CN107795636B - 具有用于改善nvh的完全一体式缓冲器的曲轴用摆锤 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于曲轴摆锤的一体式全环绕缓冲器。摆锤包括两个半部。连续的镜像缓冲器接收的通道形成在每个摆锤半部中。当两个半部被附接时，该缓冲器被夹在两个半部之间并且被挤压配合保持。每个摆锤半部都包括升高中心区域和一对凹入区域，其中，每个凹入区域形成在升高区域的一侧。侧壁形成在升高区域和凹入区域的交叉点处。沿着升高区域的下边缘形成底壁。每个半部中的连续通道沿着侧壁的一部分并且沿着底壁的整个长度形成。纵长一体式缓冲器环绕侧壁和底壁并且从升高区域延伸超过侧壁和底壁。

Description

具有用于改善NVH的完全一体式缓冲器的曲轴用摆锤
技术领域
本公开的发明构思总体上涉及一种用于内燃机的摆式曲轴。更具体地，本公开的发明构思涉及一种一体式缓冲器布置，其通过提供在两个摆锤半部之间组装时不能从其位置滑动的单个装置来防止摆锤总成在摆支架上的金属对金属的碰撞。
背景技术
具有相对少量的气缸的内燃机为机动车辆制造商提供了一种有吸引力的解决方案，以满足改进燃料经济性的需要。为了补偿立方容积的减少，车辆制造商开发用于提高发动机功率的技术(诸如直接燃料喷射、涡轮增压以及用于进气和排气凸轮轴的可变正时)。以这种方式，可以缩小六缸和八缸发动机，而不会损失可用的功率。
具有少量气缸的发动机的不期望的结果是由未被抵消的力(诸如第一和第二发动机顺序力(engine order force))引起的高曲轴扭转振动和高发动机组振动。这种扭转振动最终通过发动机架传递到车辆结构。
工程师通过各种方法在一定程度上管理这些振动，其中许多方法增加了建造成本并降低了燃料经济性。克服过度振动的一个可接受的解决方案是在曲轴上设置一个或多个摆锤以降低曲轴的扭转振动以及随之而来的车辆噪音和粗糙性。这种曲轴安装的摆锤在调节时起到减振器的作用，并且因此减少由摆动扭矩产生的振动，从而平滑曲轴的扭矩输出。这种方法也被一些飞机活塞发动机的设计者所采用，其中摆锤平滑输出扭矩并且减少曲轴本身内的应力。
在转让给本即时申请的受让人的美国专利号4,739,679中陈述了与发动机曲轴相关联的摆锤减振器的示例。根据本专利所述的布置，摆锤包括内曲线凸轮从动件表面，该内曲线凸轮从动件表面与固定在摆支架上的销式凸轮交替地接合和脱离。
曲轴摆锤通过在配对弯曲轨道上可移动的成对的滚子与摆支架相互连接。虽然摆锤和曲轴之间的可移动关系存在许多变化，但是通常将滚动销作为这两个部件之间的接触点。
每个滚动销需要一个摆锤滚动销轨道，滚子可在其中滚动。已知的滚动销轨道在轨道的壁和滚动销之间具有很大的距离。当发动机运行并且曲轴旋转时，离心力将摆锤保持在其全速位置(full out position)。摆锤通过左右移动来响应摆动扭矩。这将减小对变速器的摆动扭矩以提高噪声、振动以及粗糙性(NVH)。如果摆动扭矩太高，则摆锤能够撞击缓冲器。在这种情况下，将需要使摆锤失谐(detuned)。摆锤撞击的另一个时间是在当离心力不足以克服重力时的启动和关闭期间。缓冲器旨在在这三种情况下减少金属撞击金属的NVH。在这个位置上，离心力足以克服重力，并且扭转力很小而不会使摆锤来回移动。然而，当发动机关闭并且曲轴的旋转运动停止时，离心运动也停止并且不再保持在其全速位置的摆锤可能移动到其完全行进状态，其中如果摆锤的停止位置是“向上”或大体在曲轴的中线上方，则摆锤经历由重力引起的下落。如果摆锤停在该位置，则在金属对金属撞击(metal-on-metal)之前该摆锤会下落，从而增加发动机中不期望的NVH，并且增加车辆中不期望的NVH。
为了补偿这种下落，橡胶缓冲器位于摆锤或摆支架上，以缓冲金属对金属接触。当摆锤处于过度激励或在发动机启动或关闭期间时，缓冲器撞击停止摆锤。在已知设计中，缓冲器可以移出其组装位置，从而损害原始的NVH优点，并可能增加NVH问题。失位缓冲器也可能变得完全松动并且造成油管堵塞的风险，导致早期发动机故障。
因此，需要一种针对摆式缓冲器的新方法来解决与已知布置有关的问题。
发明内容
所公开的发明构思通过提供一体式缓冲器克服了由用于内燃机的已知摆锤布置所面临的挑战，该一体式缓冲器不会无故的从摆锤松动。不管发动机的运行情况如何，缓冲器都保持附接在摆锤上。
所公开的发明构思的用于附接到内燃机的曲轴的摆锤总成包括具有单个一体式全长的环绕缓冲器的摆锤。一体式缓冲器是窄的纵长条，其优选地将横截面限定为梯形。作为替代方案，一体式缓冲器的横截面可以是具有以平坦的内和外表面和平坦的壁的正方形或者矩形形式的平行四边形。
摆锤由两个半部组成。每个摆锤半部中形成连续的镜像缓冲器接收通道。缓冲器装配在摆锤半部中形成的相同形状的通道中。当两个半部装配在一起时，缓冲器被夹在两个摆锤半部之间，并通过挤压配合牢固地保持在其间。
每个摆锤半部都包括升高的中心区域和一对凹入区域，其中，每个凹入区域都形成在升高区域的一侧。侧壁形成在升高区域和凹入区域的交叉点处。沿着升高区域的下边缘形成底壁。每个半部中的连续通道是沿着侧壁的一部分并且沿着底壁的整个长度形成。纵长的一体式缓冲器环绕大部分侧壁和所有底壁，并且从升高的区域延伸超过侧壁和底壁。
缓冲器由聚合材料组成，包括但不限于天然橡胶、合成橡胶或能够抗油的任何其它柔性和弹性材料。
根据本发明，提供一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，摆支架附接到曲轴，支架具有上表面；
摆锤，摆锤附接到支架，摆锤具有内侧壁和底壁，底壁与上表面相对，摆锤包括限定在底壁和至少部分侧壁中的单个纵长通道；以及
一体式缓冲器，一体式缓冲器位于通道中。
根据本发明的一个实施例，摆锤包括两个半部，每个半部都具有升高区域，内侧壁和底壁形成在升高区域上，由此在每个半部的内侧壁和底壁中形成细长通道的一半。
根据本发明的一个实施例，每个半部包括邻近升高区域的凹入区域。
根据本发明的一个实施例，一体式缓冲器是u形的。
根据本发明的一个实施例，纵长通道具有宽度，并且其中，一体式缓冲器比通道的宽度更宽，由此当半部被组装时，一体式缓冲器被挤压配合在半部之间。
根据本发明的一个实施例，一体式缓冲器具有横截面形状，形状选自包含梯形和平行四边形的组。
根据本发明的一个实施例，纵长通道具有深度，并且其中，一体式缓冲器具有厚度，缓冲器的厚度大于通道的深度。
根据本发明，提供一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，摆支架附接到曲轴，支架具有上表面；
摆锤，摆锤附接到支架，摆锤包括两个半部，每个半部都具有升高区域，升高区域具有内侧壁和底壁，底壁与上表面相对，内壁和底壁具有形成在内壁和底壁中的连续通道；
一体式缓冲器，一体式缓冲器位于通道中。
根据本发明的一个实施例，每个半部包括邻近升高区域的凹入区域。
根据本发明的一个实施例，一体式缓冲器是u形的。
根据本发明的一个实施例，当半部彼此连接时，由两个摆锤半部形成单个纵长通道，单个纵长通道具有宽度，并且其中，一体式缓冲器比单个纵长通道的宽度更宽，由此当半部被组装时，一体式缓冲器被挤压配合在半部之间。
根据本发明的一个实施例，一体式缓冲器具有横截面形状，形状选自包含梯形和平行四边形的组。
根据本发明的一个实施例，单个纵长通道具有深度，并且其中，一体式缓冲器具有厚度，缓冲器的厚度大于通道的深度。
根据本发明，提供一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，摆支架附接到曲轴，支架具有上表面；
摆锤，摆锤附接到支架，摆锤具有内侧壁和底壁，底壁与上表面相对，摆锤包括限定在底壁和至少部分侧壁中的单个、u形通道；以及
u形一体式缓冲器，u形一体式缓冲器位于通道中。
根据本发明的一个实施例，摆锤包括两个半部，每个半部都具有升高区域，内侧壁和底壁形成在升高区域上，由此在每个半部的内侧壁和底壁中形成纵长通道的一半。
根据本发明的一个实施例，每个半部包括邻近升高区域的凹入区域。
根据本发明的一个实施例，纵长通道具有宽度，并且其中，一体式缓冲器比通道的宽度更宽，由此当半部被组装时，一体式缓冲器挤压配合在半部之间。
根据本发明的一个实施例，一体式缓冲器具有横截面形状，形状选自包含梯形和平行四边形的组。
根据本发明的一个实施例，纵长通道具有深度，并且其中，一体式缓冲器具有厚度，缓冲器的厚度大于通道的深度。
根据本发明的一个实施例，缓冲器由聚合材料组成。
当结合附图时，从优选实施例的以下详细描述中，上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
附图说明
为了更全面的理解本发明，现应参考附图中详细示出的并且通过本发明的以下示例描述的实施例。
图1是用于附接到根据现有技术的曲轴的摆锤总成的一部分的侧视图；
图2是根据所公开的发明构思的用于附接到曲轴的摆锤总成的一部分的侧视图，其示出了形成为接收一体式缓冲器的连续通道；
图3是类似于图2的视图，但是示出了在一个摆锤半部中形成的连续缓冲器通道中就位的一体式缓冲器；
图4是组装在一起的摆锤的两个摆锤半部的仰视图，其示出了在它们之间形成的缓冲器接收连续通道；
图5是与图4相同的视图，但是示出了夹在两个摆锤半部之间的一体式缓冲器；
图6是沿着图5的线6-6截取的剖视图，该剖视图示出了一体式缓冲器的可能形状；以及
图7是根据优选替代设计的一体式缓冲器的剖视图，在该剖视图中缓冲器具有梯形形状。
具体实施方式
下述附图中，相同的附图标记将用于表示相同的部件。在下述描述中，针对不同构造的实施例描述了各种操作参数和部件。这些特定参数和部件作为示例包括在内并且不意在限制性的。
参考图1，示出了已知摆锤总成的视图。参考图2至图7，根据所公开的发明构思的摆锤总成从各个视图中示出，无论是否具有所安装的一体式缓冲器。
图1是本领域已知的用于附接到曲轴的摆锤总成的侧视图。侧视图中示出了总体示出为10的摆锤总成。摆锤总成10包括两个摆锤半部，其中一个(第一摆锤半部12)是可见的。摆锤半部通常通过诸如第一螺栓14和第二螺栓14'之类的机械紧固件彼此附接。
第一摆锤半部12包括升高区域16和一对间隔开的凹入区域18和18'。凹入区域18中形成肾形滚动路径20。凹入区域18'中形成肾形滚动路径20'。摆锤总成10通过摆支架22附接到曲轴(未示出)。摆支架22包括第一支架耳部24和第二支架耳部24'。第一支架耳部24中形成肾形滚动路径26，并且第二支架耳部24'中形成肾形滚动路径26'。
摆支架22还包括一对曲轴附接臂28和28'。曲轴附接臂28具有穿过该曲轴连接臂28形成的螺栓孔30。曲轴附接臂28'具有穿过该曲轴附接臂28形成的螺栓孔30'。诸如肩部螺栓32和32'的机械紧固件将摆支架22附接到曲轴。
每个摆锤半部之间装配有滚动销34和34'。滚动销34装配为穿过摆支架22的第一支架耳部24的肾形滚动路径26并且进入第一摆锤半部12的肾形滚动路径26以及进入第二摆锤半部的肾形滚动路径。滚动销34'装配为穿过摆支架22的第二支架耳部24'的肾形滚动路径26'并且进入第一个摆锤半部12的肾形滚动路径26'以及进入第二摆锤半部的肾形滚动路径。
第一倾斜缓冲器36和第二倾斜缓冲器36'设置为提供碰撞阻尼。倾斜缓冲器36和36'是L形的并且从摆锤半部延伸。
虽然为减少曲轴摆锤中的噪声、振动以及粗糙性(NVH)所面临的挑战提供了一个有利的解决方案，但是图1中示出的以及与此相关的讨论的已知解决方案面临着一些挑战。挑战之一是L形缓冲器36和36'的部分仅设置小的接触面积。另一个挑战是L形缓冲器36和36'难以设定长度。如果缓冲器36和36'太长，则摆锤将被阻止完全摆动，从而降低其性能。如果缓冲器36和36'太短，则增加了金属对金属接触的可能性，从而增加NVH。图1所示的设计的另外的挑战是一旦安装在摆锤的一个半部中，则缓冲器36和36'可以在附接到摆锤的另一半部之前弹出。
所公开的发明构思克服了减少曲轴摆锤中的NVH的已知解决方案所面临的挑战。图2是根据所公开的发明构思的用于附接到曲轴的摆锤总成的侧视图。侧视图中示出了总体示出为50的摆锤总成。摆锤总成50包括两个摆锤半部，其中一个(第一摆锤半部52)是可见的。摆锤半部通过诸如第一螺栓54和第二螺栓54'的机械紧固件彼此附接。
第一摆锤半部52包括升高区域56和一对间隔开的凹入区域58和58'。凹入区域58中形成肾形滚动路径60。凹入区域58'中形成肾形滚动路径60'。摆锤总成50通过摆支架62附接到曲轴(未示出)。摆支架62包括第一支架耳部64和第二支架耳部64'。第一支架耳部64中形成肾形滚动路径66，并且第二支架耳部64'中形成肾形滚动路径66'。
摆支架62还包括一对曲轴附接臂68和68'。曲轴附接臂68具有穿过该曲轴附接臂68形成的螺栓孔70。曲轴附接臂68'具有穿过该曲轴附接臂68'形成的螺栓孔70'。诸如肩部螺栓72和72'之类的机械紧固件将摆支架62附接到曲轴。
每个摆锤半部之间装配有滚动销74和74'。滚动销74装配为穿过摆支架62的第一支架耳部64的肾形滚动路径66并且进入第一摆锤半部52的肾形滚动路径66以及进入第二摆锤半部的肾形滚动路径。滚动销74'装配为穿过摆支架62的第二支架耳部64'的肾形滚动路径66'并且进入第一个摆锤半部52的肾形滚动路径66'以及进入第二摆锤半部的肾形滚动路径。
为了避免当摆锤处于其完全行进状态时不希望有的金属对金属的接触，提供了碰撞阻尼元件。特别地，第一摆锤半部52的升高区域56包括一对侧壁76和76'以及底壁78。在侧壁76和76'的部分中以及底壁78中形成了连续的缓冲器半通道80。如图4所示并且与其相关讨论的，类似的半通道形成在另一个摆锤半部上。单个连续缓冲器82可以由任何耐用且抗油的聚合材料制成(诸如但不限于橡胶)。
如图3所示，单个连续缓冲器82装配在侧壁76和76'的部分中以及底壁78中形成的连续缓冲器半通道80中。因此，单个连续缓冲器82在其环绕侧壁76和76'以及底壁78的位置形成U-形。如图3所示，单个连续缓冲器82的厚度大于连续缓冲器半通道80的深度，并且因此从连续缓冲器半通道80延伸。
图4中示出了摆锤50的仰视图。摆锤50包括摆锤半部52和镜像摆锤半部52'。摆锤半部52包括连续缓冲器半通道80并且摆锤半部52'具有连续缓冲器半通道80'。如图4所示，由两个半通道80和80'形成单个连续且纵长的通道。
图5中示出了具有一体式缓冲器82的摆锤50的仰视图。如图所示，一体式缓冲器82被挤压配合在摆锤半部52和摆锤半部52'之间。
虽然纵长的一体式缓冲器82的形状可以选自各种形状，但是横截面的形状可以是平行四边形，即具有正方形或矩形形状，或者更优选地横截面的形状可以是梯形。图6中示出了沿着图5的线6-6截取的平行四边形形状，在图6中示出了一体式缓冲器82的正方形形状。如图所示，一体式缓冲器具有平坦的顶部、平坦的底部以及相对平坦的侧面。
在不脱离所公开的发明构思的精神或范围内可以选择其它形状。在图7中示出了替代和优选的形状，在图7中摆锤半部84和摆锤半部84'以截面图示出，其中，纵长的一体式缓冲器86具有通过挤压夹在摆锤半部84和摆锤半部84'之间的梯形形状。一体式缓冲器86的梯形形状减小了在发动机运转期间缓冲器86摆脱摆锤半部84和84'的可能性。
应该理解的是，摆支架62是旨在将摆锤总成50连接到曲轴上的几种可能的设计配置之一。因此，如图所示的摆支架62的配置不旨在是限制性的，而是仅用于提示性的。
如上所述的公开的发明构思通过提供用于夹在形成在两个摆锤半部之间的连续纵长的通道中的耐用的一体式全长环绕式缓冲器而克服了用于内燃机的已知的摆式曲轴布置所面临的挑战。当一体式缓冲器装配到单个通道中时，根据所公开的发明构思设置，可以容易地设定缓冲器突出的量。缓冲器突出的量由通道的尺寸和缓冲器的厚度两者确定。此外，由于缓冲器位于摆锤半部之一的半通道中然后将另一个摆锤半部定位在其上，所公开的发明构思的摆锤总成易于组装。将一个半部固定到另一个半部则产生挤压配合，从而将缓冲器固定在通道中。
本领域技术人员将容易地从这种讨论、附图以及权利要求中认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的真实精神和公正的范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改和变形。

Claims (15)

1.一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，所述摆支架附接到所述曲轴，所述摆支架具有上表面；
摆锤，所述摆锤附接到所述摆支架，所述摆锤包括第一半部，所述第一半部具有第一升高区域和邻近所述第一升高区域并从所述第一升高区域延伸的第一凹入区域，所述第一升高区域由所述摆锤的内侧壁和底壁限定，所述底壁与所述上表面相对，所述摆锤包括限定在所述底壁和至少部分所述内侧壁中的单个纵长通道，所述纵长通道与所述第一凹入区域轴向隔开；以及
一体式缓冲器，所述一体式缓冲器位于所述纵长通道中。
2.根据权利要求1所述的摆式曲轴总成，其中，摆锤包括第二半部，所述第二半部具有由所述内侧壁和所述底壁限定的第二升高区域和从所述第二升高区域延伸的第二凹入区域，由此在所述第一半部和所述第二半部的每一个的所述内侧壁和所述底壁中形成所述纵长通道的一半，所述纵长通道与所述第二凹入区域轴向隔开。
3.根据权利要求1所述的摆式曲轴总成，其中，所述一体式缓冲器是u形的。
4.根据权利要求2所述的摆式曲轴总成，其中，所述纵长通道具有宽度，并且其中，所述一体式缓冲器比所述纵长通道的宽度更宽，由此当所述半部被组装时，所述一体式缓冲器被挤压配合在所述半部之间。
5.根据权利要求1所述的摆式曲轴总成，其中，所述一体式缓冲器具有横截面形状，所述形状为梯形。
6.根据权利要求1所述的摆式曲轴总成，其中，所述纵长通道具有深度，并且其中，所述一体式缓冲器具有厚度，所述一体式缓冲器的所述厚度大于所述纵长通道的所述深度。
7.一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，所述摆支架附接到所述曲轴，所述摆支架具有上表面；
摆锤，所述摆锤附接到所述摆支架，所述摆锤包括两个半部，每个半部都具有升高区域和邻近所述升高区域并从所述升高区域延伸的凹入区域，所述升高区域具有形成在内侧壁和底壁中的连续通道，所述连续通道与所述凹入区域轴向隔开；
一体式缓冲器，所述一体式缓冲器位于所述连续通道中。
8.根据权利要求7所述的摆式曲轴总成，其中，每个半部包括升高区域和与邻近所述升高区域并从所述升高区域延伸的凹入区域。
9.根据权利要求7所述的摆式曲轴总成，其中，所述一体式缓冲器是u形的。
10.根据权利要求7所述的摆式曲轴总成，其中，当所述半部彼此连接时，由所述两个摆锤半部形成单个纵长通道，所述单个纵长通道具有宽度，并且其中，所述一体式缓冲器比所述单个纵长通道的所述宽度更宽，由此当所述半部被组装时，所述一体式缓冲器被挤压配合在所述半部之间，所述单个纵长通道具有深度，并且其中，所述一体式缓冲器具有厚度，所述一体式缓冲器的所述厚度大于所述单个纵长通道的所述深度。
11.根据权利要求7所述的摆式曲轴总成，其中，所述一体式缓冲器具有横截面形状，所述形状选自包含梯形和平行四边形的组。
12.一种用于附接到发动机的曲轴的摆式曲轴总成，包括：
摆支架，所述摆支架附接到所述曲轴，所述摆支架具有上表面；
摆锤，所述摆锤附接到所述摆支架，所述摆锤包括第一半部，所述第一半部具有第一升高区域和邻近所述第一升高区域并从所述第一升高区域延伸的第一凹入区域，所述第一升高区域由所述摆锤的内侧壁和底壁限定，所述底壁与所述上表面相对，所述第一升高区域包括限定在所述底壁和至少部分所述内侧壁中的单个u形通道，所述u形通道与所述第一凹入区域轴向隔开；以及
u形一体式缓冲器，所述u形一体式缓冲器位于所述u形通道中。
13.根据权利要求12所述的摆式曲轴总成，其中，摆锤包括第二半部，所述第二半部具有由所述内侧壁和所述底壁限定的第二升高区域和从所述第二升高区域延伸的第二凹入区域，由此在所述第一半部和所述第二半部的所述内侧壁和所述底壁中形成所述u形通道的一半，所述u形通道与所述第二凹入区域轴向隔开。
14.根据权利要求13所述的摆式曲轴总成，其中，所述u形通道具有宽度，并且其中，所述一体式缓冲器比所述u形通道的所述宽度更宽，由此当所述半部被组装时，所述一体式缓冲器被挤压配合在所述半部之间。
15.根据权利要求12所述的摆式曲轴总成，其中，所述u形通道具有深度，并且其中，所述一体式缓冲器具有厚度，所述一体式缓冲器的所述厚度大于所述u形通道的所述深度。
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