用于平衡车辆中的内燃发动机的方法

文档序号:9401628阅读:609来源:国知局
用于平衡车辆中的内燃发动机的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及车辆的往复式内燃发动机的优化惯性平衡方法。
[0002] 本发明发现一种具有串联的奇数个、通常=个或五个气缸的发动机的特别有利的 应用,其解决了平衡的特殊难题,更一般而言是具有包括具有很少几何对称面的移动连接 件。
【背景技术】
[0003] 在往复式内燃发动机中,已知平衡由移动连接件(attelage)的移动,特别是曲轴 的旋转、活塞在气缸中的平移和连杆的旋转与平移所产生的惯性力,W避免发动机的振动 使运些内部移动发生。
[0004] 参照例如斯沃博达(Swoboda)参考论著(往复式发动机力学,德西尼布版本,1984 年),其详细记载了用于实现该平衡的不同技术。典型实施方式是区分具有旋转运动的块体 (旋转块)和具有平移运动的块体(往复块),目的在于对两种类型的运动块体的每一种类 型叠加必要的平衡。 阳〇化]旋转块的平衡通常是通过加入配重来进行,配重与曲轴的轴颈相对,并通常集成 在曲轴的结构中。
[0006] 往复块的平衡可根据多种不同技术进行。一种技术设及加入一个或多个附加 轴,所述平衡轴被曲轴驱动旋转,并且允许抵消由往复块产生的惯性力。Swoboda的文献 描述了基于使用加入原始移动连接件的反向旋转的平衡轴的多种方法。对于串联式=缸 发动机,运种方法允许使发动机的一次旋转全部地平衡往复块对动力传动系统(groups moto-propulseur)产生的原始惯性力的贡献。
[0007] 然而,平衡轴的使用尤其具有W下缺点:产生额外的生产成本、增加发动机的重量 及其结构的复杂性,并可能产生与难W控制其驱动有关的噪声。
[000引在无需平衡轴的其它技术中,通过加入与曲轴相连的平衡块来实现惯性力的部分 平衡。在运种情况下,串联式=缸动力传动系统例如将根据1次发动机产生或多或少更大 的纵摆和/或首摇力矩。使用已久的技术尤其设及使用与曲轴轴线共面的块体,曲轴轴线 的平面与发动机筒体的轴之间具有30°的角度。
[0009] 文件FR1046797和DE972427描述了需要附加块体的往复式发动机的移动连接体 的惯性平衡方法,附加块体中的两个被放置在曲轴的端部。该平衡使用制成环形或圆弧形 的缕空部和/或配重实现。安置在曲轴(发动机飞轮、定时滑轮)端部W参与移动连接件 的惯性力的平衡的配重或缕空部的使用还描述于文件DE102009047545、文件DE10245376 W及文件FR2779493中。
[0010] 文件DE102011000585还描述了弹性机构的使用,该弹性机构允许块体的位置根 据发动机的转速而变化,W获得适应性平衡。
[0011] 在例如文件DE102011078356中描述的其它方法中,加入的配重的角位置不对应 于30° (模180° )的常用角位置理论值,而对应于不同值(例如25°或20° ),运尤其允 许降低动力传动系统的角加速度。
[0012] 现有方法的缺点尤其在于在确定用于平衡惯性力的配重和/或缕空部的尺寸值 的确定中,其不总是在车辆乘车人感受到的振动的角度上的最适宜状态。事实上,在与车辆 总体设计和其中的发动机装配例如连接点的位置、发动机悬挂舱的腔室相关的多种元素与 发动机的移动连接件的曲轴的平衡相互作用,给出不能令乘车人满意的结果。
[0013] 另外,某些确定尺寸的方法是基于意味着很大程度简化的力学系统的机械建模的 使用。例如,动力传动系统被认为不可变形、其惯性中屯、可降低,并由3D惯量矩阵可表示, 并且舱的刚度被假设为线性的。然而,运样的简化会导致由往复式发动机产生的不良噪声 和振动的代表性不佳。

【发明内容】

[0014] 本发明是设及通过提供一种车辆往复式内燃发动机的惯性平衡方法解决运些缺 点中的至少一个,所述车辆往复式内燃发动机的惯性平衡方法的特征在于,其包括在所述 往复式内燃发动机的结构外通过最小化可在车辆内测定的振动和/或噪声水平确定与所 述往复式内燃发动机的曲轴相连的不平衡物化alourds)的尺寸参数的步骤。
[0015] 本发明因此并非允许最小化目标是仅有的发动机的振动和/或噪声的量,而是允 许最小化由发动机产生的在车辆整体中可被乘车人负面地感知的振动和/或噪声的量。运 些振动和/或噪声的量总体上相关,但在发动机曲轴的平衡的实施的角度上既不相同也不 相等。换言之,由本发明提供的最佳调整是针对于"车辆"系统,而不仅仅针对于"单独的发 动机"的系统。
[0016] 根据一种实施方式,振动和/或噪声的水平是在车辆座舱内可测定的。
[0017] 根据一种实施方式,振动和/或噪声的水平在时间域内测定。该可变"时间"具有 的优点是靠近对于乘车人可感受的量值的区域。
[0018] 根据一个实施方式,所述不平衡物由设置在所述往复式内燃发动机的所述曲轴的 端部的至少两个配重和/或缕空部组成。
[0019] 根据一种实施方式,所述不平衡物的尺寸参数尤其通过质量、所述不平衡物相对 于所述曲轴的旋转轴线的距离和所述不平衡物相对于所述曲轴的轴颈的设置的角位置所 限定,所述曲轴定位于与所述曲轴的旋转轴线垂直的平面中。
[0020] 根据一种实施方式,振动和/或噪声的水平可借助固定在车辆座椅的轨道上的加 速仪和/或借助与乘车人耳朵临近的位于车辆内的麦克风来测定。因此,本发明通过在车 辆物理件上直接测定振动和/或噪声而摆脱代表性易于受到过多限制的物理建模。
[0021] 根据一种实施方式,所述方法包括运样的步骤:限定依赖于在车辆内可测定的振 动和/或噪声的水平mi的成本函数(fonctionde CO日t)Fc,和依赖于尺寸参数pi的函数 F,两个函数通过关系式化(ml,m2,mi,皿)=F(pi,p2,pi,pn)联系起来,并且,在实施迭代 算法的范围内,在第一时间内选择尺寸参数的初始值,然后通过逐次迭代计算最小化函数F 的尺寸参数pi的优化值Pi。
[0022] 根据一种实施方式,成本函数由有效值总数,或在固定持续时间期间的可测定的 最大值的总数,或根据所述往复式发动机的转速(regime)升高期间可测定的所述往复式 内燃发动机的1次旋转得到运些量值的平均值组成。
[0023]根据一种实施方式,尺寸参数的初始值是来自仅往复式内燃发动机的简化的模型 的值。
[0024]根据一种实施方式,尺寸参数的优化值必须另外符合施加给尺寸参数值的限制。
[0025]根据一种实施方式,所施加的限制尤其由所使用的所述不平衡物的总体的总最大 重量和/或所述不平衡物相对于所述曲轴的旋转轴线的最大距离组成。
[00%] 本发明还设及一种车辆的往复式内燃发动机,其移动连接体的惯性平衡是根据本 发明的平衡方法实现。
【附图说明】
[0027]通过阅读W下描述并参考附图,将更好地理解本发明:运些附图仅W示例性方式 给出,绝不用于限制本发明。
[0028] 图1示出了实施了根据本发明的往复式内燃发动机的平衡方法的车辆的示意图;
[0029] 图2是位于往复式发动机处的不平衡物的示意图,不平衡物的尺寸参数借助于根 据本发明的惯性平衡方法来限定;
[0030] 图3示出了根据本发明的往复式内燃发动机的优化的惯性平衡方法的不同步骤 的图。
[0031] 附图之间相同、相似或类似的元件保留相同标记。
【具体实施方式】
[0032] 图1示出了对应于实施了根据本发明的平衡方法的机械系统的车辆1;该车辆1 尤其包括W下主要的子组件:安装在通过组装往复式发动机和速度箱形成的发动机悬挂舱 3上的动力传动系统、车辆悬挂元件4、两个运行桥5、特别配备有打开部分的座舱6和设备。
[0033]所述方法包括选择车辆1内的观察量值W及定义相应的成本函数Fc的第一步骤 101。记为"mi"的所选量值是在车辆座舱6之上或之内可测定的量值,例如在车辆车身上 的座椅固定点处可测定的加速度,和/或在发动机悬挂舱下方(车辆车身侧部)可测定的 力,和/或舱的挤压测定,和/或在座舱6的不同点可测定的声压。在一个实施例中,振动 和/或噪声的水平可借助固定在车辆座椅
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