AT413746B - Internal combustion engine i.e. single cylindrical four stroke internal combustion engine, for driving e.g. chain saw, has tensioning device i.e. tensioning rail, provided on section of chain, which is opposite to mass balancing shaft - Google Patents
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Abstract
Description
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AT 413 746 BAT 413 746 B
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens einem Zylinder, einer Kurbelwelle, auf der ein erstes Antriebsrad vorgesehen ist, mindestens einer Nockenwelle, auf der ein zweites Antriebsrad vorgesehen ist, einem Antriebsglied, das das erste Antriebsrad und das zweite Antriebsrad umschlingt, sowie mit mindestens einer Massen-5 ausgleichswelle, die von dem die Nockenwelle antreibenden Antriebsglied angetrieben ist.The invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder, a crankshaft on which a first drive wheel is provided, at least one camshaft on which a second drive wheel is provided, a drive member which wraps around the first drive wheel and the second drive wheel, and with at least one mass balance shaft driven by the drive member driving the camshaft.
In vielen Anwendungen sind die Baugröße und das Gewicht einer Brennkraftmaschine kritische Größen, die so gering als möglich gehalten werden müssen. Weitere Anforderungen sind in vielen Fallen ein einfacher Aufbau eine kostengünstige Herstellbarkeit. Dies trifft insbesondere io auf kleine Brennkraftmaschinen zu, wie sie in Arbeitsgeräten, wie etwa Rasenmähern oder Kettensägen oder auch Motorrädern eingebaut sind. Da diese kleinen Brennkraftmaschinen in sinnvoller Weise nur als Einzylinder-Brennkraftmaschinen realisierbar sind, ist es vielfach notwendig, ein Massenausgleichswelle vorzusehen, um vor allem die freien Kräfte erster Ordnung zu kompensieren. Eine solche Massenausgleichswelle führt naturgemäß zu einem komplexeren 15 Aufbau und vergrößert Bauvolumen und Gewicht der Brennkraftmaschine.In many applications, the size and weight of an internal combustion engine are critical quantities that must be kept as low as possible. Other requirements are in many cases a simple structure cost manufacturability. This applies in particular to small internal combustion engines, as installed in implements, such as lawn mowers or chainsaws or motorcycles. Since these small internal combustion engines can be realized in a meaningful way only as single-cylinder internal combustion engines, it is often necessary to provide a mass balancing shaft in order to compensate, above all, the free forces of the first order. Such a mass balance shaft naturally leads to a more complex structure and increases the overall volume and weight of the internal combustion engine.
Eine Aufgabe ist es dabei, eine Lösung zu finden, bei der der zusätzliche Aufwand minimiert wird und sowohl das Bauvolumen als auch das Gewicht in geringen Grenzen gehalten werden können. 20One task is to find a solution in which the additional effort is minimized and both the overall volume and the weight can be kept within narrow limits. 20
Aus der US 4,644,916 A und der US 5,564,380 A sind Brennkraftmaschinen mit einer Massenausgleichswelle bekannt, bei denen die Massenausgleichswelle platzsparend im V-Raum zwischen zwei Zylinderbänken angeordnet ist. Eine solche Lösung ist für großvolumige Brennkraftmaschinen sinnvoll realisierbar, kann jedoch nicht auf kleine Brennkraftmaschinen, insbe-25 sondere auf Einzylinder-Brennkraftmaschinen, angewendet werden.From US 4,644,916 A and US 5,564,380 A internal combustion engines with a mass balance shaft are known in which the mass balance shaft is arranged to save space in the V-space between two cylinder banks. Such a solution is meaningfully feasible for large-volume internal combustion engines, but can not be applied to small internal combustion engines, in particular to single-cylinder internal combustion engines.
Aus der FR 2 757 239 A ist eine Ausgleichseinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Spannwelle für einen Zahnriemen ein Ausgleichsgewicht aufweist. Eine ähnliche Lösung ist in der FR 2 328 842 A beschrieben. Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass die 30 Spannung des Antriebsgliedes durch die Kräfte überlagert wird, die den Massenausgleich bewirken. Es wird dadurch auf das Antriebsglied eine zusätzliche periodische Kraft ausgeübt, die zu einer unerwünschten Belastung des Antriebsgliedes und anderer Bauteile der Brennkraftmaschine führt. Bei weiteren bekannten Lösungen wird das Antriebsglied durch zusätzliche Räder gespannt, die quer zu ihrer Achse verschiebbar gelagert sind. 35From FR 2 757 239 A a compensation device for an internal combustion engine is known in which a tensioning shaft for a toothed belt has a balance weight. A similar solution is described in FR 2 328 842 A. Both solutions have in common that the tension of the drive member is superimposed by the forces that cause the mass balance. It is thereby exerted on the drive member an additional periodic force, which leads to an undesirable load on the drive member and other components of the internal combustion engine. In other known solutions, the drive member is tensioned by additional wheels which are mounted displaceably transversely to its axis. 35
Solche Lösungen sind beispielsweise in der DE 28 29 042 A, der DE 26 49 467 A oder der JP 62-188835 A beschrieben. Bei solchen Lösungen muss der Verstellweg der Spanneinrichtung relativ groß sein, um einerseits den kurzfristigen z.B. thermisch bedingten Längenänderungen des Antriebsgliedes Rechnung tragen zu können und um andererseits die längerfristi-40 gen Längenänderungen beispielsweise durch Verschleiß und Dehnung aufnehmen zu können. Dadurch ändert sich im Zuge der Verstellung die Phasenlage der einzelnen Räder relativ stark zueinander, was beispielsweise den Massenausgleich in ungünstiger weise beeinflusst.Such solutions are described for example in DE 28 29 042 A, DE 26 49 467 A or JP 62-188835 A. In such solutions, the displacement of the tensioning device must be relatively large in order, on the one hand, to prevent the short-term, e.g. thermally induced changes in length of the drive member to take into account and on the other hand, to accommodate the longer term conditions for lengthening, for example by wear and tear. As a result, changes in the course of adjustment, the phase angle of the individual wheels relatively strong, which affects, for example, the mass balance in an unfavorable manner.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Lösung anzugeben, die 45 sowohl kurzfristige als auch längerfristige Längenänderungen des Antriebsmittels gleichermaßen ohne Nachteile ausgleichen kann.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a solution which can equalize 45 both short-term and long-term changes in length of the drive means without disadvantages.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Antriebsglied als Kette ausgebildet ist und dass die Spannvorrichtung als Spannschiene ausgebildet ist, die an dem der Massenausgleichswelle so gegenüberliegenden Abschnitt der Kette vorgesehen ist.According to the invention it is provided that the drive member is formed as a chain and that the tensioning device is designed as a tensioning rail, which is provided on the mass balance shaft opposite portion of the chain.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass die betriebsmäßige Spannung des Antriebsgliedes durch die Spannschiene erfolgt, jedoch zusätzlich durch die exzentrische Lagerung der Massenausgleichswelle eine Verstellmöglichkeit gegeben ist, um längerfristige Län-55 genänderungen des Antriebsgliedes auszugleichen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das 3It is essential to the present invention that the operational voltage of the drive member is effected by the tensioning rail, but in addition an adjustment is given by the eccentric mounting of the mass balance shaft to compensate for long-term Län-55 gene changes of the drive member. In this way it is achieved that the 3
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Antriebsglied durch die Massenausgleichskräfte nicht beeinflusst wird und dass gleichzeitig durch die Bewegungen der Spannvorrichtung praktisch keine nennenswerte Phasenänderung der sich drehenden Bauteile der Brennkraftmaschine verursacht wird. 5 Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsglied als Kette ausgebildet ist und dass die Antriebsräder Kettenräder sind. Diese Ausführungsvariante ist besonders begünstigt, da die Kette innerhalb des Kurbelgehäuses umläuft und daher die Massenausgleichswelle sehr knapp am Kurbeltrieb angeordnet werden kann, ohne Welienabdichtungen vornehmen zu müssen. 10Drive member is not affected by the mass balance forces and that at the same time caused by the movements of the clamping device virtually no significant phase change of the rotating components of the internal combustion engine. A particularly favored embodiment variant of the invention provides that the drive member is designed as a chain and that the drive wheels are sprockets. This embodiment is particularly favored, since the chain rotates within the crankcase and therefore the mass balance shaft can be placed very close to the crank mechanism, without having to make Welienabdichtungen. 10
In einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Antriebsglied als Zahnriemen ausgebildet ist und dass die Antriebsräder Riemenscheiben sind. Zahnriemen haben sich als problemloses Antriebsmittel für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen weithin bewährt. Wenn die Nockenwelle von einem Zahnriemen angetrieben wird, kann 15 die Massenausgleichswelle sowie der Zahnriemen vollständig außerhalb des Kurbelgehäuses liegen, oder es kann zwischen der Riemenscheibe der Massenausgleichswelle und der Massenausgleichswelle selbst ein Wellendichtring vorgesehen sein, um die Massenausgleichswelle innerhalb des Kurbelgehäuses anordnen zu können. 20 Besonders bevorzugt ist es, wenn das weitere Antriebsrad von außen in das Antriebsglied eingreift. Durch diese Maßnahme werden verschiedenen Vorteile erreicht. Zum einen wird dadurch sichergestellt, dass sich die Massenausgleichswelle gegenläufig zur Kurbelwelle dreht. Darüber hinaus wird durch diese Maßnahme der Umschlingungswinkel des Antriebesmittels um das erste und das zweite Antriebsrad erhöht, so dass die Kraftübertragung wesentlich verbes-25 sert wird und die Gefahr minimiert wird, dass bei stoßartigen Belastungen ein Überspringen der Kette bzw. des Zahnriemens stattfindet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn das weitere Antriebsrad den einen Abschnitt des Antriebsgliedes so weit nach innen drückt, dass dieser in die Nähe des anderen Abschnittes des Antriebsgliedes kommt. Auf diese Weise können Umschlingungswinkel von 180° und mehr realisiert werden. In dem Fall einer 30 Antriebskette ist eine solche Ausführungsvariante ohne besondere Maßnahmen realisierbar, sofern es sich um eine Rollenkette oder Hülsenkette handelt. Im Fall eines Zahnriemens muss sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Riemens eine Verzahnung vorgesehen sein, um die korrekte Phasenlage der Massenausgleichswelle sicherzustellen. 35 Im Hinblick auf die mechanisch Belastungen der Brennkraftmaschine und im Hinblick auf in geringes Wechseldrehmoment hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Massenausgleichswelle näher bei der Kurbelwelle liegt als bei der Nockenwelle.In an alternative embodiment of the invention can be provided that the drive member is formed as a toothed belt and that the drive wheels are pulleys. Timing belts have proven to be a problem-free drive means for camshafts of internal combustion engines. If the camshaft is driven by a toothed belt, the mass balance shaft and the timing belt can be completely outside the crankcase, or between the pulley of the mass balance shaft and the mass balance shaft itself a shaft seal can be provided to order the mass balance shaft within the crankcase can. It is particularly preferred if the further drive wheel engages from outside into the drive member. By this measure, various advantages are achieved. On the one hand, this ensures that the mass balance shaft rotates in opposite directions to the crankshaft. In addition, by this measure, the wrap angle of the drive means is increased by the first and the second drive wheel, so that the power transmission is much verbes-25 sert and the risk is minimized that occurs at shock loads skipping the chain or the toothed belt. In this connection, it is particularly preferred if the further drive wheel presses the one section of the drive member inwards so far that it comes close to the other section of the drive member. In this way, wrap angles of 180 ° and more can be realized. In the case of a drive chain, such an embodiment variant can be realized without special measures, as long as it is a roller chain or sleeve chain. In the case of a toothed belt, a toothing must be provided both on the inside and on the outside of the belt in order to ensure the correct phase position of the mass balance shaft. 35 With regard to the mechanical loads on the internal combustion engine and in terms of low alternating torque, it has proven to be particularly favorable when the mass balance shaft is closer to the crankshaft than the camshaft.
Im Hinblick auf möglichst kompakte Außenabmessungen hat es sich weiter als besonders 40 begünstigt herausgestellt, wenn die Massenausgleichswelle im Kurbelgehäuse angeordnet ist, wenn die Achse der Massenausgleichswelle durch den vom Pleuel der Brennkraftmaschine überstrichenen Bereichen durchgeht und wenn sie unmittelbar neben dem vom Pleuel überstri-chenen Bereich liegt. Durch den Versatz der Massenausgleichswelle in Axialrichtung der Kurbelwelle werden bei dieser Lösung zwar unausgeglichene Momente erster Ordnung hervorgeru-45 fen, die jedoch aufgrund des geringen Hebelarmes relativ gering sind. Positiv bei dieser Lösung ist jedoch, dass durch die Massenausgleichswelle praktisch keinerlei bauliche Vergrößerung der Brennkraftmaschine resultiert.With regard to the most compact outer dimensions, it has further been found to be particularly favorable when the mass balance shaft is arranged in the crankcase, when the axis of the mass balance shaft passes through the areas swept by the connecting rod of the internal combustion engine and if they are immediately adjacent to the area crossed by the connecting rod lies. Due to the offset of the mass balance shaft in the axial direction of the crankshaft, although unbalanced first order moments are produced in this solution, they are relatively small due to the small lever arm. Positive in this solution, however, is that virtually no structural enlargement of the internal combustion engine results due to the mass balance shaft.
Eine weitere Vereinfachung und Erhöhung der Integrationsdichte kann erreicht werden, wenn so die Brennkraftmaschine als Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Dies ist insbesondere auf die Konkurrenzfähigkeit von kleinen Viertakt-Brennkraftmaschinen in Bezug auf Zweitakt-Brennkraftmaschinen von wesentlicher Bedeutung.A further simplification and increase in the integration density can be achieved if the internal combustion engine is designed as a single-cylinder four-stroke internal combustion engine. This is particularly important to the competitiveness of small four-stroke internal combustion engines with respect to two-stroke internal combustion engines of essential importance.
In der Folge wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels 55 näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment 55 shown in the figures.
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