发动机及用于发动机的平衡质量和驱动的制作方法

专利名称：发动机及用于发动机的平衡质量和驱动的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机中的平衡质量，并且尤其涉及发动机中用于平衡质量的 驱动。
背景技术：
发动机中的曲轴与诸如曲柄销、连杆等的附加连接机械部件一起的旋转运动可 产生不平衡的惯性力矩和/或力。这些力矩和/或力会对车辆操作者造成不合需要的噪 声振动和不舒适性。平衡惯性力矩和/或力的一种方法包括提供沿与曲轴平行的轴线旋转且在与曲 轴相反的方向上的平衡轴。然而，发明人在此认识到与这样的方法相关的各种问题。平 衡轴诸如在放置于“V”型发动机的谷中、放置在汽缸盖内或放置在汽缸体的油底壳中 时，可在汽缸体中占用相当大的空间。此外，如果将平衡轴诸如以同心的方式设置在凸 轮轴中，则使平衡轴沿预期的方向并以预期的速度旋转可引起与驱动系统相关的问题， 延长了发动机的总长度，从而使包装空间和重量问题恶化。

实用新型内容本实用新型解决了现有技术中的上述技术问题。因此，在此提供系统、装置和方法。在第一示例中，发动机包括凸轮轴；平 衡轴，其设置在凸轮轴的内部以内；以及第一齿轮，其在平衡轴与凸轮轴的中间，该齿 轮驱动平衡轴，以使该平衡轴绕与发动机的曲轴大致平行的第一轴线旋转，该平衡轴还 沿与曲轴相反的方向旋转。这样，能够经由一个或更多个齿轮驱动平衡轴，以提供预期的旋转速度(例 如，以便匹配曲轴的正时)和减小包装空间。此外，第一示例还可包括被构造成行星齿 轮组的附加齿轮。在第二示例中，用于发动机的平衡质量和驱动包括行星齿轮组，其包括太阳 齿轮、环形齿轮和安装在支架上的多个小齿轮，环形齿轮具有与多个小齿轮的第一小齿 轮啮合的内部；输入，其联接至行星齿轮组的输入齿轮，该输入齿轮是环形齿轮、支架 或太阳齿轮中的一个；平衡质量，其联接至行星齿轮组的输出齿轮，输出齿轮包括环形 齿轮、支架或太阳齿轮中的一个，输出齿轮不同于输入齿轮并构造成驱动平衡质量以使 该平衡质量绕与曲轴大致平行的第一轴线并沿与曲轴相反的方向旋转。通过利用行星齿轮组，能够提供一种紧凑的驱动，其在能够以预期的速度且沿 预期的方向驱动平衡质量(诸如平衡轴)的同时使平衡质量和驱动的重量和包装空间最小 化。平衡质量可包括设置在凸轮轴中的平衡轴以及被包括在输出齿轮中的诸如加重齿轮 或摆锤的附加质量，以提供平衡质量和驱动的灵活布置以及这样的平衡质量和驱动容易 地适应各种范围的发动机构造(包括“V”型构造、“I”型构造、3、4、5、6、8、10 和12个汽缸的发动机等)。[0009]根据另一方面，为平衡发动机的旋转力矩提供行星齿轮组。行星齿轮组包括 太阳齿轮，其构造成沿与发动机的曲轴相反的方向旋转，该太阳齿轮联接至平衡质量并 驱动平衡质量以使该平衡质量绕与曲轴大致平行的第一轴线旋转；环形齿轮，其具有齿 形内部；以及联接至支架的多个小齿轮，所述多个小齿轮包括与环形齿轮的内部啮合的 第一小齿轮，所述多个小齿轮还包括与太阳齿轮啮合的第二小齿轮，第二小齿轮沿曲轴 的方向旋转。[0010]根据又一方面，发动机包括曲轴，其联接至发动机的汽缸，汽缸沿第一旋转 方向绕第一旋转轴线驱动曲轴，曲轴从汽缸体的第一端延伸出并且还具有在汽缸体的第 一端上的曲柄齿轮；凸轮轴，其包括与曲柄齿轮啮合的凸轮齿轮；平衡轴，其设置在凸 轮轴内，且沿不同于第一旋转方向的第二旋转方向并绕与第一旋转轴线大致平行的轴线 旋转；以及行星齿轮组，其包括太阳齿轮，其构造成沿第二旋转方向旋转，该太阳齿 轮联接至平衡轴并驱动该平衡轴；环形齿轮，其具有齿形内部并由凸轮齿轮驱动；以及 联接至支架的多个成对小齿轮，成对小齿轮包括与环形齿轮的内部啮合的第一小齿轮和 不同于第一小齿轮并与太阳齿轮啮合的第二小齿轮，支架经由星型底座安装至汽缸体， 使得多个成对小齿轮可旋转但相对于汽缸体大致不运动。[0011]应理解的是，提供以上的实用新型内容以便以简化的方式介绍将在随后的详细 说明中进一步描述的概念的选择。这不是意味着确定要求保护的主题的重要的或基本的 特征，要求保护的主题的范围由遵循详细说明的权利要求限定。此外，要求保护的主题 不局限于解决上述或在本实用新型的任何部分中的任何缺点的实施方式。


[0012]图1示出包括平衡系统的示例性发动机的各方面。[0013]图2示出示例性发动机的俯视图。[0014]图3示出图2的发动机的侧向透视图。[0015]图4示出包括作为用于平衡质量的驱动的行星齿轮组的示例性发动机系统。[0016]图5示出图4的包括支架的发动机。[0017]图6示出包括太阳齿轮、环形齿轮和多个成对小齿轮的示例性行星齿轮组。[0018]图7示出图6的还包括安装至汽缸体的支架的行星齿轮组。[0019]图8示出包括行星齿轮组的示例性平衡轴和驱动。[0020]图9示出用于平衡质量的附加示例性驱动。[0021]图10示出用于平衡质量的另一示例性驱动。[0022]图11示出包括两个平衡质量驱动的另一示例性发动机。[0023]图12示出第一示例性齿轮。[0024]图13示出第二示例性齿轮。[0025]图14示出第三示例性齿轮。[0026]图15示出第四示例性齿轮。[0027]图16示出包括示例性凸轮轴的汽缸体的示例部分的各方面，该示例性凸轮轴具 有设置在内部的示例性平衡轴。[0028]图17示出第一示例性平衡轴的截面。[0029]图18示出第二示例性平衡轴的截面。[0030]图19示出第三示例性平衡轴的截面。[0031]图20示出具有不恒定(变化)截面的示例性平衡轴。[0032]图21示出具有不恒定(变化)截面的附加平衡轴。[0033]图22图解用于平衡示例性发动机内的力矩和/或力的方法。
具体实施方式
[0034]作为一个示例，图1示出可被包括在车辆中的发动机10(诸如柴油发动机或汽油 发动机)的各方面。发动机10可具有多个汽缸，例如包括两个汽缸，即第一汽缸12和 第二汽缸14，各汽缸均包括活塞(分别为16和18)。汽缸12内燃料的燃烧驱动第一活 塞16 ；同样地，第二汽缸14内燃料的燃烧驱动第二活塞18。活塞16和18经由第一和 第二连杆沈和28在第一和第二曲柄销22和M处联接至曲轴20。这样，汽缸(例如12 或14)可联接至曲轴20并经由燃烧来驱动曲轴20。示出绕垂直于页面的第一轴线沿第一 方向开始驱动曲轴20，其中所述第一方向的一个示例为逆时针方向30。发动机10的另 一示例包括沿顺时针方向旋转的曲轴20。[0035]如以下进一步讨论地，至少参考图2，在“V”型的两组汽缸中每组汽缸各包括 一个汽缸12和14。汽缸之间的第一角度32被示为90度。发动机10的其他示例包括 诸如45、60、72和120度的其他第一角度32。此外，曲柄销22与M可分开第二角度 34。在当前示例中，第二角度34为120度，并因此与第一角度不同。在另一示例中， 第二角度34可以是不同于120度的不同量，并且可等于第一角度32。此外，在包括两个 以上汽缸的发动机10的示例中，顺序的汽缸的曲柄销之间的角度可改变。[0036]当燃料在发动机10中燃烧时，第一燃烧事件36与第二燃烧事件38之间经过一 时间。点火间隔可被测量为第三角度40，该第三角度40为曲轴20在燃烧事件36与燃烧 事件38之间旋转的角度量。在包括两个或更多个汽缸的发动机10的示例中，发动机10 可具有点火次序，以确定发动机10的汽缸内的燃烧事件的次序性(OTdinality)。发动机10 可包括基于汽缸的数量、汽缸组之间的角度(例如32)和曲柄销之间的角度(例如34)的 点火次序，至少参考图2，将进一步详细地讨论该点火次序的示例。此外，点火次序内的 顺序燃烧事件之间的点火间隔可以不是恒定的，例如可以是不均勻的点火次序。在一些 这样的示例中，角度40可以仅仅是在第一燃烧事件36与第二燃烧事件38之间的间隔， 并且可以不等于第二燃烧事件38与第三燃烧事件(未示出)之间的间隔。[0037]发动机10的元件和部件(例如活塞16和18、连杆沈和观、曲柄销22和M以 及曲轴20)的运动可以是平移的和旋转的。发动机10的平移运动以及发动机10的旋转 力矩(例如主力矩和/或副力矩)会产生噪声、振动和不舒适性(NVH)。在一个示例 中，当发动机10改变速度时，转动惯量会在发动机中产生转矩，导致NVH。在另一示 例中，由于运动部件与联接至发动机但相对于诸如发动机安装系统(在框42处象征性地 示出)的示例性车辆静止的部件之间的力，所以发动机10的平移运动或旋转运动会产生 NVH。这样，发动机10中的不平衡力会导致增加车辆的磨损且降低车辆的驱动性能的 NVH问题。[0038]可通过附连至曲轴20的配平重量、曲柄销分离(例如角度34)、点火间隔(例如角度40)和集成到发动机安装系统42中的减震系统和装置来减轻一些NVH问题。在 一些附加示例性发动机中，如果在发动机中没有包括另外的发动机系统或装置以平衡曲 轴及其所连元件及部件的运动，则特定的汽缸角度(例如在V6发动机中为60、72或90 度)的使用可导致复杂并且笨重的曲轴。在本示例中，通过包括平衡质量46的平衡系统44来至少部分地减轻发动机10 内的不平衡力。在本示例中，联接至平衡质量46的驱动48使质量46沿与曲轴20的方 向30相反的顺时针方向50旋转。另外，平衡质量46可沿逆时针方向旋转。此外，平 衡质量46的旋转可以绕与曲轴20的旋转轴线大致平行的轴线，并且还可以大致平行于曲 轴20。旋转的平衡质量46可具有其自身的惯性力矩，并且还可根据曲轴20的旋转来进 一步设置该旋转的平衡质量46的速度，以抵消发动机10内的一个或更多个力。如在以下示例中所描述地，驱动48可以是行星齿轮组。另外，(以下同样描述 的)示例性平衡质量46可以是当旋转时产生惯性力矩和/或力的平衡轴、摆锤或其他装 置。图2示出示例性发动机210的俯视图，该发动机210是参考图1所描述的发动机 10的一个示例。发动机210包括六个汽缸212-222。发动机210还包括曲轴228、凸轮 轴230和构造成平衡轴232的平衡质量，该平衡轴232设置在凸轮轴230的内部内。汽缸212、216和220布置在第一汽缸组224中，而汽缸214、218和222布置在 第二汽缸组226中，两个汽缸组224与226分开90度并形成“V”型构造的发动机。发 动机210的其他示例包括诸如45、60和120的其他分离角度，以及诸如V8、V10、14和 16的其他构造。现在转向图3，示出发动机210的侧向透视图。发动机210还包括凸轮齿轮 234、平衡驱动236和曲柄齿轮238。曲轴228绕轴线240沿逆时针方向242旋转。在本 示例中，曲轴228还包括被示出与凸轮齿轮234啮合的曲柄齿轮238。在一个示例中， 平衡驱动包括在平衡轴232与凸轮轴230中间的第一齿轮，该齿轮驱动平衡轴以绕与发动 机210的曲轴228大致平行的第一轴线(例如轴线244)旋转，平衡轴232还沿与曲轴228 相反的方向(例如顺时针方向246)旋转。此外，驱动236可以通过与凸轮齿轮234啮合 而在凸轮轴230的中间。在附加示例中，驱动236例如可经由曲柄齿轮238联接至曲轴 228。在一些示例中，发动机210具有点火次序、示例性点火间隔、示例性曲柄销角 度和/或可导致主惯性力矩的汽缸组之间的示例性角度。在一个示例中，不是由添加到 曲轴的曲柄销和/或配重来平衡主惯性力矩。实际上，驱动236使平衡轴232以等于曲 轴228的速度绕与曲轴228大致平行的轴线旋转。由于平衡轴232沿与曲轴228相反的 方向旋转，所以其沿与曲轴228相反的方向产生力矩，以便大致平衡发动机210中由曲轴 228的主力矩所产生的力和/力矩。在另外的示例中，驱动236可使平衡轴232以曲轴228的速度的两倍速度来旋 转。因此，可减轻和/或平衡曲轴的副力矩(例如是由于示例性曲柄销的旋转而造成 的)。这样，平衡轴232可以以不同速度旋转，以产生不同的惯性力矩。此外，平衡轴 232的形状可产生变化力矩(参考图4-9和图19-22讨论其他示例)。图4示出示例性发动机系统410的各方面。发动机系统410包括作为用于平衡质量的驱动的一个示例的行星齿轮组412，如上所述，该驱动包括用于使平衡质量旋转的 第一齿轮。发动机系统410包括通过使曲柄齿轮418与凸轮齿轮420啮合而联接至示例 性凸轮轴416的示例性曲轴414。因此，凸轮齿轮由曲柄齿轮驱动，以使凸轮轴416、燃 料泵齿轮422和环形齿轮4 旋转。在一些示例中，燃料泵齿轮422驱动向发动机系统 410的直喷式燃料喷射器提供燃料的高压燃料泵。[0047]行星齿轮组412包括太阳齿轮426、环形齿轮4M和多个小齿轮(包括第一小齿 轮4 和第二小齿轮430)。所述多个小齿轮4 和430可被安装在支架上(如以下参考 图5所示)。此外，在本示例中，环形齿轮4M具有与第一小齿轮428中的每个小齿轮 啮合的内部432。环形齿轮由凸轮齿轮驱动；结果环形齿轮可以是行星齿轮组的输入齿 轮。[0048]本示例还包括可选导引件434，以保持第一小齿轮4 朝向凸轮轴416的方向。 同样在本示例中，第一小齿轮4 与第二小齿轮430啮合，该第二小齿轮430继而与太阳 齿轮似6啮合并驱动该太阳齿轮426。太阳齿轮可以是行星齿轮组412的输出齿轮，并且 还可联接至平衡轴(例如在图8中所示)。这样，行星齿轮组412可被构造成驱动示例性 平衡质量，以使该示例性平衡质量绕与曲轴大致平行的第一轴线旋转。另外，可将平衡 质量集成到太阳齿轮426中(如以下参考图12-15更详细地描述)。任何旋转质量均具 有惯性力矩；然而，例如包括镂空部分或密度增大材料部分的齿轮可具有特定预期的力 矩。此外，这样的平衡质量可以是从太阳齿轮4 延伸出的摆锤。此外，本示例中包括 第一和第二小齿轮会导致行星齿轮组412沿与曲轴相反的方向驱动这样的平衡质量。[0049]此外，可齿接太阳齿轮426，以使该太阳齿轮426以曲轴414的角速度的整数倍 旋转。在第一示例中，齿接行星齿轮组412，以使太阳齿轮426以与曲柄齿轮418相同 的角速度和/或径向速度旋转。在这样的示例中，太阳齿轮426的周边可等于曲柄齿轮 418的周边。在第二示例中，齿接行星齿轮组412，以使太阳齿轮426以曲柄齿轮418的 速度的两倍旋转。在这样的示例中，太阳齿轮426的周边可以是曲柄齿轮418的周边的 一半。[0050]在本示例中，凸轮轴416可以是经由凸轮齿轮420到输入齿轮(例如环形齿轮 424)的输入。在发动机系统410的其他示例中，太阳齿轮4 和由示例性支架驱动的(在 428和/或430处的)小齿轮可以是示例性输入齿轮。此外，曲轴416可以是到行星齿 轮组412的输入齿轮的输入。同样在本示例中，太阳齿轮似6是联接至平衡质量(未示 出)的示例性输出齿轮。在附加示例中，环形齿轮4M和小齿轮428与430可以是示例 性输出齿轮。此外，尽管本示例仅示出(例如，在曲柄齿轮418与凸轮齿轮420啮合的 436处)经由齿或嵌齿直接啮合的齿轮，但在附加示例中，在发动机系统410中可包括其 他的机械链接(诸如链)。[0051]现在转向图5，示出发动机系统410包括支架510。在本示例中，(诸如在图4 中所示的4 和430处的)示例性的多个小齿轮可安装至支架510。在本示例中，所述 多个小齿轮可旋转但相对于装有支架的汽缸体(未示出)大致不运动。支架510可包括 (诸如在512、514和516处的)星型底座，以定位和保持邻近示例性汽缸体的支架。发 动机系统410的其他示例可包括用于(例如分别为4 和426的)示例性环形齿轮或太阳 齿轮的安装件，并且支架510可以是输入齿轮或输出齿轮中的一者。[0052]图6示出可用于发动机系统410的示例性行星齿轮组610，其包括太阳齿轮 612、环形齿轮614和多个成对小齿轮616。太阳齿轮612构造成沿旋转方向618旋转。 旋转方向618可绕与示例性曲轴大致平行的轴线但是与这样的曲轴的旋转相反。在中间 无任何齿轮以驱动平衡质量的情况下，太阳齿轮612可直接联接至诸如平衡轴的平衡质 量。环形齿轮614可具有齿形内部620。此外，环形齿轮614可由凸轮齿轮622驱动， 并且同样可沿方向618旋转。所述多个成对小齿轮616可联接至示例性支架(如参考图5和7所描述)。此 外，在本示例中，各成对小齿轮616包括与环形齿轮614的内部啮合的第一小齿轮624和 与第一小齿轮624不同并与第一小齿轮624和太阳齿轮612啮合的第二小齿轮626。在本 示例中，示出第二小齿轮626沿与太阳齿轮612相反的方向628旋转，以便沿方向618驱 动太阳齿轮612。这样，包括成对小齿轮则可以控制诸如太阳齿轮的输出齿轮的方向。行 星齿轮组610的其他示例可以仅包括与环形齿轮614和太阳齿轮612啮合的单个小齿轮。此外，根据已知的行星齿轮技术，太阳齿轮、环形齿轮614和多个成对小齿轮 616之间的尺寸比，以及对于齿轮是输入还是输出齿轮的选择可确定输入齿轮与输出齿 轮之间的行星齿轮比。在本示例中，太阳齿轮612为输出齿轮，而环形齿轮为输入齿轮 614。齿轮之间的比意味着，环形齿轮614每转一圈，太阳齿轮612转动A/X圈，其中 A是沿环形齿轮的内部620的齿或嵌齿的数量，而S是沿太阳齿轮612的齿的数量。在 一个示例中，太阳齿轮612包括105个齿，而环形齿轮614包括210个齿，导致环形齿轮 614每转一圈，太阳齿轮612则转动两圈。此外，如果在齿轮传动中齿的尺寸是恒定的， 则太阳齿轮的周边(和半径)为环形齿轮的内部的周边(和半径)的一半。在第一示例中，行星齿轮组610的示例性输入齿轮与示例性输出齿轮之间的行 星齿轮比驱动了示例性平衡质量，以使该示例性平衡质量以示例性曲轴的速度的两倍速 度旋转。在这样的示例中，环形齿轮与太阳齿轮之间的齿的比(例如量A/S)为4，使得 对于环形齿轮614的每次旋转，太阳齿轮612旋转4次。这样，可通过联接至平衡质量 的输出齿轮匹配具有示例性曲轴的旋转频率的两倍频率的示例性曲轴及其所连部件与元 件的副力矩的调速。在第二示例中，输入齿轮与输出齿轮之间的行星齿轮比驱动平衡质 量，以使该平衡质量以等于曲轴速度的速度旋转。类似地，可通过输出齿轮匹配示例性 曲轴及其所连部件与元件的主力矩的调速。图7示出行星齿轮组610的另一视图，其包括在714、716和718处经由星型底 座安装至汽缸体712的支架710。支架710安装至汽缸体712，使得多个成对小齿轮616 可旋转但相对于汽缸体712大致不运动。在行星齿轮组610的其他示例中，支架710可 连接至其他齿轮或轴以用作输入齿轮或输出齿轮。在这样的示例中，例如612的示例性 太阳齿轮或环形齿轮614可安装至汽缸体712，使得它们相对于汽缸体712不旋转。图8示出示例性平衡轴810和驱动，其包括行星齿轮组812且可用于发动机系统 410。平衡轴810设置在凸轮轴814内。如上所述，凸轮齿轮816是到输入齿轮、环形 齿轮818的输入。环形齿轮818与至少第一小齿轮820联系，该第一小齿轮820继而与 第二小齿轮822联系，该第二小齿轮驱动太阳齿轮824。太阳齿轮824直接联接至构造成 平衡轴810的平衡质量，并使平衡轴810绕与示例性曲轴平行的轴线、但沿与曲轴相反的 方向旋转。[0058]图9示出用于平衡质量的附加示例性驱动，该附加示例性驱动在此可用于示例 性发动机。在本示例中，曲轴910可以是联接至支架912的输入，该支架912可以是行星 齿轮组914的输入齿轮。在本示例中，曲轴910经由链916联接至支架912。当曲轴沿 第一方向918旋转时，支架也沿第一方向918旋转，这继而驱动小齿轮920。小齿轮920 与环形齿轮922和太阳齿轮924啮合。在本示例中，环形齿轮922经由星形底座拟8安 装至汽缸体926，使得该环形齿轮922相对于汽缸体拟6旋转。小齿轮920沿方向930， 即与918相反的第二方向，驱动太阳齿轮924。太阳齿轮拟4可以是联接至诸如(如上所 述)设置在示例性凸轮轴内的平衡轴的平衡质量的输出齿轮。行星齿轮组914的齿轮传动 可以以曲轴910速度的两倍速度来驱动太阳齿轮，以便大致减轻曲轴910的副力矩。在 本示例中，凸轮齿轮932没有直接联接至行星齿轮组914，但其可驱动燃料泵齿轮934。[0059]图10示出用于平衡质量的另一示例性驱动，该另一示例性驱动可与在此描述的 示例性发动机一起使用。在本示例中，曲轴1010驱动示例性凸轮齿轮1012。凸轮齿轮 1012与燃料泵齿轮1014和行星齿轮组1018的环形齿轮1016的外部啮合。当曲轴沿第 一方向1020旋转时，其沿相反方向1022驱动凸轮齿轮1012。此外，当在齿轮之间传递 旋转能量时，小齿轮IOM与环形齿轮1016和太阳齿轮10 啮合，以便沿方向1022驱动 太阳齿轮1(^6。在本示例中，支架10 安装至汽缸体1030，使得该支架10 相对于汽 缸体1030不旋转，并使得小齿轮IOM可旋转。在本示例中，太阳齿轮拟4可以是联接 至诸如设置在汽缸体1030内的示例性平衡轴的平衡质量的输出齿轮。在其他示例中，平 衡轴可设置在汽缸体1030的油底壳、谷或汽缸盖中。此外，如以下参考图12-15所描述 地，可将平衡质量集成到行星齿轮组1018中。[0060]图11示出包括两个驱动(即第一驱动1112和第二驱动1114)的另一示例性发动 机1110。在本示例中，各驱动1112和1114均包括第一齿轮，并且可以是行星齿轮组， 如上所述，在发动机1110的一端上的一个行星齿轮组和在发动机1110的另一端上的另一 行星齿轮组。在本示例中，各驱动1112和1114均联接至示例性凸轮轴(例如第一驱动 1112经由凸轮齿轮1116联接)。在其他示例中，驱动可联接至平衡轴和/或曲轴1118。 如上所述，曲轴1118的旋转经由曲柄齿轮1120传递至凸轮齿轮1116。虽然包括两个驱 动可延长发动机1110，不过由于凸轮轴可以不包括平衡轴，所以该凸轮轴可具有更小的 直径。[0061]此外，本示例可相对于可被产生以抵销曲轴1118力矩的力矩提供增强的灵活 性。曲轴1118可沿第一方向1122绕轴线IlM旋转。第一和第二驱动1112和1114可 使附连到或集成到驱动的输出齿轮中的两个示例性平衡质量沿(与方向1122相反的)方 向11 绕平行于轴线1124的轴线11 旋转。这样的平衡质量可以以曲轴旋转的180度 分开，并且质量的量可不同。可通过发动机1110的汽缸的数量、曲轴1118的形状、点 火次序等来确定对于质量的量和位置的选择。[0062]图12-15示出示例性齿轮，其包括集成到齿轮中的平衡质量，并且可与在此描 述的示例性发动机一起使用。此外，图12-15是这样的齿轮的非限制性示例，并且应理 解为，其他的这样的示例可被包括在示例性平衡质量驱动中，诸如以上描述的行星齿轮 组。图12示出经由镂空部分1212集成到齿轮1210中的示例性平衡质量，该示例性平衡 质量形成跨齿轮1210的不均勻的质量分布。与齿轮1310的其余部分的材料形成对比，图13示出经由密度增大材料部分1312集成到齿轮1310中的示例性平衡质量。图14示 出被包括在齿轮1410中的示例性平衡质量，其中平衡质量包括从与齿轮的旋转轴线同心 的孔1414延伸出的摆锤1412。此外，图15示出具有齿形内部1512 (诸如示例性环形齿 轮)的齿轮1510，其还包括作为平衡质量的一个示例的瓣轮1514。图16示出包括示例性凸轮轴1612的汽缸体1610的示例部分的各方面，该示例 性凸轮轴1612具有设置在内部的由示例性驱动1616驱动的示例性平衡轴1614。此外， 汽缸体部分1610可包括在汽缸体与凸轮轴的中间以及在平衡轴与凸轮轴的中间的其他支 撑(诸如轴承)。图17-21是平衡轴的非限制性示例，以图解可在被包括在此描述的示例性发动 机中并可由在此描述的驱动来驱动的各式各样的示例性平衡轴。此外，图17-19示出沿 线1618截取的截面。图17-19示出示例性平衡轴(例如1614、1814和1914)，所述示 例性平衡轴构造成当旋转时它们产生绕旋转轴线1620、大致平行于示例性曲轴的惯性力 矩。各图均示出汽缸体1610和凸轮轴1612的截面。首先转向图17，第一示例性平衡 轴1614成形为圆柱形杆，该杆同样如图16所示不与凸轮轴1612同心。图18示出大致 与凸轮轴1612同心的第二示例性平衡轴1814。第二示例性平衡轴1814包括联接到一起 的包括第一材料的第一半圆柱体1816和包括第二材料的第二半圆柱体1818。第一和第二 材料包括不同密度的材料，产生跨平衡轴1812的质量的不均勻分布。图19示出作为单 个半圆柱体的第三示例性平衡轴1914。图20和图21示出联接至示例性驱动1616的具有不恒定的截面的附加示例性平 衡轴2014和2114。图20示出示例性平衡轴2014，其具有经由扭结2020结合到第二段 2018的第一段2016。图21示出另一示例性平衡轴2114，其包括彼此在2120处联接的第 一臂2116和第二臂2118。图22图解用于平衡示例性发动机内的力矩和/或力的示例性方法2200。在2210 处，方法2200包括示例性凸轮轴旋转。在方法2200的一些示例中，凸轮轴可以是用于 示例性平衡质量的驱动的输入齿轮的输入。方法2200继续到2212，其包括凸轮轴驱动 在平衡轴与凸轮轴的中间的第一齿轮。在2212之后，方法2200包括第一齿轮驱动平衡 轴，以使该平衡轴绕与发动机的曲轴大致平行的第一轴线旋转，平衡轴还沿与曲轴相反 的方向旋转。应意识到的是，方法2200的第一齿轮可以是输入齿轮或输出齿轮中的一个示 例。此外，第一齿轮可以直接联接至平衡轴和凸轮轴中的一者或两者。在发动机内可包 括在第一齿轮与凸轮轴的中间或在第一齿轮与平衡轴的中间的其他齿轮。应理解的是，在此公开的示例性控制和估计例程可与各种系统构造一起使用。 这些例程可表示诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的一种或更多种不同的处 理策略。同样地，公开的工序(操作、功能和/或动作)可表示被编程到电子控制系统中 的计算机可读存储介质中的代码。应理解的是，在不偏离本实用新型的范围的情况下， 在一些实施例中可省略在此描述和/或图解的一些工序。同样地，可以不总是需要工序 的所示序列以实现预期的结果，而是为了便于图解和说明而提供工序的所示序列。取决 于所使用的特定策略，可重复地执行图解的作用、功能或操作中的一个或更多个。最后，应理解的是，在此描述的制品、系统和方法在本质上是示例性的，并且由于设想许多的变体，所以不认为特定的实施例或示例是限制意义的。因此，本实用新 型包括在此公开的各种系统和方法的所有新颖且非显而易见的组合和子组合以及它们任 何的等价物。
权利要求1.一种发动机，其特征在于该发动机包括凸轮轴；平衡轴，所述平衡轴设置在所述凸轮轴的内部以内；以及第一齿轮，所述第一齿轮在所述平衡轴与所述凸轮轴的中间，所述第一齿轮驱动所 述平衡轴，以使所述平衡轴绕与所述发动机的曲轴平行的第一轴线旋转，所述平衡轴还 沿与所述曲轴相反的方向旋转。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第一齿轮被包括在行星齿轮组 中，所述行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮和安装在支架上的多个小齿轮。
3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述太阳齿轮直接联接至所述平衡轴 且所述太阳齿轮和所述平衡轴之间无任何齿轮，并且所述第一齿轮是所述支架、所述环 形齿轮或所述太阳齿轮中的一个。
4.一种用于发动机的平衡质量和驱动，其特征在于包括曲轴；行星齿轮组，所述行星齿轮组包括太阳齿轮、环形齿轮和安装在支架上的多个小齿 轮，所述环形齿轮具有与所述多个小齿轮中的第一小齿轮啮合的内部；输入，所述输入联接至所述行星齿轮组的输入齿轮，所述输入齿轮是所述环形齿 轮、所述支架或所述太阳齿轮中的一个；以及平衡质量，所述平衡质量联接至所述行星齿轮组的输出齿轮，所述输出齿轮包括所 述环形齿轮、所述支架或所述太阳齿轮中的一个，所述输出齿轮不同于所述输入齿轮并 构造成驱动所述平衡质量，以使所述平衡质量绕与所述曲轴平行的第一轴线并沿与所述 曲轴相反的方向旋转。
5.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述输入齿轮与所述输出齿 轮之间的行星齿轮比驱动所述平衡质量，以使所述平衡质量以所述曲轴的速度的两倍速 度旋转。
6.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述输入齿轮与所述输出齿 轮之间的行星齿轮比驱动所述平衡质量，以使所述平衡质量以等于所述曲轴的速度的速 度旋转。
7.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述平衡质量包括从所述第 一轴线延伸的摆锤。
8.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述平衡质量是设置在凸轮 轴的内部以内的平衡轴。
9.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述平衡质量被集成到所述 输出齿轮中。
10.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述输入经由啮合的齿或 嵌齿被直接联接至所述输入齿轮，或所述输入经由链接联接至所述输入齿轮。
11.根据权利要求4所述的平衡质量和驱动，其特征在于，所述输入包括凸轮轴和凸 轮齿轮中的一个，或所述输入包括发动机的曲轴。
专利摘要本实用新型涉及一种驱动和平衡质量。在一个示例中，发动机包括凸轮轴；平衡轴，其设置在凸轮轴的内部以内；和第一齿轮，其在平衡轴与凸轮轴的中间，并驱动平衡轴，以使该平衡轴绕与发动机的曲轴大致平行的第一轴线并沿与曲轴相反的方向旋转。在另一示例中，用于发动机的平衡质量和驱动包括行星齿轮组，其包括太阳齿轮、环形齿轮和安装在支架上的多个小齿轮；输入，其联接至行星齿轮组的输入齿轮；平衡质量，其联接至行星齿轮组的输出齿轮，输出齿轮构造成驱动平衡质量，以使平衡质量绕与曲轴大致平行的第一轴线并沿与曲轴相反的方向旋转。
文档编号F16F15/22GK201802812SQ201020542030
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月25日
发明者K·L·诺瓦奇克, P·B·摩根 申请人:福特环球技术公司