inneren gebildeten Ausgleichsgewicht (17), wobei der Hohlraum (16) der Hohlwelle nach dem Gießen durch eine an der Stirnseite befindliche Öffnung 18 entkernbar ist.

11. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Öffnung (18) der Massenausgleichswellen (15) mit einem Deckel (19) verschlossen ist.

12. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Massenausgleichswellen (15) und deren Lager (13, 14) so auf die Durchmesser der Lageraugen in den Lageraufnahmen (10, 12) abgestimmt sind, dass die Massenausgleichswellen (15) axial in die Lagerungen einschiebbar sind.