CN113074217B - 发动机平衡轴及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机平衡轴及发动机，发动机平衡轴包括轴体，轴体上设有平衡齿轮安装位和至少一个平衡块；轴体包括变径轴段，变径轴段与平衡齿轮安装位沿轴体的轴向分布；平衡块设于变径轴段的远离平衡齿轮安装位的一端之外，或设于平衡齿轮安装位的远离变径轴段的一端之外。利用振动波经过变径轴段会耗散能量，使平衡齿轮与发动机的曲轴齿轮啮合传递出去的振动波能量降低，转化为噪音的能力也降低，提升了整车和发动机NVH性能。

Description

发动机平衡轴及发动机
技术领域
本发明属于发动机领域，特别是涉及发动机平衡轴及发动机。
背景技术
为了满足人民对美好生活的追求，人民对整车和发动机的NVH性能要求越来越高，通过发动机平衡轴的平衡块产生的离心力来平衡发动机的往复惯性力和惯性力矩，使整车和发动机的NVH性能表现更好。但存在以下问题：
1)发动机平衡轴的轴体难以消耗曲轴齿轮与平衡齿轮啮合振动产生的能量，曲轴齿轮与平衡齿轮啮合振动产生的能量大部分转化为噪音，影响整车和发动机的NVH性能；
2)普通平衡块仅为凸设于平衡轴的轴体的方块结构，平衡块击打机油时，机械阻力大，机械功损失大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有方案轴体难以消耗曲轴齿轮与平衡齿轮啮合振动产生的能量，影响整车和发动机的NVH性能的问题，提供一种发动机平衡轴及发动机。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种发动机平衡轴，包括轴体，所述轴体上设有平衡齿轮安装位和至少一个平衡块；
所述轴体包括变径轴段，所述变径轴段与所述平衡齿轮安装位沿所述轴体的轴向分布；
所述平衡块设于所述变径轴段的远离所述平衡齿轮安装位的一端之外，或设于所述平衡齿轮安装位的远离所述变径轴段的一端之外。
可选地，所述变径轴段包括交替设置的大径段和小径段。
可选地，所述大径段和所述小径段均设为多段，各所述大径段的轴向长度均相同，各所述小径段的轴向长度均相同。
可选地，所述变径轴段的远离所述平衡齿轮安装位的一段为小径段。
可选地，所述轴体还包括套设于所述小径段上的橡胶圈。
可选地，所述平衡块上凹设有用于导流机油的导流面，所述导流面包括弧面，所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端或用于将机油导向所述平衡块在所述轴体径向上的两侧。
可选地，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端时：所述导流面还包括直面，所述弧面位于所述平衡块在所述轴体轴向上的第一端，所述直面的一端与所述弧面的一端相切，所述直面的另一端贯通所述平衡块在所述轴体轴向上的第二端；在远离所述直面的方向上，所述弧面与所述直面的高度差变大。
可选地，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端时：所述弧面的一端位于所述平衡块在所述轴体轴向上的第一端，另一端贯通所述平衡块在所述轴体轴向上的第二端；在所述平衡块的第一端到第二端的方向上，所述弧面相对于所述平衡块的凹陷变深。
可选地，在所述轴体的中轴面到两侧的方向上，所述导流面相对于所述平衡块的凹陷变深。
可选地，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体径向上的两侧时：在所述轴体的中轴面到两侧的方向上，所述弧面相对于所述平衡块的凹陷变深。
可选地，所述轴体包括与所述导流面相交的加强轴段，所述加强轴段突出于所述导流面。
可选地，所述平衡块上设有导流孔，所述导流孔自所述导流面贯通所述平衡块。
本发明实施例还提供了一种发动机，包括前述发动机平衡轴。
本发明实施例提供的发动机平衡轴及发动机，利用振动波经过变径轴段会耗散能量，使平衡齿轮与发动机的曲轴齿轮啮合传递出去的振动波能量降低，转化为噪音的能力也降低，提升了整车和发动机NVH性能。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的发动机平衡轴的立体结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的发动机平衡轴的剖面示意图；
图3为本发明实施例提供的发动机的局部结构示意图；
说明书中的附图标记如下：
1、平衡轴；
11、轴体；111、平衡齿轮安装位；112、加强轴段；113、变径轴段；1131、大径段；1132、小径段；114、橡胶圈；
12、平衡块；121、导流面；1211、弧面；1212、直面；122、导流孔；
2、平衡齿轮；3、曲轴齿轮；4、曲轴；5、油底壳。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种发动机平衡轴(即发动机的平衡轴1)，包括轴体11，轴体11上设有平衡齿轮安装位111和至少一个平衡块12；
轴体11包括变径轴段113，变径轴段113与平衡齿轮安装位111沿轴体11的轴向分布；
平衡块12设于变径轴段112的远离平衡齿轮安装位111的一端之外(即变径轴段113位于平衡齿轮安装位111与平衡块12之间，如图1和图2所示)，或设于平衡齿轮安装位111的远离变径轴段113的一端之外(未图示)；具体可在轴体11的一端设有平衡齿轮安装位111，并根据平衡量需要，仅在轴体11的一端设置平衡块12，或在轴体11的两端设置平衡块12；
本发明实施例提供的发动机平衡轴，与现有技术相比，利用振动波经过变径轴段113会耗散能量，使平衡齿轮2与发动机的曲轴齿轮3啮合传递出去的振动波能量降低，转化为噪音的能力也降低，提升了整车和发动机NVH性能。
优选地，如图1和图2所示，平衡齿轮安装位111紧邻变径轴段113设置，安装于平衡齿轮安装位111的平衡齿轮2与曲轴齿轮3啮合处产生的振动波能量马上通过变径轴段113，耗散量大。
在一实施例中，如图2所示，变径轴段113包括交替设置的大径段1131和小径段1132，增加振动波经过变径轴段113耗散的能量。
具体地，大径段1131设为多段，各大径段1131的轴向长度可相同或不同，小径段1132设为多段，各小径段1132的轴向长度可相同或不同，优选各大径段1131与各小径段1132的轴向长度均相同，方便设计、加工，如果设置后续的橡胶圈114，各小径段1132的轴向长度可相同，还方便套在不同小径段1132上的橡胶圈114统一加工工艺，降低成本。
优选地，为增加振动波经过变径轴段113耗散的能量，可在机械性能允许的前提下，尽量多地增加大径段1131和小径段1132的数量。
在一实施例中，如图1和2所示，轴体11还包括套设于小径段1132上的橡胶圈114。其中橡胶圈114采用的材料须耐高温机油，并且尽可能选用低刚度橡胶，其阻尼越大，吸振能力越强，优选为氢化丁腈橡胶(HNBR)；通过橡胶圈114实现轴体11对应变径轴段113的一段的变材料，振动波经过变直径且变材料的轴体的一段(即变径轴段113和橡胶圈114)会耗散能量，使平衡齿轮2与曲轴齿轮3啮合传递出去的振动波能量降低，转化为噪音的能力也降低，提升了整车和发动机NVH性能。为增加振动波经过轴体11对应变径轴段113的一段耗散的能量，优选采用尽可能多的橡胶圈114。
优选地，橡胶圈114的外径小于或等于与其相邻的大径段1131的外径，避免橡胶圈114与发动机的其它结构发生干涉。
在一实施例中，如图1至图3所示，平衡块12上凹设有用于导流机油的导流面121，导流面121包括弧面1211，弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端(如图1和图2所示)，或弧面用于将机油导向平衡块在轴体径向上的两侧(未图示)。
在轴体11上设置平衡块12，还设置平衡齿轮安装位111，以用于装配平衡齿轮2，当平衡块12击打机油后，机油沿弧面的弯曲方向流动至平衡块12的一端之外或两侧之外，从而通过导流面121导流机油，实现降低发动机机械功损失，提高发动机热效率。
在一实施例中，变径轴段113的远离平衡齿轮安装位111的一段为小径段，如此，无论将平衡块12设置在轴体11上的什么位置，变径轴段113均尽量不阻挡导流面121导出的机油，方便发动机平衡轴的灵活设计。
具体地，平衡块12、变径轴段113和平衡齿轮安装位111依次设置，且变径轴段113的小径段1132邻近平衡块12，减小变径轴段113对机油流向的阻挡，降低机械功损失的效果更好，尤其是弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端时，降低机械功损失的效果明显。
在一实施例中，如图2所示，当弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端时：导流面121还包括直面1212，弧面1211位于平衡块12在轴体11轴向上的第一端，直面1212的一端与弧面1211的一端相切，直面1212的另一端贯通平衡块12在轴体11轴向上的第二端；在远离直面1212的方向上，弧面1211与直面1212的高度差变大。
平衡块12击打机油后，机油沿导流面121朝向第二端流动，直至流出平衡块12外，从而通过导流面121导流机油，实现降低发动机机械功损失，使导流面121更加易于设计、加工，同时方便保证平衡块12平衡量的精确度。
在一实施例中，如图1所示，当弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端时：弧面1211的一端位于平衡块12在轴体11轴向上的第一端，另一端贯通平衡块12在轴体11轴向上的第二端；在平衡块12的第一端到第二端的方向上，弧面1211相对于平衡块12的凹陷变深。
当平衡块12击打机油后，机油沿导流面121朝向第二端流动，直至流出平衡块12外，从而通过导流面121斜向导流机油，实现降低发动机机械功损失。
在一实施例中，当弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端时：在轴体11的中轴面到两侧的方向上，导流面121相对于平衡块12的凹陷变深(未图示凹陷变深)。如此，导流面121可以将一部分机油导向第二端流出平衡块12外，将另一部分机油导向轴体11的中轴面的两侧流出平衡块12外，进一步降低发动机机械功损失。
在一实施例中，未图示地，当弧面用于将机油导向平衡块在轴体径向上的两侧时：在轴体的中轴面到两侧的方向上，弧面相对于平衡块的凹陷变深，从而使得导流面在平衡轴的周向上分成两个弧面。当平衡块击打机油后，导流面将机油导向轴体的中轴面的两侧流出平衡块外，降低发动机机械功损失，相较于弧面1211用于将机油导向平衡块12在轴体11轴向上的一端的方案具有较小的不平衡量。
在一实施例中，如图1所示，轴体11包括与导流面121相交的加强轴段112，加强轴段112突出于导流面121，有利于通过加强轴段112增加平衡块12的强度。
在一实施例中，如图1所示，平衡块12上设有导流孔122，导流孔122自导流面121贯通平衡块12。当平衡块12击打机油后，机油一部分通过导流孔122流出，进一步降低机械功的损失。
优选地，导流孔122垂直于导流面121，减少机油在导流孔122中流动的阻力，进一步降低机械功的损失。
如图3所示，本发明实施例提供的一种发动机，包括前述任一实施例述及的发动机平衡轴。具体地，发动机的曲轴4上安装有曲轴齿轮3，平衡轴1上安装有平衡齿轮2，平衡齿轮2与曲轴齿轮3啮合，平衡轴1转动安装于油底壳5内。
本发明适用于四缸机，发动机运行时，曲轴4带动曲轴齿轮3，曲轴齿轮3带动平衡齿轮2，平衡齿轮2带动平衡轴1；平衡轴1高速运转时，平衡块12在机油液面下不断击打机油，由于四缸机平衡轴运行时转速是发动机转速的两倍(最高达到了13000转/分钟)，平衡块12与机油撞击导致发动机机械功损失大，本发明设计具有弧面1211的导流面121，当平衡块12击打机油后，导流面121有导流作用，同时在不平衡块12上增加导流孔122，使图1所示优选方案相对现有平衡轴1降低机械功损失约30％，提高发动机热效率，满足国家油耗法规要求。通过在平衡轴1上设计变直径、变材料的变径轴段113和橡胶圈114，利用振动波经过变径轴段113和橡胶圈114会耗散能量，使曲轴齿轮3和平衡齿轮2传递出去的能量降低，转化为噪音的能力也降低，提升了整车和发动机NVH性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种发动机平衡轴，包括轴体，所述轴体上设有平衡齿轮安装位和至少一个平衡块；其特征在于，所述轴体包括变径轴段，所述变径轴段与所述平衡齿轮安装位沿所述轴体的轴向分布；
所述平衡块设于所述变径轴段的远离所述平衡齿轮安装位的一端之外，或设于所述平衡齿轮安装位的远离所述变径轴段的一端之外；所述变径轴段包括交替设置的大径段和小径段。
2.根据权利要求1所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述大径段和所述小径段均设为多段，各所述大径段的轴向长度均相同，各所述小径段的轴向长度均相同。
3.根据权利要求1所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述轴体还包括套设于所述小径段上的橡胶圈。
4.根据权利要求1所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述平衡块上凹设有用于导流机油的导流面，所述导流面包括弧面，所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端或用于将机油导向所述平衡块在所述轴体径向上的两侧。
5.根据权利要求4所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述变径轴段的远离所述平衡齿轮安装位的一段为所述小径段。
6.根据权利要求4所述的发动机平衡轴，其特征在于，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端时：所述导流面还包括直面，所述弧面位于所述平衡块在所述轴体轴向上的第一端，所述直面的一端与所述弧面的一端相切，所述直面的另一端贯通所述平衡块在所述轴体轴向上的第二端；在远离所述直面的方向上，所述弧面与所述直面的高度差变大。
7.根据权利要求4所述的发动机平衡轴，其特征在于，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体轴向上的一端时：所述弧面的一端位于所述平衡块在所述轴体轴向上的第一端，另一端贯通所述平衡块在所述轴体轴向上的第二端；在所述平衡块的第一端到第二端的方向上，所述弧面相对于所述平衡块的凹陷变深。
8.根据权利要求6或7所述的发动机平衡轴，其特征在于，在所述轴体的中轴面到两侧的方向上，所述导流面相对于所述平衡块的凹陷变深。
9.根据权利要求4所述的发动机平衡轴，其特征在于，当所述弧面用于将机油导向所述平衡块在所述轴体径向上的两侧时：在所述轴体的中轴面到两侧的方向上，所述弧面相对于所述平衡块的凹陷变深。
10.根据权利要求6或7或9所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述轴体包括与所述导流面相交的加强轴段，所述加强轴段突出于所述导流面。
11.根据权利要求4所述的发动机平衡轴，其特征在于，所述平衡块上设有导流孔，所述导流孔自所述导流面贯通所述平衡块。
12.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的发动机平衡轴。
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