包括行星齿轮平衡单元的发动机曲轴的制作方法
【专利摘要】本公开涉及包括行星齿轮平衡单元的发动机曲轴。提供用于包括耦接到由发动机曲轴驱动的行星齿轮组的非平衡质量的发动机曲轴的方法和系统。在一个示例中，系统可包括作为行星齿轮组的太阳齿轮的发动机曲轴，其中单个非平衡质量耦接到行星齿轮组的外圈。在另一个示例中，方法可包括沿第一方向驱动发动机曲轴且沿与第一方向相反的第二方向驱动耦接到行星齿轮组的外圈的非平衡质量，其中外圈的旋转通过发动机曲轴驱动。
【专利说明】包括行星齿轮平衡单元的发动机曲轴
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2015年4月8日提交的德国专利申请N0.102015206245.7的优先权，为了所有目的，其整体内容通过引用被并入本文。
技术领域
[0003]本申请涉及一种内燃机的曲轴。
【背景技术】
[0004]车辆传动系统从动力源传递原动力到车轮。内燃机是包括曲轴的动力源的一个示例。曲轴将来自发动机气缸的燃烧能量转换为旋转能。具体地，来自发动机气缸的燃烧能量被传递到线性往复的活塞。活塞通过连杆传递燃烧能量到曲轴，且曲轴将线性运动转换为旋转运动。曲轴也可包括与曲轴轴承机械连接的主轴承轴颈。曲轴轴承被固定在气缸体和曲轴之间。润滑液从气缸体流到轴承，且气缸体支撑轴承和曲轴。气缸体和轴承允许曲轴和主轴承轴颈在轴承内旋转。
[0005]机动车辆以及内燃机的设计和布局中，越来越多的注意力被关注于振动。作为噪声设计或声音设计的一部分，振动被平衡，例如，被消除或补偿。在一些情况下，特殊频率的个别振动被隔离，滤出或，在可应用的地方被模制。曲轴可通过短暂地改变通过在各个曲柄轴颈上枢转的连杆被引入曲轴的旋转力而被致动以旋转振动。这些旋转振动导致噪声从主体产生(body-borne)的声音排放以及从主体产生的声音二者传递引入车体和进入内燃机，其中负面影响驾驶舒适性的振动(例如，客舱中方向盘的振动)也可发生。当曲轴在其固有频率的范围内被致动时，能够导致发动机退化的高旋转振幅能够发生。
[0006]寻求解决发动机振动问题的尝试包括增加平衡质量到曲轴以抵消导致发动机振动的力。一种示例方法通过现有技术DE 102013203560 Al示出。在其中，一种包括至少一个气缸且包括曲柄机构的内燃机被公开，其中被安装曲轴箱中的曲轴具有针对每个气缸相关联的曲轴曲拐。曲轴曲拐沿着曲轴的纵向轴线被彼此间隔安排。至少一个充当不平衡的平衡配重被布置在曲轴上，在至少一个曲轴曲拐的另一侧，用于质量平衡的目的。另一种示例方法通过US 4489683 A被示出，其中，特别是用于第二次序的质量力的平衡器被公开用于多气缸发动机，其中平衡器被布置在曲轴曲拐之间且包括具有耦接到行星齿轮的平衡单元的行星齿轮的布置。平衡器被示为包括从曲轴箱的隔板形成的旋转的固定内齿轮，旋转的固定太阳齿轮，及其组合。
[0007]然而，在此发明人已经意识到该系统潜在的问题。作为一个示例，布置在曲轴上的平衡配重可以以相对于曲轴旋转的非可调速率旋转。结果，发动机在各种发动机速度下的振动影响可能不能通过平衡配重的旋转被充分补偿。
【发明内容】
[0008]在一个示例中，前述的问题可以通过一种用于曲轴的方法解决，所述曲轴包括:围绕旋转轴线形成的轴，和耦接到轴的至少一个连杆轴承，其中曲轴具有由与轴同心布置的行星齿轮组形成的至少一个平衡单元和附接到行星齿轮组的至少一个非平衡质量，其中行星齿轮组包括第一级和第二级，其中第一级具有多个第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，且第二级具有多个第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈；其中轴被配置为行星齿轮组的太阳齿轮，且其中第一齿圈和第二行星架被旋转固定连接在一起，以及至少一个非平衡质量被附接到第二齿圈。以该方式，内燃机的振动影响可以通过行星齿轮组被补偿，且非平衡质量的旋转可通过行星齿轮组的齿轮比的构造被确定。在一些实施例中，通过将行星齿轮组直接耦接到单向离合器和刹车(brake)，非平衡质量的旋转可以是可调的。以该方式，行星齿轮组的非平衡质量可以以与曲轴的旋转速率异步的速率旋转，且发动机振动影响可在较宽的发动机速度范围内被有效补偿。
[0009]具有根据该布置的曲轴的内燃机平衡了其活塞在运行时发生的驱动的质量效应。内燃机因此具有更小的振动以及特别是关于中间气缸减小的摇动。内燃机的优势因此有益于机动车辆。内燃机改进的运行安静性提高了机动车辆的驾驶舒适性。
[0010]应被理解，提供上述
【发明内容】
是为了以简要的形式介绍一些概念，这些概念将在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围通过随附的权利要求被唯一限定。进一步地，所要求保护的主题并不限于实现解决在本公开的上述或在本公开的任何部分中所提及的缺点的实施方式。
【附图说明】
[0011 ]图1示出包括发动机曲轴的三气缸直列式发动机的示意图。
[0012]图2示出发动机的单个气缸的示意图。
[0013]图3示出包括定位在发动机曲轴的第一端处的第一平衡单元，以及定位在发动机曲轴的第二端处的第二平衡单元的发动机曲轴的第一实施例。
[0014]图4示出包括在发动机曲轴的第一端处集成在第一功能单元内的第一平衡单元和在发动机曲轴的第二端处集成在第二功能单元内的第二平衡单元的发动机曲轴的第二实施例。
[0015]图5A示出在发动机曲轴的平衡单元内的齿轮的布置。
[0016]图5B示出在发动机曲轴的平衡单元内的齿轮的布置的替换视图。
[0017]图6示出描述用于通过发动机曲轴的旋转驱动直接附接到发动机曲轴的行星齿轮组的方法的流程图。
[0018]图3-4被按比例示出，但是也可使用其它相关尺寸。
【具体实施方式】
[0019 ]以下描述涉及用于包括至少一个平衡单元的发动机曲轴的系统和方法。本公开基于至少减少内燃机中的振动影响的目的。发动机曲轴包括围绕旋转轴线形成的轴和耦接到轴的至少一个连杆轴承。发动机曲轴通过发动机的气缸驱动，如图1所示。发动机的每个气缸包括一个活塞。每个活塞被耦接到连杆的第一端，如图2所示。每个连杆的第二端(与第一端相对)被耦接到发动机曲轴。曲轴包括由与轴同心布置的行星齿轮组形成的至少一个平衡单元，如图3-4所显示的。每个平衡单元包括耦接到行星齿轮组的外圈的(或通过行星齿轮组的外圈形成的)非平衡质量，如图3-4和图5A-5B所示的。第一平衡单元被定位在曲轴的第一端处且第二平衡单元可以被定位在曲轴的第二端(与第一端相对)处，如图3-4所示。每个平衡单元可以集成在耦接到发动机曲轴的各自的功能单元中，如图4所示。形成每个平衡单元的每个行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮、多个齿圈和多个行星齿轮架，如图5A-5B所示。每个行星齿轮组包括第一级和第二级，其中第一级具有第一多个行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，且第二级具有第二多个行星齿轮、第二行星架和第二齿圈(例如，夕卜圈)，如图5B所示。发动机曲轴被构造为每个行星齿轮组的太阳齿轮。第一齿圈和第二行星架在每个行星齿轮组内彼此旋转固定连接在一起，且非平衡质量在每个行星齿轮组内被连接到外圈。在安装状态，第一行星架被相对于发动机曲轴的旋转轴线静止地旋转固定(例如，第一行星架被旋转固定地布置在发动机壳)。一种在第一方向上旋转每个平衡单元的外圈的方法可包括在第二方向上(与第一方向相反)旋转发动机曲轴，如图6所显示的。以该方式，外圈的非平衡质量可以通过外圈的旋转被在与曲轴旋转相反的第一方向上旋转以便减少发动机振动并提高发动机性能。
[0020]非平衡质量组成能够被用于抵消安装曲轴的内燃机中的振动影响的有利的不平衡。在发动机曲轴围绕旋转轴线的旋转上，耦接到外圈的非平衡质量在与发动机曲轴相反的方向上移动。
[0021]在发动机曲轴的有利实施例中，第一行星齿轮每个具有太阳齿轮的一半的半径，第一齿圈具有太阳齿轮的两倍的半径，第二行星齿轮每个具有与太阳齿轮相同的半径，且外圈具有太阳齿轮的三倍的半径。使用该尺寸比，外圈在发动机曲轴围绕旋转轴线旋转且第一行星架关于旋转轴线被固定时具有与发动机曲轴相同的旋转速度是可能的。使用以与发动机曲轴相同的速度且沿与发动机曲轴相反的方向旋转的两个平衡单元，安装有发动机曲轴的内燃机中第一阶振动影响能够被补偿。
[0022]在发动机曲轴的进一步有利的实施例中，平衡单元被集成在发动机曲轴的功能单元内。功能单元可以是法兰、皮带轮、飞轮，和/或行星齿轮组的齿轮可以被集成在前端附件驱动中，使得齿轮可以被用于电动马达和/或发电机。特别地，第一平衡单元被集成在第一功能单元内且第二平衡单元被集成在不同于第一功能单元的第二功能单元内。
[0023]因而，相比于其中独立放置在轴上的平衡单元的实施例，曲轴能够被设计的更短且更轻。
[0024]在曲轴的进一步有利的实施例中，曲轴具有三个连杆轴承。特别地，两个连杆轴承之间的角度(例如，曲拐角度)是120°。曲轴因而被设计用于三气缸发动机且其中曲拐角度具有中心对称布置，这允许安装有曲轴的内燃机中的自由质量力相互消除。然而，曲轴(包括至少一个平衡单元)也可以适用于包括不同数量气缸(例如，两个，五个，等)的发动机，其中每种发动机具有不同的曲拐角度。
[0025]现在参考附图，图1示出包括曲轴的内燃机的示意图。发动机100(在图1中被显示为三气缸直列式发动机)包括气缸体102。气缸体102包括三个气缸104，汽缸的一个示例在以下在图2中被更详细地示出。在气缸体102下面(且由其形成)的是曲轴箱110。曲轴箱110容纳曲轴112。曲轴的组件在以下在图3-4和图5A-5B中被进一步详细描述。在图1中，曲轴112包括轴114且被示为在由箭头125指示的方向上围绕旋转轴线120(沿着曲轴112的长度且在曲轴112中心)旋转。
[0026]在图1所示的示例中，曲轴112包括第一功能单元116和第二功能单元118。第一功能单元116被布置在曲轴112的第一端处且在气缸体102和曲轴箱110的内部之外。第二功能单元118被布置在曲轴112的第二端(与第一端相对)且在气缸体102和曲轴箱110的内部之夕卜。由图1显示的曲轴112的示例也包括在第一功能单元116和发动机100之间布置在曲轴112上的第一平衡单元117，以及在第二功能单元118和发动机100之间布置在曲轴112上的第二平衡单元119。在曲轴的一些实施例中(例如，由图4显示的实施例)第一平衡单元可被集成在第一功能单元(其中第一功能单元可以是径向密封件、用于油栗或凸轮轴的齿轮、前端附件驱动，等)且第二平衡单元被集成在第二功能单元(其中第二功能单元可以是飞轮、皮带轮，等)内。
[0027]曲轴112还包括单向离合器121和123，以及刹车122和124。单向离合器121和刹车122直接耦接到第一平衡单元117而单向离合器123和刹车124直接耦接到第二平衡单元119。单向离合器和刹车可被致动以控制每个平衡单元的转速，如下文图6所讨论的。
[0028]其上可以布置平衡单元的曲轴的现有组件的若干示例被提供。然而，这些示例不是限制性的而且可以在曲轴上有用于支承平衡单元的附加元件存在。进一步地，平衡单元可以是他们各自独立的组件且不被安装在或连接到曲轴的其它组件上。另外，曲轴上的组件的线性布置可以是变化的。
[0029]应当理解，本公开的平衡单元可被构造以平衡许多发动机类型的曲柄驱动，所述发动机类型包括具有一个或多个气缸的直列式发动机、V形发动机和卧式发动机。而发动机100被描述为具有三个气缸的直列式三气缸发动机，将被认识到其它的实施例可包括不同数目的气缸和气缸布置，例如V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。进一步地，曲轴驱动可包括在此没有示出的另外的元件。另外，在曲轴112上所描绘的元件可以不在被构造具有本公开的平衡单元的所有的发动机中存在。例如，由图1所示的曲轴112的替代实施例可包括仅一个平衡单元。
[0030]图1是示出曲轴关于发动机组件(例如，气缸体、气缸和曲轴箱)的近似布置的示例图示。曲轴及其组件未按比例显示。曲轴的位置和尺寸可以在实施例(例如，图3-4所示的实施例)中变化。曲轴可另外包括其他组件，如由图2-图4和图5A-图5B中所示的。
[0031]发动机100可以至少部分地由包括控制器169的控制系统167和由来自车辆操作员通过输入装置(未示出)的输入控制。控制系统167被构造为从多个传感器165接收信息(其多种示例被描述于此)且发送控制信号到多个执行器163。作为一个示例，传感器165可以包括温度传感器、压力传感器、排气流量传感器、进气空气传感器、发动机速度传感器、微粒物质(PM)传感器、NOx传感器、氧传感器、氨传感器、烃传感器、空气/燃料比和成分传感器，等。如另一个示例，执行器163可以包括燃料喷射器、进气门、排气门和进气节气门。执行器163也可以是单向离合器121、单向离合器123、刹车122和刹车124。其它的执行器，例如多种附加阀门和节气门可以被耦接到发动机100的多个位置。控制器169可从多种传感器接收输入数据、处理输入数据、以及响应所处理的输入数据基于在其中编程的对应于一个或更多例程的指令或代码触发执行器。
[0032]控制器169可以是微型计算机，且可包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校正值的电子存储介质例如只读存储器芯片、随机存取存储器、保活存储器和/或数据总线。控制器169可从耦接到发动机100的传感器(未示出)接收多种信号，除了那些之前讨论的那些信号外，还包括:来自质量空气流量传感器的进气质量空气流量(MAF)的测量值;来自耦接到冷却套筒的温度传感器的发动机冷却剂温度(ECT);来自霍尔效应传感器(或其他类型)的表面点火感测(PIP)信号;来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);来自一个或多个进气和排气歧管传感器的绝对歧管压力信号(MAP);来自排气氧传感器的气缸空气/燃料比；以及来自爆震传感器和曲轴加速度传感器的异常燃烧。发动机速度信号RPM可以由控制器169从信号PIP生成。从歧管压力传感器得到的歧管压力信号MAP可被用于提供在进气歧管中的真空或压力指示。
[0033]存储介质只读存储器能够使用表示由处理器可执行的指令被编程，用于与各种传感器、执行器和在此描述的其他组件结合执行下文描述的方法以及预期但未具体列出的其他变体。示例操作被参考图6示出，所述操作的一个或多个部分可以包括由控制系统与传感器、执行器、和/或在此描述的其他组件协同执行的一个或多个动作。
[0034]图2不出内燃机的不例气缸。气缸201可以是直列式三气缸发动机中的一个气缸，例如图1所示的发动机，或可以是不同构造或气缸数量的发动机中的一部分。气缸2 OI的基础组件包括燃烧室200。燃烧室200是进气空气被进气门210允许通过进气口 214进入气缸201，且燃料被燃料喷射器230允许进入气缸201的地方。进气门210被耦接到可旋转的凸轮轴222的凸轮220驱动。进气空气和燃料混合且聚集在燃烧室200中。空气-燃料混合物在燃烧室200中的燃烧迫使活塞204沿着气缸壁202向下。活塞204的线性移动通过作用在连杆轴承206上的连杆208被转化为曲轴205的旋转运动(例如，由图1显示的曲轴112)。当排气门212打开时，燃烧产物通过排气口 216离开燃烧室200。排气门212被耦接到可旋转的凸轮轴224的凸轮226驱动。对于本公开的系统和方法，内燃机可以是压缩点火式发动机或火花点火式发动机并且能够燃烧汽油、乙醇、柴油或其他燃料。以该方式，曲轴205可以根据多个气缸(例如，诸如气缸201)的操作旋转并将能量从燃烧产物转化为曲轴扭矩。
[0035]图3示出包括第一平衡单元321和第二平衡单元322的发动机曲轴314的第一实施例。曲轴314具有沿着旋转轴线331形成的轴315。至少一个连杆轴承318被沿着轴315布置。至少一个连杆轴承318被布置成耦接到轴315。轴315被在至少一个连杆轴承318的位置处中断。在由图3显示的曲轴314的实施例中，曲轴314具有三个连杆轴承318。由图3显示的曲轴314因此具有三个曲拐329。在替代的实施例中，曲轴314例如也可以具有总共两个连杆轴承318用于安装在具有两个直列气缸的发动机中，也可以具有总共五个连杆轴承318用于安装在具有五个直列气缸的发动机中，等。
[0036]曲轴314任选地被构造为关于旋转轴线331中心对称。连杆轴承318位于旋转轴线331是法线平面上的投影中，沿着圆周均匀分布的。在图3所示的实施例中，曲轴314具有120°的曲轴曲拐角度。在到旋转轴线331是法线的平面上的投影中，三个连杆轴承中相邻两个之间的角度是120°。在具有两个连杆轴承318的两曲拐实施例中，根据本公开的曲轴314的曲轴曲拐角度任选的是180°，而具有五个连杆轴承318的五曲拐实施例中，根据本公开的曲轴314的曲轴曲拐角度任选的是72°。连杆轴承318任选地沿着旋转轴线331彼此均匀间隔开。
[0037]由图3显示的曲轴314的实施例具有在至少一个连杆轴承318的对面的至少一个配重319。曲轴314的轴315至少在两点处被形成为轴承320。这些轴承320被构造用于在内燃机(例如，诸如由图1所示的发动机100)中安装曲轴314，特别是在内燃机的曲轴箱(例如，诸如由图1所示的曲轴箱110)中。
[0038]曲轴314包括在曲轴314的第一端处的、相邻于第一平衡单元321的第一功能单元316(例如，法兰)。曲轴也包括在曲轴314的第二端处的、相邻于第二平衡单元322的第二功能单元317(例如，滑轮)。第一平衡单元321包括耦接到外圈327的单个非平衡质量323。第二平衡单元322包括耦接到外圈326的单个非平衡质量324。第一平衡单元321和第二平衡单元322由行星齿轮组(如前文所描述，以及在下文参考图5A-5B所描述的)形成。多个行星齿轮325被显示被包括在第二平衡单元322内。
[0039]图4示出发动机曲轴414的第二实施例，其包括第一平衡单元416和第二平衡单元417，其中第一平衡单元416集成在第一功能单元421内且第二平衡单元417集成在第二功能单元422内。以该方式，曲轴414的形成因素被减少且平衡单元416和平衡单元417分别与第一功能单元421和第二功能单元422分享容积。
[0040]功能单元421和功能单元422被同心于轴415布置。轴415沿着旋转轴线431形成。在图4显示的实施例中，第一功能单元421是在曲轴414的一端处的法兰而第二功能单元422是在曲轴414的相对端处的皮带轮。第一功能单元421和第二功能单元422也可以是轮子、齿轮、飞轮，或类似物。曲轴414的平衡单元416和平衡单元417没有被布置在连杆轴承418之间而是被布置在连杆轴承418外侧，同心于轴415。
[0041 ]由图4显示的曲轴414的实施例具有与至少一个连杆轴承418相对的至少一个配重419。曲轴414的轴415至少在两点处被形成为轴承420。这些轴承420被构造用于在内燃机(例如，诸如由图1所示的发动机100)中安装曲轴414，特别是在内燃机的曲轴箱(例如，诸如由图1所示的曲轴箱110)中。
[0042I图3-4示出具有多种组件的相对位置的示例构造。在至少一个示例中，如果被显示为彼此直接接触，或直接耦接，那么这些元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，元件被显示连续或彼此相邻可以是分别连续或相邻于彼此。作为示例，组件处于彼此共面接触可以被称为共面接触。作为另一个示例，元件彼此间隔定位，其中在其间仅有空间而没有其它组件在至少一个示例中可以被称为这样。作为又一个示例，被示出在另一个的上面/下面，在另一个的对侧，或在另一个的左/右的元件可以关于另一个也被称为这样。进一步地，如在附图中显示的，在至少一个示例中，最高的元件或元件的最高的点可以被称为组件的“顶部”而最低的元件或元件的最低点可以被称为组件的“底部”。如在此使用的，顶部/底部、上部/下部、以上/以下可以是相对于附图的垂直轴线且被用于描述附图中元件关于另一个的位置。如此，在一个示例中，被显示在其它元件以上的元件位于其它元件的垂直上方。如另一个示例，元件在附图中被描述的形状可以指的是具有这些形状(例如，诸如是圆形的、直的、平面的、弯曲的、滚圆的(rounded)、倒角的、成角度的等)。进一步地，元件被显示与另一个相交可以指的是相交的元件或与彼此相交，在至少一个示例中。再进一步地，在一个示例中，元件被显示在另一个元件中或被显示在另一个元件外侧可以被称为这样。
[0043]图5A-5B示出在发动机曲轴的平衡单元内的齿轮布置，例如由图3显示的平衡单元321或平衡单元322或者由图4显示的平衡单元416或平衡单元417。图5A从第一视角示出平衡单元521，且图5B从大约垂直于第一视角的第二视角示出平衡单元521。图5A-5B示出类似的组件且因此图5A-5B之间的组件可被类似地标记而不用重新介绍。另外，由图5A-5B显示的组件是示意显示的且由图5A-5B显示的组件的比例、位置、结构等可以在实施例之间变化。
[0044]回到图5A和图5B，根据本公开的曲轴515的平衡单元521以第一视角被示意性地显示。平衡单元521被形成尤其是由两级行星齿轮组500形成。行星齿轮组，也被称为周转轮系，原则上是已知的。在图5A显示的实施例中，行星齿轮组500具有第一级522和第二级523且是对称旋转的行星齿轮组。曲轴515被构造为两级的太阳齿轮。第一级522具有由第一行星架524支承的第一行星齿轮525，和第一齿圈526。第一行星齿轮525被环绕曲轴515 (其可以在此被称为太阳齿轮)布置且与曲轴515相嗤合。第一齿圈526被环绕第一行星齿轮525布置且与其相啮合。第二级523具有由第二行星架527支承的第二行星齿轮528和第二齿圈529(例如，外圈)。第二行星齿轮528被环绕曲轴515(例如，太阳齿轮)布置且与曲轴515相啮合。第二齿圈529被环绕第二行星齿轮528布置且与其相啮合。特别地，第一行星架524在安装状态下旋转固定地连接到曲轴箱。第一齿圈526和第二行星架527旋转固定连接在一起。因为第一行星架关于发动机(例如，诸如由图1所示的发动机100)的固定和第一齿圈526关于第二行星架527的固定，当曲轴515旋转的时候，第二齿圈529在与曲轴515相反的方向上旋转。
[0045]齿轮525、齿轮526、齿轮528、齿轮529尤其具有尺寸比，其中第一行星齿轮525每个具有太阳齿轮515半径的一半大小的半径，且第一齿圈526具有太阳齿轮515半径的两倍大小的半径，且第二行星齿轮528每个具有与太阳齿轮515半径相同大小的半径，以及第二齿圈529具有太阳齿轮515半径的三倍大小的半径。具有该比例，在曲轴515旋转的时候第二齿圈529以与曲轴515相同的转速旋转。
[0046]为了平衡发动机的质量影响，平衡单元521具有恰好一个平衡质量530。平衡质量530被定尺寸且被布置成使得这样能够抵消发动机的质量影响。特别地，平衡质量530被附接到第二齿圈529且抵消其中曲轴514被安装的内燃机的中间气缸的摆动力矩。
[0047]图6示出用于驱动直接耦接到发动机曲轴的行星齿轮组的方法。用于执行方法600的一个或多个动作的指令和在此包括剩下的方法可以基于存储在控制器存储器上的指令和/或结合从发动机系统的传感器(诸如在前文参考图1描述的传感器)接收的信号，和/或结合发动机系统的发动机执行器通过控制器来执行以根据下文描述的方法调节发动机运行。另外，附图可以显示通过描述于此的机械元件执行的动作。
[0048I 在602处，方法包括估计和/或测量发动机工况。在一个示例中，估计和/或测量发动机工况可以基于一个或多个温度传感器、压力传感器等的输出。发动机工况也可以包括发动机速度和负载、质量空气流率、压缩机进口压力、冷却剂流率，和/或基于来自发动机系统内的传感器的测量值的其他参数。发动机工况的测量也可以包括发动机扭矩需求、气缸温度、曲轴转速和/或行星齿轮组转速。
[0049]在604处，方法包括驱动通过发动机曲轴的旋转直接附接到发动机曲轴的行星齿轮组，其中行星齿轮组的外圈沿与发动机曲轴的旋转方向相反的方向旋转。例如，发动机曲轴可以形成行星齿轮组的太阳齿轮。太阳齿轮可以驱动行星齿轮组的第一组行星齿轮以沿与太阳齿轮的旋转方向相反的方向个别地旋转，其中第一组行星齿轮被相对于太阳齿轮(例如，发动机曲轴)旋转固定地(例如，不旋转的)耦接到第一支架。太阳齿轮可附加地沿与太阳齿轮旋转相反的方向驱动第二组行星齿轮旋转，其中第二组行星齿轮被相对于太阳齿轮(例如，发动机曲轴)非旋转固定地(例如，可旋转的)耦接到第二支架。第二组行星齿轮可以沿与太阳齿轮的旋转相反的方向驱动行星齿轮组的外圈。另外，第一组行星齿轮可以驱动第二组行星齿轮的第二支架以在与太阳齿轮的旋转相反的方向旋转。以该方式，外圈被第二支架沿与曲轴的旋转方向相反的方向的旋转驱动，且被第二组行星齿轮沿与曲轴的旋转方向相反的方向的旋转附加地驱动。
[0050]在606处，方法包括通过在第一方向驱动发动机曲轴来驱动直接耦接到行星齿轮组的外圈的非平衡质量以及沿与第一方向相反的第二方向驱动行星齿轮组的外圈。在示例中，行星齿轮组的外圈包括耦接到外圈的外圆周表面的单个非平衡质量。当外圈沿如前文描述的与曲轴的旋转相反的方向旋转时，外圈也沿与曲轴的旋转相反的方向驱动单个非平衡质量。
[0051]在608处，方法包括确定行星齿轮组的外圈的异步旋转是否需要。作为示例，控制器可以确定沿与曲轴的旋转相反的方向且以与曲轴的旋转不同的转速旋转非平衡质量(通过前文描述的外圈的旋转)可以对增加发动机性能是有利的(例如，减少发动机振动或增加发动机扭矩)。该确定可以基于如前文描述的发动机工况的测量。
[0052]如果在608处作出不异步地旋转行星齿轮组的外圈的决定，方法继续到610，在610处方法包括通过啮合直接耦接到行星齿轮组的单向离合器来以与发动机曲轴的旋转同步的速率驱动行星齿轮组的外圈。例如，控制器可以在608处确定了以与曲轴相同的速率旋转非平衡质量对基于发动机工况的发动机振动的减轻是有利的。控制器而后通过执行器(例如液压执行器或电磁执行器)来啮合单向离合器，或保持单向离合器的啮合，这样如前文描述的，曲轴可以驱动行星齿轮组的齿轮。
[0053]如果在608处作出异步地旋转行星齿轮组的外圈的决定，方法继续到612，在612处，方法包括通过经由耦接到离合器的执行器脱离单向离合器来以与发动机曲轴的旋转异步的速率驱动行星齿轮组的外圈，所述离合器直接耦接到行星齿轮组。例如，通过曲轴的外圈(以及单个非平衡质量)的旋转减少了发动机曲轴的由于曲轴的增加有效质量的净扭矩输出。作为结果，控制器可以在608处确定了以与曲轴的旋转不同的速率旋转非平衡质量对基于发动机工况的发动机力矩输出增加是有利的。作为第二示例，控制器可以在608处确定以与曲轴的旋转不同的速率旋转外圈(和单个非平衡质量)对于基于发动机工况减少发动机振动是有利的。在第一和第二示例二者中，控制器而后脱离单向离合器，或保持单向离合器的脱离，这样曲轴可不驱动行星齿轮组的齿轮。
[0054]方法而后继续到614，在614处方法包括确定外圈减速是否需要。作为示例，特别是当非平衡质量关于曲轴的旋转以增加的速率旋转的时候借助于减少非平衡质量的旋转速度，基于发动机工况针对提高发动机性能，通过控制器确定行星齿轮组的外圈的减速可以是需要的。该状况可以发生，例如，在发动机扭矩需求突然的减少后。
[0055]如果在614处外圈减速是被需要的，方法继续到616，在616处，方法包括通过经由耦接到刹车的执行器致动直接耦接到行星齿轮组的刹车来降低行星齿轮组外圈的旋转。例如，控制器可致动刹车施加一个力到行星齿轮组的外圈以降低外圈(和耦接的非平衡质量)的旋转速度。
[0056]以该方式，耦接到行星齿轮组的外圈的非平衡质量可沿与曲轴的旋转相反的方向旋转以减少发动机振动。另外，非平衡质量的旋转速度可以基于发动机工况和单向离合器和/或刹车的啮合或脱离被选择性确定。通过控制外圈的旋转速度，非平衡质量可在宽范围的发动机工况下提供发动机振动的有利减少，从而提高发动机性能。也可通过经由单向离合器选择性地脱离外圈的旋转提高发动机性能，从而减少曲轴的有效质量且增加净发动机扭矩。
[0057]在一个实施例中，曲轴包括围绕旋转轴线形成的轴，和耦接到轴的至少一个连杆轴承，其中曲轴具有由与轴同心布置的行星齿轮组形成的至少一个平衡单元和附接到行星齿轮组的至少一个非平衡质量，其中行星齿轮组包括第一级和第二级，其中第一级具有多个第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，且第二级具有多个第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈；其中轴被配置为行星齿轮组的太阳齿轮，且其中第一齿圈和第二行星架被旋转固定地连接在一起，以及至少一个非平衡质量被附接到第二齿圈。在曲轴的第一示例中，第一行星齿轮每个具有行星齿轮组的太阳齿轮的半径的一半的半径，其中第一齿圈具有行星齿轮组的太阳齿轮的半径的两倍的半径，其中第二行星齿轮每个具有与行星齿轮组的太阳齿轮的半径相同的半径，且其中第二齿圈具有行星齿轮组的太阳齿轮的半径的三倍的半径。曲轴的第二示例任选地包括第一示例且进一步包括其中曲轴具有至少一个功能单元且至少一个平衡单元被集成在至少一个功能单元中。曲轴的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个或二者，且进一步包括其中曲轴具有三个连杆轴承以及其中两个连杆轴承之间的角度是120°。曲轴的第四示例任选地包括第一示例到第三示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中第一行星架被旋转固定到内燃机的壳体。
[0058]在一个实施例中，系统包括内燃机的发动机曲轴；以及直接耦接到发动机曲轴且被发动机曲轴驱动的第一行星齿轮组，其中第一行星齿轮组包括第一外圈，以及其中第一外圈沿与发动机曲轴的旋转相反的方向旋转。在系统的第一示例中，系统包括恰好两个行星齿轮组，该两个行星齿轮组包括直接耦接到发动机曲轴且被发动机曲轴驱动的第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中第二行星齿轮组包括第二外圈，以及其中第二外圈沿与发动机曲轴旋转相反的方向旋转。系统的第二示例任选地包括第一示例且进一步包括其中第一外圈和第二外圈以与曲轴相同的速度旋转。系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个或二者，且进一步包括其中第一外圈和第二外圈的旋转通过发动机曲轴驱动。系统的第四示例任选地包括第一示例到第三示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中曲轴形成第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的太阳齿轮。系统的第五示例任选地包括第一示例到第四示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中第一和第二行星齿轮组的太阳齿轮沿与第一和第二外圈相反的方向旋转。系统的第六示例任选地包括第一示例到第五示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中第一和第二行星齿轮组是同步旋转的行星齿轮组。系统的第七示例任选地包括第一示例到第六示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中第一外圈包括恰好一个第一非平衡质量，以及第二外圈包括恰好一个第二非平衡质量。系统的第八示例任选地包括第一示例到第七示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中恰好一个非平衡质量直接耦接到第一行星齿轮组的第一外圈的外圆周表面，以及其中恰好一个第二非平衡质量直接耦接到第二行星齿轮组的第二外圈的外圆周表面。系统的第九示例任选地包括第一示例到第八示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中第一和第二行星齿轮组的太阳齿轮不具有任何非平衡质量。系统的第十示例任选地包括第一示例到第九示例中的一个或更多个或每一个，且进一步包括其中系统包括直接耦接到第一和第二行星齿轮组的单向离合器和刹车。
[0059]在一个实施例中，方法包括驱动通过发动机曲轴的旋转直接附接到发动机曲轴的行星齿轮组，其中行星齿轮组的外圈沿与发动机曲轴的旋转方向相反的方向旋转。方法的第一示例中，方法包括驱动直接耦接到行星齿轮组外圈的非平衡质量包括沿第一方向驱动发动机曲轴以及沿与第一方向相反的第二方向驱动行星齿轮组的外圈。方法的第二示例任选地包括第一示例且进一步包括通过脱离直接耦接到行星齿轮组的单向离合器来以与发动机曲轴的旋转异步的速率驱动行星齿轮组的外圈。方法的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个或二者，且进一步包括其中通过致动直接耦接到行星齿轮组的刹车来减速行星齿轮组的外圈的旋转。
[0060]注意，包括于此的示例控制和估计例程能够与多种发动机和/或车辆系统构造一起使用。公开于此的控制方法和例程可作为可执行指令被存储在非暂时存储器中且可由包括控制器的控制系统结合多种传感器、执行器和其它发动机硬件所实现。被描述于此的具体例程可代表一个或多个任意数量的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，被显示的多种动作、操作和/或功能可以以说明顺序被执行、或并行执行、或一些情况下被省略。同样，实现描述于此的实施例示例的特征和优势的处理顺序不是必须要求的，但被提供便于显示和描述。一个或多个所说明的动作、操作和/或功能可被重复地实施，这取决于所使用的具体策略。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可图表地表示被编程到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括多种发动机硬件组件结合电子控制器的系统中的指令被实现。
[0061]应当理解，公开于此的构造和例程本质上是示例性的，且这些具体的实施例不被考虑为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够被应用到V-6、1-4、I_6、V-12、对置4缸以及其它的发动机类型中。本公开的主题包括各种系统和配置，以及其它特征、功能、和/或公开于此的性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0062]随后的权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或关于此的同等物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或相关申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，都应被认为包含在本公开的主题之内。
【主权项】
1.一种曲轴，包括: 围绕旋转轴线形成的轴，和耦接到所述轴的至少一个连杆轴承，其中所述曲轴具有由与所述轴同心布置的行星齿轮组形成的至少一个平衡单元和附接到所述行星齿轮组的至少一个非平衡质量，其中所述行星齿轮组包括第一级和第二级，其中所述第一级具有多个第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，且所述第二级具有多个第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈；其中所述轴被配置为所述行星齿轮组的太阳齿轮，且其中所述第一齿圈和所述第二行星架被旋转固定连接在一起，以及所述至少一个非平衡质量被附接到所述第二齿圈。2.如权利要求1所述的曲轴，其中所述第一行星齿轮每个具有所述行星齿轮组的所述太阳齿轮的半径的一半的半径，其中所述第一齿圈具有所述行星齿轮组的所述太阳齿轮的所述半径的两倍的半径，其中所述第二行星齿轮每个具有与所述行星齿轮组的所述太阳齿轮的所述半径相同的半径，且其中所述第二齿圈具有所述行星齿轮组的所述太阳齿轮的所述半径的三倍的半径。3.如权利要求1所述的曲轴，其中所述曲轴具有至少一个功能单元并且所述至少一个平衡单元集成在所述至少一个功能单元中。4.如权利要求1所述的曲轴，其中所述曲轴具有三个连杆轴承并且其中两个连杆轴承之间的角度是120°。5.如权利要求1所述的曲轴，其中第一行星架被旋转固定地布置到内燃机的壳体。6.—种系统，包括: 发动机曲轴；以及 直接耦接到所述发动机曲轴且被所述发动机曲轴驱动的第一行星齿轮组，其中所述第一行星齿轮组包括第一外圈，并且其中所述第一外圈沿与所述发动机曲轴的旋转相反的方向旋转。7.如权利要求6所述的系统，其中所述系统包括直接耦接到所述曲轴的恰好两个行星齿轮组，所述齿轮组包括所述第一行星齿轮组和直接耦接到所述发动机曲轴且被所述发动机曲轴驱动的第二行星齿轮组，其中所述第二行星齿轮组包括第二外圈，以及其中所述第二外圈沿与所述发动机曲轴的旋转相反的方向旋转。8.如权利要求7所述的系统，其中所述第一外圈和所述第二外圈以与所述曲轴相同的速度旋转。9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一外圈和所述第二外圈的旋转通过所述发动机曲轴驱动。10.如权利要求9所述的系统，其中所述曲轴形成所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的太阳齿轮。11.如权利要求10所述的系统，其中所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮以与所述第一外圈和所述第二外圈相反的方向旋转。12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组是同步旋转的行星齿轮组。13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一外圈包括恰好一个第一非平衡质量，且所述第二外圈包括恰好一个第二非平衡质量。14.如权利要求13所述的系统，其中所述恰好一个第一非平衡质量直接耦接到所述第一行星齿轮组的所述第一外圈的外圆周表面，以及其中所述恰好一个第二非平衡质量直接耦接到所述第二行星齿轮组的所述第二外圈的外圆周表面。15.如权利要求14所述的系统，其中所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的太阳齿轮不具有任何非平衡质量。16.如权利要求15所述的系统，其中所述系统包括直接耦接到所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组的单向离合器和刹车。17.一种方法，包括: 通过发动机曲轴的旋转驱动直接附接到所述发动机曲轴的行星齿轮组，其中所述行星齿轮组的外圈沿与所述发动机曲轴的旋转方向相反的方向旋转。18.如权利要求17所述的方法，其中所述方法进一步包括驱动直接耦接到所述行星齿轮组的所述外圈的非平衡质量，这包括沿第一方向驱动所述发动机曲轴以及沿与第一方向相反的第二方向驱动所述行星齿轮组的所述外圈。19.如权利要求18所述的方法，进一步包括，通过脱离直接耦接到所述行星齿轮组的单向离合器，以与所述发动机曲轴的所述旋转异步的速率驱动所述行星齿轮组的所述外圈。20.如权利要求19所述的方法，进一步包括通过致动直接耦接到所述行星齿轮组的刹车来减速所述行星齿轮组的所述外圈的所述旋转。
【文档编号】F02B75/32GK106051042SQ201610356400
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】M·科霍斯罗维, S·奎林, M·卢茨
【申请人】福特环球技术公司