擺式減振器制動器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及擺式減振器制動器。曲軸包括頰板、樞轉地連接到頰板的扭轉吸收擺和轉速致動的制動器，以抵制擺相對于頰板的運動。制動器被配置為在較低的轉速下比在較高的轉速下提供對運動更大的抵制。
【專利說明】擺式減振器制動器
【技術領域】
[0001]本發明涉及機動車輛工程領域，并且更具體地涉及減小具有擺式減振器型曲軸的發動機中曲軸的噪音和磨損。
【背景技術】
[0002]在內燃發動機中，曲軸可以被用于將活塞的往復運動轉換為旋轉運動。曲軸可以包括，從曲軸旋轉軸線偏離的多個曲柄銷。每個曲柄銷均通過軸承被連接到活塞桿，活塞桿鏈接到相應的活塞。曲軸本身通過兩個或更多個主軸承支承，曲軸在主軸承中旋轉。
[0003]為了防止旋轉時過度振動，曲軸可以包括一些平衡物，該平衡物平衡每個曲柄銷、相關的活塞、活塞桿和所攜帶的潤滑劑的質量。平衡物可以防止曲軸垂直于其旋轉軸線的過度振動，但是不能解決可以發生的繞旋轉軸線的扭轉振動。更具體地，在相關活塞的做功行程期間，每個活塞桿將扭轉沖擊(torsional impulse)傳遞至其附連的曲柄銷。在接收的每個扭轉沖擊的作用下，曲軸繞其旋轉軸線輕微扭曲，然后在做功行程后扭曲復位。以此方式，來自每個活塞桿的周期性扭轉沖擊可以在曲軸中驅動復雜的扭轉振動。視情況，這種振動可以與曲軸的自然共振頻率的次序一致。當這種情況發生時，振動的振幅可能增加，使得曲軸被非彈性地變形，導致材料失效。
[0004]一些曲軸部件可以被用于抑制扭轉振動并且由此防止曲軸失效——例如，飛輪和扭轉阻尼器。另一種方法是在曲軸上安裝一個或更多個所謂的“擺式減振器”。擺式減振器是在距曲軸的旋轉軸線預定距離處非剛性地鏈接至曲軸的質量。擺式減振器通過吸收一個或更多個曲軸點火次序剛體模式(rigid-body mode)而減少曲軸中的扭轉應力。當曲軸接收曲柄銷處的扭轉沖擊時，該沖擊在沿沖擊的方向加速擺式減振器的質量的過程中部分地被吸收。同樣，當曲軸在沖擊之后松弛時，通過被加速的質量的慣性抵抗松弛。為了吸收曲軸的剛體模式，擺式減振器可以通過調節其質量和其質心與曲軸的旋轉軸線之間的距離而被“調整”。擺式減振器也可以經由配置其行進路徑和/或被引導穿過行進路徑的支點銷的尺寸而被調整。
[0005]為了提供扭轉振動吸收，擺式減振器要求在其行進路徑和剛性地連接到頰板的一個或更多個滑動銷之間有一定的運行間隙。然而，發明人在此已經意識到，在很慢的曲軸旋轉時間段期間，例如在發動機起動或停止期間，擺式減振器可以在行進穿過間隙時發出不期望的撞擊聲。在其他速度/扭矩狀態下，擺式減振器可以在其預期的行進路徑的限制下撞擊其停止端(end-stops),也會發出不期望的聲音。在一些情況下，曲軸的過早磨損會隨著發出不期望的聲音而發生。
[0006]一些方法已經被公開以解決以上所指出的問題。例如，Klotz等人的美國專利申請公開2011/0031058提供了用于擺式減振器的行進限制器，其由彈性材料制成。Berger等人的美國專利4，739，679除了彈性行進限制器外提供了特定的凸輪配置。然而，發明人在此已經意識到，當被用于現代機動車輛的曲軸中時，彈性行進限制器可能要求頻繁的更換。而且，Berger的凸輪配置可能無法完全解決在低轉速時觀察到的噪音問題。
【發明內容】
[0007]據此，本公開提供了一系列的方案以解決機動車輛發動機的擺式減振器型曲軸的噪音和磨損。一個實施例是，曲軸包括頰板、樞軸地連接到頰板的扭轉吸收擺和轉速致動的制動器以抵制擺相對于頰板的運動。制動器被配置為在較低的轉速下比在較高的轉速下提供對運動更大的抵制。以此方式，在較低的轉速下可得到最大的制動力，例如，在發動機起動或停止期間，當擺式減振器易于穿過其間隙時，發出不期望的聲音。應當注意到的是此處所公開的一些配置也可以被用于傳動阻尼器擺系統。
[0008]提供以上概述以便以簡化的形式介紹本公開的所選部分，并不意味著區分關鍵或必要特征。由權利要求限定的要求保護的主題不限于本概述的內容，也不限于解決此處所提及的問題或缺點的實施方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示意性地示出根據本公開的實施例的示例性機動車輛發動機的各方面。
[0010]圖2和圖3示出根據本公開的實施例的示例性曲軸的各方面。
[0011]圖4示出根據本公開的實施例的示例性噪音抑制墊和用于擺式減振器的接觸區域的各方面。
[0012]圖5和圖6示出根據本公開的實施例的轉速致動的擺制動器的各方面。
[0013]圖7不出根據本公開的實施例的不例發動機系統的各方面。
[0014]圖8和圖9示出根據本公開的實施例的其他轉速致動的擺制動器的各方面。
[0015]圖10不出根據本公開的實施例的另一個不例發動機系統的各方面。
[0016]圖11圖示說明了用于減少機動車輛發動機的擺式減振器曲軸的噪音和磨損的示例性方法。
【具體實施方式】
[0017]圖1示意性地示出機動車輛的示例發動機10的各方面。發動機包括多個往復式活塞12。盡管圖1中示出三個活塞，本公開同樣可以應用于具有更多或更少活塞的發動機。每個活塞被樞轉地連接到相應活塞桿14的一端。每個活塞桿的另一端通過連桿軸承18被樞轉地連接到曲軸16。更具體地，圓柱形曲柄銷軸頸(下文中稱為曲柄銷20)被旋轉地連接在每個連桿軸承內。每個曲柄銷均被定位在一對頰板22之間，并且連接到相同位置。在圖1的實施例中，相鄰的一對頰板22通過多個主軸頸24連接。主軸頸旋轉地連接在相應的多個主軸承26內。
[0018]曲軸16包括多個擺式減振器(下文中稱為擺28)，其為曲軸提供扭轉振動吸收。每個擺可以具有預定質量；每個擺可以在距離曲軸的旋轉軸線預定距離處被連接，以便吸收旋轉曲軸中預定次序的扭轉振動。更具體地，每個擺的質量M以及擺的質心與曲軸的旋轉軸線S之間的距離L可以被調節，以便以任何選定的次序提供振動吸收，例如，曲軸的整數或者半整數次序扭轉變形。
[0019]圖2提供了一個實施例中曲軸16的更詳細的示圖。在該圖中，每個扭轉振動吸收擺28均是雙線擺。在圖示說明的實施例中，擺28A、28B、28E和28F被樞轉地連接至相應的頰板22，每個擺均具有一對硬化支點銷30。通過合適的保持元件(在圖中沒有示出)被保持在合適位置上，支點銷在附連的頰板上的寬松襯套32內移動，允許擺相對于頰板沿垂直于曲軸旋轉軸線的方向運動。這種運動允許每個擺以其被調整的次序吸收扭轉振動。進一步的調整可以通過調節擺式減振器的行進路徑和/或被引導穿過行進路徑的支點銷的尺寸的配置而實現。
[0020]擺28可以在發動機10中完成雙重目的。除了提供扭轉振動吸收，這些擺還可以平衡曲柄銷20、活塞桿14、活塞12和夾帶的潤滑劑的質量。在圖示說明的實施例中，另外的平衡可以通過頰板22C和22D提供，其不包括擺，但可以被平衡。關于擺式減振器的進一步討論，包括示例結構和操作，均被提供在美國專利N0.6，688，272B2中，在此引入作為參考。
[0021]圖3提供了曲軸16的正視圖，其示出在一個示例性實施例中擺28F樞轉地連接至頰板22F。在圖示說明的實施例中，擺包括噪音抑制墊34A到34D，其分別被定位以滑動到頰板的接觸區域36A到36D。噪音抑制墊被設置為與接觸區域一致，以在擺到達其預期的行進限制時傳遞增加的滑動摩擦。在一個實施例中，噪音抑制墊可以包括類似于傳動摩擦材料的材料。噪音抑制墊可以包括彈性體，比如橡膠，其被壓入擺中的凹槽中或者通過擺的兩半部捕獲。在可替換的實施例中，噪音抑制墊可以被設置在頰板上，并且接觸區域設置在擺上。
[0022]任何頰板22的接觸區域36可以是傾斜的或者是楔形的，例如，在擺的行進限制處朝著相關的擺28的噪音抑制墊34傾斜。因此，擺和頰板之間的間隙隨著擺到達其角度限制而減小。以此方式，擺和頰板之間的界面區域可以被配置為在擺的行進限制處傳遞增加的活動摩擦。在其他實施例中，接觸區域可以包括彈簧加載的楔形制動蹄塊，以在擺行進至其角度限制時提供增加的制動力。制動力可以被設置在一水平，該水平的制動力在操作過程中容易克服，但是在很高的行駛速度下使擺停止。這些變化的各方面在圖4中通過示例示出。
[0023]現在返回圖3，來自快速旋轉的曲軸的離心力將擺向外推出，遠離旋轉軸線S。該動作導致支點銷30與旋轉軸線相對沿著軸承的一側騎跨，如圖3中的A側所示。然而在低轉速的時間段期間，這種力可能不足以將支點銷保持在A側上。當擺被運送到旋轉軸線之上時，例如重力可以導致其向下降落，使得支點銷穿越至B側。然后，當擺被運送回旋轉軸線之下時，其有可能再次向下降落，穿越回到A側。每次穿越都可以引發碰撞噪音，并且導致擺、頰板和支點銷的過早磨損。
[0024]據此，頰板22A、22B、22E和/或22F (總之，支承擺的任何頰板)可以進一步包括轉速致動的制動器38。該制動器可以被配置為抵制擺相對于頰板的運動。在一些實施例中，如下文進一步描述的，該制動器可以被配置為在較低轉速下比在較高轉速下提供對運動的更大的抵制。
[0025]圖5示出了在一個實施例中的示例轉速致動的制動器38A的各方面。制動器38A包括蹄塊40和彈簧42。在圖5的實施例中，蹄塊和彈簧均被連接至擺28。更具體地，蹄塊被可滑動地連接到在擺中形成的凹槽內，該凹槽也限定彈簧。如此，該蹄塊可延伸到擺和相關聯的頰板22之間的間隙44中。該蹄塊被配置為通過橋接間隙以接觸抵制蹄塊的頰板部分，而抵制擺相對于頰板的運動。彈簧被配置為將蹄塊推出到間隙中使得蹄塊接觸頰板。然而，該蹄塊也被設置為在來自曲軸旋轉的離心力下從間隙縮回。曲軸的轉速越大，被施加到蹄塊上的離心力就越大；離心力越大，彈簧的壓縮和蹄塊的縮回就越大。相反，曲軸的轉速越低，施加到蹄塊上的離心力就越小。隨著離心力減小，彈簧可以進一步使蹄塊延伸到間隙中，提供抵制擺相對于頰板的運動的制動動作。
[0026]圖6示出在一個實施例中另一個示例性轉速致動的制動器38B的各方面。如在之前的實施例中一樣，制動器38B包括蹄塊40和彈簧42，彈簧42被配置為將蹄塊推出到間隙44中。然而在圖6的實施例中，蹄塊和彈簧均被連接到頰板22。此處，制動器進一步包括活塞46，其被壓入填充流體的汽缸48中并且部分超出填充流體的汽缸48。在本文預期的實施例中，活塞可以與蹄塊一體形成或者被連接到蹄塊。汽缸內的壓力經由液壓管路50和51控制，液壓管路50和51可以分別是液壓供應和返回管路。如附圖中顯而易見的，汽缸內增加的流體壓力將活塞壓回到汽缸中，抵制彈簧的動作并且使蹄塊從間隙縮回。也就是說，當流體壓力低時，彈簧使蹄塊延伸到間隙中以接觸擺并且由此抵制擺相對于頰板的運動。當流體壓力高時，彈簧的回復力被克服，導致蹄塊縮回使得施加更少的制動力。
[0027]考慮控制流體壓力的至少兩種模式。這些模式將參考圖7描述，圖7示出發動機10可以安裝在其中的示例發動機系統52B的各方面。在發動機系統52B中，液壓泵54向制動器38B的汽缸48供應液壓流體。液壓泵可以通過凸輪軸56驅動，凸輪軸56經由皮帶、鏈條或其他適合的元件被機械地連接到曲軸16。在其他實施例中，泵可以直接通過曲軸驅動。據此，液壓流體在曲軸的較高轉速下由泵以較高的壓力供應，并且在曲軸的較低轉速下以較低的壓力供應。以此方式，制動器38B可以在較低的曲軸轉速下被自動設置(例如，通過彈簧42 )，并且在較高轉速下被自動釋放(通過液壓壓力)。
[0028]在參照圖7所描述的可替換的實施例中，發動機系統52的電子控制單元58從轉速感測元件60接收信號。轉速感測元件可以是響應于曲軸16的轉速而產生信號的任何部件。根據信號的頻率或大小，控制器確定曲軸的轉速。當轉速超出閾值時，控制器打開常閉閥62，常閉閥62設置在液壓管路中，將液壓泵54鏈接至制動器38B的汽缸48。換言之，控制器被配置為當感測元件報告轉速低于閾值時，增加流體壓力。該動作設置制動器。當感測元件報告轉速高于閾值時，控制器減小流體壓力，釋放制動器。據此，控制器被配置為，隨著轉速降低而引起制動器增加對擺相對于頰板的運動的抵制，以及隨著轉速增加而減少對該運動的抵制。
[0029]圖8示出在一個實施例中另一個轉速致動的制動器38C的各方面。不同于之前的包括實心制動蹄塊的實施例，制動器38C包括閥，該閥被配置為當打開時釋放潤滑劑噴射以抵制擺28相對于頰板22的運動。該閥進一步被配置為當關閉時切斷潤滑劑噴射，由此減小制動力。為此，該閥被連接至填充潤滑劑的汽缸48，該汽缸48從供應管路64接收發動機潤滑劑并且經由返回管路66釋放潤滑劑。閥包括擋塊68和用于接收擋塊的底座70。在圖8所示的實施例中，制動器38C進一步包括彈簧42，彈簧42被連接到擋塊，并且被配置為將擋塊從底座推開。擋塊被設置為在來自曲軸旋轉的離心力下被壓入底座。在這個實施例中，離心力逆著彈簧的回復力牽引。據此，潤滑劑噴射僅在曲軸的低轉速下被釋放，其中作用在擋塊上的離心力不能克服彈簧的回復力。在較高的轉速下，離心力克服回復力，使擋塊入位并且切斷潤滑劑噴射。如附圖中所示，擋塊可以包括可選的低流量通道72，不論擋塊是否入位，低流速通道72都保持打開，以向擺28提供基本的潤滑。
[0030]圖9示出在一個實施例中另一個轉速致動的制動器38D的各方面。與上述實施例的制動器38C相似，制動器38D包括閥，該閥被配置為當打開時釋放潤滑劑噴射以抵制擺28相對于頰板22的運動，并且當關閉時切斷潤滑劑噴射。然而，在這個制動器中，彈簧42被配置為將擋塊74拉入底座76。活塞78與擋塊一體形成或者連接到擋塊。活塞壓入填充流體的汽缸48并且部分超出填充流體的汽缸48。與在上文的實施例中一樣，填充流體的汽缸48可以被充滿發動機潤滑劑。汽缸中增加的流體壓力將活塞部分地壓出汽缸，使擋塊不入位，并且允許潤滑劑噴射以增加的速度流動，以便增加制動。
[0031]制動器38D的操作的示例模式將參考圖10描述。該附圖示出了發動機10可以被安裝在其中的另一個發動機系統52D的各方面。在發動機系統52D中，曲軸16在油底殼82之上旋轉，油底殼82接收并收集從曲軸的各種油道排出的潤滑油。油泵84吸入所收集的潤滑油并且將其泵送回油道以用于曲軸的連續有效的潤滑。油泵也通過閥80將潤滑油泵送到制動器38D的汽缸48。控制器可以被配置為當感測元件報告轉速低于閾值時，打開閥以增加汽缸中的潤滑劑壓力。當感測元件報告轉速高于閾值時，控制器可以被配置為關閉閥以減小汽缸中的潤滑劑壓力。在這種情況下，彈簧42使擋塊86復位，擋塊86切斷潤滑劑噴射以減小制動力。
[0032]以上所描述的配置能夠使用于減小機動車輛發動機的擺式減振器曲軸的噪音和磨損的各種方法實現。因此，現在通過示例繼續參考以上配置描述一些這種方法性。然而，可以理解的是，此處所描述的方法以及本公開范圍內的其他方法也可以通過不同的配置實現。
[0033]圖11圖示說明了用于減少機動車輛發動機的擺式減振器曲軸的噪音和磨損的示例方法88。在方法的步驟90中，轉速被感測。如上所述，在一個實施例中，轉速可以經由轉速感測元件被感測，該轉速感測元件可操作地連接至發動機系統的電子控制單元。在另一個實施例中，轉速可以經由任何合適的替換度量間接地被感測。在步驟92中，確定轉速是否超過閾值。如果轉速超過閾值，則方法進行到步驟94。然而，如果轉速沒有超過閾值，則方法進行到步驟96。在步驟94，擺相對于頰板的運動被抵制至較大程度，即制動器38被設置。在步驟96，擺相對于頰板的運動被抵制至較小程度，即制動器38被釋放。
[0034]參考以上所描述的圖示說明的實施例，通過示例提出了本公開的各方面。在一個或更多個實施例可以基本相同的部件、處理步驟和其他元件被同等識別，并且以最少的重復被描述。然而，將注意到的是，同等識別的元件也可以在一定程度上不同。可以進一步注意到的是，包括在本公開中的附圖是示意性的并且總體上沒有按比例繪制。而且，附圖中所示的各種繪制比例、長寬比和部件數量可以被故意變形以使某些特征或關系更容易看到。
[0035]在此處圖示說明和/或描述的方法中，所示的處理步驟中的一些可以被省略而不偏離本公開的范圍。同樣，可以不必總是要求所示的處理步驟的次序以實現所期望的結果，而是提供該處理步驟以便于說明和描述。基于所使用的具體的策略，圖示說明的動作、功能或操作中的一個或更多個可以被重復地執行。
[0036]可以理解的是，以上所描述的物品、系統和方法是本公開的實施例一非限制性示例，因為許多變體和擴展是可以預期的。本公開也包括以上物品、系統和方法以及其任何和所有的等同物的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。
【權利要求】
1.一種曲軸，其包括: 頻板； 扭轉吸收擺，其被樞轉地連接至所述頰板；以及 轉速致動的制動器，以抵制所述擺相對于所述頰板的運動，所述制動器被配置為在較低轉速下比在較高轉速下提供對所述運動更大的抵制。
2.根據權利要求1所述的曲軸，其中所述制動器包括蹄塊，所述蹄塊可延伸以橋接所述頰板與所述擺之間的間隙，以抵制所述擺相對于所述頰板的所述運動。
3.根據權利要求2所述的曲軸，其中所述制動器進一步包括彈簧，所述彈簧連接到所述蹄塊并且被配置為將所述蹄塊推出到所述間隙中。
4.根據權利要求3所述的曲軸，其中所述彈簧和所述蹄塊被連接到所述擺。
5.根據權利要求3所述的曲軸，其中所述彈簧和所述蹄塊被連接到所述頰板。
6.根據權利要求2所述的曲軸，其中所述蹄塊被設置為在來自所述曲軸的旋轉的離心力下從所述間隙縮回。
7.根據權利要求2所 述的曲軸，其中所述制動器進一步包括活塞，所述活塞壓入并且部分超出填充流體的汽缸，其中所述活塞被連接到所述蹄塊，并且其中所述汽缸中增加的流體壓力將所述活塞壓回到所述汽缸中，使所述蹄塊從所述間隙縮回。
8.根據權利要求1所述的曲軸，其中所述制動器包括閥，所述閥被配置為當打開時釋放潤滑劑噴射以抵制所述擺相對于所述頰板的運動，所述閥進一步被配置為當關閉時切斷所述潤滑劑噴射。
9.根據權利要求8所述的曲軸,其中所述閥包括擋塊和接收所述擋塊的底座。
10.根據權利要求9所述的曲軸，其中所述制動器進一步包括彈簧，所述彈簧被連接到所述擋塊并且被配置為將所述擋塊從所述底座拉開。
11.根據權利要求9所述的曲軸，其中所述擋塊被設置為在來自所述曲軸的旋轉的離心力下，被推入所述底座。
12.根據權利要求9所述的曲軸，其中所述擋塊包括低流量通道，所述低流量通道不論所述擋塊入位還是未入位均保持打開。
13.根據權利要求9所述的曲軸，其中所述制動器進一步包括彈簧，所述彈簧被連接到所述擋塊并且被配置為將所述擋塊拉入所述底座。
14.根據權利要求9所述的曲軸，其中所述制動器進一步包括活塞，所述活塞壓入并且部分超出填充流體的汽缸，其中所述活塞與所述擋塊一體形成或者連接到所述擋塊，并且其中所述汽缸中增加的流體壓力將所述活塞部分地壓出所述汽缸，使所述擋塊未入位。
15.根據權利要求1所述的曲軸，其中所述擺與所述頰板之間的界面區域被配置為在所述擺相對于所述頰板的行進限制處，在所述擺與所述頰板之間傳遞增加的滑動摩擦。
16.—種發動機,其包括: 曲軸，所述曲軸具有頰板、被樞轉地連接到所述頰板的扭轉吸收擺和轉速致動的制動器，所述制動器連接在所述頰板與所述擺之間以抵制所述擺相對于所述頰板的運動； 轉速感測元件；以及 控制器，其可操作地連接到所述制動器和所述轉速感測元件，并且被配置為隨著所述轉速減小而引起所述制動器增加對所述運動的抵制，以及隨著所述轉速增加而減少對所述運動的抵制。
17.根據權利要求16所述的發動機，其中所述制動器包括: 蹄塊，所述蹄塊可延伸以橋接所述頰板與所述擺之間的間隙，以抵制所述擺相對于所述頰板的運動；以及 活塞，所述活塞壓入并且部分超出填充流體的汽缸，所述活塞與所述蹄塊一體形成或者連接到所述蹄塊； 其中所述汽缸中增加的流體壓力將所述活塞壓回到所述汽缸中，使所述蹄塊從所述間隙縮回；以及 其中所述控制器被配置為 ，當所述感測元件報告所述轉速低于閾值時，增加所述流體壓力。
18.根據權利要求16所述的發動機，其中所述制動器包括: 閥，所述閥被配置為當打開時釋放潤滑劑噴射以抵制所述擺相對于所述頰板的運動，所述閥進一步被配置為當關閉時切斷所述潤滑劑噴射；以及 活塞，所述活塞壓入并且部分超出填充流體的汽缸，所述活塞與所述擋塊一體形成或者連接到所述擋塊； 其中所述汽缸中增加的流體壓力將所述活塞部分壓出所述汽缸，使所述擋塊未入位；以及 其中所述控制器被配置為，當所述感測元件報告所述轉速低于閾值時，增加所述流體壓力。
19.一種減少發動機系統的曲軸的噪音和磨損的方法，所述曲軸包括頰板和樞轉地連接至所述頰板的扭轉吸收擺，所述方法包括: 在較低轉速下，通過連接在所述頰板與所述擺之間的轉速致動的制動器，較大程度地抵制所述擺相對于所述頰板的運動；以及 在較高轉速下，通過所述轉速致動的制動器，較小程度地抵制所述擺相對于所述頰板的所述運動。
20.根據權利要求19所述的方法，其進一步包括感測所述轉速。
【文檔編號】F16F15/14GK103925333SQ201410017326
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2013年1月16日
【發明者】G·M·皮爾特倫, J·E·喬提納, J·E·布雷維克, M·D·哈蒙德, R·L·威廉姆斯 申請人:福特環球技術公司