DE102010026395A1

DE102010026395A1 - Verbrennungsmotor mit dynamischem Ausgleichssystem

Info

Publication number: DE102010026395A1
Application number: DE102010026395A
Authority: DE
Inventors: Vince Paul Dearborn Solferino
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2011-01-20
Also published as: US8181621B2; US20110011363A1; CN201836291U

Abstract

Ein Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einer ersten und zweiten Ausgleichswelle, die von einer zur anderen durch Zahnräder angetrieben werden, als einseitiges Spannsystem, das an einem flexiblen Antrieb angelegt ist, der sich zwischen der Kurbelwelle des Motors und einer ersten der Ausgleichswellen erstreckt, wobei das einseitige Spannsystem nur an der gespannten Seite des flexiblen und nicht ausdehnbaren Antriebselement angelegt ist.

Description

Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mehreren Ausgleichswellen.
Stand der Technik
Ausgleichswellen werden seit vielen Jahren zum Steuern unerwünschter Vibrationen in Verbindung mit Verbrennungsmotoren verwendet. Bei manchen Motoren werden duale Ausgleichwellen verwendet, wobei die Ausgleichswellen bei der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben werden. Bei einem häufig verwendeten Schema wird eine erste Ausgleichswelle mittels einer Kette oder eines Riemens direkt von der Kurbelwelle des Motors angetrieben, wobei eine zweite Ausgleichswelle durch einen Satz von Zahnrädern in die entgegengesetzte Drehrichtung angetrieben wird, wobei ein Zahnrad an jeder der beiden Ausgleichswellen verwendet wird. Aufgrund von Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle, die bei einem Hubkolben-Verbrennungsmotor inhärent sind, neigen die Ausgleichswellen leider dazu, beschleunigt und verlangsamt zu werden, wenn die Kurbelwelle beschleunigt oder langsamer wird, mit dem Ergebnis, dass von den sich zwischen den Ausgleichswellen erstreckenden kämmenden Zahnrädern Geräusch erzeugt wird.
Es wäre wünschenswert, ein System zum Verhindern unerwünschten Zahnradspielgeräuschs, das sich bei einem Ausgleichswellensystem ergibt, zu vernünftigen Kosten und ohne Hinzufügen zusätzlicher Teile zu einem Motor vorzusehen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verbrennungsmotor eine Kurbelwelle und eine erste Ausgleichswelle, die von einem flexiblen und nicht ausdehnbaren Antriebselement, das sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, angetrieben ist. Das Antriebselement weist eine Seite mit Spiel und eine gespannte Seite auf. Eine zweite Ausgleichswelle ist mittels eines Antriebszahnrads, das an der ersten Ausgleichswelle angebracht ist und das mit einem Abtriebszahnrad kämmt, das an der zweiten Ausgleichswelle angebracht ist, angetrieben. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist an der gespannten Seite des Antriebselements ein einseitiges Spannsystem angelegt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein in einem Motor enthaltenes flexibles Antriebselement entweder als Kette oder als faserverstärkter Elastomerriemen konfiguriert sein. In jedem Fall umfasst das vorliegende Spannsystem einen einzelnen Kontaktgeber, der zumindest teilweise durch Hydraulikdruck von einem Schmiersystem des Motors oder von einem elastischen Element, beispielsweise einer Zugfeder, oder von beiden in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein in einem Spannsystem verwendeter einzelner Kontaktgeber entweder als Rolle, die in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird, oder als Schuh, der analog in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird, konfiguriert sein. In jedem Fall ermöglicht es das Spannsystem dem Teil des flexiblen Antriebselements, der sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, als Reaktion auf Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle wiederholt und umkehrbar die Länge zu ändern. Diese wiederholbare und umkehrbare Längenänderung ist nur vorübergehend und erfolgt auf Reaktion auf Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle.
Ein Vorteil eines Systems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, dass ein unerwünschtes Geräusch des Ausgleichswellenzahnrads ohne Notwendigkeit zusätzlicher Spannvorrichtungen beseitigt wird.
Ein Vorteil liegt darin, dass ein System gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht nur mit einem Metallketten-, sondern auch einem faserverstärkten Elastomerriemen-Antriebselement genutzt werden kann.
Andere Vorteile sowie Merkmale eines Systems gemäß der vorliegenden Offenbarung werden dem Leser dieser Beschreibung offenkundig.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise schematische Ansicht eines Teils eines Motors, der ein Antriebswellenantriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
2 veranschaulicht Antriebszahnräder, die an den Enden von Ausgleichswellen angebracht sind, gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht die Verwendung einer Rolle als einzelnen Kontaktgeber, der in einer Spannvorrichtung an der gespannten Seite eines flexiblen Antriebselements gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung genutzt wird.
4 und 5 veranschaulichen Eigenschaften vorher und nachher, die eine Verringerung der Änderung der Ausgleichswellendrehzahl, die von der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird, zeigen.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in 4 gezeigt ermöglicht ein herkömmliches Antriebssystem, das eine an der Spielseite eines Ausgleichswellenantriebssystems angelegte Spannvorrichtung aufweist, die Drehzahländerungen von Kurve B, die Ausgleichsvorrichtungsdrehzahl zeigt, als Reaktion auf Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle des Motors, die bei Kurve A gezeigt sind. Die bei Kurve B gezeigte Änderung der Drehzahl bewirkt aufgrund des inhärenten Spiels in dem Zahnradsystem, das sich zwischen den Ausgleichswellen erstreckt, beispielsweise der in 2 gezeigten Zahnräder, unerwünschtes Geräusch.
5 veranschaulicht bei Kurve D eine verminderte Drehzahländerung, die trotz der vorhandenen Größenordnung der Drehzahländerung der Kurbelwelle, die bei Kurve C gezeigt ist, durch den vorliegenden Ausgleichsvorrichtungsantrieb erzeugt wird. Diese vorteilhafte Verringerung der Drehzahländerung seitens der Ausgleichswellen verringert wie vorstehend beschrieben unerwünschtes Geräusch.
1 zeigt einen Motor 10, der eine Kurbelwelle 14 aufweist, mit einem Kurbelwellen-Kettenrad 16, das durch ein Abtriebskettenrad 20 eine erste Ausgleichswelle 18 antreibt. Das Antriebsdrehmoment wird durch ein flexibles und nicht ausdehnbares Antriebselement 34, das sich zwischen dem Kurbelwellen-Kettenrad 16 und dem Abtriebskettenrad 20 erstreckt, das wie vorstehend erwähnt an der ersten Ausgleichswelle 18 angebracht ist, übertragen. Wie in 2 gezeigt wird eine zweite Ausgleichswelle 22 durch ein Antriebszahnrad 26, das an der ersten Ausgleichswelle 18 angebracht ist und das mit einem Abtriebszahnrad 30 kämmt, das an der zweiten Ausgleichswelle 22 angebracht ist, von der ersten Ausgleichswelle 18 angetrieben. Die Zahnräder 26 und 30 erzeugten die von den Ausgleichswellen 18 und 22 geforderte Gegendrehung.
Wie in 1 weiter gezeigt ist, ist eine einseitige Spannvorrichtung 58 an der gespannten Seite 42 des Antriebselements 34 angelegt. Zu beachten ist, dass an der Spielseite 38 des Antriebselements 34 keine Spannvorrichtung angelegt ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird ein Kontaktgeber 54, der in Form eines Schuhs ist, durch einen hydraulischen Treiber 58, der von dem Schmiersystem des Motors Hochdrucköl aufnimmt, gegen die gespannte Seite 42 des Antriebselements 34 gedrückt. Eine Führung 62, die an der Spielseite 38 des Antriebselements 34 anliegt, verhindert eine unerwünschte Bewegung des Antriebselements 34, ohne auf das Antriebselement Spannung auszuüben.
In der Ausführungsform von 3 wird eine Rolle 46 durch eine Zugfeder 50, die die Rolle 46 in Kontakt mit der gespannten Seite des Antriebselements 34 drückt, an dem Antriebselement 34 angelegt. Im Grunde lassen die Ausführungsformen sowohl von 1 als auch 3 vorübergehende wiederholte und umkehrbare Längenänderungen des Teils des Antriebselements 34 zu, der sich zwischen dem Ausgleichswellen-Kettenrad 20 und dem Kurbelwellen-Kettenrad 16 erstreckt; die Fähigkeit der Spannvorrichtung, diese Längenänderung zu bewältigen, verhindert eine unangebrachte Beschleunigung und Verlangsamung des Ausgleichswellen-Kettenrads 20 sowie der ersten Ausgleichswelle 18 und der zweiten Ausgleichswelle 22. Auf diese Weise wird unerwünschtes Geräusch gesteuert.
Das vorstehende System wurde gemäß den relevanten rechtlichen Anforderungen beschrieben, somit ist die Beschreibung eher von beispielhafter als von einschränkender Natur. Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen können für den Fachmann nahe liegen und in den Schutzumfang der Offenbarung fallen. Demgemäß kann der gewährte Umfang an Rechtsschutz nur durch Lesen der folgenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims

Verbrennungsmotor, welcher umfasst: eine Kurbelwelle; eine erste Ausgleichswelle; ein flexibles, nicht ausdehnbares Antriebselement, das sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, wobei das Antriebselement eine schlaffe Seite und eine Spannungsseite aufweist; eine zweite Ausgleichswelle, die von der ersten Ausgleichswelle angetrieben wird; und ein einseitiges Spannsystem, das an der Spannungsseite des Antriebselements angelegt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle und das flexible Antriebselement die erste Ausgleichswelle bei einer Drehzahl drehen, die doppelt so hoch wie die Drehzahl der Kurbelwelle ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Antriebselement eine Kette umfasst.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Antriebselement einen faserverstärkten Elastomerriemen umfasst.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der ersten Ausgleichswelle angebrachtes Antriebszahnrad die zweite Ausgleichwelle durch ein an der zweiten Ausgleichswelle angebrachtes Abtriebszahnrad antreibt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannsystem einen einzelnen Kontaktgeber umfasst, der zumindest teilweise durch Hydraulikdruck von einem Schmiersystem des Motors in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Kontaktgeber einen Schuh umfasst, der in die Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Kontaktgeber eine Rolle umfasst, die in Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannsystem einen einzelnen Kontaktgeber umfasst, der zumindest teilweise durch ein elastisches Element in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Kontaktgeber einen Schuh umfasst, der in die Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Kontaktgeber eine Rolle umfasst, die in die Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine an der Spielseite des flexiblen Antriebselements angelegte eine feste Führung umfasst.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einseitige Spannsystem konfiguriert ist, um den Teil des flexiblen Antriebselements, der sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, als Reaktion auf Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle wiederholt und umkehrbar die Länge ändern zu lassen.
Verbrennungsmotor, welcher umfasst: eine Kurbelwelle; eine erste Ausgleichswelle; ein flexibles, nicht ausdehnbares Antriebselement, das sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, wobei das Antriebselement eine Spielseite und eine gespannte Seite aufweist; eine zweite Ausgleichswelle, die von der ersten Ausgleichswelle angetrieben wird; und ein einseitiges Spannsystem, das an der gespannten Seite des Antriebselements angelegt und konfiguriert ist, um den Teil des flexiblen Antriebselements, der sich zwischen der Kurbelwelle und der ersten Ausgleichswelle erstreckt, als Reaktion auf Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle vorübergehend, wiederholt und umkehrbar die Länge ändern zu lassen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das einseitige Spannsystem einen einzelnen Kontaktgeber umfasst, der in eine Spannstellung gegen das flexible Antriebselement gedrückt wird.