WO2012156168A1 - Massenausgleichsgetriebe einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Siegfried Tisch
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264—Rotating balancer shafts
    • F16F15/267—Rotating balancer shafts characterised by bearing support of balancer shafts; Lubrication arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
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    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2173—Cranks and wrist pins
    • Y10T74/2183—Counterbalanced
    • Y10T74/2184—Vibration dampers

Definitions

  • the invention relates to a mass balancing gear to compensate for free inertial forces and / or free mass moments of an internal combustion engine.
  • the mass balancing gear comprises a gear housing with bearings, at least one balancer shaft with a drive section and an imbalance section and roller bearings, by means of which the balancer shaft is mounted in the bearings.
  • the mass balancing gear which is arranged as a so-called Lancaster compensation with two double crankshaft speed counter rotating balancing shafts below the crankshaft, at the same time includes the pump of the lubricating oil circuit of the internal combustion engine by the meshing drive gears of the balancer shafts len form a gear pump.
  • Their task is also to keep the gear housing oil-free in the range of the chain drive of the balance shafts to counteract a OlverCumung due to the rotating sprocket.
  • the end portions of the balance shafts are mounted in the transmission housing by means of rolling bearings connected to the lubricating oil circuit.
  • the present invention has for its object to improve a mass balancing gearbox of the type mentioned in terms of rolling bearing lubrication.
  • the transmission be hydraulically sealed housing such that the unbalance portion and at least one of the rolling bearings are hydraulically separated from the drive section and provided with a self-sufficient lubrication.
  • the at least partial lubrication oil isolation of the mass balance gear from the oil circuit of the internal combustion engine causes, above all, that the lubricating oil circulating only in the mass balancing gear is not exposed to contamination by combustion residues such as abrasive soot particles or increased water fractions as a result of combustion of ethanol-containing fuels. This leads to a significant increase in the service life of the bearing or bearings supplied by the self-sufficient lubrication.
  • the inventive separate lubrication is particularly suitable for mass balance gearboxes, which are arranged within the oil pan of the internal combustion engine, in which case the axis of the balance shaft geodetically below the nominal oil circuit level of the internal combustion engine and above the nomina- len oil level of autarkic lubrication.
  • the term ' nominal oil level ' means the oil level at rest at the specified capacity. In this embodiment, therefore, the oil level within the sealed transmission housing is so dimensioned that the filling level ensures on the one hand sufficient lubrication conditions on the self-lubricated rolling bearings, on the other hand, however, leads to the lowest possible seizing losses / oil foaming of the immersed therein balancer shaft.
  • lubricating oils with different properties are provided for autarkic lubrication on the one hand and the oil circuit of the engine on the other hand.
  • the lubricating oil intended for autarkic lubrication is expediently gate to a roller bearing oil, which is adapted primarily to the requirements of the rolling bearing lubrication and therefore would be unsuitable for the oil circuit of the internal combustion engine.
  • Figure 2 shows the transmission scheme of a known, designed as a Lancaster compensation mass balancing transmission.
  • FIG. 2 a well-known as Lancaster compensation mass balancing a reciprocating internal combustion engine is shown schematically in four-cylinder in-line construction.
  • the internal combustion engine comprises the piston 2 oscillating in the cylinders 1, whose longitudinal movement is converted via connecting rod 3 into the rotation of the crankshaft 4.
  • This drives - here via an intermediate shaft 5 - two balancing shafts 6 with imbalances 7, wherein the balancer shafts 6 rotate parallel to the crankshaft 4 with double crankshaft speed in opposite directions.
  • the mass balancing gear serves to balance the second-order free mass forces.
  • FIG. 1 shows a significant part of the understanding of the invention of a mass balancing transmission according to the invention in longitudinal section through a transmission housing 8. It is also a Lancaster compensation, of which, however, only one of the otherwise identical balancing shafts 6 shown is. Also not shown is screwed to a drive portion 9 of the balancer shaft 6 drive wheel in the form of a meshing with the crankshaft of the internal combustion engine spur gear.
  • the radial bearing of the balance shaft 6 takes place by means of roller bearings 10 and 1 1, on both sides of an unbalance section 12 adjacent bearing pin 13 and 14 inner ring free, ie immediately roll.
  • the axial bearing takes place by means of a ball bearing 15, which is mounted on the drive section 9.
  • the two radial bearings 10, 1 1 and the thrust bearing 15 are themselves mounted in corresponding bearing points 16 and 17 and 18 of the gear housing 8.
  • the mass balancing transmission is located inside the oil sump (not shown) of the internal combustion engine, the nominal oil level of the oil circuit running at the level of the solid line according to the level symbol above the shaft axis 19.
  • a shaft sealing ring 20 inserted between the ball bearing 15 and the drive-side roller bearing 10, in conjunction with a rear housing cover 21, ensures that the housing space extending therebetween is hydraulically sealed to the environment, ie to the oil sump.
  • This housing space is filled with a self-sufficient, pressureless lubrication in the form of an optimized on the tribological conditions on the roller bearings 10, 1 1 out roller bearing oil.
  • the nominal oil level of the rolling bearing oil is dimensioned so that it ensures a sufficient supply of lubricant to the two roller bearings 10 and 1 1 with the smallest possible churning losses by the rotating imbalance section 12. According to the associated fill level symbol of autarkic lubrication, its oil level is at the level of the dashed line and thus runs significantly below the shaft axis 19.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Massenausgleichsgetriebe einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Getriebegehäuse (8) mit Lagerstellen (16, 17, 18), zumindest eine Ausgleichswelle (6) mit einem Antriebsabschnitt (9) und einem Unwuchtabschnitt (12) und Wälzlager (10, 11, 15), mittels denen die Ausgleichswelle in den Lagerstellen gelagert ist. Dabei soll das Getriebegehäuse hydraulisch abgedichtet sein, so dass der Unwuchtabschnitt und zumindest eines der Wälzlager gegenüber dem Antriebsabschnitt hydraulisch separiert und mit einer autarken Schmierung versehen sind.

Description

Massenausgleichsgetriebe einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Massenausgleichsgetriebe zum Ausgleich von freien Massenkräften und/oder freien Massenmomenten einer Brennkraftmaschine. Das Massenausgleichsgetriebe umfasst ein Getriebegehäuse mit Lagerstellen, zumin- dest eine Ausgleichswelle mit einem Antriebsabschnitt und einem Unwuchtabschnitt und Wälzlager, mittels denen die Ausgleichswelle in den Lagerstellen gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine Brennkraftmaschine mit einem gattungsgemäßen Massenausgleichsgetriebe ist aus der US 2,914,963 A vorbekannt. Das Massenausgleichsgetriebe, das als sogenannter Lancaster-Ausgleich mit zwei mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen unterhalb der Kurbelwelle angeordnet ist, umfasst gleichzeitig die Pumpe des Schmierölkreislaufs der Brennkraftmaschine, indem die miteinander kämmenden Antriebszahnräder der Ausgleichswel- len eine Zahnradpumpe bilden. Deren Aufgabe besteht auch darin, das Getriebegehäuse im Bereich des Kettenantriebs der Ausgleichswellen ölfrei zu halten, um einer Olverschäumung infolge des rotierenden Kettenrads entgegenzuwirken. Die Endabschnitte der Ausgleichswellen sind mittels an den Schmierölkreislauf angeschlossenen Wälzlagern im Getriebegehäuse gelagert. Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massenausgleichsgetriebe der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Wälzlagerschmierung zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 , während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind. Demnach soll das Getriebege- häuse hydraulisch abgedichtet sein derart, dass der Unwuchtabschnitt und zumindest eines der Wälzlager gegenüber dem Antriebsabschnitt hydraulisch separiert und mit einer autarken Schmierung versehen sind. Die zumindest partielle Schmierölisolation des Massenausgleichsgetriebes vom Ölkreislauf der Brenn- kraftmaschine bewirkt vor allem, dass das lediglich im Massenausgleichsgetriebe zirkulierende Schmieröl keiner Kontamination durch Verbrennungsrückstände, wie z.B. abrasiven Rußpartikeln oder erhöhten Wasseranteilen als Folge einer Verbrennung ethanolhaltiger Kraftstoffe ausgesetzt ist. Dies führt zu einer deutlichen Lebensdauererhöhung des oder der von der autarken Schmierung versorg- ten Wälzlager.
Die erfindungsgemäße Getrenntschmierung eignet sich insbesondere für Massenausgleichsgetriebe, die innerhalb der Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei dann die Achse der Ausgleichswelle geodätisch unterhalb des nominalen Ölkreislaufpegels der Brennkraftmaschine und oberhalb des nomina- len Ölpegels der autarken Schmierung verlaufen soll. Unter dem Begriff 'nominaler Ölpegel' ist der in Ruhe befindliche Ölfüllstand bei vorgeschriebener Füllmenge zu verstehen. Bei dieser Ausgestaltung ist also der Ölfüllstand innerhalb des abgedichteten Getriebegehäuses so bemessen, dass die Füllstandshöhe einerseits ausreichende Schmierverhältnisse an den autark geschmierten Wälzlagern gewährleistet, andererseits jedoch zu möglichst geringen Panschverlusten / Öl- verschäumung der darin eintauchenden Ausgleichswelle führt. Dies ist insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen mit Start-Stop-Funktion interessant, da dann beim (wiederholten) Startvorgang der Brennkraftmaschine eine allenfalls geringe Verdrängung des Schmieröls aus dem Umlaufbereich des Unwuchtab- Schnitts der Ausgleichswelle erforderlich ist. Das in geringerem Umfang verschäumte Schmieröl ist ebenfalls vorteilhaft für die Schmierverhältnisse an den autark geschmierten Wälzlagern.
Zugunsten weiterhin verbesserter Schmierverhältnisse sind für die autarke Schmierung einerseits und den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine andererseits Schmieröle mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen. Dabei handelt es sich bei dem für die autarke Schmierung vorgesehenen Schmieröl zweckmäßi- gerweise um ein Wälzlageröl, das in erster Linie auf die Anforderungen der Wälzlagerschmierung hin angepasst ist und daher für den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine ungeeignet wäre.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massenausgleichsgetriebes dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen: Figur 1 einen Teil des Massenausgleichsgetriebes im Längsschnitt und
Figur 2 das Getriebeschema eines bekannten, als Lancaster-Ausgleich ausgebildeten Massenausgleichsgetriebes.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sei zum besseren Verständnis von Figur 2 ausgehend erläutert, in der ein auch als Lancaster-Ausgleich bekanntes Massenausgleichsgetriebe einer Hubkolben-Brennkraftmaschine in Vierzylinder-Reihenbauweise schematisch dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst die in den Zylindern 1 oszillierenden Kolben 2, deren Längsbewegung über Pleuel 3 in die Rotation der Kurbelwelle 4 umgesetzt wird. Diese treibt - hier über eine Zwischenwelle 5 - zwei Ausgleichs- wellen 6 mit Unwuchten 7 an, wobei die Ausgleichswellen 6 parallel zur Kurbelwelle 4 mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegenläufig rotieren. Im vorliegenden Fall der Vierzylindermaschine dient das Massenausgleichsgetriebe dem Ausgleich der freien Massenkräfte zweiter Ordnung.
Figur 1 zeigt einen für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teil eines erfindungsgemäßen Massenausgleichsgetriebes im Längsschnitt durch ein Getriebegehäuse 8. Es handelt sich ebenfalls um einen Lancaster-Ausgleich, von dem jedoch nur eine der ansonsten baugleichen Ausgleichswellen 6 dargestellt ist. Ebenfalls nicht dargestellt ist das mit einem Antriebsabschnitt 9 der Ausgleichswelle 6 verschraubte Antriebsrad in Form eines mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kämmenden Stirnrads. Die radiale Lagerung der Ausgleichswelle 6 erfolgt mittels Rollenlager 10 und 1 1 , die auf beidseits eines Unwuchtab- Schnitts 12 angrenzenden Lagerzapfen 13 und 14 innenringfrei, d.h. unmittelbar abwälzen. Die axiale Lagerung erfolgt mittels eines Kugellagers 15, das auf dem Antriebsabschnitt 9 aufgezogen ist. Die beiden Radiallager 10, 1 1 und das Axiallager 15 sind selber in korrespondierenden Lagerstellen 16 und 17 bzw. 18 des Getriebegehäuses 8 gelagert. Das Massenausgleichsgetriebe befindet sich innerhalb der (nicht dargestellten) Ölwanne der Brennkraftmaschine, wobei der nominale Ölpegel von deren Ölkreis- lauf auf Höhe der durchgezogenen Linie gemäß dem Füllstandssymbol oberhalb der Wellenachse 19 verläuft. Ein zwischen dem Kugellager 15 und dem antrieb- seitigen Rollenlager 10 eingesetzter Wellendichtring 20 sorgt in Verbindung mit einem rückwärtigen Gehäusedeckel 21 dafür, dass der dazwischen verlaufende Gehäuseraum zur Umgebung, d.h. zur Ölwanne hin hydraulisch abgedichtet ist. Dieser Gehäuseraum ist mit einer autarken, drucklosen Schmierung in Form eines auf die tribologischen Verhältnisse an den Rollenlagern 10, 1 1 hin optimierten Wälzlageröls befüllt. Der nominale Ölpegel des Wälzlageröls ist so bemessen, dass er bei möglichst kleinen Panschverlusten durch den rotierenden Unwuchtabschnitt 12 eine ausreichende Schmiermittelversorgung der beiden Rollenlager 10 und 1 1 gewährleistet. Gemäß dem zugehörigen Füllstandssymbol der autarken Schmierung befindet sich deren Ölpegel auf Höhe der gestrichelten Linie und verläuft somit deutlich unterhalb der Wellenachse 19. Liste der Bezugszahlen
1 Zylinder
2 Kolben
3 Pleuel
4 Kurbelwelle
5 Zwischenwelle 6 Ausgleichswelle
7 Unwucht
8 Get ebegehäuse
9 Antriebsabschnitt
10 Rollenlager / Radiallager
1 1 Rollenlager / Radiallager
12 Unwuchtabschnitt
13 Lagerzapfen
14 Lagerzapfen
15 Kugellager / Axiallager
16 Lagerstelle
17 Lagerstelle
18 Lagerstelle
19 Achse der Ausgleichswelle
20 Wellendichtring
21 Gehäusedeckel

Claims

Patentansprüche
1 . Massenausgleichsgetriebe einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Getriebegehäuse (8) mit Lagerstellen (16, 17, 18), zumindest eine Ausgleichswelle (6) mit einem Antriebsabschnitt (9) und einem Unwuchtabschnitt (12) und Wälzlager (10, 1 1 , 15), mittels denen die Ausgleichswelle (6) in den Lagerstellen (16, 17, 18) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (8) hydraulisch abgedichtet ist derart, dass der Unwuchtabschnitt (12) und zumindest eines der Wälzlager (10, 1 1 ) gegenüber dem Antriebsabschnitt (9) hydraulisch separiert und mit einer autarken Schmierung versehen sind.
2. Massenausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Massenausgleichsgetriebe innerhalb der Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Achse (19) der Ausgleichswelle (6) geodätisch unterhalb des nominalen Ölkreislaufpegels der Brennkraftmaschine und o- berhalb des nominalen Ölpegels der autarken Schmierung verläuft.
3. Massenausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die autarke Schmierung und den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine Schmieröle mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen sind.
4. Massenausgleichsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem für die autarke Schmierung vorgesehenen Schmieröl um ein
Wälzlageröl handelt.
5. Massenausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (6) mittels beidseitig des Unwuchtabschnitts (12) angeordneten Radiallagern (10, 1 1 ) und einem seitens des Antriebsabschnitts (9) angeordneten Axiallager (15) in den dazu korrespondierenden Lagerstellen (16, 17, 18) des Getriebegehäuses (8) gelagert ist, wobei ein zwischen dem Axiallager (15) und dem antriebseitigen Radiallager (10) eingesetzter Wellen- dichtring (20) zur hydraulischen Abdichtung des Getriebegehäuses (8) dient.
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