FR2627803A1 - Inertia force balancer for piston crank shaft machines - Google Patents

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Klaus-Dieter Emmenthal
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Abstract

The balancer for the inertia forces and/or moments of a piston-crankshaft machine consists of a pair of balancing shafts parallel to a crankshaft contained in a crank housing and possessing eccentric balancing masses. The balancing shafts are mounted in balancing housings in the form of enclosed units fixed to the enclosed crank housing of the lifting cylinder crank shaft machine. The enclosed sides of the crank housing has holder eyelets for attaching the balancing housing.

Description

L'invention a pour objet un dispositif d'équilibrage des forces et/ou des moments d'inertie pour machines à piston alternatif et s vilebrequin, comportant une paire d'arbres d'équilibrage qui sont disposés parallèlement i un vilebrequin logé dans un carter de vilebrequin, qui comprennent chacun une masse excentrique d'équilibrage, et qui sont entraînés par le vilebrequin à une vitesse qui est un multiple du régime du vilebrequin, correspondant & l'ordre des forces i compenser. The subject of the invention is a device for balancing the forces and / or moments of inertia for machines with reciprocating piston and crankshaft, comprising a pair of balancing shafts which are arranged parallel to a crankshaft housed in a casing. of the crankshaft, which each comprise an eccentric balancing mass, and which are driven by the crankshaft at a speed which is a multiple of the speed of the crankshaft, corresponding to the order of the forces to compensate.

Dans le cas des dispositifs connus d'équilibrage des masses, les arbres d'équilibrage sont disposés directement å l'intérieur du carter du vilebrequin. D'autres réalisations prévoient les arbres d'équilibrage au niveau des parois latérales du carter du vilebrequin, auquel cas ils sont protégés simplement par un couvercle de carter. La chambre mouillée par l'huile de ces carters de vilebrequin communique alors directement avec la chambre dans laquelle tournent les arbres d'équilibrage (voir par exemple le document allemand DE-OS 31 19- 362, 33 14 801). In the case of known mass balancing devices, the balancing shafts are arranged directly inside the crankcase. Other embodiments provide for the balancing shafts at the side walls of the crankshaft housing, in which case they are simply protected by a housing cover. The oil-wetted chamber of these crankshaft housings then communicates directly with the chamber in which the balancing shafts rotate (see for example the German document DE-OS 31 19-362, 33 14 801).

Cependant, toutes ces rëalisations nécessitent un élargissement considérable des carters de vilebrequin, comparées aux réalisations traditionnelles des carters sans arbres d'équilibrage, ce qui entraîne des problèmes de fabrication en série des carters sur les chaînes de transfert existantes. De plus, un tel carter est alors construit de telle façon qu'il ne peut être employé raisonnablement qu'avec un dispositif d'équilibrage des masses. However, all these embodiments require a considerable enlargement of the crankshaft casings, compared to the traditional embodiments of casings without balancing shafts, which leads to problems of mass production of the casings on the existing transfer chains. In addition, such a casing is then constructed in such a way that it can only be used reasonably with a mass balancing device.

Aussi, le but de l'invention est-il de creer un dispositif d'équilibrage des masses du genre mentionné en introduction, qui limite les modifications du carter ordinaire et qui, en particulier, n'augmente que légèrement l'encombrement de celui-ci. De plus, il doit laisser la possibilité d'utiliser le même carter de vilebrequin sur les machines à vilebrequin avec et sans dispositif d'équilibrage des masses. Also, the object of the invention is to create a device for balancing the masses of the kind mentioned in the introduction, which limits modifications to the ordinary casing and which, in particular, only slightly increases the size of the latter. this. In addition, it must allow the possibility of using the same crankcase on crankshaft machines with and without a mass balancing device.

Ce but est atteint grâce au fait que les arbres d'équilibrage sont logés dans des carters support qui sont fixés en tant qu'organes complets de montage sur le carter fermé du vilebrequin de la machine à piston alternatif et à vilebrequin. En logeant, selon l'invention, le dispositif d'équilibrage des masses dans un carter fermé individuel, qui est fixé sur les parois latérales du carter du vilebrequin, on évite l'élargissement, indispensable autrement, du carter du vilebrequin. De plus, le même carter de vilebrequin peut être utilisé dans les machines à piston alternatif et a vilebrequin avec et sans un dispositif d'équilibrage des masses. This object is achieved thanks to the fact that the balancing shafts are housed in support casings which are fixed as complete mounting members on the closed crankcase of the reciprocating piston and crankshaft machine. By housing, according to the invention, the mass balancing device in an individual closed casing, which is fixed to the side walls of the crankshaft casing, the widening, which is otherwise essential, of the crankshaft casing is avoided. In addition, the same crankcase can be used in reciprocating piston and crankshaft machines with and without a mass balancing device.

Des réalisations pratiques de l'invention découlent du fait que le carter du vilebrequin comporte des bossages support disposés sur ses parois latérales fermées et destinés à assurer la fixation rigide des carters support, et que chaque carter support est constitué d'un élément tubulaire monobloc dans lequel est logé l'arbre d'équilibrage dont une extrémité, munie d'une roue d'entraînement, sort de ce carter, et que la chambre intérieure du carter support peut être soumise & un vide partiel, et que la chambre intérieure du carter support est raccordée, par l'intermédiaire d'une tuyauterie à dépression, à la tubulure d'admission de la machine a vilebrequin réalisée sous forme d'un moteur & combustion interne, à un endroit où il règne, au moins temporairement, un vide partiel. Practical embodiments of the invention arise from the fact that the crankshaft casing has support bosses arranged on its closed side walls and intended to ensure the rigid fixing of the support casings, and that each support casing consists of a one-piece tubular element in which is housed the balancing shaft, one end of which, fitted with a drive wheel, comes out of this housing, and that the interior chamber of the support housing can be subjected to partial vacuum, and that the interior chamber of the housing support is connected, by means of a vacuum pipe, to the intake manifold of the crankshaft machine produced in the form of an engine & internal combustion, at a place where there is, at least temporarily, a vacuum partial.

Les dessins annexés illustrent un exemple de réalisation de l'invention, qui sera décrit plus en détail par la suite. Sur les dessins
- la figure 1 représente une vue en coupe transversale du carter d'une machine a piston alternatif et à vilebrequin, dotée du dispositif d'équilibrage des masses selon l'invention, et
- la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du carter d'un dispositif d'équilibrage des masses.The accompanying drawings illustrate an exemplary embodiment of the invention, which will be described in more detail below. On the drawings
FIG. 1 represents a cross-sectional view of the casing of a reciprocating piston and crankshaft machine, provided with the mass balancing device according to the invention, and
- Figure 2 shows a longitudinal sectional view of the housing of a mass balancing device.

Sur la figure 1, la référence 1 désigne globalement une machine à piston alternatif et à vilebrequin, qui est réalisée ici sous forme d'un moteur bicylindre å quatre temps.à combustion interne. La machine 1 a vilebrequin comporte un carter 2 de vilebrequin dans lequel est logé un vilebrequin 3 muni de contrepoids 4. Des pistons 5, reliés au vilebrequin par l'intermédiaire de bielles 6, coulissent a l'intérieur des cylindres 7 du carter du vilebrequin.La machine bicylindre à pistons alternatifs et à vilebrequin décrite ici a titre d'exemple génère, entre autres, des forces d'inertie du premier ordre relativement élevées non compensëes, qui provoquent de fortes vibrations du carter du vilebrequin et, de ce fait, du véhicule équipé d'une telle machine a piston alternatif et à vilebrequin. In FIG. 1, the reference 1 generally designates a machine with reciprocating piston and crankshaft, which is produced here in the form of a two-cylinder four-stroke internal combustion engine. The crankshaft machine 1 comprises a crankshaft casing 2 in which is housed a crankshaft 3 provided with counterweight 4. Pistons 5, connected to the crankshaft by means of connecting rods 6, slide inside the cylinders 7 of the crankshaft housing The twin-cylinder machine with reciprocating pistons and crankshaft described here by way of example generates, inter alia, relatively high first-order inertia forces which are not compensated for, which cause strong vibrations of the crankshaft housing and, therefore, of the vehicle fitted with such a reciprocating piston and crankshaft machine.

Afin d'absorber une partie des forces d'inertie du premier ordre, l'on prévoit généralement des contrepoids 4 disposés sur le vilebrequin 3, qui sont destinés a compenser, en dehors des forces d'inertie des pièces tournantes, environ 50% des forces d'inertie des pièces oscillantes, par exemple. Le reste des forces d'inertie des masses oscillantes peut être contrebalancé à l'aide des dispositifs d'équilibrage. De tels dispositifs d'équilibrage sont réalisés, selon l'invention, sous forme d'organes complets lla et llb de montage, qui seront fixés sur les parois latérales 8a et 8b du carter du vilebrequin 2.A cette fin, il suffit de doter les parois latérales 8a et 8b de bossages supports adéquats 9a et 9b ou 10a et 10b; sur lesquels les organes de montage seront installés au moyen de vis 13 de fixation.  In order to absorb some of the first order inertia forces, counterweights 4 are generally provided on the crankshaft 3, which are intended to compensate, apart from the inertia forces of the rotating parts, about 50% of the inertial forces of oscillating parts, for example. The rest of the inertial forces of the oscillating masses can be counterbalanced using the balancing devices. According to the invention, such balancing devices are produced in the form of complete mounting members 11a and 11b, which will be fixed to the side walls 8a and 8b of the crankcase 2. To this end, it suffices to provide the side walls 8a and 8b of suitable support bosses 9a and 9b or 10a and 10b; on which the mounting members will be installed by means of fixing screws 13.

Les dispositifs d'équilibrage se composent chacun, comme l'indique la figure 2, d'un arbre 15 d'équilibrage muni d'un contrepoids excentrique 16 et logé, par l'intermédiaire de roulements 18 et 19, de préférence graissés a vie, dans un carter d'équilibrage réalisé sous forme d'un carter support 12-. Dans le cas présent, le carter support 12 est un élément tubulaire monobloc, comportant des sections cylindriques étagées 20a, 20b et 20c, les bagues extérieures des roulements 18 et 19 de l'arbre d'équilibrage étant maintenues dans les sections cylindriques 20a et 20c.Hormis les tourillons 21a et 21b, portant les segments internes des roulements 18 et 19 de l'arbre d'équilibrage, l'arbre d'équilibrage 15 comporte, du côté saillant hors du carter support 12, un bout d'arbre 22 sur lequel se fixe, au moyen d'une vis 25 et d'une rondelle 24 de maintien, une roue 23 d'entraînement. La roue 23 d'entraînement peut être mue, par exemple, par l'intermédiaire d'une courroie à deux faces crantées non représentée ici, qui est entraînée par une poulie motrice montée sur le vilebrequin. The balancing devices each consist, as shown in Figure 2, of a balancing shaft 15 provided with an eccentric counterweight 16 and housed, by means of bearings 18 and 19, preferably greased for life , in a balancing casing produced in the form of a support casing 12-. In the present case, the support casing 12 is a one-piece tubular element, comprising stepped cylindrical sections 20a, 20b and 20c, the outer rings of the bearings 18 and 19 of the balancing shaft being maintained in the cylindrical sections 20a and 20c .Apart from the pins 21a and 21b, carrying the internal segments of the bearings 18 and 19 of the balancing shaft, the balancing shaft 15 comprises, on the projecting side outside of the support casing 12, a shaft end 22 on which is fixed, by means of a screw 25 and a retaining washer 24, a drive wheel 23. The drive wheel 23 can be moved, for example, by means of a belt with two notched faces not shown here, which is driven by a drive pulley mounted on the crankshaft.

Le carter support 12 exécuté, par exemple, sous forme d'un carter moulé monobloc, est pourvu de pattes 14 et 17 de fixation, qui reçoivent les boulons 13 de fixation destinés å en assurer le maintien sur les bossages support 9a, 9b et 10a, 10b disposés sur les parois latérales 8a et 8b du carter du vilebrequin. The support casing 12, executed, for example, in the form of a one-piece molded casing, is provided with fixing lugs 14 and 17, which receive the fixing bolts 13 intended to ensure its maintenance on the support bosses 9a, 9b and 10a , 10b disposed on the side walls 8a and 8b of the crankcase.

Ainsi, l'idée directrice de la présente invention est de prévoir les dispositifs d'équilibrage des masses sous forme d'organes complets, prémontés, fixés sur les deux parois latérales extérieures du carter fermé du vilebrequin, et d'obtenir ainsi un équilibrage des forces d'inertie non compensées générées par la machine à piston alternatif et a vilebrequin. Dans le cas de l'exemple représenté sur les dessins, seules les forces d'inertie du ler ordre sont compensées. Par conséquent, il est suffisant de faire tourner les arbres 15 d'équilibrage au régime du vilebrequin 3. Par contre, le sens de rotation des arbres d'équilibrage 15 est opposé à celui du vilebrequin, comme l'indiquent les flèches sur la figure 1. Thus, the guiding idea of the present invention is to provide the mass balancing devices in the form of complete, pre-assembled members, fixed on the two outer lateral walls of the closed crankcase, and thus to obtain a balancing of the uncompensated inertial forces generated by the reciprocating piston and crankshaft machine. In the case of the example shown in the drawings, only the 1st order inertia forces are compensated. Consequently, it is sufficient to rotate the balancing shafts 15 at the speed of the crankshaft 3. On the other hand, the direction of rotation of the balancing shafts 15 is opposite to that of the crankshaft, as indicated by the arrows in the figure 1.

Grâce à l'invention, l'on obtient un dispositif d'équilibrage des masses pour machines à piston alternatif et à vilebrequin, qui ne nécessite pas l'élargissement du carter du vilebrequin. Elle permet en outre d'utiliser la même machine à vilebrequin avec et sans le dispositif d'équilibrage des masses, sans modification de sa conception extérieure. L'emplacement des dispositifs d'équilibrage des masses sur les deux parois latérales du carter 2 au niveau de l'axe du vilebrequin est facilité par le fait que les appareils auxiliaires, tels que le démarreur, le filtre å huile, l'alternateur etc, généralement nécessaires sur une telle machine lorsqu'elle est réalisée sous forme d'un moteur a combustion interne, ne se situent pas dans le même plan.Au contraire, ceux-ci sont habituellement disposés au-dessus de cet espace. Thanks to the invention, a mass balancing device for reciprocating piston and crankshaft machines is obtained, which does not require the enlargement of the crankcase. It also makes it possible to use the same crankshaft machine with and without the mass balancing device, without modifying its exterior design. The location of the mass balance devices on the two side walls of the casing 2 at the crankshaft axis is facilitated by the fact that the auxiliary devices, such as the starter, the oil filter, the alternator, etc. , generally necessary on such a machine when it is produced in the form of an internal combustion engine, are not located in the same plane. On the contrary, these are usually arranged above this space.

En construisant le carter support 12 sous forme d'un carter tubulaire monobloc, fermé d'un côté, par exemple, l'on peut le raccorder à un système à vide partiel, de façon à diminuer les pertes de puissance éventuelles occasionnées par les contrepoids. Ceci est atteint simplement en raccordant, par l'intermédiaire d'une tuyauterie a dépression non représentée sur le dessin, la chambre intérieure du carter support à un endroit de la tubulure d'admission du moteur à combustion interne qui reste, au moins durant la plupart du temps de fonctionnement du moteur, sous dépression. Sur les moteurs à combustion interne à allumage par étincelle, l'endroit le mieux adapté se situe généralement sur la tubuluré d'admission, entre les soupapes d'admission et le papillon des gaz.  By constructing the support casing 12 in the form of a one-piece tubular casing, closed on one side, for example, it can be connected to a partial vacuum system, so as to reduce the possible power losses caused by the counterweights. . This is achieved simply by connecting, via a vacuum pipe not shown in the drawing, the interior chamber of the support housing to a place in the intake manifold of the internal combustion engine which remains, at least during the most of the engine operating time, under vacuum. On internal combustion spark ignition engines, the most suitable location is generally located on the intake manifold, between the intake valves and the throttle valve.

Enfin, il convient de rappeler que le dispositif réalisé selon l'invention peut, bien entendu, être appliqué également aux cas d'équilibrage des forces et des moments d'inertie d'ordre élevé, ainsi qu'aux machines multicylindres ; les arbres d'équilibrage étant alors entraînés dans un rapport de démultiplication par rapport à la vitesse du vilebrequin, à dés régimes correspondant à l'ordre des forces d'inertie à compenser.  Finally, it should be recalled that the device produced according to the invention can, of course, also be applied to cases of balancing of forces and moments of inertia of high order, as well as to multi-cylinder machines; the balancing shafts then being driven in a reduction ratio with respect to the speed of the crankshaft, at different speeds corresponding to the order of the inertia forces to be compensated.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'équilibrage des forces et/ou des moments d'inertie pour machines à piston alternatif et à vilebrequin, comportant une paire d'arbres d'équilibrage qui sont disposés parallèlement à un vilebrequin logé dans un carter de vilebrequin, qui comprennent chacun une masse excentrique d'équilibrage, et qui sont entraînés par le vilebrequin à une vitesse qui est un multiple du régime du vilebrequin, correspondant à l'ordre des forces à compenser, caractérisé par le fait que les arbres (15) d'équilibrage sont logés dans des carters support (12) qui sont fixés en tant qu'organes complets (lla, llb) de montage sur le carter fermé (2) du vilebrequin de la machine (1) à piston alternatif et à vilebrequin. 1. Balancing device for forces and / or moments of inertia for reciprocating piston and crankshaft machines, comprising a pair of balancing shafts which are arranged parallel to a crankshaft housed in a crankshaft housing, which comprise each an eccentric balancing mass, and which are driven by the crankshaft at a speed which is a multiple of the speed of the crankshaft, corresponding to the order of the forces to be compensated, characterized in that the balancing shafts (15) are housed in support casings (12) which are fixed as complete parts (lla, llb) for mounting on the closed casing (2) of the crankshaft of the machine (1) with reciprocating piston and crankshaft. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le carter (2) du vilebrequin comporte des bossages support (9a, 9b ; 10a, 10b) disposés sur ses parois latérales fermées (8a, 8b) et destinés à assurer la fixation rigide des carters support (12). 2. Device according to claim 1, characterized in that the crankcase (2) comprises support bosses (9a, 9b; 10a, 10b) arranged on its closed side walls (8a, 8b) and intended to ensure the fixing rigid support casings (12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque carter support (12) est constitué d'un élément tubulaire monobloc dans lequel est logé l'arbre (15) d'équilibrage dont une extrémité, munie d'une roue (23) d'entraînement, sort de ce carter. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that each support casing (12) consists of a one-piece tubular element in which is housed the balancing shaft (15), one end of which is provided with a drive wheel (23) comes out of this casing. 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la chambre intérieure du carter support (12) peut être soumise à un vide partiel. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner chamber of the support casing (12) can be subjected to a partial vacuum. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la chambre intérieure du carter support (12) est raccordée, par l'intermédiaire d'une tuyauterie à dépression, .à la tubulure d'admission de la machine à vilebrequin réalisée sous forme d'un moteur à combustion interne, à un endroit où il règne, au moins temporairement, un vide partiel.  5. Device according to claim 4, characterized in that the inner chamber of the support casing (12) is connected, by means of a vacuum pipe, .to the intake manifold of the crankshaft machine produced under form of an internal combustion engine, in a place where there is, at least temporarily, a partial vacuum.
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