一种气缸工况自适应动力平衡装置的制作方法

本发明一种气缸工况自适应动力平衡装置涉及内燃机动力平衡、振动降噪及轻量化，适用于柴油机、汽油机、甲醇内燃机、氢内燃机等多种燃料动力机型，可广泛配套应用于道路商用车、工程机械、农用机械等道路及非道路移动机械。

背景技术：

1、传统内燃机的动力平衡与转速平顺控制，主要依靠曲轴平衡块及大惯量飞轮的被动惯性储能方式实现，属于典型的被动平衡技术。该类方案仅能依靠旋转惯量微弱平滑转速波动，无法主动补偿内燃机非做功冲程的动力缺口，整机扭矩波动大、运行平顺性差。

2、为改善内燃机nvh性能、抑制转速波动，现有主流改进方案包括增大飞轮惯量、采用双质量飞轮、增设曲轴平衡轴、加装扭转减震器等。尤其对于搭载停缸节油技术的内燃机，气缸交替间歇做功会大幅加剧扭矩脉动，振动、噪声劣化问题尤为突出。目前行业针对停缸内燃机的nvh整改手段多为升级减震结构、采用双飞轮布局、增设电控减震系统、驾驶室反向音频降噪等，此类技术普遍存在结构复杂、制造成本高、依赖电子电器或液压部件、恶劣工况可靠性差、使用寿命有限等缺陷。

3、单纯加大飞轮质量虽可一定程度缓和转速波动，但会显著提升整机旋转惯量，大幅增加曲轴、主轴瓦、离合器、飞轮壳、传动轴等传动零部件的交变冲击载荷，不仅导致整机增重、动力响应滞后，还会加剧运动副疲劳磨损，缩短内燃机大修周期，提升设备长期运营成本。而各类电控、液压式主动平衡减震装置，元器件数量多、结构复杂，在高温、粉尘、高负荷的工程机械、农机作业场景下故障率高，无法实现与内燃机同寿命适配。

4、综上，当前内燃机动力平衡技术存在“被动平衡效果有限、主动平衡成本高、可靠差、适配性弱”的行业痛点，亟需一种纯机械结构、低成本、高可靠、可实现主动扭矩均衡的动力平衡装置。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种气缸工况自适应动力平衡装置，打破传统内燃机依赖大飞轮被动调衡的固有设计范式，采用纯机械弹簧储能释能结构，实现内燃机各冲程能量动态再分配，主动均衡曲轴输出扭矩、抑制转速波动、优化整机nvh性能，同时可实现飞轮轻量化，降低传动系统交变载荷，延长关键零部件使用寿命，兼顾轻量化、节油性能与运行平顺性，具备结构简单、可靠性高、适配性广、成本低廉的优势。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种气缸工况自适应动力平衡装置主要由活塞、连杆、曲轴、顶柱、卡簧、弹簧、顶柱套、顶柱套轴、顶柱套轴支架组成，其特征是：活塞下端活动连接连杆，连杆下端活动连接曲轴，连杆下端还活动连接装配有卡簧和弹簧的顶柱，所述顶柱安装在顶柱套内并可在顶柱套内上下往复运动，所述顶柱套与顶柱套轴固定连接，顶柱套轴与顶柱套轴支架活动连接，顶柱套轴支架固定安装在机体上，连杆与顶柱之间以铰接结构形式连接，连杆随曲轴运转产生周期性摆动时，两处铰接副可同步释放横向位移自由度，有效补偿连杆摆动产生的侧向位移分量，避免顶柱与顶柱套导向副承受持续侧向挤压载荷，从根源上防止顶柱偏磨、卡滞故障。

3、本说明书统一采用“活动连接”进行上位概括描述，一方面简化行文表述，另一方面拓宽本发明保护范围，可覆盖销轴铰接、球头铰接等多种具备同等运动补偿效果的连接结构，避免技术方案被单一结构限定，本装置采用冲程能量动态再分配策略实现自适应动力平衡，内燃机做功冲程，活塞下行带动曲轴旋转，连杆同步驱动顶柱沿顶柱套向下运动，压缩弹簧完成弹性势能储能，同步抵消曲轴周期性动力失衡，在内燃机压缩、排气、进气等非做功冲程，活塞上行阻力较大、动力输出存在缺口，压缩状态的弹簧释放储存的弹性势能，通过顶柱反向作用于连杆助力活塞上行，填补非做功冲程动力缺口，持续均衡曲轴输出扭矩，抑制整机转速波动，维持内燃机运转平顺性。

1.一种气缸工况自适应动力平衡装置主要由活塞、连杆、曲轴、顶柱、卡簧、弹簧、顶柱套、顶柱套轴、顶柱套轴支架组成，其特征是：活塞下端活动连接连杆，连杆下端活动连接曲轴，连杆下端还活动连接装配有卡簧和弹簧的顶柱，所述顶柱安装在顶柱套内并可在顶柱套内上下往复运动，所述顶柱套与顶柱套轴固定连接，顶柱套轴与顶柱套轴支架活动连接，顶柱套轴支架固定安装在机体上，连杆与顶柱之间以铰接结构形式连接，连杆随曲轴运转产生周期性摆动时，两处铰接副可同步释放横向位移自由度，有效补偿连杆摆动产生的侧向位移分量，避免顶柱与顶柱套导向副承受持续侧向挤压载荷，从根源上防止顶柱偏磨、卡滞故障。

2.根据权利要求1所述一种气缸工况自适应动力平衡装置，其特征在于：单缸内燃机匹配单组顶柱、弹簧、顶柱套组件，多缸内燃机可采用单缸独立配置或共用支架的布置形式。