DE10218922A1

DE10218922A1 - Kurbelwelle für einen V10-Motor mit 100 DEG - 120 DEG V-Winkel

Info

Publication number: DE10218922A1
Application number: DE2002118922
Authority: DE
Inventors: Christian Puchas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2002-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere die Kurbelwelle eines V10-Formel 1-Rennmotors mit einem V-Winkel von etwa 100 DEG bis 120 DEG . DOLLAR A Durch einen, dem V-Winkel angepaßten Hubzapfenversatz wird ein freies Moment 1. Ordnung vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft die Kurbelwelle für einen Zehnzylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von etwa 100° bis 120°, insbesondere für einen Formel 1-Motor.

Formel 1-Motoren sind mehrheitlich V10-Motoren mit einem V-Winkel von 90°. Die Kurbelwelle dieser Motoren besitzt fünf Kurbelkröpfungen, die zumeist je zwei etwas versetzte Hubzapfen für je einen Zylinder aus beiden Zylinderreihen enthalten, ist in sechs Kurbelwellenlagern gelagert und weist zehn Gegenge wichte auf.

Tiefer liegende Heckflügel erfordern künftig niedriger bauende Motoren mit einem größeren V-Winkel.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, insbesondere für einen V10-Formel 1-Motor mit einem V-Winkel von etwa 100° bis 120° eine Kurbelwelle anzugeben, die einen hohen Ausgleichsgrad mit minimalem Einsatz an Ausgleichsmasse in den Gegengewichten erzielt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere wichtige Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8, aus den Zeichnungen und den zuge hörigen Figurenbeschreibungen.

Die Erfindung ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt.

Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gelten folgende Prämissen:

Wegen der hohen Drehzahlen hat der Ausgleich der Massenkräfte oberste Priorität, um freie Kräfte und Momente zu verhindern bzw. möglichst klein zu halten.

Gleichzeitig sollte der Massenausgleich mit einem Minimum an Ausgleichs masse in den Gegengewichten erfolgen, um das Gewicht und die Schwung masse der Kurbelwelle klein zu halten.

Gegengewichte besitzen eine konstante Ausgleichsmasse, deshalb können mit ihnen auch nur konstant große Massenkräfte vollständig ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß wird deshalb im Anspruch 1 für beliebige V-Winkel von etwa 100° bis 120° ein Hubzapfenversatz der Hubzapfen (1 bis 10) in den Kurbel kröpfungen (11 bis 15) bestimmt, mit dem während einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle (16) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) eine konstant große oszillierende Massenkraft 1. Ordnung erzeugt wird.

Der vollständige Ausgleich dieser konstanten Kraft 1. Ordnung sowie der Aus gleich der ebenfalls konstanten, von den versetzten Hubzapfen (1 bis 10) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) verursachten rotierenden Massenkräfte mit geringer Ausgleichsmasse in den Gegengewichten (25 bis 34) ist nach dem Anspruch 2 gegeben, wenn die jeweils an die Kurbelkröpfungen (11 bis 15) angeschlossenen beiden Gegengewichte (25 bis 34) zueinander einen Winkel von 360° bilden und jedes Gegengewicht (25 bis 34) mit der Kröpfungsmitte (35) in der zugehörigen Kurbelkröpfung (11 bis 15) einen Winkel von 180° bildet.

(Fig. 1) zeigt den Kurbelstern der erfindungsgemäßen Kurbelwelle (16) mit der vom V-Winkel abhängigen Lage der Hubzapfen (1 bis 10) nach Anspruch 1 und die Anordnung der Gegengewichte (25 bis 34) nach Anspruch 2.

(Fig. 2) zeigt die Längsansicht der Kurbelwelle (16) mit den angeordneten Zwischenwangen (17) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) nach den beiden Ansprüchen 3 und 4.

In vorteilhafter Weiterbildung wird in den Ansprüchen 3 und 4 durch eine Zwischenwange (17) in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) eine Schwächung der Kurbelwelle (16) durch die versetzten Hubzapfen (1 bis 10) in der Kröp fungsmitte (35) vermieden.

Ohne die Zwischenwange (17) müßten aus Steifigkeitsgründen die Hubzap fendurchmesser vergrößert werden, was zu höherer Reibleistung, zu einem größeren Hubzapfengewicht wie auch zu schwereren Pleueln führen würde, verbunden mit deutlich höheren rotierenden Massenkräften und letztlich grö ßeren Gegengewichten.

Ein nach den Ansprüchen 1 und 5 ausgelegter V10-Motor ergibt nach dem Anspruch 7 einen gleichmäßigen Zündabstand von 72°.

Der gleichmäßige Zündabstand stellt jedoch für den erfindungsgemäßen V10-Motor keine Bedingung dar.

Beispielsweise betragen die Zündabstände für einen erfindungsgemäßen V10- 110°-Motor mit 40° Hubzapfenversatz 70° und 74°. Würde man in diesem Motor ein kleines freies Moment 1. Ordnung zulassen, könnte der Hubzapfen versatz in Richtung gleichmäßigerer Zündabstand geändert werden.

Die Ausgleichsgröße der Gegengewichte (25 bis 34) im Anspruch 8 wird in bekannter Weise mit der Momentengleichung berechnet.

Es sei bemerkt, daß zehn gleich große Gegengewichte (25 bis 34) nach den Ansprüchen 2 und 8 die einfachste Form einer Gegengewichtsanordnung, aber auch einen sehr günstigen Kompromiß zwischen Kurbelwellenlagerent lastung und Gegengewichtsgröße darstellt.

Es stehen Rechenprogramme zur Verfügung, die mit ungleichen Gegenge wichtsgrößen zu Lasten der Kurbelwellen-Lagerbelastungen zu einer kleinen Verminderung der Gesamt-Ausgleichsmasse in den Gegengewichten führen. Mit der erfindungsgemäßen Kurbelwelle (16) wird über einen aus dem V-Winkel berechneten Hubzapfenversatz ein V10-Motor geschaffen, der mit einem V-Winkel von mehr als 90° sich insbesondere als Formel 1-Motor eignet.

Bezugszeichenliste

1

bis

10

Hubzapfen

11

bis

15

Kurbelkröpfungen

16

Kurbelwelle

17

Zwischenwangen

18

Hubzapfenwangen

19

bis

24

Kurbelwellenlager

25

bis

34

Gegengewichte

35

Kröpfungsmitte
a Zylinderabstand
b Mittenabstand der Hubzapfen

Claims

1. Kurbelwelle für einen Zehnzylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von etwa 100° bis 120°, mit fünf Kurbelkröpfungen, wobei in jeder Kurbelkröpfung zwei versetzte Hubzapfen für je einen Zylinder aus beiden Zylinderreihen angeordnet sind und im Kurbelstern der Kurbelwelle vom ersten Hubzapfen aus in Richtung letzten Hubzapfen gesehen und im Uhrzeigerdrehsinn gele sen die Hubzapfen in der Reihenfolge 1, 6, 2, 7, 4, 9, 5, 10, 3, 8 angeordnet sind, dabei die Zündfolge des V10-Motors 1-6-5-10-2-7-3-8-4-9 lautet, ferner mit zehn Gegengewichten und sechs Kurbelwellenlagern, insbesondere für einen V10-Formel 1-Motor, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kurbelwelle (16) der Hubzapfenversatz der jeweils in den Kur belkröpfungen (11 bis 15) angeordneten Hubzapfen (1 bis 10) in direkter Abhängigkeit zum V-Winkel steht und sich ergibt aus der Beziehung:
2(V-Winkel) -180° = Hubzapfenversatz.

2. Kurbelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen zwei, an die Kurbelkröpfungen (11 bis 15) angeschlos senen Gegengewichte (25 bis 34) zueinander einen Winkel von 360° bilden und jedes Gegengewicht (25 bis 34) mit der Kröpfungsmitte (35) der zu gehörigen Kurbelkröpfung (11 bis 15) einen Winkel von 180° bildet.

3. Kurbelwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) zwischen den jeweils versetzten Hubzapfen (1 bis 10) eine Zwischenwange (17) angeordnet ist.

4. Kurbelwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) der Mittenabstand (b) der jeweils angeordneten Hubzapfen (1 bis 10) etwa 30% des Zylinderabstandes (a) beträgt.

5. Kurbelwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der V-Winkel der beiden Zylinderreihen 108° beträgt.

6. Kurbelwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kurbelkröpfungen (11 bis 15) der Hubzapfenversatz der jeweils angeordneten Hubzapfen (1 bis 10) 36° beträgt.

7. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündabstände des V10-Motors 72° betragen.

8. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gegengewicht (25 bis 34) etwa 95,1% der rotierenden Massen kraft eines Zylinders und etwa 47,55% der oszillierenden Massenkraft 1. Ordnung eines Zylinders ausgleicht.