CN103925333B - 摆式减振器制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摆式减振器制动器。曲轴包括颊板、枢转地连接到颊板的扭转吸收摆和转速致动的制动器，以抵制摆相对于颊板的运动。制动器被配置为在较低的转速下比在较高的转速下提供对运动更大的抵制。

Description

摆式减振器制动器

技术领域

本发明涉及机动车辆工程领域，并且更具体地涉及减小具有摆式减振器型曲轴的发动机中曲轴的噪音和磨损。

背景技术

在内燃发动机中，曲轴可以被用于将活塞的往复运动转换为旋转运动。曲轴可以包括，从曲轴旋转轴线偏离的多个曲柄销。每个曲柄销均通过轴承被连接到活塞杆，活塞杆链接到相应的活塞。曲轴本身通过两个或更多个主轴承支承，曲轴在主轴承中旋转。

为了防止旋转时过度振动，曲轴可以包括一些平衡物，该平衡物平衡每个曲柄销、相关的活塞、活塞杆和所携带的润滑剂的质量。平衡物可以防止曲轴垂直于其旋转轴线的过度振动，但是不能解决可以发生的绕旋转轴线的扭转振动。更具体地，在相关活塞的做功行程期间，每个活塞杆将扭转冲击（torsional impulse）传递至其附连的曲柄销。在接收的每个扭转冲击的作用下，曲轴绕其旋转轴线轻微扭曲，然后在做功行程后扭曲复位。以此方式，来自每个活塞杆的周期性扭转冲击可以在曲轴中驱动复杂的扭转振动。视情况，这种振动可以与曲轴的自然共振频率的次序一致。当这种情况发生时，振动的振幅可能增加，使得曲轴被非弹性地变形，导致材料失效。

一些曲轴部件可以被用于抑制扭转振动并且由此防止曲轴失效——例如，飞轮和扭转阻尼器。另一种方法是在曲轴上安装一个或更多个所谓的“摆式减振器”。摆式减振器是在距曲轴的旋转轴线预定距离处非刚性地链接至曲轴的质量。摆式减振器通过吸收一个或更多个曲轴点火次序刚体模式（rigid-body mode）而减少曲轴中的扭转应力。当曲轴接收曲柄销处的扭转冲击时，该冲击在沿冲击的方向加速摆式减振器的质量的过程中部分地被吸收。同样，当曲轴在冲击之后松弛时，通过被加速的质量的惯性抵抗松弛。为了吸收曲轴的刚体模式，摆式减振器可以通过调节其质量和其质心与曲轴的旋转轴线之间的距离而被“调整”。摆式减振器也可以经由配置其行进路径和/或被引导穿过行进路径的支点销的尺寸而被调整。

为了提供扭转振动吸收，摆式减振器要求在其行进路径和刚性地连接到颊板的一个或更多个滑动销之间有一定的运行间隙。然而，发明人在此已经意识到，在很慢的曲轴旋转时间段期间，例如在发动机起动或停止期间，摆式减振器可以在行进穿过间隙时发出不期望的撞击声。在其他速度/扭矩状态下，摆式减振器可以在其预期的行进路径的限制下撞击其停止端（end-stops），也会发出不期望的声音。在一些情况下，曲轴的过早磨损会随着发出不期望的声音而发生。

一些方法已经被公开以解决以上所指出的问题。例如，Klotz等人的美国专利申请公开2011/0031058提供了用于摆式减振器的行进限制器，其由弹性材料制成。Berger等人的美国专利4,739,679除了弹性行进限制器外提供了特定的凸轮配置。然而，发明人在此已经意识到，当被用于现代机动车辆的曲轴中时，弹性行进限制器可能要求频繁的更换。而且，Berger的凸轮配置可能无法完全解决在低转速时观察到的噪音问题。

发明内容

据此，本公开提供了一系列的方案以解决机动车辆发动机的摆式减振器型曲轴的噪音和磨损。一个实施例是，曲轴包括颊板、枢轴地连接到颊板的扭转吸收摆和转速致动的制动器以抵制摆相对于颊板的运动。制动器被配置为在较低的转速下比在较高的转速下提供对运动更大的抵制。以此方式，在较低的转速下可得到最大的制动力，例如，在发动机起动或停止期间，当摆式减振器易于穿过其间隙时，发出不期望的声音。应当注意到的是此处所公开的一些配置也可以被用于传动阻尼器摆系统。

提供以上概述以便以简化的形式介绍本公开的所选部分，并不意味着区分关键或必要特征。由权利要求限定的要求保护的主题不限于本概述的内容，也不限于解决此处所提及的问题或缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出根据本公开的实施例的示例性机动车辆发动机的各方面。

图2和图3示出根据本公开的实施例的示例性曲轴的各方面。

图4示出根据本公开的实施例的示例性噪音抑制垫和用于摆式减振器的接触区域的各方面。

图5和图6示出根据本公开的实施例的转速致动的摆制动器的各方面。

图7示出根据本公开的实施例的示例发动机系统的各方面。

图8和图9示出根据本公开的实施例的其他转速致动的摆制动器的各方面。

图10示出根据本公开的实施例的另一个示例发动机系统的各方面。

图11图示说明了用于减少机动车辆发动机的摆式减振器曲轴的噪音和磨损的示例性方法。

具体实施方式

图1示意性地示出机动车辆的示例发动机10的各方面。发动机包括多个往复式活塞12。尽管图1中示出三个活塞，本公开同样可以应用于具有更多或更少活塞的发动机。每个活塞被枢转地连接到相应活塞杆14的一端。每个活塞杆的另一端通过连杆轴承18被枢转地连接到曲轴16。更具体地，圆柱形曲柄销轴颈（下文中称为曲柄销20）被旋转地连接在每个连杆轴承内。每个曲柄销均被定位在一对颊板22之间，并且连接到相同位置。在图1的实施例中，相邻的一对颊板22通过多个主轴颈24连接。主轴颈旋转地连接在相应的多个主轴承26内。

曲轴16包括多个摆式减振器（下文中称为摆28），其为曲轴提供扭转振动吸收。每个摆可以具有预定质量；每个摆可以在距离曲轴的旋转轴线预定距离处被连接，以便吸收旋转曲轴中预定次序的扭转振动。更具体地，每个摆的质量M以及摆的质心与曲轴的旋转轴线S之间的距离L可以被调节，以便以任何选定的次序提供振动吸收，例如，曲轴的整数或者半整数次序扭转变形。

图2提供了一个实施例中曲轴16的更详细的示图。在该图中，每个扭转振动吸收摆28均是双线摆。在图示说明的实施例中，摆28A、28B、28E和28F被枢转地连接至相应的颊板22，每个摆均具有一对硬化支点销30。通过合适的保持元件（在图中没有示出）被保持在合适位置上，支点销在附连的颊板上的宽松衬套32内移动，允许摆相对于颊板沿垂直于曲轴旋转轴线的方向运动。这种运动允许每个摆以其被调整的次序吸收扭转振动。进一步的调整可以通过调节摆式减振器的行进路径和/或被引导穿过行进路径的支点销的尺寸的配置而实现。

摆28可以在发动机10中完成双重目的。除了提供扭转振动吸收，这些摆还可以平衡曲柄销20、活塞杆14、活塞12和夹带的润滑剂的质量。在图示说明的实施例中，另外的平衡可以通过颊板22C和22D提供，其不包括摆，但可以被平衡。关于摆式减振器的进一步讨论，包括示例结构和操作，均被提供在美国专利No.6,688,272B2中，在此引入作为参考。

图3提供了曲轴16的正视图，其示出在一个示例性实施例中摆28F枢转地连接至颊板22F。在图示说明的实施例中，摆包括噪音抑制垫34A到34D，其分别被定位以滑动到颊板的接触区域36A到36D。噪音抑制垫被设置为与接触区域一致，以在摆到达其预期的行进限制时传递增加的滑动摩擦。在一个实施例中，噪音抑制垫可以包括类似于传动摩擦材料的材料。噪音抑制垫可以包括弹性体，比如橡胶，其被压入摆中的凹槽中或者通过摆的两半部捕获。在可替换的实施例中，噪音抑制垫可以被设置在颊板上，并且接触区域设置在摆上。

任何颊板22的接触区域36可以是倾斜的或者是楔形的，例如，在摆的行进限制处朝着相关的摆28的噪音抑制垫34倾斜。因此，摆和颊板之间的间隙随着摆到达其角度限制而减小。以此方式，摆和颊板之间的界面区域可以被配置为在摆的行进限制处传递增加的活动摩擦。在其他实施例中，接触区域可以包括弹簧加载的楔形制动蹄块，以在摆行进至其角度限制时提供增加的制动力。制动力可以被设置在一水平，该水平的制动力在操作过程中容易克服，但是在很高的行驶速度下使摆停止。这些变化的各方面在图4中通过示例示出。

现在返回图3，来自快速旋转的曲轴的离心力将摆向外推出，远离旋转轴线S。该动作导致支点销30与旋转轴线相对沿着轴承的一侧骑跨，如图3中的A侧所示。然而在低转速的时间段期间，这种力可能不足以将支点销保持在A侧上。当摆被运送到旋转轴线之上时，例如重力可以导致其向下降落，使得支点销穿越至B侧。然后，当摆被运送回旋转轴线之下时，其有可能再次向下降落，穿越回到A侧。每次穿越都可以引发碰撞噪音，并且导致摆、颊板和支点销的过早磨损。

据此，颊板22A、22B、22E和/或22F（总之，支承摆的任何颊板）可以进一步包括转速致动的制动器38。该制动器可以被配置为抵制摆相对于颊板的运动。在一些实施例中，如下文进一步描述的，该制动器可以被配置为在较低转速下比在较高转速下提供对运动的更大的抵制。

图5示出了在一个实施例中的示例转速致动的制动器38A的各方面。制动器38A包括蹄块40和弹簧42。在图5的实施例中，蹄块和弹簧均被连接至摆28。更具体地，蹄块被可滑动地连接到在摆中形成的凹槽内，该凹槽也限定弹簧。如此，该蹄块可延伸到摆和相关联的颊板22之间的间隙44中。该蹄块被配置为通过桥接间隙以接触抵制蹄块的颊板部分，而抵制摆相对于颊板的运动。弹簧被配置为将蹄块推出到间隙中使得蹄块接触颊板。然而，该蹄块也被设置为在来自曲轴旋转的离心力下从间隙缩回。曲轴的转速越大，被施加到蹄块上的离心力就越大；离心力越大，弹簧的压缩和蹄块的缩回就越大。相反，曲轴的转速越低，施加到蹄块上的离心力就越小。随着离心力减小，弹簧可以进一步使蹄块延伸到间隙中，提供抵制摆相对于颊板的运动的制动动作。

图6示出在一个实施例中另一个示例性转速致动的制动器38B的各方面。如在之前的实施例中一样，制动器38B包括蹄块40和弹簧42，弹簧42被配置为将蹄块推出到间隙44中。然而在图6的实施例中，蹄块和弹簧均被连接到颊板22。此处，制动器进一步包括活塞46，其被压入填充流体的汽缸48中并且部分超出填充流体的汽缸48。在本文预期的实施例中，活塞可以与蹄块一体形成或者被连接到蹄块。汽缸内的压力经由液压管路50和51控制，液压管路50和51可以分别是液压供应和返回管路。如附图中显而易见的，汽缸内增加的流体压力将活塞压回到汽缸中，抵制弹簧的动作并且使蹄块从间隙缩回。也就是说，当流体压力低时，弹簧使蹄块延伸到间隙中以接触摆并且由此抵制摆相对于颊板的运动。当流体压力高时，弹簧的回复力被克服，导致蹄块缩回使得施加更少的制动力。

考虑控制流体压力的至少两种模式。这些模式将参考图7描述，图7示出发动机10可以安装在其中的示例发动机系统52B的各方面。在发动机系统52B中，液压泵54向制动器38B的汽缸48供应液压流体。液压泵可以通过凸轮轴56驱动，凸轮轴56经由皮带、链条或其他适合的元件被机械地连接到曲轴16。在其他实施例中，泵可以直接通过曲轴驱动。据此，液压流体在曲轴的较高转速下由泵以较高的压力供应，并且在曲轴的较低转速下以较低的压力供应。以此方式，制动器38B可以在较低的曲轴转速下被自动设置（例如，通过弹簧42），并且在较高转速下被自动释放（通过液压压力）。

在参照图7所描述的可替换的实施例中，发动机系统52的电子控制单元58从转速感测元件60接收信号。转速感测元件可以是响应于曲轴16的转速而产生信号的任何部件。根据信号的频率或大小，控制器确定曲轴的转速。当转速超出阈值时，控制器打开常闭阀62，常闭阀62设置在液压管路中，将液压泵54链接至制动器38B的汽缸48。换言之，控制器被配置为当感测元件报告转速低于阈值时，增加流体压力。该动作设置制动器。当感测元件报告转速高于阈值时，控制器减小流体压力，释放制动器。据此，控制器被配置为，随着转速降低而引起制动器增加对摆相对于颊板的运动的抵制，以及随着转速增加而减少对该运动的抵制。

图8示出在一个实施例中另一个转速致动的制动器38C的各方面。不同于之前的包括实心制动蹄块的实施例，制动器38C包括阀，该阀被配置为当打开时释放润滑剂喷射以抵制摆28相对于颊板22的运动。该阀进一步被配置为当关闭时切断润滑剂喷射，由此减小制动力。为此，该阀被连接至填充润滑剂的汽缸48，该汽缸48从供应管路64接收发动机润滑剂并且经由返回管路66释放润滑剂。阀包括挡块68和用于接收挡块的底座70。在图8所示的实施例中，制动器38C进一步包括弹簧42，弹簧42被连接到挡块，并且被配置为将挡块从底座推开。挡块被设置为在来自曲轴旋转的离心力下被压入底座。在这个实施例中，离心力逆着弹簧的回复力牵引。据此，润滑剂喷射仅在曲轴的低转速下被释放，其中作用在挡块上的离心力不能克服弹簧的回复力。在较高的转速下，离心力克服回复力，使挡块入位并且切断润滑剂喷射。如附图中所示，挡块可以包括可选的低流量通道72，不论挡块是否入位，低流速通道72都保持打开，以向摆28提供基本的润滑。

图9示出在一个实施例中另一个转速致动的制动器38D的各方面。与上述实施例的制动器38C相似，制动器38D包括阀，该阀被配置为当打开时释放润滑剂喷射以抵制摆28相对于颊板22的运动，并且当关闭时切断润滑剂喷射。然而，在这个制动器中，弹簧42被配置为将挡块74拉入底座76。活塞78与挡块一体形成或者连接到挡块。活塞压入填充流体的汽缸48并且部分超出填充流体的汽缸48。与在上文的实施例中一样，填充流体的汽缸48可以被充满发动机润滑剂。汽缸中增加的流体压力将活塞部分地压出汽缸，使挡块不入位，并且允许润滑剂喷射以增加的速度流动，以便增加制动。

制动器38D的操作的示例模式将参考图10描述。该附图示出了发动机10可以被安装在其中的另一个发动机系统52D的各方面。在发动机系统52D中，曲轴16在油底壳82之上旋转，油底壳82接收并收集从曲轴的各种油道排出的润滑油。油泵84吸入所收集的润滑油并且将其泵送回油道以用于曲轴的连续有效的润滑。油泵也通过阀80将润滑油泵送到制动器38D的汽缸48。控制器可以被配置为当感测元件报告转速低于阈值时，打开阀以增加汽缸中的润滑剂压力。当感测元件报告转速高于阈值时，控制器可以被配置为关闭阀以减小汽缸中的润滑剂压力。在这种情况下，弹簧42使挡块86复位，挡块86切断润滑剂喷射以减小制动力。

以上所描述的配置能够使用于减小机动车辆发动机的摆式减振器曲轴的噪音和磨损的各种方法实现。因此，现在通过示例继续参考以上配置描述一些这种方法性。然而，可以理解的是，此处所描述的方法以及本公开范围内的其他方法也可以通过不同的配置实现。

图11图示说明了用于减少机动车辆发动机的摆式减振器曲轴的噪音和磨损的示例方法88。在方法的步骤90中，转速被感测。如上所述，在一个实施例中，转速可以经由转速感测元件被感测，该转速感测元件可操作地连接至发动机系统的电子控制单元。在另一个实施例中，转速可以经由任何合适的替换度量间接地被感测。在步骤92中，确定转速是否超过阈值。如果转速超过阈值，则方法进行到步骤94。然而，如果转速没有超过阈值，则方法进行到步骤96。在步骤94，摆相对于颊板的运动被抵制至较大程度，即制动器38被设置。在步骤96，摆相对于颊板的运动被抵制至较小程度，即制动器38被释放。

参考以上所描述的图示说明的实施例，通过示例提出了本公开的各方面。在一个或更多个实施例可以基本相同的部件、处理步骤和其他元件被同等识别，并且以最少的重复被描述。然而，将注意到的是，同等识别的元件也可以在一定程度上不同。可以进一步注意到的是，包括在本公开中的附图是示意性的并且总体上没有按比例绘制。而且，附图中所示的各种绘制比例、长宽比和部件数量可以被故意变形以使某些特征或关系更容易看到。

在此处图示说明和/或描述的方法中，所示的处理步骤中的一些可以被省略而不偏离本公开的范围。同样，可以不必总是要求所示的处理步骤的次序以实现所期望的结果，而是提供该处理步骤以便于说明和描述。基于所使用的具体的策略，图示说明的动作、功能或操作中的一个或更多个可以被重复地执行。

可以理解的是，以上所描述的物品、系统和方法是本公开的实施例—非限制性示例，因为许多变体和扩展是可以预期的。本公开也包括以上物品、系统和方法以及其任何和所有的等同物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

Claims (19)

1.一种曲轴，其包括：

颊板；

扭转吸收摆，其被枢转地连接至所述颊板；以及

转速致动的制动器，其包括阀，所述阀被配置为当打开时释放润滑剂喷射以抵制所述摆相对于所述颊板的运动，并且进一步被配置为当关闭时切断所述润滑剂喷射，所述制动器被配置为经由所述阀在较低转速下比在较高转速下提供对所述运动更大的抵制。

2.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述制动器包括蹄块，所述蹄块可延伸以桥接所述颊板与所述摆之间的间隙，以抵制所述摆相对于所述颊板的所述运动。

3.根据权利要求2所述的曲轴，其中所述制动器进一步包括弹簧，所述弹簧连接到所述蹄块并且被配置为将所述蹄块推出到所述间隙中。

4.根据权利要求3所述的曲轴，其中所述弹簧和所述蹄块被连接到所述摆。

5.根据权利要求3所述的曲轴，其中所述弹簧和所述蹄块被连接到所述颊板。

6.根据权利要求2所述的曲轴，其中所述蹄块被设置为在来自所述曲轴的旋转的离心力下从所述间隙缩回。

7.根据权利要求2所述的曲轴，其中所述制动器进一步包括活塞，所述活塞压入并且部分超出填充流体的汽缸，其中所述活塞被连接到所述蹄块，并且其中所述汽缸中增加的流体压力将所述活塞压回到所述汽缸中，使所述蹄块从所述间隙缩回。

8.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述阀包括挡块和接收所述挡块的底座。

9.根据权利要求8所述的曲轴，其中所述制动器进一步包括弹簧，所述弹簧被连接到所述挡块并且被配置为将所述挡块从所述底座拉开。

10.根据权利要求8所述的曲轴，其中所述挡块被设置为在来自所述曲轴的旋转的离心力下，被推入所述底座。

11.根据权利要求8所述的曲轴，其中所述挡块包括低流量通道，所述低流量通道不论所述挡块入位还是未入位均保持打开。

12.根据权利要求8所述的曲轴，其中所述制动器进一步包括弹簧，所述弹簧被连接到所述挡块并且被配置为将所述挡块拉入所述底座。

13.根据权利要求8所述的曲轴，其中所述制动器进一步包括活塞，所述活塞压入并且部分超出填充流体的汽缸，其中所述活塞与所述挡块一体形成或者连接到所述挡块，并且其中所述汽缸中增加的流体压力将所述活塞部分地压出所述汽缸，使所述挡块未入位。

14.根据权利要求1所述的曲轴，其中所述摆与所述颊板之间的界面区域被配置为在所述摆相对于所述颊板的行进限制处，在所述摆与所述颊板之间传递增加的滑动摩擦。

15.一种发动机，其包括：

曲轴，所述曲轴具有颊板、被枢转地连接到所述颊板的扭转吸收摆和转速致动的制动器，所述制动器连接在所述颊板与所述摆之间以抵制所述摆相对于所述颊板的运动；

转速感测元件；以及

控制器，其可操作地连接到所述制动器和所述转速感测元件，并且被配置为随着所述转速减小而引起所述制动器增加对所述运动的抵制，以及随着所述转速增加而减少对所述运动的抵制。

16.根据权利要求15所述的发动机，其中所述制动器包括：

蹄块，所述蹄块可延伸以桥接所述颊板与所述摆之间的间隙，以抵制所述摆相对于所述颊板的运动；以及

活塞，所述活塞压入并且部分超出填充流体的汽缸，所述活塞与所述蹄块一体形成或者连接到所述蹄块；

其中所述汽缸中增加的流体压力将所述活塞压回到所述汽缸中，使所述蹄块从所述间隙缩回；以及

其中所述控制器被配置为，当所述感测元件报告所述转速低于阈值时，增加所述流体压力。

17.根据权利要求15所述的发动机，其中所述制动器包括：

阀，所述阀包括挡块和接收所述挡块的底座，所述阀被配置为当打开时释放润滑剂喷射以抵制所述摆相对于所述颊板的运动，所述阀进一步被配置为当关闭时切断所述润滑剂喷射；以及

活塞，所述活塞压入并且部分超出填充流体的汽缸，所述活塞与所述挡块一体形成或者连接到所述挡块；

其中所述汽缸中增加的流体压力将所述活塞部分压出所述汽缸，使所述挡块未入位；以及

其中所述控制器被配置为，当所述感测元件报告所述转速低于阈值时，增加所述流体压力。

18.一种减少发动机系统的曲轴的噪音和磨损的方法，所述曲轴包括颊板和枢转地连接至所述颊板的扭转吸收摆，所述方法包括：

在较低转速下，通过连接在所述颊板与所述摆之间的转速致动的制动器，经由桥接所述颊板与所述摆之间的间隙，较大程度地抵制所述摆相对于所述颊板的运动；以及

在较高转速下，通过所述转速致动的制动器，较小程度地抵制所述摆相对于所述颊板的所述运动。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括感测所述转速。