[0001] 本发明涉及链轮或带轮的领域，并且更具体地涉及链条系统的链轮或带驱动装置的带轮，其具有随机模式，该随机模式是利用分配给两个或更多个链轮或带轮的唯一非普遍发动机循环阶次产生的，使得在链条或带系统内没有两个链轮或带轮以相同的发动机速度激发相同的驱动共振或链段振动。

[0002] 图1示出了用于典型发动机的链条驱动系统的实例，例如，该布置可以用于双顶置凸轮(DOHC)链条驱动装置。有三个链轮‑‑链轮30(驱动链轮)在曲轴上，链轮31(凸轮轴链轮1)是排气凸轮轴链轮，以及链轮32(凸轮轴链轮2)是进气凸轮轴链轮。链条10由链段1至3组成，由曲轴链轮30驱动。张紧器臂33被偏压朝向链段1，并且通过张紧器34对链段1提供张力。张紧器臂33位于排气凸轮轴链轮31(凸轮轴链轮1)和曲轴链轮30之间，并且引导件35提供了对进气凸轮轴链轮32(凸轮轴链轮2)和曲柄链轮30之间的链段3的链条运动控制。

[0003] 链条或齿形带驱动装置10受到振荡激励。例如，可以在发动机曲轴和凸轮轴之间使用链条或齿形带驱动装置10。振荡激励可以是曲轴的扭转振动和/或来自气门机构和/或燃料泵的波动扭矩负载。

[0004] 此外，众所周知，在具有较少齿的链轮上，链条与链轮的啮合力较高。结果，小链轮生成更多的节距(链条啮合)频率噪声。众所周知，节距频率噪声的产生生成也取决于与链轮啮合的链条段的刚度。链段刚度取决于链条刚度和链段长度。短链段比长链段硬得多。如果大链轮连接到短链条段上，则大链轮会生成高节距频率噪声。

[0005] 当节距频率噪声有问题时，可以应用随机链轮。通常，只有最小的链轮是随机化的。传统的随机链轮使用节距半径变化的固定“随机”模式来改变啮合的正时。这拆散了啮合噪声，因此它不是令人讨厌的纯音。利用非随机链轮，啮合噪声都集中在啮合频率或啮合阶次。利用随机链轮，啮合噪声在许多阶次上展开，主要在低阶次和在啮合阶次附近的阶次上展开。虽然该随机链轮减小了令人讨厌的噪声，但是该随机链轮的径向变化在该链条驱动装置中产生了振荡张力—主要是在低阶次时(每次链轮旋转若干次)。

[0006] 其他因素还确定生成了多少节距频率噪声以及在收听者的位置处噪声有多大。收听者听到的声音取决于噪声路径。如果噪声路径包括放大节距频率的结构共振，则收听者将听到更高的节距频率噪声。发动机凸轮驱动装置的常见实例是发动机前盖中的结构共振。结构共振可以放大来自最近的链轮的节距噪声，而与链轮大小无关。

[0007] 大多数链条驱动装置具有一个或多个扭转共振频率。如果由随机链轮引起的张力波动处于具有处于或接近链条驱动装置扭转共振频率的频率的阶次，则张力波动将被放大—可能引起链条张力的显著变化。

[0008] 如果链条驱动装置没有张力变化的外部原因(诸如曲柄TV、凸轮扭矩、燃料泵扭矩)，由随机链轮引起的振荡张力将增加平均张力以增大总最大张力。在这种情况下，随机链轮将总是增大最大链条张力。如果最大张力保持在链条的可接受范围内，则这可能不是问题。

[0009] 如果链条驱动装置具有张力变化的外部原因，则随机链轮很可能会将由外部来源在已经存在张力变化的阶次上形成张力变化。在许多情况下，这将产生增加和增大总最大张力的张力。使用现有的随机链轮方法几乎总是导致总最大链条张力的增大。在许多情况下，张力增大超过链条可接受的张力水平。为此，不可能在许多具有张力变化外部来源的链条驱动装置(诸如发动机凸轮或平衡轴驱动装置)上使用传统的随机链轮。

[0010] 通过限定随机链轮径向变化模式以在一个或两个特定阶次处产生张力来开发张力减小随机链轮。由张力减小随机链轮产生的张力被定相成由张力变化的外部来源引起的相反张力。这导致张力的抵消和总最大张力水平的降低。因为张力减小随机链轮使用均匀的重复图案，所以必须选择幅度以生成正确的张力水平。张力减小随机链轮通常对啮合噪声没有太大影响。

[0011] 张力减小链轮使用在链条张力中突出的阶次来产生与由振荡激励引起的张力相位相反的张力波动，使得在这些阶次处的张力在链条或带驱动装置共振处抵消或部分抵消(当总最大张力由这些阶次中的一个主导时)。

[0012] 问题是如何设计一种用于充分减小噪声同时限制总链条张力增大的随机链轮。开发了非普遍阶次(NPO)链轮来解决该问题。

[0024] 注意，本发明的实施例通过仅使用在链条张力中不普遍的阶次来创建随机模式以解决增大链条张力的问题。通过这样做，使在由随机链轮引起的张力和由外部来源引起的张力之间的相互作用最小化。NPO链轮中的每一个包括在链条张力中不普遍的不同阶次。另外，由随机链轮引起的张力不会与由外部来源引起的张力同时激发共振。此外，该随机链轮上的径向变化的取向不再重要，因为该链轮上的径向变化的取向不增加或抵消由外部来源或其他链轮引起的阶次。附加地，使用多个NPO链轮，每个具有不同的非普遍阶次，增大了节距阶次减小，并且不增大最大张力变化。

[0025] 本发明的实施例可以应用于发动机正时驱动装置(例如凸轮驱动装置、平衡轴驱动装置、燃料泵驱动装置和油泵驱动装置)和具有重复动态负载的任何驱动装置。

[0026] 可以将这种方法与张力减小随机链轮组合。这可以通过首先定义张力减小链轮的阶次、幅度和相位来完成。然后，可以增加在链条张力中尚未突出的其他阶次，以进一步改进啮合噪声降低，同时使总最大张力增大最小。

[0027] 链条或齿形带驱动装置可以具有多种配置和多种振荡激励。重要的是，驱动装置受到振荡激励，并且该驱动装置具有可以由这些激励激发的扭转共振。可以使用许多可能的径向变化模式。重要的是，该模式不包含在链条张力中突出的阶次。此外，多个NPO链轮存在于相同的驱动装置内，每个具有不同的模式，使得所有的多个NPO链轮不包含在链条张力中突出的阶次。多个NPO链轮全部包含不同的非普遍阶次，因此没有重叠。NPO链轮相对于彼此的取向是不相关的。NPO链轮的数量在二和驱动装置中链轮/带轮的数量之间。

[0028] 下面的表1示出了在本发明的实施例中使用与现有技术中的圆形链轮组合的单个非普遍阶次(NPO)随机链轮或多个NPO随机链轮。如下面所看到的，在模拟和测试中，使用多个NPO随机链轮，节距阶次减小更高。

[0029]

[0030]

[0031] 表1

[0032] 单个发动机循环在不同速度下具有振荡激励。每个四冲程发动机循环包括两次曲柄旋转。例如，在四汽缸发动机中，振荡激励具有在发动机循环中重复四次的模式。这产生了占优势的、普遍的第四发动机循环阶次(每个发动机循环的激励增加和减少四次)。也可以存在多个四阶发动机循环阶次(8、12、16……)。

[0033] 下表2示出了基于典型的气门机构扭矩可以结合到链轮上的径向变化模式中的非普遍发动机循环阶次的实例。

[0034]

[0035] 表2

[0036] 在一个实例中，许多3汽缸发动机上的普遍阶次是第3、第6、第9、第12、第15和第18发动机循环阶次。剩下第1、第2、第4、第5、第7、第8、第10、第11、第13、第14、第16、第17、第19、第20、第21非普遍阶次。对于具有一个曲轴链轮和两个凸轮链轮的双顶置凸轮(DOHC)驱动装置，例如如图1所示，该曲柄链轮将具有指示第8、第10和第20发动机循环阶次的径向变化模式，该第一凸轮链轮将具有指示第5、第17和第21发动机循环阶次的径向变化模式，并且第二凸轮链轮将具有指示第7、第11和第14发动机循环阶次的径向变化模式。通过对系统中的NPO链轮中的每一个使用唯一阶次，没有两个链轮可以同时激发相同的振动(链条驱动共振或链条段振动)，从而使对链条张力的不希望的影响最小化。

[0037] 除了凸轮扭矩之外，曲柄扭转振动(TV)是系统的另一激励，其也在特定的阶次导致链条张力。来自曲柄TV的阶次和所产生的张力幅度不如凸轮扭矩一致，使得产生普遍阶次的实际阶次可以随应用而变化。对于曲轴增加链条张力的特定应用，可以基于曲轴扭转振动增加非普遍发动机循环阶次的引入。表3示出了曲轴TV发动机循环阶次的实例。

[0038]

[0039] 表3

[0040] 当在本发明的实施例中选择用于NPO链轮的阶次时，普遍阶次是来自所有激励的普遍阶次的组合。例如，如果链条系统驱动凸轮轴和燃料泵，则可用于NPO链轮的非普遍阶次将是存在于凸轮扭矩(表2)和曲柄TV(表3)以及燃料泵扭矩中的非普遍阶次。在一些情况下，来自该初始圆形链轮系统的链条张力可以用于确定这些普遍的阶次(任何阶次的显著链条张力幅度)，这是来自凸轮扭矩、燃料泵扭矩，以及曲柄TV中的任一个的激励的结果。

[0041] 图4至图6分别示出了曲柄链轮、第一凸轮链轮和第二凸轮链轮的径向变化对链轮根数的曲线图。表4示出了如图4所示的曲柄链轮的每个链轮根数的对应径向变化。

[0042]

[0043]

[0044] 表4

[0045] 在该实例中，曲柄链轮包括8、10和20的非普遍阶次。

[0046] 表5示出了如图5所示的第一凸轮链轮的每个链轮根数的径向变化。

[0047]

[0048]

[0049] 表5

[0050] 在该实例中，第一凸轮链轮包括5、17和21的非普遍阶次。

[0051] 表6示出了如图6所示的第二凸轮链轮的每个链轮根数的径向变化。

[0052]

[0053]

[0054] 表6

[0055] 在这个实例中，该第二凸轮链轮包括7、11和14的非普遍阶次。

[0056] 表7示出了使用以上所讨论的三个链轮(曲柄链轮、凸轮链轮1、凸轮链轮2)对使用单个NPO链轮作为曲柄链轮和使用“直的”或圆形链轮作为两个凸轮链轮的结果。

[0057]

[0058] 表7

[0059] 如图所示，具有唯一阶次的多个NPO随机链轮导致最低的节距频率，同时最小化不希望的副作用。最大链条张力变化小于5％。

[0060] 表8示出了在所有可能的方向上使用凸轮2链轮的唯一阶次NPO链轮的结果。

[0061]

[0062] 表8

[0063] 在所有情况下，最大链条张力变化小于5％，证实了使用唯一阶次NPO随机链轮的益处。唯一阶次NPO随机链轮(例如凸轮链轮2)的相对取向不会以与传统随机链轮(诸如在US 6,213,905中)相同的方式影响最大链条张力。

[0064] 表9示出了用于直列式3‑汽缸(I3)发动机的可能的NPO链轮唯一发动机循环阶次组合的实例。应注意的是，该表不包括完整的详尽列表，而是可以最多用于降低节距噪声而不增大张力的唯一发动机循环阶次组合的多个实例。应注意的是，虽然对于每个链轮列出了多个发动机循环阶次，但是一个或多个发动机循环阶次可以结合到链轮的径向变化模式中，其中结合到链轮的径向变化模式中的发动机循环阶次的数量受到链轮中的每一个的齿数的限制。

[0065]

[0066]

[0067]

[0068] 表9

[0069] 表10示出了用于典型的DOHC直列式4汽缸(I4)发动机的可能的NPO链轮唯一发动机循环阶次组合的实例。应注意的是，该表不包括完整的详尽列表，而是可以最多用于降低节距噪声而不增大张力的唯一发动机循环阶次组合的多个实例。应注意的是，虽然对于每个链轮列出了多个发动机循环阶次，但是一个或多个发动机循环阶次可以结合到链轮的径向变化模式中，其中结合到链轮的径向变化模式中的发动机循环阶次的数量受到链轮中的每一个的齿数的限制。

[0070]

[0071]

[0072] 表10

[0073] 应注意的是，对于上表中没有列出普遍阶次的链轮，该链轮可以是标准圆形链轮或非圆形张力减小链轮。

[0074] 表11示出了用于典型的单顶置凸轮(SOHC)直列式4汽缸(I4)发动机的可能的NPO链轮唯一发动机循环阶次组合的实例。应注意的是，该表不包括完整的详尽列表，而是可以最多用于降低节距噪声而不增大张力的唯一发动机循环阶次组合的多个实例。应注意的是，虽然对于每个链轮列出了多个发动机循环阶次，但是一个或多个发动机循环阶次可以结合到链轮的径向变化模式中，其中结合到链轮的径向变化模式中的发动机循环阶次的数量受到链轮中的每一个的齿数的限制。

[0075]

[0076]

[0077] 表11

[0078] 表12示出了用于如图3所示的典型的DOHC V6蛇形驱动装置发动机的可能的NPO链轮唯一发动机循环阶次组合的实例。在DOHC V6蛇形驱动装置发动机50中，曲柄链轮56经由链条58驱动四个不同的凸轮轴链轮52、51、54、55和空转链轮53。链条58的第一链条段位于曲柄链轮56和凸轮链轮52之间。链条58的第二链条段位于凸轮链轮52和空转链轮53之间。链条58的第三链条段位于空转链轮53和凸轮链轮54之间。链条58的第四链条段位于凸轮链轮54和曲柄链轮56之间。凸轮链轮52也经由链条59连接到凸轮链轮51。凸轮链轮54经由链条57连接到凸轮链轮55。链条57和59各自具有两条链条段，对于链条59用附图标记7和8指示，并且对于链条57用附图标记5和6指示。

[0079]

[0080]

[0081] 表12

[0082] 应注意的是，对于上表中没有列出普遍阶次的链轮，该链轮可以是标准圆形链轮或非圆形张力减小链轮。

[0083] 应注意的是，该表不包括完整的详尽列表，而是可以最多用于降低节距噪声而不增大张力的唯一发动机循环阶次组合的多个实例。应注意的是，虽然对于每个链轮列出了多个发动机循环阶次，但是一个或多个发动机循环阶次可以结合到链轮的径向变化模式中，其中结合到链轮的径向变化模式中的发动机循环阶次的数量受到链轮中的每一个的齿数的限制。

[0084] 图2是使用NPO随机链轮在不增大最大链条张力的情况下降低啮合噪声的方法的流程图。

[0085] 在第一步骤中，确定链条驱动装置内的外部激励以确定其中发生张力的发动机循环阶次(步骤200)。替代地，可以对链条驱动装置施加激励以便确定张力并且然后确定普遍发动机循环阶次。

[0086] 将链条驱动装置内张力普遍的发动机循环阶次转换成链轮阶次(步骤202)。例如，曲柄链轮阶次是发动机循环阶次的一半。因此，第四发动机循环阶次是第二曲柄链轮阶次。

[0087] 确定其为非普遍的阶次(步骤204)。这些是在步骤200至步骤202中没有发现的阶次。

[0088] 确定系统的NPO链轮的数量(步骤205)。注意，优选地，每个系统至少两个链轮被指定为NPO链轮。在另一实施例中，至少一个曲柄链轮和两个凸轮链轮被指定为NPO链轮。在一个实施例中，被指定为NPO链轮的两个链轮是驱动链轮或曲柄链轮和从动凸轮链轮1。在另一实施例中，被指定为NPO链轮的两个链轮是驱动链轮或曲柄链轮和从动凸轮链轮2。在又一实施例中，从动凸轮链轮1和从动凸轮链轮2是NPO链轮。在其他情况下，空转链轮也是NPO链轮。

[0089] 接下来，确定要结合到步骤205的每个链轮中的非普遍阶次的唯一集合(步骤206)。在一个实施例中，每个链轮具有至少一个阶次。在另一实施例中，每个链轮具有多达3个非普遍阶次。在另一实施例中，每个链轮具有多达4个非普遍阶次。在另一实施例中，每个链轮具有多达5个非普遍阶次。注意，结合到每个链轮中的非普遍阶次的总数取决于齿数。
链轮齿的数量越大，可以结合的非普遍阶次的数量就越大。还应注意，虽然每个链轮可以具有多达5个非普遍阶次，但是发动机中的每个链轮可以具有不同数量的阶次。

[0090] 为了在链轮之间建立唯一阶次，需要基于相同的参考循环来比较阶次。参考循环是发动机循环。链轮阶次可以不同于发动机循环阶次。例如，每次曲柄链轮旋转发生一次的变化可以被称为第一曲柄阶次。由于曲柄链轮在发动机循环中旋转两次(假定为四冲程发动机)，所以它也可以被称为第二发动机循环阶次。每次凸轮链轮旋转发生一次的变化可以被称为一个凸轮链轮循环或一个发动机循环，因为每次发动机循环凸轮链轮旋转一次。

[0091] 例如，曲柄NPO随机链轮可以使用第3和第4曲柄链轮阶次。凸轮NPO随机链轮可以使用第3和第4凸轮链轮阶次。这些链轮使用唯一发动机循环阶次，因为曲柄NPO随机链轮使用第6和第8发动机循环阶次，而凸轮NPO随机链轮使用第3和第4发动机循环阶次。注意，从链轮阶次转换到发动机循环阶次可能导致非整数发动机循环阶次(取决于链轮相对于曲轴的速度)。例如，非整数发动机循环阶次可以发生在具有不以曲柄速度或凸轮速度旋转的中间轴的多级驱动装置上。

[0092] 将该至少一个非普遍阶次结合到每个链轮的径向变化模式中(步骤207)以产生唯一非普遍阶次(NPO)链轮。这些非普遍阶次的幅度确定了将被引入该链条驱动装置中的张力并且对应于该链轮的径向变化模式。

[0093] 在优选实施例中，所选择的非普遍阶次小于链轮齿数的一半，并且通常避免第一阶次和第二阶次，因为链轮齿数的一半以上的阶次是混叠的并且表现为较低阶次。与第一阶次和第二阶次类似，低阶次通常对啮合噪声具有很小的影响，因为它们不会引起啮合正时的足够变化，并且这就是为什么用张力减少链轮不能大大减小啮合噪声的原因。

[0094] 非普遍阶次(NPO)链轮安装在内燃发动机的链条驱动装置中(步骤208)，并且该方法结束。

[0095] 应当注意，尽管以上所描述的链条驱动系统涉及凸轮轴、燃料泵等，但是本发明的NPO链轮与由链条驱动的其他发动机附件和部件(诸如平衡轴或水泵等)同样有用。

[0096] 还应当注意的是，虽然以上描述是在内燃发动机的背景下，但是本发明的NPO链轮还可以与其他链条应用一起使用，诸如变速器、传动箱、混合驱动装置等。应当理解，NPO概念可以应用于任何链条驱动系统，该系统在特定阶次具有激励或在特定阶次与其他系统交互(形成需要在随机模式中避免的阶次)。

[0097] 还应当注意，术语“链轮”包括在齿形带驱动系统中使用的带轮。

[0098] 因此，应当理解，本文描述的本发明的实施例仅仅是对本发明原理的应用的说明。本文对所图示的实施例的细节的引用并不旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身列举了被认为是本发明的本质的那些特征。