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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses von Verbrennungsmotoren
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen
der Stellung der Kurbelwelle mit exzentrischen Kurbelwellen-Hauptlagerträgern.
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Konstruktionen
für Motoren
mit exzentrischen Kurbelwellen-Hauptlagerträgern sind seit einiger Zeit
bekannt. In diesen Motoren werden die exzentrischen Hauptlager rotiert,
um die Rotationsachse der Kurbelwelle einzustellen. Erhebliche Kräfte lasten
während
des Betriebs des Motors auf den exzentrischen Hauptlagerträgern, wodurch
verursacht wird, dass die exzentrischen Hauptlagerträger sich aus
der Fluchtlinie heraus verwinden. Eine schlecht fluchtende Anordnung
der exzentrischen Hauptlagerträger
ist für
diese Motoren ein Problem, da sogar geringe Beträge an Fluchtungsfehler der
Hauptlager schnell zu einem Ausfall des Hauptlagers führen können. Ein
weiteres Problem bei Motoren mit exzentrischen Hauptlagerträgern ist
das einer niedrigen Eigenschwingungsfrequenz. Der Betrieb dieser
Motoren bei oder nahe der Eigenfrequenz der exzentrischen Hauptlagerträger kann
den Motor zerstören. Die
niedrige Eigenfrequenz dieser Motoren ist ein Problem, da die Motoren
nicht bei Geschwindigkeiten betrieben werden können, die zur Verwendung des Motors
in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und anderen Anwendungen erforderlich
sind.
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Motoren
mit nur einem Zylinder und zwei Hauptlagern können eine viel größere Verwindung der
Hauptlagerträger
aushalten, da die Kurbelwelle sich selbst innerhalb der zwei Lager
frei fluchten kann. Maschinen mit einem einzigen Zylinder werden indes
auf den wichtigsten Automobilmärkten
nicht verwendet. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das
Schaffen eines exzentrischen Hauptlagerträgers für Motoren mit mehr als einem
Zylinder, der eine lange Hauptlager-Lebensdauer, eine hohe Eigenfrequenz
und niedrige Herstellungskosten bereitstellt. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines exzentrischen
Hauptlagerträgers,
der die Gesamtgröße und Masse
des Motors nicht maßgeblich
verändert.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind das Schaffen eines kompakten
exzentrischen Hauptlagerträgers,
der das Ausgleichen der primären
Kurbeltriebkräfte
und die Verwendung einer herkömmlichen
Pleuelstange ermöglicht,
die eine Länge
hat, die nicht mehr als dem Zweieinviertelfachen des Hubs des Motors
entspricht.
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Die
Europäische
Patentschrift EP 345-366-A, erteilt am 13. Dezember 1989 an Buffoli, zeigt
einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis mit einem unteren Hauptlagerträger 30 und
einem oberen Hauptlagerträger 41,
die mit Schrauben 49 aneinander befestigt sind. Die auf
die Hauptlagerträger
angewandte Kraft, die ihre Verwindung verursacht, ist proportional
zur Querschnittsfläche
der Arbeitszylinderbohrung und zum Arbeitszylinderdruck. Der Hauptlagerträger 30 umfasst
fünf untere
hemisphärische
Scheibensegmente, die durch eine untere Wange verbunden sind. 1 von
EP 345-366-A zeigt,
dass die Wange relativ zur Querschnittsfläche der Arbeitszylinderbohrung
eine kleine Querschnittsfläche
hat. 1 zeigt auch, dass die Querschnittsfläche der
unteren Wange etwa 3,8% der geplanten Fläche der Exzenterelement-Baugruppe
entspricht, wo die Fläche
des Exzenterelements auf einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse
der Kurbelwelle geplant ist. Die untere Wange hat auch eine kurze
Länge und
erstreckt sich über
eine kurze Bogenlänge
um die Schwenkachse des Hauptlagerträgers, etwa 63 Grad. Die Wange
mit ihrer geringen Fläche
und kurzen Länge
ist nicht in der Lage, einen starren Träger für die Hauptlager bereitzustellen.
Zudem hat das Teil aufgrund seiner fehlenden Starrheit eine niedrige
Eigenfrequenz. Die Länge
und Fläche
der Wange können
nur um einen kleinen Betrag nach unten erweitert werden, ohne eine
mechanische Beeinträchtigung der
Pleuelstange zu verursachen.
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Auf ähnliche
Weise umfasst der Hauptlagerträger 41 fünf obere
hemisphärische
Scheibensegmente, die durch eine obere Wange verbunden sind. 1 zeigt
auch, dass die obere Wange relativ zur Größe der Querschnittsfläche der
Arbeitszylinderbohrung eine kleine Querschnittsfläche hat.
Die obere Wange hat eine kurze Länge
und erstreckt sich über
eine kurze Bogenlänge
um die Schwenkachse des Hauptlagerträgers. Die Länge und Fläche der oberen Wange kann nicht
erheblich nach oben vergrößert werden,
ohne eine mechanische Beeinträchtigung
der Pleuelstange zu verursachen. Die kleine Querschnittsfläche der
oberen und unteren Wange und die kleine Bogenlänge der oberen und unteren Wange
sind nicht in der Lage, eine präzise
Fluchtlinie der Hauptlager beizubehalten, und infolgedessen würden die
Hauptlager des Motors, der in EP-345-366-A gezeigt wird, ausfallen.
Zudem haben die Hauptlagerträger
eine Eigenfrequenz, die zu niedrig ist, um den Motor kommerziell
lebensfähig
zu machen. Die Eigenfrequenz ist außergewöhnlich niedrig, da die gezeigte
Wange keine starre Struktur bereitstellt und die Exzenterscheiben
sind relativ zur Größe der Wange
massiv. Zusätzlich
ist es wahrscheinlich, dass die Masse des oberen Lagerträgers die
Eigenfrequenz des unteren Hauptlagerträgers weiter verringert, da
die oberen und unteren Hauptträger
des Lagers mit Schrauben fest aneinander befestigt sind, und es
ist wahrscheinlich, dass die Masse des unteren Lagerträgers die
Eigenfrequenz des oberen Lagerträgers
sogar noch weiter verringert. Der äußere Durchmesser der Hauptlagerträger könnte vergrößert werden
und die Wange könnte
dicker gemacht werden, um die Starrheit zu erhöhen, die vergrößerte Masse
der Scheibensegmente würde sich
indes negativ auf die Eigenfrequenz der Hauptlagersegmente auswirken.
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Demzufolge
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in Mehrzylindermotoren
mit exzentrisch getragenen Kurbelwellen-Hauptlagern jederzeit ein
starres Tragen und eine starre Fluchtlinie des Kurbelwellen-Hauptlagers
zu schaffen, um eine lange Hauptlager-Lebensdauer bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen
einer hohen Eigenfrequenz für
die Exzenterträger,
um den Betrieb des Motors über
den Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen, der zur kommerziellen
Verwendung des Motors erforderlich ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In
der vorliegenden Erfindung wird ein Kurbelwellenhalter, der aus
einem großen
primärem
Exzenterelement und kleinen Hauptlagerdeckeln zusammengesetzt ist,
verwendet, um die Kurbelwellen-Hauptlager in starrer Fluchtlinie
zu halten. Die Trennlinie zwischen dem primären Exzenterelement und den
Hauptlagerdeckeln ist ungefähr
vertikal, oder ungefähr
parallel zur Wirkungslinie des Arbeitszylinders ausgerichtet. Zusätzlich sind
die Lagerdeckel-Befestigungselemente horizontal über (näher am Kolben) und unter der
Kurbelwelle angebracht, und die Lagerdeckel-Brückendicke ist minimiert, um die
Kurbelwellen-Lagerdeckel in nächster
Nähe des äußeren Durchmessers
des Kurbelwellenhalters anzubringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das primäre
Exzenterelement aus Exzenterscheibensegmenten zusammengesetzt, die
durch Wangen starr verbunden sind, wobei die bogenförmige Spanne
der Wange um die Exzenterscheibensegmente größer als 120 Grad und vorzugsweise
größer als 150
Grad ist. Die große
bogenförmige
Spanne der Wange wird durch die große Größe des primären Exzenterelements relativ
zu den Hauptlagerdeckeln, durch die vertikale Ausrichtung der Trennlinie
und durch die Platzierung der Kurbelwellen-Hauptlager in nächster Nähe des äußeren Durchmessers
des Kurbelwellenhalters ermöglicht.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Querschnittsfläche der
Wange innerhalb der bogenförmigen
Spanne von 120 Grad größer als
35 Prozent der Querschnittsfläche
des Halters innerhalb der gleichen bogenförmigen Spanne von 120 Grad. Gleichzeitig
beträgt
der Durchmesser des primären Exzenterelements
vorzugsweise weniger als das 2,5fache des Durchmessers des Arbeitszylinders und
weniger als das 4fache des wirksamen Durchmessers der Kurbelwellen-Hauptlager, um eine
hohe Eigenfrequenz bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der
Wange in der Feldmitte zwischen den Exzenterscheiben größer als
40 Prozent der Querschnittsfläche
des Arbeitszylinders. Die große
angrenzende Fläche
der Wange stellt für
das primäre
Exzenterelement jederzeit eine hohe Starrheit und eine hohe Steifheit
und eine präzise
Fluchtlinie der Hauptlager bereit, was wiederum eine lange Lagerlebensdauer
bereitstellt, und der kleine Durchmesser der Exzenterscheiben stellt
ein leichtes Gewicht und eine hohe Eigenfrequenz bereit, wodurch ein
Betrieb des Motors über
den gesamten Geschwindigkeitsbereich, der für die kommerzielle Verwendung
des Motors erforderlich ist, bereitgestellt wird.
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Die
Wange ist zu den Exzenterscheiben hin tief bogenförmig ausgeschnitten,
um weiteres Tragen bereitzustellen, um die Verwindung des primären Exzenterelements
unter Motorzündungsbelastungen weiter
zu minimieren und die Eigenfrequenz des Kurbelwellenhalters weiter
zu maximieren. Die Querschnittsfläche der Wange ist vorzugsweise
an einem Viertel der Spannweite zwischen den Exzenterscheibensegmenten
mindestens 20 Prozent größer als
die Querschnittsfläche
der Wange in der Feldmitte zwischen den Exzenterscheiben. Das primäre Exzenterelement
ist vorzugsweise ein in einem Stück
gegossenes Teil und die Wange ist angrenzend und hat keine großen Löcher. Zudem
beträgt
die Gesamtmasse der Lagerdeckel in der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weniger als 25 Prozent der Masse des
primären
Exzenterelements und infolgedessen bewirken die Lagerdeckel nur
eine kleine Verringerung der Eigenfrequenz. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat der Kurbelwellenhalter eine Eigenfrequenz
von über
100 Hz.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
FIGUREN
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1 zeigt
eine Ansicht eines Aufrisses der mechanischen Vorrichtung mit variablem
Verdichtungsverhältnis
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Schnittlinien B-B, die in 2 gezeigt werden.
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2 zeigt
eine Ansicht des Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden
Erfindung von unten entlang der Schnittlinien A-A, die in 1 gezeigt
werden, wobei die Pleuelstange und die Kolben entfernt wurden, um
die Kurbelwelle zu zeigen.
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3 zeigt
eine Draufsicht eines Abschnitts des in 1 und 2 gezeigten
Kurbelwellenhalters.
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4 zeigt
die Querschnittsfläche
der Wange des in 1, 2 und 3 gezeigten
Kurbelwellenhalters.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
einen Teil einer mechanischen Vorrichtung mit variablem Verdichtungsverhältnis 1 in einem
Motor 2 mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Motor 2 hat einen Kolben 4, eine Pleuelstange 6,
eine Kurbelwelle 8 mit einer Rotationsachse 10,
einen Arbeitszylinder 12 mit einer Querschnittsfläche 13 in
einem Motorblock 14, einen Kurbelwellenhalter 16 mit
einer Schwenkachse 18, eine wahlfreie Zapfwelle oder Ausgleichwelle 20,
und eine(n) wahlfreie(n) Auflageplatte oder Halterlagerdeckel 22.
Die Pleuelstange 6 verbindet den Kolben 4 mit
der Kurbelwelle 8 zur Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 im
Zylinder 12. Der Halter 16 umfasst ein primäres Exzenterelement 24 und
mehrere Hauptlagerdeckel 26 und mehrere Befestigungselemente 28 zum
abnehmbaren Befestigen der Lagerdeckel 26 am primären Exzenterelement 24 zum
rotierbaren Tragen der Kurbelwelle 8 im Kurbelwellenhalter 16.
Der Motor 2 umfasst ferner eine Steuerwelle 30,
die im Motorblock 14 befestigt ist, die eine oder mehrere
versetzte Lagerzapfen 32, einen oder mehrere Steuerzapfen 34,
die im Halter 16 befestigt sind, und einen oder mehrere
Steuerarme 36 hat, die die Steuerwelle 30 und
den Steuerzapfen 34 verbinden, wobei der Steuerarm 36 vorzugsweise
rotierbar auf dem versetzten Lagerzapfen 32 befestigt ist.
Die Rotation der Steuerwelle 30 schwenkt den versetzten
Lagerzapfen 32 und bewirkt, dass der Steuerarm 36 sich
bewegt, wodurch bewirkt wird, dass der Halter 16 um die
Schwenkachse 18 schwenkt, was bewirkt, dass die Rotationsachse 10 der
Kurbelwelle sich bewegt, wodurch bewirkt wird, dass das Verdichtungsverhältnis des
Motors 2 sich ändert.
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2 zeigt
eine Ansicht eines Motors 2 gemäß der vorliegenden Erfindung
von unten entlang der Schnittlinien A-A, die in 1 gezeigt
sind, wobei die Kolben 4 und Pleuelstangen 6 entfernt
wurden, um die Kurbelwelle 8 zu zeigen. In der gezeigten Ausführungsform
umfassen die Kurbelwelle 8 und die Ausgleichwelle 20 Getriebe 38.
In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung übertragen
die Getriebe 38 Kraft von der Kurbelwelle 8 zur
Zapfwelle 20, und die Zapfwelle 20 überträgt Kraft
aus dem Motor 2 heraus. Die Getriebe 38 können eine
Schrägverzahnung
oder eine Geradschnittverzahnung haben, und die Getriebe 38 können ein einziges
Paar von Schrägstirnrädern oder
ein doppeltes Paar von Schrägstirnrädern (gezeigt)
zum Aufheben der Axialschubbelastungen, die durch den Schrägungswinkel
der Verzahnung verursacht werden, haben. Die Zapfwelle 20 kann
Ausgleichwangen 40 zum Ausgleichen von primären (gezeigt)
oder sekundären
Motorkräften
umfassen. Die Kurbelwelle 8 umfasst Kurbelausgleichwangen 42.
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Die
Kurbelwelle 8 ist vorzugsweise in Hauptlagern des Lagerzapfens 44 befestigt. Öl wird den Lagerzapfen 44 durch
einen Ölkanal 46 und Ölzuführungen 48 zugeführt, die
im Halter 16 angebracht sind. Vorzugsweise wird Öl durch
den Ölkanal 46 im Halter 16 durch
den Ölanschluss 50 zugeführt, wobei der Ölanschluss 50 vorzugsweise
auf der Schwenkachse 18 angebracht ist. Der Ölanschluss 50 umfasst eine Ölzuführungsleitung 52 in
Fließverbindung
mit dem Ölkanal 4b,
den Ölzuführungen 48 und
den Traglagern 44. Vorzugsweise sind Ölzuführungen 48 zwischen
den Befestigungselementen 28 angebracht, um ein starres
Mittelteil des primären
Exzenterelements 24 bereitzustellen.
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Die
Kurbelwelle 8 kann ein erstes Schwungrad 54 umfassen
und die Zapfwelle 20 kann ein zweites Schwungrad 56 umfassen,
das eine Rotationsrichtung hat, die entgegengesetzt zu derjenigen
des ersten Schwungrads 54 ist, um gemäß den Grundsätzen, die
in der US-Patentschrift 3,402,707, erteilt am 24. September 1968
an Paul Heron, offenbart werden, eine verringerte Motorschwingung
bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst die Zapfwelle 20 ein erstes Ende 58,
das in nächster
Nähe der
Getriebe 38 angebracht ist, und ein zweites Ende 60,
wo der Zapfwellenantrieb vom Motor 2 durch das erste Ende 58 der
Zapfwelle 20 erfolgt, wodurch geringe Torsionsbelastungen
durch die Länge
der Zapfwelle 20 und eine größere direkte Kraft und eine
geringere periodisch wechselnde Kraft auf den Getrieben 38 bereitgestellt
werden. Das zweite Schwungrad 56 ist auf dem ersten Ende 58 der
Zapfwelle 20 angebracht und das erste Schwungrad 54 ist am
anderen Ende der Kurbelwelle 8 angebracht. Das Schwungrad 58 kann
sich über
die Rotationsachse 10 der Kurbelwelle (gezeigt) erstrecken
und das Schwungrad 54 kann sich über die Rotationsachse der
Zapfwelle 20 (gezeigt) erstrecken, um einen minimalen Abstand
zwischen der Kurbelwelle 8 und der Zapfwelle 20 bereitzustellen,
um optimalen Energieausgleich und eine geringe Motorgröße bereitzustellen.
Ein(e) Ventilsteuerungs-Kettenrad
oder Kette 62 (gezeigt), Riemen, Getriebe oder anderer
Typ von Antrieb ist vorzugsweise auf dem zweiten Ende 60 der
Zapfwelle 20 angebracht, um den Ventiltrieb und/oder anderes Motorzubehör anzutreiben,
wobei es sich versteht, dass mehr als ein Antrieb auf der Zapfwelle 20 angebracht
werden kann. Vorzugsweise ist die Kette 62 benachbart zum
Schwungrad 54 und zwischen dem Schwungrad 54 und
dem Schwungrad 56 angeordnet, um eine kompakte Motorgröße bereitzustellen.
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Mit
Bezug auf alle Figuren hat der Motor 2 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine mechanische Vorrichtung mit variablem
Verdichtungsverhältnis 1,
mehrere Zylinder 12, wobei es sich versteht, dass der Motor 2 alternativ
nur einen Zylinder haben kann, einen Kolben 4, der zur
Hin- und Herbewegung in jedem von den Zylindern 12 befestigt
ist, eine Kurbelwelle 8, die eine Rotationsachse 10 hat,
und eine Pleuelstange 6, die jeden Kolben 4 mit
der Kurbelwelle 8 verbindet. Mit Bezug auf 1, 2 und 3 hat
die Pleuelstange 6 ein Pleuelstangen-Kurbelwellenlager 64, das
eine Feldmitte 66 hat, wobei die Feldmitte 66 in 2 und 3 gezeigt
wird. Der Halter 16 trägt
die Kurbelwelle 8 zur Rotation der Kurbelwelle 8 um
die Rotationsachse 10, und der Halter 16 ist im
Motor 2 befestigt, um in Bezug auf den Motor 2 um
die Schwenkachse 18 zu schwenken, wobei die Schwenkachse 18 im
Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 10 der Kurbelwelle
und mit Abstand davon angeordnet ist. Ein Stellglied 68 (in 2 gezeigt)
ist auf einem Ende der Steuerwelle 30 zum Variieren der
Stellung des Halters 16 um die Schwenkachse 18 zum
Variieren der Stellung der Rotationsachse 10 der Kurbelwelle
befestigt, wobei es sich versteht, dass ein Rotationsstellglied
(gezeigt), ein Stellglied eines Hydrozylindertyps oder ein anderer funktionsfähiger Typ
von Stellglied verwendet werden kann, um die Rotationsstellung des
Halters 16 um die Schwenkachse 18 einzustellen.
Der Halter 16 umfasst ein primäres Exzenterelement 24 und
mehrere Lagerdeckel 26 und mehrere Lagerdeckel-Befestigungselemente 28 zum
abnehmbaren Befestigen von jedem Lagerdeckel 26 an dem
primären
Exzenterelement 24. Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das primäre
Exzenterelement 24 mehrere Scheibensegmente 70 und
eine Wange 72, wobei die Scheibensegmente 70 durch
die Wange 72 starr miteinander verbunden sind. Vorzugsweise
ist das primäre
Exzenterelement 24, das die Exzenterscheiben 70 und
die Wange 72 umfasst, ein in einem Stück gegossenes Teil. Die Rotationsachse 10 und die
Schwenkachse 18 der Kurbelwelle definieren eine erste Ebene 74 und
jeder Lagerdeckel 26 hat eine primäre Kontaktfläche 76 für den Kontakt
mit dem primären
Exzenterelement 24, wobei die primäre Kontaktfläche 76 innerhalb
von ± 30
Grad der Senkrechten zu der ersten Ebene 74 liegt, und
die Befestigungselemente 28 innerhalb von ± 30 Grad der
Parallelen zur ersten Ebene 74 liegen, um auf der anderen
Seite des Halters von den Lagerdeckeln 26 Raum für eine große und angrenzende
Wange 72 bereitzustellen. Die primäre Kontaktfläche 76 ist
allgemein senkrecht zur Wirkungslinie der Schließkraft der Befestigungselemente 28 und
kann eine einzige ebene Fläche
(gezeigt), eine gezackte oder gebrochene Fläche sein, wo die Flächentextur
der Zackung oder des Bruchs Ausrichtung bereitstellt und das Rutschen
zwischen den Lagerdeckeln 26 und dem primären Exzenterelement 24 verhindert,
und in solchen Fällen
kann die primäre
Kontaktfläche 76 als eine
allgemein ebene Fläche
angenähert
werden, bei der die geringfügigen
Flächenuneben heiten
ignoriert werden. Um das Rutschen zwischen dem primären Exzenterelement 24 und
Lagerdeckeln 26, wie beispielsweise Strukturen, die in
Bearings, a Tribology Handbook, Edited by M. J. Neale, Reed Educational and
Professional Publishing Ltd., 1998, Seite 61 gezeigt werden, zu
verhindern, können
Passstifte, abgestufte Verbindungen, Passschrauben und andere funktionsfähige Mittel
verwendet werden. Die Kurbelwelle 8 ist auf den Hauptlagern 44 befestigt,
wobei die Hauptlager 44 einen wirksamen Durchmesser 78 (in 4 gezeigt)
und eine Hauptlager-Feldmitte 80 (in 2 und 3 gezeigt)
haben, und die Lagerdeckel 26 eine Brückendicke 82 haben,
wobei die Brückendicke 82 von
mindestens einem Lagerdeckel weniger als 70 Prozent der Dicke von
mindestens einem wirksamen Kurbelwellen-Lagerdurchmesser 78 und
vorzugsweise weniger als der Hälfte
der Dicke von mindestens einem Kurbelwellen-Lagerdurchmesser 78 entspricht,
zum Anbringen der Kurbelwelle 8 benachbart zum äußeren Durchmesser
des Halters zum Bereitstellen von Raum für eine große Wange auf der anderen Seite
des Halters von den Lagerdeckeln. Die Hauptlager-Feldmitte 80 ist
im Zentrum des Abschnitts des Lagers, auf dem die Radialbelastung
lagert, entlang der Axiallänge
des Lagers angebracht. Die Brückendicke 82 wird
bei entferntem Hauptlager 44 gemessen und entspricht der
kürzesten
auf der Ebene 74 durch den Lagerdeckel 26 gemessenen
Distanz. Für
Motoren mit einer variablen Brückendicke
wie an verschiedenen axialen Orten des Hauptlagers 44 gemessen,
ist die Brückendicke 82 die
durchschnittliche Brückendicke,
die im die Radialbelastung tragenden Kontakt mit dem Hauptlager 44 ist.
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Jeder
Lagerdeckel 26 hat eine obere Kontaktflächenlänge oder obere Zentrierungsdistanz 75 und
eine untere Kontaktflächenlänge oder
untere Zentrierungsdistanz 77 (in 4 gezeigt),
wobei jede Zentrierungsdistanz sich entlang der Ebene entlang der
primären
Kontaktfläche 76 vom
Hauptlager 44 zu den Halterlagern 122 er streckt.
Die Schwenkachse 18 und der wirksame Lagerdurchmesser (z.B.
die Kurbelwellen-Lagerfläche) 78 können durch
eine Anschlussdistanz 79 getrennt sein, um den Zugang für die Ölzuführungsleitung 52 bereitzustellen.
Vorzugsweise ist die untere Zentrierungsdistanz 77 mindestens
1,5 Mal länger
als die Anschlussdistanz 79. Vorzugsweise ist die untere
Zentrierungsdistanz 77 mindestens zwei Mal so lang wie
die Brückendicke 82, um
die Kurbelwelle in der Nähe
des äußeren Durchmessers
des Kurbelwellenhalters zu positionieren.
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Die
Wange 72 hat einen ersten dicken Abschnitt 84 (in 4 gezeigt),
der innerhalb einer bogenförmigen
Spanne 88 von 120 Grad um die Schwenkachse 18 angeordnet
ist und auf einer zweiten Ebene 85 senkrecht zur Schwenkachse 18,
senkrecht zur ersten Ebene 74 angeordnet ist und durch die
Feldmitte 66 des Pleuelstangen-Kurbelwellenlagers 64 hindurchfährt, wobei
der erste dicke Abschnitt 84 einen äußeren Durchmesser 86 hat.
Der erste dicke Abschnitt 84 ist vorzugsweise ein in einem
Stück gegossenes
Teil. Wobei die bogenförmige Spanne
der Wange 72 um die Schwenkachse in der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden. Erfindung größer als
120 Grad und vorzugsweise größer als
150 Grad ist. Die bogenförmige
Spanne 88 von 120 Grad hat eine bogenförmige Fläche 90, die innerhalb
des äußeren Durchmessers 86 angebracht ist
und innerhalb der bogenförmigen
Spanne 88 von 120 Grad angebracht ist. Der erste dicke
Abschnitt 84 hat eine erste Querschnittsfläche 92 des
dicken Abschnitts, wobei die Querschnittsfläche 92 von dem ersten
dicken Abschnitt größer als
25 Prozent der bogenförmigen
Fläche 90 und
vorzugsweise größer als 35
Prozent der bogenförmigen
Fläche 90 ist,
um einen Kurbelwellenhalter 16 mit einer hohen Steifheit und
einer hohen Eigenschwingungsfrequenz bereitzustellen. Für Motoren
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die eine Wange 72 haben, die sich über mehr
als 120 Grad um die Schwenkachse 18 erstreckt, fällt die
bogenförmige
Spanne 88 von 120 Grad in die bogenförmige Spanne der Wange 72.
Für Motoren
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die eine Wange 72 haben, die sich über weniger
als 120 Grad um die Schwenkachse 18 erstreckt, ist die
bogenförmige
Spanne 88 von 120 Grad um die Wange 72 zentriert.
Vorzugsweise hat die Wange 72 eine bogenförmige Spanne
um die Schwenkachse 18 von mindestens 120 Grad auf einer
zweiten Ebene 85 und senkrecht zur ersten Ebene 74,
um einen starren Halter bereitzustellen, der eine hohe Eigenfrequenz
hat.
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Vorzugsweise
hat das primäre
Exzenterelement 24 eine erste Gesamtmasse und die abnehmbaren
Lagerdeckel 26 haben eine zweite Gesamtmasse, wobei die
zweite Gesamtmasse weniger als 25 Prozent der ersten Gesamtmasse
beträgt,
um eine hohe Eigenfrequenz bereitzustellen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat der Halter 16 eine Eigenfrequenz,
die höher
als 100 Hertz ist, der Halter 16 kann indes in einigen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine niedrigere Eigenfrequenz haben.
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Mit
Bezug auf 1 und 4 kann die Wange 72 ein
oder mehrere Löcher 94 zur
Verringerung des Gewichts des Halters 16 oder zum Ablassen
von Motoröl
weg von der sich drehenden Kurbelwelle oder zu einem anderen Zweck
umfassen. Die Wange 72 hat vorzugsweise kein einziges Loch 94, das
sich mehr als 60 Grad innerhalb der bogenförmigen Spanne 88 von
120 Grad erstreckt. Die Wange 72 umfasst ferner im primären Exzenterelement 24 Löcher 95 für Befestigungselemente 28,
wo die Wange 72 zwischen benachbarten Scheibensegmenten 70 auf
beiden Seiten von jedem Loch 95 zum Bereitstellen von zusätzlicher
Struktur angebracht ist (z.B. ist die Wange über und unter jedem Loch 95 angebracht,
wie in 1 gezeigt). Vorzugsweise umfasst der Hauptlagerdeckel 26 Gewindelöcher 97 zum
Halten der Befestigungselemente 28 und die Befestigungselemente 28 sind
Schrauben, die im primären Exzenterelement 24 einen
zugänglichen
Kopf zum Zusammenbau haben, um einen Lagerdeckel bereitzustellen,
der eine maximale Dicke und eine maximale Stärke und Steifheit hat. Alternativ
können
die Befestigungselemente 28 Bolzen sein, die in etwa einen linsenförmigen Kopf 99 haben,
wobei die Linsenköpfe 99 im
Hauptlagerdeckel 26 sitzen.
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Mit
Bezug auf 2, 3 und 4 umfasst
die Wange 72 zwischen den Exzenterscheiben 70 einen
bogenförmigen
Ausschnitt 96 zum Steigern der Starrheit und der Eigenfrequenz
des primären Exzenterelements 24. 2 zeigt
eine Ansicht eines Querschnitts eines bogenförmigen Ausschnitts 96 auf
der ersten Ebene 74. Das Profil des bogenförmigen Ausschnitts 96 ist
in 3 durch eine gestrichelte Linie angezeigt. 3 zeigt
eine Draufsicht von einem Abschnitt des in 2 gezeigten
Halters 16 und 2 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts
des Halters 16 von unten. Mit Bezug auf 3 ist
die Linie 98 dazu bestimmt, das Profil des bogenförmigen Ausschnitts
an der Spitze des Exzenterelements 24 am nächsten am
Kolben 4 anzuzeigen. Das Profil des bogenförmigen Ausschnitts 98 wird
in 4 durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Auf
die gleiche weise ist die Linie 100 in 3 dazu
bestimmt, das Profil des bogenförmigen
Ausschnitts am unteren Ende des Exzenterelements 24 anzuzeigen.
Das Profil 100 des bogenförmigen Ausschnitts wird in 4 durch eine
gestrichelte Linie angezeigt. Mit Bezug auf 3 und 4 ist
die Querschnittsfläche
der Wange 72 aufgrund des bogenförmigen Ausschnitts in der Nähe der Exzenterscheiben 70 größer und
in Richtung Feldmitte 66 kleiner. Gemäß der vorliegenden Erfindung
vergrößert der
bogenförmige
Ausschnitt die Starrheit und vergrößert die Eigenfrequenz des primären Exzenterelements 24 und
des Halters 16. Wie vorhergehend beschrieben hat die Wange 72 einen
ersten dicken Abschnitt 84, der eine erste Querschnittsfläche 92 des
ersten dicken Abschnitts hat, die auf einer zweiten Ebene 85 angebracht
ist. Das primäre
Exzenterelement 24 hat einen zweiten dicken Abschnitt 102,
der eine zweite Querschnittsfläche 104 des
zweiten dicken Abschnitts hat, der auf der dritten Ebene 106 angebracht
ist, die parallel zur zweiten Ebene 85, senkrecht zur Schwenkachse 18 und
senkrecht zur ersten Ebene 74 angebracht ist, und innerhalb
der bogenförmigen
Spanne 88 angebracht ist. Wobei die zweite Ebene 85 und
die Feldmitte 80 des Hauptlagers durch eine erste Distanz 108 getrennt
sind, die zweite Ebene 85 und die dritte Ebene 106 durch
eine zweite Distanz 110 getrennt sind, wobei die zweite
Distanz 110 halb so groß ist wie die erste Distanz 108.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche 104 des zweiten
dicken Abschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung mindestens 10 Prozent größer als die Querschnittsfläche 92 des
ersten dicken Abschnitts, um einen festen Halter 16 und eine
hohe Eigenfrequenz bereitzustellen.
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Das
primäre
Exzenterelement 24 hat einen dritten dicken Abschnitt 112,
der eine dritte Querschnittsfläche 114 eines
dritten dicken Abschnitts hat, die auf der vierten Ebene 116 angebracht
ist, die parallel zur zweiten Ebene 85, senkrecht zur Schwenkachse 18 und
senkrecht zur ersten Ebene 74 angebracht ist, und innerhalb
der bogenförmigen Spanne 88 angebracht
ist. Wobei die zweite Ebene 85 und die vierte Ebene 116 durch
eine dritte Distanz 120 getrennt sind, wobei die Länge der
dritten Distanz 120 60 Prozent der Länge der ersten Distanz 108 entspricht.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche 114 des dritten
Abschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung 15 Prozent größer als
die Querschnittsfläche 92 des
ersten dicken Abschnitts, um einen festen Halter 16 und
eine hohe Eigenfrequenz bereitzustellen.
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Mit
Bezug auf 1 ist jeder Lagerdeckel 26 vorzugsweise
durch mindestens zwei Befestigungselemente 28 am primären Exzenterelement 24 befestigt,
wobei das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement
ungefähr
senkrecht zur ersten Kontaktfläche 76 angebracht
sind, und das erste Befestigungselement vom zweiten Befestigungselement
aus auf der anderen Seite des Kurbelwellen-Hauptlagers 44 angebracht
ist.
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Mit
Bezug auf 4 wird der Halter 16 durch ein
oder mehrere Halterlager 122 getragen, die einen Halterlagerdurchmesser 124 zum
schwenkbaren Tragen des Halters 16 um die Schwenkachse 18 haben.
Der Halterlagerdurchmesser 124 ist vorzugsweise nicht größer als
das 4fache des wirksamen Durchmessers 78 des Kurbelwellenlagers,
um einen Halter bereitzustellen, der eine geringe Masse, ein geringes
polares Trägheitsmoment
und eine hohe Eigenfrequenz hat. Der Halter 16 kann Halterlagerdurchmesser 124 verschiedener
Durchmesser haben und kann in einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindungen wirksame Kurbelwellenlager-Durchmesser 78 verschiedener
Durchmesser haben. Der wirksame Kurbelwellenlager-Durchmesser 124 ist
in Ausführungsformen
mit ungleichen Lagerdurchmessern, wo der Durchschnittsdurchmesser durch
Gewichten der axialen Längen
der Lager bestimmt wird (z.B. die Summe von jedem Lagerdurchmesser
mal die axiale Länge
seines Belastungslagers im Zähler
und die Summe der Längen
der axialen Belastungslager der Lager im Nenner), ein durchschnittlicher
Lagerdurchmesser der Lager, die den Halter 16 tragen, und
der wirksame Kurbelwellen-Lagerdurchmesser 78 ist der durchschnittliche
Lagerdurchmesser der Lager, die die Kurbelwelle 8 tragen. Wahlweise
beträgt
die Brückendicke 82 nicht
mehr als die Hälfte
der Dicke von mindestens einem wirksamen Kurbelwellenlager-Durchmesser 78,
um einen Halter bereitzustellen, der eine geringe Masse, ein geringes
polares Trägheitsmoment
und eine hohe Eigenfrequenz hat.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung in Mehrzylindermotoren mit exzentrisch
getragenen Kurbelwellen-Hauptlagern jederzeit ein starres Tragen
und eine starre Fluchtlinie der Kurbelwellen-Hauptlager bereit,
um eine lange Lebensdauer des Hauptlagers bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung
stellt eine hohe Eigenfrequenz für
die exzentrischen Träger
bereit, wodurch ein Betrieb des Motors über die Geschwindigkeitsbereiche,
die für die
kommerzielle Verwendung des Motors erforderlich sind, ermöglicht wird.
Zudem kann die vorliegende Erfindung zu niedrigen Kosten hergestellt
werden. Fachleute werden verstehen, dass die Erfindung innerhalb
des Umfangs der Ansprüche
in der Praxis mit Abwandlungen ausgeführt werden kann. Zum Beispiel
kann die vorliegende Erfindung in Kompressoren, Pumpen, Expandern
und auch in Einzylinder- sowie in Mehrzylindermaschinen verwendet
werden.