CN109707789A - 用于内燃发动机的曲轴减振器 - Google Patents

Abstract

一种发动机组件具有可旋转地联接到曲轴的减振器。所述减振器具有将轮毂连接到惯性配重的第一辐条和第二辐条，其中所述惯性配重周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开。所述辐条中的每一个具有翼型部分。所述第一辐条以正迎角定向并且所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。曲轴减振器由具有第一辐条和第二辐条的构件提供，所述第一辐条和第二辐条从轮毂径向向外延伸到支撑惯性配重的外轮缘。与所述第一辐条相关联的弦相对于所述构件的旋转平面以第一迎角定向。与所述第二辐条相关联的弦相对于所述旋转平面以第二迎角定向。

Description

用于内燃发动机的曲轴减振器

技术领域

各种实施例涉及用于内燃发动机的曲轴减振器。

背景技术

内燃发动机可以设置有曲轴减振器以减小曲轴扭转加速度并防止对应的耐久性以及噪声、振动和粗糙性(NVH)问题。在操作期间，曲轴减振器可能有助于或导致整体发动机噪声增加。

发明内容

在一个实施例中，发动机组件设置有曲轴以及可旋转地联接到所述曲轴的减振器。所述减振器具有将轮毂连接到惯性配重的第一辐条和第二辐条，其中所述惯性配重周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开。所述辐条中的每一个具有翼型(airfoil)部分。所述第一辐条以正迎角定向并且所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

在另一个实施例中，曲轴减振器由具有一系列辐条的构件提供，所述一系列辐条从轮毂径向向外延伸到外轮缘，其中所述外轮缘周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开以且支撑惯性配重。所述辐条中的每一个具有在前缘与后缘之间延伸的弦(chord)。与所述一系列的辐条中的第一辐条相关联的弦相对于所述构件的旋转平面以第一迎角定向。与所述一系列的辐条中的第二辐条相关联的弦相对于所述构件的旋转平面以第二迎角定向。

在又一个实施例中，曲轴减振器设置有构件，所述构件具有将轮缘连接到轮毂的第一辐条和第二辐条，其中所述轮缘周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开。所述辐条中的每一个具有细长截面，其中所述第一辐条以正迎角定向并且所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

附图说明

图1示出被配置为实施根据本公开的各种实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出包括发动机罩盖的发动机组件，以及图1的发动机的曲轴和曲轴减振器的局部透视图。

图3示出根据一个实施例的曲轴减振器的透视图；

图4示出图3的曲轴减振器的剖视图；

图5示出图3的曲轴减振器的另一个剖视图；

图6示出图3的曲轴减振器的又另一个剖视图；

图7是提供与常规曲轴减振器相比的图3的曲轴减振器的声压级与频率的曲线图；

图8示出根据另一个实施例的曲轴减振器的透视图；

图9示出根据又另一个实施例的曲轴减振器的透视图；以及

图10示出根据另一个实施例的曲轴减振器的透视图。

具体实施方式

按照需要，本文提供了本公开的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅是示例性的并且可以以各种形式和替代形式体现。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式运用本公开的代表性基础。

图1示出被配置为实施根据本公开的各种实施例的内燃发动机组件20的示意图。在一些实施例中，发动机20用作车辆(诸如常规车辆或停止-启动车辆)中的唯一原动机。在其他实施例中，发动机可以在混合动力车辆中使用，在所述混合动力车辆中附加的原动机(诸如电机)可用来提供附加的动力以推进车辆。

发动机20具有协作以限定多个气缸22的气缸体和气缸盖，其中示出了一个气缸。发动机20可具有一个气缸、两个气缸、三个气缸、四个气缸或多于四个气缸。活塞24位于每个气缸内并经由连杆28连接到曲轴26。

一个或多个进气门30控制从进气歧管32进入气缸22的流量。一个或多个排气门34控制从气缸22到排气歧管36的流量。可以以本领域已知的各种方式操作进气门30和排气门34以控制发动机操作。发动机20被示为具有进气门30和排气门34，其各自具有分别处于直接顶置凸轮配置的相关联凸轮轴38、40。发动机和气门30、34可以以本领域已知的各种方式进行配置，例如，作为单顶置凸轮轴、双顶置凸轮轴、直接凸轮轴致动、其中气门由推杆或摇杆操作的顶置气门配置等。凸轮轴38、40可以旋转地连接到曲轴26并由曲轴26驱动，并且在一个实施例中由如下所述的根据本公开的齿轮系驱动。

每个气缸22可以在四冲程循环下进行操作，所述四冲程循环包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程。在其他实施例中，发动机可以以两冲程循环进行操作。处于气缸22的顶部处的活塞24位置通常称为上止点(TDC)。处于气缸的底部处的活塞24位置通常称为下止点(BDC)。

在进气冲程期间，进气门30打开并且排气门30关闭，同时活塞24从气缸22的顶部移动到气缸22的底部以将空气从进气歧管引到燃烧室。

在压缩冲程期间，进气门30和排气门34关闭。活塞24从气缸22的底部朝向顶部移动以压缩燃烧室内的空气。

然后将燃料引入燃烧室中并点燃。发动机可以被设置为火花点火发动机或压缩点火发动机，诸如柴油发动机。在膨胀冲程期间，燃烧室中点燃的燃料空气混合物膨胀，由此致使活塞24从气缸22的顶部移动到气缸22的底部。活塞24的移动导致曲轴26中的对应移动并提供来自发动机20的机械转矩输出。

在排气冲程期间，进气门30保持关闭并且排气门34打开。活塞24从气缸的底部移动到气缸22的顶部，以通过减小腔室容积来从燃烧室移除排气和燃烧产物。排气从燃烧气缸22流到排气歧管36。

进气门30和排气门34的位置和正时、以及燃料喷射正时和点火正时可以针对各种发动机冲程而变化。

曲轴26可以设置有曲轴减振器42，例如以减小由燃烧和活塞惯性转矩产生的曲轴角度波动。曲轴减振器42也可以称为谐波减振器或扭转减振器。曲轴减振器42被连接以用于与曲轴26一起旋转，例如在曲轴的自由端或附件驱动端。在一个示例中，减振器42过盈配合到曲轴。曲轴减振器42可以附加地被设置为或用作附件驱动滑轮，并且可以被设置有带正时标记的齿轮传动装置44。

发动机20的缸体50和气缸盖52可以至少部分地封闭在发动机罩盖中，如下面描述的图2所示。

图2示出安装在曲轴26上的曲轴减振器42的局部透视图，其中发动机的缸体50和盖52封闭在罩盖60内。罩盖60可包括协作以封闭发动机的一个或多个罩盖元件。罩盖60可以被设置有前罩盖62。前罩盖62位于曲轴26的附件端上或者与飞轮安装凸缘或曲轴的驱动端相对。前罩盖62限定穿过其中的孔口。曲轴的附件端穿过前罩盖中的孔口，使得罩盖62位于减振器42与发动机20的缸体50之间。各种传感器(诸如如图所示的速度传感器64)可以被设置并安装在罩盖60上。

曲轴减振器42用于减小曲轴扭转加速度并减小或防止对应的耐久性以及噪声、振动和粗糙性(NVH)问题。在操作期间，曲轴减振器的旋转可能产生从减振器的周边区域辐射的流动噪声，这可能有助于整体发动机噪声并且可能将整体发动机噪声驱动到令人反感的级别。使用声全息术进行噪声测量，并且减振器的周边显示该区域中的噪声辐射增加。

根据本公开的曲轴减振器42在操作期间提供减小的噪声，由此减小整体发动机噪声。

在发动机操作期间，曲轴减振器42与曲轴26一起旋转，并且减振器42的旋转运动致使相邻空气移动或引起空气流动。对曲轴减振器42以及常规曲轴减振器进行计算流体动力学分析。

气动声学分析指示：常规曲轴减振器的旋转致使曲轴减振器周围(例如，在减振器的外面上)的空气被吸入相邻辐条之间的孔口或区域70中并且进入窄间隙72或曲轴减振器的内面与前罩盖62之间的间隔。在一个示例中，窄间隙72的尺寸范围是2.5毫米至10毫米。当减振器的内面与前罩盖62之间的空气流径向向外流动并经过减振器的周边边缘74时，它膨胀并导致声压级增加并有助于发动机噪声增加。常规曲轴减振器或曲轴减振器被设置成所有辐条在减振器的旋转平面中延伸或由减振器的旋转平面限定。在常规系统中，已经尝试通过阻挡孔口(例如，使用泡沫块)来降低噪声；然而，这种方法增加了制造插头以及在发动机寿命期间保持插头方面的复杂性，增加了成本和其他问题。其他常规曲轴减振器可以被设置为没有孔口的实心盘；然而，虽然这减小了来自减振器的流动噪声，但这种设计增加了重量并且由于从曲轴传递的振动而导致附加的噪声。

根据本公开的减振器42被设计成跨过减振器并穿过辐条之间的孔口70来接近或提供中性空气流或净零空气流以减少流过间隙72的空气流的量。如图2所示的减振器42在发动机20的操作期间围绕旋转轴线80沿逆时针方向旋转，其中旋转轴线80与减振器42的旋转平面相交并且处于垂直于减振器42的旋转平面。

图3至图6示出根据一个实施例并用于图1至图2的发动机20和组件一起使用的曲轴减振器42的实施例。为简单起见，图3至图6中的元件被给予与图1至图2中的类似元件相同的附图标记。

曲轴减振器42由构件100限定。构件100具有轮毂102。轮毂102限定中心孔口104或孔104，该中心孔口104或孔104的尺寸被设计成接收曲轴26的一部分。

构件100还具有外轮缘106。外轮缘106由环形壳提供并围绕轮毂102周向延伸。如图所示，外轮缘106与轮毂102间隔开并且与轮毂102围绕旋转轴线80同心。

外轮缘106支撑惯性配重108，所述惯性配重108也周向地围绕轮毂102并与轮毂102间隔开。配重108可以经由弹性体元件连接到外轮缘106。在所示的示例中，惯性配重108关于轮毂102对称。在其他示例中，配重可以被设置为用于减振器的配重元件。惯性配重的外周边边缘110提供减振器的外周边边缘，并且可以被设置有轮廓以用作滑轮或驱动诸如前端附件的其他部件。

减振器具有当安装在发动机组件中时与罩盖60、62直接相邻的第一内面112，以及与内面相对的第二外面114。

减振器42具有将轮毂102连接到外轮缘106和惯性配重108的一系列辐条120。在图3至图6中，减振器42被示为具有三个辐条120，或者第一辐条122、第二辐条124和第三辐条126。在其他示例中，减振器可以具有其他数量的辐条120，诸如少于三个辐条或多于三个辐条。辐条120中的每一个从轮毂102朝向轮缘106和配重108径向向外延伸并在其间限定孔口70。如图所示，辐条120可以围绕轮毂102彼此等距地间隔开，或者在其他示例中，辐条120可以围绕轮毂102被设置有可变间距。

在各种实施例中，曲轴减振器42的辐条120设置有翼型部分和变化的迎角以提供气动动态形状，以便减小跨过减振器并流过曲轴减振器与发动机前罩盖之间的窄间隙的空气流的量。减振器42不仅减小通过减振器与发动机前罩盖之间的间隙72的空气流的量，而且还防止增加或减小减振器前面或减振器外面114侧上的净空气流。

如图4至图6所示，辐条120中的每一个具有翼型部分128。辐条120中的每一个的翼型部分128可以彼此相同或者可以彼此不同。根据本公开的翼型部分128包括传统的翼型部分以及平板。辐条120中的每一个具有细长截面，所述细长截面提供翼型部分128并且从每个辐条120的前缘130延伸到后缘132。为每个辐条120限定弦134，其中弦134从前缘130延伸到后缘132。

每个辐条120可以在径向方向上沿着辐条120的长度具有相同的翼型部分128，或者翼型部分128可以沿着辐条长度改变形状、尺寸或迎角，使得辐条在沿着辐条的不同径向位置处具有不同的翼型截面。

在所示的示例中，曲轴减振器42具有以第一迎角140或正迎角140定向的至少一个辐条122。图4示出减振器42的具有正迎角140的第一辐条122的剖视图。曲轴减振器还具有至少一个辐条124、126，其具有第二迎角或者负迎角或零迎角。图5示出减振器的具有负迎角142的第二辐条124的剖视图。图6示出减振器的具有零迎角144的第三辐条126的剖视图，使得弦134处于与构件100的旋转平面平行或共面。每个辐条120的迎角140、142、144是基于减振器42的旋转方向而在辐条的移动方向上获取的，并且是基于辐条的弦134和减振器42的旋转平面获取的。

具有负迎角142或零迎角144的辐条124、126的前缘130定位在发动机罩盖与具有正迎角140的辐条122的前缘130之间，或者定位在减振器的内面112与具有正迎角140的辐条122的前缘130之间。

在一个示例中，正迎角140处于10-45度的范围内，并且负迎角142处于5-45度或10-45度的范围内，但是也可以考虑每个迎角的其他范围。零迎角144可以是零值或者可以基本为零，例如在零的5度以内。

辐条120用于在曲轴减振器42的旋转期间偏转空气流并控制空气流。具有正迎角140的辐条122用于朝向孔口70和间隙72抽吸空气流并朝向罩盖泵送空气。具有负迎角142的辐条124通过远离罩盖泵送空气而远离孔口70和间隙72抽吸空气流。具有零迎角144的辐条126通常有助于朝向孔口70和间隙72抽吸空气，但程度小于正定向的辐条。

成正角度的辐条122和成负角度的辐条124或成零角度的辐条126中的每一个的数量，以及辐条120中的每一个的迎角和形状及尺寸可以被选择和控制以提供跨过减振器的中性或近中性空气流并减小减振器和发动机的总噪声。

图7是以3000转/分钟操作的发动机的减振器42内周边处的基于计算模型的曲线图，所述计算模型具有以分贝(dB)为单位的声压级以及以赫兹(Hz)为单位变化的压力谱。由线150示出根据图3的减振器42的声压级。由线152示出常规减振器的声压级，其中所有辐条具有零迎角或处于减振器的旋转平面中。根据本公开的减振器42始终提供减小的声压级或者提供宽带声音减小。此外，当跨噪声的临界频率范围或从1000Hz-2000Hz进行积分时，减振器42提供优于常规减振器的显著的5dB减小。

图8、图9和图10示出根据本公开的曲轴减振器42的其他实施例。为简单起见，图8至图10中的元件被给予与图1至图6中的类似元件相同的附图标记。

图8示出根据本公开的曲轴减振器42，其具有被设置为正定向辐条122并以正迎角140定向的第一辐条、被设置为正定向辐条122并以正迎角140定向的第二辐条、以及被设置为非定向辐条126并以零或接近零的迎角144定向的第三辐条。

图9示出根据本公开的曲轴减振器，其具有被设置为正定向辐条122并以正迎角140定向的第一辐条、被设置为非定向辐条126并以零或接近零的迎角144定向的第二辐条、以及被设置为非定向辐条126并以零或接近零的迎角144定向的第三辐条。

图10示出根据本公开的曲轴减振器，其中减振器具有六个辐条。辐条中的三个被设置为正定向辐条122并以正迎角140定向，并且其他三个辐条被设置为负定向辐条124并以负迎角142定向。正定向辐条和负定向辐条被布置成围绕减振器彼此交替。

取决于发动机20的要求和工况，可以提供辐条的各种配置和定向。例如，正定向辐条122或具有正迎角的辐条的数量可以变化，其中每个减振器具有至少一个成正角度的辐条。

负定向辐条124或具有负迎角的辐条以及非定向辐条126或具有零或接近零迎角的辐条的数量也可以相对于彼此变化，并且对于减振器，减振器具有至少一个成负角度的辐条124或非定向辐条126。正定向辐条122和负定向辐条124和/或非定向辐条126可以相对于彼此以各种顺序进行顺序布置。

对于多个成正角度的辐条122，每个可以以不同的正迎角设置，或者它们都可以以相同的正迎角设置，如图10所示。同样，对于多个成负角度的辐条，每个辐条可以以不同的负角度设置，或者它们都可以以相同的负迎角设置，如图10所示。辐条中的每一个可以具有相同的翼型部分、或形状、面积和/或几何形状，或者可以具有不同的翼型部分或不同的形状、面积和/或几何形状。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不旨在描述本公开的所有可能形式。相反，在说明书中使用的措词是描述用词而非限制用词，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以组合各种实施的实施例的特征以形成本公开的另外实施例。

根据本发明，提供了一种发动机组件，其具有：曲轴；以及减振器，其可旋转地联接到所述曲轴并具有将轮毂连接到惯性配重的第一辐条和第二辐条，所述惯性配重周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开，所述辐条中的每一个具有翼型部分，所述第一辐条以正迎角定向并且所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于被配置为至少部分地围绕发动机缸体的发动机罩盖，所述曲轴延伸通过所述罩盖，使得所述罩盖定位在所述缸体与所述减振器之间。

根据一个实施例，所述第二辐条的前缘定位在所述第一辐条的前缘与所述发动机罩盖之间。

根据一个实施例，所述第一辐条和所述第二辐条被配置为控制空气流跨过所述减振器是中性的。

根据一个实施例，所述第二辐条以所述负迎角定向；并且其中所述减振器具有将所述轮毂连接到所述惯性配重的第三辐条，所述第三辐条具有翼型部分并以零迎角定向。

根据本发明，提供了一种曲轴减振器，其具有：具有从轮毂径向向外延伸到外轮缘的一系列辐条的构件，所述外轮缘周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开且支撑惯性配重，所述辐条中的每一个具有在前缘与后缘之间延伸的弦，与所述一系列的辐条中的第一辐条相关联的所述弦相对于所述构件的旋转平面以第一迎角定向，与所述一系列的辐条中的第二辐条相关联的所述弦相对于所述构件的旋转平面以第二迎角定向。

根据一个实施例，所述第一迎角是正值；并且其中所述第二迎角是负值和零中的一个。

根据一个实施例，所述第一迎角是正值；其中所述第二迎角是负值；并且其中与所述一系列的辐条中的第三辐条相关联的所述弦相对于所述构件的旋转平面以第三迎角定向，所述第三迎角为零。

根据本发明，提供了一种曲轴减振器，其具有：具有将轮缘连接到轮毂的第一辐条和第二辐条的构件，所述轮缘周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开，所述辐条中的每一个具有细长截面，所述第一辐条以正迎角定向，所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

根据一个实施例，所述辐条中的每一个具有从所述辐条的前缘延伸到所述辐条的后缘的细长截面，弦限定在所述前缘与所述后缘之间。

根据一个实施例，每个辐条的迎角是在所述构件的旋转平面与所述辐条的相关弦之间获取的。

根据一个实施例，所述辐条中的每一个的细长截面形成为翼型部分。

根据一个实施例，所述第二辐条以所述负迎角定向；并且其中所述构件具有将所述轮缘连接到所述轮毂的第三辐条，所述第三辐条具有细长截面并以零迎角定向。

根据一个实施例，所述第三辐条的弦与所述构件的旋转平面平行，使得所述第三辐条以零迎角定向。

根据一个实施例，所述第一辐条、第二辐条和第三辐条围绕所述轮毂彼此等距间隔开；并且其中所述辐条中的每一个从所述轮毂径向向外延伸到所述轮缘。

根据一个实施例，所述第二辐条以所述零迎角定向；并且其中所述构件具有将所述轮缘连接到所述轮毂的第三辐条，所述第三辐条具有细长截面并以零迎角定向。

根据一个实施例，所述轮毂限定中心孔口，所述中心孔口的尺寸被设置成接收曲轴的端部。

根据一个实施例，所述正迎角相对于所述构件的旋转平面和旋转方向。

根据一个实施例，所述正迎角在所述构件的旋转平面的5-45度内；其中所述负迎角在所述旋转平面的5-45度内；并且其中所述零迎角在所述旋转平面的5度内。

根据一个实施例，所述轮缘支撑惯性配重。

Claims (15)

1.一种发动机组件，其包括：

曲轴；以及

减振器，其可旋转地联接到所述曲轴并具有将轮毂连接到惯性配重的第一辐条和第二辐条，所述惯性配重周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开，所述辐条中的每一个具有翼型部分，所述第一辐条以正迎角定向并且所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

2.如权利要求1的发动机组件，其还包括被配置为至少部分地围绕发动机缸体的发动机罩盖，所述曲轴延伸通过所述罩盖,使得所述罩盖定位在所述缸体与所述减振器之间。

3.如权利要求2的发动机组件，其中所述第二辐条的前缘定位在所述第一辐条的前缘与所述发动机罩盖之间。

4.如权利要求1的发动机组件，其中所述第一辐条和所述第二辐条被配置为控制空气流跨过所述减振器是中性的。

5.如权利要求1的发动机组件，其中所述第二辐条以所述负迎角定向；并且

其中所述减振器具有将所述轮毂连接到所述惯性配重的第三辐条，所述第三辐条具有翼型部分并以零迎角定向。

6.一种曲轴减振器，其包括：

具有将轮缘连接到轮毂的第一辐条和第二辐条的构件，所述轮缘周向围绕所述轮毂并与所述轮毂间隔开，所述辐条中的每一个具有细长截面，所述第一辐条以正迎角定向，所述第二辐条以负迎角和零迎角中的一个定向。

7.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述正迎角在所述构件的旋转平面的5-45度内；

其中所述负迎角在所述旋转平面的5-45度内；并且

其中所述零迎角在所述旋转平面的5度内。

8.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述辐条中的每一个具有从所述辐条的前缘延伸到所述辐条的后缘的细长截面，弦限定在所述前缘与所述后缘之间。

9.如权利要求8所述的曲轴减振器，其中每个辐条的迎角是在所述构件的旋转平面与所述辐条的相关弦之间获取的。

10.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述辐条中的每一个的所述细长截面形成为翼型部分。

11.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述第二辐条以所述负迎角定向；并且

其中所述构件具有将所述轮缘连接到所述轮毂的第三辐条，所述第三辐条具有细长截面并以零迎角定向。

12.如权利要求11所述的曲轴减振器，其中所述第三辐条的弦与所述构件的旋转平面平行，使得所述第三辐条以零迎角定向。

13.如权利要求11所述的曲轴减振器，其中所述第一辐条、第二辐条和第三辐条围绕所述轮毂彼此等距间隔开；并且

其中所述辐条中的每一个从所述轮毂径向向外延伸到所述轮缘。

14.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述第二辐条以所述零迎角定向；并且

其中所述构件具有将所述轮缘连接到所述轮毂的第三辐条，所述第三辐条具有细长截面并以零迎角定向。

15.如权利要求6所述的曲轴减振器，其中所述轮毂限定中心孔口，所述中心孔口的尺寸被设置成接收曲轴的端部；并且

其中所述轮缘支撑惯性配重。