DE102016213484A1

DE102016213484A1 - Device for compensating free mass forces of a reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016213484A1
Application number: DE102016213484.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kuepper; Bernd Steiner; Jonathan Gregory
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zum Ausgleich freier Massenkräfte einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (2) mit mindestens zwei Kolben (10a, 10c), umfassend zumindest zwei jeweils zwischen zwei Endlagen (E1, E2) verlagerbaren Gegengewichten (6a, 6b), denen jeweils ein Elektromagnet (8a, 8b) zum Verlagern des entsprechenden Gegengewichtes (6a, 6b) zugeordnet ist, wobei die Gegengewichte (6a, 6b) den ihnen jeweils in axialer Richtung einer Kurbelwellen (12) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (2) benachbarten Kolben (10a, 10c) zugeordnet sind und ein Steuergerät (18) vorhanden ist, welches die Gegengewichte (6a, 6b) mittels der zugeordneten Elektromagneten (8a, 8b) gegenphasig zu dem jeweils zugeordneten Kolben (10a, 10c) verlagert.The invention relates to a device (4) for compensating free mass forces of a reciprocating internal combustion engine (2) with at least two pistons (10a, 10c) comprising at least two counterweights (6a, 6b) each displaceable between two end positions (E1, E2) Electromagnet (8a, 8b) for displacing the corresponding counterweight (6a, 6b) is assigned, wherein the counterweights (6a, 6b) to each in the axial direction of a crankshaft (12) of the reciprocating internal combustion engine (2) adjacent pistons (10a, 10c) are assigned and a control device (18) is present, which moves the counterweights (6a, 6b) by means of the associated electromagnets (8a, 8b) in opposite phase to the respectively associated piston (10a, 10c).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.The invention relates to a device for compensating free mass forces of a reciprocating internal combustion engine.

Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine ist ein Motor, der die Volumenänderung eines Verbrennungsgases über einen sich linear bewegenden Kolben über eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle in eine Drehbewegung umsetzt. Die Ausdehnung des Verbrennungsgases in einem Zylinder verrichtet Arbeit an dem Kolben, die durch eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird. So wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umgesetzt. Hubkolbenbrennkraftmaschinen funktionieren in der Regel nach dem Zweitakt- oder Viertaktverfahren.A reciprocating internal combustion engine is a motor that converts the volume change of a combustion gas into a rotary motion via a linearly moving piston via a connecting rod and a crankshaft. The expansion of the combustion gas in a cylinder performs work on the piston, which is transmitted through a connecting rod to the crankshaft. Thus, the oscillating movement of the piston is converted into a rotational movement. Reciprocating internal combustion engines usually operate on the two-stroke or four-stroke process.

Infolge der Hubbewegung der Kolben und Pleuel sowie infolge des ungleichförmigen Übertragungsverhaltens des Kurbeltriebs treten Massenkräfte auf, die sich in Motorlagern abstützen und benachbarte Strukturen zu Schwingungen anregen.As a result of the stroke movement of the piston and connecting rod as well as due to the non-uniform transmission behavior of the crank mechanism, mass forces occur, which are supported in engine mounts and stimulate neighboring structures to vibrate.

Die Massenkräfte der linear bewegten Teile des Kurbeltriebes (oszillierende Massen) lassen sich durch eine Reihenentwicklung beschreiben, wobei das erste Glied der Reihenentwicklung freie Massenkräfte 1. Ordnung und das zweite Glied der Reihenentwicklung freie Massenkräfte 2. Ordnung beschreiben. The mass forces of the linearly moving parts of the crank mechanism (oscillating masses) can be described by a series expansion, wherein the first member of the series development free mass forces 1st order and the second member of the series development free mass forces 2nd order describe.

Um freie Massenkräfte 2. Ordnung auszugleichen, benötigt man mindestens sechs Zylinder beim Reihenmotor oder acht Zylinder beim V-Motor, oder Ausgleichswellen, auf denen entsprechende Ausgleichsunwuchten mit doppelter Kurbelwellen-Drehzahl umlaufen. Bei Reihenmotoren mit weniger als sechs Zylindern und V-Motoren mit weniger als acht Zylindern kommen oft Ausgleichswellen zum Einsatz. Eine andere Möglichkeit, einen völligen Massenausgleich zu erreichen besteht in der Verwendung von zwei gegenläufig rotierenden Kurbelwellen, wie z. B. beim H-Motor. Dadurch lassen sich selbst 2-Zylinder-Motoren völlig auswuchten.In order to balance free mass forces of 2nd order, one needs at least six cylinders in the in-line engine or eight cylinders in the V-engine, or balancer shafts on which corresponding balancing imbalances revolve with double crankshaft speed. For in-line engines with less than six cylinders and V-engines with less than eight cylinders, balance shafts are often used. Another way to achieve a complete mass balance is the use of two counter-rotating crankshafts, such. B. the H-engine. As a result, even 2-cylinder engines can be fully balanced.

Um eine Verbrauchreduktion zu Erreichen wurde im Rahmen des sogenannten Downsizing z. B. die Zylinderanzahl von 4 auf 3 reduziert, da so die Innenfläche und damit die Reibungsfläche für die Kolben sowie der Wärmeverlust aus den Brennräumen nach außen reduziert werden kann. Derartige 3-Zylindermotoren werden als Reihenmotor ausgeführt, dessen Zylinder hintereinander in Reihe stehen. Ferner sind sie relativ kompakt und können günstiger als ein Vierzylindermotor hergestellt werden. Sie dienen als Antrieb von Motorrädern und Pkw, letztere insbesondere von Kleinwägen und in jüngerer Zeit auch in der Kompaktklasse. In order to achieve a reduction in consumption was in the context of the so-called downsizing z. B. reduces the number of cylinders from 4 to 3, since so the inner surface and thus the friction surface for the piston and the heat loss from the combustion chambers can be reduced to the outside. Such 3-cylinder engines are designed as a series engine whose cylinders are in series one behind the other. Furthermore, they are relatively compact and can be made cheaper than a four-cylinder engine. They serve as a drive for motorcycles and cars, the latter especially of small cars and more recently in the compact class.

Dreizylinder-Reihenmotoren haben von Natur aus eine etwas schlechtere Laufruhe als Vierzylinder-Reihenmotoren (wenn auch eine bessere als Zweizylinder-Reihenmotoren), da der Zündabstand größer ist und freie Massenmomente auftreten. Es treten sowohl freie Massenmomente erster als auch zweiter Ordnung auf. Mit einer Ausgleichswelle kann das freie Massenmoment erster Ordnung kompensiert werden, das freie Massenmoment zweiter Ordnung wird wegen des hohen Aufwands nicht ausgeglichen.Three-cylinder in-line engines naturally have a slightly worse smoothness than four-cylinder in-line engines (albeit a better than two-cylinder in-line engines) because the firing interval is greater and free mass moments occur. Both free mass moments of first and second order occur. With a balancer shaft, the free mass moment of the first order can be compensated, the free mass moment of the second order is not compensated because of the high cost.

Ferner ist es aus der JP H 05178046 A bekannt, ein elektromagisch angetriebenes Gegengewicht zur aktiven Vibrationsdämpfung zu verwenden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Wege aufzuzeigen, wie mit geringerem Aufwand freie Massenkräfte ausgeglichen werden können. Furthermore, it is from the JP H 05178046 A known to use an electromagnetically driven counterweight for active vibration damping. It is therefore an object of the invention to show ways how can be compensated with less effort free mass forces.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens zwei Kolben, umfassend zumindest zwei jeweils zwischen zwei Endlagen verlagerbaren Gegengewichten, denen jeweils ein Elektromagnet zum Verlagern des entsprechenden Gegengewichtes zugeordnet ist, wobei die Gegengewichte den ihnen jeweils in axialer Richtung einer Kurbelwellen der Hubkolbenbrennkraftmaschine benachbarten Kolben zugeordnet sind und ein Steuergerät vorhanden ist, welches die Gegengewichte mittels der zugeordneten Elektromagneten gegenphasig zu dem jeweils zugeordneten Kolben verlagert. The object of the invention is achieved by a device for compensating free mass forces of a reciprocating internal combustion engine having at least two pistons, comprising at least two counterweights each displaceable between two end positions, each associated with an electromagnet for displacing the corresponding counterweight, wherein the counterweights their respective axial Direction of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine are assigned adjacent piston and a control device is provided which displaces the counterweights by means of the associated electromagnets in opposite phase to the respective associated piston.

Mit anderen Worten, die Hubkolbenbrennkraftmaschine weist zumindest zwei Zylinder auf, die gegenphasig laufen, d. h. wenn sich der erste Zylinder am oberen Totpunkt befindet, befindet sich der zweite Zylinder am unteren Totpunkt. In axialer Erstreckungsrichtung der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine sind neben dem ersten und dem zweiten Zylinder, also benachbart zu den jeweiligen Zylindern, je ein Gegengewicht angeordnet, die durch jeweils einen Elektromagneten zwischen ihren beiden Endlagen verlagert werden können. Dabei werden die Elektromagneten derart angesteuert, dass das jeweilige Gegengewicht jeweils gegenphasig zum unmittelbar benachbarten Kolben ist. D. h., das rechte Gegengewicht ist gegenphasig zum rechten der beiden Kolben, während das linke Gegengewicht gegenphasig zum linken der beiden Kolben ist. So können auf einfache Weise freie Massenkräfte 1. Ordnung kompensiert werden. In other words, the reciprocating internal combustion engine has at least two cylinders that run in opposite directions, d. H. when the first cylinder is at top dead center, the second cylinder is at bottom dead center. In the axial direction of extension of the crankshaft of the reciprocating internal combustion engine, in addition to the first and the second cylinder, ie adjacent to the respective cylinders, each a counterweight arranged, which can be displaced by a respective electromagnet between its two end positions. In this case, the electromagnets are controlled such that the respective counterweight is in each case opposite in phase to the immediately adjacent piston. That is, the right counterweight is out of phase with the right of the two pistons while the left counterweight is out of phase with the left of the two pistons. Thus, free mass forces of the first order can be easily compensated.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Gegenwichte als in Zylinder gelagerte Kolben ausgebildet. Die Höhe der Zylinder definiert dabei die beiden Endlagen, zwischen denen die Gegengewichte verlagert werden können. So kann die Vorrichtung einen einfach zu fertigenden Aufbau aufweisen.According to one embodiment, the counterweights are designed as pistons mounted in cylinders. The height of the cylinder defines the two end positions between which the counterweights can be moved. Thus, the device can have an easy-to-manufacture construction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Gegengewichte jeweils von einer Feder in einer Nulllage gehalten. So ist sichergestellt, dass die Gegengewicht eine definierte Nulllage einnehmen, wenn die jeweiligen Elektromagnete nicht mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. According to a further embodiment, the counterweights are each held by a spring in a zero position. This ensures that the counterweight assumes a defined zero position when the respective electromagnets are not subjected to electric current.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Hubkolbenbrennkraftmaschine zumindest einen in axialer Richtung der Kurbelwelle angeordneten mittleren Kolben auf. Mit anderen Worten, die Hubkolbenmaschine ist als 3-Zylinderrmotor ausgebildet. Zwar liegt bei einem derartigen 3-Zylinderrmotor, insbesondere 3-Zylinderreihenmotor, in jeder beliebigen Kurbelwellenposition der Schwerpunkt immer zentral in der Mitte, so dass keine Vibrationen entstehen. Da aber die Zylinder in Reihe hintereinander angeordnet sind, erzeugt z. B. der rechte Zylinder eine Kraft nach oben (in Richtung zum oberen Totpunkt hin), während der linke Zylinder eine entgegengesetzte Kraft erzeugt, und zwar nach unten (in Richtung zum oberen Totpunkt hin). Da diese Kräfte nun an verschiedenen Enden des 3-Zylindermotors angreifen, vibriert er nicht insgesamt, sondern nur an den Enden, da der mittlere Zylinder sich im Schwerpunkt befindet, und damit quasi den Drehpunkt darstellt. So können mit der beidseitigen Anordnung der Gegengewichte besonders effektiv diese speziellen Vibrationen aktiv gedämpft werden. Darüber können weitere Zylinder vorgesehen, so dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine auch z. B. als 5-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet sein kann.According to a further embodiment, the reciprocating internal combustion engine has at least one central piston arranged in the axial direction of the crankshaft. In other words, the reciprocating engine is designed as a 3-Zylinderrmotor. Although in such a 3-Zylinderrmotor, in particular 3-cylinder in-line engine, in any crankshaft position of the center of gravity is always centrally in the middle, so that no vibrations. But since the cylinders are arranged in series one behind the other, generates z. For example, the right cylinder forces upward (toward top dead center), while the left cylinder generates an opposite force, down (toward top dead center). Since these forces now attack at different ends of the 3-cylinder engine, it does not vibrate as a whole, but only at the ends, since the middle cylinder is located in the center of gravity, and thus virtually represents the fulcrum. Thus, with the two-sided arrangement of the counterweights particularly effective these special vibrations can be actively damped. In addition, more cylinders can be provided, so that the reciprocating internal combustion engine also z. B. may be formed as a 5-cylinder in-line engine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die beiden Gegengewichte jeweils die gleiche Masse auf. Dies führt zu einer besonders effektiven Dämpfung von Vibrationen, wenn der Schwerpunkt der gesamten Baugruppe, d. h. der Hubkolbenbrennkraftmaschine und der angefügten Komponenten, einen Schwerpunkt aufweist, der in der Mitte liegt. According to a further embodiment, the two counterweights each have the same mass. This results in a particularly effective damping of vibrations when the center of gravity of the entire assembly, i. H. the reciprocating internal combustion engine and the attached components, has a center of gravity, which lies in the middle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die beiden Gegengewichte unterschiedliche Massen auf. Dies erlaubt eine besonders effektive Dämpfung von Vibrationen, wenn der Schwerpunkt der gesamten Baugruppe, einen Schwerpunkt aufweist, der nicht in der Mitte liegt. According to another embodiment, the two counterweights have different masses. This allows a particularly effective damping of vibrations when the center of gravity of the entire assembly, has a center of gravity that is not in the middle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Drehzahlerfassungseinrichtung eine Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfasst, eine Vergleichseinrichtung die erfasste Drehzahl mit einem Schwellwert vergleicht und ein Steuergerät die zumindest beiden Elektromagneten dann mit elektrischen Strom beaufschlagt, wenn die erfasste Drehzahl kleiner als der Schwellwert ist. Somit werden die Elektromagneten nur dann mit elektrischen Strom beaufschlagt und damit die Vorrichtung aktiv betrieben, wenn die Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer niedrigen Drehzahl betrieben wird, bei der die Vibrationen von Passagieren eines Kraftfahrzeugs als besonders unangenehm wahrgenommen werden. Bei höheren Drehzahlen hingegen, die Vibrationen höherer Frequenz erzeugen, die nicht als unangenehm wahrgenommen werden, ist die Vorrichtung inaktiv. Somit wird die Vorrichtung nur im Bedarfsfall aktiviert, was den Kraftstoffverbrauch verringert und die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht. According to a further embodiment, it is provided that a rotational speed detection device detects a rotational speed of the reciprocating internal combustion engine, a comparison device compares the detected rotational speed with a threshold value and a control device then applies electrical current to the at least two electromagnets if the detected rotational speed is less than the threshold value. Thus, the electromagnets are only then supplied with electric current and thus actively operate the device when the reciprocating internal combustion engine is operated at a low speed, in which the vibrations of passengers of a motor vehicle are perceived as particularly unpleasant. On the other hand, at higher speeds that produce higher frequency vibrations that are not perceived as unpleasant, the device is inactive. Thus, the device is activated only when needed, which reduces fuel consumption and increases the life of the device.

Ferner gehört zur Erfindung eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer derartigen Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hubkolbenkraftmaschine. In der Hubkolbenbrennkraftmaschine kann die Vorrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte insbesondere in unmittelbarer Nähe zu den Durchstoßpunkten der Kurbelwelle durch das Motorgehäuse, bspw. unmittelbar oberhalb der Durchstoßpunkte, in das Motorgehäuse integriert sein. Dadurch ist eine bauraumoptimierte Ausführung der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte möglich.Furthermore, the invention includes a reciprocating internal combustion engine with such a device and a motor vehicle with such a reciprocating piston engine. In the reciprocating internal combustion engine, the device for compensating free mass forces, in particular in the immediate vicinity of the puncture points of the crankshaft through the motor housing, for example. Immediately above the puncture points, be integrated into the motor housing. As a result, a space-optimized design of the reciprocating internal combustion engine with a device for compensating free mass forces is possible.

Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained with reference to a drawing. Show it:

1 in schematischer Darstellung eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte der Hubkolbenbrennkraftmaschine, und 1 a schematic representation of a reciprocating internal combustion engine with an embodiment of a device according to the invention for compensating free mass forces of the reciprocating internal combustion engine, and

2 in schematischer Darstellung weitere Komponenten der in 1 dargestellten Vorrichtung. 2 in a schematic representation, further components of in 1 illustrated device.

Es wird zunächst auf die 1 Bezug genommen.It will be initially on the 1 Referenced.

Dargestellt ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 2, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Reihen-3-Zylindermotor ausgebildet ist. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 kann dabei als Otto- oder Dieselmotor ausgebildet sein und dient als Antrieb eines Kraftfahrzeugs, z. B. eines PKWs, wie eines Kleinwagens oder einem Wagen der Kompaktklasse.Shown is a reciprocating internal combustion engine 2 , which is formed in the present embodiment as a series 3-cylinder engine. The reciprocating internal combustion engine 2 can be designed as a gasoline or diesel engine and serves as a drive of a motor vehicle, for. As a car, such as a small car or a car of the compact class.

Entsprechend weist die Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Kolben 10a, 10b, 10c auf, die in Reihe entlang der Erstreckungsrichtung einer Kurbelwelle 12 der Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 angeordnet sind, mit der die Kolben 10a, 10b, 10c über jeweilige Pleuelstangen 20a, 20b, 20c verbunden sind. Dabei sind die drei Kolben 10a, 10b, 10c jeweils zwischen einer oberen Totpunktlage T1 und einer untere oberen Totpunktlage T2 in jeweiligen Zylindern der Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 verlagerbar. Accordingly, the reciprocating internal combustion engine 2 in the present embodiment, three pistons 10a . 10b . 10c on, in series along the extension direction of a crankshaft 12 the reciprocating internal combustion engine 2 are arranged, with which the pistons 10a . 10b . 10c via respective connecting rods 20a . 20b . 20c are connected. Here are the three pistons 10a . 10b . 10c each between a top dead center T1 and a bottom top dead center T2 in respective cylinders of the reciprocating internal combustion engine 2 displaced.

Wie anhand der 1 zu erkennen ist, befindet sich der rechte Kolben 10a in der oberen Totpunktlage T1, während sich der linke Kolben 10c in der unteren Totpunktlage T2 befindet. Mit anderen Worten, der rechte Kolben 10a und sich der linke Kolben 10c sind über ihre jeweiligen Pleuelstangen 20a, 20c gegenläufig mit der Kurbelwelle 12 verbunden. As based on the 1 can be seen, is the right piston 10a in the upper Dead center T1, while the left piston 10c is located in the bottom dead center T2. In other words, the right-hand piston 10a and the left piston 10c are above their respective connecting rods 20a . 20c in opposite directions with the crankshaft 12 connected.

Da aber die Kolben 10a, 10b, 10c in Reihe hintereinander angeordnet sind, erzeugt im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 der rechte Kolben 10a eine Kraft zur oberen Totpunktlage T1 hin, während der linke Kolben 10c eine entgegengesetzte Kraft in Richtung zum oberen Totpunktlage T2 hin erzeugt. But there are the pistons 10a . 10b . 10c are arranged in series one behind the other, generated in operation of the reciprocating internal combustion engine 2 the right piston 10a a force towards top dead center T1, while the left piston 10c generates an opposite force in the direction of the top dead center T2 out.

Diese freien Massekräfte greifen an verschiedenen Enden des 3-Zylindermotors an, so dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 insbesondere an ihren axialen Enden in Bezug auf die Kurbelwelle 12 vibriert, während der mittlere Kolben 10b sich im Schwerpunkt befindet und damit quasi den Drehpunkt darstellt. These free mass forces attack at different ends of the 3-cylinder engine, so that the reciprocating internal combustion engine 2 in particular at its axial ends with respect to the crankshaft 12 vibrates while the middle piston 10b is in focus and thus almost represents the fulcrum.

Um diese freien Massenkräfte auszugleichen bzw. zu dämpfen ist die Vorrichtung 4 vorgesehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Gegengewichte 6a, 6b aufweist, die jeweils zwischen einer oberen Endlage E1 und einer unteren Endlage E2 verlagerbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Gegenwichte 6a, 6b durch Kolben gebildet, die in Zylindern gelagert sind.To balance or dampen these free mass forces is the device 4 provided, in the present embodiment, two counterweights 6a . 6b which can be displaced in each case between an upper end position E1 and a lower end position E2. In the present embodiment, the counterweights 6a . 6b formed by pistons which are stored in cylinders.

Zum Verlagern der Gegengewichte 6a, 6b sind jedem Gegengewicht 6a, 6b Elektromagnete 8a, 8b zugeordnet, die durch Magnetkraft die Gegengewichte 6a, 6b bewegen, wenn die jeweiligen Elektromagnete 8a, 8b mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Die Elektromagnete 8a, 8b sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Spulen gebildet, die um die Kolben umlaufen, in denen die Gegengewichte 6a, 6b gelagert sind. Ferner werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gegengewichte 6a, 6b durch eine obere Feder 22a und eine untere Feder 22b in ihrer Nulllage gehalten, die sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Mitte zwischen den beiden Endlagen E1, E2 befindet.For moving the counterweights 6a . 6b are every counterweight 6a . 6b electromagnets 8a . 8b assigned by magnetic force the counterweights 6a . 6b move when the respective electromagnets 8a . 8b be charged with electric power. The electromagnets 8a . 8b are formed in the present embodiment by coils which rotate around the pistons, in which the counterweights 6a . 6b are stored. Furthermore, in the present embodiment, the counterweights 6a . 6b through an upper spring 22a and a lower spring 22b held in its zero position, which is in the present embodiment in the middle between the two end positions E1, E2.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 einen symmetrischen Aufbau auf, so dass deren Schwerpunkt in der Mitte liegt. Daher weisen die beiden Gegengewichte 6a, 6b jeweils die gleiche Masse auf. Hiervon abweichend können die beiden Gewichte 6a, 6b auch unterschiedliche Massen aufweisen, wenn der Schwerpunkt nicht in der Mitte liegt.In the present embodiment, the reciprocating internal combustion engine 2 a symmetrical structure, so that their center of gravity is in the middle. Therefore, the two counterweights 6a . 6b in each case the same mass. Deviating from this, the two weights 6a . 6b also have different masses, if the center of gravity is not in the middle.

Wie ferner anhand der 1 zu erkennen ist, befindet sich das rechte Gewicht 6a, das unmittelbar benachbart in Erstreckungsrichtung der Kurbelwelle 12 zum rechten Kolben 10a angeordnet ist, an seiner unteren Endlage E2. Zugleich befindet sich das linke Gewicht 6b, das unmittelbar benachbart in Erstreckungsrichtung der Kurbelwelle 12 zum rechten Kolben 10c angeordnet ist, an seiner oberen Endlage E1. As further described by the 1 can be seen, is the right weight 6a that is immediately adjacent in the direction of extension of the crankshaft 12 to the right piston 10a is arranged at its lower end position E2. At the same time is the left weight 6b that is immediately adjacent in the direction of extension of the crankshaft 12 to the right piston 10c is arranged at its upper end position E1.

Somit sind zum einen die beiden Gewichte 6a, 6b zueinander gegenläufig. Zum anderen ist das rechte Gewicht 6a gegenläufig zum rechten Kolben 10a und das linke Gewicht 6b ist gegenläufig zum linken Kolben 10c. Ferner sind der rechte Kolben 10a und der linke Kolben 10c zueinander gegenläufig. Es wird zusätzlich auf die 2 Bezug genommen. Darstellt sind weitere Komponenten der in 1 dargestellten Vorrichtung 2, nämlich eine Drehzahlerfassungseinrichtung 14, eine Vergleichseinrichtung 16 und ein Steuergerät 18.Thus, on the one hand, the two weights 6a . 6b in opposite directions. On the other hand, the right weight 6a opposite to the right piston 10a and the left weight 6b is opposite to the left piston 10c , Further, the right piston 10a and the left piston 10c in opposite directions. It will be added to the 2 Referenced. Shown are other components of the 1 illustrated device 2 namely a speed detection device 14 , a comparison device 16 and a controller 18 ,

Die Drehzahlerfassungseinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, eine Drehzahl der Kurbelwelle 12 der Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 zu erfassen. Die Vergleichseinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, die erfasste Drehzahl mit einem Schwellwert zu vergleichen. Das Steuergerät 18 ist dazu ausgebildet, die beiden Elektromagnete 8a, 8b dann mit elektrischem Strom zu beaufschlagen, wenn die erfasste Drehzahl kleiner als der Schwellwert ist.The speed detection device 14 is adapted to a speed of the crankshaft 12 the reciprocating internal combustion engine 2 capture. The comparison device 16 is designed to compare the detected speed with a threshold. The control unit 18 is designed to use the two electromagnets 8a . 8b then apply electrical current when the detected speed is less than the threshold.

Im Betrieb erfasst Drehzahlerfassungseinrichtung 14 die Drehzahl der Kurbelwelle 12 der Hubkolbenbrennkraftmaschine 2. Wenn die erfasste Drehzahl kleiner als der Schwellwert ist, beaufschlagt das Steuergerät 18 die beiden Elektromagnete 8a, 8b mit elektrischem Strom, der bewirkt, dass sich das rechte Gegengewicht 6a gegenphasig zum der rechte Kolben 10a zwischen den beiden Endlagen E1, E2 hin und her bewegt, während sich das linke Gegengewicht 6b gegenphasig zum der linken Kolben 10c zwischen den beiden Endlagen E1, E2 hin und her bewegt und freie Massenkräfte 1. Ordnung kompensiert werden.In operation, detects speed detection device 14 the speed of the crankshaft 12 the reciprocating internal combustion engine 2 , If the detected speed is less than the threshold value, the control unit acts on 18 the two electromagnets 8a . 8b with electric current, which causes the right counterweight 6a out of phase with the right piston 10a between the two end positions E1, E2 moved back and forth, while the left counterweight 6b out of phase with the left piston 10c moved back and forth between the two end positions E1, E2 and free mass forces 1st order can be compensated.

Wenn die erfasste Drehzahl einen Wert erreicht, der oberhalb des Schwellwertes liegt, werden die beide beiden Elektromagnete 8a, 8b nicht mehr mit elektrischem Strom beaufschlagt, so dass die beiden Gegengewichte 6a, 6b aufgrund der Wirkung der Federn 22a, 22b zu ihrer Nulllage zurückkehren und dort verbleiben. Somit ist die Vorrichtung 4 bei höheren Drehzahlen, die Vibrationen höherer Frequenz erzeugen, die nicht als unangenehm wahrgenommen werden, inaktiv. Somit wird die Vorrichtung 4 nur im Bedarfsfall aktiviert, was deren Lebensdauer erhöht.When the sensed speed reaches a value that is above the threshold, both of the solenoids become electromagnets 8a . 8b no longer subject to electric current, so the two counterweights 6a . 6b due to the effect of the springs 22a . 22b return to their zero position and stay there. Thus, the device is 4 at higher speeds that produce higher frequency vibrations that are not perceived as unpleasant, inactive. Thus, the device becomes 4 activated only when necessary, which increases their service life.

In einer speziellen Ausgestaltung der in 1 dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 sind die Gegengewichte 6a, 6b, die Elektromagneten 8a, 8b und die Federn 22a, 22b im Bereich der in 1 eingezeichneten Flächen 24a, 24b, also unmittelbar oberhalb der Durchstoßpunkte der Kurbelwelle 12 durch das Motorgehäuse in das Motorgehäuse integriert. Dadurch wird eine bauraumoptimierte Integration der Vorrichtung 4 zum Ausgleich freier Massenkräfte in die Hubkolbenbrennkraftmaschine 2 möglich.In a special embodiment of the in 1 illustrated reciprocating internal combustion engine 2 are the counterweights 6a . 6b , the electromagnets 8a . 8b and the springs 22a . 22b in the area of in 1 marked areas 24a . 24b , ie just above the puncture points of the crankshaft 12 through the motor housing into the motor housing integrated. This results in a space-optimized integration of the device 4 to compensate for free mass forces in the reciprocating internal combustion engine 2 possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Hubkolbenbrennkraftmaschine reciprocating internal combustion engine
44: Vorrichtung contraption
6a6a: Gegengewicht counterweight
6b6b: Gegengewicht counterweight
8a8a: Elektromagnet electromagnet
8b8b: Elektromagnet electromagnet
10a10a: Kolben piston
10b10b: Kolben piston
10c10c: Kolben piston
1212: Kurbelwelle crankshaft
1414: Drehzahlerfassungseinrichtung Speed detection device
1616: Vergleichseinrichtung comparator
1818: Steuergerät control unit
20a20a: Pleuelstange connecting rod
20b20b: Pleuelstange connecting rod
20c20c: Pleuelstange connecting rod
22a22a: obere Feder upper spring
22b22b: untere Feder lower spring
24a24a: Fläche area
24b24b: Fläche area
E1E1: obere Endlage upper end position
E2E2: untere Endlage lower limit position
T1T1: obere Totpunktlage top dead center position
T2T2: untere Totpunktlage bottom dead center position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 05178046 A [0008]

Claims

Contraption ( 4 ) for compensating free mass forces of a reciprocating internal combustion engine ( 2 ) with at least two pistons ( 10a . 10c ), comprising at least two counterweights each displaceable between two end positions (E1, E2) ( 6a . 6b ), each having an electromagnet ( 8a . 8b ) for displacing the corresponding counterweight ( 6a . 6b ), the counterweights ( 6a . 6b ) each in the axial direction of a crankshaft ( 12 ) of the reciprocating internal combustion engine ( 2 ) adjacent pistons ( 10a . 10c ) and a control unit ( 18 ), which the counterweights ( 6a . 6b ) by means of the associated electromagnets ( 8a . 8b ) in phase opposition to the respective associated piston ( 10a . 10c ) relocated.

Contraption ( 4 ) according to claim 1, wherein the counterweight ( 6a . 6b ) are formed as piston mounted in cylinder.

Contraption ( 4 ) according to claim 1 or 2, wherein the counterweights ( 6a . 6b ) each of a spring ( 22a . 22b ) are kept in a zero position.

Contraption ( 4 ) according to claim 1, 2 or 3, wherein the reciprocating internal combustion engine ( 2 ) at least one in the axial direction of the crankshaft ( 12 ) arranged third, middle piston ( 10b ) having.

Contraption ( 4 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the two counterweights ( 6a . 6b ) each have the same mass.

Contraption ( 4 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the two counterweights ( 6a . 6b ) have different masses.

Contraption ( 4 ) according to one of claims 1 to 6, wherein a rotational speed detection device ( 14 ) a speed of the reciprocating internal combustion engine ( 2 ), a comparison device ( 16 ) which compares the detected speed with a threshold value and the control unit ( 18 ) the at least two electromagnets ( 8a . 8b ) is then supplied with electric current when the detected speed is smaller than the threshold value.

Reciprocating internal combustion engine ( 2 ) with a device ( 4 ) for compensating free mass forces according to one of claims 1 to 7.

Reciprocating internal combustion engine ( 2 ) according to claim 8, wherein the device ( 4 ) for compensating free mass forces according to one of claims 1 to 6 in the immediate vicinity of the piercing points of the crankshaft ( 12 ) is integrated by the motor housing in the motor housing.

Reciprocating internal combustion engine ( 2 ) according to claim 9, wherein the device ( 4 ) for compensating free mass forces according to one of claims 1 to 6 immediately above the puncture points of the crankshaft ( 12 ) is integrated by the motor housing in the motor housing.

Motor vehicle with a reciprocating internal combustion engine ( 2 ) according to any one of claims 8 to 10.