DE102009058090A1 - Reciprocating internal combustion engine i.e. 1-cylinder reciprocating internal combustion engine, has balancing shafts driven with same speed, where phase position of imbalance mass is determined from absolute position of shafts - Google Patents
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- F16F15/22—Compensation of inertia forces
- F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
- F16F15/264—Rotating balancer shafts
- F16F15/265—Arrangement of two or more balancer shafts
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Ausgleich für freie Massenkräfte und -momente mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine with a compensation for free inertial forces and moments with the features of the preamble of
Massenausgleichssysteme für Hubkolben-Brennkraftmaschinen bestehen im allgemeinen aus einer oder mehreren (häufig zwei) Ausgleichswellen zum Ausgleich freier Massenwirkungen (freie Massenkräfte oder freie Massenmomente) erster oder höherer Ordnung.Mass balance systems for reciprocating internal combustion engines generally consist of one or more (often two) balance shafts to compensate for free mass effects (free mass forces or free mass moments) of first or higher order.
Werden zum Ausgleich der freien Massenwirkungen mehrere (häufig zwei) Ausgleichswellen mit gleichem Drehsinn verwendet, so sind die einzelnen Ausgleichswellen bezüglich ihrer freien Massenwirkungen symmetrisch ausgestaltet, d. h. die einzelnen Ausgleichswellen erzeugen identische Massenkraftwirkungen. Sie werden in der Regel symmetrisch zur Kurbelwelle positioniert um kein zusätzliches freies Moment um die Kurbelwellendrehachse zu erzeugen.If several (often two) balance shafts with the same direction of rotation are used to compensate for the free mass effects, the individual balance shafts are designed to be symmetrical with respect to their free mass effects, ie. H. the individual balance shafts generate identical mass force effects. They are usually positioned symmetrically to the crankshaft to generate no additional free moment about the crankshaft axis of rotation.
Zum Ausgleich umlaufender Massenkräfte und -momente (beispielsweise bei 1-Zylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschinen, bei 2-Zylinder-Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit 360° Kröpfungsversatz (Zündabstände 360° und 360° Kurbelwinkel), bei 2-Zylinder-Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit 90° Kröpfungsversatz (Zündabstände 450° und 270° Kurbelwinkel usw.) werden häufig zwei gleichläufige Ausgleichswellen verwendet, die beide eine umlaufende Kraft gleicher Größe (gleicher Betrag und bezüglich der Kurbelwelle gleiche Phasenlage) erzeugen. Die Verwendung zweier bezüglich ihrer Kraftwirkung identischen Ausgleichswellen erfolgt bei diesen Brennkraftmaschinenbauformen, um kein unerwünschtes Massenmoment bezüglich der Kurbelwellenachse zu erhalten.To compensate for circumferential mass forces and moments (for example, in 1-cylinder reciprocating internal combustion engines, in 2-cylinder in-line reciprocating internal combustion engines with 360 ° Kröpfungsversatz (ignition intervals 360 ° and 360 ° crank angle), in 2-cylinder inline reciprocating Internal combustion engines with 90 ° offset (ignition intervals 450 ° and 270 ° crank angle, etc.) often use two corotating shafts, both generating a rotating force of the same magnitude (same amount and phase relation with respect to the crankshaft) Balancer shafts take place in these engine designs to receive no undesirable mass torque with respect to the crankshaft axis.
Beispielsweise werden bei den o. g. Hubkolben-Brennkraftmaschinen-Bauformen die beiden Ausgleichswellen häufig symmetrisch zur Ebene der Zylinderachsen angeordnet, um kein unerwünschtes Massenmoment um die Drehachse der Kurbelwelle zu erzeugen. Soll hingegen ein bestimmtes Massenmoment erzeugt werden, erfolgt dies über eine Variation der geometrischen Anordnung der Ausgleichswellen, wie beispielsweise Höhenversatz, seitlicher Versatz usw..For example, in the o. G. Reciprocating internal combustion engine designs, the two balance shafts often arranged symmetrically to the plane of the cylinder axes in order not to produce undesirable mass moment about the axis of rotation of the crankshaft. If, on the other hand, a specific mass momentum is to be generated, this takes place via a variation of the geometric arrangement of the balance shafts, such as height offset, lateral offset, etc.
Dies schränkt in nachteiliger Weise die zur Verfügung stehenden, konstruktiven Lösungsmöglichkeiten für den Massenausgleich und das Brennkraftmaschinenpackage stark ein. Der umsetzbare Grad des Massenausgleichs kann damit ebenfalls eingeschränkt werden.This severely restricts the available, constructive solution options for mass balance and the internal combustion engine package. The achievable degree of mass balance can thus also be limited.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die o. g. Nachteile zu vermeiden.The present invention is therefore based on the object o. G. To avoid disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Ausgleichswellensystems mit einer mit der Kurbelwelle gegensinnig und einer mit der Kurbelwelle gleichsinnig drehenden Ausgleichswelle erlaubt größere Freiheiten bezüglich der konstruktiven Gestaltung und des Brennkraftmaschinenpackages. Die geometrische Anordnung der Ausgleichswellen muss gemäß der Unteransprüche nicht mehr symmetrisch zur Kurbelwellendrehachse oder zur Ebene der Zylinderachsen erfolgen, sondern kann (innerhalb gewisser, durch konstruktive und funktionale Randbedingungen vorgegebener Grenzen) in vorteilhafter Weise frei gewählt werden.The inventive design of the balance shaft system with a crankshaft in opposite directions and one with the crankshaft in the same direction rotating balance shaft allows greater freedom in terms of structural design and the engine package. According to the subclaims, the geometric arrangement of the balance shafts no longer has to be symmetrical with respect to the crankshaft rotational axis or the plane of the cylinder axes, but can be chosen freely (within certain limits given by design and functional boundary conditions).
Beispielsweise kann eine entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle drehende Ausgleichswelle zum Ausgleich der durch die bewegten Massen des Kurbeltriebs entstehenden freien Kräfte in Richtung der Brennkraftmaschinenquer- und Brennkraftmaschinenhochachse und Momente um die Brennkraftmaschinenquer- und Brennkraftmaschinenhochachse im Rahmen konstruktiver und funktionaler Randbedingungen frei positioniert werden. Eine weitere mit der Drehrichtung der Kurbelwelle drehende zweite Ausgleichswelle kann dann (hinsichtlich ihrer Funktion des Ausgleichs des freien Momentes um die Drehachse der Kurbelwelle) frei positioniert werden, um das durch die erste Ausgleichswelle entstehende freie Moment um die Drehachse der Kurbelwelle zu kompensieren bzw. zu beeinflussen. Die freien Massenwirkungen der zweiten Ausgleichswelle (diejenige Ausgleichswelle, die in Drehrichtung der Kurbelwelle dreht) können über eine Anpassung der Massenaufteilung an der Kurbelwelle vollständig oder zu einem beliebigen Grad ausgeglichen werden.For example, a counter to the direction of rotation of the crankshaft rotating balancing shaft to compensate for the resulting by the moving masses of the crank mechanism free forces in the direction of Brennkraftmaschinenquer- and engine high axis and moments around the engine cross and engine high axis are freely positioned within constructive and functional constraints. Another rotating with the direction of rotation of the crankshaft second balance shaft can then be freely positioned (in terms of their function of the compensation of the free moment about the axis of rotation of the crankshaft) to compensate for the resulting by the first balance shaft free moment about the axis of rotation of the crankshaft or to influence. The free mass effects of the second balancer shaft (the balancer shaft which rotates in the direction of rotation of the crankshaft) can be compensated completely or to an arbitrary degree via an adaptation of the mass distribution on the crankshaft.
Eine Kurbeltriebsschränkung lässt sich bei diesen Hubkolben-Brennkraftmaschinenvarianten leichter umsetzen, da die geometrische Anordnung der Ausgleichswellen – zur Kompensation des Massenmoments um die Kurbelwellenachse – nicht symmetrisch zur Ebene der Zylinderachsen erfolgen muss. Eine Schränkung des Kurbeltriebs bedeutet, dass die Achse der Kurbelwelle keine Zylinderachse schneidet.A crank drive restriction can be implemented more easily in these reciprocating piston engine variants, since the geometric arrangement of the balance shafts - to compensate for the mass moment about the crankshaft axis - does not have to be symmetrical to the plane of the cylinder axes. A restriction of the crank mechanism means that the axis of the crankshaft does not intersect a cylinder axis.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Ausgleich für freie Massenkräfte und -momente.The dependent claims form advantageous developments of the inventive design of the reciprocating internal combustion engine with a balance for free inertial forces and moments.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei schematischen Darstellungen in zwei Figuren näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to two schematic representations in two figures.
Erfindungsgemäß sind die Positionen der ersten Ausgleichswelle
In
- Schränkung a:
- Schränkungsmaß a.
- d1:
- Abstand Drehachse der
ersten Ausgleichswelle 3 von der Drehachse desKurbeltriebs 1 . - d2:
- Abstand Drehachse der zweiten Ausgleichswelle
4 von der Drehachse desKurbeltriebs 1 . - α1:
- Laufwinkel der
ersten Ausgleichswelle 3 . - α2:
- Laufwinkel der zweiten Ausgleichswelle
4 . - α3:
- Laufwinkel der Kurbelwelle
2 - FAGWgegenläufig:
- Massenkraft der
ersten Ausgleichswelle 3 aufgrund ihrer resultierenden Unwuchtmasse3' . - FAGWgleichläufig:
- Massenkraft der zweiten Ausgleichswelle
4 aufgrund ihrer resultierenden Unwuchtmasse4' . - FOSZ:
- Maximale oszillierende Massenkraft des
Kurbeltriebs 1 .
- Setting a:
- Setting dimension a.
- d1:
- Distance of rotation axis of the
first balance shaft 3 from the axis of rotation of thecrank mechanism 1 , - d2:
- Distance of rotation axis of the second balance shaft
4 from the axis of rotation of thecrank mechanism 1 , - α1:
- Running angle of the
first balance shaft 3 , - α2:
- Running angle of the second balance shaft
4 , - α3:
- Angle of the crankshaft
2 - F AGW counter :
- Mass force of the
first balance shaft 3 due to their resulting imbalance mass3 ' , - F AGWgleichgleich :
- Mass force of the second balance shaft
4 due to their resulting imbalance mass4 ' , - F OSZ :
- Maximum oscillating mass force of the
crank mechanism 1 ,
Die Drehrichtungen der zwei Ausgleichswellen
Die Auslegung der Ausgleichswelle
Die Auslegung der zweiten Ausgleichswelle
Die durch die zweite Ausgleichswelle
Zusammenfassung des Ausführungsbeispiels: Summary of the embodiment:
Zur Kompensation eines bestehenden freien Massenmoments oder zur Erzeugung eines bestimmten freien Massenmoments um die Kurbelwellendrehachse mit Hilfe von zwei Ausgleichswellen
Die erste Ausgleichswelle
The first balance shaft
Der Massenausgleich kann für Kurbeltriebe mit Schränkung oder für Kurbeltriebe ohne Schränkung dargestellt werden. Selbstverständlich funktioniert der Massenausgleich für freie Massenkräfte und -momente 1. Ordnung auch für Mehrzylinder-Reihen-Hubkolbenbrennkraftmaschinen.The mass balance can be displayed for crank mechanisms with a pitch or for crank mechanisms without a pitch. Of course, the mass balance for free mass forces and moments 1st order also works for multi-cylinder inline reciprocating internal combustion engines.
Zusammengefasst ergeben sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung folgende Vorteile:
Die Einführung der bezüglich der Kurbelwelle
Introduction of crankshaft
Eine Kurbeltriebsschränkung lässt sich bei diesen Brennkraftmaschinenvarianten leichter umsetzen, da die geometrische Anordnung der zwei Ausgleichswellen
Die in
bei 0°, 90°, 180° und 270°.
at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °.
Schritt 1 entspricht hierbei der Auslegung der gegenläufigen Ausgleichswelle
Schritt 2 entspricht hierbei der Auslegung der gleichläufigen Ausgleichswelle
Schritt 3 (gestrichelt umrandet, mit zugehörigen schwarzen Pfeilen) entspricht hierbei der Anpassung der Unwucht der Kurbelwelle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kurbeltriebcrankshaft
- 22
- Kurbelwellecrankshaft
- 33
- erste Ausgleichswellefirst balance shaft
- 3'3 '
- Unwuchtmasse erste AusgleichswelleImbalance mass first balance shaft
- 44
- zweite Ausgleichswellesecond balance shaft
- 4'4 '
- Unwuchtmasse zweite AusgleichswelleUnbalance mass second balance shaft
- 55
- Pleuelpleuel
- 66
- Kolbenpiston
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200910058090 DE102009058090A1 (en) | 2009-12-12 | 2009-12-12 | Reciprocating internal combustion engine i.e. 1-cylinder reciprocating internal combustion engine, has balancing shafts driven with same speed, where phase position of imbalance mass is determined from absolute position of shafts |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102009058090A1 true DE102009058090A1 (en) | 2011-06-16 |
Family
ID=43992859
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DE200910058090 Withdrawn DE102009058090A1 (en) | 2009-12-12 | 2009-12-12 | Reciprocating internal combustion engine i.e. 1-cylinder reciprocating internal combustion engine, has balancing shafts driven with same speed, where phase position of imbalance mass is determined from absolute position of shafts |
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DE (1) | DE102009058090A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10041563B2 (en) | 2016-03-23 | 2018-08-07 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | In-line four cylinder engine |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04157238A (en) * | 1990-10-18 | 1992-05-29 | Honda Motor Co Ltd | Balancer for engine |
-
2009
- 2009-12-12 DE DE200910058090 patent/DE102009058090A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH04157238A (en) * | 1990-10-18 | 1992-05-29 | Honda Motor Co Ltd | Balancer for engine |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10041563B2 (en) | 2016-03-23 | 2018-08-07 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | In-line four cylinder engine |
EP3225878B1 (en) * | 2016-03-23 | 2019-06-05 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | In-line four cylinder engine |
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Legal Events
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