用于具有整体式支架的摆式曲轴的摆式曲柄摆线形插件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用于内燃发动机的摆式曲轴。更特别地，本发明涉及用于具有整体式支架(integral carrier)的摆式曲轴的摆式曲柄摆线形插件(cycloid insert)。
【背景技术】
[0002]具有相对较少数量汽缸的内燃发动机为汽车制造商提供了一种改善燃料经济性需要的有吸引力的解决方案。为了补偿容积的减少，车辆制造商开发了改善发动机动力的技术，比如直接燃料喷射、涡轮增压以及用于进气和排气凸轮轴的可变正时。这样，六缸和八缸发动机可以成比例缩小且不损失可用马力。
[0003]具有较少数量汽缸的发动机的不希望的结果是没有消除的力(比如一阶和二阶力)导致较高的曲轴扭转振动和较高的发动机缸体振动。这些振动最终传输通过发动机架并至车辆结构。
[0004]工程师通过多种方法争取使这些振动达到一种或另一种程度，这其中的很多方法增加构建的成本并且降低燃料经济性。一种克服过度振动的可接受解决方案是在曲轴上提供一个或多个摆(pendulum)以降低曲轴的扭转振动以及由此造成的缸体振动。这种安装在曲轴上的摆的功能是减振器，因为将它们调整为处理并从而消除曲轴旋转产生的振动，从而平顺曲轴的扭矩输出。该方法也被一些飞机活塞发动机的设计师采用，其中摆平顺了输出扭矩并减少了曲轴本身的应力。
[0005]美国专利4，739，679详细说明了与发动机曲轴关联的摆式减振器的示例。根据该专利中详细说明的设置，摆包括与固定在摆架上的销式凸轮(pin type cam)交替地接合和分离的内部弯曲的凸轮随动表面。该曲轴的摆通过在匹配的弯曲轨迹上可移动的数对滚轮与摆架相互连接。虽然在曲轴的摆和摆线形表面之间存在一些可移动关系的多种变型，通常集成滚动销(rolling pin)作为这两个部件之间的接触点。
[0006]虽然对较小内燃发动机的振动问题提供了有效的解决方案，摆式曲轴需要滚轮可以在其上滚动的较高强度的硬化钢。为了满足该需要，必须通过高级钢形成整个曲轴以满足摆线形表面的硬度需求。尝试仅硬化摆线的表面有时导致曲轴变形。除了全部硬化钢质曲轴的材料成本产生的限制之外，将摆线加工进曲轴所需要的劳动力和加工也是昂贵的。
[0007]从而需要一种解决与已知设置关联的问题的用于摆式曲轴的新方法。
【发明内容】
[0008]本发明通过提供具有摆式曲柄摆线形插件的摆式曲轴而克服了与用于内燃发动机的现有摆式曲轴关联的问题，从而仅需要摆线形插件通过高级硬化钢形成。曲轴本身可以通过常规铸铁形成。
[0009]本发明的用于内燃发动机的摆式曲轴包括具有摆保持(pendulum-holding)凸耳的曲轴。摆线形插件容纳孔形成在每个凸耳上用于容纳摆线形插件。每个摆线形插件具有穿过每个摆线形插件形成的摆线形路径(cycloid path)。通过穿过凸耳的摆线形路径安装并保持在形成在摆的每个半摆的摆线形路径之间的滚动销将摆可移动地连接至凸耳。
[0010]摆的每个半摆包括凹陷区域。摆线形路径形成在凹陷区域上。在每个摆线形插件和凸耳之间提供销，将销插入其中以约束摆线形插件相对于凸耳的旋转。
[0011]对于基线测试(base line testing)，可能在非量产发动机上需要暂时相对于曲轴固定摆。为此并且出于该目的，锁止销通过孔形成在每个摆上。曲轴包括锁止销容纳孔。可拆卸的锁止销穿过锁止销通过孔并进入锁止销容纳孔用于锁止摆相对于曲轴的移动。锁止销固定(deactivates)摆用于基线测试。在正常运转下去掉锁止销并且通过平衡销取代。为了非量产发动机运转将会去掉锁止销及其关联的部件。
[0012]根据本发明以及上文陈述的，曲轴可以通过常规铸铁形成而摆线形插件本身通过高级硬化钢形成并在随后连接至曲轴。摆线形插件可以通过电火花线切割机(wire EDM)机加工长的硬条并且随后切割成正确的宽度。
[0013]作为本发明的变型，插件的路径不限于上文描述的摆线形路径。例如，替代的路径配置可以包括外摆线形和圆形。
[0014]作为本发明的进一步变型，虽然硬化插件在上文描述为插入曲轴，还可以替代地将硬化插件安装至摆。此外，可以预想在相同的发动机中可以在曲轴和一个或多个摆上都安装有插件的组合。
[0015]结合附图阅读下文的优选实施例的具体描述，上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。
【附图说明】
[0016]为了更加完全理解本发明，应该参考结合附图详细说明的并且在下文通过本发明示例的方式描述的实施例，其中附图为:
[0017]图1是根据本发明的具有摆线形插件的曲轴的立体图；
[0018]图2是图1中曲轴的侧视图但是显示为没有本发明的摆线形插件或摆；
[0019]图3显示图2所示的摆式曲轴的端视图；
[0020]图4是与图3相同的视图但是显示了具有摆线形插件的摆式曲轴；
[0021]图5显示本发明的摆式曲轴使用的摆的每个半摆的内表面；
[0022]图6是图5所示的半摆组装形成摆的侧视图；
[0023]图7是摆安装至本发明的摆式曲轴的局部放大图；
[0024]图8是摆连接至摆式曲轴的端视图；
[0025]图9是摆和曲轴总成的示意端视图；
[0026]图10是类似于图5显示的视图，但是显示了根据本发明替代实施例的具有锁止机构的摆的两个半摆，该锁止机构包括锁止销；
[0027]图11是类似于图6中显示的视图，但是显示了穿过由图10中说明的两个半摆组装形成的摆形成的锁止销孔；
[0028]图12是类似于图8显示的视图，但是说明了根据本发明的替代实施例该摆显示为相对于曲轴处于锁止位置；
[0029]图13是类似于图9中显示的视图，但是说明了摆和曲轴总成的示意端视图，其中摆显示为相对于曲轴处于未锁止位置。
【具体实施方式】
[0030]在附图中，相同的参考标号用于指代相同部件。在下文的描述中，针对区别构建的实施例描述了多个运转参数和部件。包括的这些特定参数和部件作为示例并且不意味着限制。
[0031]参考图1和2，说明了用于内燃发动机的曲轴总成。图3说明图2中所示的没有摆线形插件的摆式曲轴的端视图，而图4说明与图3相同的视图但是具有摆线形插件。应理解，仅出于建议目的来详细说明所说明的曲轴总成的整体配置(大体上如图1和2中的10所说明的)，因为整体配置可以与所说明不同。
[0032]曲轴总成10包括曲轴12。曲轴12具有旋转轴线14。通过提供主轴颈16、16’、16”和16’”可以使曲轴12绕旋转轴线14旋转。轴颈16、16’、16”和16’”一体成型为曲轴10的一部分并且通过曲轴轴承(未显示)约束在发动机缸体(未显示)内。
[0033]如本技术领域众所周知的，连杆(未显示)通过连杆轴承连接至连杆轴颈18、18’和18”。同样如本技术领域众所周知的，连杆轴颈18、18’和18” 一体成型在曲轴12上。
[0034]曲轴12包括第一端20和第二端22。传统上提供的从一端(该示例中为第一端20)延伸的是长轴(snout) 24。长轴24用作任何数量发动机部件(比如减振器、风扇皮带轮和用于齿轮轴的驱动机构)的安装件。没有显示这些部件，但是这些部件以及它们的连接方法对于本技术领域的技术人员是已知的。
[0035]传统上连接至曲轴12的另一端(该示例中为第二端22)的是飞轮(未显示)。飞轮(其辅助减小曲轴12的扭转波动)与车辆的驱动轴或驱动桥可操作地接合。
[0036]平衡重26和26’一体成型为曲轴12的部件。应理解常规的现代内燃发动机包括一个或多个这样的平衡重以对曲轴12、连杆和它们的关联活塞提供平衡。
[0037]连杆轴颈18的每侧提供有间隔开的一对曲柄臂28和28’。从曲柄臂28延伸的是一对凸耳30和30’。从曲柄臂28’延伸的是一对凸耳32和32’。
[0038]连杆轴颈18”的每侧是间隔开的一对曲柄臂34和34’。从曲柄臂34’延伸的是一对凸耳，其中说明了一个凸耳。从曲柄臂34’延伸的是一对凸耳38和38’。
[0039]本发明提供了通过高级硬化钢形成的安装进插件容纳孔的摆线形插件，容纳孔形成在曲轴的凸耳上，由于提供了硬化钢插件使得凸耳可以由常规铸铁形成。
[0040]图1说明具有摆线形插件的曲轴总成10。图2说明没有摆线形插件的曲轴总成10。
[0041]更具体地，凸耳30包括摆线形插件容纳孔40而凸耳30’包括摆线形插件容纳孔40’。凸耳32包括摆线形插件容纳孔42而凸耳32’包括摆线形插件容纳孔42’。
[0042]凸耳36包括摆线形插件容纳孔44而臂34上形成的其它凸耳包括摆线形插件容纳孔(未显示)。凸耳38包括摆线形插件容纳孔46而凸耳38’包括摆线形插件容纳孔46，。
[0043]摆线形插件安装进凸耳上形成的插件容纳孔。具体地，摆线形插件48安装进摆线形插件容纳孔40而摆线形插件48’安装进摆线形插件容纳孔40’。摆线形插件50安装进摆线形插件容纳孔42而摆线形插件(未显示)安装进摆线形插件容纳孔42’。
[0044]摆线形插件52安装进摆线形插件容纳孔44而摆线形插件(未显示)安装进臂34的其它凸耳形成的摆线形插件容纳孔(未显示)。摆线形插件54安装进摆线形插件容纳孔46而摆线形插件54’安装进凸耳38’形成的摆线形插件容纳孔46’。
[0045]为了防止摆线形插件在各自的孔内旋转，提供了防旋转销。提供销56以互锁摆线形插件48和凸耳30而提供销(未显示)以互锁摆线形插件48’和凸耳30’。提供销58以互锁摆线形插件50和凸耳32而提供销(未显示)以互锁摆线形插件(未显示)和凸耳32，。
[0046]提供销60以互锁摆线形插件52和凸耳36而提供销(未显示)以互锁摆线形插件(未显示)和臂34上形成的其它凸耳。提供销62以互锁摆线形插件54和凸耳38而提供销62’以互锁摆线形插件54’和凸耳38’。
[0047]每个摆线形插件包括其中形成的摆线形路径。图1中说明了一些该路径，其中摆线形路径64显示为形成在摆线形插件48中、摆线形路径66形成在摆线形插件50中、摆线形路径68形成在摆线形插件52中、摆线形路径70形成在摆线形插件54中而摆线形路径70’形成在摆线形插件54’中。摆线形路径也形成在图1未显示的