發動機轉矩峰值取消裝置製造方法
2023-06-19 09:02:26
發動機轉矩峰值取消裝置製造方法
【專利摘要】提供了一種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置。該轉矩峰值消除裝置包括第一元件、第二元件和第三元件。第一元件與內燃機的輸出端驅動接合。第二元件與第一元件驅動接合。第三元件與第二元件驅動接合。在第一元件與第二元件和第三元件之一之間的角度偏移引起第三元件的循環加速。所述第三元件的循環加速能調節由內燃機施加到第三元件上的轉矩。
【專利說明】發動機轉矩峰值取消裝置
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時申請號61/787, 319的權益，其在此 通過參考方式以整體被併入。
【技術領域】
[0003] 本發明涉及內燃機，更具體地涉及用於內燃機的轉矩峰值取消裝置。
【背景技術】
[0004] 由於近來在燃燒發動機技術的改進，已經存在一種縮小用於車輛的內燃機尺寸的 趨勢。這種改進也導致更高效的車輛，同時保持被消費者喜愛的相似的性能和車輛外形因 素。
[0005] 用於內燃機的一個共同改進是增壓器或渦輪增壓器的增加。典型地，增壓器或渦 輪增壓器的增加被用於增加在排量或發動機汽缸數量上已經減少的發動機的性能。這樣的 改進典型地導致發動機增加的轉矩潛力，使車輛變速器上能使用較長的齒輪傳動比。在變 速器上較長的齒輪傳動比能使發動機降速。發動機降速是在較低運行速度下運行發動機的 實踐情況。這樣的改進典型地導致提高的燃料經濟性，相對於傳統發動機而言，它們更多時 候是在接近最大效率水平運行，並能減少發動機排放。
[0006] 然而，在一些設計中，發動機降速可能導致在發動機低運行速度下的不期望的轉 矩峰值增加。例如，當發動機運行在低的怠速時，在發動機輸出上會出現明顯地增加的轉矩 峰值。所述轉矩峰值是眾所周知的由於轉矩沒有穩定地被傳遞的發動機動力，但是在內燃 機運行循環的每個動力衝程中是周期性地。圖1是描述在發動機四衝程循環中發動機扭矩 輸出的示圖。在四衝程循環中，對於發動機每個汽缸曲軸每兩轉扭矩峰值發生一次。因此， 四缸發動機曲軸每一轉會有兩次扭矩峰值，同時三缸發動機曲軸每兩轉會有三個峰值。
[0007] 轉矩峰值的振幅也隨發動機運行速度和應用於發動機的負荷變化。轉矩峰值的 相位隨運行速度和應用於發動機的負荷而變化。轉矩峰值可以引起鄰近發動機的許多車輛 部件的問題，例如但不限於：增加部件上的應力，增加部件上的磨損，和使部件暴露於劇烈 振動中。這些問題可能損壞車輛的動力傳動系和導致車輛差的操縱性能。為了減少這些問 題的影響，平穩發動機的運行，和改進發動機的全面性能，轉矩峰值可以使用發動機平衡方 法而被補償。許多已知的方案對於配置成減少或消除由轉矩峰值引起的應力和振動的多缸 發動機是有用的。
[0008] 轉矩峰值補償器裝置是本領域已知的；但是，已知裝置具有許多缺點。在許多傳 統車輛中，轉矩峰值使用至少一個飛輪來補償。圖2示出了一種基於阻尼系統的傳統飛輪。 在另一個應用中，雙質量飛輪系統可以被使用。飛輪的慣性減緩了曲軸的旋轉運動，其使發 動機更容易在基本上恆定的速度運行。飛輪也可以與其他阻尼器和吸收器結合使用。
[0009]然而，飛輪的重量可以變成這樣的轉矩峰值補償裝置的一個因素。較輕的飛輪加 速更快，但是也失速也快，同時，較重的飛輪相對於較輕的飛輪保持速度更好，但是較重的 飛輪更難以慢下來。然而，較重的飛輪提供更加平順的動力輸送，但使得相關發動機反應 小，並使精確控制發動機運行速度的能力被減弱。
[0010] 除了飛輪的重量，伴隨傳統的慣性和阻尼系統的另一個問題是缺少適應性。傳統 的慣性和阻尼系統被設計成用於最壞運行條件，且必須大到足夠在較低運行速度下的減緩 振動。結果，傳統的慣性和阻尼系統對於較高運行速度不是最優化的，導致不適當的性能。
[0011] 有利的是，研發一種轉矩峰值取消裝置，其可以動態地同時適應轉矩峰值的振幅 和相位，同時最小化與內燃機運行的衝突。
【發明內容】
[0012] 現在由本發明提供的，轉矩峰值消除裝置意外地被顯現，其可以動態地同時適應 轉矩峰值的振幅和相位，同時最小化與內燃機運行的幹擾。
[0013] 在一個【具體實施方式】中，本發明涉及一種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置。所述 轉矩峰值消除裝置包括第一元件、第二元件和第三元件。第一元件與內燃機輸出驅動接合。 第二元件與第一元件驅動接合。第三元件與第二元件驅動接合。在第一元件與第二元件 和第三元件中的一個之間的角度偏移引起第三元件的循環加速（周期性加速）。所述第三 元件的循環加速能調節由內燃機施加到第三元件上的轉矩。
[0014] 在另一個【具體實施方式】中，本發明涉及一種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置。轉 矩峰值消除裝置包括第一萬向節組件和第二萬向節組件。第一萬向節組件包括第一元件、 第二元件和第三元件。第一元件與內燃機的輸出驅動接合。第二元件與第一元件驅動接合。 第三元件與第二元件驅動接合。第二萬向節組件與第一萬向節組件的第三元件驅動接合。 在第一元件與第二元件和第三元件之一之間的角度偏離引起第三元件的循環加速。第三元 件的循環加速能調節由內燃機施加到第三元件和第二萬向節組件上的轉矩。
[0015] 在又一個【具體實施方式】中，本發明涉及一種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置。所 述轉矩峰值消除裝置包括第一元件、第二元件、第三元件和調節元件。第一元件與內燃機的 輸出驅動接合。第二元件與第一元件驅動接合。第三元件與第二元件驅動接合。所述調節 元件與第二元件驅動接合。第一元件、第二元件和調節元件至少部分地布置在第三元件內。 第一元件和第二元件之間的角度偏移可以用調節元件調節，引起第三元件的循環加速。第 三元件的循環加速能調節由內燃機施加到第三元件的轉矩。
[0016] 對於本領域技術人員當考慮在附圖的指引下從下面優選【具體實施方式】的詳細說 明中本發明的各種方面會變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 前述的內容以及本發明的其他優點將在下面結合參考著附圖時進行詳細地說明， 這對本領域技術人員來說是顯而易見的，其中，
[0018] 圖1是描述發動機四衝程循環期間發動機轉矩輸出的示意圖；
[0019] 圖2是基於現有技術已知的阻尼系統的飛輪的截面圖；
[0020] 圖3是示意性示出根據本發明一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的透視圖；
[0021] 圖4是根據本發明的另一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的示意圖；
[0022] 圖5是根據本發明的另一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的示意圖；
[0023] 圖6是根據本發明的另一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的示意圖；
[0024] 圖7是根據本發明的另一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的示意圖；
[0025] 圖8是根據本發明的另一個【具體實施方式】的轉矩波動補償裝置的剖視圖；
[0026] 圖9是描述根據驅動軸轉動角度的驅動軸角速度的變化圖，該圖描述了輸入函數 和與輸入函數相位異相45°的函數的總和，形成淨輸出函數；
[0027] 圖10是描述根據發動機曲軸位置的發動機平均轉矩的百分數的變化圖，該圖描 述了表示發動機的函數、表示系統的函數、和表示萬向節接頭的函數；
[0028] 圖11是描述根據驅動軸的轉動角度的驅動軸角速度的變化圖，該圖描述了輸入 軸接頭，輸出軸接頭的角速度的變化、以及圖4、5和7中描述的轉矩峰值消除裝置的示例性 淨輸出；
[0029] 圖12是描述根據驅動軸轉動角度的驅動軸角速度變化圖，該圖描述了圖6中描述 的轉矩峰值取消裝置的角速度的示例性變化，顯示異相大約45°的轉矩峰值取消裝置和顯 示基本上同相位的轉矩峰值取消裝置；
[0030] 圖13是描述相對於給定旋轉速度的示例性內燃機轉矩和曲軸角度的圖，所述內 燃機在滿負荷下；
[0031] 圖14是描述相對於給定旋轉速度的示例性內燃機轉矩和曲軸角度的圖，所述發 動機無負荷；和
[0032] 圖15是描述相對於給定曲軸角度的示例性四缸發動機的飛輪轉矩的圖，所述發 動機在滿負荷下。
【具體實施方式】
[0033] 應該可理解的是，本發明可以採用各種可替代方位和步驟順序，除特別說明相反 之處以外。還應該可理解的是在附圖中描述和在下面描述中說明的具體裝置和過程是在此 限定的本發明理念的簡單的示例性【具體實施方式】。因此，關於被公開【具體實施方式】具體尺 寸，方向或其它物理特徵是不被視為限制，除非特別說明除外。
[0034] 圖3描述了轉矩峰值消除裝置100。轉矩峰值消除裝置100包括：第一萬向節組件 102和第二萬向節組件104。轉矩峰值消除裝置100是與內燃機108的主軸106和變速器 112的輸入軸110驅動接合。第一萬向節組件102與主軸106和第二萬向節組件104驅動 接合。第二萬向節組件104與第一萬向節組件102和變速器112的輸入軸110驅動接合。
[0035] 第一萬向節組件102包括第一驅動萬向節叉114、第一十字軸116和第一從動萬向 節叉118。第一萬向節組件102使主軸106和第二萬向節組件104之間的驅動接合變得便 利。在第一萬向節組件102中，在第一驅動萬向節叉114和第一從動萬向節叉118之間的 關係可以用下面等式來描述：
[0036] tan( ^ :) =cos( 0 )tan( ^ )
[0037] 在上面等式中，0是第一驅動萬向節叉114和第一從動萬向節叉118之間的角度， 3是第一驅動萬向節叉114的旋轉角度，是第一從動萬向節叉118的旋轉角度。進一 步，當第一驅動萬向節叉114和第一從動萬向節叉118的旋轉角度不同時，旋轉速度和加速 度也會略微不同。兩個旋轉速度之間的關係如下：
[0038]
【權利要求】
1. 一種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置，所述轉矩峰值消除裝置包括： 第一元件，其與內燃機的輸出端驅動接合； 第二元件，其與第一元件驅動接合；和 第三元件，其與第二元件驅動接合，其中在第一元件與第二元件和第三元件之一之間 的角度偏移引起第三元件的循環加速，所述第三元件的循環加速能調節由內燃機施加到第 三元件上的轉矩。
2. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第一元件、第二元件和第 三元件形成萬向節組件。
3. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第三元件是飛輪。
4. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中所述第三元件是從動萬向 節叉。
5. 根據權利要求2所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中轉矩波動取消裝置包括兩 個萬向節組件。
6. 根據權利要求2所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中轉矩峰值消除裝置包括三 個萬向節組件。
7. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中所述第一元件和第三元件 之間的角度偏移使用調節裝置來配置。
8. 根據權利要求7所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中所述調節裝置是致動器。
9. 根據權利要求2所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中所述萬向節組件通過球形 軸承與調節裝置驅動接合。
10. 根據權利要求2所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中轉矩峰值消除裝置進一 步包括與第三元件驅動接合的行星齒輪組件和第二萬向節接頭。
11. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第三元件布置成圍繞內 燃機的輸出端。
12. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第三元件與變速器的輸 入端驅動接合。
13. 根據權利要求12所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第三元件通過多個齒輪 與變速器的輸入端驅動接合。
14. 根據權利要求13所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中多個齒輪調節第三元件 和變速器的輸入之間的傳動比。
15. 根據權利要求1所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，進一步包括與第二元件驅動 接合的調節元件。
16. 根據權利要求15所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中所述第一元件、第二元 件和調節元件至少部分地布置在所述第三元件中。
17. -種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置，所述轉矩峰值消除裝置包括： 第一元件，其與內燃機的輸出端驅動接合； 第二元件，其與第一元件驅動接合；和 第三元件，其與第二元件驅動接合，第一元件，第二元件和第三元件形成第一萬向節組 件； 第二萬向節組件，其與第一萬向節組件的第三元件驅動接合，其中在第一元件與第二 元件和第三元件之一之間的角度偏移引起第三元件的循環加速，所述第三元件的循環加速 能調節由內燃機施加到第三元件和第二萬向節組件上的轉矩。
18. 根據權利要求17所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第一元件和第三元件之 間的角度偏移使用調節裝置來配置。
19. 根據權利要求17所述的轉矩波動轉矩波動補償裝置，其中第二萬向節通過多個 齒輪與變速器的輸入驅動接合，所述多個齒輪調節第二萬向節和變速器的輸入之間的傳動 比。
20. -種用於內燃機的轉矩峰值消除裝置，所述轉矩峰值消除裝置包括： 第一元件，其與內燃機的輸出端驅動接合； 第二元件，其與第一元件驅動接合；； 第三元件，其與第二元件驅動接合； 調節元件，其與第二元件驅動接合，其中，所述第一元件，第二元件和調節元件至少部 分地布置在所述第三元件中，在第一元件與第二元件之間的角度偏移能通過使用調節元件 來調節，引起第三元件的循環加速，所述第三元件的循環加速能調節由內燃機施加到第三 元件上的轉矩。
【文檔編號】F16F15/22GK104265832SQ201410272899
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】J·F·齊希, D·J·倫博斯基 申請人:德納重型車輛系統集團有限責任公司