DE3302364C2

DE3302364C2 - Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor

Info

Publication number: DE3302364C2
Application number: DE19833302364
Authority: DE
Inventors: Kobayashi Tokio/Tokyo Kazuaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1986-07-31
Also published as: GB2114709B; GB8300338D0; GB2114709A; JPS58128546A; DE3302364A1

Abstract

Bei einem Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor, bei welchem jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann erreichen, wenn der Kurbelwinkel 0 ° und 180 ° erreicht, ist ein Hauptgewichtsabschnitt vorgesehen, welcher so ausgebildet ist, daß er in jenen Abschnitten schwerer ist, die den Kurbelwinkeln von 90 ° und 270 ° entsprechen, als beim Rest des Schwungrades. Bei diesem Schwung rad ist es möglich, die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems des Motors zu erhöhen, während man gleichzeitig ein Massenträgheitsmoment erreicht, welches erforderlich ist, um die Drehmomentänderungen des Motors zu verringern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor, bei welchem jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann erreichen, wenn der Kurbelwinkel einen Wert von 0° und 180° annimmt.

Bei herkömmlichen Schwungrädern wurde nicht speziell unterschieden, ob diese bei einem Vierzylindermotor oder einem Sechszylindermotor zur Anwendung kommen sollten, d. h. es wurden im wesentlichen gleichartige Schwungräder für diese verschiedenen Arten von Motoren verwendet.

Im folgenden wird der Stand der Technik in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. IA eine Vorderansicht eines herkömmlichen Schwungrades,

Fig. IB eine Schnittansicht durch das Schwungrad der Fig. IA.

In den F i g. 1A und 1B ist ein Beispiel eines herkömmlichen Schwungrades für einen Kraftfahrzeugmotor gezeigt, wobei das Schwungrad 1 Schrauben-Einführöffnungen 2 aufweist, um das Schwungrad 1 mit einer Kurbelwelle des Motors mittels Schrauben zu verbinden, sowie eine Anlagefläche 3, die in Anlage an eine Kupplungsscheibe bringbar ist, einen Zahnkranz 4, der beim Anlassen des Motors in Eingriff mit dem Ritzel eines Anlassers bringbar ist, wobei der Zahnkranz 4 üblicherweise in den Körper des Schwungrades eingepreßt ist, und einen Hauptgewichtsbereich 5 mit einem hohen polaren Massenträgheitsmoment, der dazu dient, die Motor-Drehmomentänderungen sowie die Änderungen in der Drehzahl des Motors zu verringern.

Allgemein ist das Massenträgheitsmoment eines rotierenden Körpers dann, wenn das Gewicht des Körpers konstant ist, zum Drehradius des Körpers proportional. Somit war es die übliche Praxis, daß der Hauptgewichtsbereich 5 in ringartiger Form in einem Abschnitt des Schwungrades in der Nähe seines Außenumfanges vorgesehen ist.

Die oben erwähnte, herkömmliche Anordnung, bei weicher der Hauptgewichtsbereich in ringartiger Form in einem Abschnitt des Schwungrades in der Nähe seines Außenumfanges vorgesehen ist, wie oben erwähnt, ist dahingehend von Vorteil, daß ein hohes Trägheitsmoment für sein Gewicht erreicht werden kann, so daß gesagt werden kann, daß dies eine außerordentlich geeignete Ausbildung für ein Schwungrad bildet, zu dem Zweck, die Motor-Drehmomentänderungen auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

Bei einem herkömmlichen Vierzylinder-Reihenmotor erreichen jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann, wenn der Kurbelwinkel 0° und 180° erreicht so daß für jeweils eine Drehung von 180° der Kurbelwelle in den vier Zylindern aufeinanderfolgend eine Verbrennung stattfindet. Im Fall, in dem ein Vierzylinder-Reihenmotor, der mit einer Kraftübertragung mit direkter Kupplung kombiniert ist, in einem Kraftfahrzeug angebracht wird, wird die natürliche Frequenz der Biegeschwingung, welche in einer solchen Kombination stattfindet der natürlichen Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems sehr nahe kommen, welches dem Vierzylinder-Reihenmotor zugeordnet ist so daß die Neigung besteht daß zwischen den beiden natürlichen Frequenzen Resonanz auftritt. Es liegt somit infolge einer solchen Resonanzerscheinung die Neigung vor, daß die Schwingung des Motors zusammen mit jener der Kraftübertragung soweit in manchen Typen eines Kraftfahrzeuges erhöht wird, daß eine solche Schwingung auf die Kraftfahrzeugkarosserie übertragen wird, um als »Dröhngeräusch« vom Fahrer und/oder Fahrgast empfunden zu werden. Um das Auftreten der oben erwähnten Resonanzerscheinung zu vermeiden, ist es lediglich erforderlich, daß man die beiden oben erwähnten natürlichen Frequenzen voneinander unterschiedlich einstellt. In jenem Fall, in welchem eine Kraftübertragung mit einem Vierzylinder-Reihenmotor kombiniert ist, wurde allerdings empirisch gezeigt daß es, vom Standpunkt der Grundkonstruktion aus gesehen, technisch nahezu unmöglich ist, eine genügend steife Anordnung zu finden,.um die natürliche Frequenz der Biegeschwingung der resultierenden Konstruktion gegenüber der herkömmlichen Konstruktion zu erhöhen. Beim Kurbelwellensystem eines Vierzylinder-Reihenmotors wird die Biegeschwingung durch die Tatsache erzeugt daß die Kurbelwelle nach oben und unten an den Kurbelwinkeln von 0° und 180° gebogen wird, so daß das Schwungrad oszillierenden Schwingungen ausgesetzt ist; wenn man versucht, die Frequenz einer solchen Biegeschwingung von der Resonanzfrequenz abweichen zu lassen, indem man die Steifigkeit der Kurbelwelle verringert, um deren natürliche Schwingungsfrequenz zu verringern, dann besteht die Neigung zum Auftreten einer erhöhten Schwingung, wenn der Motor bei seinem normalen Drehzahlbereich unter 6000 min-¹ arbeitet, so daß man das Problem eines rumpelnden Geräusches verursacht. In diesem Zusammenhang könnte in Betracht gezogen werden, daß die natürliche Schwingungsfrequenz der Kurbelwelle auch so abgeändert werden könnte, daß sie höher ist, indem man entweder die Steifigkeit der Kurbelwelle erhöht oder das Gewicht des Schwungrades verringert.

Es ist allerdings offensichtlich, daß der erstgenannte Vorschlag angesichts des Gewichtes nachteilig ist und der letztgenannte Vorschlag ebenfalls dahingehend nachteilig ist, daß das Schwungrad nun nicht mehr das erforderliche Massenträgheitsmoment erreicht, um die Motordrehmomentschwingungen im notwendigen Bereich zu unterdrücken.

Aus der Zeitschrift MWM-Nachrichten, Heft 1. 1957, S. 51 bis 63, ist eine Abhandlung über Biegeschwingungen der Kurbelwelle von Kolbenmaschinen mit Berücksichtigung der Kreiselwirkung des Schwungrades bekannt. Dabei werden mit Hilfe verschiedenster Gleichungsansätze Frequenzschaubilder für die Schwingungen ersten und zweiten Grades der Kurbelwelle erstellt.

Weiterhin erfolgt eine theoretische Behandlung der Bewegungsgleichungen des Kurbelwellensystems eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art Zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens des gesamten Systems wird dem Fachmann offenbart, bei der konstruktiven Gestaltung des Systems dieses so unelastisch wie möglich zu gestalten und die schwingende Masse auf eine vertretbar geringe Größe zu bringen. Dadurch wird eine Erhöhung der Eigenfrequenzen des Systems erreicht. Die benötigte Erhöhung der Biegesteifigkeit kann durch eine kräftigere Ausbildung der Kurbelwellen und durch eine entsprechende Ausgestaltung, Anordnung und Versteifung der Lagerung, insbesondere der Stützlager der Kurbelwelle erzielt werden. Diese vorgeschlagenen konstruktiven Gesichtspunkte bringen insgesamt den entscheidenden Nachteil mit sich, daß die Gesamtmasse eines derartigen Motors nicht unwesentlich erhöht wird. Eine derartige Gewichtserhöhung erweist sich insbesondere bei den heute üblichen, mit geringem Kraftstoffverbrauch auskommenden Klein- und Mittelklassewagen als besonders nachteilig. Außerdem erhöhen sich die Kosten für die Herstellung eines derartigen Motors mit einer entsprechend groß dimensionierten Kurbelwelle und entsprechenden Lagern ganz beträchtlich.

Aus dem japanischen Patent JP 55-63 035 (A) ist ein Schwungrad bekannt, welches sich durch eine extreme Größe und Masse auszeichnet. Um ein derartiges Schwungrad im Straßenverkehr transportieren zu können, wurden zwei Seiten des im ursprünglichen Zustand kreisscheibenförmigen Schwungrades entfernt. Auf diese Weise erhält das Schwungrad eine Breite, welche einen problemlosen Transport auf einem Lastkraftwagen gestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwungrad der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei niedrigen Herstellungskosten und geringer Masse das Schwingungsverhalten des Kurbelwellensystems verbessert und Resonanzen mit den Schwingungsfrequenzen des übrigen Motors verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schwungrad einen Hauptgewichtsbereich mit ringförmig um den Umfang verteilter Masse aufweist, der an den Stellen, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen, mit zwei diametral gegenüberliegenden Teilbereichen mit höherem Gewicht versehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 2A eine Vorderansicht des Schwungrads,

F i g. 2B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der F i g. 2A,

F i g. 2C eine Schnittansichl entlang der Linfe B-B der F i g. 2A und

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Schwingungsverhaltens eines Kurbelwellen-Schwungradsystems.

In den Fig. 2A bis 2C ist ein Schwungrad 1 dargestellt, wobei Teile, welche jenen der Fig. IA und IB entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Schwungrad 1 weist Schrauben-Einführungsöffnungen 2, einer Berührungsfläche 3 und einem Zahnkranz 4 auf, wobei diese Elemente im Aufbau jenen des oben erwähnten herkömmlichen Schwungrades entsprechen. Das Schwungrad 1 ist mit einem Hauptgewichtsbereich versehen, der einen Teilbereich 5a umfaßt, der in ringförmiger Gestalt längs des Außenumfanges des Schwungrades vorgesehen ist, sowie zwei Teilbereiche 5b. die an jenen Stellen und in deren Nachbarschaft vorgesehen sind, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen, und zwar derart, daß sie in zwei Bereichen nahe dem Außenumfang des Schwungrades konzentriert sind. In diesem Zusammenhang kann in Betracht gezogen werden, daß die Tatsache, daß der Hauptgewichtsbereich 5 aus den oben erwähnten Teilbereichen 5a und 5b gebildet ist, jenem Fall entspricht, in welchem der Hauptgewichtsbereich 5.der in Fig. IA

ίο und 1B gezeigt ist, in zwei Arten von Bereichen unterteilt ist, so daß das Gesamtträgheitsmoment jener Teilbereiche 5a und 5b im wesentlichen gleich wird dem Trägheitsmoment des Hauptgewichtsbereichs 5, der in Fig. IA und IB gezeigt ist. Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Schwungrad möglich, die Motor-Drehmomentänderungen in einem im wesentlichen gleichen Ausmaß wie das herkömmliche Schwungrad zu verringern, das in Fig. IA und IB gezeigt ist; es ist jedoch dank der Tatsache, daß die Teilbereiche 5a und 5b des Hauptgewichtsbereichs symmetrisch bezüglich der Kurbelwelle angeordnet sind, ebenfalls möglich, das Auftreten der gewichtsbedingten Unwucht zwischen ihnen zu vermeiden, so daß die Auswuchtung auf dieselbe Weise wie beim Stand der Technik erfolgen kann.

Als nächstes wird der Betrieb des Schwungrades beschrieben. F i g. 3 ist eine Ansicht, die zur Erläuterung der Biegeschwingung eines Kurbelwellensystems beiträgt. Bei diesem Vierzylinder-Reihenmotor wird die Verbrennungsbelastung auf die Kurbelwelle 6 in einer solchen Richtung aufgebracht, wie durch einen Pfeil Cin F i g. 3 gezeigt ist, und zwar jedesmal, wenn der Kurbelwinkel 0° und 180° erreicht; demzufolge wird die Kurbelwelle 6 in eine nach oben und unten gerichtete Schwingung derart versetzt, daß das Schwungrad in solchen Richtungen oszillierend schwingt, wie dies durch die Pfeile D in F i g. 3 gezeigt ist. In anderen Worten, die Kurbelwelle 6 ist einer Biegeschwingung ausgesetzt und veranlaßt somit die oszillierende Schwingung des Schwungrades 1. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor wird infolge der Tatsache, daß die Verbrennungsbelastung jedesmal dann aufgebracht wird, wenn die Kurbelwelle die Winkellagen von 0° und 180° einnimmt, wie dies oben erwähnt wurde, die Schwingung des Schwungrades in den Richtungen bewirkt, welche den Kurbelwinkeln von 0° und 180° entsprechen. Wenn man somit das Trägheitsmoment jener Abschnitte des Schwungrades verringert, welche derartigen Kurbelwinkeln entsprechen, ist es möglich, die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems zu erhöhen. Auf diese Weise kann die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems gegenüber der natürlichen Frequenz der Biegeschwingung des Motors an sich zu einer Abweichung gebracht werden, so daß Resonanzerscheinungen vermindert werden können.

Gemäß der Erfindung wird zum Verringern des Trägheitsmoments des Schwungrades in den Richtungen, welche den Kurbelwinkeln von 0° und 180° entsprechen, oder den Schwingungsrichtungen des Schwungrades, das Gewicht des Hauptabschnittes des Schwungrades, in den Richtungen gesehen, die den Winkeln von 0° und 180° entsprechen, verglichen mit einem herkömmlichen Schwungrad, verkleinert, während das Gewicht des üauptgewichtsbereichs des Schwungrades, in den Richtungen gesehen, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen, gegenüber dem herkömmlichen Schwungrad vergrößert wird, was keinerlei Auswirkung auf die oszillierende Bewegung des Schwungrades aus-

übt, wobei das Massenträgheitsmoment des gesamten Schwungrades so eingestellt wird, daß es im wesentlichen äquivalent jenem des herkömmlichen Schwungrades ist. Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein erforderliches Massenträgheitsmoment erreicht werden, um die Motor-Drehmomentänderungen zu verringern, während gleichzeitig die natürliche Frequenz der Biegeschwingung des Kurbelwellensystems so erhöht werden kann, daß sie gegenüber der des gesamten Motors abweicht, so daß das Ausmaß der auftretenden Resonanzerscheinung verringert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims

Patentansprüche:

1. Schwungrad für einen Vierzylinder-Reihenmotor, bei welchem jeweils zwei der vier Zylinder ihre oberen Totpunkte jedesmal dann erreichen, wenn der Kurbelwinkel einen Wert von 0^c und 180° annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad einen Hauptgewichtsbereich (5) mit ringförmig um den Umfang verteilter Masse (5a) aufweist, der an den Stellen, die den Kurbelwinkeln von 90° und 270° entsprechen, mit zwei diametral gegenüberliegenden Teilbereichen (Si^mit höherem Gewicht versehen ist.

2. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche mit höherem Gewicht (5b) von dem Hauptgewichtsbereich (5a) radial zur Drehachse weisend ausgebildet öind.