DE102010027351B4 - Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich - Google Patents

Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich Download PDF

Info

Publication number
DE102010027351B4
DE102010027351B4 DE102010027351A DE102010027351A DE102010027351B4 DE 102010027351 B4 DE102010027351 B4 DE 102010027351B4 DE 102010027351 A DE102010027351 A DE 102010027351A DE 102010027351 A DE102010027351 A DE 102010027351A DE 102010027351 B4 DE102010027351 B4 DE 102010027351B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
internal combustion
crankshaft
combustion engine
eccentric shaft
camshaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102010027351A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102010027351A1 (de
Inventor
Matthias Brendel
Dr. Dengler Stefan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102010027351A priority Critical patent/DE102010027351B4/de
Publication of DE102010027351A1 publication Critical patent/DE102010027351A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102010027351B4 publication Critical patent/DE102010027351B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04Engines with prolonged expansion in main cylinders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Kurbelwelle (3), einer von der Kurbelwelle (3) angetriebenen Exzenterwelle (13), die zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben (2) der Brennkraftmaschine (1) durch Pleuel (19) und Koppelglieder (8) mit der Kurbelwelle (3) verbunden ist, sowie zwei Nockenwellen (25, 26) zur Betätigung von Ein- und Auslassventilen der Brennkraftmaschine (1). Damit das freie Moment M 0,5.-Ordnung ohne einen großen zusätzlichen Aufwand ganz oder zumindest weitest gehend beseitigt werden kann, sind erfindungsgemäß an mindestens einer der beiden Nockenwellen (25, 26) zwei Ausgleichsgewichte (36, 37) zur Tilgung des freien Moments M 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle (3) angebracht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Brennkraftmaschinen dieser Art sind zum Beispiel aus der EP-B-1359303 , der EP-A-1760290 , der EP-A-1760289 und aus der US-A-4517931 bekannt und werden häufig als Brennkraftmaschinen mit verlängertem Expansionshub oder wie in der US-A-4517931 bzw. der EP-A-1760289 als Brennkraftmaschinen mit veränderlichem Kolbenhub (stroke variable engine) bezeichnet.
  • Diese Brennkraftmaschinen weisen eine auch als Verstellwelle bezeichnete Exzenterwelle auf, die von der Kurbelwelle über ein Stirnradgetriebe mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle und mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben wird und gleichzeitig über einen Kurbeltrieb mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, der die Koppelglieder und die auch als Anlenkpleuel bezeichneten Pleuel umfasst und wegen der Anlenkung der Koppelglieder an die Kurbelwelle, der Anlenkung der Pleuel an die Exzenterwelle und der gelenkigen Verbindung zwischen jedem Koppelglied und dem benachbarten Pleuel im folgenden auch als Mehrgelenkkurbeltrieb bezeichnet wird.
  • Durch diese Anordnung kann bei Viertakt-Brennkraftmaschinen der Expansions- und Ausstoßhub, d. h. der Kolbenhub beim Expansions- und Ausstoßtakt, gegenüber dem Ansaug- und Verdichtungshub, d. h. dem Kolbenhub beim Ansaug- und Verdichtungstakt, vergrößert werden. Jedoch wird durch den Mehrgelenkkurbeltrieb bei Reihen-Vierzylinder-Brennkraftmaschinen ein bei derartigen Reihen-Brennkraftmaschinen ansonsten nicht auftretendes freies Moment 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle verursacht, wodurch bei den Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art die Laufruhe oder Laufkultur erheblich beeinträchtigt wird. Dieses freie Moment 0,5.-Ordnung setzt sich aus einer um die Hochachse des Kurbeltriebs drehenden Komponente und einer um die Querachse der Brennkraftmaschine drehenden Komponente zusammen und kann in zwei Anteile mit unterschiedlichen Richtungen aufgeteilt werden, nämlich in Drehrichtung der Kurbelwelle und entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle.
  • Um das freie Moment 0,5.-Ordnung zu verkleinern, wurde in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2010 004 588 der Anmelderin bereits vorgeschlagen, an der Exzenterwelle zwei Ausgleichsgewichte anzubringen, um zumindest den dominanteren Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung vollständig auszugleichen. Jedoch hat sich gezeigt, dass diese Maßnahme zumindest in einigen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine noch nicht zu der angestrebten hohen Laufruhe führt.
  • Um die angestrebte Laufruhe zu erreichen, wäre es grundsätzlich möglich, eine zusätzliche Ausgleichswelle in der Brennkraftmaschine vorzusehen, die sich mit der Drehrîchtung der Kurbelwelle und der halben Kurbelwellendrehzahl dreht und mit zwei geeigneten Ausgleichsgewichten oder Unwuchtmassen bestückt ist Eine solche zusätzliche Ausgleichswelle würde jedoch hohe Kosten verursachen und hinsichtlich des zusätzlichen Gewichts und des erforderlichen Bauraums Probleme bereiten, die durch die zu erwartende Komfortverbesserung nicht aufgewogen würden.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das freie Moment 0,5.-Ordnung ohne einen großen zusätzlichen Aufwand ganz oder zumindest weitestgehend beseitigt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an mindestens einer der beiden Nockenwellen zwei Ausgleichsgewichte oder Unwuchtmassen zur Tilgung des freien Moments M 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle angebracht sind.
  • Bei üblichen Brennkraftmaschinen, bei denen die Nockenwellen mit derselben Drehrichtung wie die Kurbelwelle angetrieben werden, lässt sich durch die Anbringung der beiden Ausgleichsgewichte an einer oder beiden Nockenwellen der Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer der Drehrichtung der Kurbelwelle entsprechenden Richtung vollständig ausgleichen, ohne dass zu diesem Zweck eine zusätzliche Ausgleichswelle erforderlich ist.
  • In diesem Fall sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass an der Exzenterwelle ebenfalls zwei Ausgleichsgewichte angebracht sind, mit denen sich auch der Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung zu 100% ausgleichen lässt, so dass eine vollständige Tilgung des freien Moments 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle möglich ist.
  • Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, eine der beiden Nockenwellen mit derselben Drehrichtung wie die Kurbelwelle und die andere Nockenwelle mit entgegengesetzter Drehrichtung anzutreiben und zur vollständigen Tilgung des freien Moments 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle auf jeder der beiden Nockenwellen ein Paar Ausgleichsgewichte oder Unwuchtmassen anzubringen, um sowohl den Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung als auch den Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer der Drehrichtung der Kurbelwelle entsprechenden Richtung vollständig auszugleichen bzw. zu tilgen.
  • Weiter könnten grundsätzlich auch beide Nockenwellen mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben und auf einer oder beiden Nockenwellen ein Paar Ausgleichsgewichte oder Unwuchtmassen angebracht werden, um den dominanteren Anteil des freien Moments 0,5.-Ordnung mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung zu tilgen, wodurch allerdings noch keine vollständige Tilgung des gesamten Moments 0,5.-Ordnung ermöglicht würde.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ausgleichsgewichte an oder in der Nähe von beiden entgegengesetzten Stirnenden der Kurbelwelle(n) angebracht sind, um die Ausgleichsgewichte in einem möglichst großen axialen Abstand voneinander anzuordnen. Die Ausgleichsgewichte sind vorteilhaft drehfest mit der jeweiligen Nockenwelle verbunden, so dass sie sich mit derselben Drehzahl wie die Nockenwelle drehen. Die Anbringung der Ausgleichsgewichte erfolgt in einer festen Phasenbeziehung in Bezug zur Kurbelwelle, wobei zudem die Massenschwerpunkte der beiden Ausgleichsgewichte um einen vorbestimmten Phasenwinkel gegeneinander versetzt sind.
  • Dort, wo zur Veränderung der Hubkurven der Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine eine Nockenwellenphasenverstellung vorgesehen ist und zu diesem Zweck an einem der Stirnenden von einer oder von jeder Nockenwelle ein Nockenwellenphasenversteller angebracht ist, lässt sich wegen der Phasenverstellung der Nockenwelle und damit der Verstellung der Ausgleichsgewichte nicht in sämtlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine eine vollständige Tilgung des freien Moments 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle realisieren. In diesem Fall sollte die Anbringung der Ausgleichsgewichte oder Unwuchtmassen zweckmäßig nur auf einer der Nockenwellen erfolgen, und zwar vorteilhaft auf derjenigen Nockenwelle, die im Last-Drehzahl-Kennfeld der Brennkraftmaschine um den kleineren Phasenverstellweg oder Phasenwinkel verdreht wird. Darüber hinaus sollten die Ausgleichsgewichte oder Unwuchtmassen unter einem von der Verstellstrategie der Nockenwelle abhängigen Vorhaltewinkel auf dieser Nockenwelle angebracht werden, der dem Verstellwinkel der Nockenwelle in den Betriebspunkten mit dem höchsten Tilgungsbedarf Rechnung trägt, so dass in diesen Betriebspunkten eine optimale Tilgung erzielt wird.
  • Je nach verwendetem Nockenwellenphasenversteller kann zweckmäßig eines der beiden Ausgleichsgewichte in den Nockenwellenphasenversteller integriert werden, wobei es vorteilhaft drehfest mit einem Bauteil des Nockenwellenphasenverstellers verbunden wird, der eine unveränderte Phasenbeziehung zur Kurbelwelle aufweist, wie zum Beispiel einem Kettenrad eines die Nockenwelle treibenden Kettentriebs. Damit verändert sich bei einer Phasenverstellung nur die Phasenbeziehung von einem der beiden Ausgleichsgewichte zur Kurbelwelle, wodurch in Betriebspunkten mit suboptimaler Tilgung das Ausmaß der Tilgung näher an 100% herangeführt werden kann. Das andere Ausgleichsgewicht wird zweckmäßig bauraumneutral im Zylinderkopf untergebracht.
  • Die erfindungsgemäßen Ausgleichsgewichte dienen ausschließlich zur Verkleinerung oder Beseitigung des freien Moments 0,5.-Ordnung. Sie dienen hingegen nicht zum Ausgleich der rotierenden Massen der Anlenkpleuel und sind wegen der unterschiedlichen Drehzahl der Nockenwellen und der Kurbelwelle auch nicht zum Ausgleich der rotierenden Massen der Pleuel zwischen den Kolben und der Kurbelwelle bzw. den Koppelgliedern geeignet. Durch die erfindungsgemäßen Ausgleichsgewichte entstehen nur minimale Mehrkosten und ein minimales Mehrgewicht, jedoch keine zusätzlichen Reibungsverluste.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigen
  • 1 eine perspektivische Ansicht von zusammenwirkenden Teilen einer Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer Exzenterwelle mit Antriebsrad und Ausgleichsgewichten aus 1;
  • 3 eine Draufsicht auf zwei Nockenwellen der Brennkraftmaschine mit Phasenverstellung;
  • 4 eine perspektivische Ansicht von Teilen eines Nockenwellenphasenverstellers auf einer der Nockenwellen.
  • 5 Balkendiagramme von Komponenten eines freien Moments 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vor bzw. nach der Anbringung von Ausgleichsgewichten an der Exzenterwelle und den beiden Nockenwellen sowie unter verschiedenen Vorhaltwinkeln.
  • Wie am besten in 1 dargestellt, umfasst die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Viertakt-4-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 in Reihenanordnung mit verlängertem Expanisonshub vier Kolben 2 und eine Kurbelwelle 3. Jeder der Kolben 2 ist in einem der vier Zylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 auf und ab beweglich und ist durch ein Kolbenpleuel 4 mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Die Kurbelwelle 3 ist in Hauptlagerstühlen eines Zylinderkurbelgehäuses (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist fünf zur Lagerung dienende zentrische Wellenzapfen 5 sowie vier Hubzapfen 6 (jeweils nur einer sichtbar) auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 3 versetzt sind.
  • Auf jedem der Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 3 ist ein Koppelglied 8 um die Längsmittelachse des Hubzapfens 6 drehbar befestigt. An jedem Koppelglied 8 ist eines der Kolbenpleuel 4 angelenkt, das ein unteres gabelförmiges Stirnende 9 mit zwei mit Augen versehenen Schenkeln aufweist. Zwischen die beiden Schenkel des gabelförmigen Stirnendes 9 des Kolbenpleuels 4 greift das freie Ende eines über eine Seite der Kurbelwelle 3 überstehenden kurzen Hubarms 10 des zweiarmigen Koppelgliedes 8 ein, der zwischen den Schenkeln mit einer Lagerbuchse (nicht sichtbar) versehen ist. Durch die Augen der Schenkel und die Lagerbuchse erstreckt sich ein Lagerbolzen 11, der in der Lagerbuchse des Hubarms 10 drehbar gelagert ist.
  • Im Unterschied zu konventionellen Brennkraftmaschinen, bei denen der Kolbenhub über sämtliche Takte hinweg dieselbe Länge besitzt, ist bei der dargestellten Brennkraftmaschine 1 die Hubhöhe der Kolben 2 während des Expansions- und Ausstoßtaktes länger als während des Ansaug- und Verdichtungstaktes. Zu diesem Zweck wird der durch die Drehung der Kurbelwelle 3 hervorgerufenen Bewegung der Kolbenpleuel 4 eine zusätzliche Bewegungskomponente überlagert.
  • Dies erfolgt mit Hilfe einer Exzenterwelle 13, die eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 3 parallele Drehachse 14 aufweist, neben der Kurbelwelle 3 und etwas unterhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Die Exzenterwelle 13 wird von der Kurbelwelle 3 über ein Untersetzungsgetriebe 15 mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 3 sowie mit einer zur Drehrichtung der Kurbelwelle 3 entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben. Außerdem ist die Exzenterwelle 13 über einen Mehrgelenkkurbeltrieb 16 mit der Kurbelwelle 3 gekoppelt.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst das Untersetzungsgetriebe 15 ein erstes, drehfest auf der Kurbelwelle 3 montiertes Zahnrad 17 und ein zweites drehfest auf der Exzenterwelle 13 montiertes Zahnrad 18, die miteinander im Zahneingriff stehen. Um das gewünschte Untersetzungsverhältnis von 2:1 zu erzielen, beträgt die Zähnezahl des zweiten Zahnrades 18 das Doppelte der Zähnezahl des ersten Zahnrades 17.
  • Der Mehrgelenkkurbeltrieb 16 umfasst neben den Koppelgliedern 8 eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 19, die ungefähr parallel zu den Kolbenpleueln 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 3 und der Exzenterwelle 13 jeweils etwa in derselben Ebene wie der zugehörige Kolbenpleuel 4 angeordnet sind. Das untere Ende von jedem Anlenkpleuel 19 ist schwenkbar auf einem Wellenabschnitt 20 der Exzenterwelle 13 angebracht, der in Bezug zur Drehachse 14 der Exzenterwelle 13 exzentrisch ist. Das obere Ende von jedem Anlenkpleuel 19 ist oberhalb von der Exzenterwelle 13 an einem längeren Koppelarm 21 des zweiarmigen Koppelgliedes 8 angelenkt. Der Koppelarm 21 weist dazu ein gabelförmiges Stirnende 22 mit zwei mit Augen versehenen Schenkeln auf, zwischen die das mit einer Lagerbuchse versehene obere Ende des Anlenkpleuels 19 eingreift. Durch die Augen der Schenkel und die fluchtende Lagerbuchse des Anlenkpleuels 19 erstreckt sich ein Lagerbolzen 23, auf dem die Lagerbuchse drehbar gelagert ist.
  • Die zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugehörigen exzentrischen Wellenabschnitte 20 sind in Umfangsrichtung der Exzenterwelle 13 um einen Splitwinkel gegeneinander versetzt, um der Zündfolge der Zylinder Rechnung zu tragen. Dadurch wird erreicht, dass derjenige Zylinder, in dem das Kraftstoff/Luft-Gemisch gerade gezündet wird, den Expansionshub länger macht.
  • Abgesehen von dem verlängerten Expansionshub kann durch die zuvor beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 3 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 2 und Zylinderwänden der Zylinder führt.
  • Allerdings verursacht der Mehrgelenkkurbeltrieb 16 ein freies Moment M 0,5.-Ordnung, das sich in zwei in 5 dargestellte Komponenten M1 um die Hochachse des Kurbeltriebs 16 und M2 um die Querachse der Brennkraftmaschine 1 zerlegen lässt.
  • Ohne Gegenmaßnahmen weisen beide Komponenten M1 und M2 große Werte auf, die im Falle von M1 zwischen 400 und 500 Nm und im Falle von M2 zwischen 200 und 300 Nm liegen, wie in 5 über A dargestellt. Im Vergleich dazu beträgt ein freies Moment M 0,5.-Ordnung aus einem in 3 dargestellten Ventiltrieb 24 der Brennkraftmaschine 1 nur etwa 10 Nm.
  • Der Ventiltrieb 24 umfasst zwei parallele Nockenwellen 25, 26, die in einem Zylinderkopf 27 der Brennkraftmaschine 1 gelagert sind und über einen Kettentrieb 28 von der Kurbelwelle 3 angetrieben werden. Jede Nockenwelle 25, 26 weist einen Nockenwellenphasenversteller 29 auf, der an dem zum Kettentrieb 28 benachbarten Stirnende der Nockenwelle 25, 26 angeordnet ist. Wie in 4 dargestellt, weist jeder Phasenversteller 29 u. a. ein vom Kettentrieb 28 angetriebenes Kettenrad 30 und einen Abschlussdeckel 31 auf. Der Phasenverstellbereich der Nockenwellen 25, 26 beträgt –24° bis 0° bei Drehzahlen von 1500 bis 2500 1/min.
  • Das zuvor genannte freie Moment M 0,5.-Ordnung führt ohne Gegenmaßnahmen zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Laufruhe der Brennkraftmaschine 1. Um eine solche Beeinträchtigung zu vermeiden, sind zwei Gegenmaßnahmen vorgesehen: Zum einen sind zwei Ausgleichsgewichte 32, 33 auf der Exzenterwelle 13 angebracht, wie am besten in 1 und 2 dargestellt. Das erste Ausgleichsgewicht 32 ist in der Nähe eines zur Antriebsseite entgegengesetzten Stirnendes 34 der Exzenterwelle 13 zwischen einem zur Lagerung der Exzenterwelle dienenden stirnseitigen Wellenzapfen 35 und dem zum Stirnende 34 benachbarten ersten exzentrischen Wellenabschnitt 20 angeordnet, dessen Position in axialer Richtung der Kurbelwelle 3 und der Exzenterwelle 13 derjenigen des 1. Zylinders in der Reihe von vier Zylindern der Brennkraftmaschine 1 entspricht. Das zweite Ausgleichsgewicht 33 ist in der Nähe des antriebsseitigen Stirnendes der Exzenterwelle 13 zwischen dem Zahnrad 18 und dem zum Zahnrad 18 benachbarten letzten exzentrischen Wellenabschnitt 20 angeordnet, dessen Position in axialer Richtung der Kurbelwelle 3 und der Exzenterwelle 13 derjenigen des 4. Zylinders der Brennkraftmaschine 1 entspricht.
  • Die beiden Ausgleichsgewichte 32, 33 besitzen beide die Gestalt eines Winkelsegments, das sich über einen Winkel von etwa 100 Grad um die Exzenterwelle 13 herum erstreckt. Die beiden Winkelsegmente besitzen jeweils dieselben Abmessungen und dieselbe Masse. Wie am besten in 2 dargestellt, sind die beiden Winkelsegmente bzw. Ausgleichsgewichte 32, 33 mit einer diametral entgegengesetzen Ausrichtung auf der Exzenterwelle 13 angeordnet, so dass ihre Massenschwerpunkte in Umfangsrichtung der Exzenterwelle 13 um 180 Grad gegeneinander versetzt sind.
  • Durch die Anbringung der beiden Ausgleichsgewichte 32, 33 auf der mit entgegengesetzter Drehrichtung und halber Drehzahl der Kurbelwelle 3 rotierenden Exzenterwelle 13 kann im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bereits ein Großteil von beiden Komponenten M1 und M2 des freien Moments 0,5.-ter Ordnung ausgeglichen bzw. getilgt werden, wie in 5 über B dargestellt, und damit die Laufruhe erheblich verbessert werden.
  • Zum anderen sind auf jeder der beiden Nockenwellen 25, 26 ebenfalls zwei Ausgleichsgewichte 36, 37 angebracht, wie in 3 dargestellt. Die Ausgleichsgewichte 36, 37 sind jeweils an oder in der Nähe von den entgegengesetzten Stirnenden jeder Nockenwelle 25, 26 angeordnet, um den Abstand D zwischen den Ausgleichsgewichten 36, 37 so groß wie möglich zu machen. Die Ausgleichsgewichte 36 sind jeweils in den Phasenversteller 29 integriert, während die anderen Ausgleichsgewichte 37 bauraumneutral im Zylinderkopf 27 untergebracht sind. Die in den Phasenversteller 29 integrierten Ausgleichsgewichte 36 können zum Beispiel als äußerer Unwuchtring 38 und/oder in Form von aufgefüllten Hohlräumen 39 entlang eines Teils des Umfangs des Kettenrades 30 und/oder des Abschlussdeckels 31 ausgebildet sein. Die Massenschwerpunkte der Ausgleichsgewichte 36, 37 weisen eine vorbestimmte Phasenbeziehung zur Kurbelwelle 3 auf, die sich im Fall des Ausgleichsgewichts 37 jedoch in Abhängigkeit vom Verstellweg des Phasenverstellers 29 etwas verändert.
  • Durch die Anbringung der beiden Ausgleichsgewichte 36, 37 auf den mit gleicher Drehrichtung und halber Drehzahl der Kurbelwelle 3 rotierenden Nockenwellen 25, 26 kann im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ein weiterer beträchtlicher Teil des freien Moments 0,5.-ter Ordnung ausgeglichen bzw. getilgt werden, wie in 5 über C dargestellt. Eine vollständige Tilgung in sämtlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 ist jedoch wegen der Phasenverstellung nicht möglich.
  • Allerdings kann die Ausgleichswirkung der Ausgleichsgewichte 36, 37 und damit die Tilgung des freien Moments 0,5.-ter Ordnung in denjenigen Betriebspunkten des Kennfelds der Brennkraftmaschine 1 maximiert werden, in denen dies aus akustischer Sicht am wichtigsten oder notwendigsten ist. Dies geschieht dadurch, dass an der Nockenwelle 25, 26 mit dem kleineren Verstellweg zumindest dasjenige Ausgleichsgewicht 27, das beim Verstellen der Nockenwelle 25, 26 mit verdreht wird, so an der Nockenwellen 25, 26 angebracht wird, dass sein Massenschwerpunkt nicht die zuvor genannte vorbestimmte Phasenbeziehung zur Kurbelwelle 3 aufweist, sondern um einen von der Verstellstrategie der Nockenwellen 25, 26 abhängigen Vorhaltewinkel von dieser Phasebeziehung abweicht.
  • Durch Veränderung des Vorhaltewinkels kann ein noch weiterer Teil des freien Moments 0,5.-ter Ordnung ausgeglichen bzw. getilgt werden, wie man in 5 bei einem Vergleich der Momente M1, M2 über C1, C2 und C3 sieht, wobei über C1 die Momente M1, M2 für eine maximale Verstellung von 12,5° nach früh ohne einen Vorhaltwinkel dargestellt sind, während über C2 bzw. C3 die Momente M1, M2 für eine maximale Verstellung von 7,5° nach, früh und einen Vorhaltwinkel von 5° bzw. für eine maximale Verstellung von 5° nach spät und einen Vorhaltwinkel von 5° dargestellt sind. Wie man sieht, weisen die Momente M1, M2 über C3 Werte auf, die nicht nur unterhalb der Werte bei C1 und C2 sondern auch noch unterhalb des vom Ventiltrieb 24 erzeugten freien Moments 0,5.-ter Ordnung liegen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kolben
    3
    Kurbelwelle
    4
    Kolbenpleuel
    5
    Wellenzapfen Kurbelwelle
    6
    Hubzapfen Kurbelwelle
    7
    Drehachse Kurbelwelle
    8
    Koppelglied
    9
    gabelförmiges Stirnende Kolbenpleuel
    10
    Hubarm Koppelglied
    11
    Lagerbolzen
    13
    Exzenterwelle
    14
    Drehachse Exzenterwelle
    15
    Untersetzungsgetriebe
    16
    Mehrgelenkkurbeltrieb
    17
    Zahnrad Kurbelwelle
    18
    Zahnrad Exzenterwelle
    19
    Anlenkpleuel
    20
    exzentrische Wellenzapfen Exzenterwelle
    21
    Koppelarm Koppelglied
    22
    gabelförmiges Stirnende Koppelarm
    23
    Lagerbolzen
    24
    Ventiltrieb
    25
    Nockenwelle
    26
    Nockenwelle
    27
    Zylinderkopf
    28
    Kettentrieb
    29
    Nockenwellenphasenversteller
    30
    Kettenrad
    31
    Abschlussdeckel
    32
    Ausgleichsgewicht
    33
    Ausgleichsgewicht
    34
    Stirnende Exzenterwelle
    35
    stirnseitiger Wellenzapfen
    36
    Ausgleichsgewicht
    37
    Ausgleichsgewicht
    38
    Unwuchtring
    39
    ausgefüllte Hohlräume

Claims (8)

  1. Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einer Exzenterwelle, die zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben der Brennkraftmaschine durch Pleuel und Koppelglieder mit der Kurbelwelle verbunden ist, sowie zwei Nockenwellen zur Betätigung von Ein- und Auslassventilen der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet dass an mindestens einer der beiden Nockenwellen (25, 26) zwei Ausgleichsgewichte (36, 37) zur Tilgung eines freien Moments M 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle (3) angebracht sind.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgewichte (36, 37) an oder in der Nähe von entgegengesetzten Stirnenden der Nockenwelle (25, 26) angeordnet sind.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Massenschwerpunkte der beiden Ausgleichsgewichte (36, 37) in Bezug zur Kurbelwelle (3) um vorbestimmte Phasenwinkel versetzt sind.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgewichte (36, 37) drehfest mit der Nockenwelle (25, 26) verbunden sind.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines (36) der Ausgleichsgewichte (36, 37) in einen Nockenwellenphasenversteller (29) integriert ist.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (36) drehfest mit einem Bauteil (30, 31) des Nockenwellenphasenverstellers (29) verbunden ist, dessen Phasenbeziehung zur Kurbelwelle (3) sich bei einer Phasenverstellung nicht verändert.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch an der Exzenterwelle (13) zwei Ausgleichsgewichte (32, 33) zur Tilgung des freien Moments M 0,5.-Ordnung der Kurbelwelle (3) angebracht sind.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Nockenwellen (25, 26) Ausgleichsgewichte (36, 37) angebracht sind.
DE102010027351A 2010-07-16 2010-07-16 Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich Expired - Fee Related DE102010027351B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027351A DE102010027351B4 (de) 2010-07-16 2010-07-16 Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027351A DE102010027351B4 (de) 2010-07-16 2010-07-16 Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102010027351A1 DE102010027351A1 (de) 2012-01-19
DE102010027351B4 true DE102010027351B4 (de) 2013-06-13

Family

ID=45402831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010027351A Expired - Fee Related DE102010027351B4 (de) 2010-07-16 2010-07-16 Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010027351B4 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014015884B3 (de) * 2014-10-27 2016-02-18 Audi Ag Mehrgelenkskurbeltrieb für einen Reihenzylinderblock einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine
DE102014018898A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Audi Ag Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem Exzenterwellen-Stellantrieb umfassend ein schaltbares Getriebe mit mindestens zwei verschiedenen Untersetzungsverhältnissen
WO2016145424A1 (en) 2015-03-11 2016-09-15 Hunstable Fred E An improved crankshaft assembly
US10072537B2 (en) 2015-07-23 2018-09-11 Husco Automotive Holdings Llc Mechanical cam phasing system and methods
CN108331632B (zh) 2017-01-20 2021-12-28 胡斯可汽车控股有限公司 凸轮定相***和方法
US10900387B2 (en) 2018-12-07 2021-01-26 Husco Automotive Holdings Llc Mechanical cam phasing systems and methods

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2314789A (en) * 1938-06-17 1943-03-23 Jacobsen Edwin Internal combustion engine
DE1776154A1 (de) * 1968-09-28 1972-01-27 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zweizylinder-Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE1776150A1 (de) * 1968-09-28 1972-01-27 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zweizylinder-Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine
US4517931A (en) * 1983-06-30 1985-05-21 Nelson Carl D Variable stroke engine
US5303681A (en) * 1992-08-28 1994-04-19 Cummins Engine Company, Inc. Torsional tunable coupling for a diesel engine drive shaft
EP1359303B1 (de) * 2002-04-17 2006-03-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine mit variabeln Kolbenhub
EP1760289A2 (de) * 2005-08-29 2007-03-07 HONDA MOTOR CO., Ltd. Brennkraftmaschine mit variablem Kolbenhub
EP1760290A2 (de) * 2005-08-29 2007-03-07 HONDA MOTOR CO., Ltd. Brennkraftmaschine mit variabeln Kolbenhub

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004588B4 (de) 2010-01-15 2015-12-24 Audi Ag Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Ausgleichsgewichten auf der Exzenterwelle

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2314789A (en) * 1938-06-17 1943-03-23 Jacobsen Edwin Internal combustion engine
DE1776154A1 (de) * 1968-09-28 1972-01-27 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zweizylinder-Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE1776150A1 (de) * 1968-09-28 1972-01-27 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zweizylinder-Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine
US4517931A (en) * 1983-06-30 1985-05-21 Nelson Carl D Variable stroke engine
US5303681A (en) * 1992-08-28 1994-04-19 Cummins Engine Company, Inc. Torsional tunable coupling for a diesel engine drive shaft
EP1359303B1 (de) * 2002-04-17 2006-03-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine mit variabeln Kolbenhub
EP1760289A2 (de) * 2005-08-29 2007-03-07 HONDA MOTOR CO., Ltd. Brennkraftmaschine mit variablem Kolbenhub
EP1760290A2 (de) * 2005-08-29 2007-03-07 HONDA MOTOR CO., Ltd. Brennkraftmaschine mit variabeln Kolbenhub
US7661395B2 (en) * 2005-08-29 2010-02-16 Honda Motor Co., Ltd. Stroke-variable engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010027351A1 (de) 2012-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2721319B1 (de) Brennkraftmaschine
DE102010004588B4 (de) Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Ausgleichsgewichten auf der Exzenterwelle
EP2524127B1 (de) Reihen-brennkraftmaschine mit mehrgelenkskurbeltrieb sowie einer einzigen ausgleichswelle zur tilgung von massenkräften zweiter ordnung
DE102010027351B4 (de) Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und Momentenausgleich
EP2598735B1 (de) Brennkraftmaschine mit mehrgelenkskurbeltrieb und zusatzmassen an anlenkpleueln des mehrgelenkskurbeltriebs zur tilgung von freien massenkräften
DE102009006633A1 (de) Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und verstellbarem Verdichtungsverhältnis
DE102005054760A1 (de) Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis
DE102013003682B4 (de) Verfahren zur Laststeuerung und Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine arbeitend nach dem realen Viertakt-Atkinson-Zyklus
DD256894A5 (de) Kolben-verbrennungsmotoren
DE102012008244B4 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine
DE10348345B4 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE2047180B2 (de) Kolbentriebwerk
DE102012001648B4 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Montage eines Mehrgelenkskurbeltriebs
DE102011108185B4 (de) Brennkraftmaschine mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine
DE102005054761A1 (de) Brennkraftmaschine
EP3084171B1 (de) Koppelglied für einen mehrgelenkskurbeltrieb sowie mehrgelenkskurbeltrieb
DE102013019214B3 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs
DE102014002368B4 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine
DE10245529A1 (de) Motor mit Ausgleichsvorrichtung für ein Kippmoment zweiter Ordnung
DE102010055584B4 (de) Vorrichtung zum Massenausgleich
DE102014018897B3 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb unter Verstellen einer Exzenterwelle
DE102014018898A1 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem Exzenterwellen-Stellantrieb umfassend ein schaltbares Getriebe mit mindestens zwei verschiedenen Untersetzungsverhältnissen
DE102014014706B3 (de) Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine mit axial beweglicher Steuerwelle und kulissengeführten drehbaren Exzentern auf der Steuerwelle

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130914

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee