DE3640502A1 - Crankshaft drive with doubled piston strokes in V-engines and compensating device - Google Patents

Crankshaft drive with doubled piston strokes in V-engines and compensating device

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Abstract

In a crankshaft drive with doubled piston strokes in V-engines on the spark-ignition principle and compensating device complete exhausting of the residual gases in the exhaust and refill stroke and recharging without significant losses is made possible by means of the eccentric crank pins, which are pivotably mounted on the crankshaft journal and by way of a gear tooth system rotate at half the angular velocity of the crankshaft. In order to counter the lateral oscillation in the 180-V design form the imbalance masses contra-rotating at twice the angular velocity are also embedded in the crank.

Description

Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Kurbeltriebes für Kolbenverbrennungskraftmaschine mit doppelten Kolbenhüben OT 1 und OT 2.The invention relates to the configuration of a crank mechanism for a piston internal combustion engine with double piston strokes OT 1 and OT 2 .

Die zu erfüllende Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Ausschieben des verbrannten Abgases und infolgedessen das Nachfüllen mit Frischgas bei Verbrennungskraftmaschine zu verbessern. Der Liefergrad eines schelläufigen 4-Taktmotors im Ottoverfahren ist durch größeren Ventilüberschneidungswinkel für einen Drehzahlbereich, z. B. Nenndrehzahlbereich, abzustimmen. Im anderen Drehzahlbereich ist die Nachfüllung mit Luft sehr unvollständig. Ein anderer Nachteil dieses Spülverfahrens liegt darin, daß das Ansaugen der Frischladung beim Spätschließen des Auslaßventils verzögert ist. Das Ansaugvolumen des Hubraumes wird noch durch das Restgas im Zylinder verringert.The object of the invention to be fulfilled is to push out of the burned exhaust gas and consequently the refilling with fresh gas to improve internal combustion engines. The delivery rate of a fast-moving 4-stroke engine in the Otto process is due to the larger valve overlap angle for a speed range, e.g. B. nominal speed range to coordinate. In the other speed range the air refill is very incomplete. Another The disadvantage of this flushing method is that the suction of the Fresh charge is delayed when the exhaust valve is closed late. The intake volume of the displacement is still due to the residual gas in the cylinder decreased.

Das von DE-OS 31 15 417 beschriebene Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor sollte die Verweilzeiten des Kolbens in oberen Umkehrlagen vergrößern. Es ist nur für Langsamläufer bei kleiner Last gut geeignet und nicht jedoch für Schnelläufer, bei den die Verweilzeiten kürzere sind.The crank mechanism for reciprocating engine described by DE-OS 31 15 417 should increase the dwell times of the piston in the upper reverse position. It is only suitable for slow runners with low loads and not, however, for high-speed travelers, who have shorter dwell times are.

Die von DE-AS 21 49 220 dargestellte Ausgleichvorrichtung für Brennkraftmaschine, bei der das ausgleichende Umlaufrad drehbar am Kurbelzapfen neben dem Pleuelanschluß gelagert ist, erschwert zugleich die Ausgleichwirkung der Kurbeln.The compensation device for internal combustion engine shown by DE-AS 21 49 220, where the balancing planet wheel rotates on the crank pin next to the connecting rod connection is difficult at the same time the balancing effect of the cranks.

Das von DE-OS 21 14 833 beschriebene Kurbelbetrieb zielte auf ein variables Kompressionsverhältnis.The crank operation described by DE-OS 21 14 833 aimed for a variable Compression ratio.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolbentrieb mit doppelten Kolbenhüben OT 1 und OT 2 so auszurüsten, daß das Ausschieben und das Nachladen unter größerem Kolbenhub OT 1 verlaufen. The object of the invention is to equip a piston drive with double piston strokes OT 1 and OT 2 so that the pushing out and reloading take place with a larger piston stroke OT 1 .

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgleichvorrichtung zum Dämpfen der Seitenschwingungen bei 180-V-Motoren zu gestalten. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbel (12) die Planetenradpaare (10, 10 a) enthält, die sich um das gehäusefeste Lagerrad (8) abrollen und gleichzeitig das Zapfenrad (2) relativ zur Kurbelwelle (15) eine gegenläufige halbe Winkelgeschwindigkeit bewirken, und daß die exzentrische Kurbelzapfen (1, 1 a) fest am Zapfenrad (2) verbunden sind, und daß die Kurbel (12) bei V-180 Boxer- Motoren die unwuchtbehafteten Drehbolzen (18, 18 a) erfaßt, die über Verzahnung mit den Planetenradpaaren (10, 10 a) mit einer relativ zur Kurbelwelle (15) gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit drehen. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Planetenradpaare (10, 10 a) sowie die Eigenmasse der Ausgleichvorrichtung als Gegenmasse ausgenutzt werden können.Another object of the invention is to design a compensation device for damping the side vibrations in 180 V motors. These objects are achieved in that the crank ( 12 ) contains the planetary gear pairs ( 10, 10 a) that roll around the bearing wheel ( 8 ) fixed to the housing and at the same time the pinion gear ( 2 ) relative to the crankshaft ( 15 ) has an opposite half angular velocity cause, and that the eccentric crank pin ( 1, 1 a) are firmly connected to the pinion ( 2 ), and that the crank ( 12 ) in V-180 boxer engines detects the unbalanced pivot pin ( 18, 18 a) , via teeth rotate with the planetary gear pairs ( 10, 10 a) at a double angular velocity opposite to the crankshaft ( 15 ). The advantage achieved by the invention is that the planetary gear pairs ( 10, 10 a) and the dead weight of the balancing device can be used as a counterweight.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Liefergrad eines Motors ohne Zusatzaufladung beim sehr kleinen Ventilüberschneidungswinkel gleichbleibend hoch und bei weitem Drehzahlbereich konstant ist. Das Restgas in der Frischladung ist auf ein Bruchteil einflußlos reduziert. Die Verbrennungsgüte wird dadurch erhöht.Another advantage is that the degree of delivery of an engine without additional charging at the very small valve overlap angle is consistently high and constant over a wide speed range. The residual gas in the fresh charge has no influence over a fraction reduced. This increases the quality of combustion.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden näher beschrieben:
Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail:
Show it:

Fig. 1 das schematisch gebaute Triebwerk eines 90°-V-Motors unter Anwendung der vorliegenden Erfindung, der Klarheit halber ohne Pleuelanschlüsse. Fig. 1 shows the schematically built engine of a 90 ° V engine using the present invention, for the sake of clarity without connecting rod connections.

Fig. 2 den Schnitt AB, Fig. 2 shows the section AB,

Fig. 3 den Schnitt CD, Fig. 3 shows the section CD,

Fig. 4 die Laufbahnen der Kurbelzapfen, der Klarheit halber in zwei getrennte gemeinsame P-Kreise der Grundzapfen (4, 4 a), Fig. 4, the trajectories of the crank pin, for clarity, into two separate common P-circuits the base pin (4, 4 a)

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Boxer-Motors mit vier Kolben sowie vier Ausgleichvorrichtungen, Fig. 5 is a schematic view of a boxer engine with four pistons, and four compensating devices,

Fig. 6 und Fig. 7 die Schnitte A′B′ und C′D′ der Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7, the sections A'B 'and C'D' of FIG. 5,

Fig. 8 die Laufbahnen der Kurbelzapfen in zwei getrennte gemeinsame P-Kreise der Grundzapfen (4, 4 b). Fig. 8 shows the raceways of the crank pin in two separate common P circles of the base pin ( 4, 4 b) .

Fig. 9 die sinnbildliche Darstellung der Ausgleichkräfte der Ausgleichvorrichtungen in 45°- und 90°-Kurbelwinkel. Fig. 9 is the symbolic representation of the compensating forces of the compensating devices in 45 ° and 90 ° crank angle.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und ggf. auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.The invention is explained below with reference to the drawings according to the structure and if necessary also according to the mode of operation of the shown Invention.

Fig. 1. Es handelt sich um ein 90°-V-Motor mit vier Kolben in Tandemanordnung. An jedem Kurbeltrieb sind je zwei Pleuelanschlüsse anzuschließen. Die Drehachsen P 1 und P 2 der Grundzapfen (4, 4 a) sind koaxial eingestellt. Daher ist die Massenkraft erster Ordnung am besten ausgeglichen. Die Zündabstände der Zylinder sind ebenfalls ziemlich regelmäßig. Bei der Montage ist das Lagerrad (8) vor der Befestigung im Gehäuse (16) so verdreht, bis die Kurbelzapfen (1, 1 a) in ihrer Laufbahnen im Bezug auf der Kolbenrichtung S bzw. S′ nach Fig. 4 liegen. In einem anderen Fall werden P 1 und P 2 um 90° Versatz eingestellt. Fig. 1. It is a 90 ° V engine with four pistons in tandem. Two connecting rod connections must be connected to each crank drive. The axes of rotation P 1 and P 2 of the base pins ( 4, 4 a) are set coaxially. Therefore, the first order mass force is best balanced. The cylinder firing intervals are also fairly regular. During assembly, the bearing wheel ( 8 ) is rotated before fastening in the housing ( 16 ) until the crank pins ( 1, 1 a) lie in their raceways in relation to the piston direction S or S ' according to FIG. 4. In another case, P 1 and P 2 are set at a 90 ° offset.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die einander kämmenden Zahnräder. Die Planetenradpaare (10, 10 a), deren Drehachsen R 1 und R 2 sind, greifen einerseits das Lagerrad (8) mit den Rädern (9, 9 a) und andererseits das Zapfenrad (2) mit den Rädern (3, 3 a). Die Übersetzung des Zapfenrades (2) zu dem Lagerrad (8) beträgt Fig. 2 and Fig. 3 show the meshing gears. The planetary gear pairs ( 10, 10 a) , whose axes of rotation are R 1 and R 2 , on the one hand engage the bearing wheel ( 8 ) with the wheels ( 9, 9 a) and on the other hand the pinion gear ( 2 ) with the wheels ( 3, 3 a) . The translation of the pin wheel ( 2 ) to the bearing wheel ( 8 ) is

Das Zapfenrad (2) enthält beispielsweise eine Bohrung (2 a) für den Ausgleich der Unwucht von den exzentrischen Kurbelzapfen (1, 1 a).The pin wheel ( 2 ) contains, for example, a bore ( 2 a) for compensating for the unbalance of the eccentric crank pin ( 1, 1 a) .

Fig. 4. Die Laufbahn jeder Kurbelzapfenachse Q 1, Q′ 1, Q 2 und Q′ 2 ist eine verschlungene Epitrochoide neben dem gemeinsamen P-Kreis der Grundzapfen (4, 4 a). Die Pfeile verdeutlichen die Umlaufrichtung mit Anhaltpunkten nach alle 90°-Kurbelwinkel. Bei einem Kurbeltrieb übernimmt Q 1 die Punktlage 1=9 und Q′ 1 die Punktlage 2′. Die Pleuelanschlüsse sowie die Kolbenrichtungen S und S′ sind dementsprechend sinnbildlich dargestellt. Bei anderem Kurbeltrieb übernehmen die Achsen Q 2 und Q′ 2 die Punktlagen 5 und 6′. Jeder Kolben befindet sich auf der Seite der oberen Totlagen OT 1 und OT 2. Fig. 4. The career of each crank pin axis Q 1 , Q ' 1 , Q 2 and Q' 2 is a tortuous epitrochoid next to the common P circle of the base pin ( 4, 4 a) . The arrows show the direction of rotation with stopping points after every 90 ° crank angle. In the case of a crank mechanism, Q 1 assumes the point position 1 = 9 and Q ′ 1 the point position 2 ′. The connecting rod connections and the piston directions S and S ' are accordingly shown symbolically. In other crank drives, the axes Q 2 and Q ' 2 take over the point positions 5 and 6' . Each piston is on the side of the top dead center OT 1 and OT 2 .

Fig. 5. Es handelt sich um ein Triebwerk in 180°-V-Motor nach dem Prinzip der doppelten Kolbenhüben, das nebenbei mit Ausgleichvorrichtungen ausgerüstet ist. Die ausgleichenden Gegenmassen (7, 12...) in dieser Bauform verursachen zugleich Massenkräfte, die sogenannten Seitenkräfte, die durch die vorliegenden Ausgleichvorrichtungen unterdrückt werden. Jede Ausgleichvorrichtung besteht einzeln aus einem Drehbolzen (18; 18 a), der mit Unwuchtmassen (20, 21; 20 a, 21 a) versehen ist, und sich über Verzahnung mit einem Planetenradpaar (10 oder 10 a) mit der gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit dreht. Die Übersetzung des Bolzenrades (19; 19 a) zu dem Lagerrad (8) beträgt Fig. 5. It is an engine in a 180 ° V motor on the principle of double piston strokes, which is also equipped with compensating devices. The compensating counterweights ( 7, 12 ...) in this design also cause mass forces, the so-called side forces, which are suppressed by the existing compensating devices. Each compensation device consists individually of a pivot pin ( 18; 18 a) , which is provided with unbalanced masses ( 20, 21; 20 a , 21 a) , and rotates via teeth with a pair of planet wheels ( 10 or 10 a) at the opposite double angular velocity . The translation of the pin wheel ( 19; 19 a) to the bearing wheel ( 8 ) is

unabhängig von Z 9! im Fall nach Fig. 5, 7.regardless of Z 9 ! in the case of Fig. 5, 7.

In einem anderen Fall, bei dem das Bolzenrad (19; 19 a) sich mit dem Rad (3; 3 a) kämmt:In another case, in which the pin wheel ( 19; 19 a) meshes with the wheel ( 3; 3 a) :

Fig. 6 und Fig. 7. In diesen Aussichten sind die Kolbenrichtungen S und S′ zusammengefallen. Die Kurbelzapfen (1, 1 a) mit Achsen Q 1 und Q′ 1 sind gegeneinander um 90° phasenverschoben. Bei der Montage sind die Unwuchtmassen (20, 21; 20 a, 21 a) so eingestellt, daß ihre Unwuchtkräfte bei Umkehrlagen die Vollwirkung einsetzen. Fig. 6 and Fig. 7. In these prospects, the piston directions S and S 'have coincided. The crank pin ( 1, 1 a) with axes Q 1 and Q ' 1 are mutually phase-shifted by 90 °. During assembly, the unbalance masses ( 20, 21; 20 a , 21 a) are set so that their unbalance forces use the full effect in reverse positions.

Fig. 8. Die Achsen P 1 und P 3 der Grundzapfen (4, 4 b) sind um 180° bezüglich der Hauptdrehachse O phasenversetzt eingebaut. Diese Bauform gewährleistet einen sehr regelmäßigen Zündabstand nach alle Halbumdrehung der Kurbelwelle (15). Fig. 8. The axes P 1 and P 3 of the base pins ( 4, 4 b) are installed out of phase by 180 ° with respect to the main axis of rotation O. This design ensures a very regular ignition interval after every half revolution of the crankshaft ( 15 ).

Fig. 9. Das Massenzentrum G der Kurbel (12) ist wegen der beweglichen Drehbolzen (18, 18 a) von Mittellinie ausgewichen. Die Ausgleichkraft der Ausgleichvorrichtung ist mit Fa angedeutet. Fig. 9. The center of mass G of the crank ( 12 ) is evaded from the center line because of the movable pivot bolts ( 18, 18 a) . The balancing force of the balancing device is indicated by Fa .

Fa = m · r · (2w)² = 4 m · r · w² Fa = m · r · (2 w) ² = 4 m · r · w ²

dabei ist w die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (15), m die Ersatzmasse, r der Abstand zur Ersatzdrehachse T. Fa setzt mit ihrer Kraftkomponenten Fav und Fah bei jeder Stellung der Kurbel (12) aus. Die Seitenkraft Fgh der Gegenmassenkraft Fg ist ständig gemindert. Fav addiert sich dagegen zu Fgv der Gegenmassenkraft Fg für den Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung.where w is the angular velocity of the crankshaft ( 15 ), m is the equivalent mass, r is the distance to the equivalent axis of rotation T. With its force components Fav and Fah, Fa disengages the crank ( 12 ) in every position. The lateral force Fgh of the counter-mass force Fg is constantly reduced. Fav , on the other hand, is added to Fgv of the counter mass force Fg for balancing the first order mass forces.

Claims (5)

1. Kurbeltrieb mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, wobei das Zapfenrad (2) drehfest mit den Kurbelzapfen (1, 1 a) den sekundären Exzenter bildet, gekennzeichnet dadurch, daß die Kurbel (12) in Augen (13, 13 a) die Planetenradpaare (10, 10 a) enthält, die das Zapfenrad (2) kämmen und gleichzeitig sich um das gehäusefeste Lagerrad (8) abwälzen, und der Grundzapfen (4) gegenüber, dessen Achse P 1 primäre Drehachse genannt im Abstand OP 1 von Hauptdrehachse O der Kurbelwelle (15) ist, auf dem der sekundäre Exzenter drehbar gelagert ist, sich in der Kurbelkröpfung (12 a) ausbildet und im Auge (6) der Zwischenwelle (15 a) fest eingeschoben ist, und die Kurbelwelle (15) im Innenlager (11) des Lagerrades (8) gelagert ist (Fig. 1).1. crank drive with double piston strokes in V-engines, the pin wheel ( 2 ) rotatably with the crank pin ( 1, 1 a) forms the secondary eccentric, characterized in that the crank ( 12 ) in eyes ( 13, 13 a) Contains planetary gear pairs ( 10, 10 a) , which mesh the pinion gear ( 2 ) and at the same time roll around the bearing wheel ( 8 ) fixed to the housing, and the base pin ( 4 ) opposite, whose axis P 1 is called the primary axis of rotation at a distance OP 1 from the main axis of rotation O is the crankshaft (15) on which the secondary eccentric is rotatably mounted in the crank throw (12 a) forms, and in the eye (6) of the intermediate shaft (a 15) is inserted tightly, and the crankshaft (15) in the inner bearing ( 11 ) of the bearing wheel ( 8 ) is mounted ( Fig. 1). 2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen Q 1 und Q′ 1 der Kurbelzapfen (1, 1 a) im gleichen Abstand von P 1 und gegeneinander um den Winkel V/2 (bzw. V/2 + π) verschoben sind, und das Zapfenrad (2) relativ zur Kurbelwelle (15) mit einer gegenläufigen halben Winkelgeschwindigkeit dreht (Fig. 2).2. Crank drive according to claim 1 with double piston strokes in V-engines, characterized in that the axes Q 1 and Q ' 1 of the crank pin ( 1, 1 a) at the same distance from P 1 and against each other by the angle V / 2 (or V / 2 + π ) are shifted, and the pin gear ( 2 ) rotates relative to the crankshaft ( 15 ) at an opposite half angular velocity ( Fig. 2). 3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2 mit doppelten Kolbenhüben in V-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (15 a) konzentrisch zur Hauptwelle (15) im Gehäuselager (11 a) gelagert ist und daß diese Zwischenwelle (15 a) mit Gegenmassen (7, 7 a) sowie einem weiteren Auge (6 a) versehen ist, an dem ein zweites Kurbeltrieb angebaut werden kann, und daß die Anordnung sich fortsetzend über eine drehfest Vorrichtung (14) verbunden ist (Fig. 1). 3. Crank drive according to claim 1 and 2, with double piston strokes in V-engines, characterized in that the intermediate shaft (15 a) to the main shaft (15) in the housing bearing (a 11) is mounted concentrically and that this intermediate shaft (15 a) with counterweights ( 7, 7 a) and another eye ( 6 a) is provided, on which a second crank mechanism can be attached, and that the arrangement is continuously connected via a rotationally fixed device ( 14 ) ( Fig. 1). 4. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2 mit doppelten Kolbenhüben in V-180 Motoren mit Ausgleichvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle (15 a) konzentrisch zur Hauptwelle (15) im Gehäuselager (11 a) gelagert ist und daß diese Zwischenwelle (15 a) mit Gegenmassen (7, 7 b) und sowie einem bezüglich der Hauptwelle (15) um 180 Grad phasenverschobenen Auge (6 b) versehen ist, an dem ein Zwei- Kurbeltrieb angebaut ist (Fig. 5).4. characterized Crankshaft according to claim 1 and 2, with double piston strokes in V-180 motors with compensation device in that the intermediate shaft (15 a) (a 11) and concentric with the main shaft (15) in the housing bearing mounted that this intermediate shaft (15 a) with counterweights (7, 7 b) and, as well as one of the main shaft (15) phase-shifted by 180 degrees eye (6 b) is provided with respect to which a two- is mounted crank drive (Fig. 5). 5. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, 2 und 4 mit doppelten Kolbenhüben in V-180 Motoren mit Ausgleichvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (12) in Augen (17, 17 a) die unwuchtbehafteten Drehbolzen (18, 18 a) erfaßt, die mit jeweils den Rädern (19, 19 a) drehfest verbunden sind, und daß diese Räder (19, 19 a) die Planetenradpaare (10, 10 a) übergreifen und sich relativ zur Kurbelwelle (15) synchron mit der gegenläufigen doppelten Winkelgeschwindigkeit drehen (Fig. 6, Fig. 7).5. crank mechanism according to claim 1, 2 and 4 with double piston strokes in V-180 engines with compensating device, characterized in that the crank ( 12 ) in eyes ( 17, 17 a) detects the unbalanced pivot pin ( 18, 18 a) with each of the wheels (19, 19 a) are non-rotatably connected, and that these wheels (19, 19 a), the planetary gear pairs (10, 10 a) overlap and synchronously relative to the crankshaft (15) with the counter-rotating double angular velocity of turn (Fig. 6, Fig. 7).
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