DE4427286A1

DE4427286A1 - Vorrichtung zum Ausgleich der oszillierenden Massen einer Zweizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4427286A1
Application number: DE4427286A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Westphal
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1995-04-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die den Aufwand parallel zur Kurbel wellenachse angeordneter Ausgleichswellen und die durch diese verursachten Störmomente bezüglich der Kurbelwellenachse ver meidet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also in der Aufteilung der erforderlichen exzentrischen Ausgleichsmassen in der Weise, daß erste exzentrische Ausgleichsmassen kurbel wangenseitig und zumindest eine zweite exzentrische Aus gleichsmasse um die Kurbelwellenachse drehbar angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Ausgleichsmassen oder genauer: die Produkte aus Ausgleichsmassen und zugeordneten Hebelarmen bezüglich der Kurbelwellenachse derart ausgelegt sind, daß sie jeweils den halben Massenausgleich sicherstellen. Dabei ist wichtige daß zwar die ersten Ausgleichsmassen mit der Kurbel welle rotieren, aber die zumindest eine zweite Ausgleichsmasse gegensinnig zur Kurbelwelle, aber wiederum mit Kurbelwellen drehzahl rotierend angetrieben ist.

Die Anordnung einer gegensinnig zur Kurbelwelle rotierenden Ausgleichsmasse auf der Kurbelwelle ist zwar bereits aus der DE-OS 37 20 559, F16F 15/26, bekannt, jedoch handelt es sich dort um eine rotationssymmetrische Ausgleichsmasse in Form ei nes Planetenrads, das über ein Zahnradgetriebe von der Kurbel welle her mit einer anderen Drehzahl als diese angetrieben wird. In Abweichung von der Erfindung dient diese bekannte Konstruktion, die auch einen Antrieb der - dort rotationssym metrischen - Ausgleichsmasse mit Kurbelwellendrehzahl nicht zuläßt, nicht zum Ausgleich der oszillierenden Massen bei ei ner Zweizylindermaschine, sondern zum Ausgleich der Wechselmo mente bezüglich der Kurbelwellenachse (Drehausgleich). Es kann daher zweckmäßig sein, zwecks Erzielung eines vollständigen Ausgleichs gemäß Anspruch 3 eine Antriebswelle für die zweite Ausgleichsmasse drehfest mit einer umfangssymmetrischen drit ten Ausgleichsmasse für den Drehausgleich zu versehen. Sorgt man durch ein geeignetes Übersetzungsgetriebe dafür, daß die Antriebswelle mit höherer Drehzahl als die Kurbelwelle um läuft, so kann die Masse der dritten Ausgleichsmasse relativ klein gehalten werden. Zwischen der Antriebswelle und der zweiten Ausgleichsmasse muß dann ein entsprechendes Unterset zungsgetriebe vorgesehen sein, da die zweite Ausgleichsmasse mit Kurbelwellendrehzahl (jedoch gegensinnig) rotieren soll.

Damit in der Kurbelwellenlagerung keine durch die Ausgleichs massen hervorgerufenen Momente auftreten, wird man dafür sor gen, daß die zweite Ausgleichsmasse (oder bei Verwendung meh rerer zweiter Ausgleichsmassen die resultierende zweite Aus gleichsmasse) axialsymmetrisch zwischen den oszillierenden Massen angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Brennkraftmaschine im Bereich ihrer Kurbelwelle zeigt, während

Fig. 2 entsprechend der in Fig. 1 bei II ge kennzeichneten Ansicht die relativen Lagen der ersten und zweiten Ausgleichs massen bei verschiedenen Stellungen der beiden Hubkolben der Maschine wiedergibt.

Mit x, y und z sind Koordinaten eines Koordinatensystems bezeichnet.

Die Kurbelwelle 1 der Brennkraftmaschine besitzt die beiden in einer Ebene verlaufenden, gleichgerichteten Kurbelkröpfungen 2 und 3, an denen auszugleichende oszillierende Massen 4 und 5, im wesentlichen gebildet durch Pleuel und Kolben, angreifen. In der in Fig. 1 angenommenen OT-Lage der Kolben besitzen diese oszillierenden Massen 4 und 5, die eine resultierende oszillierende Masse m_osz darstellen, von der Achse der Kurbel welle 1 den Abstand r.

Zum Ausgleich dieser oszillierenden Massen 4 und 5 dienen bei der Erfindung Ausgleichsmassen mit Schwerpunktexzentrizität, und zwar sowohl erste Ausgleichsmassen 6 an den Kurbelwangen der Kurbelkröpfungen 2 und 3 als auch eine zweite Ausgleichs masse 7; die hier gleiche Abstände r_A von der Achse der Kurbelwelle 1 aufweisenden ersten Ausgleichsmassen können zu einer resultierenden ersten Ausgleichsmasse m+ zusammengefaßt werden. Das Pluszeichen soll andeuten, daß diese ersten Aus gleichsmassen 6 infolge ihrer drehfesten Verbindung mit der Kurbelwelle 1 mit Kurbelwellendrehzahl in Drehrichtung der Kurbelwelle rotieren. Das Produkt aus resultierenden ersten Ausgleichsmassen m⁺ und Abstand r_A ist so ausgewählt, daß durch die ersten Ausgleichsmassen 6 der halbe Ausgleich der durch die oszillierenden Massen 4 und 5 hervorgerufenen Mas senkräfte erzielt wird.

Mittig zwischen den oszillierenden Massen 4 und 5, d. h. mit gleichen Abständen a_z zu ihnen, ist drehbar auf der Kurbel welle 1 die zweite Ausgleichsmasse 7 angeordnet, die auch aus mehreren axialsymmetrisch angeordneten exzentrischen Aus gleichsmassen bestehen kann, die zu einer resultierenden zwei ten Ausgleichsmasse m⁻ zusammengefaßt werden können. Dabei soll das Minuszeichen andeuten, daß die zweite Ausgleichsmasse gegensinnig zur Kurbelwelle 1, aber mit Kurbelwellendrehzahl rotiert.

Zum Drehantrieb der zweiten Ausgleichsmasse 7 dient die paral lel zur Kurbelwellenachse verlaufende Antriebswelle 8, die über das Zahnrad-Übersetzungsgetriebe 9 mit einer höheren Drehzahl als die Kurbelwelle 1, d. h. mit einem Übersetzungs verhältnis i1 < 1, angetrieben wird und in diesem Ausführungs beispiel über den Kettentrieb 10 mit einer entsprechenden Un tersetzung i2 die zweite Ausgleichsmasse 7 mit Kurbelwellen drehzahl antreibt.

Die Antriebswelle 8 ist drehfest mit der dritten Ausgleichs masse 11 versehen, die umfangssymmetrisch ausgebildet ist und zum Drehausgleich dient. Infolge der Drehzahlübersetzung i1 durch das Zahnradgetriebe 9, d. h. infolge der hohen Drehzahl der Antriebswelle 8, kann die Masse der dritten Ausgleichsmas se 11 relativ klein gehalten werden.

Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, daß bei OT-Stellung der os zillierenden Massen 4 und 5, d. h. der resultierenden oszil lierenden Masse m_osz, die resultierenden ersten und zweiten Ausgleichsmassen m⁺ und m⁻ den oszillierenden Massen bezüglich der Kurbelwellenachse gerade gegenüberliegen. In Fig. 2 sind durch Pfeile die einander entgegengesetzten Drehrichtungen der ersten und zweiten oszillierenden Massen gekennzeichnet. Bei Stellung der Kolben und damit der oszillierenden Massen m_osz 90° nach OT liegen die ersten und zweiten Ausgleichsmassen m⁺ und m⁻ in x-Richtung, und auch bei anderen Kurbelwinkeln lie gen sich die ersten und zweiten Ausgleichsmassen symmetrisch gegenüber, so daß sie ihrerseits keine nachteiligen Störmo mente und -kräfte erzeugen.

Bezeichnet man mit F_I den Verlauf der durch die oszillierenden Massen 4 und 5 angeregten Kräfte über der Zeit t, mit F_x und F_y die entsprechenden Verläufe der von den Ausgleichsmassen hervorgerufenen Kräfte in diesen Richtungen, so ergeben sich
folgende Zusammenhänge und Forderungen:

I. F_I = 2 m_osz · r · ω² · cos (ωt)
II. F_y = (m⁺ + m⁻) · r_A · ω² · cos (ωt) = F₁
III. F_x = (m⁺ - m⁻) · r_A · ω² · sin (ωt)

Eine störende Momenten- bzw. Kraftbeaufschlagung F_x durch die ersten und zweiten Ausgleichsmassen m⁺ und m⁻ ist im allge meinsten Fall vermieden, wenn die Produkte dieser Ausgleichs massen mit ihren Abständen von der Achse der Kurbelwelle 1 gleich groß sind. Im vorliegenden Beispiel sind gleiche Ab stände r_A für beide Ausgleichsmassen angenommen, so daß sich die Forderung auf Massengleichheit reduziert.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Vorrichtung geschaffen, die unter Vermeidung des zusätzlichen Aufwands von zwei Ausgleichswellen den Massenausgleich ohne Hervorrufung zusätzlicher unerwünschter Beanspruchungen bewirkt.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausgleich der oszillierenden Massen einer Zweizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Kur belwelle, deren Kurbelkröpfungen einseitig bezüglich der Kurbelwellenachse in einer gemeinsamen Ebene liegen, da durch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen auf der den Kurbelkröpfungen (2, 3) bezüglich der Kurbelwellenachse gegenüberliegenden Seite mit im Hinblick auf den halben Massenausgleich ausgelegten ersten exzentrischen Aus gleichsmassen (6) versehen sind und auf der Kurbelwelle (1) um die Kurbelwellenachse gegensinnig zur Kurbelwelle (1) mit Kurbelwellendrehzahl rotierend und axialsymme trisch zu den oszillierenden Massen (4, 5) zumindest eine zweite exzentrische Ausgleichsmasse (7) gelagert ist, die bei OT-Stellung der Kurbelkröpfungen (2, 3) in deren Ebene auf der ihnen bezüglich der Kurbelwellenachse gegenüber liegenden Seite liegt und im Hinblick auf den restlichen Massenausgleich ausgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ausgleichsmasse (7) vorhanden ist und diese, axialsymmetrisch zwischen den Kurbelkröpfungen (2, 3) ge lagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß sich parallel zur Kurbelwelle (1) eine Antriebs welle (8) für die zweite exzentrische Ausgleichsmasse (7) erstreckt, zwischen Kurbelwelle (1) und Antriebswelle (8) eine Drehzahlhochübersetzung (9), dagegen zwischen An triebswelle (8) und zweiter Ausgleichsmasse (7) eine ent sprechende Drehzahluntersetzung (10) vorgesehen ist und auf der Antriebswelle (8) eine umfangssymmetrische dritte Ausgleichsmasse (11) zum Drehausgleich von Wechselmomenten um die Kurbelwellenachse drehfest angeordnet ist.