DE2455667A1

DE2455667A1 - Schwingungsdaempfungssystem

Info

Publication number: DE2455667A1
Application number: DE19742455667
Authority: DE
Inventors: Tadahiko Ito; Kazumasa Kawada; Mitsutaka Kinoshita; Hirokazu Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1975-06-05
Also published as: SE424904B; IT1023379B; FR2252510B1; SE7414849L; FR2252510A1; AU7559374A; US3995610A; DE2455667C2; GB1498195A; US3995610B1

Description

PATENTS Ν Vv Ä LT E A. GRÜNECKER

DlPL, INf".

H. KINKELDEY

DR.-ΙΝΘ.

W. STOCKMAIR

DR.-INS. · AoE(CAWECH)

K. SCHUMANN·

2 L 5 E S S 7 ^{PR- RER-NA}^ * ^DipLi"^pHYs"

«i·"» W V W W / P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. INS.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE: 43

p 8754-50/Hä

MITSUBISHI JIDOSHA KOGTO KABUSHIKT KAISHA No. 33-8 Shiba 5-chome, Mnato-ku,.Tokyo, Japan

Schwingungsdämpfungssystem

Die Erfindung betrifft ein Schwingungsdämpfungssystem für eine Maschine mit wenigstens einem Zylinder, in welchem sich entlang der Längsachse wenigstens ein Kolben hin- und herbewegt, wobei der Kolben mittels eines Pleuels an einer drehbar gelagerten Kurbelwelle angelenkt ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einem 4-Zylinderreihenmotor, der mit einem zusätzlichen Ausgleichssystem ausgestattet ist, durch welches nicht nur die vertikalen schwinungserzeugenden Kräfte zweiter Ordnung sondern auch die Momente zweiter Ordnung ausgeglichen werden, die durch die hin- und hergehenden Massen und durch den Verbrennungsdruck erzeugt werden.

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Bei einem 4-Zylinderreihenmotor sind die nachfolgend genannten Kräfte, welche die Schwingung des Motors hervorrufen und durch die hin- und hergehenden Massen erzeugt werden, gut bekannt:

a) eine Schwingungserzeugende Kraft (hauptsächlich zweiter Ordnung);

b) ein Schwingungserzeugendes Moment, das durch . die hin- und hergehenden Massen erzeugt wird (hauptsächlich zweiter. Ordnung) ; und

c) ein schwingungserzeugendes Moment, das durch den Verbrennungsdruck erzeugt wird (hauptsächlich zweiter Ordnung).

Bei einem Kraftfahrzeugmotor kleinerer oder mittlerer Größe rechnet man mit einer schwingungserzeugenden Kraft von etwa 1 t, während die schwingungserzeugenden Momente etwa 0,5 mal der schwingungserzeugenden Kraft mal dem Hebelarm betragen.

Zur Dämpfung der bei.einem solchen 4-Zylinderreihenmotor auftretenden Schwingungen ist ein System vorgeschlagen und in der Praxis angewendet worden, durch welches die' Komponente der schwingungserzeugenden Kraft zweiter Ordnung gemäß Punkt a) oder die in senkrechter Richtung wirkende schwingungserzeugende Kraft, die durch die hin- und hergehenden Massen erzeugt wird, eliminiert werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieses Systems ist ein Paar Ausgleichsgewichte 2* im wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine Zylinderachse 3¹ angeordnet (siehe Fig.1)

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Die beiden Ausgleichsgewichte 2' werden in entgegengesetzten Richtungen zueinander mit einer doppelt so großen Drehzahl wie die Motorkurbelwelle angetrieben, wodurch die senkrechten schwingungserzeugenden Kräfte aufgehoben' werden.

In den nachfolgenden Ausführungen soll zunächst der Ausgleich theoretisch untersucht werden. Wenn dabei die senkrechte schwingungserzeugende Kraft, die von den hin- und hergehenden Massen erzeugt wird, mit F'-j bezeichnet wird, während die. senkrechte schwingungserzeugende Kraft, die von dem Ausgleichs sys tem erzeugt wird,· mit F¹ ₂ bezeichnet wird, dann müssen zur Dämpfung der senkrechten schwingungserzeugenden Kraft die beiden Kräfte folgende Gleichung erfüllen:

F¹-, + F¹ ₂ = 0.

Wenn darüber hinaus angenommen wird, daß die in senkrechter Richtung nach oben wirkenden Kräfte positiv sind, dann kann die Kraft F¹^ durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

F'¹ = 4mr6J² (C₂COs. 2Θ + C₄COS 4Θ + J₁

wobei

C-, = 1 +■ 1 + , and

--.-T" TJF

C₄ = - 1 - 3—-.

4 λ³ , 16 X'

Der Faktor X liegt gewöhnlich zwischen 3 bis 4, and die nachfolgenden Ausdrücke -^j- haben in den Gleichungen einen kleinen Einfluß. Die Gleichung für F'-j kann deshalb folgendermaßen ver-

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einfacht geschrieben werden:

_,, . 7 cos 2Θ
F¹1 = -Imrur —τ- ,

während die Gleichung für F'2 folgendermaßen lautet:

F¹2 = -2m_Br_B(2ü))² cos 2Θ,

wobei der Buchstabe m die hin- und hergehende Masse für einen Zylinder, der Buchstabe ω die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, der Buchstabe r einen halben Kolbenhub, der Buchstabe θ der Kurbelwinkel, der Buchstabe λ = l/r das Kurbelverhältnis,· der Buchstabe 1 die Pleuellänge, der Buchstabe m_ß die Masse eines Ausgleichsgewxchtes und der Buchstabe r_ß den Abstand zwischen dem Drehmittelpunkt und dem Massenschwerpunkt des Ausgleichsgewxchtes bedeuten.

Die Summe der Kräfte F'-j und F'₂ ergibt also

- 2m_ßr_B (2ω) ²cos 2Θ,

und diese Summe .muß Null sein. Infolgedessen kann m_ß folgendermaßen ausgedrückt werden:

_ _ mr m

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß es zum Ausgleich der senkrechten Schwingungserzeugenden Kräfte bei einem 4-Zylinderreihenmotor notwendig ist, daß ein Paar Ausgleichsgewichte,

deren Unwuchtmassen m_, durch -^^— ausgedrückt sind, (zum Aus- : B 2Xr

_b
gleich der Horizontalkräfte) mit der doppelt so großen Dreh-

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zahl wie die Kurbelwelle des Motors zueinander in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden müssen.

Wie leicht aus der vorgehenden Beschreibung zu entnehmen ist, kann in der Praxis die unter Punkt a) genannte schwinungserzeugende Kraft, die durch die hin- und hergehenden Massen erzeugt wird, eliminiert werden. Ein solches Ausgleichssystem ist jedoch nicht in der Lage, Gegenmomente zu erzeugen, welche die unter Punkt b) und c) genannten schwingungserzeugenden Momente aufheben. Es war deshalb bei einem 4-Zylinderreihenmotor bisher nicht möglich, alle Schwingungen .zu eliminieren.

Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, ein Schwingungsdämpfungssystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen 4-Zylinderreihenmotor, zu schaffen, mit welchem die unter den Punkten b) und.¹C) genannten schwingungserzeugenden Momente bis auf Null ausgeglichen werden können, so daß sich eine Verringerung der Schwingungen des Motors ergibt, während jedoch gleichzeitig die Leistung des Motors auf einem hohen Niveau gehalten wird.

Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Ausgleichsgewichte im wesentlichen in einem gleichen Abstand von einer Ebene vorgesehen sind, in welcher die Längsachsen der Motorzylinder liegen, sowie auf Linien, die im wesentlichen parallel zu diesen Längsachsen verlaufen, wobei der Abstand zwischen den Achsen der Aus-* gleichsgewichte, in einer parallel zu den Zylinderachsen verlaufenden Richtung gemessen, derart gewählt ist, daß ein befriedigender Betrieb des Motors erreicht und eine befriedigende Konstruktion erzielt werden, und wobei die Aus- .

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gleichsgewichte mit einer Drehzahl in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden, die doppelt so hoch wie die Drehzahl der Kurbelwelle des Motors ist, wobei sich das untere Ausgleichsgewicht in entgegengesetzter Richtung 2ur Drehrichtung der Kurbelwelle des Motors dreht. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems können die schwingungserzeugenden Momente, die durch die hin- und hergehenden Massen und durch den Verbrennungsdruck erzeugt werden, ebenso wirksam eliminiert werden, wie bei einem herkömmlichen Motor die senkrechte schwingungserzeugende Kraft.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung der an den Bauteilen eines Hubkolbenmotors angreifenden Kräfte, die durch die Verwendung eines bisher üblichen zusätzlichen Massenausgleichssystems ausgeglichen werden;

Fig.2 eine schematische Darstellung der an den Bauteilen eines Hubkolbenmotors angreifenden Kräfte, die durch ein zusätzliches Massenausgleichssystem gemäß der Erfindung ausgeglichen werden;

Fig. 3

bis 37 schematische Darstellungen der Momentenverläufe der schwingungserzeugenden Momente für bestimmte Parameter ;
t ·

Fig.38 schematische Darstellungen harmonischer Schwingungskoeffizienten für das Moment, das durch den Ver-

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brennungsdruck hervorgerufen wird;

Fig.39a ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Ausgleichssystem gemäß der Erfindung und

Fig.39b ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Ausgleichssystem gemäß der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel soll anhand der Fig.2 beschrieben werden. Mit den Bezugszeichen 1 und 2 sind eine Kurbelwelle bzw. ein Pleuel bezeichnet, dessen Fuß 3 auf einem Kurbelzapfen 4 der Kurbelwelle und dessen Kopf mittels eines Kolbenbolzens 6 an einem Kolben 7 gelagert sind. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet den Motorzylinder. Mit den Bezugszeichen 9 und 9* sind wenigstens zwei Ausgleichsgewichte bezeichnet, die im wesentlichen in einem?gleichen Abstand von den Längsachsen 10 der Motorzylinder 8 angeordnet sind, und zwar entsprechend auf Linien 11 und 11", die im wesentlichen parallel zu den Achsen 10 verlaufen. Darüber hinaus bezeichnen die Bezugszeichen 13 und 13' die Wellen der Ausgleichsgewichte 9 und 9', welche gleichzeitig mit der Kurbelwelle 1 über Zahnräder, Zahnradketten o.dgl. derart angetrieben werden, daß ihre Drehzahl doppelt so groß wie die Drehzahl der Kurbelwelle 1 ist.

Der erfindungsgemäße 4-Zylinderreihenmotor besitzt die vorb'eschriebenen Konstruktionsteile deren Wirkungsweise nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll.

Wenn man annimmt, daß bei einem 4-Zylinderreihenmotor das unter Punkt b) genannte und durch die hin- und hergehenden Massen erzeugte Moment mit M-. bezeichnet wird, daß das unter Punkt c) genannte und von dem Verbrennungsdruck er-

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zeugte Moment mit IYU bezeichnet wird und daß das durch die Ausgleichsgewichte erzeugte Gegenmoment mit M₃ bezeichnet wird, dann ergeben sich diese Momente M-, M2 und M, aus den folgenden Gleichungen:

(A) Moment M^

Das durch die hin- und hergehenden Massen des 4-Zylinderreihenmotors erzeugte Moment M<j ist an sich bekannt und kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: (Alle Momente, die in Drehrichtung der Kurbelwelle wirken, werden als positive Momente bezeichnet)

M.J = - 4mr²(ü²t₂sin 2Θ - 4mr²fc;²t₄sin 4Θ,-... wobei

t₂ und t₄ harmonische Schwingungskoeffizienten sind, die folgendermaßen ausgedrückt werden können:

t - - 1 - -JL -

2 2 32A* ***
<. _ 1 1·

(B) Moment M₃

Wie an sich bekannt ist, .erhält man eine Momentenkurve durch ein Indikatordiagramm eines Motorzylinders, und aus dieser Kurve wird dann mit Hilfe von Fourier-Reihen das Moment T fol-

gendermaßeri berechnet:
T = T₀ +1TD²r [(a₂sin 2Θ + b₂cos 2Θ) +(a₄sin 4Θ + b₄cos 4Θ) + ...]

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wobei

T das mittlere Moment bezeichnet, a₂ t ^a&r b₂ und b₄ harmonische Schwingungskoeffizienten und D den Zylinderdurchmesser bezeichnen.

Da das Moment M2 _t. das durch den Verbrennungsdrück erzeugt wird, von der Änderung des Momentes T abhängig ist, kann geschrieben werden:

M₂ = -1TD²r ζ (a2sin 2Θ +■ b₂cos 2Θ) ■+■ (a₄sin46 + b₄cos40) +

(C) Moment M₃

Die Positionen und Drehrichtungen der Ausgleichs gewichte ergeben sich aus der Fig.2, und eine unausgeglichene Masse eines Ausgleichsgewichtes wird angenommen mit m_ß = '' ^{so daß äie unter} Punkt a) genannte schwingungserzeugende Kraft zweiter Ordnung ausgeglichen wird. Wenn die Zentrifugalkraft eines Ausgleichsgewichtes mit F bezeichnet wird, dann kann F durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Dann ergibt sich das Kippmoment des rechten Ausgleichsgewichtes 9' um die Kurbelwelle als Summe der Momente:

Moment infolge der in χ Richtung wirkenden Kraft:

2Θ; und

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Moment der in y Richtung wirkenden Kraft; Fx.cos 2Θ.

Das Kippmoment M-, . des rechten Ausgleichsgewichtes 9¹ ergibt sich dann aus folgender Gleichung

^M3rechts ⁼ " *Y^².^{Q +} ^os 2Θ.

Ebenso ergibt sich das Kippmoment des linken Ausgleichsgewichtes um die Kurbelwelle als Summe der Momente: .

Moment infolge der in χ Richtung wirkenden Kraft:

Fy~sin 2Θ; und
Moment infolge der in y Richtung wirkenden Kraft:

- FX2COS 2Θ.

Es ergibt sich also das Kippmoment Μ~,. , des linken Ausgleichsgewichtes 9 aus der folgenden Gleichung:

^M31inks ^{= F}y2^{sin 2Θ} " ^Fx2^{cos 2Θ}·

Es können daher die beiden Kippmomente M₃ der beiden Ausgleichsgewichte folgendermaßen ausgedrückt werden:

^M3 ^{= M}3rechts ^{+ M}31inks " ~^F L ⁽^1 " Y₂ ^{)sin2e +} ^₂-^^)cos2Q]

Wenn die Beziehung Y₁ - y- = yiy^ 0) in die vorge- \ nannte Gleichung substituiert wird, dann ergibt sich aus der Gleichung für das Kippmoment M^ folgende Beziehung:

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M = -F[y sin20 + (X₃ - X^) cos 2θ]

^2 [y sin 2Θ + (χ₂ - X₁) cos 2θ].

Als Ergebnis ergibt sich das schwingungserzeugende Gesamtmoment M des Motors aus folgender Beziehung: M = M₁ + M₂ + M₃

= (-4mr²üi²-^sin29- 4mr²o) t₄sin40 - ...)

-ITD. r f(a₂sin29 + b₂cos29) + (a₄sin46 + b₄cos46)

- 2mr ^2 j~y sin29 + (x₂ -x..)cos20~j.

In der vorstehenden Gleichung sollen nur die Ausdrücke zweiter Ordnung betrachtet werden, weil die Ausdrücke höherer Ordnungen einen kleineren Einfluß besitzen und infolgedessen v/egge lassen werden können. Es ergibt sich daraus für das schwingungserzeugende Gesamtmoment M folgende vereinfachte Gleichung:

M= (2mrV-iTD²ra₉ - 2^y) ·₅χη2θ + Γ -TD²rb₉ - 2MTWJx₂-X₁)J cos2e

wobei

*. tan"¹ ist. Zmr^üj² -iTD^ra, - 2mr_i/„
• "X" ^y

Um die Schwingungserzeugenden Momente soweit wie möglich zu verringern, müssen die Ausgleichsgewichte derart angeordnet sein, daß der Wert M als Funktion seiner Parameter y, X₁ und X₂ sein Minimum annimmt. Zur Erfüllung dieser Forderung wurde

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eine Reihe von Versuchen mit einem 4-Zylindermotor durchgeführt, der folgende technische Daten aufwies: Gesamthubraum 1995 cm , hin- und hergehende Masse m 795 g, Kurbelradius r 45 mm, Länge 1 der Pleuel 166 mm, Bohrungsdurchmesser D 84 mm und Kurbelverhältnis X=3,688. Die Ergebnisse dieser Experimente sind unter Verwendung von geeigneten Werten für die Parameter y, X₁, X₂ in den Fig.3 bis 37 dargestellt, wobei die Linien für gleiche Schwingungserzeugende Momente für bestimmte Werte der Parameter eingezeichnet sind. In den Fig.3 bis 37 ist auf der Abszisse die Motordrehzahl aufgetragen, während auf der Ordinate die Motorleistung aufgetragen ist. Die harmonischen Schwingungskoeffizienten zweiter Ordnung des durch den Verbrennungsdruck hervorgerufenen Momentes werden dadurch bestimmt, daß die gewünschten Werte für die mittleren indizierten Drücke P . abgelesen werden, die sich aus den in der Fig.38 aufgetragenen Versuchsergebnissen ergeben. Im Hinblick hierauf ergibt sich das Verhältnis zwischen den dargestellten mittleren effektiven Drücken und der dargestellten Leistung aus folgender Gleichung:

wobei H die Leistung in PS angibt, V den Gesamthubraum in cm , N die Drehzahl des Motors in U/min und P . den im Diagramm dargestellten mittleren effektiven Druck in kg/cm .

In den Diagrammen für Schwingungserzeugende gleiche Momente, die in den Fig.3 bis 37 dargestellt sind, bezeichnet der Buchstabe M das Schwingungserzeugende Moment, der Buchstabe P die Ausgangsleistung des 4-Zylindermotors, der bei den Versuchen eingesetzt wurde, und der Buchstabe R die Fahrwiderstände während des normalen Fahrbetriebes des Fahrzeuges,

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in welches der Motor eingebaut ist. Die in Klammern gesetzten' Angaben (y =\ 0, -χ.~ ~ ^xi ⁼ °) ' die. unter der Abszisse der vorgenannten Diagramme eingetragen sind, z.B. bei der Fig.35, bedeuten, daß bei y = 0 der Abstand zv/ischen den Achsen der beiden Ausgleichsgewichte in der Axialrichtung der Motorzylinder Null ist, nämlich daß die Achsen der Ausgleichsgewichte auf einer Horizontalen liegen, während der Ausdruck x~ - χ =0 bedeutet, daß die beiden Ausgleichsgewichte in einem gleichen Abstand von der Ebene liegen, in welcher die Längsachsen der Motorzylinder und die Achse der Kurbelwelle angeordnet sind.

Das Verhalten des Schwingungserzeugenden Momentes M soll nun in Verbindung mit dem in der Fig.5 dargestellten Diagramm untersucht werden, wobei dies nur beispielsweise erfolgt. Bei der Betrachtung des Diagrammes ergibt sich, daß das schwingungserzeugende Moment sein Minimum im Bereich von M = 5 hat und mit zunehmender Drehzahl und zunehmender Leistung ansteigt und die Werte 10, 15, 20, 25 ... annimmt.

Aus dieser Untersuchung ergibt sich also, daß die geeignetste Position der Ausgleichsgewichte für entsprechend ausgewählte Betriebszustände des Fahrzeugmotors oder des Lastkraftwagenmotors bestimmt werden können.

■ ' j . ■■■ '

Für den Fahrzeugmotor, der meistens während des Reisezustandes, also im Bereich der Fahrwiderstände eingesetzt wird, erhält man einen Motor, vorausgesetzt, daß die Ausgleichsgewichte derart angeordnet„sind, daß die Fahrwiderstände in einem Bereich auftreten, in welchem die Motorschwingungen ein Minimum besitzen, der.bemerkenswert niedrigere Schwingungen über einen sich von einer hohen zu einer niedrigen Drehzahl

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erstreckenden großen Fahrbetrieb aufweist, ohne daß eine sehr starke Änderung der Konstruktion, des herkömmlichen, Hubkolbenmotors erforderlich ist.

Bei einem Kompaktfahrzeug, dessen Motor mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichssystera ausgestattet ist, ergibt sich die beste Position der Ausgleichsgewichte aus den Diagrammen für die Schwingungserzeugenden gleichen Momente dann, wenn der senkrechte Abstand zwischen den Ausgleichsgewichtswellen etwa 75% der Pleuellänge 1 beträgt und wenn die Abstände des linken und rechten Ausgleichsgewichtes von der Achse der Zylinder einen gleichen Abstand besitzen. Wie aus der Fig.20 zu entnehmen ist, liegt die Widerstandskurve im Reisezustand R bei der besten Anordnung der Ausgleichsgewichte in einem Bereich des minimalen Schwingungserzeugenden Momentes M = 5, wobei die Bedingung erfüllt ist (y = 0,75*1, χ - χ = ο). Obwohl die Werte zur Bestimmung der besten Position der Ausgleichsgewichte sich etwas mit der Fahrzeuggröße, dem Motortyp und den Motorabmessungen ändern, können diese Werte für den bestimmten Zweck sehr gut aus den entsprechenden Diagrammen für die schwingungserzeugenden gleichen Momente entnommen werden.

Bei stationären Industriemotoren, bei welchen die Arbeitsdrehzahlen und die Last im wesentlichen konstant sind, muß andererseits im Gegensatz zu Kraftfahrzeugmotoren nicht der ganze Drehzahlbereich befriedigend ausgeglichen werden. Die beste Position der Ausgleichsgewichte kann daher derart bestimmt werden, daß die kleinsten Motorschwingungen im Arbeitsbereich auftreten.

Die gleichen Ergebnisse lassen sich sogar dann erreichen, wenn die Erfindung auf einen 4-Zylindermotor mit quer

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liegenden Zylindern (four-cylinder engine of transverse type).

Wie dies bereits ausführlich beschrieben wurde, weist der erfindungsgemäße 4-Zylinderreihenmotor folgende· Merkmale in einer beliebigen Kombination auf:

a) Zur Erzielung eines befriedigenden Motorbetriebes und einer befriedigenden Motorkonstruktion wird der Abstand y zwischen den paarweise angeordneten Ausgleichsgewichten in Axialrichtung der Motorzylinder derart gewählt, daß er 15 bis 135% der Länge der Pleuelstangen entspricht;

b) zur Erzielung eines befriedigenden Motorbetriebes und einer befriedigenden Motorkonstr.uktion wird die Differenz zwischen den Abständen x.. und x„ der Ausgleichsgewichtsachsen, von der Ebene, in welcher die Längsachsen der Zylinder und die Achse der Kurbelwelle liegen, ebenfalls derart bestimmt, daß sich ergibt -0,5· 1^x₂ - X₁ <+0,5-1 (wobei 1 die Länge

. der Pleuelstangen, x~ der Abstand zwischen dem unteren Ausgleichsgewicht und einer Ebene, in welcher die Längsachsen der Zylinder und die Achse der Kurbelwelle liegen, und wobei x- der Abstand zwischen dem oberen Ausgleichsgewicht und dieser Ebene sind);

' I

c) das untere Ausgleichsgewicht wird in einer entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kurbelwelle liegenden Richtung angetrieben, während das obere Ausgleichsgewicht in der gleichen Richtung wie die Kurbelwelle angetrieben -wird,

d) im Normalfall ist der Schwerpunkt des Ausgleichsgewichtes so dicht wie möglich zur Längsachse des Motors angeordnet,

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um die Ausbildung eines Kippmomentes zu vermeiden.

Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können die Ausgleichsgewichte jedoch auch in der Längsrichtung der Ausgleichsgewichtswellen verteilt angeordnet sein, wie dies in den Fig.39a und 39b dargestellt ist. In diesen Figuren ist z.B. zu erkennen, daß ein Ausgleichsgewicht in zwei Hälften unterteilt ist, die zusammen die gleiche Masse besitzen und in einem gleichen Abstand zum ungeteilten Ausgleichsgewicht angeordnet sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig.39b) ist ein Ausgleichsgewicht in Teile mit unterschiedlichen Massen unterteilt, wobei diese Teile in einem umgekehrten proportionalen Verhältnis zu ihren Massen in Bezug zum ungeteilten Ausgleichsgewicht angeordnet sind. Diese Vorschläge zur Konstruktion eines Motors können in geeigneter Weise abgeändert werden.

Wie bereits ausgeführt wurde, kann ein gemäß der Erfindung konstruierter Motor die vorgenannten Merkmale a) bis d) in beliebiger Kombination und die zwei in den Fig.39a und 39b abgewandelten Konstruktionsmerkmale aufweisen. Es ergibt sich daraus als Vorteilter Erfindung, daß a) die schwingungserzeugende Kraft, die von den hin- und hergehenden Massen erzeugt wird, b)| das schwingungserzeugende Moment, das von den hin- und hergehenden Massen erzeugt wird, und c) das schwingungserzeugende Moment, das von dem Verbrennungsdruck erzeugt wird, durch die Verwendung eines Ausgleichsgewichtspaares eliminiert werden können, ohne daß wesentliche Änderungen der Konstruktion des herkömmlichen Hubkolbenmotor erforderlich sind.

Gemäß der Erfindung ergibt sich daher durch die Verwendung

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des neuen Massenausgleichssystems ein Motor, der bemerkenswert einfach in seiner Konstruktion und preiswert herzustellen ist und dessen Schwingungen wesentlich verringert sind, ohne daß seine Leistung im Vergleich zu e'inem herkömmlichen Motor verkleinert ist.

Der erfindungsgemäße Motor ist nicht notwendigerweise auf die Verwendung nur eines Ausgleichsgewichtspaares beschränkt, sondern kann zwei oder mehrere Ausgleichsgewichtspaare aufweisen. .

Natürlich kann auch das Seitenverhältnis umgedreht sein (jedoch muß das Verhältnis zwischen der senkrechten Anordnung und der Drehrichtung der Ausgleichsgewichte konstant bleiben, so daß das untere Ausgleichsgewicht entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle gedreht wird), um gleiche Ergebnisse zu erzielen und um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.

Obwohl die vorgenannten Ausführungsbeispiele nur in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine beschrieben sind, kann das erfindungsgemäße Massenausgleichssystem z.B. auch bei anderen Maschinen mit hin- und hergehenden Massen eingesetzt werden, wie z.B. bei einer Pumpe oder bei einem Kompressor, wobei gleiche Ergebnisse erzielt werden.

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Claims

Patentansprüche

Schwingungsdämpfungssystem für eine Maschine mit wenigstens einem Zylinder, in welchem sich entlang der Längsachse wenigstens ein Kolben hin- und herbewegt, wobei der Kolben mittels einer Pleuelstange an einer drehbar gelagerten Kurbelwelle angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet , daß

a) wenigstens ein Paar drehbar gelagerter Ausgleichsgewichte (9, 9¹) vorgesehen ist, wobei ein oberes Ausgleichsgewicht (9') jeden Paares in einem seitlich vom oberen Totpunkt gelegenen Bereich (x<|) und ein unteres Ausgleichsgewicht (9) jeden Paares in einem seitlich vom unteren Totpunkt gelegenen Bereich (x₂) angeordnet ist, und daß

b) eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Ausgleichsgewichte in entgegengesetzte Richtungen antreibt, wobei die Drehung des unteren Ausgleichsgewichtes

(9) entgegengesetzt zur Drehung der Kurbelwelle (1) erfolgt.

2. Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das obere Ausgleichsgewicht (9¹) in einem seitlich vom oberen Totpunkt gelegenen Bereich (X₁) und ein unteres Ausgleichs-

_; gewicht (9) in einem seitlich vom unteren Totpunkt gelegenen Bereich· (x„) angeordnet 1st.

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Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das obere Ausgleichsgewicht (9¹) und das untere Ausgleichsgewicht (9) auf gegenüberliegenden Seiten einer Ebene angeordnet sind, in welcher die Längsachse (10) wenigstens eines Zylinders (8) und die Rotationsachse der Kurbelwelle (1) liegen.

Schwingungsdämpfungssystem- nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenz-der Abstände des unteren Ausgleichsgewichtes (9) und des oberen Ausgleichsgewichtes (9¹) von der. Ebene, in welcher die Längsachse (10) wenigstens eines Zylinders (8) und die Rotationsachse der Kurbelwelle (1) liegen, im Bereich von -0,5"1 ^ X2 - X-] <+ 0,5-1 liegt, wobei 1: der Länge der Pleuelstange,

χ«: dem Abstand zwischen dem unteren Ausgleichsgewicht (9) und der Ebene und

X₁: dem Abstand zwischen dem oberen Ausgleichsgewicht (9V) und der Ebene entsprechen.

Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (y) zwischen den Rotationsachsen des oberen und unteren Ausgleichsgewichtes (9 ' , 9) ', der' in einer zur Längsachse (10) des Zylinders (8) parallelen Ebene gemessen ist, im Bereich zwischen 15% - 135% der Strecke (1) zwischen den Änlenkpunkten der Pleuelstange (2) am Kolben (7) und am Kurbelzapfen (4) der Kurbelwelle (1) beträgt.

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6. Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehzahl der Ausgleichsgewichte (9¹, 9) doppelt so groß wie Drehzahl der Kurbelwelle (1) 1st.

7. Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Ausgleichsgex^icht (9¹, 9) einen Körper besitzt, dessen Schwerpunkt außerhalb der Rotationsachse liegt.

8. Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Moment um die Rotationsachse der Kurbelwelle(1), das durch die Drehung des unteren Ausgleichsgewichtes (9) hervorgerufen wird, gegenüber, dem Moment phasenverschoben ist, das durch die Bewegung des Kolbens (7), der Pleuelstange (2) und der Kurbelwelle (1) hervorgerufen wird,, und daß das Moment, das durch die Drehung des oberen Ausgleichsgewichtes (9¹) hervorgerufen wird, in die entgegengesetzte Richtung wirkt wie das durch die Bewegung des Kolbens, der Pleuelstange und der Kurbelwelle hervorgerufene Moment.

9. Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgewichtspaar (9, 9¹) etwa in der Längsmittelebene der Maschine angeordnet ist.

10. Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Hubkolbenverbrennungsmotor ist.

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11. Schwingungsdämpfungs sys tem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolbenmotor ein MehrZylinderreihenmotor ist, wobei die Längsachsen (10) der Zylinder (8) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

12. Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kolben (7) auf der gleichen Seite der Kurbelwelle (1) angeordnet sind.

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