专利名称：用于机动车辆的多缸直列内燃发动机及其运行方法
技术领域：
本公开涉及机动车辆的多缸直列内燃发动机，其包括曲轴和补偿装置，其中曲轴在内燃发动机的运行期间围绕曲轴轴线旋转并且补偿装置用于至少部分补偿由旋转质量 在曲轴上产生的惯性力。本公开还涉及用于运行这种多缸直列内燃发动机的方法。
背景技术：
在具有例如三缸的多缸直列内燃发动机中，使用平衡物/平衡力或补偿装置来降低或阻止所产生的振动(特别是一阶激励)，振动由第一气缸和第三气缸施加在曲轴上，尤其以惯性力偶/惯性矩的形式。DE 102 45 376 Al描述了用于直列三缸往复活塞发动机的曲轴，其中提供了以180°的角度形成并且产生相等且反向的补偿力的两个补偿质量，以便降低曲轴轴承的轴承负载，由补偿力形成的补偿平面包括与第一曲拐成30°的角。另一种控制振动的方法包括接受传动系在车辆纵向方向上的高程度(即，高程度的所谓“横摆激励”)振动，以便实现传动系在竖直方向上的返回的小激励(即，小程度“俯仰激励”)。虽然这种方法在座轨(seat rail)和转向轮上产生较少振动(由于机动车辆的传递函数/传输功能)，但是实际上能够导致在发动机悬架上产生大预负载的状况或操纵时产生问题，正如当以第一挡起步时的状况，特别是在斜坡上或者当牵引拖车时，因为依赖负载的发动机悬置刚度(mount stiffness)在这种情况下被显著增大。在这种情况下，传动系在车辆纵向方向上(即，“横摆激励”)的刚体模式的频率从初始低于怠速的值增大到驱动运行中一般发动机转速范围内的值(例如，达到2500rpm)。因此，在车辆纵向方向上关于一阶激励的隔离/阻止(insulation)被显著降低。同时，由于燃烧期间的大负载，所以主燃烧阶中(在三缸直列发动机的情况下时I. 5阶)的较强激励发生在车辆纵向方向上。因此，一阶和I. 5阶中的较强激励导致调制和刺耳的发动机噪声以及导致座轨上的显著振动。因此，期望优化传动系相对驱动操纵器的振动行为，驱动操纵器在发动机安装件上产生较大的预负载。
发明内容
在一种方法中，可以使用消除一阶发动机激励的额外的平衡轴来解决上述问题，然而，这增加了发动机的复杂性并且因此增大了成本，以及摩擦和因此的耗油量。解决以上描述的问题，本公开提供了用于机动车辆的多缸直列内燃发动机，以及用于运行相同发动机的方法，该方法通过在复杂性方面相对小的花费而控制振动行为，特别是在机动车辆的起步期间的振动行为。以此方式，用于消除一阶发动机激励的额外的平衡轴可特别被免除，其从成本考虑是尤其有利的。根据本公开的多缸直列内发动机描述一种机动车辆，其包括曲轴、多个曲拐以及补偿装置，其中曲轴在内燃发动机的运行期间围绕曲轴轴线旋转，多个曲拐在关于曲轴轴线的轴向方向上相继于彼此，每一个曲拐与内燃发动机中对应的汽缸相连，并且补偿装置用于至少部分补偿由旋转质量在曲轴上产生的惯性力，补偿装置包括至少两个补偿质量/补偿块(mass)和根据发动机转速改变至少一个补偿质量相对曲轴的位置的设备。以此方式，本公开减小了在发动机悬架上产生较大预负载的情况和操纵中传动系在车辆纵向方向(即，“横摆激励”)上的振动，并且在没有大预负载(例如，处于怠速)的情况下接受传动系在车辆纵向方向上的较强振动。该方法源于这样的事实认知原则上，由于机动车辆的传递函数/传输功能(transmission function),平移质量力/平移惯性力的实际的100%补偿已经被证明是有利的，并且最终导致比其他情况在座轨和转向轮上实质更小的振动，所述其他情况例如平移质量力的30%或50%补偿，其中平移质量力与在车 辆纵向方向上的高程度振动和同时发生的竖直方向上相对小的激励一起。然而，该方法还考虑这样的进一步的认识，即在发动机悬架上产生大预负载的情况下，由旋转质量在曲轴上产生的惯性力的补偿的修改是期望的。因此，根据本公开，为了在发动机悬架(即，例如，当起步时，特别是在斜坡上或者拖拽拖车时)上产生较大预负载的情况中降低传动系在车辆纵向方向上的振动，提供至少部分补偿由旋转质量在曲轴上产生的惯性力的补偿阶的效果根据发动机的转速被实施，其反过来通过改变至少一个补偿质量相对曲轴的位置而被影响，从而响应于工况增大或降低惯性矩/转动惯量。本公开通过参考在附图中描述的示例性实施例在下面更详细地被说明。
图I示出用于三缸内燃发动机的曲轴的示意图，该曲轴配备有平衡力设备。图2示出了图I的设备的示意性侧视图。图3示出说明控制图I的内燃发动机的运行的设备的示意侧视图。图4示出运行图I的内燃发动机的示例性方法。
具体实施例方式如在图I中不出的，根据本公开的多缸内燃发动机100包括三个汽缸1、2和3以及在其中可移动的活塞4、5和6，其还具有曲轴10，曲轴10在内燃发动机100的运行期间围绕设置在所显示的坐标系统中的X-方向上的曲轴轴线15旋转。沿所述曲轴轴线15相继的曲拐11、12和13被设置在曲轴10中，如在图I中以简化线性形式示出，并且一般围绕曲轴轴线15以120°的角度间隔分布。根据本公开的多缸内燃发动机100可以具体是三缸直列内燃发动机并且可被包括在车辆中。内燃发动机100的带轮21和飞轮22被设置在曲轴10的对置端；如期望的，带轮21提供驱动旋转力以旋转曲轴10和飞轮22来存储和释放旋转能量。图2提供了图I的曲轴组件的替代侧视图。如在图I中示出的，进一步提供包括两个补偿质量31、32的补偿装置。该补偿装置用来至少部分补偿由旋转质量在曲轴10上产生的惯性力。虽然未在图I中示出，但是除了补偿质量31、32的其他补偿质量或平衡物可被设置在例如曲拐11和曲拐13上。
在所说明的示例性实施例中，补偿质量31、32被相对彼此以大致180° (例如180° ±5° )的角度设置，即被设置在与曲轴轴线15垂直的共同平面上。此外，这些补偿质量31、32中的一个补偿质量31被设置在带轮21上并且另一补偿质量32被设置在飞轮22上。因此，补偿质量31、32在沿设置在轴线方向上的曲轴轴线 15之间的距离大于两个外曲拐(或者在轴向方向上距离最远的两个曲拐)11、13之间的最大距离。原则上，在这种结构中，在曲轴10上产生的惯性力的补偿由补偿装置实现，该补偿可由这样一种方式调整，即其对应于平移质量力的至少80%被补偿。更具体地，平移质量力可以其他值被补偿，例如至少90%或100%，以便内燃发动机100可在特定的公差内运行。然而，根据本公开，虽然补偿装置的此行为可在内燃发动机100的怠速期间被实现，但是其效果可在例如当车辆起步时的较高发动机转速处被改变。响应于这种现象，如在图3中显示的，提供设备25，设备25根据发动机转速改变至少一个补偿质量31相对曲轴10的位置。在示例性实施例中，被设置在带轮21上的补偿质量31的位置被改变，然而，补偿质量31、32(或者可提供的任何其他的补偿质量)的任何组合的位置可由设备25改变。根据本公开，补偿质量31相对曲轴10的位置改变在示例性实施例中通过改变该补偿质量31相对曲轴轴线15在径向方向上距曲轴10的距离而被实现。设备25可包括弹簧26，弹簧26可被附接至补偿质量31并且可将补偿质量31连接至曲轴10，并且可被用于改变补偿质量31的位置。在图3中，相关补偿质量31的位置仅被示意性并且定性地以两种不同的情况示出，由A指示的位置对应于例如处于内燃发动机100的怠速或者低于怠速的位置，并且由B指示的位置(并且由虚线示出)对应于高于怠速的发动机转速情况(例如，转速为2500rpm)。然而，补偿质量31可通过另一种方式被放置以实现期望的性能。注意，朝向曲轴10移动补偿质量31 (即，减小相对曲轴轴线15在径向方向上在曲轴10和31之间的距离)降低了带轮21的惯性矩。因此，在发动机100具有小预负载的工况期间，例如发动机怠速期间，补偿质量31可补偿大量惯性力，以便接受传动系在车辆纵向方向的大振动以及在车辆竖直方向上的相应小振动。可替代地，在发动机100导致更高发动机转速的工况期间，例如起步期间，特别是在斜坡上或者当发动机100处于重载时，补偿质量31可由设备25移离曲轴10 (曲轴10和补偿质量31之间的距离可被增大)。因为相对一阶激励在车辆纵向方向上的隔离/阻止(insulation)在大预负载状况期间被显著减小，所以这在发动机悬架上产生大预负载的情况下，也具有减小传动系在车辆纵向方向上的振动的额外益处。以此方式，用来改变至少一个补偿质量31的位置的设备25可根据发动机的转速改变所述至少一个补偿质量31在相对曲轴轴线15的径向方向上距曲轴10的距离。图4示出了运行内燃发动机100的示例性方法，其中补偿质量31、32的距离在发动机的运行期间响应于发动机转速被调整。在步骤402，检测发动机100的工况。例如，可以检测发动机的发动机转速或预负载状况。在步骤404，被检测的状况可被估计，并且确定发动机转速或负载是否超过阈值。如果确定发动机以第一状况运行，在第一状况中发动机转速超过阈值，例如如果大于2500rpm，则方法进行至步骤406，其中至少一个补偿质量31被移动以便被定位于距与曲轴10的距离增大。如果确定发动机以第二状况运行，在第二种状况中发动机转速没有超过阈值，例如在怠速状况期间，则方法进行至步骤408，其中所述至少一个补偿质量31被移动以便被定位于距曲轴10的距离减小。以此方式，位置改变至少暂时以这样一种方式被实现，即补偿质量31、32中的至少一个相对曲轴轴线15在径向方向上距曲轴10的距离随着发动机转速升高而增大。这可通过线性方式发生，从而补偿质量31和曲轴10之间的距离相对发动机转速改变而线性地增大和减小。可替代地，位置可被预限定，从而每个预限定位置对应于具体的发动机转速或转速范围，并且一旦发动机100达到对应的具体转速或转速范围，则补偿质量31位于预限定位置处。因此，根据 本公开，由补偿装置实现的平移质量力的补偿可随着发动机度的增大而被减小，以便考虑例如发动机悬架上大预负载的情况，如在例如以第一档起步时发生的情况。
权利要求
1.一种用于机动车辆的内燃发动机，其包括 曲轴，所述曲轴在所述内燃发动机的运行期间围绕曲轴轴线旋转； 多个曲拐，所述多个曲拐在相对于所述曲轴轴线的轴向方向上相继于彼此，每个曲拐与所述内燃发动机中对应的汽缸关联；以及 补偿装置，所述补偿装置用于至少部分地补偿由旋转质量在所述曲轴上产生的惯性力，所述补偿装置包括至少两个补偿质量和用于根据发动机转速改变至少一个所述补偿质量相对所述曲轴的位置的设备。
2.如权利要求I所述的内燃发动机，其中用于改变至少一个所述补偿质量的位置的所述设备根据发动机转速改变至少一个所述补偿质量在相对所述曲轴轴线的径向方向上距所述曲轴的距离。
3.如权利要求I所述的内燃发动机，其中用于改变至少一个所述补偿质量的位置的所述设备根据发动机转速改变设置在带轮上的补偿质量相对所述曲轴的位置。
4.如权利要求I所述的内燃发动机，其中用于改变至少一个所述补偿质量的位置的所述设备包括弹簧。
5.如权利要求I所述的内燃发动机，其中所述内燃发动机是三缸直列内燃发动机。
6.一种运行机动车辆中内燃发动机的方法，其包括 在所述内燃发动机的运行期间，使用带轮驱动所述内燃发动机的曲轴以围绕曲轴轴线旋转，所述曲轴包括多个曲拐，所述曲拐在相对所述曲轴轴线的轴向方向上相继于彼此，每个曲拐与所述内燃发动机中对应的汽缸关联；并且 使用补偿装置至少部分地补偿由旋转质量在所述曲轴上产生的惯性力，所述补偿装置包括至少两个补偿质量，至少一个所述补偿装置的位置根据发动机的转速而被改变。
7.如权利要求6所述的方法，其中因为至少一个所述补偿质量在相对所述曲轴轴线的径向方向上距所述曲轴的距离随发动机转速的升高而增大，从而至少暂时实现至少一个所述补偿质量的位置的改变。
8.如权利要求6所述的方法，其中因为由所述补偿装置实现的所述平移质量力的补偿随发动机转速的升高而减小，从而至少暂时实现至少一个所述补偿质量的位置的改变。
9.如权利要求6所述的方法，其中在怠速处，所述补偿质量以这样的方式被设置，即由补偿装置实现对所述曲轴上产生的惯性力的补偿对应于对所述平移质量力的至少90%的补偿。
10.如权利要求6所述的方法，其中至少一个补偿质量被设置在所述带轮上。
11.一种发动机方法，其包括 在第一状况期间，增大补偿质量和发动机曲轴之间的距离；以及 在第二状况期间，减小所述距离。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一状况的发动机转速高于所述第二状况的发动机转速。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述距离在发动机运行期间响应于发动机转速被调整。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一状况是高于怠速的发动机转速，并且所述第二状况是位于怠速或低于怠速的发动机转速。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述距离由包括附接至所述补偿质量的弹簧的设备调整。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述补偿质量被设置在带轮上，所述带轮被附接至所述发动机曲轴。
17.如权利要求16所述的方法，其中第二补偿质量被设置在飞轮上，所述飞轮被与所述带轮对置地附接至所述发动机曲轴。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述第一状况的发动机负载大于所述第二状况的发动机负载。
19.如权利要求11所述的方法，其中在所述第一状况期间，所述补偿质量被设置成以便由补偿装置实现的对曲轴上产生的惯性力的补偿对应于比在所述第二工况期间实现的更小的平移质量力的补偿。
20.如权利要求11所述的方法，其中包括弹簧的设备改变所述补偿质量和所述曲轴之间的距离。
全文摘要
本公开涉及用于机动车辆的多缸直列内燃发动机，其包括曲轴、多个曲拐以及补偿装置，其中曲轴在内燃发动机的运行期间围绕曲轴轴线旋转，曲拐在轴向方向相继连接并且每一个曲拐与内燃发动机中对应的汽缸相连，并且补偿装置用来至少部分补偿由旋转质量在曲轴上产生的惯性力。多缸直列内燃发动机具有这样一种设备，该设备可根据发动机的转速改变至少一个补偿质量相对曲轴的位置。本公开还涉及运行这种多缸直列内燃发动机的方法。
文档编号F02B75/20GK102635442SQ20121002853
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月9日 优先权日2011年2月9日
发明者M·罗里格, S·奎林 申请人:福特环球技术公司