用于减小活塞式内燃机的曲轴的转动不均衡性的装置

1.用于减小活塞式内燃机的曲轴（10）的转动不均衡性的装置，所述装置具有能够围绕轴转动的平衡块构件（14）和耦联传动机构，借助于所述耦联传动机构，所述平衡块构件与所述曲轴耦联，使得在所述曲轴的预设的转动阶段中能够将附加的能量传递到所述平衡块构件上并且能够从所述平衡块构件向回传递到所述曲轴上，即使所述曲轴的角速度恒定，其中
所述耦联传动机构具有轴承座（16），在所述轴承座上以能够转动的方式安装有引导耦联器（22），其中所述引导耦联器的转动轴线（c）与所述曲轴的转动轴线（A）是间隔的，并且所述引导耦联器经由至少一个耦联元件（26；52）与所述曲轴耦联并且经由至少一个另外的耦联元件（28；58）与所述平衡块构件（14）耦联，由此所述平衡块构件在所述曲轴（10）均衡转动的情况下以相对于所述曲轴的角速度增加和降低的角速度被转动驱动，其特征在于，
设有在所述曲轴（10）或所述平衡块构件（14）和所述轴承座（16）之间起作用的偏心传动机构（120，122，124），借助所述偏心传动机构，能够转动驱动所述引导耦联器（22）的转动轴线（C）围绕所述曲轴（10）的转动轴线（A）转动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，执行机构（106，108，110，112），借助于所述执行机构能够改变所述引导耦联器（22）的转动轴线（C）和所述曲轴（10）的转动轴线（A）之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述偏心传动机构包括行星轮传动机构，所述行星轮传动机构的太阳轮（120）与所述曲轴（10）或所述平衡块构件（14）抗扭地连接，所述行星轮传动机构的行星架以相对于机器固定的方式、或者以能够围绕相对于机器固定的轴线转动的方式安装，并且所述行星轮传动机构的齿圈（124）与所述轴承座（16）抗扭地连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述轴承座（16）具有与所述齿圈（124）刚性连接的内部部件（16A）和能够相对于所述内部部件运动的外部部件（16B），所述外部部件形成用于所述引导耦联器（22）的支承件。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述内部部件（16A）具有带有与所述曲轴（10）的转动轴线（A）间隔的轴线的外部周向面，所述外部部件（16B）具有与所述内部部件的所述外部周向面同中心的内部周向面（102）和带有与所述内部周向面的轴线间隔的、形成所述引导耦联器（22）的转动轴线（C）的轴线的外部周向面（104），并且所述外部部件能够相对于所述内部部件转动，使得所述曲轴的转动轴线和所述引导耦联器的转动轴线之间的距离发生改变。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述执行机构包括设置在所述内部部件（16A）的所述外部周向面（100）和所述外部部件（10B）的所述内部周向面（102）之间的至少一个液压腔（110，112）。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，所述偏心传动机构（120，122，
124）在所述曲轴（10）和所述轴承座（16）之间起作用，使得所述轴承座的形成所述引导耦联器（22）的转动轴线（C）的轴线以与所述曲轴（10）的转速成预设比的转速围绕所述曲轴的转动轴线（A）转动。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中与所述曲轴抗扭地连接的带动延长件（12）经由第一耦联元件（26）与所述引导耦联器（22）耦联，所述引导耦联器经由另一个耦联元件（28）与所述平衡块构件（14）耦联。
9.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中与所述曲轴（10）抗扭地连接的带动延长件（12）经由第一耦联元件（26）与第二耦联元件（54）的第一臂（52）耦联，所述第二耦联元件构成为双臂的杠杆，所述第二耦联元件的臂相互成一定角度地彼此刚性连接，其中所述第二耦联元件在其臂之间的连接点中与所述平衡块构件（14）耦联并且第二臂的自由端与所述引导耦联器（22）耦联。

用于减小活塞式内燃机的曲轴的转动不均衡性的装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于减小活塞式内燃机的曲轴的转动不均衡性的装置。\n背景技术\n[0002] 活塞式内燃机的、尤其活塞往复式内燃机的曲轴的转动的特性在于，通过一个或多个与曲轴连接的活塞的工作循环引起的所述转动是不对称的。这种不均衡性随着减小的气缸数、低转速和高负载而增大。\n[0003] 从在图13和14中推出的WO2008/145342中已知根据权利要求1的前序部分所述的装置，所述装置在下文中描述。\n[0004] 根据示出装置的端视图的图13，在其结构方面已知的活塞往复式内燃机的曲轴\n10具有径向突出的带动延长件12，所述带动延长件抗扭地与曲轴10连接或者与其一件式地构造。在曲轴10上，除了带动延长件12之外安装有平衡块构件14，所述平衡块构件有利地关于曲轴10的转动轴线A平衡。\n[0005] 轴向上，除了平衡块构件14之外，围绕远离曲轴10的转动轴线A的轴线B在没有示出的发动机壳体上可枢转地支承有轴承座16（阴影线的；在图10中轴向设置不可见）。\n轴承座16具有贯通开口20，曲轴10延伸穿过所述贯通开口，使得所描述的组件能够设置在曲轴的前端部上或设置在曲轴的中部区域中。枢转轴线B平行于曲轴的转动轴线A。在能够相对于曲轴枢转的轴承座16上以能够转动的方式安装有引导耦联器22，径向臂24从所述引导耦联器突出。\n[0006] 径向臂经由耦联元件26与带动延长件12连接并且经由另一个耦联元件28以接头29与平衡块构件14连接。耦联元件26和28有利地以同轴线的方式铰接在引导耦联器\n22的臂24上。耦联元件28例如伸到平衡块构件14的径向狭槽（没有示出）中并且借助于栓安装在其中。接头的枢转轴线是相互平行的并且平行于轴线A和B，耦联元件能够围绕所述枢转轴线相对于彼此并且相对于带动延长件12、引导耦联器22和平衡块构件14枢转。\n[0007] 通过围绕相对于发动机壳体固定的轴承的轴承座16的绕着轴线B的枢转（Durch Verschwenken des Lagerschildes16um das Lager \nmit der Achse B sich der Abstand zwischen der Drehachse C,um die die Führungskoppel22dreht und der Drehachse A der Kurbelwelle ），以使得引导耦联器22转动所围绕的转动轴线C和曲轴的转动轴线A之间的距离发生改变。为了轴承座16的枢转，设有整体上以40标示的调整装置，所述调整装置具有执行元件42，所述执行元件与臂44以铰接的方式连接，所述臂与轴承座16刚性连接。大致在臂44的延长线中，轴承座16在其相反的一侧上具有另一个与轴承座刚性连接的臂46，所述臂46能够围绕枢转轴线B枢转。执行元件42能够以已知的方式借助于液压缸或根据图1的电动马达在垂直方向上移动，其中有利地通过止挡件48和50限制可移动性。\n[0008] 图13示出装置的下述状态，其中引导耦联器22的转动轴线C与曲轴10的转动轴线A具有最大距离。带动延长件12、径向臂24和耦联元件26和28设置成，使得耦联元件\n26和28在曲轴10旋转期间或者在引导耦联器22关于此偏心旋转期间两次经过伸展位置，使得曲轴10的平衡块14在旋转期间两次超前或者滞后或者说以比曲轴更大和更小的速度转动。超前或滞后能够通过耦联元件的几何设置来匹配于相应的要求。\n[0009] 图14示出图13的下述状态的设置，其中转动轴线A和C重叠，也就是说，将根据图1的最大偏心率的状态调整成最小偏心率的状态，其中引导耦联器22以与曲轴10同轴线的方式转动。在该状态下，带动延长件和耦联元件26和28以及径向臂24之间的相对位置保持恒定，使得平衡块构件14始终以与曲轴16相同的角速度转动。\n[0010] 与之不同地，在根据图13的位置中，平衡块构件14由曲轴周期性地加速和减速，使得在平衡块构件加速的转动阶段中必须从曲轴将附加的转矩施加到平衡块构件上，并且在平衡块构件的角速度相对于曲轴减小的另一个转动阶段中，曲轴从平衡块构件受到附加的转矩。\n[0011] 在WO2008/145342中阐明，根据图13和14的装置尤其适用于针对二缸二冲程发动机或四缸四冲程发动机的二阶减小曲轴上的转矩波动。在带动延长件12和引导耦联器\n22之间的联接的另一个实施形式中，所述装置适合于针对单缸二冲程发动机或二缸四冲程发动机中的一阶来平衡曲轴上的转矩波动。当带动延长件12不与曲轴刚性连接、而是经由加速或减速传动机构与曲轴连接时，在适合于二缸发动机的装置构成为使得带动延长件12以相对于曲轴的转速为1.5倍的提高的转速转动时，例如三缸发动机的其他的转矩波动能够被平衡。\n发明内容\n[0012] 本发明基于下述目的，改进这种装置，使得用于减小活塞式内燃机的曲轴的转动不均衡性的使用范围拓宽。\n[0013] 所述目的借助于根据权利要求1所述的装置来实现。\n[0014] 在已知的装置中，与曲轴的转动轴线的位置类似地，引导耦联器的转动轴线的位置相对于发动机壳体是位置固定的并且仅能够调整转动轴线之间的距离，而在根据发明的装置中，引导耦联器的转动轴线围绕曲轴的转动轴线转动，其中引导耦联器的转动轴线围绕曲轴的转动轴线转动的转速与曲轴的转速成预设比。\n[0015] 从属权利要求2至8得自于根据本发明的装置的有利的实施形式，其中权利要求\n7的特征表明装置的第一实施形式并且权利要求8的特征表明装置的第二实施形式。仅借助装置的这两个实施形式并且适当地选择引导耦联器的转动轴线围绕曲轴的转动轴线转动的转速相对于曲轴的转速之间的比，曲轴的转动不均衡性能够由内燃机补偿，所述内燃机具有1至6之间的气缸数。\n附图说明\n[0016] 在下文中例如根据示意图并且借助各个细节来阐明本发明。\n[0017] 在图中示出：\n[0018] 图1示出在轴承座和曲轴偏心设置的情况下以及在轴承座和曲轴对心设置的情况下曲轴和轴承座的示意剖面图，\n[0019] 图2示出在根据图1的设置中曲轴、引导耦联器和平衡块构件之间的连接的示意图，\n[0020] 图3示出用于阐明轴承座通过曲轴的转动驱动的剖面图，\n[0021] 图4示出装置的第一实施形式的原理图，其中曲轴的转动轴线与引导耦联器的转动轴线以同轴的方式设置，\n[0022] 图5示出在转动轴线偏心设置时根据图4的装置，\n[0023] 图6示出用于阐明根据图4和5的实施形式对于不同内燃机的曲线和数值，[0024] 图7示出装置的另一个实施形式，所述装置在引导耦联器和曲轴同轴设置时具有相对于根据图4的实施形式发生改变的在曲轴、引导耦联器和平衡块构件之间的耦联，[0025] 图8示出在转动轴线偏心设置时根据图7的装置，\n[0026] 图9示出用于阐明根据图7的装置的实施形式对不同内燃机的效果的曲线和数值，\n[0027] 图10示出用于调整曲轴和轴承座之间的偏心率的装置的原理图，[0028] 图11示出用于根据图10的装置的转动驱动的原理图，\n[0029] 图12示出用于阐明对支架力矩的转矩不均衡性进行补偿的曲线。\n[0030] 图13和14示出根据现有技术的装置的端面视图。\n[0031] 在下面的描述中，对装置的相应于在开始已经描述的根据现有技术的装置的功能部件的部件使用相同的附图标记。\n具体实施方式\n[0032] 根据图1，不同于根据图10的实施形式，轴承座16整体能够转动并且两件式地构成为具有内部部件16A和外部部件16B。内部部件16A以能够转动的方式安装成与曲轴10的转动轴线A同轴并且具有相对于转动轴线A偏心的外部周向面100。\n[0033] 外部部件16B具有能在外部周向面100上转动的方式引导的内部周向面102和外部周向面104，所述外部周向面104相对于内部周向面102是偏心的并且在剖面中是具有轴线C的圆形，所述轴线C同时形成用于引导耦联器22（图10）的安装或转动轴线。\n[0034] 内部部件16A的外部周向面100构成为具有径向指向外的突出部106。外部部件\n16B的内部周向面102构成为具有径向指向内的突出部108。突出部106和108相互作用，使得在其之间形成在周向方向上间隔的液压腔110，所述液压腔110经由没有示出的并且在其结构方面已知的具有转动连接部的输送管道能够选择性地加载有液压压力。\n[0035] 在根据a）的装置位置中，各个位于突出部106的顺时针方向上的液压腔110加载有液压压力，使得相对于外部部件16B在逆时针方向上调整内部部件16A。在根据b）的位置中，位于突出部106的逆时针方向中的腔112加载有液压压力，使得内部部件16A关于外部部件16B在顺时针方向上枢转。\n[0036] 内部部件16A转动所围绕的曲轴的转动轴线A和内部部件16A的外部周向面100以及外部部件16B的内部周向面102之间的偏心率在位置b）中得到补偿，也就是说，外部周向面104的中心进而引导耦联器的转动轴线C与曲轴的转动轴线A重叠，反之在位置a）中，外部周向面104的中心或者说转动轴线C与曲轴的转动轴线A是间隔的。\n[0037] 借助于对液压腔110和112分别填充液压介质，能够以所述方式调节轴线A和C之间的距离，也就是说能够调节引导耦联器22的转动相对于曲轴的转动的偏心率。\n[0038] 图2示出在曲轴10、引导耦联器22和平衡块构件14之间起作用的耦联传动机构的一个实施例，所述耦联传动机构对应于根据图13的耦联传动机构。与曲轴10刚性连接的带动延长件12经由耦联元件26与径向臂24耦联，所述径向臂24与引导耦联器22刚性连接。径向臂24经由另一个耦联元件28与固定在平衡块构件14上的接头29连接。耦联传动机构如同根据图10和11那样来描述。\n[0039] 图3示出偏心传动机构的一个实施形式，借助所述偏心传动机构，构成为两件式的轴承座16由曲轴10驱动。偏心传动机构包括行星轮传动机构，所述行星轮传动机构的太阳轮120以与曲轴10同轴的方式设置并且与曲轴10抗扭地连接。太阳轮120与行星轮\n122啮合，所述行星轮122支承在没有示出的相对于发动机壳体固定的或相对于机器固定的、不能够转动的行星架上。行星轮还与齿圈124啮合，所述齿圈124与轴承座16的内部部件16A刚性连接。外部部件16B如同根据图1所阐明地那样安装在内部部件16A上。\n[0040] 在根据图3的装置中，通过太阳轮和齿圈之间的直径比以已知的方式确定太阳轮\n120的或曲轴10的转速和齿圈124的转速进而和轴承座16的转速之间的转速比。齿圈的转动方向在根据图3的实施形式中与太阳轮120的转动方向相反。通过分别应用两个行星轮能够引起太阳轮和齿圈的同向的转动。\n[0041] 因此，借助根据图3的装置与根据图1的装置组合实现，轴承座16以通过行星轮传动机构确定的相对于曲轴转速的转速来转动，其中轴承座16的转动相对于曲轴转动的偏心率或转动轴线A和C之间的距离能够通过液压腔110和112的液压填充来调节。\n[0042] 图4和5示出用于减小曲轴的转动不均衡性的装置的第一实施形式，所述装置如同根据图6所阐明地那样尤其适用于四缸发动机、五缸发动机和六缸发动机。将曲轴与引导耦联器和平衡块构件连接的耦联传动机构对应于根据图2、以及图13和14的实施形式。\n偏心传动机构对应于在图3中阐明的实施形式，借助于所述偏心传动机构，轴承座16的进而还有引导耦联器22的转动轴线C围绕曲轴的转动轴线A转动。转动轴线C与转动轴线A的距离或偏心率能够如根据图1所阐明的那样进行调整。\n[0043] 图4示出不偏心的设置，也就是说在转动轴线C与转动轴线A重叠并且不进行转动不均衡性补偿的状态下的设置。\n[0044] 图5示出轴承座16的转动轴线C远离曲轴的转动轴线A时的设置。箭头K指出曲轴的转动方向，所述曲轴在示出的示例中沿逆时针方向转动。箭头L指出转动轴线C围绕转动轴线A转动的转动方向。该转动方向能够根据偏心传动机构具有一个行星轮或两个行星轮的结构而沿曲轴转动的反方向或沿曲轴转动的方向进行。\n[0045] 如同已经根据图13所阐明的，在轴承座的转动轴线C位置固定的情况下，耦联元件26和28在曲轴10围绕转动轴线A旋转期间两次经过伸展位置，使得平衡块构件14在曲轴旋转期间两次相对于曲轴加速和减速。当转动轴线C与箭头L的方向反向地、与曲轴的转动方向（箭头K）同向地、以与曲轴相同的转速环绕时，根据图5的构造在曲轴旋转期间保持，使得平衡块构件没有相对于曲轴加速或减速。根据引导耦联器22的转动轴线C围绕曲轴10的转动轴线A的转动速度和转动方向，实现平衡块构件相对于曲轴的不同数量的加速和减速。\n[0046] 根据图6，在下文中阐明根据图5的系统的应用可能性的示例。\n[0047] 图6示出在四冲程过程中运行的四缸、五缸或六缸发动机的情况下的转动角加速度或转动不均衡性的图解示图。φ表示曲轴10的转动角度，所述转动角度在横坐标上标\n2 2\n出。dγ/dt 表示平衡块构件14的转动角加速度，在纵坐标上标出。\n[0048] 在图6中在曲线下的概要指出，借助偏心传动机构的哪种设计方案能够有效地克服曲轴的转动不均衡性。在此，νE是转动轴线C围绕曲轴的转动轴线A转动的转速与曲轴的转速的比。νE的负的符号表示反向的转动。\n[0049] 如同在图6中继续指出的，借助根据图4和5的实施形式也可能的是，当偏心传动机构按照需要的转速比νE构造时，对单缸、二缸和三缸发动机的转动不均衡性进行补偿。\n[0050] 图7和8示出使用在根据本发明的装置中的用于将曲轴与引导耦联器和平衡块构件耦联的耦联传动机构的另一个实施形式。\n[0051] 在根据图7和8的实施形式中，曲轴10的带动延长件12经由第一耦联元件26与双臂的第二耦联元件28的臂52耦联，所述第二耦联元件28的另一个臂54与引导耦联器\n22的径向臂24耦联。第二耦联元件28的两个臂52和54刚性地相互连接并且在示出的示例中相互形成大约90°的角度。角度能够是任意的，其中铰接点相应地改变。第二耦联元件在臂52和54之间的连接点中与平衡块构件14耦联。\n[0052] 图7示出轴承座16的转动轴线C与曲轴的转动轴线A同中心设置时的装置，其中曲轴10和平衡块构件14以相同的角速度转动。\n[0053] 图8示出轴承座16的转动轴线C与曲轴的转动轴线A偏心设置时的装置。在曲轴10旋转期间，在轴承座16的转动轴线C没有围绕曲轴10的转动轴线A转动的情况下，平衡块构件14相对于曲轴10加速和降速一次。平衡块构件在曲轴旋转期间相对于曲轴加速和降速多少次取决于转动轴线C围绕转动轴线A转动的转速和转动方向。\n[0054] 图9类似于图6那样说明根据图7和8的装置的实施形式的作用。\n[0055] 如所示出的，在偏心传动机构的结构适当进而转速比νE适当的情况下，能够有效地补偿在四冲程运行中运行的单缸、二缸或三缸发动机的曲轴的转动不均衡性。在适当地选择转速比的情况下也可能的是，借助根据图7和8的装置的实施形式，补偿在四冲程运行中运行的四缸、五缸、六缸发动机的转动不均衡性。\n[0056] 要指出的是，所关注的发动机优选地具有在转动角度方面间隔相等的气缸。\n[0057] 在上文中阐明了例如四冲程发动机的装置的效果。装置也能够以相同方式用于分别具有一半气缸数的二冲程发动机；例如，适合于四缸四冲程发动机的装置的实施形式能够以相同的方式用于二缸二冲程发动机。\n[0058] 在上文中示例性地描述的装置能够以多种方式改变。例如，曲轴的转动、能够相对于曲轴以偏心的方式安装的轴承座和平衡块构件之间的耦联也能够借助与所阐明的构成方式不同地设置的耦联元件来完成。\n[0059] 偏心率的调整也能够与根据图1所描述的不同地进行。\n[0060] 图10示出一个替选的实施例。\n[0061] 齿圈124与曲轴同轴线地以能够转动的方式安装，所述齿圈124具有内齿126。轴承座16借助于执行机构以能够纵向移动的方式或以能够偏心转动的方式安装在齿圈124上。在示出的示例中，轴承座16在齿圈124的两个支柱128上纵向可移地引导并且能够借助于液压的执行机构130、例如活塞-缸单元来调整。在根据图10a）的位置中，曲轴的转动轴线A与轴承座16的转动轴线C一致。在根据图10b）的位置中，轴承座16的转动轴线C与转动轴线A以一定的距离远离，以便轴承座16相对于齿圈124移动。\n[0062] 图11示出，通过类似于根据图3阐明的那样，在相对于曲轴固定的并且以与曲轴相同的转动轴线来设置的太阳轮120和齿圈124之间设置以相对于机架固定的方式安装的行星轮122，与曲轴的支承轴同轴线地安装的齿圈124能够相对于曲轴转动，其中所述行星轮与太阳轮120的外齿和齿圈124的内齿126啮合。\n[0063] 指出的是，行星轮122不必强制性地以相对于机架固定的方式安装，而是能够安装在能够与曲轴同轴线转动的行星架上，所述行星架抗扭地保持或者能够借助于具有预设转速的发动机来驱动。以所述方式，能够在运行中根据不同的气缸数调节系统。\n[0064] 根据图10阐明的轴承座16相对于齿圈124的液压调整也能够以电动方式进行。\n[0065] 在根据图3或图11的实施形式中，太阳轮能够替代与曲轴抗扭地连接地与平衡块构件14抗扭地连接。在后一种情况下，出现不均衡的转动运动，并且能够通过目的明确地将惯量施加到齿圈124或行星轮122上的方式对由发动机的一个或多个活塞施加到发动机架或发动机壳体上的力矩进行附加补偿。\n[0066] 图12示出在三缸发动机的情况下例如同步补偿支架力矩的情况。\n[0067] 横坐标以度为单位标出曲轴的转动位置Φ。纵坐标以nm为单位标出相应的转矩M，并且实线标出发动机力矩。点划线标出为了补偿发动机力矩而施加的力矩，借助所述力矩，平衡块构件抵抗发动机力矩。点线标出余下的剩余力矩，所述剩余力矩能够通过附加的补偿来抵抗。\n[0068] 还提及的是，装置能够通过合适的平衡块在任何转动位置中平衡。\n[0069] 借助所描述的装置能够实现的另一个优点是，使得常规的飞轮能够以较小的质量构成，从而使得发动机在更好的运行舒适性下具有较小的惯量。\n[0070] 附图标记列表\n[0071] 10 曲轴\n[0072] 12 带动延长件\n[0073] 14 平衡块构件\n[0074] 16 轴承座\n[0075] 20 贯通开口\n[0076] 22 引导耦联器\n[0077] 24 径向臂\n[0078] 26 耦联元件\n[0079] 28 耦联元件\n[0080] 29 接头\n[0081] 40 调整装置\n[0082] 42 执行元件\n[0083] 44 臂\n[0084] 46 臂\n[0085] 48 止挡件\n[0086] 50 止挡件\n[0087] 52 臂\n[0088] 54 臂\n[0089] 100 外部周向面\n[0090] 102 内部周向面\n[0091] 104 外部周向面\n[0092] 106 突出部\n[0093] 108 突出部\n[0094] 110 液压腔\n[0095] 112 液压腔\n[0096] 120 太阳轮\n[0097] 122 行星轮\n[0098] 124 齿圈\n[0099] 126 内齿\n[0100] 128 支柱\n[0101] 130 液压的执行机构\n[0102] A 曲轴的转动轴线\n[0103] C 引导耦联器的转动轴线\n[0104] K 曲轴的转动方向\n[0105] L 转动轴线C围绕转动轴线A的转动方向。