CN103277456B - 发动机飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机飞轮，涉及车辆配件技术，解决了现有的扭转减振器通用性差、布置空间受限的问题。本发明实施例中，所述发动机飞轮包括飞轮本体，还包括设在所述飞轮本体上的质量块及控制装置；所述控制装置用于改变所述质量块与所述飞轮本体中心之间的距离；当所述飞轮本体转动时，所述质量块与所述飞轮本体一起转动。本发明主要应用在车辆中。

Description

发动机飞轮

技术领域

本发明涉及车辆配件技术，尤其涉及一种发动机飞轮。

背景技术

随着汽车科技发展的同时，其所带来的废气排放等环境问题越来越得到人们的重视，世界各国出台的汽车排放法规也越来越严格，因此，汽车发动机小型化成为汽车行业发展的主要方向。

现有的增压强化的小型发动机中，发动机输出轴与离合器相连接，离合器的输出轴连接变速器，从而通过动力总成轴系完成动力传递、行驶驱动等操作。由于发动机曲轴会发生扭转振动，在车辆运行的不同工况下容易造成发动机曲轴系与变速器输入轴共振的现象，即以相同的扭转振动频率振动，从而容易导致动力总成轴系受到损坏或引起噪音。鉴于上述原因，现有技术中通常在发动机的输出端或离合器的输出端设置扭转减振器，扭转减振器包括有弹性元件(减振弹簧)和阻尼元件(阻尼片)，通过弹性-阻尼元件的配合能够有效地降低发动机输出端或离合器输出端的扭转振动，从而使其振动频率避开动力总成轴系的共振频率，防止发生共振，由于发动机输出端或离合器输出端的振动减小了，因此扭矩输出的波动也相应减小了。

然而，上述扭转减振器的弹性-阻尼元件为固定的配合模式，整车运行的不同工况下，无法起到很好地减振效果，通用性差；且，扭转减振器在整车中占用空间较大，其布置空间受限。

发明内容

本发明的实施例提供一种发动机飞轮，解决了现有的扭转减振器通用性差、布置空间受限的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种发动机飞轮，包括飞轮本体，还包括设在所述飞轮本体上的质量块及控制装置；所述控制装置用于改变所述质量块与所述飞轮本体中心之间的距离；当所述飞轮本体转动时，所述质量块与所述飞轮本体一起转动。

本发明实施例提供的控制装置的结构有多种，其中一种为：所述控制装置包括固定在所述飞轮本体上的执行器及位于所述飞轮本体内的约束钢带，且所述执行器用于改变所述约束钢带的周长；当所述执行器改变所述约束钢带的周长时，所述约束钢带带动所述质量块运动，以改变所述质量块与所述飞轮本体中心之间的距离。

本发明实施例提供的约束钢带的结构有多种，其中一种为：所述飞轮本体上设有相邻的支撑点及固定点，且所述支撑点及固定点位于同一圆周线上；所述约束钢带一端固定在所述支撑点上、另一端绕过所述固定点并与所述执行器固定连接，且所述约束钢带固定在所述支撑点的部分与绕过所述固定点的部分相贴合构成圆形闭合结构；所述圆形闭合结构的中心与所述飞轮本体的中心同轴设置，且所述执行器位于所述飞轮本体的中心处。

本发明实施例提供的质量块的固定方式有多种，其中一种为：所述质量块通过设在所述飞轮本体内的弹性装置固定保持在所述圆形闭合结构内侧，且所述质量块与构成所述圆形闭合结构部分的所述约束钢带相贴合。

其中，弹性装置具体可以为，所述弹性装置为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端固定在所述飞轮本体上、另一端与所述质量块固定连接；所述螺旋弹簧一直处于压缩状态以使所述质量块与所述约束钢带相贴合。

优选地，所述质量块为多个，均为扇形结构，且所述扇形结构朝向所述飞轮本体中心的端侧固定设有中空柱状体，所述中空柱状体用于容纳所述螺旋弹簧；多个所述质量块沿所述圆形闭合结构等距间隔设置。

本发明实施例中控制改变约束钢带周长的方式有多种，其中一种为：所述螺旋弹簧与所述质量块固定连接的另一端设有弹簧座，所述弹簧座上设有压电传感器；所述压电传感器电连接有与所述压电传感器集成固定的信号发射器，且所述信号发射器与汽车电子控制单元中的第一信号收发器相匹配。

鉴于上述控制改变约束钢带周长的方式，本发明实施例提供的执行器可以为：所述执行器包括电机控制的自转轴，当所述执行器随所述飞轮本体一起转动时，所述自转轴能够独自旋转以使所述约束钢带的周长增大或减小。

其中，所述执行器上设有第二信号收发器，且所述第二信号收发器与汽车电子控制单元中的第一信号收发器相匹配。

为了方便飞轮的转动惯量再次改变，所述执行器上还设有信号处理器，所述信号处理器用于分析所述执行器工作状态并反馈给所述汽车电子控制单元。

本发明实施例提供的发动机飞轮中，包括飞轮本体及设在飞轮本体上的质量块和控制装置，且控制装置能够改变质量块与飞轮本体中心之间的距离，因此，当飞轮本体转动并带动质量块一起转动时，通过改变质量块与飞轮本体中心之间的距离，即质量块的布置半径，再根据转动惯量的性质可知，质量块布置半径的改变能够改变质量块的转动惯量，从而改变飞轮的转动惯量，进而改变发动机输出端的扭转振动频率，使其避开总成轴系的共振频率点，避免发生共振。由上述分析可知汽车在不同工况下时，可以通过适时连续地改变飞轮的转动惯量，来避免动力总成轴系发生共振，通用性高，且发动机飞轮同时取代了扭转弹簧的作用，节省了整车空间，实用性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的发动机飞轮结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例提供一种发动机飞轮，如图1所示，包括飞轮本体11，还包括设在飞轮本体11上的质量块12及控制装置；控制装置用于改变质量块12与飞轮本体11中心之间的距离；当飞轮本体11转动时，质量块12与飞轮本体11一起转动。

本发明实施例提供的发动机飞轮中，包括飞轮本体及设在飞轮本体上的质量块和控制装置，且控制装置能够改变质量块与飞轮本体中心之间的距离，因此，当飞轮本体转动并带动质量块一起转动时，通过改变质量块与飞轮本体中心之间的距离，即质量块的布置半径，再根据转动惯量的性质可知，质量块布置半径的改变能够改变质量块的转动惯量，从而改变飞轮的转动惯量，进而改变发动机输出端的扭转振动频率，使其避开总成轴系的共振频率点，避免发生共振。由上述分析可知汽车在不同工况下时，可以通过适时连续地改变飞轮的转动惯量，来避免动力总成轴系发生共振，通用性高，且发动机飞轮同时取代了扭转弹簧的作用，节省了整车空间，实用性较高。

此处需要说明，发动机飞轮为汽车中一固定件，且位于发动机及离合器之间并与发动机输出轴固定连接，因此飞轮转动惯量的改变，能够改变发动机输出端的扭转振动频率，使其增大或减小。

如图1所示，控制装置可以包括固定在飞轮本体11上的执行器13及位于飞轮本体11内的约束钢带14，且执行器13用于改变约束钢带14的周长；当执行器13改变约束钢带14的周长时，约束钢带14带动质量块12运动，以改变质量块12与飞轮本体11中心之间的距离。其中，通过改变约束钢带14的周长来改变质量块12的布置半径的方式有多种，例如其中一种可以为，质量块12通过约束钢带14与飞轮本体11相连接，且执行器13能够控制约束钢带14的伸缩(这要求约束钢带具有足够的刚性)，从而带动质量块12运动，由此改变其布置半径，该种方式中通过约束钢带14限制质量块12的位置，两者之间需采用刚性连接，则质量块12易对飞轮本体11造成损坏。因此，结合飞轮本体11的结构及实用性，本实施例中采用如下方式。

具体为，如图1所示，飞轮本体11上可以设有相邻的支撑点15及固定点16，且支撑点15及固定点16位于同一圆周线上；约束钢带14一端可以固定在支撑点15上、另一端可以绕过固定点16并与执行器13固定连接，且约束钢带14固定在支撑点15的部分与绕过固定点16的部分相贴合构成圆形闭合结构；其中，圆形闭合结构的中心与飞轮本体11的中心同轴设置，且执行器13可以位于飞轮本体11的中心处。图1中，约束钢带14构成圆形闭合结构，且圆形闭合结构能够保证各处受力均匀，且没有其他矩形结构中的较大拐角(构成矩形结构时，需要增设固定点或将约束钢带直接做成矩形结构)，在通过执行器13改变其周长时，便于操作，且，圆形闭合结构的中心与飞轮本体11的中心同轴设置，使约束钢带14符合飞轮本体11的整体结构布局。

此时，在图1中，质量块12可以通过设在飞轮本体11内的弹性装置(图1中未示出)固定保持在圆形闭合结构内侧，且质量块12与构成圆形闭合结构部分的约束钢带14相贴合。由此可知，通过弹性装置的弹力能够使质量块12不论其布置半径如何改变时，总能够保持与约束钢带14相贴合，从而保证约束钢带14的运动能够带动质量块12的运动。

其中，弹性装置可以为螺旋弹簧，螺旋弹簧一端固定在飞轮本体11上、另一端与质量块12固定连接；螺旋弹簧一直处于压缩状态以使质量块12与约束钢带14相贴合。当质量块12处于初始位置时(一般此时质量块的布置半径最大，转动惯量最大)，螺旋弹簧处于压缩状态，其作用在质量块12上的弹力使质量块12与构成圆形闭合结构的约束钢带14相贴合；当需要减小质量块12的布置半径，即减小约束钢带14的周长时，通过约束钢带14收缩使质量块朝向飞轮本体11中心方向运动，进一步使螺旋弹簧压缩储能，从而减小质量块12的转动惯量；当需要增大质量块12的布置半径时，即增大约束钢带14的周长，此时约束钢带14伸展，同时螺旋弹簧释放能量，使质量块12的布置半径增大的同时，保证其与约束钢带14相贴合。

由上述过程可知，质量块12能够随飞轮本体11一起转动的同时，还能够通过约束钢带14来改变其布置半径，因此，此时执行器13可以包括步进电机或其它类型电机控制的自转轴，当执行器13随飞轮本体11一起转动时，自转轴能够独自旋转以使约束钢带14的周长增大或减小，从而改变质量块12的布置半径。具体地，以步进电机为例，步进电机的外壳与飞轮本体11固定连接，其输出端固定连接有自转轴，因此步进电机能够随飞轮本体11一起转动的同时，通过控制步进电机的旋转，使自转轴独自旋转，此时约束钢带14的另一端固定在该自转轴上，以使自转轴旋转时，能够使约束钢带14在自转轴上缠绕(根据步进电机的旋转方向，使约束钢带14收缩或伸展)，从而使约束钢带14的周长增大或减小。其中，图1中飞轮本体11上的支撑点15及固定点16位置不变，因此，约束钢带14环成的圆形闭合结构朝向支撑点15及固定点16方向收缩，从而改变其内侧的质量块12的布置半径。

在实际应用中，对于一个飞轮这种圆盘结构的转动来说，为了保证其转动的平稳性，通常将飞轮整体设置为一个相对对称的结构，及质量分布均匀。因此，如图1所示，质量块12可以为多个，具体视飞轮结构和传递动力大小而定，质量块12均可以为扇形结构，且扇形结构朝向飞轮本体11中心的端侧可以固定设有中空柱状体121，中空柱状体121用于容纳螺旋弹簧；多个质量块12可以沿圆形闭合结构等距间隔设置。质量块12为多个并沿圆形闭合结构等距间隔设置能够使飞轮整体结构上对称且质量分布均匀，从而使飞轮平稳转动；且，扇形结构的质量块12能够使质量块12与约束钢带14相贴合的位置弧度相符合，之间无缝隙接触，从而使两者在接触位置受力均匀，避免发生损坏；另外，螺旋弹簧置于质量块12的中空柱状体121中，使螺旋弹簧的弹力充分作用在质量块12上，同时保证质量块12在随飞轮本体11一起转动时，避免发生相对运动。

此处需要说明的是，图1中，约束钢带14的布置及构成的图形结构仅为一种优选地方案，当然，也可以为其它的方式来布置，例如，一种结构为：约束钢带14一端固定在支撑点15，另一端朝向固定点16方向布置并绕过固定点16固定在执行器13上，从而约束钢带14在支撑点15和固定点16之间形成弧形结构；另一种结构为：约束钢带14构成圆形、矩形等闭合结构或非闭合结构，仍然以圆形闭合结构为例，执行器13置于圆形闭合结构的外侧，此时质量块12置于圆形闭合结构中或外侧，通过执行器13能够改变圆形闭合结构的长度，从而控制质量块12布置半径的改变。上述两种情况相比本实施例中的结构，图1所示的结构能够保证飞轮整体转动的平稳性，实用性、安全性高。

另外，对于通过改变质量块的布置半径来改变飞轮的转动惯量来说，质量块的布置半径有了较小的改变时，根据转动惯量的性质可知，飞轮的转动惯量的改变相对较大，因此，本实施例中初始状态的约束钢带14为圆形闭合结构，在改变约束钢带14的周长时，其朝向或远离支撑点15和固定点16方向运动，其结构可能变为非圆形结构，但整体上改变不大，因此在改变飞轮转动惯量的同时，对飞轮整体的转动平稳性影响不大，可以忽略。当然，也可以在改变约束钢带14周长的同时，通过控制，使支撑点15及固定点16的位置也相应发生改变，从而使质量块12的布置半径改变时，约束钢带14所环成的圆形闭合结构仅半径改变，结构及中心不发生改变，但此时成本也相应提高。

在汽车的实际驾驶中，驾驶员可以根据自身经验或听声音来判断是否需要改变飞轮的转动惯量，当然也可以设置自动控制系统来及时地调节，避免发生扭转共振，因此，螺旋弹簧与质量块12固定连接的另一端可以设有弹簧座，弹簧座上设有压电传感器。螺旋弹簧处于不同的压缩状态时，其给质量块12的弹力大小不同，通过弹簧座能够将该弹力更加均匀的施加在压电传感器上，使压电传感器更加准确地将弹力转变为压电信号。其中，压电传感器转换后的压电信号为模拟信号，通常需要通过转换变为数字信号后才能够加以利用分析，因此在弹簧座上设有与上述压电传感器集成固定的信号发射器，该信号发射器能够将模拟信号转换为数字信号之后发送给汽车电子控制单元(Electronic ControlUnit，ECU)的第一信号收发器，再通过ECU中特定模块，例如数据处理单元等其进行进一步的分析处理，已得到相应的控制指令。其中，信号转换可以为A/D转换器等。

具体地，在ECU中，按照工程师事先设计的控制策略和处理方程能够计算分析出此时飞轮的转动惯量，进一步计算出其此时的扭转振动频率，再根据该车速下发生扭转共振的固有频率来比较判断是否需要改变其转动惯量，如果需要，则通过执行器13执行控制指令来改变约束钢带14的周长。

此处需要说明的是，飞轮本体11内的每个质量块12受到相应螺旋弹簧的弹性力之间存在微量误差，因此上述压电传感器及信号发射器只需要设置在飞轮中的一个质量块12中即可，其它质量块12无需增设，从而能够保证信号的唯一性，避免发生干扰。这其中，也可以采用一个处理器，将获得的各个压电信号通过处理器得到一个平均压电信号，以提高准确性，但是该种方式成本消耗非常高，实用性低。

在通过ECU数据处理完并得到控制指令之后，则需要执行器13来进一步地完成后续操作。针对上述自动控制操作，执行器13中可以设有第二信号收发器，其能够接收ECU电子控制单元中的通过第一信号收发器发送的控制指令，从而控制执行器13中的步进电机来完成约束钢带14周长的改变。这其中，步进电机的步进动作能更好的实现约束钢带14周长的调节，当然，也可以采用其他类型的电机。且，为了节约电能，可以使用飞轮旋转所产生的能量来给电机供电。

在约束钢带14的周长发生改变之后，通常可以通过设在执行器中的信号处理器来分析此时电机的工作状态，并通过第二信号收发器反馈给第一信号收发器，使ECU存储此时的工作状态，以方便下一次的转动惯量的改变。因此，发动机的飞轮转动惯量的改变通过ECU及电子执行器13共同完成，能够实现精确控制及转动惯量的连续可变，由于没有现有技术中的弹性-阻尼元件，不会产生摩擦，从而即使长时间使用后，其减振性能不变，实用性较高。

下面借助图1对上述实施例描述的发动机飞轮的工作过程进行详细的说明。

当汽车在怠速时，发动机输出端的转动惯量越大则运转越平稳，因此，汽车在停车或怠速时，ECU会给执行器13一个回位信号，使约束钢带14的周长最大，则质量块12的转动半径最大，飞轮的转动惯量则最大，当然，此时在非共振转速点。当汽车的速度改变时，发动机的转速发生改变，当其转速接近共振点时(例如四缸发动机的二阶扭振频率点)，该转速下飞轮上的质量块12受到的螺旋弹簧的弹力能够通过压电传感器感应，并通过信号发射器转换并传输，之后ECU中的第一信号收发器接收该信号，并通过特定模块的计算等来输出控制指令，并通过第一信号收发器发送给执行器13上的第二信号收发器，从而控制执行器13中的自转轴旋转，改变约束钢带14的周长，从而改变质量块12的转动惯量，进而改变发动机输出端的扭振频率，使其避开共振频率。最后信号处理器及第二信号收发器将此时执行器的工作状态反馈给ECU以存储，方便下次转动惯量的改变。

其中，对于增大或减小飞轮的转动惯量，可以视车况及车速来确定。

此处需要说明的是，转动惯量越大，发动机飞轮的输出端转动越平稳，扭矩波动越小，但是过大的转动惯量会造成轴承负荷增大，易使轴系发生弯曲变形，导致轴承失效，因此在发动机不同转速，且不破坏轴承的前提下，可以通过最大限度增大飞轮的转动惯量，来减小输出端的扭矩波动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种发动机飞轮，包括飞轮本体，其特征在于，还包括设在所述飞轮本体上的质量块及控制装置；所述控制装置用于改变所述质量块与所述飞轮本体中心之间的距离；当所述飞轮本体转动时，所述质量块与所述飞轮本体一起转动；

所述控制装置包括固定在所述飞轮本体上的执行器及位于所述飞轮本体内的约束钢带，且所述执行器用于改变所述约束钢带的周长；当所述执行器改变所述约束钢带的周长时，所述约束钢带带动所述质量块运动，以改变所述质量块与所述飞轮本体中心之间的距离。

2.根据权利要求1所述的发动机飞轮，其特征在于，所述飞轮本体上设有相邻的支撑点及固定点，且所述支撑点及固定点位于同一圆周线上；

所述约束钢带一端固定在所述支撑点上、另一端绕过所述固定点并与所述执行器固定连接，且所述约束钢带固定在所述支撑点的部分与绕过所述固定点的部分相贴合构成圆形闭合结构；

所述圆形闭合结构的中心与所述飞轮本体的中心同轴设置，且所述执行器位于所述飞轮本体的中心处。

3.根据权利要求2所述的发动机飞轮，其特征在于，所述质量块通过设在所述飞轮本体内的弹性装置固定保持在所述圆形闭合结构内侧，且所述质量块与构成所述圆形闭合结构部分的所述约束钢带相贴合。

4.根据权利要求3所述的发动机飞轮，其特征在于，所述弹性装置为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端固定在所述飞轮本体上、另一端与所述质量块固定连接；所述螺旋弹簧一直处于压缩状态以使所述质量块与所述约束钢带相贴合。

5.根据权利要求4所述的发动机飞轮，其特征在于，所述质量块为多个，均为扇形结构，且所述扇形结构朝向所述飞轮本体中心的端侧固定设有中空柱状体，所述中空柱状体用于容纳所述螺旋弹簧；多个所述质量块沿所述圆形闭合结构等距间隔设置。

6.根据权利要求4所述的发动机飞轮，其特征在于，所述螺旋弹簧与所述质量块固定连接的另一端设有弹簧座，所述弹簧座上设有压电传感器；所述压电传感器电连接有与所述压电传感器集成固定的信号发射器，且所述信号发射器与汽车电子控制单元中的第一信号收发器相匹配。

7.根据权利要求1或2所述的发动机飞轮，其特征在于，所述执行器包括电机控制的自转轴，当所述执行器随所述飞轮本体一起转动时，所述自转轴能够独自旋转以使所述约束钢带的周长增大或减小。

8.根据权利要求7所述的发动机飞轮，其特征在于，所述执行器上设有第二信号收发器，且所述第二信号收发器与汽车电子控制单元中的第一信号收发器相匹配。

9.根据权利要求8所述的发动机飞轮，其特征在于，所述执行器上还设有信号处理器，所述信号处理器用于分析所述执行器工作状态并反馈给所述汽车电子控制单元。