CN103161878A - 平衡轴组及具有该平衡轴组的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种平衡轴组及具有该平衡轴组的车辆。该平衡轴组包括两平衡轴，所述两平衡轴分别位于发动机的两侧，在Y轴方向以气缸中心线为基准保持对称，所述平衡轴组的重心在Z轴方向、X轴方向分别与发动机的重心、中间气缸的中心保持一致。两平衡轴转动时产生与发动机倾覆力矩反向的力矩作用，降低了倾覆力矩，减小了发动机的振动和噪声，增强了怠速NVH性能，且保证了三缸机小型轻量化、低成本、低摩擦损失、低油耗等优点。

Description

平衡轴组及具有该平衡轴组的车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种平衡轴组及具有该平衡轴组的车辆。

背景技术

截止到2011年8月，全球汽车保有辆已突破10亿辆。汽车引起的环境与资源等问题也成为制约其发展的重要因素。在强调汽车节能减排，低碳环保的大环境下，三缸机凭借其油耗低、结构紧凑、声功率大等优点，成为当前发动机研发的主要潮流。

然而，三缸机因为振动大，进而影响整车的乘坐舒适性，怠速时尤其严重。针对三缸机怠速振动大的问题，目前世界上各大汽车厂商的主流做法是通过过量平衡的方法降低三缸机特有的惯性力偶的一阶成分，然后通过平衡轴进一步将惯性力偶抵消为零。但是，怠速时，由于发动机转速低，惯性力的影响很小，而真正影响三缸机怠速NVH性能的激励源是燃烧压力引起的倾覆力矩。因此现有的平衡轴并不能从根本上解决三缸机怠速NVH性能不佳的问题。

普通发动机在活塞往复运动时，连杆对气缸会产生垂直于气缸壁方向的分力，此分力会对发动机产生倾覆力矩，现有发动机平衡轴往往只平衡活塞的二阶往复惯性力，不考虑倾覆力矩。

由于影响三缸机怠速NVH性能的主要激振力是燃烧压力引起的倾覆力矩波动，而非惯性力引起的惯性力偶，因此通过平衡惯性力偶的方法并不能从根本上改善三缸机的怠速NVH问题。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种平衡轴组及具有该平衡轴组的车辆。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决三缸机振动大，影响整车乘坐舒适性，尤其是怠速时NVH的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平衡轴组，该平衡轴组包括两平衡轴，所述两平衡轴分别位于发动机的两侧，在Y轴方向以气缸中心线为基准保持对称，所述平衡轴组的重心在Z轴方向、X轴方向分别与发动机的重心、中间气缸的中心保持一致。

其中，所述两平衡轴的非平衡转动惯量大小相等，相位相反。

其中，所述两平衡轴的旋转方向相同。

其中，所述两平衡轴的转速与曲轴的转速相匹配。

其中，所述两平衡轴的转速为曲轴转速的1.5倍。

其中，所述两平衡轴上均设有平衡块，所述平衡块用于使得在X方向两平衡轴的重心与中间气缸的中心一致。

其中，在所述两平衡轴的一端均设有链轮或带轮，所述链轮或带轮通过正时链或正时带与曲轴链轮或曲轴带轮及正时链轮或正时带轮传动连接。

其中，在所述两平衡轴的一端均设有齿轮，所述齿轮与凸轮轴及曲轴通过齿轮啮合传动。

本发明还提供了一种车辆，其包括上述平衡轴组。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明通过设计两平衡轴，其转动时产生与发动机倾覆力矩反向的力矩作用，降低了倾覆力矩，减小了发动机的振动和噪声，增强了怠速NVH性能，且保证了三缸机小型轻量化、低成本、低摩擦损失、低油耗等优点。

附图说明

图1是本发明实施例平衡轴组的立体示意图；

图2是本发明实施例平衡轴组的后视图；

图3是本发明实施例燃烧压力力矩及平衡轴示意图。

图中：1：气门；2：凸轮轴；3：曲轴链轮；4：正时链轮；5：正时链；6：曲轴；7：连杆及活塞；8：平衡轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1或图2所示，图1中，A、B、C分别为三个气缸的所在位置，其中，B、C位置的气缸未示出。本发明实施例提供的一种平衡轴组，该平衡轴组包括两平衡轴8，所述两平衡轴8分别位于发动机的两侧，在Y轴方向以三个气缸的中心线为基准保持对称，即为：两平衡轴8在左右方向对称分布于三个气缸A、B、C的两侧；所述平衡轴组重心与发动机重心在Z轴方向保持一致，即为：平衡轴组重心与发动机重心在同一高度；所述平衡轴组重心与中间气缸B在X轴方向保持一致，即为：平衡轴组重心与中间气缸B的中心在前后方向保持一致。

所述两平衡轴8的非平衡转动惯量大小相等，相位相反；两平衡轴8的旋转方向相同；两平衡轴8的转速与曲轴6的转速相匹配。

通过所述两平衡轴8旋转时会产生以两平衡轴8之间中心位置为中心的旋转力矩，从而平衡掉活塞往复运动时，连杆对气缸会产生垂直于气缸壁方向的分力，即平衡了三缸机燃烧压力引起的倾覆力矩，从根本上解决了三缸机怠速NVH性能不佳的问题，降低了发动机激振力，提高了发动机NVH性能。

所述两平衡轴8的转速与曲轴6的转速相匹配，具体地为：通过平衡轴8提供的力矩作用抵消倾覆力矩的基本阶次成分，当使用三缸机时，三缸机的倾覆力矩的基本阶次也为1.5阶，因此，平衡轴8的转速为曲轴转速的1.5倍，这样降低了倾覆力矩的幅值，从而降低了倾覆力矩引起的振动。

所述两平衡轴8上均设有平衡块，所述平衡块用于使得两平衡轴8的重心与中间气缸的中心在X方向保持一致。

在所述两平衡轴8的一端均设有链轮，曲轴6的一端设有曲轴链轮3，凸轮轴2的一端设有正时链轮4，所述链轮、曲轴链轮3及正时链轮4通过正时链5传动连接。

工作时，气门1开始吸气工作，带动连杆及活塞7进行动作，曲轴6及曲轴链轮3旋转，通过正时链5将动力传递给链轮及正时链轮4，带动平衡轴8及凸轮轴旋转。

倾覆力矩是发动机怠速工况及中低速工况振动的主要激振力。所述平衡轴8旋转时，产生随转角变化的力矩波动，通过平衡轴提供的力矩作用抵消倾覆力矩的作用，从而降低了倾覆力矩引起的振动，减小了发动机的振动和噪声。

如图3所示，其中，燃烧压力P、活塞截面积A，燃烧压力为PA，燃烧压力引起的倾覆力矩Ｔcomb为：

Ｔcomb＝Ｐ*Ａ*r/cosα*sin(θ+α)

＝P*A*ｒ*sinθ(1+λcosθ/（1-λ²sin²θ）^1/2)

设置两根间距为p的平衡轴，相位相差180°，转速为曲轴转速的1.5倍，作为抵消上图中倾覆力矩的1.5阶成分的平衡轴使用。

其中，平衡轴单轴不平衡量ｍｒ、曲轴转速ω、和曲轴的相位角为φ，则平衡轴的力矩为：

Ｔb＝ｐｍｒω²ｃｏｓ(1.5ωt＋φ)

平衡轴组与曲轴3之间存在一定的相位差，该相位差视怠速时点火时刻及缸压等条件决定，实际工作中，通过调整相位、平衡轴平衡重量及两平衡轴的间距，平衡掉1.5阶成分，达到降低怠速、减小振动的目的。

实施例二

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于，平衡轴组与凸轮轴及曲轴的传动方式不同。

在所述两平衡轴的一端均设有带轮，曲轴的一端设有曲轴带轮，凸轮轴的一端设有正时带轮，所述带轮、曲轴带轮及正时带轮通过正时带传动连接。

实施例三

实施例3与实施例1及实施例2也基本相同，不同之处仍在于，平衡轴组与凸轮轴及曲轴的传动方式不同。

在所述两平衡轴的一端均设有齿轮，在曲轴及凸轮轴的一端也均设有齿轮，平衡轴、曲轴及凸轮轴通过齿轮啮合进行传动。

需要说明的是，本发明的平衡轴组不仅适用于三缸机，而且适用于其它所有发动机，只是因三缸机倾覆力矩大且频率低，因此三缸机应用前景最为广泛而已。

本发明还提供了一种车辆，该车辆包括上述平衡轴组。

综上所述，本发明通过设计两平衡轴，其转动时产生与发动机倾覆力矩反向的力矩作用，降低了倾覆力矩，减小了发动机的振动和噪声，增强了怠速NVH性能，且保证了三缸机小型轻量化、低成本、低摩擦损失、低油耗等优点。

以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平衡轴组，其特征在于：包括两平衡轴（8），所述两平衡轴（8）分别位于发动机的两侧，在Y轴方向以气缸中心线为基准保持对称，所述平衡轴组的重心在Z轴方向、X轴方向分别与发动机的重心、中间气缸的中心保持一致。

2.根据权利要求1所述的平衡轴组，其特征在于：所述两平衡轴（8）的非平衡转动惯量大小相等，相位相反。

3.根据权利要求1所述的平衡轴组，其特征在于：所述两平衡轴（8）的旋转方向相同。

4.根据权利要求1所述的平衡轴组，其特征在于：所述两平衡轴（8）的转速与曲轴（6）的转速相匹配。

5.根据权利要求4所述的平衡轴组，其特征在于：所述两平衡轴（8）的转速为曲轴（6）转速的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的平衡轴组，其特征在于：所述两平衡轴（8）上均设有平衡块，所述平衡块用于使得在X方向两平衡轴（8）的重心与中间气缸的中心一致。

7.根据权利要求1-6任一项所述的平衡轴组，其特征在于：在所述两平衡轴（8）的一端均设有链轮或带轮，所述链轮或带轮通过正时链或正时带与曲轴链轮或曲轴带轮及正时链轮或正时带轮传动连接。

8.根据权利要求1-6任一项所述的平衡轴组，其特征在于：在所述两平衡轴（8）的一端均设有齿轮，所述齿轮与凸轮轴（2）及曲轴（6）通过齿轮啮合传动。

9.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的平衡轴组。

Images