DE3703182A1

DE3703182A1 - BIFILAR VIBRATION DAMPER FOR THE CRANKSHAFT OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE

Info

Publication number: DE3703182A1
Application number: DE19873703182
Authority: DE
Inventors: Alvin H Berger; Victor J Borowski
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1987-02-03
Publication date: 1987-08-06
Also published as: GB2186051A; GB8701815D0; JPS62184257A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bifilaren Schwingungs dämpfer für die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges der durch den Oberbegriff des Patentan spruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a bifilar vibration Damper for the crankshaft of the internal combustion engine Motor vehicle by the preamble of the patent say 1 specified genus.

Bei dem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer gemäß dem Haupt patent P 36 33 584.3 sind die mit den Konturenlöchern des Trä gers und der Pendelmasse gebildeten Laufspuren für die Roll körper mit derart bemessenen Radien versehen, daß die Achse der Rollkörper und damit das für die Pendelschwingungen maß gebliche Massenzentrum der Pendelmasse bei deren kleinen Schwingungsamplituden einer etwa epizykloidischen bzw. einer tautochronen Bahn folgen können. Die kleinen Schwingungsam plituden der Pendelmasse sind dabei in bezug auf ihre Null position bis zu einem Bereich von etwa ±15° der relativen Schwingungsposition festgelegt, um damit einen die Beengt heit des bei einem Landfahrzeug an der Kurbelwelle seiner Brennkraftmaschine für die Anordnung des Schwingungsdämp fers verfügbaren Raumes praktikabel berücksichtigenden Übergang zu den für eine Schwingungsdämpfung problemati scheren größeren Schwingungsamplituden zu erhalten. Die zum Übertunen der Pendelfrequenz bei solchen größeren Schwingungsamplituden der Pendelmasse sind ebenfalls in die Formgebung der die Laufspuren für die Rollkörper bil denden Konturenlöcher integriert, indem dafür ihre Radien mit Rampen gebildet sind, welche die Pendelmasse im Bereich der höheren Erregerfrequenzen der Kurbelwelle ab der vorer wähnten relativen Schwingungsposition progressiv entsprechend weniger stark ansprechen lassen. Das mit solchen Rampen er reichte Übertunen der Pendelfrequenz bei den größeren Schwin gungsamplituden der Pendelmasse ergibt damit praktisch eine unveränderte Beibehaltung der natürlichen Pendelfrequenz über den gesamten Drehzahlbereich der Kurbelwelle, was wegen eines mit dem Schwingungsdämpfer möglichen exakten Ausgleichs von Maschinenschwingungen der ersten und mindestens auch der zweiten Ordnung einen entsprechend ruhigen Maschinenlauf er gibt und auch eine mechanische Beschädigungsmöglichkeit des Schwingungsdämpfers verhindert. Eine bei diesem Schwingungs dämpfer im übrigen noch optimal verwirklichte Anordnung von gummielastischen Puffern ist dabei ausschließlich zu dem Zweck vorgesehen, an einer radialen Innenposition des Trä gers eine direkte metallische Berührungsmöglichkeit der Pendelmasse mit der Kurbelwelle und damit eine Geräuschbil dung zu verhindern, zu der es sonst als Folge der schwim menden Anordnung der Pendelmasse beispielsweise im Start vorgang der Brennkraftmaschine kommen könnte.In the generic vibration damper according to the main patent P 36 33 584.3 are the ones with the contour holes of the Trä gers and the pendulum mass formed tracks for the roll Provide body with radii so dimensioned that the axis the rolling element and thus the measure for the pendulum vibrations usual mass center of the pendulum mass with its small Vibration amplitudes of an approximately epicycloid or one can follow the tautochronous orbit. The little vibrating am The pendulum masses are plitudes with respect to their zero position up to a range of approximately ± 15 ° relative Vibration position is set to the cramped unit of a land vehicle on its crankshaft Internal combustion engine for the arrangement of the vibration damper feasible considering the available space Transition to problematics for vibration damping shear to get larger vibration amplitudes. The to tune the pendulum frequency in such larger ones Vibration amplitudes of the pendulum mass are also in the shape of the tracks for the rolling elements bil Ending contour holes integrated by doing their radii are formed with ramps, which the pendulum mass in the area the higher excitation frequencies of the crankshaft from the previous one progressively corresponding relative vibration position less responsive. That with such ramps was enough to tune the pendulum frequency for the larger Schwin The amplitudes of the pendulum mass practically result in a unchanged retention of the natural pendulum frequency over the entire speed range of the crankshaft, what because an exact compensation possible with the vibration damper of machine vibrations of the first and at least the second order a correspondingly quiet machine run he there and also a possibility of mechanical damage to the Vibration damper prevented. One with this vibration Damper otherwise optimally implemented arrangement of rubber-elastic buffers is only for that Purpose provided at a radial inner position of the door gers a direct metallic contact possibility of the Pendulum mass with the crankshaft and thus a noise to prevent doping that would otherwise occur as a result of swimming arrangement of the pendulum mass, for example at the start process of the internal combustion engine could come.

Ein mit dem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer nach dem Hauptpatent übereinstimmendes und dabei in der Aufgaben stellung ebenfalls an dem gattungsähnlichen Schwingungs dämpfer gemäß der US-PS 42 18 187 orientiertes Schwingungs verhalten läßt sich alternativ auch damit erzielen, wenn die bei dem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer zum Über tunen der Pendelfrequenz vorgesehenen Mittel mit einer Fe deranordnung gebildet sind, die für eine von den größeren Schwingungsamplituden der Pendelmasse abhängige lineare oder progressive Belastungsänderung ausgebildet ist.One with the generic vibration damper after Main patent matching and doing the job position also on the generic vibration damper according to the US-PS 42 18 187 oriented vibration behavior can alternatively be achieved if which in the generic vibration damper to over Tuning the pendulum frequency means with an Fe the arrangement are formed for one of the larger ones Vibration amplitudes of the pendulum mass dependent linear or progressive load change is formed.

Ähnlich den gummielastischen Puffern bei dem Schwingungs dämpfer nach dem Hauptpatent ist die Verwendung einer Fe deranordnung bei gattungsähnlichen Schwingungsdämpfern ge nerell bekannt. Die bei den Schwingungsdämpfern nach der GB-PS 382 787 und nach den US-PS′en 21 84 734 und 22 87 866 verwendeten Federn dienen jedoch dem ausschließlichen Zweck, ebenfalls als Puffer zur Verhinderung einer metallischen Be rührungsmöglichkeit zu wirken oder auch eine Zentrierung der durch sie jeweils beeinflußten Pendelmasse zu ergeben. Dabei erscheint es denkbar, daß diese Federn vereinzelt auch das Schwingungsverhalten der Pendelmasse beeinflussen, wobei aber nirgendwo die Rede ist von einem gezielt nur bei den größeren Schwingungsamplituden der Pendelmasse vorgenomme nen Beeinflussung, um damit eine mit dem Bereich der klei nen Schwingungsamplituden praktisch unverändert überein stimmende natürliche Pendelfrequenz beibehalten zu können.Similar to the rubber-elastic buffers in the vibration The damper according to the main patent is the use of an Fe the arrangement of generic vibration dampers ge nerell known. The vibration dampers after the GB-PS 382 787 and according to US-PS's 21 84 734 and 22 87 866 However, the springs used serve the exclusive purpose also as a buffer to prevent metallic loading possibility to touch or centering the to give pendulum mass influenced by them. Here it seems conceivable that these feathers also occasionally Affect the vibration behavior of the pendulum mass, whereby but nowhere is we talking about one specifically with those larger vibration amplitudes of the pendulum mass influencing, so that one with the area of the small NEN vibration amplitudes practically unchanged to be able to maintain the natural natural oscillation frequency.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwingungs dämpfers ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the vibration according to the invention damper is shown schematically in the drawing and is explained in more detail below. It shows

Fig. 1 eine Schnittansicht des Schwin gungsdämpfers nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 1 is a sectional view of the oscillations supply damper along the line II in Fig. 2,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schwingungs- dämpfers und Fig. 2 is a side view of the vibration damper, and

Fig. 3 eine weitere Schnittansicht des Schwingungsdämpfers nach der Linie III-III in Fig. 1. Fig. 3 shows a further sectional view of the vibration damper according to the line III-III in FIG. 1.

In Übereinstimmung mit der für eine Dämpfung von Torsions schwingungen zweiter Ordnung der Kurbelwelle einer Brenn kraftmaschine ausgebildeten Ausführungsform nach dem Haupt patent ist der in der Zeichnung gezeigte Schwingungsdämpfer mit einer zweiteiligen Halteklammer 40 gebildet, die als ein Träger einer Pendelmasse die Kurbelwelle 42 der Brennkraft maschine etwa U-förmig überspannt. Die Kurbelwelle 42 ist an jeder zur Anordnung eines solchen Trägers für eine Pendelmas se vorgesehenen Kurbelwange mit einer Abflachung 46 verse hen, an welcher ein mit dem betreffenden Träger verschweiß ter Halteblock 48 mittels einer Kopfschraube 50 angeschraubt ist. Weitere Kopfschrauben 52 ergeben eine zusätzliche Fest legung des Trägers auch an den Seitenflanken der jeweiligen Kurbelwange. In accordance with the designed for a damping of torsional vibrations of the second order crankshaft of an internal combustion engine embodiment according to the main patent, the vibration damper shown in the drawing is formed with a two-part holding bracket 40 , which acts as a carrier of a pendulum mass, the crankshaft 42 of the internal combustion engine Spanned in a U-shape. The crankshaft 42 is hen on each for arranging such a support for a Pendelmas se cheek with a flattened 46 verses, to which a welded to the relevant support ter holding block 48 is screwed by means of a cap screw 50 . Additional cap screws 52 result in an additional fixing of the support also on the side flanks of the respective crank web.

Für einen Dämpfungsausgleich von Torsionsschwingungen zwei ter Ordnung ist die Pendelmasse mit drei gleichen bifilaren Pendelkörpern 54 gebildet, die an einer radialen Außenposi tion des Trägers 40 für eine schwimmende und in Abhängig keit von Schwingungsimpulsen der Kurbelwelle bogenförmig schwingende Anordnung durch Rollkörper 56 abgestützt sind. Die an jedem Pendelkörper 54 paarweise angeordneten Roll körper 56 sind in Laufspuren 58 des jeweiligen Pendelkör pers und Laufspuren 60 eines jeweils zugeordneten Stütz körpers 62 am Träger 40 beweglich, wobei die beiden Lauf spuren 58, 60 jedes Rollkörpers 56 bogenförmige Abschnitte von Konturenlöchern ergeben, die an den Stützkörpern 62 des Trägers 40 und an den Pendelkörpern 54 mit einer über lappten Anordnung ausgebildet sind. Jeder Rollkörper 56 ist an seinen axialen Enden noch mit je einem dünnen Flansch 64 versehen, der eine Berührung mit den Seitenwänden des Trägers 40 bzw. eine schräge Ausrichtung der Rollkörper achsen verhindern soll.For a damping compensation of torsional vibrations of the second order, the pendulum mass is formed with three identical bifilar pendulum bodies 54 , which are supported on a radial outer position of the carrier 40 for a floating and, depending on the oscillation pulses of the crankshaft, an oscillating arrangement by rolling elements 56 . The on each pendulum 54 arranged in pairs rolling body 56 are in tracks 58 of the respective Pendelkör pers and tracks 60 of a respective associated support body 62 movable on the carrier 40 , the two tracks 58 , 60 of each rolling body 56 result in arcuate sections of contour holes that are formed on the support bodies 62 of the carrier 40 and on the pendulum bodies 54 with an overlapped arrangement. Each rolling element 56 is also provided at its axial ends with a thin flange 64 , which is intended to prevent contact with the side walls of the carrier 40 or an oblique alignment of the rolling element axes.

Die Laufspuren 58, 60 für die Rollkörper 56 sind derart geformt, daß bei den kleinen Schwingungsamplituden der mit den Pendel körpern 54 gebildeten Pendelmasse eine tautochrone Pendelbe wegung erhalten wird, um damit wie bei dem Schwingungsdämp fer nach dem Hauptpatent eine mit der Erregerfrequenz der Kurbelwelle 42 übereinstimmende natürliche Pendelfrequenz zu erhalten. Der mit den Radien für die Laufspuren 58, 60 vorbestimmte Bereich dieser kleinen Schwingungsamplituden der Pendelmasse können dabei in bezug auf deren Nullposi tion auf etwa ±30° der relativen Schwingungsposition er weitert sein, um mit einer nachfolgend schnellen Verklei nerung der Radien beispielsweise ab einer relativen Schwin gungsposition von etwa ±40° ein durch die Laufspuren pro gressiv beeinflußtes Übertunen der Pendelfrequenz in dem dann maßgeblichen Bereich der größeren Schwingungsamplitu den der Pendelmasse zu erhalten. The tracks 58 , 60 for the rolling elements 56 are shaped such that with the small vibration amplitudes of the pendulum bodies formed with the pendulum 54 , a tautochronous pendulum movement is obtained, so that, as with the vibration damper according to the main patent, one with the excitation frequency of the crankshaft 42 to obtain a matching natural pendulum frequency. The predetermined range with the radii for the tracks 58 , 60 of these small oscillation amplitudes of the pendulum mass can be expanded with respect to their zero position to approximately ± 30 ° of the relative oscillation position, with a subsequent rapid reduction of the radii, for example from a relative one Vibration position of about ± 40 ° to get a by the tracks pro gressively influenced tune the pendulum frequency in the then relevant range of the larger vibration amplitudes of the pendulum mass.

Dieses mit der Formgebung der Laufspuren 58, 60 für die Rollkörper 56 beeinflußte Übertunen der Pendelfrequenz wird andererseits bereits ab dem Bereich von etwa ±30° der relativen Schwingungsposition der Pendelmasse mit dem Vorsehen einer Federanordnung 66 bezweckt, die für eine von den größeren Schwingungsamplituden der Pendelmasse abhängige lineare oder progressive Belastungsänderung ausgebildet ist. Die zur Abstützung jedes Pendelkörpers 54 an der Kurbelwelle 42 jeweils vorgesehne Federanord nung 66 ist dabei mit einer Federkonstante versehen, so daß analog der Erläuterung für das Schwingungsverhalten des Schwingungsdämpfers nach dem Hauptpatent unter Beibehal tung der tautochronen Pendelbewegung bei den kleinen Schwingungsamplituden der Pendelmasse hin zu den größe ren Schwingungsamplituden ab einem Bereich von etwa ±40° der relativen Schwingungsposition einer hier berücksichtig ten Ausführungsform des Schwingungsdämpfers ein progressi ves Übertunen der Pendelfrequenz erzielt wird. Die Feder anordnungen 66 ergeben somit bei den größeren Schwingungs amplituden der Pendelmasse eine gleichartig progressive Verringerung ihres Reaktionsverhaltens auf die Erregerfre quenz der Kurbelwelle 42 wie es bei dem Schwingungsdämpfer nach dem Hauptpatent für den Einfluß der Formgebung der Laufspuren für die Rollkörper auf den Verlauf der Kennli nie E näher erläutert wurde. Die Federanordnungen 66 sind jedoch darin vorteilhafter, daß die mit ihnen bezweckte lineare oder progressive Belastungsänderung wesentlich feinfühliger und auf alle Fälle mit einem geringeren Ko stenaufwand an die Schwingungsamplituden der Pendelmasse anpaßbar ist, die außerhalb der tautochronen Pendelbewe gung für eine unveränderte Beibehaltung ihrer natürlichen Pendelfrequenz auserwählt sind. Die Federanordnungen 66 können dabei entweder mit Druckfedern oder auch mit Kis sen aus einem elastomeren Kunststoff verwirklicht sein, wobei in beiden Fällen die Federkonstante bzw. die Eigen elastizität des Kunststoffs derart vorherbestimmbar ist, daß eine optimale Schwingungsdämpfung für alle an der Kur belwelle einer Brennkraftmaschine in Erscheinung tretenden Erregefrequenzen erzielbar ist. Dabei kann abschließend noch der Hinweis aufgenommen sein, daß der Einfluß dieser Federanordnungen auf die Schwingungsdämpfung nicht auto matisch unabhängig ist von der Maschinendrehzahl, wie es für das Grundtunen der Pendelmasse vorausgesetzt wird. Die Federanordnungen können daher grundsätzlich auch eine sol che Ausbildung erfahren, daß sie in bezug auf die Erreger frequenz der Kurbelwelle beispielsweise bei den kleineren Maschinendrehzahlen ein stärkeres Tunen ergeben als bei den größeren Maschinendrehzahlen, während das Grundtunen der Pendelmasse auf einen Wert eingestellt wird, bei dem der Einfluß der Federanordnung auf das Tunen der Pendelfre quenz verringert oder ausgeschaltet wird. Bei einer grund sätzlichen Übereinstimmung in der Beeinflussung des Schwin gungsverhaltens der Pendelmasse wird daher mit den Federan ordnungen 66 im Vergleich zu dem gattungsgleichen Schwin gungsdämpfer nach dem Hauptpatent ein relativ großer Frei heitsgrad für eine optimale Gestaltung eines ruhigen Laufs der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges erhalten.This, with the shape of the tracks 58 , 60 for the rolling elements 56 , overshoots the pendulum frequency is, on the other hand, already intended from the range of approximately ± 30 ° of the relative oscillation position of the pendulum mass with the provision of a spring arrangement 66 which is suitable for one of the larger oscillation amplitudes of the pendulum mass dependent linear or progressive load change is formed. To support each pendulum 54 on the crankshaft 42 each provided Federanord voltage 66 is provided with a spring constant, so that analog to the explanation for the vibration behavior of the vibration damper according to the main patent while maintaining the tautochronous pendulum movement at the small vibration amplitudes of the pendulum mass to Larger vibration amplitudes from a range of about ± 40 ° of the relative vibration position of an embodiment of the vibration damper considered here, a progressive tuning of the pendulum frequency is achieved. The spring assemblies 66 thus result in the larger vibration amplitudes of the pendulum mass a similar progressive reduction in their response to the Erregerfre frequency of the crankshaft 42 as it is with the vibration damper according to the main patent for the influence of the shape of the tracks for the rolling elements on the course of the characteristic E was explained in more detail. The spring assemblies 66 are, however, more advantageous in that the linear or progressive change in load with which they are intended is much more sensitive and, in any case, can be adapted to the oscillation amplitudes of the pendulum mass with a lower cost, which is selected outside the tautochronous pendulum movement for an unchanged retention of their natural pendulum frequency are. The spring assemblies 66 can be realized either with compression springs or with Kis sen made of an elastomeric plastic, in both cases the spring constant or the inherent elasticity of the plastic can be predetermined such that an optimal vibration damping for everyone at the cure an internal combustion engine in Appearance occurring excitation frequencies can be achieved. Finally, it can be added that the influence of these spring arrangements on the vibration damping is not auto matically independent of the machine speed, as is required for the basic tuning of the pendulum mass. The spring assemblies can therefore in principle also have such a training that they result in a stronger tuning with respect to the excitation frequency of the crankshaft, for example at the lower engine speeds than at the higher engine speeds, while the basic tuning of the pendulum mass is set to a value at which the influence of the spring arrangement on the tuning of the Pendelfre frequency is reduced or switched off. With a fundamental agreement in influencing the vibration behavior of the pendulum mass is therefore obtained with the Federan orders 66 compared to the generic vibration damper according to the main patent, a relatively large degree of freedom for optimal design of a smooth running of the engine of a motor vehicle.

Claims

1. Bifilar vibration damper for the crankshaft of the internal combustion engine of a motor vehicle, with a carrier fastened to the crankshaft for at least one pendulum mass, which is supported on a radial outer position of the carrier for a floating and, depending on vibration impulses of the crankshaft, an oscillating arrangement that is supported by rolling elements that are movable in running tracks is, the tracks for the rolling elements with overlapping and art-shaped contour holes of the carrier and the pendulum mass are formed that the natural oscillation frequency matches the excitation frequency of the crankshaft at the small oscillation amplitudes of the pendulum mass, and means are provided, which progressively outdo the pendulum frequency for a reduction in the reaction behavior of the pendulum mass to the excitation frequency of the crankshaft in the case of the larger vibration amplitudes, characterized in that the means provided for overturning the pendulum frequency el are formed with a spring arrangement ( 66 ) which is designed for a linear or progressive load change dependent on the larger vibration amplitudes of the pendulum mass ( 54 ).

2. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the spring arrangement ( 66 ) with a pendulum mass ( 54 ) on the crankshaft ( 42 ) supporting compression spring is formed.

3. Vibration damper according to claim 1, characterized in that the spring arrangement ( 66 ) is formed with a pendulum mass ( 54 ) on the crankshaft ( 44 ) supporting cushion made of an elastomeric plastic, the radially aligned cushion cross section under an acting sealing pressure Ver is changeable.

4. Vibration damper according to claim 3, characterized in that the elasto plastic cushion has a conical cross-section points.