DE102014015173A1 - Connecting rod assembly, piston / cylinder unit and reciprocating internal combustion engine - Google Patents
Connecting rod assembly, piston / cylinder unit and reciprocating internal combustion engine Download PDFInfo
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- F16F15/22—Compensation of inertia forces
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Abstract
Eine Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppe für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem Pleuel (22), das ein an einem Kolbenbolzen (28) lagerbares erstes Pleuelauge (24) und ein zweites Pleuelauge (20) aufweist, das an einem Kurbelwangen (14) einer Kurbelkröpfung (10) verbindenden Kurbelzapfen (16) einer Kurbelwelle (12) gelagert ist, ist gekennzeichnet durch eine starr mit dem Pleuel (22) verbundene, den Kurbelzapfen (16) umschließende erste Umfangsverzahnung (34), eine um eine kurbelwangenfeste Achse an einer Kurbelwange (14) drehbar gelagerte Unwuchtscheibe (44) mit einer zweiten Umfangsverzahnung (46) und ein um eine kurbelwangenfeste Achse an der Kurbelwange (14) drehbar gelagertes Zwischenzahnrad (36) mit einer dritten Umfangsverzahnung, wobei die dritte Umfangsverzahnung (40) mit der ersten (34) und der zweiten (46) Umfangsverzahnung kämmt. Vorteilhaft ist der Durchmesser der ersten Umfangsverzahnung (34) doppelt so groß ist wie der Durchmesser der zweiten Umfangsverzahnung (46).A connecting rod / crankcase assembly for a reciprocating internal combustion engine, comprising a connecting rod (22) having a first connecting rod eye (24) which can be mounted on a piston pin (28) and a second connecting rod eye (20) which is connected to a crank cheek (14) of a crank throw (10 ) connecting crank pin (16) of a crankshaft (12) is mounted, characterized by a rigidly connected to the connecting rod (22), the crank pin (16) surrounding the first peripheral teeth (34), one to a crank-fixed axis on a crank arm (14) rotatably mounted unbalance disk (44) having a second peripheral toothing (46) and an intermediate gear (36) rotatably mounted on the crank cheek (14) with a third circumferential toothing, wherein the third circumferential toothing (40) with the first (34) and the second (46) circumferential toothing meshes. Advantageously, the diameter of the first circumferential toothing (34) is twice as large as the diameter of the second circumferential toothing (46).
Description
Die Erfindung betrifft eine Pleuelbaugruppe, Kolben-/Zylindereinheit sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine.The invention relates to a connecting rod assembly, piston / cylinder unit and reciprocating internal combustion engine.
Aus Gründen der Verbrauchsminderung besteht derzeit eine Tendenz, die Anzahl der Zylinder von Hubkolbenbrennkraftmaschinen zu vermindern.For reasons of fuel economy, there is currently a tendency to reduce the number of cylinders of reciprocating internal combustion engines.
Durch die Drehung einer Kurbelkröpfung, darunter wird im Folgenden ein an seinen beiden Seiten über Kurbelwangen mit einer Kurbelwelle verbundener Kurbelzapfen verstanden, bedingte rotierende Massenkräfte, die auf die Lager der Kurbelwelle wirken, können durch in die Kurbelwangen eingebrachte Ausgleichsmassen vollständig ausgeglichen werden. An dem Kurbelzapfen ist jedoch ein Pleuel gelagert, über das die Kurbelwelle mit einem in einem Zylinder linear hin und her beweglichen Kolben verbunden ist. Die Bewegung des Pleuels ist komplex. Die Masse des Pleuels wird in zwei fiktive Massen aufgeteilt; ein Teil wird der rotierenden Masse zugerechnet, der andere Teil einer oszillierenden Masse, zu der auch die Masse des Kolbens gehört. Nicht ausgeglichene Anteile der rotierenden Masse und der oszillierenden Masse führen zu Schwingungen der Brennkraftmaschine, die den Komfort beeinträchtigen. Mit abnehmender Zylinderzahl ist ein vollständiger Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente zunehmend schwierig.By the rotation of a crank throw, which is understood below a connected on both sides via crank arms with a crankshaft crank pin, conditional rotating inertial forces acting on the bearings of the crankshaft, can be fully compensated by introduced into the crank web balancing weights. On the crank pin, however, a connecting rod is mounted, via which the crankshaft is connected to a linearly in a cylinder reciprocally movable piston. The movement of the connecting rod is complex. The mass of the connecting rod is divided into two fictional masses; one part is attributed to the rotating mass, the other part to an oscillating mass, which also includes the mass of the piston. Unbalanced proportions of the rotating mass and the oscillating mass lead to vibrations of the internal combustion engine, which affect the comfort. With decreasing number of cylinders, a complete balance of mass forces and moments of inertia becomes increasingly difficult.
Ein Vierzylindermotor mit in Reihe angeordneten Zylindern, wobei die Kolben des ersten und vierten Zylinders mit Kröpfungen gleicher Winkellage verbunden sind und die Kolben des zweiten und dritten Zylinders mit gegenüber denen des ersten und vierten Zylinders um 180° versetzten Kröpfungen verbunden sind, ist ein heute weit verbreitetes Standardtriebwerk. Ein solcher Motor weist weder freie Massenkräfte erster Ordnung noch freie Massenmomente erster Ordnung auf. Er hat jedoch unausgeglichene Massenkräfte zweiter Ordnung und weiterer Ordnungen, die dadurch entstehen, dass die Pleuel bei der Drehung der Kurbelwelle gegenüber der Zylinderachse gekippt werden. Durch diese Kippung liegt der Schwerpunkt aller Kolben bei um 90° gegenüber der OT bzw. UT Stellung der Kolben verdrehter Kurbelwelle näher an der Kurbelwellenachse als in den Totpunkten. Der gemeinsame Schwerpunkt der Kolben bewegt sich somit bei jeder halben Kurbelwellenumdrehung auf und ab. Zum Ausgleich der dadurch bedingten Massenkräfte zweiter Ordnung ist ein sogenannter Lanchester-Ausgleich bekannt, bei dem zwei Ausgleichswellen gegenläufig und mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotieren. An den Ausgleichswellen ist je ein Gegengewicht angebracht, deren gemeinsamer Schwerpunkt sich gegenphasig zum Schwerpunkt der Kolben auf- und abbewegt.A four-cylinder engine with cylinders arranged in series, wherein the pistons of the first and fourth cylinders are connected with cranks of the same angular position and the pistons of the second and third cylinders are connected with respect to those of the first and fourth cylinder 180 ° offset cranks, is today a far widespread standard engine. Such an engine has neither first order free mass forces nor first order free mass moments. However, he has unbalanced mass forces of second order and other orders, which arise from the fact that the connecting rods are tilted with the rotation of the crankshaft relative to the cylinder axis. As a result of this tilting, the center of gravity of all the pistons is closer to the crankshaft axis than at the dead centers when the crankshaft is rotated by 90 ° relative to the TDC or TDC position of the pistons. The common center of gravity of the pistons therefore moves up and down at every half of the crankshaft revolution. To compensate for the consequent inertial forces of the second order, a so-called Lanchester compensation is known in which two balancing shafts rotate in opposite directions and at twice the crankshaft speed. At the balance shafts a counterweight is ever mounted, the common center of gravity moves up and down in phase opposition to the center of gravity of the piston.
Ein solcher Lanchesterausgleich, der nur für einen Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung geeignet ist, erfordert zusätzlichen Bauraum und ist mit zusätzlicher Reibung verbunden.Such Lanchesterausgleich, which is only suitable for balancing the mass forces second order requires additional space and is associated with additional friction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zum Ausgleich von Massenkräften und Momenten an Hubkolbenbrennkraftmaschinen zu schaffen.The invention has for its object to provide an improved way to compensate for inertial forces and moments on reciprocating internal combustion engines.
Diese Aufgabe wird mit einer Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppe gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a connecting rod / Kurbelkröpfungsbaugruppe according to claim 1.
Die Ansprüche 2 bis 4 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe gerichtet.
Die Ansprüche 5 und 6 kennzeichnen eine vorteilhafte Einbaulage einer erfindungsgemäßen Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppe in einer Kolben-Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.The claims 5 and 6 indicate an advantageous installation position of a connecting rod / crank assembly according to the invention in a piston-cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine.
Gemäß dem Anspruch 7 kann ein Vierzylindermotor mit lediglich zwei erfindungsgemäßen Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppen ausgerüstet werden, um einen guten Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung und höherer Ordnungen zu erreichen.According to claim 7, a four-cylinder engine can be equipped with only two connecting rod / crank assemblies according to the invention in order to achieve a good balance of the second-order and higher-order mass forces.
Die erfindungsgemäße Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppe kann baulich in weitgehend jeden Kurbeltrieb von Hubkolbenbrennkraftmaschinen integriert werden. Sie ist in ihrem Aufbau einfach, beansprucht nur wenig Bauraum und ist mit nur geringer zusätzlicher Reibung verbunden.The connecting rod / crankshaft assembly according to the invention can be structurally integrated in almost every crank mechanism of reciprocating internal combustion engines. It is simple in construction, requires little space and is associated with little additional friction.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example, and with further details.
Es stellen dar:They show:
Die vorstehend beschriebene Anordnung ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.The arrangement described above is known per se and is therefore not explained in detail.
Erfindungsgemäß ist das zweite Pleuelauge
An der dem Zahnring
Auf einem starr mit der Kurbelwange
Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:
Es sei angenommen, die Kurbelwelle
Suppose the
Infolge der seitlichen Auslenkung des Pleuels während einer Halbdrehung der Kurbelwelle ist der Hub des Kolbens zwischen OT und 90° bzw. 270° Kurbelwinkel größer als zwischen 90° und 270° Kurbelwinkel und dem UT des Kolbens. Infolge dessen erfährt der Kolben im Bereich um seinen OT größere Beschleunigungen als im Bereich um seinen UT. Diese ungleichen Beschleunigungen können durch die Gegengewichte der Kurbelwangen
Insgesamt ist mit der Erfindung somit ein Ausgleich der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung einer einzelnen Kolbenzylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine möglich. Bei Mehrzylindermotoren ist mit der Erfindung ein Ausgleich nicht ausgeglichener Massenkräfte erster und aller weiterer höherer Ordnungen möglich. Bei einem Vierzylindermotor beispielsweise, bei dem die Zylinder 1 und 4 gleichphasig und die Zylinder 2 und 3 ebenfalls gleichphasig, aber gegenüber den Zylindern 1 und 4 um 180° versetzt arbeiten, ist für einen Massenausgleich zweiter Ordnung eine Ausbildung je eines Pleuels und der zugehörigen Kurbelwangen wie vorbeschrieben für einen Ausgleich der Massenkräfte der Zylinder 1 und 4 sowie der Zylinder 2 und 3 erforderlich. Das jeweilige, mit einem Massenausgleich versehene Pleuel muss nicht der jeweiligen Zylindergruppe zugehören. Beispielsweise kann eines der Pleuel der Zylindergruppe 2/3 mit einem Ausgleich für die Zylindergruppe 1/4 und das andere Pleuel mit einem Ausgleich für die Zylindergruppe 2/3 versehen sein.Overall, a compensation of the mass forces of the first and second order of a single piston-cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine is thus possible with the invention. In multi-cylinder engines, compensation for unbalanced mass forces of the first and all other higher orders is possible with the invention. In a four-cylinder engine, for example, in which the cylinders 1 and 4 work in phase and the
Die im Vorstehenden beispielhaft beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung einer Pleuel-/Kurbelkröpfungsbaugruppe kann vielfältig abgeändert werden. Beispielsweise können der Zahnring
Der Zahnring
Für eine ausreichend große Unwucht kann die Unwuchtscheibe
Vorstehend wurde die Erfindung mit dem besonders vorteilhaften Verhältnis „Durchmesser der ersten Umfangsverzahnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kröpfungcranking
- 1212
- Kurbelwellecrankshaft
- 1414
- Kurbelwangecrank web
- 1616
- Kurbelzapfencrank pin
- 1818
- Lagerbuchsebearing bush
- 2020
- zweites Pleuelaugesecond connecting rod eye
- 2222
- Pleuelpleuel
- 2424
- erstes Pleuelaugefirst connecting rod eye
- 2626
- Lagerbuchsebearing bush
- 2828
- Kolbenbolzenpiston pin
- 3030
- Kolbenpiston
- 3232
- Zahnringtoothed ring
- 3434
- erste Umfangsverzahnungfirst circumferential toothing
- 3636
- Zwischenzahnradintermediate gear
- 3838
- Lagerzapfenpivot
- 4040
- dritte Umfangsverzahnungthird circumferential toothing
- 4242
- Lagerzapfenpivot
- 4444
- Unwuchtscheibeunbalance disc
- 4646
- zweite Umfangsverzahnungsecond circumferential toothing
Claims (7)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110171678A (en) * | 2019-06-24 | 2019-08-27 | 钱佳平 | Delivery apparatus above and below logistics based on gears tooth pitch variation principle |
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R082 | Change of representative |
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