DE4123060A1

DE4123060A1 - Torsional oscillation suppression system - is for IC engine crankshaft and uses rotating eccentric masses

Info

Publication number: DE4123060A1
Application number: DE19914123060
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Bolzmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1992-01-30

Abstract

The IC engine has a crankshaft (2) which is mounted in a housing. The crankshaft (2) passes through the central hole in a non-rotating gearwheel (3) which is fixed to the housing. The crankshaft carries a disc (4) which has four equally spaced axially projecting lugs (19,20,21,22). These lugs (19,20,21,22) form bearings for rotating masses 9-12 which rotate about axes (5,6,7,8) which lie in a common plane which is at right angles to the crankshaft axis. Each mass (9,10,11,12) has an attached gearwheel (14,15,16,17) with helical teeth which mesh with the helical teeth of the fixed gear (3). The axis of each mass is eccentric to its centre of gravity. As the crankshaft (2) rotates each mass rotates about its own axis (5,6,7,8) so that the moment of inertia of the crankshaft is continously changing and so suppresses torsional oscillations. USE - Vibration suppression for IC engine crankshaft.

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 je weils vorliegenden Maschine ergibt sich also eine Synchronisierung 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 Ein satzfall der Erfindung, nämlich im Antriebsaggregat eines Kraft fahrzeugs, 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 in terms of the work cycle of ever because the machine is present there is a synchronization the positions of the additional masses with the individual work phases and accordingly the desired countermeasure against non-uniformity. A fundamental disadvantage of this prior art, however, is in to see the large construction volume. Consider the preferred one Sentence case of the invention, namely in the drive unit of a force vehicle that is often to be installed transversely, that's how you are interested in the dimensions of the drive unit straight in Keep the direction of the output shaft (crankshaft) small. This The known construction does not take this into account.

Überhaupt ist festzustellen, daß bei diesem Stand der Technik die resultierende Zusatzmasse im Verhältnis zum Aufwand und zum Platz bedarf relativ gering ist.In general, it should be noted that in this state of the art resulting additional mass in relation to effort and space needs is relatively low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vor richtung unter Wahrung ihrer Vorteile zu schaffen, die mit erheb lich geringerem Platzbedarf auskommt bzw. bei gleichem Platzbedarf die Unterbringung einer erheblich größeren resultierenden Zusatz masse ermöglicht.The invention has for its object a generic before to create direction while preserving its advantages, needs less space or with the same space requirement housing a significantly larger resulting addition mass enables.

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

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die gestellte Aufgabe mit äußerst einfachen Mitteln und ohne zusätzlichen Aufwand an Teilen löst. Die Zusatzmassen haben ihre größte Längserstreckung quer zur Ausgangswelle der die Schwingungen erzeugenden Maschine, die sie in ihrer Gesamtheit gleichsam einrahmen, so daß auch die Erstreckung der Zusatzmassen in dieser Richtung und nicht parallel zur Ausgangswelle liegt. Durch Profilierung der einander zugekehr ten Stirnseiten der Zusatzmassen, nämlich so, daß Freigang zwischen den Massen gewährleistet ist, und auch durch Profilierung der dem feststehenden Rad zugekehrten Seiten der Zusatzmassen entsprechend Anspruch 8 wird der gesamte freie Raum zwischen den Lagerstellen der Schwenkachsen in der definierten, zur Ausgangswelle senkrechten Ebene zur Unterbringung der Zusatzmassen ausgenutzt.An advantage of the invention is the fact that it is the posed Task with extremely simple means and without additional effort on parts. The additional masses have their greatest longitudinal extent transverse to the output shaft of the machine producing the vibrations, which frame them as a whole, so that the Extension of the additional masses in this direction and not parallel to the output shaft. By profiling each other ten end faces of the additional masses, namely so that clearance between the masses is guaranteed, and also by profiling the fixed wheel facing sides of the additional masses accordingly Claim 8 is the entire free space between the bearings the swivel axes in the defined, perpendicular to the output shaft Level used to accommodate the additional masses.

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 Ma schine eine Brennkraftmaschine mit dem Kurbelgehäuse 1 und der Kur belwelle 2 ist. Während drehfest mit dem Kurbelgehäuse 1 der Zahn kranz 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 exzentri schen Zusatzmassen 9, 10, 11 und 12 als auch die ihnen individuell zugeordneten, drehfest mit ihnen verbundenen Antriebszahnräder 13, 14, 15 und 16 gehalten sind; alle Zahnräder sind hier schrägver zahnt.In the illustrated embodiment it is assumed that the machine is an internal combustion engine with the crankcase 1 and the cure belwelle 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 pivot axis assigned to them asymmetrical or eccentric additional masses 9 , 10 , 11 and 12 and the drive gears 13 , 14 , 15 and 16 which are individually assigned to them and are non-rotatably connected to them; all gears are helical here.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die Grundscheibe 4 auf ihrer freien Oberfläche 17 als Bestandteil einer Kupplung einen Reibbelag tragen kann.It should be added that the base plate 4 may carry as part of a clutch of a friction coating on its free surface 17th

In Fig. 1 sind die Zusatzmassen in derjenigen Lage gezeichnet, die sie bei maximalem Trägheitsmoment der Vorrichtung einnehmen. Sie liegen in einer gemeinsamen Querebene, die auch den Zahnkranz 3 enthält. Sind sie dagegen "eingezogen", füllen sie den gesamten, zwischen den Lagerstellen 19, 10, 21 und 22 für die Schwenkachsen 5, 6, 7 und 8 zur Verfügung stehenden Platz aus. Zu diesem Zweck liegen ihre einander zugekehrten Stirnkanten dann in geringem Ab stand voneinander auf Radien, die sich vom Mittelpunkt der Aus gangswelle 2 zu den einzelnen Lagerstellen 19 bis 22 erstrecken. Dies ist durch Bezugszeichen nur an den sich gegenüberstehenden Stirnseiten 23 und 24 der beiden einander benachbarten Zusatzmassen 9 und 12 hervorgehoben. Genauso erstrecken sich die in der einge zogenen Lage der Zusatzmassen 9 bis 12 nach innen weisenden Seiten derselben bis auf den Umfang des Zahnkranzes 3, wozu diese Seiten, wie bei 25, 26, 27 und 28 gezeichnet, eine Krümmung aufweisen, die der Krümmung des feststehenden Zahnkranzes 3 angepaßt ist.In Fig. 1, the additional masses are drawn in the position that they assume at the maximum moment of inertia of the device. They lie in a common transverse plane, which also contains the ring gear 3 . If, on the other hand, they are "drawn in", they fill the entire space available between the bearing points 19 , 10 , 21 and 22 for the pivot axes 5 , 6 , 7 and 8 . For this purpose, their mutually facing front edges are then in a small distance from each other on radii that extend from the center of the output shaft 2 to the individual bearings 19 to 22 . This is emphasized by reference numerals only on the opposing end faces 23 and 24 of the two adjacent additional masses 9 and 12 . Likewise, the in the retracted position of the additional masses 9 to 12 inwardly facing sides of the same up to the circumference of the ring gear 3 , for which these sides, as drawn at 25, 26, 27 and 28 , have a curvature that corresponds to the curvature of the fixed ring gear 3 is adapted.

Betrachtet man nun die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung, so möge die Kurbelwelle 2 sich entsprechend dem Pfeilsinne im Uhr zeigersinne drehen. Aus den beschriebenen Gründen (Arbeitsweise der Brennkraftmaschine) ist ihre Drehbewegung von Hause aus nicht gleichförmig, sondern sie enthält eine Ungleichförmigkeit, 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 auf einer Seite ihrer zugeordneten Schwenkachsen erstreckenden Zusatzmassen 9 bis 12 Schwenkbewegungen um ihre Schwenkachsen 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 Trägheits moments, die bei entsprechender Synchronisierung mit der Arbeits weise der Brennkraftmaschine den durch diese hervorgerufenen Tor sionsschwingungen entgegenwirkt.If we now consider the mode of operation of the device described, the crankshaft 2 may rotate clockwise in accordance with the arrow direction. For the reasons described (mode of operation of the internal combustion engine), its rotational movement is not inherently uniform, but instead contains an irregularity which can be referred to as a torsional vibration. During the rotational movement of the crankshaft 2 , the drive gearwheels 13 to 16 roll on the ring gear 3 , so that the additional masses 9 to 12, which extend essentially only on one side of their assigned pivot axes, pivot movements about their pivot axes 5 to 8 (in the case of 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 of the moment of inertia caused by the device with respect to the crankshaft 2 , which counteracts the vibration caused by this with appropriate synchronization with the working of the internal combustion engine.

Durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Antriebsrädern 13 bis 16 einerseits und dem Zahnkranz 3 anderer seits kann die Arbeitsweise der Vorrichtung an diejenige der je weiligen Maschine angepaßt werden. Im beschriebenen Fall ist eine Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine angenommen; in diesem Falle beträgt das entsprechende Übersetzungsverhältnis 2 : 1.By appropriate choice of the gear ratio between the drive wheels 13 to 16 on the one hand and the ring gear 3 on the other hand, the operation of the device can be adapted to that of the respective machine. 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 verändert werden; beispielsweise können die Zahnräder durch Reibräder ersetzt sein, sofern nur der beschriebene Synchronismus gewahrt bleibt.Understandably, details of the device can be changed will; for example, the gears can be replaced by friction wheels provided that only the described synchronism is maintained.

In allen Fällen ergibt sich, wie insbesondere aus Fig. 2 ersicht lich, trotz großer resultierender Zusatzmasse 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 ange deutet, zur Unterbringung eines Getriebewellenlagers ausgenutzt werden kann, die räumliche Unterbringung der Vorrichtung keine Schwierigkeiten bereitet.In all cases, as can be seen in particular from FIG. 2, despite the large resulting additional mass, a very compact construction of the device in the direction of the output shaft 2 , so that also taking into account the fact that, as described, to obtain a clutch friction surface as well , as indicated at 18 , can be used to accommodate a gear shaft bearing, the spatial placement of the device does not pose any difficulties.

Claims

1.Device for suppressing the torsional vibrations of its output shaft caused by the operation of a machine, in particular an internal combustion engine, containing additional masses with non-rotationally symmetrical mass distributions which are individually assigned with respect to them, outside of the output shaft and in a pivot axis extending to this vertical plane Part rotatably connected to the output shaft for mounting the swivel axes and with respect to the swivel axes symmetrical drive wheels which are assigned to the additional masses and which are connected in a force-transmitting manner to a wheel fixed with respect to the output shaft, characterized in that all swivel axes ( 5 , 6 , 7 , 8 ) run in the plane perpendicular to the output shaft ( 2 ) to the side of the output shaft ( 2 ), enclosing it jointly, and the additional masses ( 9 , 10 , 11 , 12 ) are profiled as the end faces for the clearance of adjacent additional masses, in the direction of their r pivot axes ( 5 , 6 , 7 , 8 ) extending body are formed.

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

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed wheel ( 3 ) is also in the vertical plane.

4. Device according to one of claims 1 to 3, 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 non-rotatably connected part is formed by a base plate ( 4 ) fixed to the free end of the output shaft ( 2 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the base plate ( 4 ) also forms a friction lining carrier (at 17 ) of a clutch.

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

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the end faces ( 23 , 24 ) of the additional masses ( 9 , 10 , 11 , 12 ) lie on straight lines which are radial between the output shaft ( 2 ) and bearings ( 19 , 20 , 21 , 22 ) of the pivot axes ( 5 , 6 , 7 , 8 ) extend.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fixed wheel ( 3 ) facing side ( 25 , 26 , 27 , 28 ) of each additional mass ( 9 , 10 , 11 , 12 ) one of the curvature of the fixed Rades ( 3 ) has adapted profile.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized by four additional masses ( 9 , 10 , 11 , 12 ) and four pairs of parallel and pairs of mutually perpendicular pivot axes ( 5 , 6 , 7 , 8 ).