DE19542764A1

DE19542764A1 - Second order vibration damping for IC engine

Info

Publication number: DE19542764A1
Application number: DE19542764A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Ing Petersen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1996-06-05

Abstract

The end of the engine away from the transmission is provided with an output drive from the crankshaft (5) and has a universal joint (7) to connect a flywheel (4) to the crankshaft. An adjustable support (10) varies the angle ( alpha ) of the flywheel w.r.t. the engine axis to dampen second order vibrations.The second order vibrations are measured by a sensing system which drives the adjustable support for the damping flywheel. The control adjusts the support to minimise second order vibrations for any setting of the engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Bekanntlich wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine, aber auch eine Zwei zylinder-Maschine, in Kolbenlaufrichtung durch Kräfte zweiter Ordnung zu Schwingungen angeregt, die durch zwei mit doppelter Drehzahl der Ausgangswelle, also der Kurbelwelle, rotierende Ausgleichswellen eliminiert werden können. Beim Einsatz üblicher Konstruktionen dieser Art verbleiben aber von Gas- und Massen kräften abhängige Vibrationen zweiter Ordnung, die aus Dreh schwingungen, d. h. Drehungleichförmigkeiten, um die Achse der Kurbelwelle resultieren. Insbesondere bei Dieselmaschinen be wirken diese Drehschwingungen vor allem im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine starke Vibrationen, die aus Komfortgründen vermieden werden müssen.As is known, an internal combustion engine, in particular an Four-cylinder in-line internal combustion engine, but also a two cylinder machine, in the piston running direction by forces of second Order excited to vibrations by two with double Speed of the output shaft, i.e. the crankshaft, rotating Balance shafts can be eliminated. When using more common Constructions of this type remain of gas and mass force dependent vibrations of the second order, which result from rotation vibrations, d. H. Rotational irregularities around the axis of the Crankshaft result. Especially in diesel engines these torsional vibrations act especially in the idle range of the Internal combustion engine strong vibrations, for reasons of comfort must be avoided.

Aus der DE-OS 41 19 065, F16F 15/26, ist bereits eine Hubkolben- Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichswelle zur Kompensation von Massenkräften zweiter Ordnung bekannt, die zugleich der Kompensation von Wechselmomenten um die Längsachse der Kurbel welle dienen soll. Dazu ist zumindest eine Ausgleichswelle vor gesehen, die zur Kompensation der Massenkräfte zweiter Ordnung eine exzentrische Massenverteilung besitzt und zur Kompensation der Wechselmomente ein Trägheitsmoment aufweist, das etwa halb so groß wie das Trägheitsmoment der kurbelwellenseitigen Schwungmassen ist. Die Unterbringung zusätzlicher Ausgleichs wellen kann aber konstruktive Schwierigkeiten bereiten.From DE-OS 41 19 065, F16F 15/26, a reciprocating Internal combustion engine with a balance shaft for compensation known by mass forces of the second order, which at the same time the Compensation of alternating torques around the longitudinal axis of the crank wave should serve. For this there is at least one balancing shaft seen to compensate for second order mass forces has an eccentric mass distribution and for compensation the alternating torques have an moment of inertia which is approximately half as large as the moment of inertia of the crankshaft side Inertia is. The placement of additional compensation however, waves can cause constructive difficulties.

Ferner beschreibt die US-PS 4 300 649, B60K 5/04, ein Antriebs aggregat, enthaltend eine eine Ausgangswelle aufweisende Brenn kraftmaschine und ein eine Eingangswelle aufweisendes Getriebe, wobei Aus- und Eingangswelle durch ein Kreuzgelenk unter Bildung eines in einer festen Ebene liegenden, von 180° abweichenden Winkels zwischen ihnen drehverbunden sind. Damit wird der Zweck verfolgt, einerseits die Übertragung von in der Brennkraftma schine erzeugten Vibrationen zum Getriebe zumindest weitgehend zu verringern und andererseits die Winkel zwischen der Ausgangs welle des Getriebes und zu den Radachsen der linken und rechten Vorderräder eines Kraftfahrzeugs führenden Wellen zu vergleich mäßigen, so daß dadurch das Lenkverhalten des Fahrzeugs während Beschleunigungsphasen verbessert wird. Ein Nachteil dieser be kannten Konstruktion ist in der durch die Unterbringung des Kreuzgelenks zwischen Maschine und Getriebe bedingten Trennung dieser beider Einheiten zu sehen.Furthermore, US Pat. No. 4,300,649, B60K 5/04 describes a drive aggregate containing a burner having an output shaft engine and a transmission having an input shaft, whereby output and input shaft by forming a universal joint one in a fixed plane, deviating from 180 ° Angle between them are rotatably connected. So that's the purpose followed, on the one hand, the transmission of in the internal combustion engine machine generated vibrations to the transmission at least largely decrease and on the other hand the angle between the output shaft of the transmission and to the wheel axles of the left and right Front wheels of a motor vehicle to compare leading shafts moderate, so that the steering behavior of the vehicle during Acceleration phases is improved. A disadvantage of this known construction is in the by housing the Universal joint between machine and gearbox-related separation to see both of these units.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine zu schaffen, die ohne Eingriff in die kon struktiven Verhältnisse auf der Ausgangsseite der Maschine mit einfachen Mitteln eine Kompensation der in der Maschine erzeug ten Drehschwingungen zweiter Ordnung gestattet, wobei mit ein fachen Zusatzmitteln eine laufende Optimierung während des Betriebs der Maschine möglich ist.The invention has for its object a generic To create internal combustion engine that without intervention in the con structural conditions on the output side of the machine simple means to compensate for the generated in the machine th torsional vibrations of the second order permitted, with a a continuous optimization during the Operation of the machine is possible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training The invention describes the subclaims.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist also darin zu sehen, daß auf der dem Ausgang der Brennkraftmaschine, wo üblicherweise ein Getriebe angeordnet ist, abgekehrten Seite derselben eine Schwungmasse über ein Kreuzgelenk unter Bildung eines Winkels zwischen Kurbelwellenachse und Drehachse der Schwungmasse dreh verbunden ist, der hinsichtlich der optimalen Drehschwingungs kompensation zumindest in einem häufig vorkommenden Betriebsbe reich der Maschine gewählt ist. Wie Anspruch 2 zum Ausdruck bringt, ist es mit einfachen Mitteln auch möglich, während des Betriebs der Maschine, also bei unterschiedlichen Drehzahl- und Lastbedingungen derselben, laufend eine Anpassung im Sinne einer Regelung des Winkels auf minimale Drehschwingungserzeugung vor zunehmen.A major advantage of the invention can therefore be seen in that on the the output of the internal combustion engine, where usual a gear is arranged, the opposite side of the same one Inertia over a universal joint to form an angle between the crankshaft axis and the axis of rotation of the flywheel connected, with regard to the optimal torsional vibration compensation at least in a frequently occurring operating area machine is selected. How to express claim 2 brings, it is also possible with simple means during the Operation of the machine, i.e. at different speeds and Load conditions of the same, an ongoing adjustment in the sense of a Regulation of the angle to minimal torsional vibration generation increase.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die ein Antriebsaggregat 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftma schine 2 und einem nachgeschalteten Getriebe 3 wiedergibt. Derartige Antriebsaggregate finden in Kraftfahrzeugen Einsatz.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, which shows a drive unit 1 for a motor vehicle with a four-cylinder reciprocating internal combustion engine 2 and a downstream transmission 3 . Such drive units are used in motor vehicles.

Insbesondere bei derartigen Vierzylinder-Reihen-Dieselmaschinen und vor allem im Leerlaufbereich der Maschine bewirken Dreh schwingungen, die durch die Gas- und Massenkräfte in der Brenn kraftmaschine hervorgerufen werden, starke Vibrationen zweiter Ordnung, die auch durch zwei mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotierende Ausgleichswellen oder durch einen vollständigen Pleuelgegenmassenausgleich nicht beseitigt werden können. Diese verbleibenden Vibrationen müssen aus Komfortgründen vermieden werden.Especially with such four-cylinder in-line diesel engines and especially in the idle area of the machine cause rotation vibrations caused by the gas and mass forces in the combustion engine are caused, strong vibrations second Okay, also by two with double crankshaft speed rotating balance shafts or by a complete Conrod balancing cannot be eliminated. These Remaining vibrations must be avoided for reasons of comfort will.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch die Drehankopplung der Schwungscheibe 4 an die Kurbelwelle 5 der Brennkraftmaschine 2, und zwar auf der dem Getriebe 3 abgekehrten Seite der Maschine 2, so daß dort die üblichen und bewährten konstruktiven Verhält nisse nicht verhindert werden. Es ist demgemäß möglich, wie bisher Maschine 2 und Getriebe 3 mittels in diesem Ausführungs beispiel drei Lagern 6 zu lagern.According to the invention, this is done by the rotary coupling of the flywheel 4 to the crankshaft 5 of the internal combustion engine 2 , on the side of the engine 2 remote from the transmission 3 , so that the usual and proven constructive conditions are not prevented. It is accordingly possible to store machine 2 and gear 3 by means of three bearings 6 in this embodiment, for example.

Die Drehankopplung der Schwungmasse 4 an die Kurbelwelle 5 ge schieht über das Kreuzgelenk 7, und zwar unter Einstellung eines Winkels α (in einer gehäusefesten Ebene) zwischen der Drehachse 8 der Schwungscheibe 4 und der Achse 9 der Kurbelwelle 5, der im Hinblick auf optimale Vibrationsunterdrückung gewählt ist. Die Achse 9 muß eine vorgegebene Lage bezüglich der OT-Stellungen der Kolben haben.The rotary coupling of the flywheel 4 to the crankshaft 5 occurs via the universal joint 7 , specifically with the setting of an angle α (in a plane fixed to the housing) between the axis of rotation 8 of the flywheel 4 and the axis 9 of the crankshaft 5 , with a view to optimal vibration suppression is selected. The axis 9 must have a predetermined position with respect to the TDC positions of the pistons.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Winkel α während des Betriebs der Brennkraftmaschine nicht konstant, sondern er wird über die Verstellvorrichtung 10 an der Brennkraftmaschine 2, die ein Meßglied für in der Maschine erzeugte Drehschwingun gen und ein nachgeschaltetes Winkelstellglied enthält, gleichsam auf denjenigen Wert eingeregelt, bei dem die Drehschwingungsam plituden ein Minimum erreichen.In the exemplary embodiment shown, the angle α is not constant during the operation of the internal combustion engine, but is adjusted to the value, as it were, via the adjusting device 10 on the internal combustion engine 2 , which contains a measuring element for torsional vibrations generated in the machine and a downstream angle actuator. where the torsional vibrations reach a minimum.

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Schwungmasse 4 zur Einstellung des jeweils optimalen Winkels α um die in der Zeichenebene der Figur senkrechte Schwenkachse des Kreuzgelenks 7 relativ zu dem schwenkfest gelagerten Antriebsag gregat 1 schwenkbar ist. Vom Prinzip her wäre es verständlicher weise auch möglich, die Schwungscheibe 4 ortsfest und das An triebsaggregat 1 relativ dazu schwenkbar zu lagern.In the exemplary embodiment shown, it is assumed that the flywheel 4 can be pivoted relative to the pivotally mounted drive unit gregat 1 about the pivot axis of the universal joint 7 which is vertical in the drawing plane of the figure in order to set the optimum angle α. In principle, it would also be understandable, the flywheel 4 stationary and the drive unit 1 to pivot relative to it.

Zusammen mit bekannten rotierenden Ausgleichswellen oder einem vollständigen Pleuelgegenmassenausgleich zur Unterdrückung von translatorischen Schwingungen zweiter Ordnung ergibt sich so ein Antriebsaggregat mit im gesamten Last- und Drehzahlbereich opti maler Laufruhe, die derjenigen eines Elektromotors nahe kommt.Together with known rotating balancer shafts or a full connecting rod counterbalance to suppress This results in translational vibrations of the second order Drive unit with opti in the entire load and speed range painterly smoothness that comes close to that of an electric motor.

Claims

1. Reciprocating internal combustion engine with one end for connecting a downstream device, in particular a Ge gearbox, set up crankshaft and with means for compensation of torsional vibrations of the second order, characterized in that at the other end of the crankshaft ( 5 ) a flywheel ( 4th ) is coupled via a universal joint ( 7 ) at an angle (α) deviating from 180 ° between the axis of rotation ( 8 ) of the flywheel mass ( 4 ) and the crankshaft axis ( 9 ), which with regard to optimum torsional vibration compensation in at least one operating area of the machine ( 2 ) is set.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the angle (α) by means of an adjusting device ( 10 ) containing a measuring element for torsional vibrations generated in the machine ( 2 ) and a downstream angle actuator, in the operation of the machine ( 2 ) to a minimum of measured torsional vibrations is adjustable.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the machine ( 2 ) is equipped with rotating compensating shafts for the suppression of translational vibrations of the second order.