DE3034978A1

DE3034978A1 - Piston machine free mass moment counteraction system - has opposite oscillating balance weights driven by opposite crank throws

Info

Publication number: DE3034978A1
Application number: DE19803034978
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr. 3180 Wolfsburg Fiala
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1982-04-22

Abstract

The system counteracts the free mass moments of at least the 1st and 2nd order in a controlled crankshaft piston machine. Symmetrical in relation to the middle of the crankshaft (1) are oscillating crank-driven weights (10,11), working on opposite sides of the crankshaft and with diametrally opposite crank throws (12,13). The weights can work in straight guides in the stationary housing, or can be guided by links attached to the latter. The system is particularly for in-line engines with an odd number of cylinders, or for V6 engines.

Description

Einrichtung zum Ausgleich freier Massen- Device for balancing free mass

momente Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich der freien Massenmomente wenigstens der I. und II. Ordnung von Hubkolben-Eurbelwellenmaschinen. moments The invention relates to a device for compensation of the free mass moments of at least the 1st and 2nd order of reciprocating euro-belly shaft machines.

Es gibt eine Reihe von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen, die zwar keine oder nur geringe freie Massenkräfte, dafür aber freie Massenmomente aufweisen, die zu einem relativ unruhigen Lauf führen. So weisen insbesondere die Reihenmaschinen mit ungerader Zylinderzahl, wie beispielsweise 3-Zylinder- oder 5-Zylinder-Maschinen oder V-6-Motoren solche freien Momente auf, die, um einen komfortvollen Lauf der Maschine sicherzustellen, ausgeglichen werden sollten.There are a number of reciprocating crankshaft machines that don't have any or only have low free mass forces, but instead have free mass moments that lead to a relatively restless run. This is particularly the case with the in-line machines with an odd number of cylinders, such as 3-cylinder or 5-cylinder machines or V-6 engines such free moments, which in order to ensure a comfortable run of the Ensure machine should be balanced.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine relativ einfach aufgebaute und wenig Bauraum erfordernde Einrichtung zum Ausgleich der freien Massenmomente wenigstens der I. und II. Ordnung für solche Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen zu schaffen.The object on which the invention is based is therefore to provide a Relatively simply constructed and little space required device for compensation the free mass moments of at least the first and second order for such reciprocating crankshaft machines to accomplish.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die Erfindung ermöglicht es, durch Anbringung zweier gegenläufiger und entgegengerichteter, über Kurbeltriebe geeignete Abmessung angetriebener Ausgleichsmassen. die in solchen Maschinen auftretenden freien Momente restlos auszugleichen, so daß das Geräuschverhalten solcher Maschinen wesentlich verbessert werden kann.This problem is solved in accordance with the characterizing part of the patent claim 1. The invention makes it possible by attaching two contrary and opposing dimensioning of balancing weights driven via crank drives. to completely compensate for the free moments occurring in such machines, so that the noise behavior of such machines can be significantly improved.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen 1>arstellung gezeigt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 einen Längsschnitt durch eine 3-Zylinder-Eubkolbenmaschine mit der erfindungsgemäßen Nassenmomenten-Ausgleichseinrichtung, Figur 2 den sogenannten Kurbel stern er in Figur 1 -gezeigten Naschine und Figur 3 die Kräfteverhältnisse an der in der Figur 1 gezeigten Maschine.In the drawing, an embodiment of the invention is based on a schematic 1> illustration and is explained in more detail below. The drawing shows in Figure 1 a longitudinal section through a 3-cylinder Eubkolbenmaschine with the wet torque compensation device according to the invention, Figure 2 the so-called He crank star in Figure 1 -shown machine and Figure 3 the balance of power on the machine shown in FIG.

In der Figur 1 ist mit 1 die Kurbelwelle einer 3-Zylinder-Hubkolbenmaschine gezeigt, deren drei Kolben mit 2, 3 und 4 bezeichnet sind.In FIG. 1, 1 is the crankshaft of a 3-cylinder reciprocating piston engine shown, the three pistons of which are designated 2, 3 and 4.

Die diesen Kolben zugeordneten Kurbelkröpfungen der Kurbelwelle sind mit 7 - 9 bezeichnet während 5 die beiden äußeren Hauptlager der Kurbelwelle und 6 zwei innere, der mittleren Kurbelkröpfung 8 benachbarte Lager darstellen.The crank throws of the crankshaft assigned to these pistons are with 7-9 denotes while 5 the two outer main bearings of the crankshaft and 6 represent two inner bearings adjacent to the central crank crank 8.

Die Kurbeikröpfungen 7 - 9 sind um jeweils 1200 gegeneinander versetzt, so daß bei einer4-Takt-3rennkraftmaschine sich ein gleichbleibend großer Zündabstand von 2400 einstellt.The crank cups 7 - 9 are offset from each other by 1200 each, so that in a 4-stroke 3-cylinder engine there is a consistently large ignition interval from 2400.

Mit 10 und 11 sind in der Zeichnung zwei bezüglich der Achse der Kurbelwelle 1 entgegengesetst angeordnete, oszillierend geführte Ausgleichsmassen bezeichnet, deren Kurbelkröpfungen mit 12 und 13 angegeben sind. Diese Kurbelkröpfungen sind so angeordnet, daß sie bezüglich der mittleren Kurbelkröpfung 8 um jeweils 900 versetzt sind und sich einander diametral gegenüberstehen. Die der Ausgleichsmasse 10 zugeordnete Kurbeikröpfung 12 am einen Ende der Kurbelwelle 1 ist in Bezug auf die direkt benachbarte Kurbelkröpfung 7 des ersten Kolbens 2 gemäß der Figur 2 um 1500 versetzt, wenn dieser Winkel im Ehrzeigersinn gerechnet wird. Auch zwischen der Kurbelkröpfung 13 der husgleichsmasse 11 und der gurbelkröpfung 9 des Kolbens 4 besteht diese Winkeldifferenz, allerdings bei der Darstellung nach der Figur 2 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn.With 10 and 11 are two in the drawing with respect to the axis of the crankshaft 1 designates oppositely arranged, oscillating compensating weights, whose crank throws are indicated by 12 and 13. These crank throws are arranged so that they are offset by 900 each with respect to the central crank throw 8 and are diametrically opposed to each other. The one assigned to the balancing weight 10 Crank crank 12 at one end of the crankshaft 1 is in relation to the directly adjacent one Crank crank 7 of the first piston 2 according to FIG. 2 offset by 1500 when this Angle is counted in the direction of honor. Also between the crank crank 13 of the house equal mass 11 and the crank 9 of the piston 4 consists this angular difference, however, in the illustration according to FIG. 2 in the opposite direction Clockwise.

Aus der Figur 3 sind die Massenkraftverhältnisse an der in der Figur 1 gezeigten Maschine dargestellt, woraus sich auch die Momentenverhältnisse ergeben. Bei einer Stellung der Kurbelwelle gemäß der Figur 2 ergeben sich dann als Massenkräfte an der Eurbelkröpfung 7 der volle Wert in Höhe von m rr cv , wobei m die oszillierende Masse dieses Zylinders und r der Kurbelradius der Kröpfung 7 ist, während mit W die Winkelgeschwindigkeit der Kurbeiwellendrehung bezeichnet ist. Die vertikal gerichteten Nassenkraftkomponenten an den Kurbelkröpfungen 8 und 9 ergeben sich aufgrund ihrer bezüglich der Vertikalen um 600 geneigten Stellung nur zur Hälfte des Maximalwertes, während die von den Ausgleichsmassen 10 und 11 herrührenden vertikalen Kraftkomponenten infolge ihrer bezüglich der Vertikalen um 300 versetzten Stellung der Kröpfungen M .R .#² . cos . 30° betragen, wobei M die oszillierende Masse der Ausgleichsvorrichtung und R der ihr zugeordnete Kurbelradius ist. Mit a ist weiterhin der Abstand zwischen den einzelnen Eurbelkröpfungen der Arbeitszylinder und mit b der Abstand zwischen den beiden, den Ausgleichsmassen zugeordneten Kurbelkröpfungen 12 und 13 bezeichnet. Aus dieser Darstellung läßt sich dann die Bedingung für den Ausgleich der Massenmomente I.From FIG. 3, the inertia force ratios are shown in the figure 1 shown machine, from which the torque ratios result. When the crankshaft is in a position according to FIG. 2, inertia forces then result at the Eurbel crank 7 the full value of m rr cv, where m is the oscillating Mass of this cylinder and r is the crank radius of the crank 7, while with W denotes the angular velocity of the crankshaft rotation. The vertically directed Wet force components at the crank throws 8 and 9 arise due to their with respect to the vertical position inclined by 600 only to half of the maximum value, while the vertical force components originating from the balancing masses 10 and 11 as a result of their offset position of the cranks by 300 in relation to the vertical M .R. # ². cos. 30 °, where M is the oscillating mass of the balancing device and R is the crank radius assigned to it. With a is still the distance between the individual Eurbel crankings of the working cylinder and with b the distance between the two crank throws 12 and 13 assigned to the balancing weights. The condition for balancing the moments of inertia can then be derived from this representation I.

und II. Ordnung um eine senkrecht zur Kurbelwellenachse verlaufende Achse ermitteln. Diese lautet für die Nassenmomente I. Ordnung: und für die Massenmomente II. Ordnung: der Daraus zeigt sich, daß sich bei/in der Darstellung gezeigten Anordnung der Ausgleichsmassen und ihrer Kröpfungen ein vollständiger Ausgleich der Nassenmomente I. und II. Ordnung ergibt, wenn das Produkt aus dem hin- und hergehenden Massenanteil der Ausgleichseinrichtung M und der Kröpfung R gleich ist dem Produkt des oszillierenden Massenanteils eines Arbeitspleuels m und dessen Kurbelradius r multipliziert mit dem Wert V-3 a / b, wobei a'/ b das Verhältnis des Abstandes der Arbeitspleuel zudem der Ausgleichspleuel wiedergibt. Außerdem muß zunAusgleich der Nassenmomente II. Ordnung das Pleuelstangenverhältnis der Ausgleichmasse demjenigen der Arbeitskolben entsprechen, A = B (Eurbelradius zu Pleuelstangenlänge).and II. Determine order about an axis running perpendicular to the crankshaft axis. This reads for the first order wet moments: and for the second order mass moments: From this it can be seen that the arrangement of the balancing weights and their cranks shown in the illustration results in a complete equalization of the first and second order wet moments if the product of the reciprocating mass fraction of the balancing device M and the crank R is equal is the product of the oscillating mass fraction of a working connecting rod m and its crank radius r multiplied by the value V-3 a / b, where a '/ b represents the ratio of the distance between the working connecting rods and the compensating connecting rods. In addition, to compensate for the second-order wet moments, the connecting rod ratio of the compensating mass must correspond to that of the working piston, A = B (Eurbel radius to connecting rod length).

In gleicher Weise lassen sich auch die freien Massenmomente bei anderen Maschinen, wie beispielsweise bei einer 5-Zylinder-Reihenmaschine oder auch bei einem 2-Zylinder-Boxermotor mit zwei um 1800 versetzten Kröpfungen, einem 4-Zylinder-V-Motor mit einem Winkel von 900 und zwei Kröpfungen oder auch einem6-Zylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von 90° und drei Kröpfungen ausgleichen. Selbstverständlich läßt sich noch eine Vielzahl weiterer Motoren angeben, die auf diese Weise hinsichtlich ihrer freien Massenmomente ausgleichbar sind. Für den zuletzt angegebenen 6-Zylinder-V-Motor mit einem V-Winkel von 900 und drei Kröpfungen ergibt sich als Bedingung für den Ausgleich der Massenmomente I. Ordnung folgende Beziehung: Diese Bedingung entspricht also derjenigen für den 3-Zylinder-Reihenmotor. Die Bedingung für den Ausgleich der Nassenmomente II. Ordnung lautet dagegen: Um hier auch die Nassenmomente II. Ordnung ausgleichen zu können, muß also das Pleuelstangenverhältnis geändert werden und zwar muß das Pleuelstangenverhältnis der Ausgleichsmassen um den Wert r2 größer sein als das Pleuelstangenverhältnis der Arbeitskolben, wenn für das Produkt M . R der auch schon bei dem 3-Zylinder-Motor festgestellte -fache Wert des Produktes m zurr berücksichtigt wird.In the same way, the free moments of inertia in other machines, such as a 5-cylinder in-line engine or a 2-cylinder boxer engine with two crankings offset by 1800, a 4-cylinder V-engine with an angle of 900 and two offsets or even a 6-cylinder V-engine with a V-angle of 90 ° and three offsets. Of course, it is also possible to specify a large number of other motors that can be compensated for in this way with regard to their free moments of inertia. For the last specified 6-cylinder V-engine with a V-angle of 900 and three cranks, the following relationship results as a condition for balancing the first-order moments of inertia: This condition corresponds to that for the 3-cylinder in-line engine. On the other hand, the condition for balancing the second-order wet moments is: In order to be able to compensate for the second-order wet torques here, the connecting rod ratio must be changed, namely the connecting rod ratio of the balancing masses must be greater by the value r2 than the connecting rod ratio of the working pistons, if for product M. R which has already been determined in the 3-cylinder engine -fold value of the product m is taken into account.

Um sicherzustellen, daß die Ausgleichsmassen 10 und 11 eine im wesentlichen vertikale, oszillierende Bewegung ausführen, sind diese entweder in Geradführungen am feststehenden Motorgehäuse oder aber mittels eines schwenkbar am Gehäuse gehaltenen Lenkers gefuhrt, wobei im letzteren Fall dieser Lenker auch mit der Ausgleichsmasse gelenkig verbunden sein muß, so daß sich eine geringfügig von der Vertikalen abweichende Bewegung auf einem Kreisbogen ergibt.To ensure that the balancing masses 10 and 11 essentially perform vertical, oscillating movement, these are either in straight guides on the fixed motor housing or by means of one swiveling on the handlebar held on the housing, in the latter case this handlebar also must be articulated with the balancing mass, so that a slight movement deviating from the vertical results on an arc of a circle.

In dem Fall der in der Figur 1 gezeigten 3-Zylinder-Reihen-Kurbelwellenmaschine sind die Ausgleichsmassen 10 und 11 in der Ebene der Arbeitszylinder geführt, wobei sie bezüglich der Kurbelwelle 1 entgegengesetzt gerichtet sind. Bei einer V-Zylinderanordnung würden die Ausgleichsmassen dagegen in einer den V-Winkel halbierenden Ebene angeordnet sein.In the case of the 3-cylinder in-line crankshaft machine shown in FIG the balancing weights 10 and 11 are performed in the plane of the working cylinder, wherein they are directed opposite to the crankshaft 1. With a V-cylinder arrangement on the other hand, the balancing weights would be arranged in a plane bisecting the V angle be.

Claims

CLAIMS 1. A device to compensate for free moments of inertia at least of the I and II order of reciprocating piston crankshaft machines, characterized in that, that symmetrically to the center of the crankshaft (i) via crank drives, oscillating Balancing masses (10, ii) are provided, which with respect to the Xurbelwelle on each other opposite sides with diametrically opposed Xurbel cranks (12, 13) are arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the balancing weights (10, 11) are guided in straight guides on the stationary housing.

3. Device according to claim 1, characterized in that the balancing weights (10, 1i) are guided by handlebars hinged to the fixed housing.