DE102006061317A1

DE102006061317A1 - Vibration damping device on an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102006061317A1
Application number: DE200610061317
Authority: DE
Inventors: Heiner Mueller; Johannes Dipl.-Ing. Pfalzgraf
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine (1), die mindestens einen über ein Kurbelwellenrad (6) und mindestens ein Umlenkrad (7) laufenden Endlostrieb (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass das Umlenkrad (7) als Schwingungsausgleichsrad (21) zur Dämpfung von Schwingungen des Endlostriebs (3) ausgebildet ist.The The invention relates to a vibration damping device on a Internal combustion engine (1), the at least one via a crankshaft wheel (6) and at least one deflecting wheel (7) has running endless drive (3). It is envisaged that the deflection wheel (7) as Schwingungsausgleichsrad (21) for damping is formed by vibrations of the endless drive (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine nach Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a vibration damping device on a Internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, werden heute ganz überwiegend als Hubkolbenmotoren ausgeführt. Diese setzen die Volumenänderung eines Gases in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle um. Dies geschieht dadurch, dass die durch Zündung bewirkte Ausdehnung des Gases in einem Zylinder Arbeit an einem Kolben verrichtet, die durch eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird. Die oszillierende Bewegung des Kolbens wird dadurch in eine Drehbewegung umgesetzt. In Folge der Hubbewegung der Kolben und Pleuel sowie in Folge des ungleichförmigen Übertragungsverhaltes des Kurbeltriebs (Kurbelwelle) treten Massekräfte auf, die sich in den Motorlagern abstützen und benachbarte Strukturen zu Schwingungen anregen. Zum Ausgleich rotierender Massen des Kurbeltriebs finden Ausgleichswellen Anwendung, die insbesondere bei Reihenmotoren mit weniger als sechs Zylindern und V-Motoren mit weniger als acht Zylindern zum Einsatz kommen. Insbesondere bei Vier-Zylinder-Motoren dominiert hierbei die sogenannte zweite Motorordnung, also eine Schwingung, die mit der zweifachen Kurbelwellendrehzahl (die die Motorgrundordnung oder die erste Motorordnung vorgibt) auftritt. Diese Motorordnungen treten nicht nur in der Brennkraftmaschine selbst, sondern insbesondere auch an Nebenaggregaten und an mit dieser verbundenen Endlostrieben auf, wobei diese Endlostriebe daher durch hydraulische Bedämpfungselemente oder andere Dämpfungsvorrichtungen, die beispielsweise über hydraulische Riemenspanner den Endlostrieb beaufschlagen, bedampft werden. Dies erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand und insbesondere aufwendige hydraulische Dämpfungsvorrichtungen, die jedoch bevorzugt einen bestimmten Frequenzbereich wirksam bedämpfen.Internal combustion engines, in particular for motor vehicles, become quite prevalent today designed as reciprocating engines. These set the volume change of a gas in a rotational movement of a crankshaft. this happens in that by ignition caused expansion of the gas in a cylinder work on one Performs piston, which transmitted by a connecting rod to the crankshaft becomes. The oscillating movement of the piston is characterized in a Rotational motion implemented. As a result of the lifting movement of the piston and Connecting rod and as a result of non-uniform transmission behavior of the crank mechanism (Crankshaft) occur mass forces resting on the engine mounts and adjacent structures to stimulate vibrations. To compensate for rotating masses of the crank mechanism Balance shafts application, especially with in-line engines with less than six cylinders and V-engines with less than eight cylinders for Use come. In particular, in four-cylinder engines in this case dominated the so-called second engine order, so a vibration with the double Crankshaft speed (which is the engine basic order or the first engine order pretends) occurs. These engine orders occur not only in the internal combustion engine itself, but especially on ancillaries and with these connected Endlostrieben, which Endlostriebe therefore by hydraulic damping elements or other damping devices, the example over hydraulic belt tensioner act on the endless drive, steamed become. This requires a high design effort and in particular elaborate hydraulic damping devices, however, preferably damps a certain frequency range effectively.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die diesen hohem konstruktiven Aufwand zur Dämpfung von Schwingungen des Endlostriebs vermeidet.Of the Invention is based on the object, a vibration damping device to propose to an internal combustion engine, the high constructive Effort for damping avoids vibrations of the endless drive.

Hierzu wird eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen über ein Kurbelwellenrad und mindestens ein Umlenkrad laufenden Endlostrieb aufweist, vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass das Umlenkrad als Schwingungsausgleichsrad zur Dämpfung von Schwingungen des Endlostriebs ausgebildet ist. Anders als im Stand der Technik wird die Dämpfung von Schwingungen im Endlostrieb nicht über ein den Endlostrieb von außen kraftbeaufschlagendes, insbesondere hydraulisches Dämpfungselement bewirkt, sondern über ein Schwingungsausgleichsrad, das seinerseits selbst Teil der Konstruktion des Endlostriebs ist, nämlich eben das Umlenkrad.For this becomes a vibration damping device on an internal combustion engine, the at least one on a Crankshaft gear and at least one deflection wheel running Endlostrieb has proposed, wherein it is provided that the deflection wheel as Schwingungsausgleichsrad for damping vibrations of the Endlostriebs is formed. Unlike in the prior art will the damping of vibrations in Endlostrieb not over a the Endlostrieb of Outside kraftbeaufschlagendes, in particular hydraulic damping element but over a Schwingungsausgleichsrad, which itself is part of the construction of the endless drive, namely just the diverting wheel.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schwingungsausgleichsrad als Nockenrad mit einem nockenartigen Querschnitt ausgebildet ist. Anders als im Stand der Technik ist das Umlenkrad, das das Schwingungsausgleichsrad bildet, nicht mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, sondern mit einem nockenartigen Querschnitt. Hierdurch wird erreicht, dass pro Umdrehung des Schwingungsausgleichsrads der Endlostrieb einen Impuls erhält. Durch Ausgestaltung des Schwingungsausgleichsrads in einer solchen Art, dass die auszugleichende Motorordnung getroffen wird, kann der Endlostrieb mit genau so vielen Impulsen angeregt werden, wie dies zum Ausgleich eben dieser Motorordnung erforderlich ist.In an embodiment The invention provides that the Schwingungsausgleichsrad than Cam is formed with a cam-like cross-section. Different as in the prior art, the diverting wheel which forms the vibration compensating wheel is not with circular Cross-section formed, but with a cam-like cross-section. hereby is achieved that per revolution of the Schwingungsausgleichsrads the endless drive receives a pulse. By designing the Schwingungsausgleichsrads in such Art that the compensated engine order is taken, the Endless drive with as many impulses are excited as this to compensate for just this engine order is required.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schwingungsausgleichsrad derart ausgebildet ist, dass es gegenüber dem Kurbelwellenrad mit doppelter Drehzahl läuft. Eine solche Ausgestaltung ist für den Ausgleich der zweiten Motorordnung vorgesehen, wie sie beispielsweise im Reihen-Vier-Zylinder-Motor dominiert. Das Schwingungsausgleichsrad wird folglich derart dimensioniert, dass es den halben Durchmesser wie das antreibende Kurbelwellenrad hat, mithin also mit doppelter Kurbelwellendrehzahl läuft. Auf diese Weise wird pro Kurbelwellenumdrehung der Endlostrieb vom Schwingungsausgleichsrad zweifach angeregt, er erhält also pro Kurbelwellenumdrehung zwei Impulse, da das Schwingungsausgleichsrad während einer Kurbelwellenumdrehung zwei Umdrehungen macht, folglich die Anregung des Endlostriebs mit zwei Impulsen pro Kurbelwellenumdrehung erfolgt.In a preferred embodiment it is provided that the Schwingungsausgleichsrad formed such is that opposite the crankshaft gear is running at twice the speed. Such a design is for provided the compensation of the second engine order, as for example dominated in the in-line four-cylinder engine. The vibration compensating wheel is thus dimensioned such that it is half the diameter as the driving crankshaft has, so with double Crankshaft speed is running. In this way, per End of the crankshaft revolution of the Schwingungsausgleichsrad twice excited, so he receives two pulses per crankshaft revolution, since the Schwingungsausgleichsrad during one Crankshaft revolution makes two turns, hence the stimulus of the endless drive with two pulses per crankshaft revolution.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Umlenkrad ein Antriebsrad einer Ausgleichswelle ist. Ausgleichswellen werden in Vierzylinder-Motoren ohnehin verwendet. Durch die Ausgestaltung des Umlenkrads, das das Schwingungsausgleichsrad bildet, wird ohne weiteren konstruktiven Aufwand die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungsvorrichtung verwirklicht.In a further embodiment It is provided that the deflection wheel is a drive wheel of a balance shaft is. Balance shafts are used in four-cylinder engines anyway. Due to the design of the deflection wheel, which is the Schwingungsausgleichsrad forms is without further design effort, the vibration damping device according to the invention realized.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausgleichswelle eine Auslass-Ausgleichswelle ist. Eine Auslass-Ausgleichswelle ist eine solche, die bei einer konstruktiven Zweiteilung der Brennkraftmaschine in eine Einlass- und Auslassseite auf der Auslassseite angeordnet ist. Ohne weiteren konstruktiven Aufwand kann das Schwingungsausgleichsrad damit durch eine reine Geometrie-Änderung des Antriebsrades der Auslass-Ausgleichswelle realisiert werden.In a preferred embodiment The invention provides that the balance shaft is an outlet balance shaft is. An outlet balancing shaft is one that is used in a constructive division of the internal combustion engine into an inlet and outlet side is arranged on the outlet side. Without further constructive Effort can the Schwingungsausgleichsrad so by a pure Geometry changes the drive wheel of the outlet balance shaft can be realized.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Endlostrieb von einem federbelasteten Spanner beaufschlagt. Anders als im Stand der Technik wird nicht ein hydraulisches Spannelement zur Spannung des Endlostriebs verwendet, das zugleich Schwingungsdämpfungsfunktionen wahrnimmt, sondern ein einfacher federbelasteter Spanner, wie er beispielsweise durch Ausbildungen von Blattfedern oder mittels Spiraldruck- oder -zugfedern gebildet wird. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche konstruktive Verbesserung und insbesondere eine erhebliche Einsparung.In a further embodiment The invention is the endless drive of a spring-loaded tensioner applied. Unlike in the prior art is not a hydraulic Clamping element used for voltage of Endlostriebs, at the same time vibration damping functions perceives, but a simple spring-loaded tensioner, as he, for example by formations of leaf springs or by means of Spiraldruck- or Pull springs is formed. This results in a considerable constructive improvement and in particular a considerable saving.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Endlostrieb ein Zahnriementrieb ist. Der Endlostrieb ist hierbei als Zahnriemen ausgebildet, der im Gegensatz zu Kettentrieben billig und laufruhig ist.In another embodiment it is envisaged that the endless drive is a toothed belt drive. Of the Endless drive is designed as a toothed belt, in contrast to chain drives is cheap and smooth.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims and combinations thereof.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Dazu zeigt dieThe The invention will be explained in more detail with reference to a figure. This shows the

Figur eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einer Brennkraftmaschine mit Nockenrad.figure a vibration damping device on an internal combustion engine with cam wheel.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, nämlich einen Hubkolbenmotor 2. Dieser weist einen Endlostrieb 3 auf, der als Riementrieb 4 ausgebildet ist, bei dem ein Treibriemen 5 von einem Kurbelwellenrad 6 angetrieben und über zwei Umlenkräder 7 gelenkt ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist in grober Unterteilung eine Einlassseite 8 sowie eine Auslassseite 9 auf. Unter Einlassseite 8 ist hierbei in Längserstreckung der Brennkraftmaschine die den Einlassbereich 10 umfassende Seite zu verstehen, also insbesondere diejenige, die die hier nicht dargestellten Einlassventile sowie Anbauten wie den Einlasskrümmer aufweist, während die Auslassseite 9 die Seite der Brennkraftmaschine 1 ist, die den Auslassbereich 11 umfasst, insbesondere nämlich die nicht dargestellten Auslassventile sowie Vorrichtungen zum Anbau etwa eines Fächerkrümmers und der Abgasanlage. Bei den heute üblichen Ausführungen mit mindestens zwei Nockenwellen weist ferner die Einlassseite 8 die hier nicht dargestellte einlassseitige Nockenwelle und die Auslassseite 9 die hier nicht dargestellte auslassseitige Nockenwelle auf. Von den Umlenkrädern 7 ist eines als einlassseitiges Umlenkrad 12, das andere als auslassseitiges Umlenkrad 13 ausgebildet. Das auslassseitige Umlenkrad 13 weist hierbei keine kreisförmige Querschnittsgeometrie 14 auf, sondern ist als Nockenrad 15 ausgebildet, besitzt also einen nockenartigen Querschnitt 16 und bildet ein Schwingungsausgleichsrad 21 aus. Der Treibriemen 5 wird weiter zwischen dem Nockenrad 15 und dem Kurbelwellenrad 6 von einer Spanner 17, die über eine Spiraldruckfeder 18 federbelastet ist, mit einer Kraft beaufschlagt, die von einer Außenseite 19 des Riementriebs 4 auf den Riementrieb 4 wirkt. Der Spanner 17 ist hierbei bevorzugt als Gleitschiene 20 ausgebildet. Der Umfang U_N des Nockenrads 15 ist halb so groß wie der Umfang U_K des Kurbelwellenrads 6. Dies bewirkt, dass das Nockenrad 15 mit der doppelten Umdrehungszahl des Kurbelwellenrads 6 läuft.The figure shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 for a motor vehicle, not shown, namely a reciprocating engine 2 , This one has a Endlostrieb 3 on, as a belt drive 4 is formed, in which a drive belt 5 from a crankshaft wheel 6 driven and via two deflection wheels 7 is steered. The internal combustion engine 1 has a rough subdivision an inlet side 8th and an outlet side 9 on. Under inlet side 8th Here, in the longitudinal extent of the internal combustion engine is the inlet area 10 comprehensive page, ie in particular that which has the intake valves not shown here and attachments such as the intake manifold, while the exhaust side 9 the side of the internal combustion engine 1 is that the outlet area 11 includes, in particular, the exhaust valves, not shown, and devices for mounting about a fan manifold and the exhaust system. In today's common designs with at least two camshafts also has the inlet side 8th the intake-side camshaft and the exhaust side, not shown here 9 the outlet-side camshaft, not shown here. From the pulleys 7 is one as inlet-side diverter 12 , the other as exhaust-side diverter 13 educated. The exhaust-side diverter wheel 13 here has no circular cross-sectional geometry 14 on, but is as a cam wheel 15 formed, so has a cam-like cross-section 16 and forms a Schwingungsausgleichsrad 21 out. The drive belt 5 will continue between the cam wheel 15 and the crankshaft gear 6 from a tensioner 17 , which has a helical compression spring 18 spring-loaded, with a force applied from an outside 19 of the belt drive 4 on the belt drive 4 acts. The tensioner 17 is hereby preferred as a slide rail 20 educated. The circumference U _{N of} the cam wheel 15 is half as large as the circumference U _{K of} the crankshaft sprocket 6 , This causes the cam wheel 15 with twice the number of revolutions of the crankshaft gear 6 running.

Beim Betrieb des Riementriebs 4 wird demzufolge der Triebriemen 5 bei jeder Umdrehung des Nockenrads 15 ein Mal angeregt durch Beaufschlagung mit einem durch den nockenartigen Querschnitt 16 bedingten Impuls. Pro Umdrehung des Kurbelwellenrads 6 erfährt folglich der Riementrieb 4 zwei Impulse durch das Nockenrad 15. Auf diese Weise ist es möglich, der auf den Riementrieb 4 von der Brennkraftmaschine 1 einwirkenden zweiten Motorordnung zu begegnen. Der nockenförmige Querschnitt 16 wird hierbei innerhalb des Riementriebs so gelegt, dass er der zweiten Motorordnung bevorzugt vollständig entgegenwirkt, es also gewissermaßen im Wege einer Interferenz zu einer Phasenverschiebung dergestalt kommt, dass eine Auslöschung oder weitest gehende Auslöschung der zweiten Motorordnung entsteht. Aus diesem Grunde ist der nockenartige Querschnitt 16 innerhalb des Riementriebs 4 so anzuordnen, dass die Anregung des Riementriebs 4 durch das Nockenrad 15 gegenphasig zur Beaufschlagung mit der zweiten Motorgrundordnung durch die Brennkraftmaschine 1 erfolgt. Hydraulische Dämpfungseinrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, können hierbei durch den einfachen Spanner 17 ersetzt werden, der kein hydraulisches Dämpfungselement benötigt, sondern zur Spannung des Riementriebs 4 mit Federkraftbeaufschlagung, etwa durch die Spiraldruckfeder 18, auskommt.During operation of the belt drive 4 is therefore the Triebriemen 5 with each revolution of the cam wheel 15 stimulated once by exposure to a through the cam-like cross-section 16 conditional impulse. Per revolution of the crankshaft sprocket 6 consequently experiences the belt drive 4 two pulses through the cam wheel 15 , In this way it is possible that on the belt drive 4 from the internal combustion engine 1 counteract acting second engine order. The cam-shaped cross section 16 is in this case placed within the belt drive so that it preferably fully counteracts the second engine order, so it comes to a certain extent by way of interference to a phase shift such that an extinction or extinction of the second engine order largely arises. For this reason, the cam-like cross-section 16 within the belt drive 4 arrange so that the excitation of the belt drive 4 through the cam wheel 15 in antiphase to act on the second engine basic order by the internal combustion engine 1 he follows. Hydraulic damping devices, as known from the prior art, can in this case by the simple tensioner 17 be replaced, which does not require a hydraulic damping element, but to the tension of the belt drive 4 with Federkraftbeaufschlagung, such as by the coil spring 18 , gets along.

Ist das Nockenrad 15 zugleich Antriebsrad einer nicht dargestellten auslassseitigen Auslasswelle, kann ohne weiteren konstruktiven Aufwand sowohl die Dämpfung der zweiten Motorordnung der Brennkraftmaschine (nämlich durch die nicht dargestellte auslassseitige Ausgleichswelle) als auch des Riementriebs 4 (nämlich durch das Nockenrad 15) erfolgen.Is the cam wheel 15 at the same drive wheel of a discharge-side exhaust shaft, not shown, can without further design effort, both the damping of the second engine order of the internal combustion engine (namely, by the outlet side balance shaft, not shown) and the belt drive 4 (namely by the cam wheel 15 ) respectively.

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Hubkolbenmotorreciprocating engine
33: Endlostriebendless drive
44: Riementriebbelt drive
55: Treibriemenbelts
66: Kurbelwellenradcrankshaft gear
77: Umlenkradguide wheel
88th: Einlassseiteinlet side
99: Auslassseiteoutlet
1010: Einlassbereichinlet area
1111: Auslassbereichoutlet
1212: einlassseitiges Umlenkradinlet-side guide wheel
1313: auslassseitiges Umlenkradoutlet side guide wheel
1414: kreisförmige Querschnittsgeometriecircular cross-sectional geometry
1515: Nockenradcam
1616: nockenartiger Querschnittcamming cross-section
1717: SpannerStretcher
1818: SpiraldruckfederCoil spring
1919: Außenseiteoutside
2020: Gleitschieneslide
2121: SchwingungsausgleichsradSchwingungsausgleichsrad
U_N U _N: Umfang des Nockenradesscope of the cam wheel
U_K U _K: Umfang des Kurbelwellenradesscope of the crankshaft wheel

Claims

Vibration damping device on an internal combustion engine which has at least one endless drive running via a crankshaft wheel and at least one deflection wheel, characterized in that the deflection wheel ( 7 ) as Schwingungsausgleichsrad ( 21 ) for damping vibrations of the endless drive ( 3 ) is trained.

Vibration damping device according to claim 1, characterized in that the Schwingungsausgleichsrad ( 21 ) as a cam wheel with a cam-like cross section ( 16 ) is trained.

Vibration damping device according to one of the preceding claims, characterized in that the Schwingungsausgleichsrad ( 21 ) is designed such that it is opposite the crankshaft wheel ( 6 ) rotates at twice the speed.

Vibration damping device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection wheel ( 7 ) is a drive wheel of a balance shaft.

Vibration damping device according to one of the preceding claims, characterized the balance shaft is an outlet balance shaft.

Vibration damping device according to one of the preceding claims, characterized in that the endless drive ( 3 ) of a spring-loaded tensioner ( 17 ) is acted upon.

Vibration damping device according to one of the preceding claims, characterized in that the endless drive ( 3 ) is a toothed belt drive.