[发明专利]平衡传动单元的惯性力矩的方法和实施这种方法的传动单元

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年1月3日提交的德国专利申请号102012200028.3的优先权，其整个内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及内燃机的曲柄传动和平衡其惯性力矩的方法。

背景技术

本发明涉及一种平衡由内燃机曲柄传动的一阶惯性力引起的惯性力矩的方法。该曲柄传动属于具有至少一个汽缸的传动单元，其中该曲柄传动包括曲轴和在这个曲轴上枢转的至少一个活塞。该活塞属于所述至少一个汽缸。本发明的曲柄传动利用包括两个平衡配重的平衡器单元，当曲轴以发动机转速转动时这两个平衡配重也以该发动机转速转动。旋转的平衡配重的合成惯性力矩的作用至少部分地平衡该曲轴。

而且，本发明涉及到用于实施这种方法的传动单元。

所述类型的传动单元经常被用作车辆传动，并且通常包括变速箱以及内燃机。作为本发明的一部分，所述传动单元还可以是额外包括电力传动或燃料电池的混合传动。在所有情况下，根据本发明的传动单元形成衔接组件。

在机动车辆和内燃机的设计和配置中，越来越重视振动。并有针对性地尝试影响并为内燃机引起的噪音建模。本文中的措施通常在术语“噪音设计”或“声音设计”下结合。由于认识到顾客购买汽车的决定明显地——甚至以某种增加的程度决定性地——受到内燃机或汽车噪音的影响，促进了这种开发工作。因此，跑车的驾驶员更喜欢其声音彰显出汽车的运动特性的汽车或发动机。

作为噪音设计或声音设计的一部分，振动被平衡，例如被消除或补偿。在某些情况下，特定频率的单个振动被隔离、过滤或在合适的情况下建模。

机动车中的噪音源可以分为：

–流动噪音，

–来自车身介入的声发射（body-borne sound emission）的噪音，和

–来自经由发动机悬置引入车身的车身介入的声发射的噪音。

流动噪音包括，例如排气尾管噪音、进气噪音和风扇噪音。而来自车身介入的声发射的噪音包括实际的发动机噪音和排气系统发出的噪音。由脉冲和交变力引起振动的发动机结构，经由其发动机表面发出车身介入的声发射作为空气声，并且以这种方式产生实际的发动机噪音。

经由发动机悬置引入的车身介入的声音，特别是引入车辆车身的车身介入的声音，对于听觉驾驶舒适度特别重要。

所述传动单元或内燃机和有关的辅助设备是可振动系统，其振动特性可以被影响。就脉冲和力激励而论最相关的部件是曲轴箱、汽缸体、汽缸盖、曲柄传动、活塞和阀驱动。这些部件暴露在惯性力和气体力下。这里的曲柄传动具体包括曲轴、活塞、活塞螺栓和连杆，并且构成用于根据本发明的方法的相关的振动系统。

曲轴通过短暂变化的旋转力激励而旋转振动，该短暂变化的旋转力经由在单个曲轴轴颈上枢转的连杆引入该曲轴。这些旋转振动导致来自车身介入的声发射和来自被引入车身和引入内燃机的车身介入的声音的噪音，其中还可以发生对驾驶舒适度产生不良影响的振动，例如乘客舱方向盘的振动。当曲轴在其固有的频率范围内被激励时，会发生引起疲劳断裂的高旋转振动振幅。这显示振动不仅与噪音设计相关，而且与部件强度相关。

曲轴的旋转振动经由正时齿轮或凸轮轴传动不希望地传递给凸轮轴，其中该凸轮轴本身也构成振动系统并且可以激励其他系统振动，特别是阀传动装置。通过由曲轴驱动的牵引机构传动装置将振动引入其他辅助装置也是可能的。而且，曲轴的振动也被引入传动系统，经由该传动系统振动能够进一步传递，直至车辆轮胎。

在四冲程内燃机的曲轴曲拐处旋转力的产生是周期性的，其中周期延续曲轴的两次旋转运动。通常所述旋转力发生通过傅里叶分析分解成其谐波分量以便得出关于旋转振动激励的结论。在这里实际旋转力产生由恒定的旋转力和具有不同旋转力幅度和频率或振动数的多重调变的旋转力组成。每个谐波的振动数n_i与曲轴或发动机的转速n之比被称为谐波的阶次i。

由于来自惯性力和气体力的曲轴上的高动态负载，内燃机设计的目标是实现尽可能广泛的质量平衡，例如被优化的。这里的术语“质量平衡”包括补偿或减小惯性力的外部作用的所有措施。在某种程度上，用于质量平衡的方法还包括平衡惯性力引起的力矩的措施。

在个别情况下，质量平衡可以仅仅通过针对性的匹配曲轴曲拐、汽缸的数目和布置以及点火次序实现。