DE3026079A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN A FIVE-CYLINDER SERIES WITH A MASS COMPENSATING SHAFT - Google Patents
INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN A FIVE-CYLINDER SERIES WITH A MASS COMPENSATING SHAFTInfo
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Description
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Öaim 12 lll/h Daimler-Benz Aktiengesellschaft Öaim 12 lll / h
Stuttgart-Untertürkheim 7. Juli I98OStuttgart-Untertürkheim July 7th, 1989
"Brennkraftmaschine in Fünfzylinder-Reihenbauweise mit einer Massenausgleichswelle""Internal combustion engine in a five-cylinder in-line design with a mass balance shaft "
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine in Fünfzylinder-Reihenbauweise, deren Kurbelwelle eine einem l-3-5-^-2-Kurbeldiagramm entsprechende Kurbelversetzung hat und die parallel zur Kurbelwelle eine mit deren Drehzahl und entgegen deren Drehsinn umlaufende Massenausgleichswelle aufweist, deren Ausgleichsmassen im Bereich der Endebene der Kurbelwelle angeordnet sind. Bei einer bekannten derartigen Anordnung (DE-PS 1 1^2 727) werden durch die besondere Kurbelversetzung die beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Massenmomente zweiter Ordnung wesentlich herabgesetzt. Es ist dabei möglich, die Massenmomente erster Ordnung durch eine einzige Ausgleichswelle auszugleichen. Die Ausgleichsmassen werden dazu zweckmäßig im Bereich der Endebenen der Kurbelwelle angeordnet. Der große Abstand der Ausgleichsmassen voneinander ergibt ausreichende Ausgleichsmomente auch bei kleinen und damit leichten Ausgleichsmassen. Dagegen erschwert die lange, hohen Biegemomenten ausgesetzte Ausgleichswelle deren Lagerung und erfordert einen besonderen Arbeitsaufwand zur Herstellung genau fluchtender Lager.The invention relates to an internal combustion engine in Five-cylinder in-line design, the crankshaft of which is a l-3-5 - ^ - 2-crank diagram has corresponding crank displacement and the one parallel to the crankshaft with its speed and has counterbalancing masses rotating counter to the direction of rotation, the balancing masses of which in the area of the end plane the crankshaft are arranged. In a known such arrangement (DE-PS 1 1 ^ 2 727) are through the special crank displacement, the second-order moments of inertia occurring during the operation of the internal combustion engine are significant degraded. It is possible to compensate for the first-order moments of inertia by means of a single balance shaft. For this purpose, the balancing weights are expediently arranged in the area of the end planes of the crankshaft. The great The spacing of the balancing weights from one another results in sufficient balancing torques even with small and therefore light ones Leveling weights. On the other hand, it makes the long, high bending moments more difficult exposed balancer shaft their storage and requires a special amount of work to manufacture exactly aligned bearings.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Ausgleich der Massenmomente erster Ordnung dienende Ausgleichsmassen bei geringem Gewichtsaufwand möglichst gut zu lagern, so daß diese ihre genaue, zur Kurbelwellenachse parallele Lage bei allen Betriebsbedingungen beibehalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Ausgleichsmassen jeweils auf zweifach am oder im Kurbelgehäuse gelagerten koaxialen Wellen befestigt sind, wobei auf einer der beiden Wellen ein Antriebsrad befestigt ist und beide Wellen durch eine Steckwelle drehfest miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine besonders starre Lagerung der beiden Ausgleichsmassen auf kurzen voneinander unabhängigen Wellen erzielt. Geringe Abweichungen der an den beiden entgegengesetzten Enden der Brennkraftmaschine gelagerten Wellen von der gemeinsamen Achse, die von Fertigungsungenauigkeiten herrühren oder die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten, werden durch eine gewisse Winkelbeweglichkeit der Steckwelle ausgeglichen. Daneben können auch axiale Wärmedehnungen durch die Steckwelle ausgeglichen werden. Da die Steckwelle lediglich der Drehmomentübertragung dient, läßt sie sich verhältnismäßig leicht bauen.The invention is based on the object of balancing masses which are used to balance the first-order moments of inertia to be stored as well as possible with little weight, so that these their exact position parallel to the crankshaft axis Maintained under all operating conditions. This is according to the invention achieved by the fact that the balancing masses are each mounted twice on or in the crankcase Coaxial shafts are attached, with a drive wheel is attached to one of the two shafts and both shafts are non-rotatably connected to one another by a stub shaft. This results in a particularly rigid mounting of the two Compensating masses achieved on short, independent shafts. Slight deviations from the opposite of the two Ends of the internal combustion engine mounted shafts from the common axis caused by manufacturing inaccuracies originate or occur during the operation of the internal combustion engine, are due to a certain angular mobility compensated for the stub shaft. In addition, axial thermal expansions can also be compensated for by the stub shaft. Since the stub shaft is only used to transmit torque, it can be built relatively easily.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Welle, auf der das Antriebsrad befestigt ist, mit der Ausgleichsmasse im Steuergehäuse gelagert. Ein besonderes Gehäuse für diese Bauteile erübrigt sich dadurch. Die Lager der Welle lassen sich in vorteilhafter Weise in gegenüberliegenden Wänden des schmalen Steuergehäuses anordnen. Außerdem kann bei dieser Anordnung der Antrieb der Welle unmittelbar durch die Steuerkette erfolgen.According to a further development of the invention, the shaft on which the drive wheel is attached is with the balancing mass stored in the control housing. This means that there is no need for a special housing for these components. Leave the bearings of the shaft arrange themselves in an advantageous manner in opposite walls of the narrow control housing. In addition, at In this arrangement, the drive of the shaft takes place directly through the timing chain.
Erfindungsgemäß kann die Welle, auf der lediglich eine Ausgleichsmasse befestigt ist, in einem Schacht des Kurbel-According to the invention, the shaft on which only one balancing mass is attached, in a shaft of the crank
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gehäuses gelagert sein, der nach oben durch den Zylinderkopf abgedeckt ist. Dies ermöglicht eine gute Lagerung der kurzen Welle in dicht beieinanderliegenden steifen Schachtwänden. Ein besonderer Deckel entfällt.be stored housing, which is covered at the top by the cylinder head. This allows for good storage of the short wave in tightly spaced stiff shaft walls. A special lid is not required.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
können die beiden Wellen der Ausgleichsmassen jeweils in
einem Lagerdeckel der Kurbelwelle gelagert sein. Diese Anordnung an Querwänden, die der Lagerung der Kurbelwelle
dienen, benötigt keine besonderen Anpassungen des Kurbelgehäuses und ermöglicht auch einen nachträglichen Einbau der
Ausgleichsmassen.According to another advantageous embodiment of the invention, the two shafts of the balancing masses can each be in
be stored in a bearing cap of the crankshaft. This arrangement on the transverse walls that support the crankshaft
does not require any special adjustments to the crankcase and also enables the balancing weights to be installed at a later date.
Erfindungsgemäß können die Wellen der Ausgleichsmassen und
die Steckwelle als Hohlwellen ausgebildet sein. Dies ergibt eine leichte Bauweise und ermöglicht eine einfache Versorgung
der Lager der Wellen mit Schmieröl durch das Innere
der Wellen. Durch das Gehäuse führende Kanäle können dadurch eingespart werden.According to the invention, the shafts of the balancing weights and the stub shaft can be designed as hollow shafts. This results in a lightweight construction and enables the bearings of the shafts to be easily supplied with lubricating oil through the interior
of the waves. Channels leading through the housing can thereby be saved.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, naher erläutert .The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments which are shown in the drawing .
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Lagerung und den
Antrieb der Ausgleichsmassen einer Brennkraftmaschine ,Fig. 1 is a longitudinal section through the storage and the
Drive the balancing weights of an internal combustion engine,
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Fig. 2 eine Ansicht des Steuerungsantriebes dieser Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung undFig. 2 is a view of the control drive of this internal combustion engine in a schematic representation and
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Lagerung und den Antrieb der Ausgleichsmassen einer weiteren Brennkraftmaschine.Fig. 3 is a longitudinal section through the storage and the Drive the balancing weights of another internal combustion engine.
Der in Fig. i dargestelle Massenausgleich einer Brennkraftmaschine in Fünfzylinder-Reihenbauweise, deren.Kurbelwelle eine einem l-3-5-^-2-Kurbeldiagramm entsprechende Kurbelversetzung hat, besteht aus den auf kurzen koaxialen Wellen 11 und 12 drehfest befestigten Ausgleichsmassen 13 bzw. lk, die gegeneinander um l80 versetzt sind. Die beiden Wellen 11 und 12 sind mit ihren Enden am bzw. im Kurbelgehäuse 15 jeweils in zwei Gleitlagern l6 und 17 bzw. 18 und 19 gelagert und durch eine Steckwelle 20 miteinander drehfest verbunden. Zum Antrieb der Ausgleichsmassen 13 und l4 dient ein Kettenrad 21, das neben der Ausgleichsmasse 13 auf der Welle 11 drehfest befestigt ist.The mass balancing of an internal combustion engine in a five-cylinder in-line design, shown in FIG. lk , which are offset from one another by 180. The two shafts 11 and 12 are each supported with their ends on or in the crankcase 15 in two plain bearings 16 and 17 or 18 and 19 and are connected to one another in a rotationally fixed manner by a plug-in shaft 20. A sprocket 21 is used to drive the balancing masses 13 and 14, and is attached to the shaft 11 in a rotationally fixed manner next to the balancing mass 13.
Die Ausgleichsmasse 13 und das Kettenrad 21 sind im Steuergehäuse 22 der Brennkraftmaschine untergebracht, das im Bereich der Ausgleichsmasse I3 durch eine Stirnwand 23 und weitere Wandteile des Kurbelgehäuses 15 und des Zylinderkopfes 2k sowie durch einen Deckel 25 begrenzt wird. Das Gleitlager 17 ist dabei in der Stirnwand 23 und das Gleitlager l6 im Deckel 25 angeordnet. Durch Abnehmen des Deckels 25 kann die Welle 11 mit der Ausgleichsmasse I3 und dem Kettenrad 21 leicht ausgebaut werden.The balancing mass 13 and the sprocket 21 are housed in the control housing 22 of the internal combustion engine, which is delimited in the area of the balancing mass I3 by an end wall 23 and further wall parts of the crankcase 15 and the cylinder head 2k as well as by a cover 25. The slide bearing 17 is arranged in the end wall 23 and the slide bearing l6 in the cover 25. By removing the cover 25, the shaft 11 with the balancing mass I3 and the sprocket 21 can be easily removed.
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Die Ausgleichsmasse l4 ist in einem Schacht 26 an der anderen Stirnwand 27 des Kurbelgehäuses 15 angeordnet. Der Schacht 26 ist nach oben durch einen konkaven Wandteil 28 des Zylinderkopfes 2k abgeschlossen. Die Gleitlager l8 und 19 sind in den Wänden 29 bzw. 30 des Schachtes 26 angeordnet. Das Lagerauge 31 des Gleitlagers 19 ist nach außen durch einen Deckel 32 abgeschlossen.The balancing mass l4 is arranged in a shaft 26 on the other end wall 27 of the crankcase 15. The shaft 26 is closed at the top by a concave wall part 28 of the cylinder head 2k . The slide bearings 18 and 19 are arranged in the walls 29 and 30 of the shaft 26, respectively. The bearing eye 31 of the sliding bearing 19 is closed to the outside by a cover 32.
Durch die Lagerung der beiden Ausgleichsmassen 13 und Ik am bzw. im Kurbelgehäuse 15 werden die dort entstehenden und auf die Gleitlager l6 bis 19 wirkenden Kräfte unmittelbar in das Kurbelgehäuse 15 eingeleitet.As a result of the mounting of the two balancing weights 13 and Ik on or in the crankcase 15, the forces that arise there and act on the slide bearings 16 to 19 are introduced directly into the crankcase 15.
Die Steckwelle 20 ist mit Spiel durch eine Bohrung 33 im Kurbelgehäuse 15 geführt. Sie ist an ihren beiden Enden mit äußeren Kerbverzahnungen Jk versehen, die in entsprechende innere Kerbverzahnungen 35 an den inneren Enden der Wellen 11 und 12 eingreifen. Diese Anordnung ermöglicht eine gewisse Winkelbeweglichkeit der Steckwelle 20, so daß kleinere Abweichungen von der gemeinsamen Mittelachse der beiden Wellen 11 und 12 ausgeglichen werden.The stub shaft 20 is guided through a bore 33 in the crankcase 15 with play. It is provided at both ends with external serrations Jk which engage in corresponding internal serrations 35 on the inner ends of the shafts 11 and 12. This arrangement enables a certain angular mobility of the stub shaft 20, so that minor deviations from the common central axis of the two shafts 11 and 12 are compensated for.
Das Schmieröl für die Gleitlager l6 bis 19 der Wellen 11 und 12 wird unter Druck durch einen Kanal 36 in der Stirnwand 23 zugeführt. Die Innenseite des Gleitlagers 17 steht mit dem Kanal 36 durch eine Bohrung 37 unmittelbar in Verbindung. Zur Versorgung der übrigen Gleitlager l6, l8 und 19 sind die Wellen 11 und 12 sowie die Steckwelle 20 als Hohlwellen mit axialen Kanälen 38 und 39 bzw. 40 ausgebildet. Durch eine Ringnut kl und eine Querbohrung 42 in der Welle 11 gelangt das Schmieröl in deren Kanal 38 und wird von dort durch den Kanal kO in der Steckwelle 20 dem Kanal 39The lubricating oil for the plain bearings 16 to 19 of the shafts 11 and 12 is supplied under pressure through a channel 36 in the end wall 23. The inside of the slide bearing 17 is directly connected to the channel 36 through a bore 37. To supply the remaining plain bearings l6, l8 and 19, the shafts 11 and 12 and the stub shaft 20 are designed as hollow shafts with axial channels 38 and 39 and 40, respectively. The lubricating oil reaches the channel 38 through an annular groove kl and a transverse bore 42 in the shaft 11 and from there becomes the channel 39 through the channel kO in the stub shaft 20
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in der Welle 12 zugeführt. Querbohrungen 43 in den Wellen 11 und 12 dienen der Schmierölzufuhr zu den Gleitlagern l6, l8 und 19· Die Wellen 11 und 12 sind an ihren äußeren Enden durch Deckel 44 dicht abgeschlossen. In Ringnuten 45 der Steckwelle 20 eingelegte O-Ringe 46 sorgen im Bereich der Kerbverzahnungen 34 und 35 für eine Abdichtung zwischen der Steckwelle 20 und den Wellen 11 und 12.fed in the shaft 12. Cross bores 43 in the shafts 11 and 12 serve to supply lubricating oil to the plain bearings l6, l8 and 19 · The shafts 11 and 12 are on their outer sides Ends tightly closed by cover 44. In ring grooves 45 O-rings 46 inserted in the stub shaft 20 ensure a seal between the serrations 34 and 35 the stub shaft 20 and the shafts 11 and 12.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht der im Steuergehäuse 22 der Brennkraftmaschine untergebrachte Steuerungsantrieb im wesentlichen aus einem auf der Kurbelwelle 47 befestigten Kettenrad 48, das mit der Innenseite 49 einer DoppelrollenketteAs FIG. 2 shows, there is a control housing 22 of the internal combustion engine The control drive accommodated essentially consists of a chain wheel attached to the crankshaft 47 48, the one with the inside 49 of a double roller chain
50 Kettenräder 51 und 52 antreibt, die auf der Nockenwelle 53 bzw. der Welle 54 eines Nebenaggregates, beispielsweise einer Einspritzpumpe, befestigt sind. Die Kette 50 treibt außerdem mit ihrer Außenseite 55 das Kettenrad 21 auf der Welle 11 an, für das sich damit ein gegenüber dem Kettenrad 48 der Kurbelwelle 47 entgegengesetzter Drehsinn ergibt. Der Drehsinn der Kettenräder 48, 51, 52 und 21 ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet. Die gleiche Drehzahl der Welle 11 und der Kurbelwelle 47 ergibt sich aus dem gleichen Durchmesser der Kettenräder 21 und 48. Die Ausgleichsmassen 13 und 14 auf der Welle 11 bzw. der über die Steckwelle 20 angetriebenen Welle 12 drehen sich daher mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 47 und entgegen deren Drehsinn. Mit 56 ist eine Spannschiene für die Kette 50 bezeichnet. Statt der in der Zeichnung gezeigten Anordnung des Kettenrades 21 der Welle 11 zwischen den Kettenrädern50 sprockets 51 and 52 that drives on the camshaft 53 or the shaft 54 of an auxiliary unit, for example an injection pump, are attached. The chain 50 also drives the sprocket 21 with its outside 55 on the Shaft 11, for which a direction of rotation opposite to that of the sprocket 48 of the crankshaft 47 results. The direction of rotation of the sprockets 48, 51, 52 and 21 is in the Drawing indicated by arrows. The same speed of the shaft 11 and the crankshaft 47 results from the same Diameter of the chain wheels 21 and 48. The balancing weights 13 and 14 on the shaft 11 and on the stub shaft 20 The driven shaft 12 therefore rotate at the same speed as the crankshaft 47 and in the opposite direction of rotation. A tensioning rail for the chain 50 is denoted by 56. Instead of the arrangement shown in the drawing of the sprocket 21 of the shaft 11 between the sprockets
51 und 52 läßt sich dieses auch an einer anderen Stelle an der Außenseite 55 der Kette 50 anordnen. Statt eines Kettentriebes kann auch ein Zahnriementrieb zum Antrieb der Wellen 11 und 12 benützt werden.51 and 52 this can also be done at another point the outside 55 of the chain 50. Instead of a chain drive A toothed belt drive can also be used to drive the shafts 11 and 12.
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Die in Fig. 3 gezeigten, um l80 gegeneinander versetzten Ausgleichsmassen 57 und 58 gleicher Unwucht sind ebenfalls auf kurzen koaxialen Wellen 59 bzw. 6O gelagert, die durch eine beidseits mit Kerbverzahnungen versehene Steckwelle 6l miteinander drehfest verbunden sind. Beide Wellen 59 und sind mit ihren Enden jeweils in Gleitlagern 62 und 63 bzw. 6k und 65 gelagert, die im Gegensatz zum vorangehenden Beispiel im Lagerdeckel 66 bzw. 67 des vorderen Lagers 68 bzw. hinteren Lagers 69 der Kurbelwelle 70 der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Hohlräume 71 und 72 in den Lagderdeckeln bzw. 67 ermöglichen die Drehbewegung der Ausgleichsmassen bzw. 58, die jeweils in ihrer unteren Stellung in die Ölwanne der Brennkraftmaschine ragen.The balancing masses 57 and 58 of equal unbalance shown in FIG. 3, offset by 180 relative to one another, are also mounted on short coaxial shafts 59 and 6O, which are connected to one another in a rotationally fixed manner by a stub shaft 6l provided with serrations on both sides. Both shafts 59 and are mounted with their ends in slide bearings 62 and 63 or 6k and 65 which, in contrast to the previous example, are arranged in the bearing cover 66 and 67 of the front bearing 68 and rear bearing 69 of the crankshaft 70 of the internal combustion engine. Cavities 71 and 72 in the bearing covers and 67 enable the rotary movement of the balancing masses and 58, which in their lower position protrude into the oil pan of the internal combustion engine.
Auf der Welle 59 ist neben der Ausgleichsmasse ein Zahnrad 73 als Antriebsrad befestigt. Im Lagerdeckel 66 ist in einem Gleitlager "lh eine gestufte Welle 75 mit ihrem mittleren Abschnitt 76, der einen größeren Durchmesser als deren äußerer Abschnitt 77 sowie deren innerer Abschnitt 78 aufweist, gelagert. Auf dem inneren, in den Hohlraum 71 ragenden Abschnitt 78 ist ein Zahnrad 79 befestigt, das mit dem gleich großen Zahnrad 73 auf der Welle 59 in Eingriff steht. Auf dem äußeren Abschnitt 77 der Welle 75 ist ein Kettenrad 8O befestigt, das durch einenicht dargestellte Kette mit einem gleich großen Kettenrad, das auf der Kurbelwelle 70 befestigt ist, verbunden ist. Dadurch werden die Ausgleichsmassen 57 und 58 über das Kettenrad 80 und das als Umkehrgetriebe wirkende Zahnradpaar 79/73 mit der gleichen Drehzahl und entgegen dem Drehsinn der Kurbelwelle 70 angetrieben.On the shaft 59, in addition to the balancing mass, a gear 73 is attached as a drive wheel. In the bearing cover 66, a stepped shaft 75 with its middle section 76, which has a larger diameter than its outer section 77 and its inner section 78, is mounted in a plain bearing 1h Gear 79 is attached, which meshes with the gear 73 of the same size on the shaft 59. A sprocket 8O is attached to the outer section 77 of the shaft 75, which is attached to the crankshaft 70 by a chain, not shown, with a sprocket of the same size As a result, the balancing masses 57 and 58 are driven via the chain wheel 80 and the gear wheel pair 79/73, which acts as a reversing gear, at the same speed and counter to the direction of rotation of the crankshaft 70.
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