專利名稱：具有反向旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)及其車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型關(guān)于使用在車輛中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，更特別地關(guān)于用于雙曲軸發(fā)動(dòng) 機(jī)的平衡和降噪系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)利用在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易振動(dòng)的活塞和汽缸配置。這種振動(dòng)經(jīng)常在車 輛乘客艙中造成抖動(dòng)，被認(rèn)為是不期望的。大部分內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生由空氣與燃料組合在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的爆炸生成的推動(dòng)能 量。能量被傳遞至位于汽缸中并通過連桿連接至旋轉(zhuǎn)曲軸的活塞。該能量隨后流向連 接至動(dòng)力系統(tǒng)其它下游部件的飛輪。所有的傳統(tǒng)單曲軸活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有由對飛輪的不 均勾的扭矩傳輸導(dǎo)致的點(diǎn)火頻率振動(dòng)。在燃燒或膨脹事件中飛輪的旋轉(zhuǎn)速度增加，而 在壓縮事件中飛輪的旋轉(zhuǎn)速度降低。產(chǎn)生飛輪速度來回變化的扭矩反作用于汽缸體并 導(dǎo)致汽缸體的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這種波動(dòng)的扭矩導(dǎo)致了一個(gè)振動(dòng)源。其它擾人的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)由內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)部件的 不平衡加速，特別是汽缸套中的多個(gè)活塞塊線性加速導(dǎo)致。為克服這些問題，已使用 橡膠發(fā)動(dòng)機(jī)懸置以將車輛底盤與很多汽缸體振動(dòng)隔離。 一些振動(dòng)還是通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 傳遞，并在乘客艙中被感覺到。一個(gè)部分解決方法是使多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)總體上配置成多個(gè)活塞的線性加速力部分 或完全互相抵消。直列式對置6缸發(fā)動(dòng)機(jī)以及直列式90度V8發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有理論上完美的活塞加速力的平衡，但大部分其它發(fā)動(dòng)機(jī)具有殘余不平衡力或力矩。例如，由于 活塞加速力，所有汽缸組夾角(bank angle)小于180度的單曲軸V6發(fā)動(dòng)機(jī)均具有固 有的不平衡力偶。此外，由于飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，所有傳統(tǒng)的單曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有施加 在汽缸體結(jié)構(gòu)上的不平衡的扭轉(zhuǎn)加速度。例如，大眾15度汽缸組夾角V6發(fā)動(dòng)機(jī)比其它60度或90度V6發(fā)動(dòng)機(jī)狹窄，并具有在 兩個(gè)汽缸組之間跨越的一體式汽缸蓋。然而，這種設(shè)計(jì)具有多種不良品質(zhì)。進(jìn)氣歧管 在汽缸蓋的 一側(cè)，而排氣歧管在另 一側(cè)，使得三個(gè)汽缸具有長進(jìn)氣通道和短排氣通道， 而另三個(gè)汽缸具有短進(jìn)氣通道和長排氣通道。汽缸組之間關(guān)于進(jìn)氣門和排氣門位置存 在不對稱。另外， 一個(gè)汽缸組具有幾乎垂直的進(jìn)氣門和高度斜置的排氣門，而另一汽 缸組具有高度斜置的進(jìn)氣門和幾乎垂直的排氣門。最后，汽缸套的中央面在曲軸旋轉(zhuǎn) 軸線下方一定距離處相交叉，這樣每個(gè)汽缸組上的汽缸套以相反的方向從曲軸軸線偏 移。這種設(shè)置導(dǎo)致兩個(gè)汽缸組中的活塞速度均不同。在一個(gè)汽缸組上，活塞在向上運(yùn)發(fā)動(dòng)機(jī)總成具有相當(dāng)于直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的二階垂直搖動(dòng)。此外， 兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)曲軸沒有承載大小相同的旋轉(zhuǎn)慣量，因此曲軸的點(diǎn)火脈沖加速度在發(fā)動(dòng) 機(jī)的汽缸體上產(chǎn)生了反作用力?；谏鲜鰞?nèi)容，在該技術(shù)領(lǐng)域中需要一種良好平衡且比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生少得多 的振動(dòng)，同時(shí)還避免了上面提出的缺點(diǎn)的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供具有良好平衡性能的發(fā)動(dòng)機(jī)及車輛，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)及車輛內(nèi) 的平衡，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)及噪聲。本實(shí)用新型的第一方面提供一種雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其為對稱構(gòu)造以形成平衡的 發(fā)動(dòng)機(jī)總成。該雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包含安裝在汽缸體中的第一和第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的 活塞與汽缸。成形為獨(dú)特形狀并設(shè)有特定扭轉(zhuǎn)撓性的第一曲軸定位在汽缸體中并連接 至第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸。第二曲軸成形為與第一曲軸基本上相同的獨(dú)特形 狀，并具有與第一曲軸基本上相同的扭轉(zhuǎn)撓性。第二曲軸也定位在汽缸體中，同時(shí)被 連接至第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸并與第一曲軸平行定位，第一曲軸的第一端部 定位于與第二曲軸的第二端部相鄰。第一齒輪組安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，連接第一曲軸的第一端部和第二曲軸的第二端 部，而第二齒輪組安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，連接第一曲軸的第二端部和第二曲軸的第一 端部。通過這種互相連接，第一和第二曲軸配置成以相反方向旋轉(zhuǎn)。具有關(guān)聯(lián)慣量的 第一質(zhì)量塊連接至第一曲軸的第一端部，且具有與第一質(zhì)量塊基本上相同的旋轉(zhuǎn)慣量 的第二質(zhì)量塊連接至第二曲軸的第一端部。優(yōu)選地，第一質(zhì)量塊為電機(jī)/發(fā)電機(jī)或起 動(dòng)機(jī)，而第二質(zhì)量塊構(gòu)成飛輪或液力變矩器。第一和第二曲軸預(yù)裝載存儲(chǔ)在每個(gè)軸的 扭轉(zhuǎn)撓性中的旋轉(zhuǎn)張力以消除齒輪的震動(dòng)發(fā)聲。 一個(gè)替換的實(shí)施例是在兩個(gè)曲軸之間 具有單齒輪組，其齒輪中的一個(gè)包括彈簧加載剪式齒輪。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，汽缸優(yōu)選地具有點(diǎn)火次序，其中活塞的運(yùn)動(dòng)關(guān)于直徑對稱。也就是說 左汽缸組的后活塞具有與右汽缸組的前活塞基本上相同并同相的運(yùn)動(dòng)。類似地，左汽缸組的后部的第二活塞與右汽缸組前部的第二活塞同相等等。同樣，左汽缸組曲軸， 包括飛輪、液力變矩器、及其它固定連接的旋轉(zhuǎn)部件的總旋轉(zhuǎn)慣量，與右汽缸組曲軸 及其固定連接的旋轉(zhuǎn)部件的總旋轉(zhuǎn)慣量基本上相等。在任何設(shè)有這種結(jié)構(gòu)的例子中， 發(fā)動(dòng)機(jī)總成具有基本上完美的活塞力的內(nèi)部平衡，同時(shí)也提供了基本上完美的曲軸轉(zhuǎn) 矩的內(nèi)部平衡。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種用于車輛的具有反向旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量的雙曲 軸發(fā)動(dòng)機(jī)，包含汽缸體，其特征在于，所述雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝在所述汽缸體中的第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸；裝在所述汽缸體中的第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞 與汽缸；具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和一定形狀的第一曲軸，所述第一曲軸安置在所述汽缸體中并連接至所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸，這樣所述第一系 列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的活塞在所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的汽缸中的移動(dòng)導(dǎo)致所述第一曲軸旋轉(zhuǎn)；具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和與所述第一曲軸 的形狀相同的形狀的第二曲軸，所述第二曲軸安置在所述汽缸體中，連接至所述第二 系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸且與所述第一曲軸平行定位，所述第一曲軸的第一端部與 所述第二曲軸的第二端部相鄰定位；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將所述第一曲軸的第 一端部連接至所述第二曲軸的第二端部的第一齒輪組；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將 所述第一曲軸的第二端部連接至所述第二曲軸的第一端部的第二齒輪組；連接至所述 第一曲軸的第一端部的具有慣量的第一質(zhì)量塊；連接至所述第二曲軸的第一端部的具 有與所述第一質(zhì)量塊相同的慣量的第二質(zhì)量塊；其中所述第一與第二曲軸反向旋轉(zhuǎn)， 且活塞和旋轉(zhuǎn)的曲軸產(chǎn)生的多個(gè)力和力矩相平衡。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一曲軸上 的齒輪具有手性螺旋，所述第二曲軸上的齒輪具有與所述第一曲軸上的齒輪的手性螺 旋相反的手性螺旋。本實(shí)用新型的又一方面提供一種車輛，包含車身；多個(gè)車輪；雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)，該雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括汽缸體；安裝在汽缸體中的第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞 與汽缸；安裝在汽缸體中的第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸；具有第一端部、第二端 部、扭轉(zhuǎn)撓性和一定形狀的第一曲軸，該第一曲軸安置在汽缸體中并連接至第一系列 共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸，這樣第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的活塞在第一系列共同 運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的汽缸中的移動(dòng)導(dǎo)致第一曲軸旋轉(zhuǎn)；具有第一端部、第二端部、扭 轉(zhuǎn)撓性和與第一曲軸的形狀相同的形狀的第二曲軸，該第二曲軸安置在汽缸體中，連接至第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸且與第一曲軸平行定位，第一曲軸的第一端部與 第二曲軸的第二端部相鄰定位；安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將第一曲軸的第一端部連接至 第二曲軸的第二端部的第一齒輪組；安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將第一曲軸的第二端部連 接至第二曲軸的第一端部的第二齒輪組；連接至第一曲軸的第一端部的具有慣量的第 一質(zhì)量塊；連接至第二曲軸的第一端部的具有與第一質(zhì)量塊相同的慣量的第二質(zhì)量塊；其中第一與第二曲軸反向旋轉(zhuǎn)，且活塞和旋轉(zhuǎn)的曲軸產(chǎn)生的多7個(gè)力和力矩相平衡；所述車輛還包含將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與多個(gè)車輪中的至少一個(gè)互相連接的動(dòng)力系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一曲軸上的齒輪具有手性螺旋，所述第二曲軸 上的齒輪具有與所述第一曲軸上的齒輪的手性螺旋相反的手性螺旋。結(jié)合附圖參看隨后的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其他目的、特征和優(yōu) 勢將變得更顯而易見，其中相同的參考數(shù)字表示各個(gè)視圖中的相應(yīng)部件。


附圖l為包括有本實(shí)用新型的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛的示意圖。附圖2為以簡化形式顯示的附圖1的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的簡化等軸視圖，省略了發(fā)動(dòng)機(jī) 的多個(gè)部件(例如氣門與汽缸)以使連接于曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)部件可更容易被看到。附圖3為附圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)的端視圖，顯示了連接曲軸的兩個(gè)齒輪組中的一個(gè)。附圖4為附圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)沿4-4線的向下看的截面圖，顯示了曲軸和增加的慣性質(zhì) 量塊(包括液力變矩器和起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))的更多細(xì)節(jié)。附圖5為附圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)的頂視圖，顯示了設(shè)有6個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)及其關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣 口和引導(dǎo)自進(jìn)氣歧管的通道。附圖6為附圖3的發(fā)動(dòng)機(jī)沿6-6線的截面圖，顯示了合并入曲軸上的平衡物中的一 個(gè)的齒輪的細(xì)節(jié)。附圖7和8顯示了附圖6的齒輪為剪式齒輪的實(shí)施例。 (下接第4頁)具體實(shí)施方式
首先參考附圖l,顯示了具有車身11和雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)12的機(jī)動(dòng)車輛10。發(fā)動(dòng)機(jī) 12優(yōu)選地連接于具有關(guān)聯(lián)慣量的第一質(zhì)量塊14,例如電機(jī)/發(fā)電機(jī)或起動(dòng)機(jī)電機(jī)。發(fā) 動(dòng)機(jī)12還連接于具有關(guān)聯(lián)慣量的第二質(zhì)量塊16,例如液力變矩器或飛輪。第一質(zhì)量 塊14的旋轉(zhuǎn)慣量優(yōu)選地與第二質(zhì)量塊16的旋轉(zhuǎn)慣量相同。來自于發(fā)動(dòng)機(jī)12的動(dòng)力 通過飛輪或液力變矩器傳遞至變速器18,隨后傳遞至動(dòng)力系統(tǒng)20的其它部分并最終 驅(qū)動(dòng)車輪22。在附圖1中，車輛10顯示為后輪驅(qū)動(dòng)車輛，但根據(jù)下文所討論將變得顯而易見， 可使用任意類型的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置，包括前輪或全輪驅(qū)動(dòng)。應(yīng)容易地了解，目前飛輪通 常可被作為手動(dòng)型中間軸變速器的第二慣性質(zhì)量塊16使用，而在采用自動(dòng)型變速器 時(shí)可使用液力變矩器。類似地，第一質(zhì)量塊14在混合動(dòng)力車輛中優(yōu)選為電機(jī)/發(fā)電機(jī)， 否則第一質(zhì)量塊14為起動(dòng)機(jī)。如下文更全面的討論，第一質(zhì)量塊14也可包括其它在 結(jié)合在一起時(shí)具有與第二質(zhì)量塊16相同的慣量的附件的組合。為了簡單化此處所描 述的實(shí)用新型，如附圖4中所示，第一質(zhì)量塊14總體上被稱為電機(jī)/發(fā)電機(jī)24,第 二質(zhì)量塊16總體上被稱為飛輪26?，F(xiàn)在參考附圖2至5，顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)12和包含第一和第二反向旋轉(zhuǎn)曲軸30、 32 的汽缸體28。第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸34安裝在汽缸體28中并連接至第一 曲軸30,而第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸36安裝在汽缸體28中并連接至第二曲 軸32。更具體地，汽缸41-46可滑動(dòng)地容納相應(yīng)的活塞51-56從而形成了多個(gè)燃燒 室，附圖3中以72、 75顯示了其中的兩個(gè)。連接至第一曲軸30的活塞51_53,連同 其相關(guān)聯(lián)的汽缸41-43 (如附圖5所示最佳)，共同構(gòu)成了第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞 和汽缸34，而連接至第二曲軸32的活塞54-56,連同其相關(guān)聯(lián)的汽缸44"6 (如附 圖5所示最佳),共同構(gòu)成了第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸36。第一和第二曲軸30、32的每一個(gè)均可旋轉(zhuǎn)地安裝在各自的主軸頸81-84和85-88 上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，每一個(gè)主軸頸81-88均可旋轉(zhuǎn)地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)H的 主軸承，從而可旋轉(zhuǎn)地將各自的曲軸30、 32連接至發(fā)動(dòng)機(jī)12。每一個(gè)曲軸30、 32 還具有各自的整體成形于其中的多個(gè)連桿軸頸90、 92。每一個(gè)連桿101-106均與兩 個(gè)曲軸30、 32中的一個(gè)上相關(guān)聯(lián)的軸頸111-116對接。每一個(gè)連桿101-106還連接 至關(guān)聯(lián)的往復(fù)活塞51-56,從而允許活塞51-56在發(fā)動(dòng)機(jī)12運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)曲軸30、 32。 如附圖3所示最佳，第一多個(gè)連桿軸頸90包括圍繞第一曲軸30的旋轉(zhuǎn)軸線120均勻 間隔的第一、第二和第三連桿軸頸111-113,這樣軸頸111-113間隔開大約120度。 類似地，第二多個(gè)連桿軸頸92,包括在第二曲軸32上的第四、第五和第六軸頸 114-116，圍繞旋轉(zhuǎn)軸線121呈120度分開。如上文討論可看出，兩個(gè)曲軸30、 32被制造成基本上彼此一樣并成型為相同的獨(dú)特形狀，但他們安裝時(shí)"位置顛倒"(end-for-end )以使從發(fā)動(dòng)機(jī)12的前部看的 曲軸30與從發(fā)動(dòng)機(jī)12的后部看的曲軸32具有相同的旋轉(zhuǎn)方向和連桿軸頸位置。這 樣產(chǎn)生如附圖4所示的關(guān)于中軸線125對稱的設(shè)置。以這種方式，任何由第一系列共 同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸34的活塞的線性加速力產(chǎn)生的俯仰力矩(pitching couple)與 第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸36產(chǎn)生的力矩的大小與相位角均相等，但符號(hào)相反。 請注意，例如，最靠近飛輪26的第六活塞56與最靠近電機(jī)/發(fā)電機(jī)24的第一活塞 51同步上下移動(dòng)，最好參照參考平面126參見附圖2。每個(gè)曲軸30、 32均具有各自的第一端部131、 132和第二端部133、 134。最好 參見附圖4，第一齒輪組135將第一曲軸30的第一端部131連接至第二曲軸32的第 二端部134,而第二齒輪組136將第一曲軸30的第二端部133連接至第二曲軸32的 第一端部132。通過這種結(jié)構(gòu)，迫使兩個(gè)曲軸30、 32反方向旋轉(zhuǎn)。在第一曲軸30的 情況下，第一端部131具有整體成型在其上的凸緣140。如圖所示，凸緣140連接至 電機(jī)/發(fā)電機(jī)24。在單曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸的第二端部通常連接至飛輪。然而，如圖 所示，第一曲軸30只是結(jié)東于設(shè)有或不設(shè)有推力面141的主軸頸84。在第二曲軸32 的情況下，第一端部132也具有整體成型在其上的凸緣145,但在這種情況下，凸緣 145連接至飛輪26。飛輪26的點(diǎn)火頻率旋轉(zhuǎn)加速度導(dǎo)致了施加在汽缸體28上的大小相等方向相反的 慣性振動(dòng)扭矩。為了抵消這種汽缸體28的扭轉(zhuǎn)激勵(lì)，電機(jī)/發(fā)電機(jī)24和飛輪26優(yōu)選 地具有大小相等的旋轉(zhuǎn)慣量。因?yàn)轫槙r(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)慣量二者的大小彼此相等且他 們的旋轉(zhuǎn)加速度大小相等但方向相反，他們施加于汽缸體28上的反作用力互相抵消， 并且汽缸體28不會(huì)由于內(nèi)部慣性力而振動(dòng)。這種作用于汽缸體結(jié)構(gòu)28的曲軸扭轉(zhuǎn)反 作用力的抵消提出了一個(gè)機(jī)會(huì)。由于汽缸體結(jié)構(gòu)28響應(yīng)曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)具有比傳統(tǒng)發(fā) 動(dòng)機(jī)小的振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)12可以運(yùn)轉(zhuǎn)在更高燃料經(jīng)濟(jì)性的模式中，在這種模式下曲軸 振動(dòng)增大。 一個(gè)增大了曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的更高燃料經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的例子為停缸，有 時(shí)被稱為"可變排量內(nèi)燃"(VDIC)發(fā)動(dòng)機(jī)。依照車輛10的動(dòng)力需求，本實(shí)用新型允 許從第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸34和第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸36中使汽 缸41-46選擇性停用或重新啟用。目前生產(chǎn)的裝配VDIC的車輛被校準(zhǔn)以避免在許多 情況下停缸，在這些情況下停缸的發(fā)動(dòng)機(jī)12能產(chǎn)生足夠動(dòng)力但導(dǎo)致的車輛NVH (噪 聲、振動(dòng)及聲振粗糙度)令人無法接受。此外，用以將兩個(gè)曲軸30、 W和兩個(gè)汽缸 組41-43和44-46封在一個(gè)整體結(jié)構(gòu)中的汽缸體寬度的增加作用以加固汽缸體28并 減少振動(dòng)和自發(fā)動(dòng)機(jī)12傳出的聲音。電機(jī)/發(fā)電機(jī)24用于在減速時(shí)捕獲車輛的動(dòng)能以及增加扭矩以增強(qiáng)車輛加速度。電機(jī)/發(fā)電機(jī)24也可作為"主動(dòng)飛輪"使用。在專利號(hào)6,256, 473的美國專利中公開了一種使用起動(dòng)機(jī)作為"主動(dòng)飛輪"的控制策略，其以引用的方式并入本文。電 機(jī)/發(fā)電機(jī)24的附加旋轉(zhuǎn)慣量，連同電機(jī)/發(fā)電機(jī)24引起或吸收扭矩的能力一起，也10允許發(fā)動(dòng)機(jī)12運(yùn)轉(zhuǎn)于更高效的燃燒過程，例如HCCI (均質(zhì)壓燃)。帶有動(dòng)態(tài)扭矩控 制的電機(jī)/發(fā)電機(jī)24，可去除來自強(qiáng)燃燒事件的扭矩并向弱燃燒事件添加扭矩。這種 扭矩補(bǔ)償，連同施加在汽缸體28上的曲軸內(nèi)部慣性反作用扭矩的抵消， 一起允許可 靠平穩(wěn)的有燃燒過程的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，燃燒過程可具降低的穩(wěn)健性以有利于更高的效 率。如附圖l所示，凸緣140也可為多個(gè)在附圖1中總體上指示為148的輔助設(shè)備(例 如凸輪軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻液泵、轉(zhuǎn)向助力泵、氣候控制系統(tǒng)、風(fēng)扇皮帶輪 等等)提供安裝位置。來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的動(dòng)力可從曲軸30、 32的任一個(gè)的任一端以任 一旋轉(zhuǎn)方向獲得，只要兩個(gè)曲軸30、 32具有相等旋轉(zhuǎn)慣量和相反旋轉(zhuǎn)方向的基本上 對稱的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，緊密連接至曲軸30和電機(jī)/發(fā)電機(jī)24的輔助設(shè)備148的總慣 量與飛輪26的慣量相同。慣性質(zhì)量與飛輪26或液力變矩器相等的電機(jī)/發(fā)電機(jī)24即 使在發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)也具有非常大的發(fā)電能力，并可激活通常由曲軸通過皮帶機(jī)械驅(qū)動(dòng) 的多個(gè)輔助設(shè)備148的電力供能。傳統(tǒng)地，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻液泵和轉(zhuǎn)向助力泵的大小 設(shè)計(jì)為符合其最苛刻的運(yùn)行狀況，在其他發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下它們過度驅(qū)動(dòng)并浪費(fèi)很多 能量。即使電能與機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換效率很低，如果這些機(jī)器依照需要的速度以電力驅(qū) 動(dòng)會(huì)更高效。技術(shù)上，車輛IO不是完全的混合動(dòng)力車輛，因?yàn)楫?dāng)需要車輛推進(jìn)力時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)12總是在運(yùn)行。不考慮這些，大的電動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)24可轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12并很快且安靜地將其提速，所以如果車輛io裝備有電力驅(qū)動(dòng)氣候控制系統(tǒng)或其它由可充電電池供能的輔助設(shè)備148,只要不需要發(fā)動(dòng)機(jī)12提供車輛推進(jìn)力，便可將其關(guān)閉 并根據(jù)需要再次重新啟動(dòng)而不會(huì)負(fù)面影響乘客的舒適性或車輛10的駕駛性能。此外，如附圖4所示，每個(gè)曲軸30、 32均包括兩種類型的整體平衡物。用于第 二和第五活塞52、 55的平衡物152a、 152b、 155a和155b成型為兩個(gè)平行的葉狀重 量塊。用于第一、第三、第四和第六活塞51、 53、 54、 56的平衡物包括各自一個(gè)葉 狀重量塊151、 153、 154、 156和合并入各自的齒輪171、 173、 174、 176的各自的重 量塊161、 163、 164、 166。如附圖6中可最佳顯示，提供有設(shè)有至少兩個(gè)環(huán)形放置 的孔181、 182的曲軸板191。齒輪171還提供有與曲軸板191中的孔181、 182相對 齊的孔183、 184。螺紋緊固件185、 186穿過孔181、 182、 183、 184中各自對齊的 那些孔以將齒輪171固定于曲軸板191,并從而固定于曲軸30。平衡物152a、 152b、 155a、 155b、 151、 153、 154、 156、 161、 163、 164、 166具有適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量且定位以 在曲軸30、 32上生成與通過連桿101-106的加速力施加在曲軸30、 32上的橫向一階力相抵銷的力。 一階失衡指的是像正弦函數(shù)一樣變化的力和力矩，曲軸每旋轉(zhuǎn)一次力 發(fā)生一次循環(huán)。二階失衡由力的垂直分量的改變造成，所述變化的力的垂直分量基于 變化的連桿長度的垂直分量，所述變化的連桿長度的垂直分量是由于關(guān)聯(lián)軸頸 111-116的橫向移動(dòng)而使連桿101-106循環(huán)傾斜造成的。優(yōu)選地，活塞51-56及其關(guān)聯(lián)連接部件具有相同的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和沖程，每個(gè)曲軸30、 32均在連桿軸頸111-116之間具有相等的角度和軸向間距，這樣連接至每個(gè) 曲軸30、 W的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞51-56和連桿101-106不生成不平衡的搖動(dòng)力或力矩。 結(jié)構(gòu)的對稱達(dá)到了發(fā)動(dòng)機(jī)12的基本上完美的平衡。如附圖4中虛線所說明，曲軸30、 32分開得足夠遠(yuǎn)以防止連桿102、 105之間的干擾。如所示，第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活 塞和汽缸34和第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞和汽缸36優(yōu)選地縱向等距，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)12 將具有最短的長度，而汽缸體28將具有最大的強(qiáng)度和剛度。這種總體設(shè)置會(huì)作用以 抵消那些沒有被平衡物152a、 152b、 155a、 155b、 151、 153、 154、 156、 161、 163、 164、 166抵消的一階振動(dòng)，同時(shí)也抵消任何因發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)于軸線125對稱而產(chǎn)生的 二階振動(dòng)。附圖3和5說明了進(jìn)氣歧管200是如何以一種方式優(yōu)選地設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)12的上方， 該方式方便地在增壓歧管207和每個(gè)汽缸41-46的進(jìn)氣門210之間提供了相同長度的 通道205。由于齒輪組135和136由曲軸30、 32直接驅(qū)動(dòng)，齒輪組135、 136具有非常吵的 可能性，因?yàn)榍S的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)在齒輪171、 173、 174、 176之間引起了震動(dòng)發(fā)聲。因 此如附圖7和8所示，提供有合理設(shè)計(jì)的剪式齒輪組270以消除齒輪171、 173、 174、 176之間的震動(dòng)發(fā)聲。剪式齒輪組270包括與曲軸30上的拼合齒輪271相嚙合的曲 軸32上的一體式齒輪174。拼合齒輪271具有附著于曲軸30的第一剛性部分273, 而第二彈簧加載部分274通過彈簧275旋轉(zhuǎn)地相對于第一剛性部分273偏置。在運(yùn)轉(zhuǎn) 中，第一剛性部分273從扭矩的一個(gè)方向向齒輪174傳遞扭矩，而第二彈簧加載部分 274通過彈簧275從扭矩的相反方向向嚙合齒輪174傳遞扭矩。如果彈簧預(yù)載荷比齒 輪組270的第二彈簧加載部分274所必須承載的最大逆向扭矩大，則齒輪組270不會(huì) 震動(dòng)發(fā)聲。由于曲軸32接收向前和向后方向非常大的輸入扭矩，這樣設(shè)計(jì)剪式齒輪 組270使彈簧275非常硬。在本實(shí)用新型的另一優(yōu)選實(shí)施例中，使用曲軸3.0、 32的扭轉(zhuǎn)撓性降低振動(dòng)而非 使用剪式齒輪組270。當(dāng)將齒輪組135、 136在發(fā)動(dòng)機(jī)l2的兩端安裝在曲軸30、 32 之間時(shí)實(shí)現(xiàn)這種功能。更具體地，當(dāng)他們被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)12內(nèi)時(shí)，首先三個(gè)齒輪171、 173、 174夾緊到曲軸30、 32。隨后放置第四齒輪176但不夾緊，這樣可以相對于曲 軸32稍微自由旋轉(zhuǎn)?？拷磰A緊的齒輪176的曲軸30、 32的端部132、 133可相對 彼此扭轉(zhuǎn)保持在扭轉(zhuǎn)位置而最后的齒輪176夾緊在適當(dāng)位置上以提供扭轉(zhuǎn)預(yù)載荷。扭 轉(zhuǎn)的曲軸30、 32作用為用于齒輪組135、 136的預(yù)載荷彈簧，從而通過—使第一和第二 曲軸30、 32預(yù)加載存儲(chǔ)在每個(gè)軸30、 32的扭轉(zhuǎn)撓性中的旋轉(zhuǎn)張力來消除齒輪的震動(dòng) 發(fā)聲。優(yōu)選地， 一個(gè)曲軸30以手性螺旋(handed helix)承載兩個(gè)齒輪l71、 lW, 而另一曲軸32以相反的手性螺旋承載兩個(gè)齒輪l74、 176。通過這種方式，扭轉(zhuǎn)的預(yù) 載荷生成的推力負(fù)載將在每個(gè)曲軸30、 W上引起縱向推力，允許來自預(yù)載荷的推力 在每個(gè)曲軸30、 32中抵消而不向曲軸支撐軸承施加額外負(fù)載。本實(shí)用新型中公開的發(fā)動(dòng)機(jī)配置不同于傳統(tǒng)單曲軸V6發(fā)動(dòng)機(jī)，提供了近乎完美 的活塞加速力的內(nèi)部平衡，并且不同于所有傳統(tǒng)單曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，還提供了近乎完美的 飛輪旋轉(zhuǎn)加速度的內(nèi)部平衡。此外，本雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)的上部比傳統(tǒng)V6和V8發(fā)動(dòng)機(jī)窄。 盡管已參考本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，應(yīng)清楚地了解可對本實(shí)用新型做出 多種修改和/或改進(jìn)而不脫離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)。例如，兩個(gè)曲軸可以偏移他們相應(yīng) 汽缸的平面以在做功沖程中減少活塞側(cè)面負(fù)載，只要兩個(gè)具有相同偏移大小的曲軸保 持對稱。顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)在每個(gè)汽缸組中具有三個(gè)汽缸，然而每個(gè)曲軸可以具有更多汽 缸，只要每排汽缸具有相同數(shù)目的汽缸。如果發(fā)動(dòng)機(jī)總成具有少于六個(gè)的汽缸，例如 Ariel Square Four (方形四缸)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中已有的那樣，需要平衡軸或 其他平衡機(jī)構(gòu)以達(dá)到所需的發(fā)動(dòng)機(jī)平衡?？傮w上，本實(shí)用新型僅由權(quán)利要求的范圍所 限制。
權(quán)利要求1.一種用于車輛的具有反向旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，包含汽缸體，其特征在于，所述雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)還包括安裝在所述汽缸體中的第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸；安裝在所述汽缸體中的第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸；具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和一定形狀的第一曲軸，所述第一曲軸安置在所述汽缸體中并連接至所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸，這樣所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的活塞在所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的汽缸中的移動(dòng)導(dǎo)致所述第一曲軸旋轉(zhuǎn)；具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和與所述第一曲軸的形狀相同的形狀的第二曲軸，所述第二曲軸安置在所述汽缸體中，連接至所述第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸且與所述第一曲軸平行定位，所述第一曲軸的第一端部與所述第二曲軸的第二端部相鄰定位；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將所述第一曲軸的第一端部連接至所述第二曲軸的第二端部的第一齒輪組；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將所述第一曲軸的第二端部連接至所述第二曲軸的第一端部的第二齒輪組；連接至所述第一曲軸的第一端部的具有慣量的第一質(zhì)量塊；連接至所述第二曲軸的第一端部的具有與所述第一質(zhì)量塊相同的慣量的第二質(zhì)量塊；其中所述第一與第二曲軸反向旋轉(zhuǎn)，且活塞和旋轉(zhuǎn)的曲軸產(chǎn)生的多個(gè)力和力矩相平衡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第一曲軸上的齒輪具有手性 螺旋，所述第二曲軸上的齒輪具有與所述第一曲軸上的齒輪的手性螺旋相反的手性螺 旋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第二質(zhì)量塊為飛輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第二質(zhì)量塊為液力變 矩器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第一質(zhì)量塊為電機(jī)/發(fā)電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第一齒輪組包括剪式 齒輪。
7. —種車輛，包含 車身；多個(gè)車輪；包括汽缸體的雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括 安裝在所述汽缸體中的第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸； 安裝在所述汽缸體中的第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸； ,具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和一定形狀的第一曲軸，所述第一曲軸 安置在所述汽缸體中并連接至所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸，這樣所述第一系 列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的活塞在所述第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸的汽缸中的 移動(dòng)導(dǎo)致所述第一曲軸旋轉(zhuǎn)；具有第一端部、第二端部、扭轉(zhuǎn)撓性和與所述第一曲軸的形狀相同的形狀的 第二曲軸，所述第二曲軸安置在所述汽缸體中，連接至所述第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞 與汽缸且與所述第一曲軸平行定位，所述第一曲軸的第一端部與所述第二曲軸的第二 端部相鄰定位；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將所述第一曲軸的第一端部連接至所述第二曲 軸的第二端部的第一齒輪組；安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中并將所述第一曲軸的第二端部連接至所述第二曲軸的第一端部的第二齒輪組；連接至所述第一曲軸的第一端部的具有慣量的第一質(zhì)量塊； 連接至所述第二曲軸的第一端部的具有與所述第一質(zhì)量塊相同的慣量的第二質(zhì)量塊；其中所述第一與第二曲軸反向旋轉(zhuǎn)，且活塞和旋轉(zhuǎn)的曲軸產(chǎn)生的多個(gè)力和力 矩相平衡；和將所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與所述多個(gè)車輪中的至少一個(gè)互相連接的動(dòng)力系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述第一曲軸上的齒輪具有手性螺 旋，而所述第二曲軸上的齒輪具有與所述第一曲軸上的齒輪的手性螺旋相反的手性螺 旋。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述第二質(zhì)量塊為飛輪。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述第二質(zhì)量塊為液力變矩器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述第一質(zhì)量塊為電機(jī)/發(fā)電機(jī), 且所述車輛為混合動(dòng)力車輛。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述第一齒輪組包括剪式齒輪。
專利摘要本實(shí)用新型涉及具有反向旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量的雙曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)，對稱構(gòu)造雙曲軸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以形成完美平衡的發(fā)動(dòng)機(jī)總成。具有第一端部、第二端部、并成型為一定形狀且具有扭轉(zhuǎn)撓性的第一曲軸安置在汽缸體中，并連接至第一系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸。具有第一端部、第二端部的第二曲軸成型為與第一曲軸基本上相同的形狀，且具有與第一曲軸基本上相同的扭轉(zhuǎn)撓性。第二曲軸也安置在汽缸體中，并連接至第二系列共同運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與汽缸，同時(shí)與第一曲軸平行定位，且第一曲軸的第一端部與第二曲軸的第二端部相鄰定位。從而在發(fā)動(dòng)機(jī)中提供良好的平衡且比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生少得多的振動(dòng)及噪聲。
文檔編號(hào)F02B75/32GK201367943SQ200820175750
公開日2009年12月23日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者詹姆士·R·克拉克, 阿爾文·H·伯杰 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司