DE4343373C2 - Reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine for Vehicles according to the preamble of claim 1.
Gattungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschinen sind allgemein be kannt und in den unterschiedlichsten Bauformen insbesondere im Kraftfahrzeugbau im Einsatz. Ein großes Problem derartiger Mo toren ist darin zu sehen, daß diese durch die fortlaufend nach einander erfolgenden Verbrennungsvorgänge ständig zu Schwingun gen angeregt werden. Diese Schwingungen werden durch mechani sche Kopplung auch auf Anbauteile, wie beispielsweise Luftfilter und Ansaugrohre, übertragen. Hinweise auf dieses Problem finden sich beispielsweise in der EP 0305891 B1 (F 01 N 7/08) und der DE 34 33 255 C2 (F 16 F 15/04).Generic reciprocating internal combustion engines are generally be knows and in the most diverse designs, especially in Motor vehicle construction in use. A big problem of such mo gates can be seen in the fact that these are continuously followed by combustion processes taking place continuously be stimulated. These vibrations are caused by mechani Coupling also on attachments, such as air filters and intake pipes. Find pointers to this problem for example in EP 0305891 B1 (F 01 N 7/08) and the DE 34 33 255 C2 (F 16 F 15/04).
Es ist grundsätzlich aus den gattungsbildenden DE 27 52 874 A1 (F 02 M 35/12) und EP 0514646 A1 (F 02 M 35/10) bekannt, bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen die vom Verbrennungsmotor ausge hende Körperschallübertragung durch elastische Befestigung der Anbauteile zu unterbinden.It is basically from the generic DE 27 52 874 A1 (F 02 M 35/12) and EP 0514646 A1 (F 02 M 35/10) known Reciprocating internal combustion engines made by the internal combustion engine existing structure-borne sound transmission through elastic fastening of the To prevent attachments.
Die drei letztgenannten Schriften vermitteln jedoch keinerlei Hin weise darauf, wie aus Anbauteilen resultierende Dröhnschwingun gen wirkungsvoll beseitigt werden können. The however, three of the latter writings do not convey any pointers points out how boom vibrations resulting from add-on parts can be removed effectively.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, bei gattungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschinen die ela stische Anbindung von Anbauteilen so auszuführen, daß beim Auf treten von Dröhnschwingungen deren Häufigkeit und Intensität deutlich reduziert werden.Against this background, the invention is based on the object de, the ela in generic reciprocating internal combustion engines tical connection of attachments so that when opening the frequency and intensity of drone vibrations be significantly reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This problem is solved by the characteristic features of claim 1. The sub-claims contain appropriate Developments of the invention.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Beweglichkeit der elastischen Lagerelemente parallel zu den dominierenden, freien Massenkräften auszurichten. Bei gattungsgemäßen Hubkolben- Brennkraftmaschinen ist dies die Laufrichtung der Hubkolben. Die im Kennzeichen angegebene Bemessungsvorschrift für die Di mensionierung der Steifigkeit eines oder mehrerer elastischer Lagerelemente beruht auf der erfinderseitigen Erkenntnis, daß nicht nur durch die überkritische Lagerung der Brennkraftma schine selbst oder gemischzuführender Ansaugleitungen (siehe hierzu beispielsweise die EP 0450252 A1 (F 16 F 15/04)), son dern auch durch schwingungstechnische Entkopplung von reinluft zuführenden Anbauteilen zusätzlich eine erhebliche Reduzierung von Dröhnschwingungen in Fahrzeugen erzielt werden kann. Die erste Eigenfrequenz des Anbauteiles, beispielsweise eines Luft filters, soll also maßgeblich unterhalb derjenigen Frequenzen liegen, die während des Betriebes der Brennkraftmaschine in den hauptsächlich auftretenden Drehzahlbereichen erzeugt wird.According to the invention, the mobility of the elastic bearing elements parallel to the dominant, free Align mass forces. With generic reciprocating In internal combustion engines, this is the direction of travel of the reciprocating pistons. The design specification for the Di dimensioning the stiffness of one or more elastic Bearing elements is based on the knowledge of the invention that not only due to the supercritical storage of the internal combustion engine machine itself or intake lines to be mixed (see for this, for example, EP 0450252 A1 (F 16 F 15/04)), son also by decoupling the clean air from vibrations feeding attachments also a considerable reduction can be achieved by roaring vibrations in vehicles. The first natural frequency of the attachment, for example an air filters, should therefore be significantly below those frequencies lie, which during the operation of the internal combustion engine in the mainly occurring speed ranges is generated.
Zur Festlegung der für die Bemessung der elastischen Lagerele mente maßgebenden Grenzdrehzahl kann beispielsweise der Dreh zahlbereich einer Brennkraftmaschine in Klassen unterteilt wer den. Versuchstechnisch kann dann ermittelt werden, ab welcher Drehzahlklasse die Brennkraftmaschine überwiegend, beispiels weise 80% der gesamten Betriebsdauer, betrieben wird. Eine vereinfachte Vorgabe für die Grenzdrehzahl kann auch die jewei lige Leerlaufdrehzahl eines bestimmten Brennkraftmaschinentyps sein. To determine the dimensioning of the elastic bearing element The decisive limiting speed can be, for example, the rotation Number range of an internal combustion engine divided into classes the. From a test point of view, it can then be determined from which Speed class the internal combustion engine predominantly, for example as 80% of the total operating time is operated. A The respective limit can also be simplified idle speed of a particular engine type his.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß zu den gattungsge mäßen Hubkolben-Brennkraftmaschinen auch solche gezählt werden, bei denen die Laufrichtung der Hubkolben in einer leichten V- Anordnung zueinander stehen. Als derartige Brennkraftmaschinen sind beispielsweise die von der Anmelderin bereits auf dem Markt eingeführten VR6-Motoren zu sehen. Die Ausrichtung der elastischen Lagerelemente wäre dann an der Winkelhalbierenden der Hubkolben-Laufrichtungen zu orientieren.At this point it should be noted that the genus reciprocating internal combustion engines are also counted, where the direction of travel of the reciprocating pistons in a slight V- Arrangement to each other. As such internal combustion engines are, for example, those of the applicant on the See market launched VR6 engines. The orientation of the elastic bearing elements would then be on the bisector to orient the reciprocating piston running directions.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nicht nur wie beim eingangs bereits genannten Stand der Technik die Körper schallanregung unterbunden wird, sondern darüber hinaus auch die durch Eigenschwingungen des Anbauteils ausgelöste Sekundär schallemission deutlich reduziert wird. Außerdem kann die hier vorgeschlagene Entkopplung von Anbauteilen insbesondere bei Luftfiltern ohne großen konstruktiven Aufwand in bereits beste hende Brennkraftmaschinenkonzepte eingebunden werden.The advantage of the invention is that not only how the bodies in the prior art already mentioned at the beginning sound excitation is prevented, but also beyond the secondary triggered by natural vibrations of the attachment sound emission is significantly reduced. Besides, here proposed decoupling of attachments in particular Air filters without great design effort in already the best existing engine concepts are integrated.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Man erkennt dort eine insgesamt mit 1 bezeichnete Brennkraftmaschine, an der ein Saugrohr 2 angeflanscht ist, welches seinerseits einen Luftfil ter 3 trägt. In das Saugrohr 2 sind als Stützstellen wirksame Schraubenbolzen 4 und 5 eingeschraubt, die über elastische La gerelemente 6 und 7 den Luftfilter 3 tragen. Auf dem Saugrohr 2 befindet sich hier außerdem noch ein Gemischbildner 8, der ge genüber dem Luftfilter 3 mit einer umlaufenden Dichtung 9 abge dichtet ist.A particularly advantageous embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. One can see there an internal combustion engine, designated overall by 1 , to which an intake manifold 2 is flanged, which in turn carries a Luftfil ter 3 . In the intake manifold 2 effective bolts 4 and 5 are screwed as support points, the ger elements 6 and 7 carry the air filter 3 via elastic La. On the intake manifold 2 there is also a mixture generator 8 , which is sealed against the air filter 3 with a circumferential seal 9 .
Aus dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 ist hier beispielhaft
ein Kolben 10 dargestellt, der in Richtung des Doppelpfeiles Z
hin- und herbewegbar ist und seine Bewegungsenergie über ein
Pleuel 11 auf eine Kurbelwelle 12 zur Erzeugung von Rotations
energie überträgt. Es ist deutlich zu sehen, daß die elasti
schen Lagerelemente 6, 7 in Richtung des Doppelpfeiles Z beweg
bar sind und so eine Ausrichtung zu den dominierenden, freien
Massenkräften aufweisen. Für eine von der Anmelderin konzipier
te Brennkraftmaschine ergab sich die Steifigkeit c der elastischen
Lagerelemente aus folgenden Ausgangsgrößen:
mF = 1,73 kg
p = 3
X = 4
nGrenz = 900 min-1,
wobei mF die gesamte Filtermasse, p die Anzahl der Stützstellen
des Luftfilters 3, X die Anzahl der in Reihe zueinander ange
ordneten Zylinder der Brennkraftmaschine und nGrenz
(fGrenz = nGrenz/60 s) deren vorgegebene Leerlaufdrehzahl ist.
Bei Brennkraftmaschinen mit Reihenzylinderanordnung ergibt sich
die Ordnung i, bei der die freien Massenkräfte dominieren, aus
dem Quotienten X/2. Unter Verwendung der im Anspruch 1 angege
benen Formel ergab sich so eine Steifigkeit von:
From the inside of the internal combustion engine 1 , a piston 10 is shown here as an example, which can be moved back and forth in the direction of the double arrow Z and transmits its kinetic energy via a connecting rod 11 to a crankshaft 12 for generating rotational energy. It can clearly be seen that the elastic bearing elements 6 , 7 can be moved in the direction of the double arrow Z and thus have an orientation to the dominant, free mass forces. For an internal combustion engine designed by the applicant, the stiffness c of the elastic bearing elements resulted from the following initial variables:
m F = 1.73 kg
p = 3
X = 4
n limit = 900 min -1 ,
where m F is the total filter mass, p the number of support points of the air filter 3 , X the number of cylinders of the internal combustion engine arranged in series with one another and n limit (f limit = n limit / 60 s) whose predetermined idling speed is. In internal combustion engines with a row cylinder arrangement, the order i, in which the free mass forces dominate, results from the quotient X / 2. Using the formula given in claim 1, the resulting stiffness was:
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 9 zwischen Luftfilter 3 und Gemischbildner 8 der artig weich gehalten, daß zwischen diesen Bauteilen kein nen nenswerter Kraftschluß und schon gar kein Formschluß stattfin den kann. Gegenüber den elastischen Lagerelementen 6 und 7 ist diese Dichtung 9 so weich ausgeführt, daß sie Schwingungen des Luftfilters 3 in allen translatorischen und rotatorischen Rich tungen nicht beeinträchtigt.In the embodiment shown in the drawing, the seal 9 between the air filter 3 and mixture-forming agent 8 is kept soft, that between these components no significant adhesion and certainly no positive locking can take place. Compared to the elastic bearing elements 6 and 7 , this seal 9 is so soft that it does not interfere with vibrations of the air filter 3 in all translatory and rotary directions.
Abweichend von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiel ist es aber auch möglich, die Dichtung 9 selbst als Stützmittel auszubilden, das zur Entkopplung des Luftfilters 3 von der Brennkraftmaschine 1 beiträgt. Eine derartige Maßnahme kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn für einen be stimmten Typ von Brennkraftmaschine beim Einbau in ein Fahrzeug die Bauraumsituation eine Minimierung von Stützstellen ver langt. Dies kann gegebenenfalls eine Funktionsintegration von Dichtung und Entkopplung notwendig werden lassen. Deviating from the embodiment shown in the drawing, it is also possible, however, to design the seal 9 itself as a support which contributes to the decoupling of the air filter 3 from the internal combustion engine 1 . Such a measure may be necessary, for example, when for a certain type of internal combustion engine when installed in a vehicle, the installation space situation requires minimization of support points. This may make it necessary to integrate the functions of seal and decoupling.
Die Erfindung ist nicht auf die Entkopplung von Luftfiltern be schränkt. Entkoppelt werden können an Brennkraftmaschinen auf die zuvor beschriebene Weise beispielsweise auch ansaugreinluf zuführende Komponenten, wie Hutze mit zugehörigem Schlauch oder andere Anbauteile.The invention is not based on the decoupling of air filters limits. Can be decoupled from internal combustion engines the way described above, for example, also intake air feeding components, such as scraper with associated hose or other attachments.
Claims (7)
- a) daß das elastische Lagerelement (6, 7) im wesentlichen parallel zu den dominierenden, freien Massenkräften der Brennkraftmaschine nachgiebig ist und
- b) daß sich die Steifigkeit (C) eines elastischen Lagerelementes (6, 7)
folgendermaßen bestimmt:
wobei fGrenz die zugehörige Schwingungsfrequenz zu einer Grenzdrehzahl ist, die für einen jeweiligen Typ der Brennkraftmaschine (1) vorgegeben ist und oberhalb derer diese überwiegend betrieben wird, und i diejenige Ordnung der Brennkraftmaschinendrehzahl ist, bei der die dominierenden Massenkräfte in Kolbenlaufrichtung entstehen.
- a) that the elastic bearing element ( 6 , 7 ) is essentially parallel to the dominant, free inertial forces of the internal combustion engine and
- b) that the stiffness (C) of an elastic bearing element ( 6 , 7 ) is determined as follows:
where f limit is the associated oscillation frequency at a limit speed, which is specified for a particular type of internal combustion engine ( 1 ) and above which it is predominantly operated, and i is the order of the internal combustion engine speed at which the dominant mass forces arise in the piston running direction.
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