УЗЕЛ ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
VIBRATION DAMPER ASSEMBLY FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Раскрываемое изобретение в целом относится к гасителям крутильных колебаний в двигателе внутреннего сгорания. В частности, раскрываемое изобретение относится к маятниковым гасителям, которые, в целях упрощения процедуры сборки, крепят к стороне коленчатого вала крепежом, включающим в себя одну или несколько запрессовываемых шпилек, болтов или заклепок.
Уровень техники
[0002] Двигатели внутреннего сгорания, имеющие относительно небольшое количество цилиндров, представляют для производителей транспортных средств заманчивое решение потребности экономии топлива. Чтобы компенсировать малый объем, производители разработали технологии улучшения мощности, такие как прямой впрыск, турбонаддув и система изменения фаз газораспредения для впускных и выпускных распределительных валов. Таким способом шести- и восьмицилиндровые двигатели можно уменьшать в размерах, не теряя располагаемой мощности.
[0003] Нежелательным следствием эксплуатации двигателей с малым количеством цилиндров является высокие крутильные колебания коленчатого вала и высокие колебания блока двигателя, например, силами первого и второго порядка, которые не гасятся. Эти колебания, в конце концов, передаются через подушки двигателя и трансмиссию на несущую конструкцию транспортного средства.
[0004] Инженеры справлялись с этими колебаниями с большим или меньшим успехом разнообразными методами, многие из которых повышали себестоимость изготовления и снижали экономию топлива. Одним из принятых решений по подавлению повышенных колебаний является обеспечение на коленчатом валу одного или более маятников для снижения крутильных колебаний коленчатого вала и, соответственно, колебаний трансмиссии. Такие установленные на коленчатом валу маятники действуют как гасители колебаний, так как их настраивают для этой задачи, и таким образом они уравновешивают колебания, вызываемые вращением коленчатого вала, тем самым сглаживая выходной крутящий момент коленчатых валов. Этот подход был принят разработчиками некоторых авиационных поршневых двигателей, на которых маятники сглаживают выходной крутящий момент и снижают подвижность жесткого кузова.
[0005] Маятниковый гаситель вибраций, связанный с коленчатым валом двигателя, раскрыт в патенте США. 4,739,679 автора настоящего изобретения. Согласно компоновке, излагаемой в этом патенте, маятник прикреплен болтовым соединением к коленчатому валу, так что болты с буртиком несут нагрузку сдвига вдоль буртика. Однако маятник этой конструкции предназначен для двигателя 1-4, не требующего противовесов для балансировки в той мере, в какой 1-4 сбалансирован в первом порядке. Соответственно, пока маятники будут симметричны, двигатель 1-4 будет сбалансированным.
[0006] Это не так для двигателя конфигурации 1-3. В этом двигателе маятники необходимы в качестве противовесов для балансировки, так как двигатель 1-3 имеет продольный момент первого порядка. Для того чтобы получить требуемую балансировку без добавления большой инерции, согласно патенту США No 4,739,679, маятники должны быть разработаны с той же геометрической формой, что и обычный противовес.
[0007] Тем не менее, крепление к коленчатому валу было рассчитано на разрушение болта при большой частоте вращения вследствие сдвига. Прототип способа прикрепления маятника к коленчатому валу является невозможным в производстве. Одним из рассматриваемых способов было болтовое крепление маятников вдоль сторон. Этот способ является неосуществимым из тех соображений, что зажимной нагрузки недостаточно для предотвращения радиального смещения маятника. Контактная поверхность фиксатора будет проскальзывать, и болты не смогут противостоять сдвигу.
[0008] Таким образом, необходим новый подход к прикреплению маятника к коленчатому валу в двигателях небольших размеров для решения проблем, присущих существующим компоновкам и для снижения величины крутильных колебаний, создаваемых двигателями внутреннего сгорания.
Раскрытие изобретения
[0009] Раскрываемое изобретение преодолевает проблемы, связанные с известными подходами к снижению крутильных колебаний, генерируемых в работающих двигателях внутреннего сгорания малого рабочего объема, например, в трехцилиндровых двигателях. Согласно раскрываемому изобретению, эту задачу решают путем обеспечения пары противоположных крепежей, расположенных коаксиально по обеим сторонам держателя маятника для крепления к выступу для крепления держателя маятника коленчатого вала.
[0010] В частности, узел гасителя колебаний по настоящему изобретению содержит вращательный элемент, обычно в виде коленчатого вала, и маятниковые узлы, прикрепленные к коленчатому валу. Каждый маятниковый узел содержит маятник и держатель маятника, к которому прикреплен маятник. Коленчатый вал имеет выступы для крепления держателя маятника, к которым прикреплен держатель маятника.
[0011] Каждый держатель маятника снабжен парой параллельных проушин, отходящих от него. Держатель плотно прикреплен к выступу для крепления держателя маятника таким образом, что выступ для крепления держателя маятника зажат между проушинами держателя. Крепежные отверстия сформированы в проушинах, а ответные крепежные отверстия сформированы в выступе для крепления держателя маятника. Все эти отверстия коаксиальны.
[0012] Крепеж может включать в себя одну или более запрессовываемых шпилек, одну шпильку с горячепрессованной посадкой, крепежные узлы Z-Form™, болты с буртиком или заклепки. Запрессовываемые шпильки и шпильки с горячепрессованной посадкой создают посадку с натягом, в то время как болты с буртиком и заклепки создают тугую посадку крепежа. Независимо от типа крепежа, компоновка по настоящему изобретению, в которой крепеж прикрепляет держатель маятника к выступу для крепления держателя маятника сбоку, достаточна для несения нагрузки при сдвиге и предотвращения перемещений маятниковых узлов относительно коленчатого вала. Крепление держателя маятника к сторонам выступа для крепления держателя маятника позволяет идеи изобретения быть производственно осуществимой, что отличает данный вариант от других известных компоновок, в которых требуется крепление держателя маятника сверху щеки коленчатого вала. Таким образом, согласно раскрываемому изобретения, решены проблемы, связанные с известными компоновками, в которых, как известно, контактная поверхность фиксатора проскальзывает, и крепежные болты не способны противостоять сдвигу.
[0013] Вышеописанные и другие преимущества и отличительные признаки станут явными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
[0014] Для более полного понимания данного изобретения, далее рассмотрены варианты осуществления, проиллюстрированные подробно на сопроводительных чертежах и описанные ниже путем приведения примеров изобретения.
[0015] На фиг. 1 на виде в аксонометрии показан коленчатый вал, имеющий маятниковые узлы, прикрепленные к стороне коленчатого вала одной или несколькими шпильками, болтами или заклепками в соответствии с раскрываемым изобретением.
[0016] На фиг. 2 на виде с торца показан маятниковый узел, прикрепленный к коленчатому валу шпильками в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 3 на виде с торца показан маятниковый узел, прикрепленный к коленчатому валу одной шпилькой с горячепрессованной посадкой в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 4 на виде с торца показан маятниковый узел, прикрепленный к коленчатому валу болтами с буртиком в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 5 на виде с торца показан маятниковый узел, прикрепленный к коленчатому валу крепежными узлами Z-Form™ в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 6 на виде с торца показан маятниковый узел, прикрепленный к коленчатому валу заклепками в соответствии еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
[0021] На приложенных чертежах одни и те же позиционные номера присвоены одним и тем же компонентам. В данном разделе различные разнообразные эксплуатационные параметры и компоненты описаны для различных вариантов конструкции. Эти конкретные параметры и компоненты включены в данную заявку в качестве примеров и не должны полагаться ограничивающими.
[0022] На фиг. 1 на виде в аксонометрии изображен узел коленчатого вала для иллюстрируемого двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 2-фиг. 6 на видах с торца показаны альтернативные варианты осуществления раскрываемого изобретения, в котором узел держателя маятника прикреплен к коленчатому валу шпильками на фиг. 2, одиночной шпилькой с горячепрессованной посадкой на фиг. 3, болтами с буртиком на фиг. 4, крепежными узлами Z-Form™ на фиг. 5 и заклепками на фиг. 6. Следует понимать, что показанная на чертежах общая конфигурация иллюстрируемого узла коленчатого вала является только рекомендательной, так как в пределах идеи и объема изобретения общая конфигурация может отличаться от показанной.
[0023] Как показано на фиг. 1, узел 10 коленчатого вала содержит коленчатый вал 12. Коленчатый вал 12 имеет ось 14 вращения. Возможность вращения коленчатого вала 12 вокруг оси 14 вращения обеспечивается наличием коренных шеек 16, 16', 16ʺ и 16'''. Коренные шейки 16, 16', 16ʺ и 16''' выполнены как единое целое с коленчатым валом 10, и являются его частями, и удерживаются внутри блока двигателя (не показан) коренными подшипниками (не показаны).
[0024] Способом, известным в уровне техники, к шатунным шейкам 18, 18', 18ʺ и 18''' посредством шатунных подшипников присоединены шатуны (не показаны). Шатунные шейки 18, 18', 18ʺ и 18''' выполнены как единое целое с коленчатым валом 12, опять же, способом, известным в уровне техники.
[0025] Коленчатый вал 12 включает в себя первый конец 20 и второй конец 22. Носок 24 обычно выступает с одного конца, в данном случае, с первого конца 20. Носок 24 служит в качестве опоры для крепления любого количества компонентов двигателя, например поглотителя, шкива ремня вентилятора и приводного механизма распределительного вала. Эти компоненты не показаны, но они и способы их установки известны специалистам в данной области техники.
[0026] Обычно на другом конце коленчатого вала, в данном случае - на втором конце 22 устанавливают маховик (не показан). Маховик, служащий для снижения крутильных колебаний в коленчатом вале 12, находится в функциональном зацеплении с приводным валом или трансмиссией транспортного средства.
[0027] Противовесы сформированы в единое целое с коленчатым валом 12. Показан противовес 26, в то время как идентичный противовес (не показан) расположен на некотором расстоянии от противовеса 26. Следует понимать, что обычный современный двигатель внутреннего сгорания включает в себя один или более таких противовесов для обеспечения балансировки коленчатого вала 12, шатунов и их соответствующих поршней.
[0028] На каждой стороне шатунной шейки 18 находится пара пространственно разнесенных щек 28 и 28' коленчатого вала. От щеки 28 коленчатого вала отходит выступ 30 для крепления держателя маятника, а от щеки 28' коленчатого вала отходит выступ 30' для крепления держателя маятника.
[0029] На каждой стороне шатунной шейки 18ʺ находится пара пространственно разнесенных щек 32 и 32' коленчатого вала. От щеки 32 коленчатого вала отходит выступ 34 для крепления держателя маятника, а от щеки 32' коленчатого вала отходит выступ 34' для крепления держателя маятника. Следует понимать, что может быть предусмотрено больше маятников, чем показано на фиг. 1, максимальное их количество соответствует количеству щек коленчатого вала.
[0030] Согласно раскрываемому изобретению, обеспечены маятниковые узлы для крепления к коленчатому валу. В частности, маятниковый узел 40 прикреплен к выступу 30 для крепления держателя маятника, маятниковый узел 40' прикреплен к выступу 30' для крепления держателя маятника, маятниковый узел 40ʺ прикреплен к выступу 34 для крепления держателя маятника, а маятниковый узел 40''' прикреплен к выступу 34' для крепления держателя маятника.
[0031] Каждый из маятниковых узлов 40, 40', 40ʺ и 40''' включает в себя маятник и держатель маятника. Держатель маятника прикреплен к выступу для крепления держателя маятника коленчатого вала. В частности, маятниковый узел 40 включает в себя маятник 42 прикрепленный к держателю 44 маятника, маятниковый узел 40' включает в себя маятник 42' прикрепленный к держателю 44' маятника, маятниковый узел 40ʺ включает в себя маятник 42ʺ прикрепленный к держателю 44ʺ маятника, а маятниковый узел 40''' включает в себя маятник 42''' прикрепленный к держателю 44''' маятника.
[0032] Держатель 44 маятника прикреплен к выступу 30 для крепления держателя маятника. Держатель 44' маятника прикреплен к выступу 30' для крепления держателя маятника. Держатель 44ʺ маятника прикреплен к выступу 34 для крепления держателя маятника. Держатель 44''' маятника прикреплен к выступу 34' для крепления держателя маятника.
[0033] В соответствии с раскрываемым изобретением, держатели маятников прикреплены к своим выступам для крепления держателей маятников удлиненными механическими крепежами, проходящими сквозь держатели маятников и заходящими в выступы для крепления держателей маятников. Раскрываемое изобретение обеспечивает два способа механического крепления, которые можно использовать отдельно или в сочетании.
[0034] Один вариант осуществления механического крепления в соответствии с раскрываемым изобретением показан на фиг. 2, на которой изображен вид с торца маятникового узла 40''', прикрепленного к коленчатому валу 12 запрессовываемыми шпильками 46' и 46. Запрессовываемые шпильки 46 и 46' проходят через отверстия, сформированные в параллельных проушинах 48 и 48' отходящих от держателя 44''' маятника, и заходят в соосные отверстия выступа 34' для крепления держателя маятника. Запрессовываемые шпильки 46 и 46' могут иметь разнообразные диаметры, хотя, согласно не ограничивающему примеру, диаметр составляет 8,0 мм. Запрессовываемые шпильки 46 и 46' запрессовывают для обеспечения надежного крепления за счет посадки с натягом. Этот способ крепления, в сочетании с тугой посадкой держателя 44''' маятника на выступ 34' для крепления держателя маятника ограничивает перемещение маятникового узла 40''' относительно коленчатого вала 12.
[0035] Разнообразный инструмент можно использоваться для запрессовки запрессовываемых шпилек 46 и 46' через отверстия, сформированные в параллельных проушинах 48 и 48' и далее в соосные отверстия в выступе 34' для крепления держателя маятника. Показан один из таких инструментов, обозначенный как Т. Инструмент Т является рекомендательным и не должен восприниматься в ограничивающем смысле.
[0036] Вариант механического крепления маятникового узла 40''' к коленчатому валу 12, показанного на фиг. 2 с двумя запрессовываемыми шпильками 46 и 46', проиллюстрирован на фиг. 3, где используется только одна шпилька 50 с горячепрессованной посадкой. Шпилька 50 с горячепрессованной посадкой проходит через отверстия, сформированные в параллельных проушинах 48 и 48', отходящих от держателя 44''' маятника и проходит в отверстие, сформированное в выступе 34' для крепления держателя маятника. Головка 52, сформированная на одном из концов шпильки 50 с горячепрессованной посадкой, ограничивает глубину, на которую можно вставить шпильку.
[0037] Стержень шпильки 50 с горячепрессованной посадкой может быть различного диаметра, хотя, согласно не ограничивающему примеру, диаметр может быть равен 8,0 мм. Шпилька 50 с горячепрессованной посадкой запрессовывается для обеспечения надежного крепления за счет посадки с натягом с помощью инструмента, подобного показанному на фиг. 2. Этот метод крепления вкупе с тугой посадкой держателя 44''' маятника на выступ 34' для крепления держателя маятника, снова ограничивает перемещение маятникового узла 40''' относительно коленчатого вала 12.
[0038] Третий вариант осуществления механического крепления согласно настоящему изобретению показан на фиг. 4, где изображен вид с торца маятникового узла 40''', прикрепленного к коленчатому валу болтами 60 и 60' с буртиком. Болт с буртиком включает в себя буртик 62 и резьбовой конец 64. Болт 60' с буртиком включает в себя буртик 62' и резьбовой конец 64' Болты 60 и 60' могут иметь разнообразные диаметры, хотя, согласно не ограничивающему примеру, диаметр составляет 8,0 мм.
[0039] Болты 60 и 60' с буртиком проходят сквозь отверстия, сформированные в проушинах 48 и 48' держателя 44''' маятника, и заходят в соосные резьбовые отверстия, сформированные в выступе 34' для крепления держателя маятника. Буртики 62 и 62' имеют тугую посадку относительно отверстий, сформированных в проушинах 48 и 48' держателя 44''' маятника и в выступе 34' для крепления держателя маятника.
[0040] Четвертый вариант осуществления механического крепления согласно раскрываемому изобретению показан на фиг. 5, на которой изображен вид с торца маятникового узла 40''', прикрепленного к коленчатому валу крепежными узлами 70 и 70' Z-Form™. (Z-Form™ является продукцией Acument Global Technologies). Крепежный узел 70 включает в себя болт 72 с буртиком и предварительно собранную деформируемую втулку 74. Болт 72 с буртиком включает в себя буртик 76 и резьбовой конец 78. Крепежный узел 70' включает в себя болт 72' с буртиком и предварительно собранную деформируемую втулку 74'. Болт 72' с буртиком включает в себя буртик 76' и резьбовой конец 78'. Болты 72 и 72' с буртиком могут иметь разнообразные диаметры, хотя, согласно не ограничивающему примеру, диаметр может составлять 8,0 мм.
[0041] Предварительно собранные деформируемые втулки 74 и 74' проходят через отверстия, сформированные в проушинах 48 и 48' держателя 44''' маятника, и заходят в отверстия, сформированные в выступе 34' для крепления держателя маятника. Затем болты с буртиком вставляют внутрь и насквозь предварительно собранных деформируемых втулок и вкручивают в выступ 34' для крепления держателя маятника. Крепежные узлы 70 и 70' устраняют нежелательный зазор между болтами 72 и 72' с буртиком и болтовыми отверстиями, сформированными в держателе 44''' маятника.
[0042] Пятый вариант осуществления механического крепления согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг. 6, где показан вид с торца маятникового узла 40''', прикрепленного к коленчатому валу 12 глухими заклепками 80 и 80'. Глухая заклепка 80 включает в себя головку 82 заклепки и выходящий из головки стержень. После крепления глухой заклепки 80 на конце стержня 84 формируется обсадная головка 86. Для того чтобы вместить обсадную головку 86, на выступе 34' для крепления держателя маятника сформирована полость 88. Как известно из уровня техники, удерживаемая головка 90 сердечника образует обсадную головку 86.
[0043] Глухая заклепка 80' включает в себя головку 82' заклепки и выходящий из головки стержень 84'. После крепления глухой заклепки 80' на конце стержня 84 формируется обсадная головка 86'. Для того чтобы вместить обсадную головку 86', на выступе 34' для крепления держателя маятника сформирована полость 88’. Как известно из уровня техники, удерживаемая головка 90' сердечника образует обсадную головку 86'.
[0044] Вне зависимости от того, используют ли запрессовываемые шпильки 46 и 46', шпильки 50 с горячепрессованной посадкой, болты 60 и 60' с буртиком, крепежные узлы 70 и 70' или заклепки 80 и 80', настоящее изобретение обеспечивает достаточное сопротивление нагрузке сдвига и предотвращает перемещение маятниковых узлов 40, 40', 40ʺ, 40''' относительно коленчатого вала 12.
[0045] Раскрываемый предмет изобретения обеспечивает способ неподвижного и эффективного крепления маятникового узла к коленчатому валу, которое имеет достаточную прочность для выдерживания нагрузок сдвига, в то же время предотвращает перемещение маятникового узла относительно коленчатого вала. То есть, настоящее изобретение решает проблемы, связанные с известными компоновками, в которых, как известно, контактная поверхность фиксатора проскальзывает, и крепежные болты не способны противостоять сдвигу.
[0046] Из настоящего обсуждения, приложенных чертежей и формулы изобретения специалисту станет понятно, что в них можно внести разнообразные изменения, модификации и вариации в пределах идеи и объема изобретения, определенных в нижеследующей формуле изобретения.