DE102010044716A1 - Balance shaft generator for e.g. four cylinder internal combustion engine of motor vehicle, has magnets whose rotational movement is inhibited during loading of induction coil, where force components are produced perpendicular to shaft - 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
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichswellenvorrichtung für einen Hubkolbenmotor mit einer Ausgleichswelle. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kompensieren einer Kurbelwellenschwingung durch Koppeln einer Kurbelwelle mit einer Ausgleichswelle.The present invention relates to a balance shaft device for a reciprocating engine with a balance shaft. Moreover, the present invention relates to a method of compensating for crankshaft vibration by coupling a crankshaft to a balancer shaft.
Bei Hubkolbenmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren (Gas, Otto, Diesel) treten je nach Anzahl der Zylinder bauartbedingt freie Massenkräfte auf. Um diese Kräfte zu reduzieren, gegebenenfalls zu beseitigen, werden Ausgleichswellen eingesetzt. Ausgleichswellen besitzen, auf die Rotationsachse bezogen, exzentrisch angeordnete Gewichte, wodurch eine entsprechende Unwucht erzeugt wird. Durch den Kurbeltrieb des Motors angetrieben, erzeugen Ausgleichswellen die erforderlichen Massenkräfte, um denen des Kurbeltriebs entgegenzuwirken. Das Antreiben der Ausgleichswelle(n) erfordert jedoch Energie, welche eine Verbrauchserhöhung (Gas, Benzin, Diesel) zur Folge hat. Die Drehzahl der Ausgleichswelle ist antriebsbedingt in einem festen Verhältnis zu der Motordrehzahl.In reciprocating engines, especially internal combustion engines (gas, petrol, diesel) occur depending on the number of cylinders due to the design of free mass forces. In order to reduce these forces, if necessary to eliminate, balancing shafts are used. Balancing shafts have, relative to the axis of rotation, eccentrically arranged weights, whereby a corresponding imbalance is generated. Driven by the crank drive of the engine, balance shafts generate the required inertial forces to counteract those of the crank mechanism. However, driving the balance shaft (s) requires energy that results in an increase in consumption (gas, gasoline, diesel). The speed of the balancer shaft is drive-related in a fixed relationship to the engine speed.
Konventionelle Ausgleichswellen werden herstellerübergreifend eingesetzt. Die fortwährende Entwicklung von Kraftfahrzeugen in Bezug auf Komfort und Effizienz brachte über die Jahre eine Fülle an Detaillösungen und Konzepten hervor. Allen gemeinsam ist jedoch, dass eine exzentrische Masse bei Drehung der Welle eine Gegenkraft zur Kurbelwellenschwingung erzeugt.Conventional balance shafts are used across manufacturers. The constant development of motor vehicles in terms of comfort and efficiency has produced a wealth of detailed solutions and concepts over the years. All have in common, however, that an eccentric mass generates a counterforce to the crankshaft vibration upon rotation of the shaft.
Die Druckschrift 10 2007 043 610 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, insbesondere für ein Fahrzeug, bei der zum Massenausgleich mindestens ein Unwuchtgewicht vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass sich das Unwuchtgewicht an einem mit der Kurbelwelle drehfest gekuppelten Aggregat befindet.The document 10 2007 043 610 A1 describes an internal combustion engine with a crankshaft, in particular for a vehicle, in which at least one imbalance weight is provided for mass balance. It is envisaged that the imbalance weight is located on a rotatably coupled to the crankshaft unit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den Verbrauch eines Hubkolbenmotors zu reduzieren und dazu eine entsprechende Ausgleichswellenvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Kompensieren einer Kurbelwellenschwingung vorzuschlagen.The object of the present invention is thus to reduce the consumption of a reciprocating engine and to propose a corresponding balance shaft device or a method for compensating a crankshaft oscillation.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Ausgleichswellenvorrichtung für einen Hubkolbenmotor mit einer Ausgleichswelle, wobei die Ausgleichswelle einen Magneten aufweist, und in der Umgebung der Ausgleichswelle ein Induktionselement in Wirkverbindung mit dem Magneten angeordnet ist, so dass bei Belastung des Induktionselements eine mit der Ausgleichswelle ausgeführte rotatorische Bewegung des Magneten hemmbar ist, wodurch eine Kraftkomponente senkrecht zu der Ausgleichswelle erzeugbar ist.According to the invention this object is achieved by a balance shaft device for a reciprocating engine with a balancer shaft, wherein the balancer shaft has a magnet, and in the vicinity of the balancer shaft, an induction element is arranged in operative connection with the magnet, so that when loaded the induction element rotatory running with the balance shaft Movement of the magnet is inhibited, whereby a force component is generated perpendicular to the balance shaft.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Kompensieren einer Kurbelwellenschwingung durch Koppeln einer Kurbelwelle mit einer Ausgleichswelle, wobei an der mit mindestens einem Magneten bestückten Ausgleichswelle Magnetkräfte angreifen, welche an der Ausgleichswelle Kräfte erzeugen, die den Kurbelwellenschwingungen entgegenwirken.In addition, the invention provides a method for compensating a crankshaft vibration by coupling a crankshaft with a balancer shaft, act on the equipped with at least one magnet balancer shaft magnetic forces, which generate forces on the balancer shaft, which counteract the crankshaft vibrations.
In vorteilhafter Weise wird durch die mit einem Magneten bestückten Ausgleichswelle auf der Basis der Lenzschen Regel eine Kraft erzeugt, die auf die Ausgleichswelle wirkt und somit einer Massenkraft entgegenwirken kann. Dadurch kann die Masse der Ausgleichswelle reduziert werden, wodurch schließlich eine Reduzierung des Verbrauchs erreicht wird.Advantageously, a force is generated by the equipped with a magnet balancing shaft on the basis of Lenz's rule, which acts on the balance shaft and thus can counteract a mass force. Thereby, the mass of the balance shaft can be reduced, whereby finally a reduction of consumption is achieved.
Vorzugsweise ist der Magnet ein Permanentmagnet oder Elektromagnet und ist zusammen mit der Ausgleichswelle Teil eines Läufers. Dabei kann der Läufer nur einen einzigen Pol aufweisen. Das Induktionselement wiederum kann Teil eines Stators mit mehreren derartigen Induktionselementen sein. Vorteilhafterweise werden die mehreren Induktionselemente jeweils mit einstellbarer Last belastet. Zur Energiegewinnung können der Läufer und der Stator Komponenten eines Generators sein.Preferably, the magnet is a permanent magnet or electromagnet and is part of a rotor together with the balancer shaft. The runner may have only a single pole. The induction element in turn may be part of a stator with a plurality of such induction elements. Advantageously, the plurality of induction elements are each loaded with adjustable load. For energy generation, the rotor and the stator can be components of a generator.
In einer bevorzugten Anwendungsform wird ein Hubkolbenmotor mit einer derartigen Ausgleichswellenvorrichtung und einer Kurbelwelle bereitgestellt, die mit der Ausgleichswellenvorrichtung schwingungskompensiert ist. Speziell kann ein 4-Zylinder-Verbrennungsmotor mit zwei einer Kurbelwelle zugeordneten Ausgleichswellenvorrichtungen der genannten Art bereitgestellt werden, wobei jeder Läufer jeweils mittig auf seiner Ausgleichswelle angeordnet ist, und die beiden Ausgleichswellen sich entgegengesetzt mit der doppelten Geschwindigkeit der Kurbelwelle drehen. Darüber hinaus kann auch ein 6-Zylinder-Verbrennungsmotor mit der genannten Antriebswellenvorrichtung bereitgestellt werden, wobei an jedem Ende der Ausgleichswelle jeweils ein Läufer angeordnet ist, und die Ausrichtungen der Läufer zueinander bezüglich der Wellenachse um 180° gedreht sind.In a preferred embodiment, a reciprocating engine is provided with such a balance shaft device and a crankshaft that is vibration compensated with the balance shaft device. Specifically, a four-cylinder internal combustion engine can be provided with two balancing shaft devices of the type associated with a crankshaft, each rotor being centered on its balancing shaft and the two balancing shafts rotating oppositely at twice the speed of the crankshaft. In addition, a 6-cylinder internal combustion engine with said drive shaft device can be provided, wherein at each end of the balance shaft, a rotor is arranged, and the orientations of the rotor are rotated relative to the shaft axis to each other by 180 °.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass die Gegenkraft zu einer Kurbelwelle bei einer Ausgleichswelle durch eine magnetische bzw. elektromagnetische Bremskraft (Lorentz) erzeugt werden kann.The present invention is based on the idea that the counterforce to a crankshaft in a balance shaft can be generated by a magnetic or electromagnetic braking force (Lorentz).
Insbesondere kann die Gegenkraft auch durch einen Generator mit asymmetrischem Rotor erzeugt werden.In particular, the counterforce can also be generated by a generator with asymmetric rotor.
In
Konzentrisch um die Ausgleichswellenachse
Durch den asymmetrischen Rotor bzw. Läufer
Allein für die Erzeugung einer Ausgleichskraft
Durch Einsatz eines Generators nach dem beschriebenen Wirkungsprinzip kann die konventionelle Ausgleichswelle entfallen bzw. ergänzt werden. Im Gegensatz zur konventionellen Ausgleichswelle ist die Ursache der erzeugten Ausgleichskräfte auf die Hemmung der Bewegung durch Induktion (Generatorprinzip) zurückzuführen, was neben der Stromerzeugung auch eine lastabhängige Regelung ermöglicht. Die erforderlichen Ausgleichskräfte lassen sich somit optional anpassen bzw. erzeugen und sind im Gegensatz zu denen einer konventionellen Ausgleichswelle nicht von der Drehzahl allein abhängig. Die Stärke des erzeugten elektrischen Stroms steigt proportional zu den erzeugten Ausgleichskräften.By using a generator according to the described principle of action, the conventional balance shaft can be omitted or supplemented. In contrast to the conventional balance shaft, the cause of the compensating forces generated is due to the inhibition of the movement by induction (generator principle), which in addition to the power generation also allows load-dependent control. The required compensating forces can thus be optionally adapted or generated and, unlike those of a conventional balancer shaft, are not dependent on the rotational speed alone. The strength of the generated electric current increases in proportion to the generated equalizing forces.
Mit einem oder mehreren derartigen Generatoren an der bzw. den Ausgleichswellen kann die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs entlastet werden oder gegebenenfalls entfallen, was sich in einem Minderverbrauch an Kraftstoff bemerkbar macht. Die Anreihung mehrerer dieser Generatoren auf einer Antriebsachse erlaubt neben der Generierung höherer Stromstärken und somit auch höherer Ausgleichskräfte die Erzeugung von Ausgleichskräften in beliebiger Richtung im dreidimensionalen Raum.With one or more such generators on the balancing shafts or the alternator of a motor vehicle can be relieved or possibly omitted, which is reflected in an under-consumption of fuel. The alignment of several of these generators on a drive axle allows not only the generation of higher currents and thus higher compensation forces, the generation of balancing forces in any direction in three-dimensional space.
Prinzipiell können mechanische Ausgleichseinrichtungen wie der bekannten Art mit exzentrischen Massen durch Generatoren mit asymmetrischen Rotoren ersetzt werden. So kann beispielsweise ein klassischer 4-Zylinder-Lanchester-Ausgleich durch zwei Ausgleichswellen mit gleichen Kräften realisiert werden, wobei sich die Ausgleichswellen entgegengesetzt mit doppelter Kurbelwellengeschwindigkeit drehen und jede Welle mittig über einen gleichen Generator mit asymmetrischem Rotor verfügt. Alternativ können pro Welle zwei gleiche Generatoren mit gleichem Abstand zur Mitte vorgesehen sein.In principle, mechanical compensation devices such as the known type with eccentric masses can be replaced by generators with asymmetric rotors. Thus, for example, a classic 4-cylinder Lanchester compensation can be realized by two balancing shafts with equal forces, with the balancer shafts rotate opposite with double crankshaft speed and each shaft has centered on a same generator with asymmetric rotor. Alternatively, two identical generators can be provided with the same distance from the center per shaft.
Darüber hinaus lässt sich auch ein 6-Zylinder-Kubeltriebausgleich durch eine Welle realisieren, wobei sich die Welle mit Kurbelwellengeschwindigkeit dreht und am Ende zwei entgegengesetzt Kräften wirken. Dabei weist jedes Ende einen gleichen Generator mit asymmetrischem Rotor auf, bei denen die Rotorstellungen zueinander um 180° verdreht sind.In addition, a 6-cylinder Kubeltriebausgleich can be realized by a shaft, the shaft rotates at crankshaft speed and act at the end of two opposing forces. In this case, each end has a same generator with asymmetric rotor, in which the rotor positions are rotated by 180 ° to each other.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ausgleichswellebalancer shaft
- 22
- Läuferrunner
- 33
- Magnetmagnet
- 44
- AusgleichswellenachseBalancer shaft axis
- 55
- AusgleichsmasseLeveling compound
- 66
- Statorstator
- 77
- Induktionsspuleninductors
- 88th
- Gegenkraftcounterforce
Claims (10)
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2010
- 2010-09-08 DE DE201010044716 patent/DE102010044716A1/en not_active Withdrawn
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140401 |