CN103089418A - 用于减小发动机转矩波动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减小发动机转矩波动的装置，具体提供了一种用于减小燃烧发动机转矩波动的装置，该装置包括：安装在发动机中的曲轴、联接到曲轴的飞轮、以及联接到飞轮的第一致动器和第二致动器。飞轮产生针对在燃烧期间由发动机所产生转矩的反转矩，并且操纵第一和第二致动器以调节由飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与发动机转矩相关联的波动。

Description

用于减小发动机转矩波动的装置
技术领域
本发明涉及一种用于减小发动机转矩波动的装置。更具体地，本发明涉及一种减小内燃发动机曲轴的旋转不规则性的装置。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息并且可以或可以不构成现有技术。
一般而言，由于与发动机活塞相关联的工作循环的原因，内燃发动机曲轴的旋转是不均匀的。随着气缸数的减小、低转速、和高负荷，此不均匀性增加。抵消这些旋转不规则性的尝试包括将大的重量物扭转地连接到曲轴。例如，已在飞轮与曲轴之间采用联动系统，使得曲轴每旋转一次飞轮相对于曲轴振荡的次数与燃烧事件相同。将该联动系统布置成使得由飞轮振荡所产生反转矩的方向与发动机转矩的方向相反。然而在这些布置中，只有由飞轮振荡所产生反转矩的大小(而不是相位)是可调节的，即使发动机转矩波动的相位和大小均随着发动机转速和负荷的变化而变化。
发明内容
鉴于前述情况，存在对能够调节相对于曲轴角位置的飞轮振荡的相位和大小的需求。因此，本发明的一个方面提供一种用于减小燃烧发动机转矩波动的装置，该装置包括：安装在发动机中的曲轴、联接到曲轴的飞轮、以及联接到飞轮的第一致动器和第二致动器。飞轮产生针对在燃烧期间由发动机所产生转矩的反转矩，并且操纵第一和第二致动器以调节由飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与发动机转矩相关联的波动。
本发明还涉及以下技术方案。
方案1. 一种减小燃烧发动机转矩波动的装置，包括：
安装在所述发动机中的曲轴；
联接到所述曲轴的飞轮，所述飞轮产生针对在燃烧期间由所述发动机所产生转矩的反转矩；以及
联接到所述飞轮的第一致动器和第二致动器，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器以调节由所述飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与发动机转矩相关联的波动。
方案2. 如方案1所述的装置，其中，调节所述反转矩的大小包括：改变所述飞轮相对于所述曲轴的转速。
方案3. 如方案1所述的装置，其中，所述飞轮经过圆形联接件联接到所述曲轴。
方案4. 如方案3所述的装置，其中，所述圆形联接件联接到一组联接部件，其中一个联接部件联接到从所述曲轴突出的臂。
方案5. 如方案3所述的装置，还包括控制环，并且其中，所述圆形联接件同轴地围绕控制环旋转。
方案6. 如方案6所述的装置，其中，一对臂在相反方向上从所述控制环延伸，一个臂联接到所述第一致动器并且第二臂联接到所述第二致动器。
方案7. 如方案6所述的装置，其中，所述曲轴围绕第一旋转轴线旋转，并且所述控制环围绕平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线而枢转。
方案8. 如方案7所述的装置，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线是相同的。
方案9. 如方案7所述的装置，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相互偏离，从而导致所述控制环的枢转中心偏离所述曲轴的旋转中心。
方案10. 如方案7所述的装置，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器以改变所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离。
方案11. 如方案1所述的装置，其中，所述致动器是电动机。
方案12. 如方案1所述的装置，其中，所述致动器是液压缸。
方案13. 如方案12所述的装置，其中，所述液压缸包含加压的液压流体，利用控制阀门来操纵所述液压缸，电子控制设备根据在抑制转矩波动所期望的内燃发动机的各点的负荷而致动控制阀门。
方案14. 一种减小燃烧发动机转矩波动的方法，包括：
使安装在发动机中的曲轴旋转；
利用飞轮产生针对在燃烧期间由所述发动机所产生转矩的反转矩，所述飞轮联接到所述曲轴；以及
操纵联接到所述飞轮的第一致动器和第二致动器以调节由所述飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与所述发动机转矩相关联的波动。
方案15. 如方案14所述的方法，其中，调节所述反转矩的大小包括：改变所述飞轮相对于所述曲轴的转速。
方案16. 如方案14所述的方法，其中，所述飞轮经圆形联接件而联接到所述曲轴，所述圆形联接件围绕控制环而同轴地旋转。
方案17. 如方案16所述的方法，其中，所述曲轴围绕第一旋转轴线旋转，所述控制环围绕平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线而枢转。
方案18. 如方案17所述的方法，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线是相同的。
方案19. 如方案17所述的方法，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相互偏离，从而导致所述控制环的枢转中心偏离所述曲轴的旋转中心。
方案20. 如方案17所述的方法，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器以改变所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离。
基于以下的描述和附图及权利要求，本发明的其它特征、优点和适用范围将变得显见。应当理解的是，本发明的描述和具体实例意图仅以说明为目的而并非意图限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅以说明为目的而绝非意图限制本公开的范围。附图中的构件不一定按比例绘出，相反重点是放在说明本发明的原理上。而且，在附图中，全部视图中的相同的附图标记是指相对应的部件。
图1是根据本发明原理的用于减小发动机转矩波动的装置的正视图。
图2是处于另一种状态下的该装置的正视图。
图3是处于又一状态下的该装置的正视图。
图4是说明根据本发明原理的利用飞轮反转矩而减小发动机转矩波动的转矩/时间关系图。
具体实施方式
下面的描述在本质上只是示例性的而并非意图限制本公开、其应用或使用。
现在参照附图，图1至图3中示出了使本发明原理具体化的装置并将其标记为10。作为其主要构件，装置10 包括带径向突出臂14的曲轴12。曲轴12利用连杆连接到往复式内燃发动机活塞，并且曲轴12围绕轴线A旋转。臂14可以连接到曲轴12或者可以与曲轴12形成为整体。飞轮16安装成与臂14相邻，控制环18轴向地与飞轮16相邻。
圆形联接件22安装在控制环18的周围，并且圆形联接件22包括突出的径向臂24。径向臂24在铰链或枢销32处连接到联接部件26和28。另外，联接元件26在铰链或枢销34处连接到臂14，联接元件28在铰链或枢销30处连接到飞轮16。联接部件26和28在枢销32处同轴地铰接到圆形联接件22的臂24。接头30、32和34的枢轴线相互平行并且与曲轴12的旋转轴线A平行。
围绕旋转轴线B圆形联接件22旋转并且控制环18枢转。控制环18包括在相反方向上延伸的两个突出臂40和48。臂40在铰链或枢轴节42处连接到与线性致动器36相关联的臂38，臂48在铰链或枢轴节50处连接到与第二线性致动器44相关联的臂46。致动器36和44可安装在电动机壳体内。致动器36和44的臂38和46可以以任何适当的方式运动。例如，致动器36和44可以是分别使臂38和46运动的液压缸或电动机。可利用一组限位器52和54来限制臂38的竖直运动，同时一组引导装置56和58确保臂46做水平运动。可以以嵌套方式来布置装置10以形成紧凑构造，从而将飞轮16和曲轴12布置成与旋转轴线A同轴；圆形联接件22通过其臂24及联接部件26和28并且也通过曲轴臂14而提供飞轮16与曲轴12之间的联接。圆形联接件22围绕轴线B旋转，可以通过控制线性致动器36和44的线性位移来使轴线B在期望方向上偏离曲轴12的旋转轴线A。由于轴线B偏离轴线A，因而当曲轴12旋转时枢销32的中心点与轴线A之间的距离发生变化。结果，当曲轴旋转时枢销32朝向轴线A或背离轴线A而运动，因此在飞轮16与曲轴12之间产生相对振荡角运动。飞轮16相对于曲轴12的振荡角运动的相位和大小是由轴线B的位置所决定。可以利用致动器36和44使轴线B的位置自由移动。如果轴线B移动至与轴线A一致的位置，那么飞轮16相对于曲轴12的振荡的大小变为零。
在一个特定的布置中，致动器36和44为液压缸，其中液压流体为加压的发动机润滑油，因此无需单独的液压压力源。利用受控阀门来操纵液压缸，电子控制设备根据在抑制转矩脉振所需的内燃发动机的各点的负荷而致动受控阀门。所述装置适用于往复式内燃发动机或旋转活塞内燃发动机。代替或者除了控制环18的可调性，飞轮16可构成为使其转动惯量是可变的。
装置10可以被配置成不同的布置。例如，可以以不同方式布置飞轮16及其与曲轴12的联接，例如布置在曲轴的一端，或者对于多气缸发动机而言布置在活塞之间。在曲轴上可设置若干个飞轮16及相关构件。
如图1中所示，随着致动器44和36使臂46和38适当地运动，轴线B在-90度方向上最大地偏离轴线A。
在图2中，随着致动器44和36使臂46和38适当地运动，轴线A与轴线B排成直线。因此，控制环18的中心是以曲轴12的中心为中心。因此，装置10从最大偏心距状态(图1)移动到最小偏心距状态，如图2中所示。因此，圆形联接件22与曲轴12同轴地旋转，其中臂14、联接部件26和28、与径向臂24之间的相对位置是不变的，因此飞轮与曲轴之间没有相对角运动。
转向图3，致动器44使臂46朝向曲轴12运动，致动器36使臂38移动至A轴线与B轴线竖直对齐但水平偏离的位置，如图中所示。因此，控制环18的中心(该中心为轴线B)在0°方向上偏离曲轴12的中心(轴线A)。图1和图3示出了轴线B分别在-90°和-0° 方向上偏离轴线A；然而，通过操纵致动器36和44，轴线B可以在任意方向上偏离中心。
飞轮16相对于曲轴12的振荡角运动产生作用于曲轴的反转矩。反转矩的相位和大小是由轴线B的位置(控制环18的中心)所决定。致动器36和44控制轴线B的位置使得飞轮的反转矩总是在发动机燃烧转矩的相反方向上并且具有可观的大小。
图3示出了随时间推移的发动机转矩和飞轮转矩波动的图。具体地，横坐标为时间，并且纵坐标表示发动机燃烧转矩60、飞轮反转矩62、和由于飞轮反转矩减小发动机燃烧转矩所形成的净发动机转矩64。通过适当使用致动器36和44，可以控制飞轮反转矩的大小和相位。如图3中可见，最大发动机燃烧转矩60被最小飞轮反转矩所抵消，最小发动机燃烧转矩被最大飞轮反转矩所抵消，从而形成高转矩值与低转矩值之间的差显著小于发动机燃烧转矩的净发动机转矩64，这使得发动机工作平稳得多。
本发明的描述在性质上只是示例性的，不背离本发明要点的变更意图是在本发明的范围内。这种变更不被看作背离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种减小燃烧发动机转矩波动的装置，包括：
安装在所述发动机中的曲轴；
联接到所述曲轴的飞轮，所述飞轮产生针对在燃烧期间由所述发动机所产生转矩的反转矩；以及
联接到所述飞轮的第一致动器和第二致动器，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器以调节由所述飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与发动机转矩相关联的波动。
2.如权利要求1所述的装置，其中，调节所述反转矩的大小包括：改变所述飞轮相对于所述曲轴的转速。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述飞轮经过圆形联接件联接到所述曲轴。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述圆形联接件联接到一组联接部件，其中一个联接部件联接到从所述曲轴突出的臂。
5.如权利要求3所述的装置，还包括控制环，并且其中，所述圆形联接件同轴地围绕控制环旋转。
6.如权利要求6所述的装置，其中，一对臂在相反方向上从所述控制环延伸，一个臂联接到所述第一致动器并且第二臂联接到所述第二致动器。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述曲轴围绕第一旋转轴线旋转，并且所述控制环围绕平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线而枢转。
8.如权利要求7所述的装置，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线是相同的。
9.如权利要求7所述的装置，其中，操纵所述第一致动器和第二致动器使得所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相互偏离，从而导致所述控制环的枢转中心偏离所述曲轴的旋转中心。
10.一种减小燃烧发动机转矩波动的方法，包括：
使安装在发动机中的曲轴旋转；
利用飞轮产生针对在燃烧期间由所述发动机所产生转矩的反转矩，所述飞轮联接到所述曲轴；以及
操纵联接到所述飞轮的第一致动器和第二致动器以调节由所述飞轮所产生反转矩的大小和相位，从而抑制与所述发动机转矩相关联的波动。
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