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Motorschwingungen
Durch die Verbrennung, bei der chemische Energie zu mechanischer Energie umgewandelt wird, entstehen Gaskräfte, die auf den Kolbenboden wirken. Das Auf und Ab der Kolben und Pleuelstangen, gemeinsam mit der Drehbewegung der Kurbelwelle, erzeugt Massenkräfte, die beim Zylinderblock verschiedene Arten von Schwingungen hervorrufen. Bei niedriger Drehzahl sind die Gaskräfte größer als die Massenkräfte, während bei hoher Drehzahl die Massenkräfte größer sind als die Gaskräfte. Die bedeutendsten Kräfte entstehen periodisch ein- oder zweimal pro Kurbelwellendrehung. Man nennt sie Massenkräfte er ersten bzw. der zweiten Ordnung. Die Massenkräfte der ersten Ordnung sind völlig ausgeglichen, da die Kurbelwelle ausbalanciert ist, und die beiden Kolbenpaare 1-4 und 2-3 gleichzeitig an den entgegengesetzten Wendepunkten wenden.
Auf- und abwärtswirkende Kräfte der zweiten Ordnung
Massenkräfte werden dadurch verursacht, daß sich die Kolben bei halber Hublänge nicht bei 90° und 270°, sondern deutlich weiter unten befinden. Das ist vom Verhältnis zwischen Hubraum und Kurbelwellenlänge abhängig. Der Schwerpunkt der auf- und abwärtsgehenden Massen befindet sich also bedeutend weiter unten bei 90° und 270°, als bei 0° und 180°. Das führt zu aufwärts- und abwärtsgehenden Kräften, die zweimal pro Kurbelwellenumdrehung variieren und zu Schwingungen des Motors in der Senkrechten führen.
Seitlich wirkende Kräfte der zweiten Ordnung
Während des Arbeitstaktes pressen die Kolben gegen die Zylinderwände, abhängig vom Winkel der Kurbelwelle im Verhältnis zur Zylinderbohrung. Bei höherer Drehzahl ist indessen die Massenkraft bedeutend größer. Man kann dann sagen, daß die Kurbelwelle den Kolben herunterzieht, und daß der Winkel der Kurbelwelle im Verhältnis zur Zylinderbohrung bewirkt, daß der Kolben gegen die Zylinderbohrung gepreßt wird, jetzt jedoch in entgegengesetzter Richtung. Die Summe der seitlich gerichteten Gas- und Massenkräfte variieren periodisch zweimal pro Kurbelwellendrehung und verursachen eine Vibration des Motors in Querrichtung.
Das Saab-Ausgleichswellenprinzip
Saab bedient sich des Ausgleichswellenprinzips, um Schwingungen zweiter Ordnung auszugleichen. Zwei Ausgleichswellen sind symmetrisch in Querrichtung an den Zylinderblockseiten plaziert, jedoch auf unterschiedlichen Höhen oberhalb der Längsachse der Kurbelwelle. Sie sind mit exzentrisch angebauten Ausgleichsgewichten versehen. Die Wellen werden über eine gemeinsame Kette und ein Kettenrad von der Kurbelwelle angetrieben, wobei sie sich gegenläufig zueinander und mit der doppelten Kurbelwellendrehzahl drehen.
Bei 90° und 270° befinden sich die Schwerpunkte der aufwärts- und abwärtsgehenden Teile weiter unten im Motorblock als bei 0° und 180°, die Gewichte der Ausgleichswellen müssen also nach oben gerichtet sein. Bei 0° und 180° hat sich der Schwerpunkt aufwärts verlagert, also müssen die Gewichte der Ausgleichswellen nach unten gerichtet sein.
Durch die höhenversetzte Anordnung der Ausgleichswellen im Verhältnis zur Längsachse der Kurbelwelle werden auch die Seitenkräfte der Ausgleichswellen balanciert. Das durch die Ausgleichswellen geschaffene Drehmoment ist so angepaßt, daß es den seitlich gerichteten Gas- und Massenkräften entgegenwirkt.
Die Ausgleichwellen haben auf beiden Seiten die gleiche Ausführung und sind in der Mitte (zwischen Zylinder 2 und 3) in Aluminiumbuchsen gelagert. Die Buchsen sind in den Block eingepreßt und werden über gesonderte Bohrungen geschmiert.
Grundvoraussetzung für die Funktion der Ausgleichswellen ist eine exakte Einbaulage. Daher sind die Kettenräder in unterschiedlichen Ausführungen auf der Auslaß- bzw. Einlaßseite und wurden mit den erforderlichen Kennzeichnungen versehen.
Ausgleichswelle, Kettenrad und Lagergehäuse werden vor dem Einbau im Zylinderblock zu einer Einheit zusammengebaut. Diese Einheit ist danach der Seite des Motors zugeordnet, die aus der Kennzeichnung am Lagergehäuse hervorgeht.
Ausgleichswellenantrieb
Die Ausgleichswellen werden von der Kurbelwelle über eine Kette angetrieben, wobei die Übersetzung der Antriebsräder so gewählt wurde, daß die Drehzahl der Ausgleichswellen doppelt so hoch ist wie die der Kurbelwelle. Die Welle auf der Auslaßseite rotiert dadurch in entgegengesetzter Richtung, so daß ein gesondertes Umlenkrad in den Kettenkreis montiert wurde. Die Kette wird von zwei festen und einer beweglichen Kettenführung gesteuert, die durch einen Kettenspanner beeinflußt werden. Bei stillstehendem Motor spannt der Kettenspanner die Kette mit einer Feder. Bei laufendem Motor reduziert der Öldruck die Federkraft des Kettenspanners, um Verschleiß und Geräusch im Ausgleichswellenkreis zu verringern. Das Kettengeräusch wird von den Dämpfungsringen reduziert, die sowohl am Wellenrad als auch am Umlenkrad angeordnet sind. Die Dämpfungsringe fangen die Kette am Anschlag am Zahnkranz ab, wodurch die Ket te einen weicheren Anschlag und einen leiseren Lauf erhält. Bedingt durch den kleinen Umschließungswinkel sind die Dämpfungsringe auf der Auslaßseite größer als auf der Einlaßseite.
Durch die Verbrennung, bei der chemische Energie zu mechanischer Energie umgewandelt wird, entstehen Gaskräfte, die auf den Kolbenboden wirken. Das Auf und Ab der Kolben und Pleuelstangen, gemeinsam mit der Drehbewegung der Kurbelwelle, erzeugt Massenkräfte, die beim Zylinderblock verschiedene Arten von Schwingungen hervorrufen. Bei niedriger Drehzahl sind die Gaskräfte größer als die Massenkräfte, während bei hoher Drehzahl die Massenkräfte größer sind als die Gaskräfte. Die bedeutendsten Kräfte entstehen periodisch ein- oder zweimal pro Kurbelwellendrehung. Man nennt sie Massenkräfte er ersten bzw. der zweiten Ordnung. Die Massenkräfte der ersten Ordnung sind völlig ausgeglichen, da die Kurbelwelle ausbalanciert ist, und die beiden Kolbenpaare 1-4 und 2-3 gleichzeitig an den entgegengesetzten Wendepunkten wenden.
Auf- und abwärtswirkende Kräfte der zweiten Ordnung
Massenkräfte werden dadurch verursacht, daß sich die Kolben bei halber Hublänge nicht bei 90° und 270°, sondern deutlich weiter unten befinden. Das ist vom Verhältnis zwischen Hubraum und Kurbelwellenlänge abhängig. Der Schwerpunkt der auf- und abwärtsgehenden Massen befindet sich also bedeutend weiter unten bei 90° und 270°, als bei 0° und 180°. Das führt zu aufwärts- und abwärtsgehenden Kräften, die zweimal pro Kurbelwellenumdrehung variieren und zu Schwingungen des Motors in der Senkrechten führen.
Seitlich wirkende Kräfte der zweiten Ordnung
Während des Arbeitstaktes pressen die Kolben gegen die Zylinderwände, abhängig vom Winkel der Kurbelwelle im Verhältnis zur Zylinderbohrung. Bei höherer Drehzahl ist indessen die Massenkraft bedeutend größer. Man kann dann sagen, daß die Kurbelwelle den Kolben herunterzieht, und daß der Winkel der Kurbelwelle im Verhältnis zur Zylinderbohrung bewirkt, daß der Kolben gegen die Zylinderbohrung gepreßt wird, jetzt jedoch in entgegengesetzter Richtung. Die Summe der seitlich gerichteten Gas- und Massenkräfte variieren periodisch zweimal pro Kurbelwellendrehung und verursachen eine Vibration des Motors in Querrichtung.
Das Saab-Ausgleichswellenprinzip
Saab bedient sich des Ausgleichswellenprinzips, um Schwingungen zweiter Ordnung auszugleichen. Zwei Ausgleichswellen sind symmetrisch in Querrichtung an den Zylinderblockseiten plaziert, jedoch auf unterschiedlichen Höhen oberhalb der Längsachse der Kurbelwelle. Sie sind mit exzentrisch angebauten Ausgleichsgewichten versehen. Die Wellen werden über eine gemeinsame Kette und ein Kettenrad von der Kurbelwelle angetrieben, wobei sie sich gegenläufig zueinander und mit der doppelten Kurbelwellendrehzahl drehen.
Bei 90° und 270° befinden sich die Schwerpunkte der aufwärts- und abwärtsgehenden Teile weiter unten im Motorblock als bei 0° und 180°, die Gewichte der Ausgleichswellen müssen also nach oben gerichtet sein. Bei 0° und 180° hat sich der Schwerpunkt aufwärts verlagert, also müssen die Gewichte der Ausgleichswellen nach unten gerichtet sein.
Durch die höhenversetzte Anordnung der Ausgleichswellen im Verhältnis zur Längsachse der Kurbelwelle werden auch die Seitenkräfte der Ausgleichswellen balanciert. Das durch die Ausgleichswellen geschaffene Drehmoment ist so angepaßt, daß es den seitlich gerichteten Gas- und Massenkräften entgegenwirkt.
Die Ausgleichwellen haben auf beiden Seiten die gleiche Ausführung und sind in der Mitte (zwischen Zylinder 2 und 3) in Aluminiumbuchsen gelagert. Die Buchsen sind in den Block eingepreßt und werden über gesonderte Bohrungen geschmiert.
Grundvoraussetzung für die Funktion der Ausgleichswellen ist eine exakte Einbaulage. Daher sind die Kettenräder in unterschiedlichen Ausführungen auf der Auslaß- bzw. Einlaßseite und wurden mit den erforderlichen Kennzeichnungen versehen.
Ausgleichswelle, Kettenrad und Lagergehäuse werden vor dem Einbau im Zylinderblock zu einer Einheit zusammengebaut. Diese Einheit ist danach der Seite des Motors zugeordnet, die aus der Kennzeichnung am Lagergehäuse hervorgeht.
Ausgleichswellenantrieb
Die Ausgleichswellen werden von der Kurbelwelle über eine Kette angetrieben, wobei die Übersetzung der Antriebsräder so gewählt wurde, daß die Drehzahl der Ausgleichswellen doppelt so hoch ist wie die der Kurbelwelle. Die Welle auf der Auslaßseite rotiert dadurch in entgegengesetzter Richtung, so daß ein gesondertes Umlenkrad in den Kettenkreis montiert wurde. Die Kette wird von zwei festen und einer beweglichen Kettenführung gesteuert, die durch einen Kettenspanner beeinflußt werden. Bei stillstehendem Motor spannt der Kettenspanner die Kette mit einer Feder. Bei laufendem Motor reduziert der Öldruck die Federkraft des Kettenspanners, um Verschleiß und Geräusch im Ausgleichswellenkreis zu verringern. Das Kettengeräusch wird von den Dämpfungsringen reduziert, die sowohl am Wellenrad als auch am Umlenkrad angeordnet sind. Die Dämpfungsringe fangen die Kette am Anschlag am Zahnkranz ab, wodurch die Ket te einen weicheren Anschlag und einen leiseren Lauf erhält. Bedingt durch den kleinen Umschließungswinkel sind die Dämpfungsringe auf der Auslaßseite größer als auf der Einlaßseite.
