DE4115811A1

DE4115811A1 - Torsional oscillation of engine crankshaft - is reduced by disc carrying rotating asymmetric masses

Info

Publication number: DE4115811A1
Application number: DE19914115811
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Bolzmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1991-11-28

Abstract

The device for eliminating or reducing the torsional oscillations of the output shaft of an IC engine. The device consists of a disc (4) which is rigidly attached to the engine crankshaft (2). This disc (4) carries four equally spaced asymmetric masses (9) with each mass (9) being free to pivot on a pin (5). Each mass (9) is rigidly attached to a gear wheel (13). Each gear wheel (13) meshes with a stationary central gear wheel (3) which is rigidly attached to the crankcase (1). As the crankshaft rotates the masses (9) rotates about their respective pins (5) so that the centres of gravity of the masses are moved radially and vary the moment of inertia of the disc (4). USE - Reduction of torsional oscillation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the Oberbe handle of claim 1.

Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich bei einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftma schine, so treten an der Ausgangswelle der Maschine, bedingt durch die Arbeitsweise derselben, Torsionsschwingungen auf, die eine Folge von Beschleunigungen und Verzögerungen der Welle in Umfangsrichtung darstellen. Diese übrigens auch bei Maschinen anderer Art, wie Verdichtern, zu beobachtende Erscheinung hat ihre Ursache darin, daß infolge der verschie denen, aufeinanderfolgenden Arbeitstakte der Maschine die sich bewegenden Teile sich mit ungleichförmigen Geschwindig keiten bewegen. Betrachtet man erneut eine Brennkraftmaschine, so werden die sich bewegenden Massen der Maschine während der Verdichtungsphase verzögert, dagegen während der Verbrennungs phase beschleunigt. Die daraus resultierende Ungleichförmig keit der Drehbewegung der Ausgangswelle der Maschine, die auch als überlagerte Torsionsschwingung bezeichnet werden kann, führt einerseits über die Reaktionskräfte in den Ma schinenlagern zu zusätzlichen Schwingungen und Geräuschen, die in die Umgebung abgestrahlt werden, und wird andererseits in anzutreibende Einrichtungen, wie Getriebe, oder antreibende Motoren eingeleitet. Es ist bekannt, daß dieser Umstand beispiels weise bei an Brennkraftmaschinen angeflanschten Getrieben, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, zum Getrieberasseln führt. If one considers the preferred application of the invention, namely in an internal combustion engine driving a vehicle machine, so step on the output shaft of the machine, conditionally due to the way they work, torsional vibrations, which is a result of accelerations and decelerations of the Show the shaft in the circumferential direction. By the way, this too in machines of other types, such as compressors The reason for their appearance is that as a result of the various the successive work cycles of the machine moving parts move at irregular speed move. If you look again at an internal combustion engine, so the moving masses of the machine during delayed the compression phase, however, during the combustion phase accelerates. The resulting non-uniform speed of the output shaft of the machine, the also referred to as superimposed torsional vibration can, on the one hand, leads via the reaction forces in the Ma rail bearings for additional vibrations and noises, that are emitted into the environment, and on the other hand in devices to be driven, such as gears, or driving Engines initiated. It is known that this fact, for example wise for gearboxes flanged to internal combustion engines, especially at low speeds, leads to gear rattling.

Bei in Kraftfahrzeuge eingebauten Brennkraftmaschinen kann die beschriebene Ungleichförmigkeit Anlaß zu Schwingungsan regungen der Karosserie über die Aggregatlager sein, wodurch der Fahrkomfort erheblich beeinträchtigt werden kann (Schütteln, Geräuschbelästigung).In internal combustion engines installed in motor vehicles the described non-uniformity causes vibrations body movements over the aggregate bearings driving comfort can be significantly impaired (shaking, Noise pollution).

Man kann der beschriebenen Ungleichförmigkeit durch entsprechend große Auslegung von Schwungscheiben sowie durch Verwendung relativ weicher Maschinenlager begegnen. Schwungscheiben mit großem Trägheitsmoment beeinträchtigen jedoch beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Beschleunigung, und weichere Aggregat lager können hinsichtlich des Auftretens von Lastschlägen beim Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb Probleme verursachen. Auch in einer Kupplung vorgesehene Vordämpfer zum Bekämpfen des Getrieberasselns wirken sich nachteilig hinsichtlich des Lastschlags aus.One can conform to the described non-uniformity large design of flywheels as well as use encounter relatively soft machine bearings. Flywheels with a large moment of inertia, for example in a motor vehicle the acceleration, and softer aggregate bearings can with regard to the occurrence of load shocks cause problems in the transition from train to push operation. Predampers also provided in a clutch for fighting the rattling of the gearbox has an adverse effect on of the load.

Aus der DE-PS 31 19 388 ist bereits eine gattungsgemäße Vorrich tung bekannt geworden, die im Prinzip ein derart veränderliches Trägheitsmoment bezüglich der Ausgangswelle zu erzeugen gestattet, daß es während ansteigender Phasen der definierten Torsions schwingung ebenfalls zunimmt und demgemäß bremsend wirkt, dagegen bei Abnahmephasen dieser Schwingung ebenfalls abnimmt und demgemäß beschleunigend auf die Ausgangswelle wirkt, bei entsprechender Abstimmung auf die Frequenz der zu bekämpfen den Schwingung, die durch den Aufbau der Maschine bedingt ist (z. B. Zylinderzahl einer Brennkraftmaschine), kann der beschriebenen Ungleichförmigkeit ohne Inkaufnahme der angegebenen Nachteile begegnet werden.From DE-PS 31 19 388 is a generic Vorrich tion became known, which is in principle such a variable Allowed to generate moment of inertia with respect to the output shaft, that it is during increasing phases of the defined torsion vibration also increases and therefore acts as a brake, on the other hand, this vibration also decreases during the decrease phases and accordingly accelerates the output shaft, with appropriate coordination on the frequency of combat the vibration caused by the construction of the machine (e.g. number of cylinders in an internal combustion engine), the described non-uniformity without accepting the specified Disadvantages are met.

Betrachtet man die bekannte Konstruktion im einzelnen, so enthält die Vorrichtung gleichsam ein Gehäuse, in dem zwei doppelsektorförmige Zusatzmassen mit ihren Ebenen parallel, und demgemäß mit ihren Schwenkachsen senkrecht zur Ausgangswelle verlaufend angeordnet sind; jeder der Zusatzmassen ist ein Zahnrad zugeordnet, das mit einem gemeinsamen feststehen den Zahnrad kämmt. Bei entsprechender Auslegung der Übersetzung dieser Kraftübertragung im Hinblick auf das Arbeitsspiel der jeweils vorliegenden Maschine ergibt sich also eine Synchro nisierung der Stellungen der Zusatzmassen mit den einzelnen Arbeitsphasen und demgemäß die gewünschte Gegenwirkung gegen die Ungleichförmigkeit. Ein grundlegender Nachteil dieses Standes der Technik ist jedoch in dem großen Bauvolumen zu sehen. Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich im Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, das häufig quer eingebaut werden soll, so ist man sehr daran interessiert, die Abmessungen des Antriebsaggregats gerade in Richtung der Ausgangswelle (Kurbelwelle) klein zu halten. Diesem Umstand trägt die bekannte Konstruktion nicht Rechnung.If one looks at the known construction in detail, then the device contains, as it were, a housing in which two double sector-shaped additional masses with their levels parallel, and accordingly with their pivot axes perpendicular to the output shaft are arranged progressively; each of the additional masses is a Assigned gear that are fixed with a common one combs the gear. If the translation is interpreted accordingly this power transmission with regard to the work cycle the respective machine is synchro nization of the positions of the additional masses with the individual Work phases and accordingly the desired counteraction the non-uniformity. A fundamental disadvantage of this However, the state of the art is too large in terms of construction volume see. If one considers the preferred application of the invention, namely in the drive unit of a motor vehicle, which often to be installed transversely, you are very interested in the dimensions of the drive unit straight in the direction to keep the output shaft (crankshaft) small. This fact does not take the known construction into account.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungs gemäße Vorrichtung unter Wahrung ihrer Vorteile zu schaffen, die mit erheblich geringerem Platzbedarf auskommt.The invention is therefore based on the task, a genus to create appropriate device while preserving its advantages, which requires considerably less space.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the characterizing features of the main claim, advantageous Developments of the invention describe the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die gestellte Aufgabe durch sehr einfache Maßnahmen, nämlich durch im Endergebnis etwa scheibenartige Ausbildung der gesamten Vorrichtung, löst.A particular advantage of the invention is that that they can accomplish the task with very simple measures, namely in the end result about disc-like training of the entire device.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 die in Fig. 2 bei I-I markierte Schnittansicht und deren Fig. 2 die in Fig. 1 bei II-II bezeichnete Längsschnittansicht wiedergibt.An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, in which FIG. 1 shows the sectional view marked II in FIG. 2 and FIG. 2 shows the longitudinal sectional view designated II-II in FIG. 1.

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Maschine eine Brennkraftmaschine mit dem Kurbelgehäuse 1 und der Kurbelwelle 2 ist. Während drehfest mit dem Kurbelge häuse 1 der Zahnkranz 3 verbunden ist, trägt die Kurbelwelle 2 an ihrem freien stirnseitigen Ende die Grundscheibe 4, an der über die vier Schwenkachsen 5, 6, 7 und 8 sowohl die vier bezüglich der ihnen jeweils zugeordneten Schwenkachse unsymmetrischen oder exzentrischen Zusatzmassen 9, 10, 11 und 12 als auch die ihnen individuell zugeordneten, drehfest mit ihnen verbundenen Antriebszahnräder 13, 14, 15 und 16 gehalten sind; auch die Widerlagerscheibe 17 (siehe Fig. 2) ist an der Grundscheibe 4 beispielsweise durch sich zwischen den Zusatzmassen 9 bis 12 erstreckende Schrauben gehalten.In the illustrated embodiment it is assumed that the engine is an internal combustion engine with the crankcase 1 and the crankshaft 2 . While rotatably connected to the crankcase 1 of the ring gear 3 , the crankshaft 2 carries at its free end face the base plate 4 , on the four pivot axes 5 , 6 , 7 and 8 both the four with respect to the respectively assigned pivot axis asymmetrical or eccentric additional masses 9 , 10 , 11 and 12 as well as the drive gears 13 , 14 , 15 and 16 which are individually assigned to them and are non-rotatably connected to them; also the abutment disk 17 (see FIG. 2) is held on the base disk 4, for example by screws extending between the additional masses 9 to 12 .

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die Grundscheibe 4 auf ihrer freien Oberfläche 4a als Bestandteil einer Kupplung einen Reibbelag tragen kann.It should be added that the base plate can carry on its free surface 4 a as part of a clutch of a friction coating. 4

Betrachtet man nun die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrich tung, so möge die Kurbelwelle 2 sich entsprechend dem Pfeilsinne im Uhrzeigersinne drehen. Aus den beschriebenen Gründen (Arbeits weise der Brennkraftmaschine) ist ihre Drehbewegung von Hause aus nicht gleichförmig, sondern sie enthält eine Ungleichförmig keit, die als Torsionsschwingung bezeichnet werden kann. Während der Drehbewegung der Kurbelwelle 2 wälzen sich die Antriebszahnräder 13 bis 16 an dem Zahnkranz 3 ab, so daß die sich im wesentlichen nur über einen halben Umfang erstrec kenden Zusatzmassen 9 bis 12 Schwenkbewegungen um ihre Schwenk achsen 5 bis 8 (bei einer Vierzylinder-Viertaktmaschine mit doppelter Kurbelwellendrehzahl) ausführen, d. h. sich die Massenverteilung oder die Lage der Schwerpunkte der einzelnen Zusatzmassen bezüglich der Kurbelwelle 2 ändert. Demgemäß erfolgt eine fortlaufende Änderung des durch die Vorrichtung bezüglich der Kurbelwelle 2 hervorgerufenen Trägheitsmoments, die bei entsprechender Synchronisierung mit der Arbeitsweise der Brennkraftmaschine den durch diese hervorgerufenen Torsions schwingungen entgegenwirkt.Considering the operation of the Vorrich described device, may the crankshaft 2 rotate clockwise according to the direction of the arrow. For the reasons described (working method of the internal combustion engine) their rotary motion is not uniform from the start, but it contains a non-uniform speed, which can be referred to as torsional vibration. During the rotational movement of the crankshaft 2 , the drive gear wheels 13 to 16 roll on the ring gear 3 , so that the additional masses which are essentially only about half a circumference erstrec kenden 9 to 12 pivoting movements about their pivot axes 5 to 8 (in a four-cylinder four-stroke engine with double crankshaft speed), ie the mass distribution or the position of the center of gravity of the individual additional masses with respect to crankshaft 2 changes. Accordingly, there is a continuous change in the moment of inertia caused by the device with respect to the crankshaft 2 , which counteracts the torsional vibrations caused by these with appropriate synchronization with the operation of the internal combustion engine.

Durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Antriebsrädern 13 bis 16 einerseits und dem Zahnkranz 3 andererseits kann die Arbeitsweise der Vorrichtung an diejenige der jeweiligen Maschine angepaßt werden. Im beschriebenen Fall ist eine Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine angenommen; in diesem Falle beträgt das entsprechende Übersetzungsverhältnis 2 : 1. The mode of operation of the device can be adapted to that of the respective machine by appropriate selection of the transmission ratio between the drive wheels 13 to 16 on the one hand and the ring gear 3 on the other. In the case described, a four-cylinder, four-stroke internal combustion engine is assumed; in this case the corresponding gear ratio is 2: 1.

Verständlicherweise können Einzelheiten der Vorrichtung verän dert werden; beispielsweise können die Zahnräder durch Reib räder ersetzt sein, sofern nur der beschriebene Synchronismus gewahrt bleibt.Understandably, details of the device can change be changed; for example, the gears can be rubbed wheels must be replaced, provided only the synchronism described remains preserved.

In allen Fällen ergibt sich, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, eine in Richtung der Ausgangswelle 2 sehr gedrängte Bauweise der Vorrichtung, so daß auch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sie, wie beschrieben, zur Gewinnung einer Kupplungsreibfläche sowie, wie bei 18 angedeutet, zur Unter bringung eines Getriebewellenlagers ausgenutzt werden kann, die räumliche Unterbringung der Vorrichtung keine Schwierig keiten bereitet.In all cases, as can be seen in particular from FIG. 2, there is a construction of the device which is very compact in the direction of the output shaft 2 , so that also taking into account the fact that it, as described, for obtaining a clutch friction surface and, as indicated at 18 , Can be used to accommodate a gear shaft bearing, the spatial placement of the device does not cause any difficulties.

Claims

1.Device for suppressing torsional vibrations of its output shaft caused by the mode of operation of a machine, in particular an internal combustion engine, containing additional masses with mass distribution which is individually assigned to them and which runs outside the output shaft and is not rotationally symmetrical on a pivotally connected part of the pivot axis and with the additional masses assigned drive wheels which are symmetrical with respect to the pivot axes and which are connected in a force-transmitting manner to a wheel which is fixed with respect to the output shaft, so that each additional mass executes unidirectional pivoting movements about its pivot axis to generate variable moments of inertia which counteract the torsional vibrations, characterized in that the additional masses ( 9 , 10 , 11 , 12 ) on the one hand and the drive wheels ( 13 , 14 , 15 , 16 ) with the fixed wheel ( 3 ) on the other hand in planes perpendicular to the output shaft ( 2 ) the adjacent and the pivot axes ( 5 , 6 , 7 , 8 ) are arranged parallel to the output shaft ( 2 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the drive wheels ( 13 , 14 , 15 , 16 ) and the fixed wheel ( 3 ) are meshing gears.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the additional masses ( 9 , 10 , 11 , 12 ) together with drive wheels ( 13 , 14 , 15 , 16 ) and fixed wheel ( 3 ) enclose the output shaft ( 2 ) and the rotation part connected to this is formed by a base plate ( 4 ) fixed at the free end of the output shaft ( 2 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the base plate ( 4 ) also forms a friction lining carrier of a clutch.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fixed wheel as a ring ( 3 ) on a housing ( 1 ) of the machine is attached.