CN104100676A - 带有离心摆装置的内燃发动机及该离心摆装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有离心摆装置的内燃发动机，该离心摆装置具有至少一个围绕旋转轴线可旋转的摆锤托架以及至少一个包括两个摆锤的摆锤对，两个摆锤可移动地设置在摆锤托架上、彼此相对并且与旋转轴线具有一定距离。本发明进一步涉及一种方法，其用于制造此类内燃发动机的离心摆装置。本发明还提供一种上述类型的内燃发动机，其离心摆装置尤其关于重启内燃发动机被优化。其通过上述类型的内燃发动机被完成，其中摆锤通过至少两个可移动的耦接元件来彼此连接，耦接元件被设置在旋转轴线的每一侧并与旋转轴线有一定的距离，每个耦接元件被枢轴连接至两个摆锤的每一个，以便在两个摆锤之间形成连接，并且被枢轴连接至摆锤托架。

Description

带有离心摆装置的内燃发动机及该离心摆装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种带有离心摆装置的内燃发动机，该离心摆装置具有至少一个围绕旋转轴线可旋转的摆锤托架（pendulum mass carrier）以及至少一个摆锤对，该摆锤对包括两个可移动地设置在摆锤托架上的、彼此相对并且与旋转轴线有一定距离的摆锤。本发明进一步涉及一种方法，其用于制造此种内燃发动机的离心摆装置。

背景技术

在机动车辆和内燃发动机的构造和设计中，对颤动的重视与日俱增。尤其是，目前已作出了影响由内燃发动机导致的噪音的尝试。此开发工作的动机来源于对一个事实的认识，即消费者的购买决定在一定程度上被内燃发动机和车辆噪音所影响，特别是从舒适的角度来看。通过发动机支承部到车体的结构传递噪音的传输对于听觉的驾驶舒适度是有特别重要的意义的。

颤动的现象通过详细地参考曲柄齿轮和曲轴的实例来简略地说明。

曲轴连同被耦接其上的发动机部件形成了震荡系统。曲轴通过由耦接至个别曲轴销的连接杆传输到曲轴的随时间变化的转动力被激发以产生旋转震荡。曲轴的旋转震动产生的噪音通过结构噪音辐射和结构传递噪音传输至车体以及内燃发动机。如果曲轴在其自然频率范围内被激发，那么会产生大的旋转震动幅度，并甚至会导致疲劳断裂。最新的考量指出颤动同样对于组件强度有影响。

曲轴的旋转震荡导致内燃发动机的旋转速度震荡，并同样通过正时传动（timing drive）或凸轮轴传动来传输到凸轮轴，凸轮轴本身同样为一个震动系统，其可以在进一步的系统中激发震动，特别是阀动装置。通过由曲轴驱动的牵引驱动装置到其他辅助单元的颤动传输同样是可能的。另外，曲轴的震荡被传输到传动系统，经由其被向前传输至变速器和驱动轴并直到车辆的轮胎，。

为了降低旋转速度波动，震动系统的质量通过在曲轴上安置飞轮被增加。作为更大质量的结果，该系统具有增加的惯性。曲轴的旋转运动变得更均一。

如果总体上一侧被固定在到曲轴上并且另一侧通过离合器固定至变速器上的飞轮是双质量飞轮（dual-mass flywheel）的形式，则飞轮附加地具有震动阻尼器的功能，其减少了离合器和驱动装置间的旋转震荡。

为了抑制曲轴和传动系统中的旋转震荡，可以配备旋转震动阻尼器，即扭力减震器。作为减震器的质量相对于曲轴的相对运动的结果，一部分旋转震动能量通过摩擦运动来耗散。

所谓的离心摆装置越来越多地作为扭力减震器来使用，其摆锤不会处于动力流之中，并且当被激发时与激发的震荡反向地移动，因此导致后者的消减或抑制。使用惯常的阻尼器或震动吸收器，其效果仅在特定的频率下出现，即阻尼器的共振频率。回复力主要由作用在摆锤上的离心力来决定的离心摆装置，相比之下，是旋转速度自适应震动吸收器，其固有频率由随旋转速度改变，因为离心力取决于旋转速度。因此，凭借离心摆装置，对固定的激发次序的吸收而不仅仅是固定频率的吸收是有可能的。其在内燃发动机中具有特别的优势，其中离心摆装置可以针对任何期望的激发次序来调整并完全吸收任何期望的激发次序。

专利申请号为DE10 2006 028 556 A1的德国公开专利申请描述了这样一种离心摆装置，其设置在机动车辆的传动系统中并在其中起作用，并用来吸收和/或抑制传动系统中的旋转震荡。DE 10 2006 028 556 A1的离心摆装置具有可围绕旋转轴线旋转的摆锤托架以及至少一个摆锤对，该摆锤对包括两个彼此相对的、可移动地设置在摆锤托架上并且与旋转轴线具有一定的距离的摆锤。摆锤被可移动地连接，即是说，被运动地耦接到摆锤托架，摆锤具有拱形开口，被安装在摆锤托架上的滚轴在该拱形开口中支承和导向。该拱形开口部形成了用于滚轴的轨道并预先确定了摆锤的运动。

图1a、1b和1c以简化视图示出了DE 10 2006 028 556 A1披露的离心摆装置，图1a示出了在所谓零态下的离心摆装置，图1b为工作位置的离心摆装置以及图1c为处于车辆静止时，即，内燃发动机不运行时位置的离心摆装置。

所示的离心摆装置（21）具有围绕旋转轴线（22）可旋转的摆锤托架（23）和在摆锤托架（23）上可移动地安置并形成摆锤对（24）的两个摆锤（24a、24b）。摆锤（24a、24b）具有拱形开口部（26a、26b），其彼此相对地设置，与旋转轴线（22）间隔开并通过接合在开口（26a、26b）中的摆锤托架（23）的滚轴销（25a、25b）被安装并被主动运动学地引导，图1的摆锤（24a、24b）在本发明的背景中同样被认为彼此相对地设置，并且，只要摆锤（24a、24b）的重心与旋转轴线（22）具有一定距离，摆锤（24a、24b）就被视为与旋转轴线（22）间隔开。拱形开口部（26a、26b）代表用于滚轴销（25a、25b）的轨道（26a、26b）并因此预设了摆锤（24a、24b）的运动。

随着内燃发动机不运行且车辆处于停止状态，以及摆锤托架固定，摆锤（24a、24b）可以采取图1c所示的位置并且因此形成不平衡体。这导致了一些问题，尤其当摆锤托架（23）再次设置为旋转时，举例来说当内燃发动机起动时，并且摆锤（24a、24b）在此启动过程中——即当旋转运动的开始时——必须首先置于图1b所示的工作位置。增加的噪音发生，连同摆锤轴承特别是滚轴销上的高应力，即为其结果。

在此背景下应当考虑的是内燃发动机起动或重新起动的数量在增加，这是由于车辆的停车起步操作的现代概念，也被称为启动/停止模式，在无瞬时功率需求时关闭内燃发动机以减少燃油消耗，而不是允许其空转。实际上，这意味着至少在车辆静止时内燃发动机被关闭。一种停车起步操作的应用是交通状况发生时，例如机动车道和主干道拥堵时。在市中心的交通状况下，停车起步操作不再是例外情况而是一种常态，作为不协调的交通灯出现的结果。其他应用为轨道平交路口等等。起动过程的数量因此增加了。

进一步的离心摆装置在专利号为DE 10 2011 105 029 A1的已公开的德国专利申请中被描述。

发明内容

在所述的背景下，本发明的目的在于提供一种具有离心摆装置的内燃发动机，以利用其克服现有技术中已知的问题。

本发明另一部分目标为详细说明一种制造此类内燃发动机的离心摆装置的方法。

第一个部分目标通过带有离心摆装置的内燃发动机来完成，该离心摆装置具有至少一个围绕旋转轴线可旋转的摆锤托架以及至少一个摆锤对，该摆锤对包括两个彼此相对的、可移动地设置在摆锤托架上并与旋转轴线有一定距离的摆锤，其中摆锤通过至少两个可移动的耦接元件彼此连接，该耦接元件被设置在旋转轴的每一侧上并与旋转轴线有一定的距离，并且其中

-每个耦接元件被枢轴连接至两个摆锤中的一个以形成两个摆锤的连接，并且

-每个耦接元件被枢轴连接至摆锤托架。

依据本发明的离心摆装置的结构具有这样的结果，即使内燃发动机不运行并且摆锤托架静止，摆锤也不能通过采取相应位置来形成不平衡体。因此消除了由以下原因导致的现有技术中的已知问题，即当静止摆锤托架被再次设置为旋转时，例如当起动内燃发动机时，摆锤必须首先自不平衡位置向工作位置移动的情况。

依据本发明，形成摆锤对的两个摆锤通过耦接元件的使用彼此连接。耦接元件提供了两个摆锤或它们的移动的运动耦合，并确保了这一点，如果一个摆锤采用偏离零态的位置，则其他摆锤采取相对于不平衡体形成来说相应的位置，即补偿的位置。通过摆锤对的一个摆锤实施的运动是不独立于对应的其他摆锤的运动的，而是与此运动或摆锤成永久的相互关系。

耦接元件自身被可移动地设置在旋转轴线的每一侧上，并与旋转轴线有一定距离并枢轴连接至摆锤托架。耦接元件因而不仅仅提供摆锤的彼此连接，而且提供摆锤沿着预设路径在摆锤托架上的引导，即，沿着预设运动曲线。由现有技术可知的更广泛的主动控制不再被需要，例如通过形成于摆锤中的开口和配备在摆锤托架上的滚轴或销的所述控制。

相比现有技术中所描述的离心摆装置，其具有动态上超定的（over-determined）以及非常复杂的摆锤主动导向，而依据本发明的离心摆装置以简单的结构和少数的元件为附加特征。本装置的简单的结构显著降低了生产成本。

少量的组件降低了离心摆装置的生产成本、装配时间以及由此产生的装配成本。另外，装配误差也被降低了。对离心摆装置的故障的敏感度降低了，确保了高度的操作可靠性并增加了持久性和使用寿命。

利用依据本发明的内燃发动机，从而本发明的第一目标被完成；即是说，提供了一种克服了现有技术中的已知的问题的内燃发动机。

该内燃发动机的进一步有益的实施例将结合下文进行讨论。

本发明的实施例是有益的，其中每个耦接元件具有棒形结构。棒形耦接元件使通过较少的材料使用的摆锤的铰接连接成为可能。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中每个耦接元件在其中心枢转。该耦接元件的中心枢转是用于形成了摆锤对的两个摆锤的对称连接和在铰接连接处作用于的摆锤上的力的相似关系的先决条件。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中摆锤托架具有销，耦接元件具有与销相配的孔，以在耦接元件和摆锤托架之间形成轴承配置。通过销和孔，耦接元件与摆锤托架的所需的铰接连接以类似于滑动轴承的方式形成，同时使用尽可能少的组件。另外，其提供了成型的可能性，即，以单一工作周期生产与摆锤托架整合的销。

为了形成轴承配置，该耦接元件可以具有销，摆锤托架具有与销相配的孔。该轴承配置还可以包括中间元件诸如轴承壳体或滚动轴承。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中每个摆锤具有弯曲的、月牙形基本形状。弯曲的形状首先确保了尽可能多的摆锤的锤体处于与旋转轴线尽可能大的距离处，第二确保了两个月牙形的摆锤在其端部彼此相对地放置，通过耦接元件简化了摆锤的连接。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中形成摆锤对的两个摆锤通过耦接元件在其端部彼此相连。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中为了在耦接元件和摆锤之间形成轴承配置，摆锤具有套管（spigot），耦接元件具有与此套管相配的孔。关于耦接元件和摆锤托架之间的轴承配置所述的内容类似地适用于耦接元件和摆锤之间的轴承配置上。这些优点已被提及。

特别地，为了形成轴承配置，在本实例中该耦接元件可以包括套管，摆锤具有与套管相配合的孔。中间部件的使用，像是已被描述的在摆锤托架上的轴承配置，同样是可能的。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中仅通过耦接元件使摆锤被连接至摆锤托架。

对摆锤托架上的摆锤的附加主动控制——其例如借助于在现有技术中所描述的开口和滚轴——的省略相当大地简化了离心摆装置。该装置的简单结构减少了组件的数量并降低了生产成本。

如果销和/或套管被配备用于耦接元件的轴承配置，本内燃发动机的实施例是有益的，其中摆锤的套管和/或至少一个摆锤托架的销被覆以涂层。

如果销和/或套管被配备用于耦接元件的轴承配置，本内燃发动机的实施例是有益的，其中摆锤的套管和/或至少一个摆锤托架的销被表面处理。

如果销和/或套管被提供用于耦接元件的轴承配置，本内燃发动机的实施例是有益的，其中与销相配的耦接元件的孔和/或与套管相配的耦接元件的孔被覆以涂层。

如果销和/或套管被配备用于耦接元件的轴承配置，本内燃发动机的实施例是有益的，其中与销相配的耦接元件的孔和/或与套管相配的耦接元件的孔被表面处理。

依照以上实施例的销、套管和/或孔的涂覆或表面处理可以用来设置轴承配置中的摩擦系数，并从而调整离心摆装置至预定的激发次序——其中回复力虽然主要通过作用在摆锤上的离心力来决定，同时也通过轴承中的摩擦力来决定。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中内燃发动机可以在停车起步模式中操作。

如之前提到的，即使当摆锤托架静止时，按照本发明的离心摆装置的摆锤不能采取其形成不平衡锤体的位置。如果静止的摆锤托架随后被设置旋转，举例来说当起动内燃发动机时，该摆锤或处于零态或已经处于工作位置并且不需要首先被移动出其形成不平衡体的位置。因而依照本发明的该离心摆装置特别适合于可操作的内燃发动机或在停车起步模式下操作的内燃发动机。

本内燃发动机的实施例是有益的，其中该离心摆装置被配置为与双质量飞轮结合。

如果离心摆装置或者其摆锤针对内燃发动机的主激发次序调整以吸收激发震荡，当装置被设置在曲轴上或在刚性飞轮上时则其不能完成，这是由于发动机不平顺情况过大，并且因为小的可用空间，震荡的角度和质量不能被选择为足够大。

另一方面，如果离心摆装置与双摆锤飞轮结合则有效地吸收可以完成。如果这样，则离心摆装置被耦接至双质量飞轮的次级侧部，即，耦接到仅承受到初始震动的摩擦的元件。这样，降低了空间需求的、大大减小的摆锤和震荡角度足以补偿残余震动。

本发明的第二部分目标，即详细说明一种用于生产前述类型的内燃发动机的离心摆装置的方法，其中销和/或套管被配备用于耦接元件的轴承配置，该目标通过如下方法来完成，其中至少一个摆锤托架以及销和/或至少一个摆锤对的摆锤以及套管，被成型为一体的。

摆锤托架和销或者摆锤和套管的一体式结构使在一个工作循环中形成——即生产——摆锤托架以及销和摆锤以及套管成为可能。

该一体式结构凭借其性质通过材料联结产生了摆锤托架到销的连接，或者摆锤到套管的连接，从而免除了非主动（non-positive connection）或主动连接（positive connection）通常需要的连接元件连同用于制造连接所需的时间。

离心摆装置的结构通过少量的组件被相当大地简化。其相当大地降低了生产成本。关于依照本发明的内燃发动机所述的内容同样适用于依照本发明的方法，因此此处参照关于该内燃发动机所做出的阐述。

该方法的实施例是有益的，其中，至少一个摆锤托架以及销，和/或至少一个摆锤对的摆锤以及套管，其通过冷成型被配置为一体的。借助于冷成型的本方法的变形以高尺寸精度为特征。

本方法的实施例是有益的，其中在耦接元件和摆锤之间的轴承配置中的摩擦系数，和/或在耦接元件和摆锤托架之间的轴承配置的摩擦系数，通过孔、套管和/或销的后处理以指定的方式被设置。

附图说明

本发明通过参考示例性实施例和附图1a、1b、1c、2a、2b和2c来在以下进行更详细的描述。

图1a概要地示出了依照现有技术处于零态的离心摆的侧视图；

图1b概要地示出了处于工作位置的图1a所示的离心摆装置的侧视图；

图1c概要地示出了处于内燃发动机不运行时的位置的图1a所示的离心摆装置的侧视图；

图2a概要地示出了内燃发动机处于零态的第一实施例的离心摆装置的侧视图；

图2b概要地示出了处于工作位置的图2a所示的离心摆装置的侧视图；以及

图2c概要地示出了处于内燃发动机不运行时的位置的图2a所示的离心摆装置的侧视图。

附图标记：

1 离心摆装置

2 旋转轴线

3 摆锤托架

4 摆锤对

4a 第一摆锤

4b 第二摆锤

5′ 第一耦接元件

5″ 第二耦接元件

6′ 第一耦接元件和摆锤托架之间的轴承配置

6″ 第二耦接元件和摆锤托架之间的轴承配置

7a′ 第一耦接元件和第一摆锤之间的轴承配置

7a″ 第二耦接元件和第一摆锤之间的轴承配置

7b′ 第一耦接元件和第二摆锤之间的轴承配置

7b″ 第二耦接元件和第二摆锤之间的轴承配置

21 离心摆装置

22 旋转轴

23 摆锤托架

24 摆锤对

24a 摆锤

24b 摆锤

25a 滚轴销

25b 滚轴销

26a 开口、轨道

26b 开口、轨道

具体实施方式

图1a、1b和1c以侧视图示出了通常的离心摆装置21并且其已关于现有技术被阐述。

图2a以侧视图概要地示出了处于零态的内燃发动机的第一实施例的离心摆装置1。其与图1a所示的依据现有技术的离心摆装置的区别将要被讨论，因此另外参照图1a和相关说明。对于类似组件，即，对于具有类似功能的组件，相同的附图标记已经被使用。

图2a的离心摆装置1具有摆锤托架3，其围绕旋转轴线2可旋转并且摆锤对4包括两个摆锤4a、4b，该摆锤在摆锤托架3上可移动地设置、彼此相对并与旋转轴线有一定距离。

与图1a中所示的离心摆装置21形成对照，该月牙形摆锤4a、4b在其端部通过两个可移动的耦接元件5'、5″彼此相连，耦接元件5'、5″设置在旋转轴线2的每一侧并与旋转轴线2有一定的距离。

棒形的耦接元件5'、5″自身在其中心处在摆锤托架3上枢转，该摆锤托架3具有销并且耦接元件5'、5″带有与该销相配的孔，以便在耦接元件5'、5″和摆锤托架3之间形成轴承配置6'、6″。

此外，为了在两个摆锤4a、4b之间形成连接，每个耦接元件5'、5″被枢轴连接到摆锤4a、4b中的每一个，该摆锤4a、4b具有套管并且耦接元件5'、5″带有与该套管相配的孔，以便在耦接元件5'、5″和摆锤4a、4b之间形成轴承配置7a'、7a″、7b'、7b″。

该耦接元件5'、5″不仅提供摆锤4a、4b之间的连接，而且提供沿着预定路径的摆锤托架3上的摆锤4a、4b的导向。图2b示出了处于工作位置的带有旋转的摆锤托架3的离心摆装置1。更广泛的主动控制，例如通过开口和滚轴的主动控制，被省去了。

该耦接元件5'、5″提供了两个摆锤4a、4b之间的运动耦合，尤其当摆锤4a、4b采取与图2a的零态偏离的位置时。通过摆锤对4的一个摆锤4a、4b执行的运动并不独立于对应另一个摆锤4a、4b的运动，而是与其处于不变的相互关系。

因此，如在图2c中所看到的，摆锤4a、4b不能形成不均衡体，即便当内燃发动机不工作并且摆锤托架3静止时。

Claims (16)

1.一种带有离心摆装置（1）的内燃发动机，该离心摆装置（1）具有至少一个围绕旋转轴线（2）可旋转的摆锤托架（3）和至少一个包括两个摆锤（4a、4b）的摆锤对（4），两个摆锤（4a、4b）彼此相对、可移动地设置在摆锤托架（3）上并与旋转轴线（2）有一定距离，其特征在于，摆锤（4a、4b）通过至少两个可移动的耦接元件（5'、5″）来彼此连接，耦接元件（5'、5″）设置在旋转轴线（2）的每一侧并与旋转轴线（2）有一定距离，每一耦接元件（5'、5″）

-被枢轴连接到两个摆锤（4a、4b）中的每一个，以便在两个摆锤（4a、4b）间形成连接，并且

-被枢轴连接至摆锤托架（3）。

2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，每一耦接元件（5'、5″）具有棒状结构。

3.如权利要求1或2所述的内燃发动机，其特征在于，每一耦接元件（5'、5″）在其中心枢转。

4.如前述任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，为了在耦接元件（5'、5″）以及摆锤托架（3）之间形成轴承配置，摆锤托架（3）具有销并且耦接元件（5'、5″）具有与该销相配的孔。

5.如前述任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，每一摆锤（4a、4b）具有弯曲的、月牙形的基本形状。

6.如前述任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，形成摆锤对（4）的两个摆锤（4a、4b）通过耦接元件（5'、5″）在其端部彼此相连。

7.如前述任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，为了在耦接元件（5'、5″）以及摆锤（4a、4b）之间形成轴承配置（7a'、7a″、7b'、7b″），摆锤（4a、4b）具有套管并且耦接元件（5'、5″）具有与此套管相配的孔。

8.如前述任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，摆锤（4a、4b）仅通过耦接元件（5'、5″）被连接至摆锤托架（3）。

9.如权利要求4到8中的任一项所述的内燃发动机，其特征在于，摆锤（4a、4b）的套管和/或至少一个摆锤托架（3）的销被覆以涂层。

10.如权利要求4到8中的任一项所述的内燃发动机，其特征在于，摆锤（4a、4b）的套管和/或至少一个摆锤托架（3）的销被表面处理。

11.如权利要求4到10中的任一项所述的内燃发动机，其特征在于，与销相配的耦接元件（5'、5″）的孔，和/或与套管相配的耦接元件（5'、5″）的孔被覆以涂层。

12.如权利要求4到10中的任一项所述的内燃发动机，其特征在于，与销相配的耦接元件（5'、5″）的孔，和/或与套管相配的耦接元件（5'、5″）的孔被表面处理。

13.如前述的任一权利要求所述的内燃发动机，其特征在于，该内燃发动机可以在停车起步模式中被操作。

14.一种用于制造如权利要求4到13中的任一项所述的内燃发动机的离心摆装置（1）的方法，其特征在于，至少一个的摆锤托架（3）以及销，和/或至少一个摆锤对（4）的摆锤（4a、4b）以及套管，被成型为一体的。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，至少一个摆锤托架（3）以及销，和/或至少一个摆锤对（4）的摆锤（4a、4b）以及套管，通过冷成型制造为一体的。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，通过对孔、套管和/或销的后处理来以指定方式设置耦接元件（5'、5″）和摆锤（4a、4b）之间的轴承配置（7a'、7a″、7b'、7b″）中的摩擦系数，和/或耦接元件（5'、5″）和摆锤托架（3）之间的轴承配置（6'、6″）中的摩擦系数。