DE102005042122A1

DE102005042122A1 - Multi-cylinder stroke-piston internal combustion engine`s e.g. four-cylinder internal combustion engine, free mass forces partially balancing device, has rotary crankshaft provided, where balancing mass supports directly at crankshaft

Info

Publication number: DE102005042122A1
Application number: DE200510042122
Authority: DE
Inventors: Sis Nanos; Lars Hofmann; Albrecht Keck; Max Hackenbrunner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-08

Abstract

The device has a rotary crankshaft (100) provided, where a direct mass balancing takes place at the crankshaft. A balancing mass supports directly at the crankshaft, where a force flow between the crankshaft and the balancing mass takes place only over moved component parts. The balancing mass is arranged rotatably in region of outside radius of a crank web (122, 124, 126, 128) of the crankshaft and opposite to the crankshaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum zumindest teilweisen Ausgleich der freien Massenkräfte einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einem im Betrieb oszillierenden Kolben, wenigstens einem eine zusammengesetzte Bewegung ausführenden Pleuel und wenigstens einer rotierenden Ausgleichsmasse sowie einer rotierenden Kurbelwelle und einem festen Kurbelgehäuse.The The invention relates to a device for at least partial compensation the free mass forces a reciprocating internal combustion engine with at least one in operation oscillating pistons, at least one performing a composite movement Connecting rod and at least one rotating balancing mass and one rotating crankshaft and a fixed crankcase.

Beim Betrieb von Hubkolben-Brennkraftmaschinen treten aufgrund der ungleichförmigen Bewegung von Massen Massenkräfte auf. Der Kolben führt eine oszillierende (hin- und hergehende), die Kurbelwelle eine rotierende und das Pleuel eine zusammengesetzte Bewegung aus. Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen sind die Kraftwirkungen im Inneren und nach außen im wesentlichen Beeinflusst durch die Zylinderzahl, die Zylinderanordnung, die Kröpfungsfolge der Kurbelwelle, die Zündfolge und die Einzelzylinderparameter. Die aus den oszillierenden Massenkräften 1. und 2. Ordnung resultierenden freien Massenkräfte und -momente werden auf die Brennkraftmaschinenlagerung übertragen, so dass Maßnahmen zur Kompensation der Wirkung der Massenkräfte nach außen erforderlich sind.At the Operation of reciprocating internal combustion engines occur due to the non-uniform motion of mass mass forces on. The piston carries a oscillating (reciprocating), the crankshaft a rotating and the connecting rod is a compound movement. In multi-cylinder internal combustion engines the force effects inside and out are essentially influenced by the number of cylinders, the cylinder arrangement, the crankshaft cranking sequence, the firing order and the single cylinder parameters. The oscillating mass forces 1. and 2nd order resulting free mass forces and moments on transmit the engine bearing, so that measures to compensate for the effect of the external forces are required.

Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen ist die Massenkraft die Summe der Massenkräfte der einzelnen Zylinder. Da die hin- und hergehenden Massenkräfte der einzelnen Zylinder in den einzelnen Zylindermittellinien wirken, können sich Massenmomente ergeben. Für Reihen-Brennkraftmaschinen ist wegen der parallelen Zylinderanordnung die Ermittlung der Massenkräfte vereinfacht. Während die Reihen-6-Zylinder-Brennkraftmaschine von sich aus vollständig ausgeglichen ist, treten bei der Reihen-4-Zylinder-Brennkraftmaschine freie Massenkräfte 2. Ordnung auf, welche es gezielt auszugleichen gilt.at Multi-cylinder internal combustion engines, the mass force is the sum of ground forces the single cylinder. Since the reciprocating mass forces of individual cylinders act in the individual cylinder center lines, can arise mass moments. For Series internal combustion engines is because of the parallel cylinder arrangement simplifies the determination of the mass forces. While the in-line 6-cylinder internal combustion engine completely by itself balanced, occur in the inline 4-cylinder engine free mass forces 2nd order on which it is targeted to compensate.

Eine bekannte Art des rotierenden Ausgleichs von Massenkräfte zeigt und beschreibt die DE 199 02 921 A1 , gemäß der unterhalb einer Kurbelwelle Ausgleichswellen vorgesehen sind. Die Ausgleichswellen sind mit Ausgleichsmassen versehen und werden ausgehend von der Kurbelwelle endseitig angetrieben. Neben dem zusätzlich benötigten Bauraum ist dabei insbesondere nachteilig, dass die Massenkräfte nicht am Ort ihres Auftretens, sondern erst an anderer, entfernter Stelle, ausgeglichen werden mit der Folge, dass innerhalb der Brennkraftmaschine beträchtliche Belastungen auftreten und die Massenkräfte auf ihrem Weg vom Ort ihres Auftretens bis zum Ausgleichsort weiteren Einflüssen unterliegen, was einen exakten Massenausgleich erschwert. Bekannte Ausgleichsanordnungen dieser Art weisen ein beträchtliches Gewicht auf und sind für höhere Drehzahlen oder größere Hubräume ungeeignet. Die Belastungen des Kurbelgehäuses sind beträchtlich, so dass in der Folge dieses entsprechend stabil, beispielsweise in Grauguss, ausgeführt werden muss. Lediglich bei Brennkraftmaschinen mit geringen Massenkräften sind Ausführungen des Kurbelgehäuses in Leichtmetall möglich.A known type of rotating balance of mass forces shows and describes the DE 199 02 921 A1 in which balancing shafts are provided below a crankshaft. The balance shafts are provided with compensating masses and are driven from the end of the crankshaft. In addition to the additional space required is particularly disadvantageous that the mass forces are not at the place of their occurrence, but only at other, remote location, balanced, with the result that within the internal combustion engine considerable loads and the mass forces on their way from the place of their occurrence are subject to further influences to the compensation location, which makes exact mass balance difficult. Known compensation arrangements of this type have a considerable weight and are unsuitable for higher speeds or larger capacity. The loads of the crankcase are considerable, so that in the sequence this must be carried out according to stable, for example in gray cast iron. Only in internal combustion engines with low mass forces versions of the crankcase in light metal are possible.

Es wurden außerdem bereits vorgeschlagen, eine Ausgleichsmasse direkt an der Kurbelwelle, also nahe am Ort des Auftretens der Massenkräfte, abzustützen, wie aus der DE 30 40 686 hervor geht. Allerdings handelt es sich dabei um eine oszillierende Ausgleichsmasse, was als problematisch anzusehen ist. Zudem ist nur eine einzige Ausgleichsmasse für alle Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen, so dass in bezug auf die Qualität des Massenausgleich Kompromisse eingegangen werden, auch da die auf die weiter entfernten, äußeren Zylinder zurückgehenden Massenkräfte einen gewissen Weg bis zum Ort der Massenausgleichs zurücklegen müssen mit den bereits beschriebenen Nachteilen.It has also been proposed to support a balancing mass directly to the crankshaft, so close to the location of the occurrence of inertial forces, as from the DE 30 40 686 comes out. However, this is an oscillating balancing mass, which can be regarded as problematic. In addition, only a single balancing mass is provided for all cylinders of the internal combustion engine, so that compromises are made with respect to the quality of the mass balance, also because the going back to the outer, outer cylinder mass forces have to travel a certain way to the place of mass balance with the already described disadvantages.

Der Versuch eines kompakten, rotierenden Massenausgleichs in unmittelbarer Nähe des Orts des Auftretens der Massenkräfte wurde mit einer Anordnung gemäß der DE-OS 2 149 220 unternommen, indem kurbelgehäusefest ein innenverzahntes Zahnrad vorgesehen ist, während ein kleines Zahnrad mit Ausgleichsgewicht drehbar auf einem Pleuelzapfen neben dem Pleuelstangenkopf gelagert ist. Mittels des kurbelgehäusefesten innenverzahnten Zahnrads stützt sich die rotierende Ausgleichsmasse nachteiligerweise am Kurbelgehäuse ab.Of the Attempt of a compact, rotating mass balance in the immediate Near the Place of occurrence of the mass forces was with an arrangement according to DE-OS 2 149 220 made by crankcase fitting an internally toothed Gear is provided while a small gear with balance weight rotatable on a crankpin next to is mounted on the connecting rod end. By means of the crankcase fixed internally toothed gear the rotating balancing mass disadvantageously from the crankcase.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Einrichtung zum Massenausgleich bereit zu stellen, welche einen Ausgleich von Massenkräften in unmittelbarer Nähe des Orts ihres Auftretens ermöglicht, so dass ein nur kurzer Kraftfluss zwischen dem Ort des Auftretens und dem Ausgleichsort auftritt und die innere Belastung der Brennkraftmaschine entsprechend gering ist und ein Massenausgleich mit besonders hoher Präzision ermöglicht wird; insbesondere soll eine Einbeziehung des Kurbelgehäuses in den Kraftfluss vermieden werden. Die Einrichtung soll ferner ein im Vergleich zu herkömmlichen Ausgleichseinrichtungen verringertes Gewicht aufweisen und für höhere Drehzahlen und größere Hubräume geeignet sein. Die Belastung des Kurbelgehäuses soll zumindest verringert werden, so dass die Brennkraftmaschine insgesamt leichter ausgeführt werden kann.Of the present invention is based on the object, an to provide said device for mass balance, which a balance of mass forces in the immediate vicinity of Location of their occurrence allows so that only a short power flow between the place of occurrence and the equilibrium occurs and the internal load of the internal combustion engine is correspondingly low and a mass balance with very high precision allows becomes; In particular, an inclusion of the crankcase in the power flow can be avoided. The device should also be compared to conventional Compensating means have reduced weight and for higher speeds and larger capacity suitable be. The load on the crankcase should at least be reduced so that the internal combustion engine can be made lighter overall can.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zugrundeliegenden Idee einen direkten Massenausgleich an der Kurbelwelle erfolgt, indem sich die Ausgleichsmasse direkt an der Kurbelwelle abstützt. Die Abstützung der Ausgleichsmasse direkt an der Kurbelwelle gewährleistet den Ausgleich von Massenkräften unmittelbar am Ort ihres Auftretens. Durch die Einbeziehung nur weniger Bauteile in den Kraftfluss zwischen dem Ort des Auftretens der Massenkräfte und dem Ausgleichsort wird die innere Belastung der Brennkraftmaschine gering gehalten und die Massenkräfte unterliegen nur wenigen Einflüssen, so dass ein hoch präziser Massenausgleich erfolgen kann. Die nicht in den Kraftfluss der Massenkräfte eingebundenen Bauteile können ihren jeweiligen Anforderungen entsprechend ausgelegt werden und müssen nicht zusätzlich zur Übertragung vom Massenkräften geeignet sein.The object is achieved by the features of claim 1, wherein according to the underlying idea of a direct Massenaus takes place immediately on the crankshaft, by the balancing mass is supported directly on the crankshaft. The support of the balancing mass directly to the crankshaft ensures the balance of inertial forces directly at the place of their occurrence. By including only a few components in the power flow between the location of the occurrence of inertial forces and the compensation location, the internal load of the internal combustion engine is kept low and the inertial forces are subject to only a few influences, so that a high-precision mass balance can be done. The components that are not integrated into the power flow of the mass forces can be designed according to their respective requirements and need not be suitable in addition to the transmission of inertial forces.

Besonders zu bevorzugende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Especially preferred embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß eines sehr vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung erfolgt ein Kraftfluss zwischen Kurbelwelle und Ausgleichsmasse nur über bewegte Bauteile und der Kraftfluss wird über die Kurbelwelle selbst geschlossen. Insbesondere werden Massenkräfte nicht über das Kurbelgehäuse geleitet, so dass dieses Belastungen durch Massenkräfte weniger ausgesetzt ist und entsprechend leichter ausgeführt werden kann.According to one very advantageous embodiment The invention provides a power flow between the crankshaft and balancing mass only over moving Components and the power flow is over the crankshaft itself closed. In particular, mass forces are not conducted over the crankcase, so that this burden is less exposed by inertia forces and carried out accordingly easier can be.

Zweckmäßigerweise erfolgt ein Kraftfluss ausgehend von der Kurbelwelle über eine Zwischenverzahnung zur Ausgleichsmasse. Ausgehend vom Ort des Auftretens der Massenkräfte ist lediglich eine Zwischenverzahnung – sowie ein die Zahnräder der Verzahnung tragender Wellenstumpf – in den Kraftfluss eingebunden, bevor ein Ausgleich der Massenkräfte durch die Ausgleichsmasse erfolgt.Conveniently, a power flow takes place starting from the crankshaft via a Inter-toothing to the balancing mass. Starting from the place of occurrence the mass forces is only an intermediate toothing - and one of the gears of the toothing bearing stub shaft - in integrated the power flow before a balance of mass forces through the balancing mass takes place.

Besonders bevorzugt ist es, wenn bei einer Kurbelwelle, welche wenigstens einen Kurbelzapfen und diesem axial benachbarte Kurbelwangen aufweist, die Ausgleichsmasse gegenüber der Kurbelwelle rotierbar im Bereich des Außenradius einer Kurbelwange angeordnet ist. Der Außenradius der Kurbelwange ist der größten Durchmesser der Kurbelwelle. Ziel ist es, die Ausgleichsmasse an einem möglicht großen Durchmesser der Kurbelwelle angreifen zu lassen und so eine möglichst große Wirkung zu erzielt, damit das Gewicht der Ausgleichsmasse gering gehalten werden kann. Vorliegend wird dies durch die Anordnung der Ausgleichsmasse im Bereich des Außenradius einer Kurbelwange erreicht, wobei in einem anderen Ausführungsbeispiel auch eine Anordnung in einem anderen Bereich mit großem Radius bevorzugt sein kann.Especially it is preferred if at a crankshaft, which at least has a crank pin and this axially adjacent crank webs, the balancing mass opposite the crankshaft rotatable in the range of the outer radius of a crank arm is arranged. The outer radius The crank arm is the largest diameter the crankshaft. The aim is to make the balancing mass at the largest possible diameter possible To let the crankshaft attack and as possible size Achieved effect, so that the weight of the balancing weight low can be held. In the present case this is due to the arrangement of Compensation mass in the range of the outer radius of a crank arm achieved, in another embodiment, an arrangement in another range with a large radius may be preferred.

Vorzugsweise ist die Rotationsachse der Ausgleichsmasse die Kurbelwellenachse, die Ausgleichsmasse rotiert somit symmetrisch zur Kurbelwelle. Zum Antrieb der Ausgleichsmasse ist zweckmäßigerweise im Bereich des Außenradius einer Kurbelwange eine Außenverzahnung vorgesehen.Preferably the axis of rotation of the balancing mass is the crankshaft axis, the balancing mass thus rotates symmetrically to the crankshaft. To the Drive the balancing mass is expediently in the range of the outer radius a crank cheek an external toothing intended.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung rotiert die Ausgleichsmasse zur Kurbelwelle gleichsinnig, alternativ rotiert die Ausgleichsmasse zur Kurbelwelle gegensinnig.According to one embodiment invention, the balancing mass rotates in the same direction as the crankshaft, Alternatively, the balancing mass rotates in opposite directions to the crankshaft.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ausgleichsmasse bezogen auf das Kurbelgehäuse mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotiert. Eine zur Kurbelwelle gleichsinnig rotierende Ausgleichsmasse dreht demzufolge in Kurbelwellendrehrichtung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl relativ zum Kurbelgehäuse, eine zur Kurbelwelle gegensinnig rotierende Ausgleichsmasse dreht entgegen der Kurbelwellendrehrichtung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl relativ zum Kurbelgehäuse.Especially it is preferred if the balancing weight based on the crankcase with double Crankshaft speed rotates. One in the same direction to the crankshaft rotating balancing mass thus rotates in crankshaft rotation direction with double crankshaft speed relative to the crankcase, a counterweight rotating in opposite directions to the crankshaft the crankshaft rotation direction with double crankshaft speed relative to the crankcase.

Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine ist gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels jedem Zylinder eine gesonderte Ausgleichsmasse zugeordnet. So können die auf die einzelnen Zylinder zurückgehenden Massenkräfte gezielt am Ort ihres Auftretens ausgeglichen werden und der Ausgleich kann jeweils gesondert optimal ausgestaltet werden.at a four-cylinder internal combustion engine is according to a particularly preferred embodiment each cylinder assigned a separate balancing mass. So can the going back to the individual cylinders ground forces be compensated specifically at the place of their occurrence and the compensation each can be optimally configured separately.

Zweckmäßigerweise rotieren die den äußeren Zylindern zugeordneten Ausgleichsmassen zur Kurbelwelle gegensinnig und die den inneren Zylindern zugeordneten Ausgleichsmassen zur Kurbelwelle gleichsinnig jeweils bezogen auf das Kurbelgehäuse mit doppelter Kurbelwellendrehzahl.Conveniently, rotate the outer cylinders assigned balancing masses to the crankshaft in opposite directions and the the inner cylinders associated balancing masses to the crankshaft same direction in each case based on the crankcase with double crankshaft speed.

Konstruktiv bedingt ist es besonders günstig, wenn die den äußeren Zylindern zugeordneten Ausgleichsmassen jeweils einen gesonderten und die den inneren Zylindern zugeordneten Ausgleichsmassen einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.constructive conditionally it is particularly favorable if the outer cylinders assigned balancing weights each have a separate and the inner cylinders associated balancing masses a common Drive have.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaftfollowing is a particularly preferable one with reference to figures embodiment closer to the invention explains thereby show schematically and by way of example

1 eine zum Massenausgleich geeignete Kurbelwelle einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, 1 a mass balance suitable crankshaft of a four-cylinder internal combustion engine,

2 eine Einrichtung zum Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine und 2 a device for balancing mass forces 2nd order in a four-cylinder internal combustion engine and

3 zwei Ausführungsvarianten einer Einrichtung zum Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung bei einer Brennkraftmaschine. 3 two variants of a device for balancing mass forces 2nd order in an internal combustion engine.

1 zeigt eine zum Massenausgleich geeignete Kurbelwelle 100 einer hier nicht näher dargestellten Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Die Kurbelwelle 100 umfasst Wellenzapfen 104, 110 und 116, welche in Hauptlagern in einem festen Kurbelgehäuse drehbar gelagert sind und deren Achse die Kurbelwellenachse 120 bildet. Die Kurbelwelle 100 weist aneinandergereihte Kröpfungen für die einzelnen Zylinder auf, jeder Kröpfung ist ein Kurbelzapfen 106, 108, 112, 114 zugeordnet, welcher ein Pleuel aufnimmt. Jedem Kurbelzapfen 106, 108, 112, 114 sind axial benachbarte Kurbelwangen, wie 122, 124, 126, 128 beigeordnet. Der Abtrieb der Brennkraftmaschine erfolgt über den Schwungradflansch 102, mit 118 ist das freie Wellenende bezeichnet. 1 shows a suitable crankshaft for mass balance 100 a four-cylinder internal combustion engine not shown here. The crankshaft 100 includes shaft journal 104 . 110 and 116 which are rotatably mounted in main bearings in a fixed crankcase and whose axis is the crankshaft axis 120 forms. The crankshaft 100 has juxtaposed cranks for each cylinder, each crank is a crank pin 106 . 108 . 112 . 114 assigned, which receives a connecting rod. Each crankpin 106 . 108 . 112 . 114 are axially adjacent crank webs, such as 122 . 124 . 126 . 128 coordinate. The output of the internal combustion engine via the flywheel 102 , With 118 is the free end of the shaft.

Eine Einrichtung 200 Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine ist in 2 dargestellt. Die Einrichtung 200 umfasst Antriebszahnräder 202, 206 und 212, welche bei einer wie in der 1 dargestellten Brennkraftmaschine den Kurbelwangen 122, 126 und 128 zugeordnet sind. Die Antriebszahnräder 202, 206, 212 können als gesondertes Bauteil ausgeführt und mit den Kurbelwangen 122, 126, 128 verbunden sein, alternativ können die Antriebszahnräder 202, 206, 212 auch durch eine entsprechende Ausgestaltung des äußeren Radius des Kurbelwangen 122, 126, 128 selbst gebildet sein, dann sind die Kurbelwangen 122, 126, 128 selbstverständlich, wie in der 1 gestrichelt dargestellt, kreisscheibenförmig auszugestalten.An institution 200 Compensation of 2nd order inertial forces in a four-cylinder internal combustion engine is in 2 shown. The device 200 includes drive gears 202 . 206 and 212 , which in a like in the 1 shown internal combustion engine the crank webs 122 . 126 and 128 assigned. The drive gears 202 . 206 . 212 can be designed as a separate component and with the crank webs 122 . 126 . 128 be connected, alternatively, the drive gears 202 . 206 . 212 also by a corresponding design of the outer radius of the crank webs 122 . 126 . 128 even be formed, then the crank cheeks 122 . 126 . 128 of course, as in the 1 shown dashed lines to design circular disk.

Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist eine gesonderte, zur Kurbelwelle relativ drehbare Ausgleichsmasse 204, 208, 210, 214 zugeordnet, welche ringförmig ausgestaltet ist und deren Drehachse die Kurbelwellenachse ist. Die Ausgleichsmassen 204, 208, 210, 214 umfassen jeweils eine Unwucht zum Massenausgleich und weisen außenseitig eine Verzahnung auf, mittels welcher sie antreibbar sind.Each cylinder of the internal combustion engine is a separate, relatively rotatable to the crankshaft balancing mass 204 . 208 . 210 . 214 assigned, which is designed annular and whose axis of rotation is the crankshaft axis. The balancing weights 204 . 208 . 210 . 214 each comprise an imbalance for mass balance and have on the outside a toothing, by means of which they are drivable.

Der Antrieb der Ausgleichsmasse 204 erfolgt ausgehend von dem Antriebszahnrad 202 über ein Zahnrad 216 und ein Zahnrad 218, welches eine erste, mit dem Zahnrad 216 korrespondierende Verzahnung 220 und eine zweite, mit der Verzahnung der Ausgleichsmasse 204 korrespondierende Verzahnung 222 aufweist. Die Drehrichtung der Ausgleichsmasse 204 ist demzufolge zur Kurbelwellendrehrichtung entgegengesetzt, die Ausgleichsmasse 204 dreht bezogen auf die Kurbelwelle mit deren dreifacher Drehzahl, aufgrund der entgegengesetzten Drehrichtung also bezogen auf das Kurbelgehäuse mit doppelter Kurbelwellendrehzahl.The drive of the balancing mass 204 takes place starting from the drive gear 202 over a gear 216 and a gear 218 , which is a first, with the gear 216 corresponding toothing 220 and a second, with the teeth of the balancing mass 204 corresponding toothing 222 having. The direction of rotation of the balancing mass 204 is therefore opposite to the crankshaft rotation, the balancing mass 204 revolves with respect to the crankshaft with its three-fold speed, so based on the opposite direction of rotation so relative to the crankcase with double crankshaft speed.

Der Antrieb der Ausgleichsmassen 208, 210 erfolgt ausgehend von dem Antriebszahnrad 206 über ein Zahnrad 226 und über mit diesem mittels einer Welle 230 drehfest verbundene Zahnräder 232, 224. Das Zahnrad 224 weist eine erste, mit dem Zahnrad 206 korrespondierende Verzahnung 226 und eine zweite, mit der Verzahnung der Ausgleichsmasse 210 korrespondierende Verzahnung 228 auf. Das Zahnrad 232 korrespondiert mit der Verzahnung der Ausgleichsmasse 208. Die Drehrichtung der Ausgleichsmassen 208, 210 ist demzufolge zur Kurbelwellendrehrichtung gleichsinnig, die Ausgleichsmassen 208, 210 drehen mit doppelter Kurbelwellendrehzahl. Vorliegend ist das Antriebszahnrad 206 zusammen mit der Ausgleichsmasse 210 der in der 1 mit 126 bezeichneten Kurbelwange zugeordnet, wobei es selbstverständlich auch möglich ist, das Antriebszahnrad 206 zusammen mit der Ausgleichsmasse 208 der in der 1 mit 124 bezeichneten Kurbelwange zuzuordnen.The drive of the balancing weights 208 . 210 takes place starting from the drive gear 206 over a gear 226 and over with this by means of a wave 230 non-rotatably connected gears 232 . 224 , The gear 224 has a first, with the gear 206 corresponding toothing 226 and a second, with the teeth of the balancing mass 210 corresponding toothing 228 on. The gear 232 corresponds to the toothing of the balancing mass 208 , The direction of rotation of the balancing weights 208 . 210 is therefore in the same direction to the crankshaft rotation direction, the balancing weights 208 . 210 turn with double crankshaft speed. Present is the drive gear 206 together with the balancing mass 210 the Indian 1 With 126 assigned crank arm, it is of course also possible, the drive gear 206 together with the balancing mass 208 the Indian 1 With 124 assigned to designated crank arm.

Der Antrieb der Ausgleichsmasse 214 erfolgt ausgehend von dem Antriebszahnrad 212 über ein Zahnrad 234 und ein Zahnrad 240, welches eine erste, mit dem Zahnrad 234 korrespondierende Verzahnung 238 und eine zweite, mit der Verzahnung der Ausgleichsmasse 214 korrespondierende Verzahnung 236 aufweist. Die Drehrichtung der Ausgleichsmasse 214 ist demzufolge ebenso wie die der Ausgleichsmasse 204 zur Kurbelwellendrehrichtung entgegengesetzt, die Ausgleichsmasse 214 ebenfalls dreht bezogen auf die Kurbelwelle mit deren dreifacher Drehzahl, aufgrund der entgegengesetzten Drehrichtung also bezogen auf das Kurbelgehäuse mit doppelter Kurbelwellendrehzahl.The drive of the balancing mass 214 takes place starting from the drive gear 212 over a gear 234 and a gear 240 , which is a first, with the gear 234 corresponding toothing 238 and a second, with the teeth of the balancing mass 214 corresponding toothing 236 having. The direction of rotation of the balancing mass 214 is therefore the same as that of the balancing mass 204 Opposite to the crankshaft rotation, the balancing mass 214 also revolves with respect to the crankshaft with its three-fold speed, so based on the opposite direction of rotation so relative to the crankcase with double crankshaft speed.

Durch die Drehrichtung der Ausgleichsmassen 208, 210 in Kurbelwellendrehrichtung die der Ausgleichsmassen 204, 214 entgegen der Kurbelwellendrehrichtung werden zusätzliche Massenkräfte in Querrichtung der Brennkraftmaschine vermieden, wobei gegebenenfalls auch eine Ausgestaltung gewählt werden kann, bei welcher die Ausgleichsmassen 204, 214 in Kurbelwellendrehrichtung und die Ausgleichsmassen 208, 210 entgegen der Kurbelwellendrehrichtung rotieren.By the direction of rotation of the balancing weights 208 . 210 in crankshaft rotation direction of the balancing weights 204 . 214 contrary to the crankshaft rotation direction, additional mass forces in the transverse direction of the internal combustion engine are avoided, it also being possible to choose an embodiment in which the compensation masses 204 . 214 in crankshaft rotation and the balancing weights 208 . 210 Rotate counter to crankshaft rotation direction.

Die Zahnräder 216, 218, 232, 224, 234, 236 sind kurbelgehäuseseitig gelagert, gegebenenfalls unter Verwendung gesonderter Halteeinrichtungen. Sowohl die Zahnräder 216, 218, 232, 224, 234, 236 als auch die Ausgleichsmassen 204, 208, 210, 214 sind gleitgelagert, wobei gegebenenfalls auch Wälzlagerunge verwendet werden können.The gears 216 . 218 . 232 . 224 . 234 . 236 are mounted on the crankcase side, possibly using separate holding devices. Both the gears 216 . 218 . 232 . 224 . 234 . 236 as well as the balancing weights 204 . 208 . 210 . 214 are slidably mounted, where appropriate Wälzlagerunge can be used.

Auch wenn in 2 eine Massenausgleichseinrichtung 200 zum Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt ist, können Teile der Anordnung auch bei anderen Brennkraftmaschinen Verwendung finden, beispielsweise zum Ausgleich freier Massenkräfte 2. Ordnung bei einer Ein- oder Zweizylinder-Brennkraftmaschine, wenngleich der vorgeschlagene Massenausgleich bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft ist.Even if in 2 a mass balancing device 200 to compensate for mass forces 2nd order in a four-cylinder internal combustion engine, parts of the arrangement can also be used in other internal combustion engines, for example, to compensate for free mass forces 2nd order in a single- or two-cylinder internal combustion engine, although the proposed masses Compensation is particularly advantageous in a four-cylinder internal combustion engine.

3 zeigt zwei Ausführungsvarianten 300, 350 einer Einrichtung zum Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung bei einer Brennkraftmaschine. Neben der Kurbelwange ist kurbelgehäusefest ein Zahnrad 306 mit Innenverzahnung bzw. 307 mit Außenverzahnung angeordnet, welches ein- oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgeführt ist. Mit dem Zahnrad 306 bzw. 307 korrespondiert ein auf einer Kurbelwange 304 gelagertes Zahnrad 308 bzw. 310, das andererseits mit einem Zahnrad 316 in Eingriff steht. 3 shows two variants 300 . 350 a device for balancing mass forces 2nd order in an internal combustion engine. In addition to the crank arm is crankcase fixed a gear 306 with internal toothing or 307 arranged with external teeth, which is one or more parts, for example, in two parts, running. With the gear 306 respectively. 307 corresponds to a on a crank arm 304 stored gear 308 respectively. 310 on the other hand with a gear 316 engaged.

Das Zahnrad 316 ist auf der Kurbelwelle 302 zu dieser relativ drehbar gelagert und trägt eine Ausgleichsmasse. Das mit dem innenverzahnten Zahnrad 306 in Eingriff stehende Zahnrad 308 der Ausführungsvariante 300 ist ein einfaches Zahnrad, so dass das Zahnrad 316 mit der Ausgleichsmasse in Kurbelwellendrehrichtung dreht, wobei die Übersetzung so gewählt ist, dass die Drehzahl des Zahnrads 316 der doppelten Kurbelwellendrehzahl entspricht. Das mit dem außenverzahnten Zahnrad 307 in Eingriff stehende Zahnrad 310 der Ausführungsvariante 350 ist als Stufenzahnrad ausgestaltet mit einer ersten Verzahnung 312; welche mit dem Zahnrad 307 korrespondiert und mit einer zweiten Verzahnung 314, welche mit dem Zahnrad 316 korrespondiert, so dass das Zahnrad 316 mit der Ausgleichsmasse zur Kurbelwellendrehrichtung entgegengesetzt dreht, wobei die Übersetzung so gewählt ist, dass die Drehzahl des Zahnrads 316 bezogen auf das Kurbelgehäuse der doppelten Kurbelwellendrehzahl entspricht.The gear 316 is on the crankshaft 302 stored for this relatively rotatable and carries a balancing mass. That with the internal gear 306 engaged gear 308 the embodiment 300 is a simple gear, so the gear 316 rotates with the balancing mass in crankshaft rotation, the ratio is selected so that the speed of the gear 316 the double crankshaft speed corresponds. That with the externally toothed gear 307 engaged gear 310 the embodiment 350 is designed as a step gear with a first toothing 312 ; which with the gear 307 corresponds and with a second toothing 314 , which with the gear 316 Corresponds, so that the gear 316 with the balancing mass to the crankshaft rotation opposite direction rotates, the ratio is selected so that the speed of the gear 316 based on the crankcase of double crankshaft speed corresponds.

Zum Ausgleich von Massenkräften bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine wird für die äußeren Zylinder eins und vier der Brennkraftmaschine die Ausführungsvariante 300 der Ausgleichseinrichtung verwendet, ein Massenausgleich an den inneren Zylindern zwei und drei erfolgt mit der Ausführungsvariante 350 der Ausgleichseinrichtung, wobei gegebenenfalls auch die Ausführungsvariante 350 mit den äußeren und die Ausführungsvariante 300 mit den inneren Zylindern verwendet werden kann. Wesentlich ist, dass keine zusätzlichen Massenkräfte in Querrichtung der Brennkraftmaschine induziert werden.To compensate for inertial forces in a four-cylinder internal combustion engine is the embodiment for the outer cylinder one and four of the internal combustion engine 300 the balance device used, a mass balance on the inner cylinders two and three takes place with the embodiment 350 the compensation device, where appropriate, the embodiment 350 with the outer and the variant 300 can be used with the inner cylinders. It is essential that no additional mass forces in the transverse direction of the internal combustion engine are induced.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine kurbelwellenintegrierte Einrichtung zum direkten Massenausgleich bereit gestellt, welche einen Ausgleich von Massenkräften in unmittelbarer Nähe des Orts ihres Auftretens ermöglicht, so dass ein nur kurzer Kraftfluss zwischen dem Ort des Auftretens und dem Ausgleichsort auftritt und die innere Belastung der Brennkraftmaschine entsprechend gering ist und ein Massenausgleich mit besonders hoher Präzision ermöglicht wird; insbesondere wird eine Einbeziehung des Kurbelgehäuses in den Kraftfluss vermieden werden. Die Einrichtung weist ferner ein im Vergleich zu herkömmlichen Ausgleichseinrichtungen verringertes Gewicht auf und ist für höhere Drehzahlen und größere Hubräume geeignet. Die Belastung des Kurbelgehäuses wird stark verringert, so dass die Brennkraftmaschine insgesamt leichter ausgeführt werden kann.With The present invention is a crankshaft integrated device provided for direct mass balance, which is a compensation of ground forces close the location of their occurrence allows leaving only a brief flow of force between the place of occurrence and the compensation location occurs and the internal load of the internal combustion engine is correspondingly low and a mass balance with very high precision allows becomes; In particular, an inclusion of the crankcase in the power flow can be avoided. The device also has a compared to conventional Compensators reduced weight and is for higher speeds and larger capacity suitable. The load on the crankcase is greatly reduced so that the internal combustion engine as a whole easier to run can be.

Claims

Means for at least partially compensating the free mass forces of a reciprocating internal combustion engine with at least one oscillating piston during operation, at least one connecting movement performing connecting rod and at least one rotating balancing mass and a rotating crankshaft and a fixed crankcase, characterized by a direct mass balance ( 200 . 300 . 350 ) on the crankshaft ( 100 . 302 ), whereby the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) directly on the crankshaft ( 100 . 302 ) is supported.

Device according to claim 1, characterized in that a power flow between crankshaft ( 100 . 302 ) and balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) only via moving components ( 216 . 218 . 232 . 224 . 234 . 236 . 308 . 310 ) and the power flow through the crankshaft ( 100 . 302 ) is self-closing.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that a power flow starting from the crankshaft ( 100 . 302 ) via an intermediate toothing ( 216 . 218 . 232 . 224 . 234 . 236 . 308 . 310 ) to the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) he follows.

Device according to one of the preceding claims, wherein the crankshaft has at least one crank pin and this axially adjacent crank webs, characterized in that the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) relative to the crankshaft ( 100 . 302 ) rotatable in the region of the outer radius of a crank arm ( 122 . 124 . 126 . 128 . 304 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of rotation of the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) the crankshaft axis ( 120 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that for driving the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 ) in the region of the outer radius of a crank arm ( 122 . 124 . 126 . 128 ) An external toothing is provided.

Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the balancing mass ( 208 . 210 . 300 ) to the crankshaft ( 100 . 302 ) is rotated in the same direction.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the balancing mass ( 204 . 214 . 350 ) to the crankshaft ( 100 . 302 ) is rotated in opposite directions.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) Rotates with respect to the crankcase with double crankshaft speed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in a four-cylinder internal combustion engine each cylinder a separate balancing mass ( 204 . 208 . 210 . 214 . 316 ) assigned.

Device according to claim 10, characterized in that the balancing weights assigned to the outer cylinders ( 204 . 214 ) to the crankshaft ( 100 ) in opposite directions and the internal cylinders associated balancing masses ( 208 . 210 ) to the crankshaft ( 100 ) rotate in the same direction with respect to the crankcase at twice the crankshaft speed.

Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the outer cylinders associated balancing masses ( 204 . 214 ) each have a separate and the inner cylinders associated with balancing masses ( 208 . 210 ) have a common drive.