专利名称：发动机曲轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机曲轴。
背景技术：
需要减少车辆中的曲轴的质量和转动惯量以增加车辆的效率。此外，当曲轴的转动惯量减小时发动机能够在高发动机转速下旋转。然而，当曲轴的质量和转动惯量减小时，关键设计特性(例如曲轴平衡和负荷能力)会受到影响。此外，当曲轴的质量减小时，曲轴将活塞和连杆的往复力转换为转动力的能力会减弱。因此，当曲轴质量减小时曲轴的运转寿命周期会减少。此外，当曲轴质量减小时发动机噪声、震动和粗糙性(NVH)也会劣化。在美国专利US 4，730，512中公开了用于V6发动机的曲轴。具体地，描述了平衡重数较少的曲轴。其声明通过调节剩余平衡重的位置维持曲轴平衡。本发明人已经认识到前述曲轴的多种缺点。例如，美国专利US4，730，512中公开的平衡重的排列和分配不能够应用至其它发动机配置，例如直列或水平汽缸配置。
发明内容
因此，本发明描述了多种示例系统和方法。根据本发明一方面，提供一种发动机曲轴。曲轴包括连接第一和第二平衡重的中间销，每个平衡重关于与所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称。中间销位于第一组外部销之间，第一组外部销中的第一外部销连接第一对曲柄臂(cheek)，并且第一组外部销中的第二外部销连接第二对曲柄臂。这样，相对于具有相应于每个发动机汽缸的一个或多个平衡重的曲轴，可减小曲轴的质量。本发明的曲轴特别适用于直列发动机，因为可维持关键设计特性。例如，因为曲轴被很好地平衡，发动机能够在较高转速下运转。此外，因为不需要减少曲轴的负荷承载部的质量而实现曲轴平衡，曲轴能够处理类似于较高质量的曲轴处理的负荷。因此，本发明提供了一种带有低旋转惯量的曲轴以增加发动机和车辆效率。另外，能够减少曲轴制造成本，因为用较少材料制造曲轴。此外，在曲轴制造期间需要较少的机加工。根据本发明另一方面，一种包括奇数汽缸的直列配置的发动机的曲轴，包括包括连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销的第一组外部销；及连接第一平衡重和第二平衡重的中间销，第一和第二平衡重中每一个相对于与中间销的中轴线和曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，第一和第二平衡重位置以及重量设置以至少部分抵消由第一组外部销和第一对曲柄臂的旋转产生的力，第一平衡重的质心的径向位置不等于第二平衡重的质心的径向位置，第一平衡重的质心的径向位置和第二平衡重的质心的径向位置相对于曲轴的旋转轴线测量。根据本发明又一方面，提供一种包括五汽缸的直列配置的发动机的曲轴，包含包括连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销的第一组外部销，第一对曲柄臂和第二对曲柄臂不提供平衡；及连接第一平衡重和第二平衡重的中间销，第一
4和第二平衡重中每一个相对于与中间销的中轴线和曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，第一和第二平衡重内置于第一组外部销之间，第一和第二平衡重的位置和重量设置以至少部分抵消由第一组外部销和第一对曲柄臂的旋转产生的力，第一平衡重的质心的径向位置不等于第二平衡重的质心的径向位置，第一平衡重的质心的径向位置和第二平衡重的质心的径向位置相对于曲轴的旋转轴线测量；第一组轴颈沿曲轴的长度设置，中间销位于第一组轴颈之间；及沿曲轴的长度设置的第二组轴颈，中间销和第一组轴颈位于第二组轴颈之间。上面的概述提供用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的选择的概念。概述不意味着确认所保护的主题的关键的或实质的特征，也不意味着用于限制所保护的主题的范围。此外，所保护的主题不限于解决本公开的任何或所有部分中所述的任何缺点的实施方式。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中图1和2显示了内燃发动机的示意性图。图3显示了大约按比例绘制的图1和2中所示的发动机的曲轴的说明。图4显示了大约按比例绘制的图3中所示的曲轴的立体图。图5-12显示了大约按比例绘制的包括在图3中所示的曲轴内的销、曲柄臂和平衡重的多个截面侧视图。图13说明了在描绘图3中所示的曲轴内部的平衡的图示。
具体实施例方式本发明提供了用于具有奇数个汽缸的发动机的平衡重数较少的曲轴。曲轴可包括内置连接至第一和第二平衡重的中间销的一组外部销，其中平衡重配置用于至少部分抵消经由外部销、相关的曲柄臂和连接至外部销的连杆产生的力。这样，能够减小曲轴的重量同时维持关键的曲轴设计特性，例如曲轴平衡。因此，可增加曲轴的效率从而增加车辆的效率而不会影响曲轴的强度和寿命。图1显示了发动机的示意图并且图2显示了包括图1中所示的发动机的车辆的示意性描绘。图3和图4显示了根据本发明一个实施例可包括在图2中所示的车辆内的示例曲轴的视图。图5-12显示了图3和4中所说明的曲轴的多个截面视图。图13显示了包括在图3中所示的曲轴内的曲柄臂和平衡重的示意图。参考图1，包含多个汽缸(图1中显示了其中的一个汽缸)的发动机10由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和带有定位于其内且连接至曲轴40的活塞36的汽缸壁32。燃烧室30显示为经由各自的进气门52和排气门M与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可通过进气凸轮51和排气凸轮53运转。可替代地，进气门和排气门中的一个或多个可通过电动控制的线圈和电枢总成运转。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。进气歧管44显示为在进气门52和进气道42之间。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未显示)的燃料系统(未显示)将燃料输送至燃料喷射器66。图1中的发动机10配置为以本领域技术人员所知的直接喷射的方式将燃料直接喷射进发动机汽缸内。响应控制器12从驱动器68提供工作电流至燃料喷射器66。此外，进气歧管44显示为与带有节气门板64的可选的电子节气门62通信。在一个示例中，可使用低压直接喷射系统，其中燃料压力能够提高至大约20-30巴。可替代地，可使用高压双级燃料系统产生高压燃料。无分电器点火系统88响应控制器12经由火花塞92提供点火火花至燃烧室30。然而，在其它示例中，压缩点火可用于点火燃烧室30内的空气/燃料混合物。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器1 显示为连接至催化转化器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可替代UEGO传感器126。在一个示例中，转化器70能够包括多个催化剂块。在另一示例中，能够使用多个排放控制装置(每个均带有多个块)。在一个示例中，转化器70能够为三元催化剂。图1中所示的控制器12显示为常规的微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口 104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规的数据总线。控制器12显示为可从连接至发动机10的传感器接收多种信号，除了之前论述的那些信号，还包括来自连接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接至加速踏板130用于感测由脚132施加的力的位置传感器134、来自连接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值、来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号、来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值、和来自传感器58的节气门位置的测量值。也可以感测(未显示传感器)大气压用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每转产生预定数目的等距脉冲，根据其能够确定发动机转速(RPM)。在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常会经历四冲程循环循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在进气冲程期间，总体上，排气阀M关闭并且进气阀52开启。空气经由进气歧管44被引入燃烧室，并且活塞36移动至汽缸的底部以便增加燃烧室30的容积。活塞36靠近汽缸的底部并且在其行程末端的位置(即当燃烧室30位于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门M闭合。活塞36向汽缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程的末端并且最接近汽缸盖的点(例如当燃烧室30处于其最小容积)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入进燃烧室。在下文称为点火的过程中，由已知点火方式(例如火花塞92)点燃喷射的燃料使之燃烧。在做功冲程期间，膨胀的气体推动活塞返回至BDC。曲轴40将活塞运动转化为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门M开启以释放燃烧的空气燃料混合至排气歧管48并且活塞返回至TDC。应该注意的是上面的仅显示为示例，并且进气门和排气门开启和/或闭合正时可改变例如以提供正气门重叠或负气门重叠，迟发进气门闭合，或多种其它示例。在一个实施例中，停止/启动曲柄位置传感器具有零转速和双向能力。在一些应用中，可使用双向霍尔传感器，在其它应用中可将磁铁安装至目标。磁铁可设置在目标上，并且如果传感器能够探测到信号振幅的改变(例如使用更强或更弱的磁铁以设置在车轮上的特定位置)则能够潜在地消除“缺齿间隙”(missing tooth gap)。此外，使用双向霍尔传感器或等同物，可在关闭期间维持发动机的位置，但是在再启动期间，可使用替代策略以确保发动机正向旋转。
图2显示了图1中所示的包括发动机10的车辆200的示意图。发动机可包括5个汽缸O02、204、206、208和210)。汽缸处于直列配置，其中每个汽缸的中轴线垂直于对齐轴线。应了解地是多个汽缸可共享单个汽缸体和曲轴箱。尽管描绘了5汽缸发动机，应了解地是在其它实施例中可使用带有奇数汽缸的其它发动机。每个汽缸包括往复的活塞，其可运转地经由各自的连杆214连接至曲轴40。曲轴的一端连接至飞轮218。飞轮可用作为旋转能量的存储装置。应了解地是两个或多个轴承可连接至曲轴以促进旋转。可平衡减小质量的曲轴40以减小连接至曲轴的轴承上的负荷以及由曲轴产生的噪声、振动和粗糙性。如这里更详细讨论地，当相较于具有一个或多个相应于每个汽缸和曲柄销的平衡重时，曲轴中的平衡重的数目可减少。尽管平衡重的数目减少，仍然维持曲轴的抵消平衡。这样，可增加传动系的效率并且可减小传动系的重量，从而改善车辆的性能和燃料经济性。此外，应该理解的是通过减少铸造或浇铸曲轴所需的材料以及曲轴的匹配成本的减少能够减少传动系的加工成本。如图所示，发动机与车轮的旋转轴线垂直设置。换句话说，曲轴的主惯性轴可指向变速箱的主惯性轴。然而，在其它实施例中，替代方向也是可能的。例如，发动机可平行于车轮的旋转轴线。在运转期间，能量可从活塞传递至曲轴。因此，来自曲轴的旋转能量可经由飞轮218和变速箱220传递至驱动轮222。并且，驱动轮可与路面2 接触。这样，可沿路面推进车辆。尽管说明了单个驱动轮，应了解地是在其它实施例中可使用多个驱动轮。发动机10可配置用于以汽缸202、汽缸204、汽缸208、汽缸210和汽缸206的顺序开始汽缸内燃烧。应了解地是该点火顺序可减少发动机振动和疲劳。然而，在其它实施例中，可利用其它点火顺序。图3中显示了曲轴300的侧视图。曲轴300可为图1和2中所示的曲轴40。图3中描绘的曲轴可用于具有直列配置的发动机内，其中汽缸排列在单独一排上。换句话说，一条直线延伸穿过每个汽缸的中心。曲轴包括前端302。曲轴还包括后端，其包括配置用于连接至飞轮218的凸缘304。这样，经由燃烧产生的旋转能量可被传递至活塞、曲轴、飞轮等，从而为车辆提供动力。曲轴绕中间旋转轴线306旋转。曲轴进一步包括多个销、轴颈、曲柄臂和平衡重。每个轴颈与中间旋转轴线306对齐。轴颈将曲柄臂连接至平衡重同时销连接多对曲柄臂对和/或平衡重。每个销经由连杆(未显示)连接至活塞。每个轴颈可与中间旋转轴线轴向对齐。具体地，曲轴300包括连接第一平衡重309和第二平衡重310的中间销308。第一和第二平衡重可称为中间对平衡重。第一平衡重309连接至轴颈311并且第二平衡重310连接至轴颈312。轴颈311和312可称为第一组轴颈。此外，第一和第二平衡重中每一个关于与中间销的中轴线和曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，参考图8和9更详细讨论。中间对曲柄臂313可连接至中间销308和第一和第二平衡重309、310。中间对曲柄臂313连接轴颈(311和312)至中间销308。中间对曲柄臂313不会为中间销提供任何实质的平 曲轴300进一步包括第一组外部销。中间销和相应的第一和第二平衡重经由第一组外部销内置。换句话说，第一和第二外部销将中间销、第一平衡重和第二平衡重括于其内。第一组外部销包括第一外部销314和第二外部销316。第一外部销314和第二外部销316在轴向方向上基本距离中间销等距间隔。换句话说，第一组外部销中的每个销与中间销308轴向等距。第一外部销314连接至一对相应的曲柄臂318。类似地，第二外部销316连接至一对相应的曲柄臂320。包括在该对曲柄臂318内最里面的曲柄臂为轴颈312。同样的，包括在一对曲柄臂320内最里面的曲柄臂连接至轴颈311。另外，包括在一对曲柄臂318内最里面的曲柄臂连接至轴颈322并且包括在该对曲柄臂320内最里面的曲柄臂连接至轴颈323。轴颈322和323可称为第二组轴颈。应了解地是曲柄臂对318和320不会为第一和第二外部销提供任何实质的平衡。也就是说直接连接至第一组外部销的曲柄臂不会平衡第一组外部销。换句话说，曲柄臂对318和320不会提供平衡重。应了解地是在一些实施例中，直接连接至第一和第二组外部销的曲柄臂对在尺寸和任何形状上类似。曲轴300进一步包括第二组外部销。第一组外部销内置于第二组外部销之间。第二组外部销包括第三外部销3M和第四外部销326。第三外部销3M和第四外部销3 在轴向方向上基本上离开中间销等距间隔。一对曲柄臂327连接至第三外部销324。另外，第三平衡重3 和第四平衡重3 连接至一对曲柄臂327。同样，一对曲柄臂330连接至第四外部销326。另外，第五平衡重331和第六平衡重332连接至一对曲柄臂330。第三平衡重3 连接至轴颈322。第四平衡重3 连接至轴颈333。第五平衡重331连接至轴颈334并且第六平衡重332连接至轴颈323。轴颈333和334可称为第三组轴颈。切面350形成图5中所示的截面图。切面350和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为414毫米(mm)。切面352形成图6中所示的截面。切面352和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为378. 25mm。切面3M形成图7中所示的截面。切面3M和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为331. 5mm。切面356形成图8中所示的截面。切面356和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为M4. 5mm。切面358形成图9中所示的截面。切面358和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为204. 25mm。切面360形成图10中所示的截面。切面360和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为157. 1mm。切面362定义图11中所示的截面。切面362和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为70. 5mm。切面364形成图12中所示的截面。切面364和邻近前端302的轴颈333之间的轴向距离可为 30. 24mmο两个或多个轴承(未显示)也可连接至曲轴300。具体地，轴承可连接至曲轴的每个端部。另外，在一些示例中，每个轴颈可连接至相关的轴承。然而，在其它示例中，也可使用其它轴承配置。图4说明了曲轴300的立体图。曲轴内包括的销(例如中间销308、第一外部销314、第二外部销316、第三外部销3 和第四外部销326)可以72度的角间隔分布。图5和6显示第五平衡重331、第六平衡重332和第四外部销326的侧视图。第五平衡重331连接至轴颈334和曲柄臂501。第四外部销3 和轴颈334也连接至曲柄臂501。另外，第六平衡重332连接至轴颈333和曲柄臂601。应了解地是第二平衡重邻近于第二外部销316。第四外部销3 和轴颈333也连接至曲柄臂601。曲柄臂501和601包括在图3中所示的一对曲柄臂330内。第五和第六平衡重(331和332)中每一个关于与销326的中轴线和曲轴的旋转轴线603径向对齐的平面不对称。第五平衡重的质心标记为510并且第六平衡重的
8质心标记为610。第六平衡重332的不对称使得平衡重能够抵消由多个销(例如第二外部销316和第四外部销326)旋转产生的力，在本说明书中将更详细地讨论。此外，第五平衡重331和第六平衡重332在任何形状和径向位置上不同。平衡重的径向位置表征为由位于垂直和横向平面内的三个点定义的分离角。第一点为位于曲轴旋转轴线上的点，第二点为位于连接至平衡重的销的中轴线上的点，并且第三点为平衡重的质心。应了解地是分离角是一个衡量平衡重的质心相对于曲轴的旋转轴线的方式。如图所示，第五平衡重331的分离角502为161.9°。此外，线段504的长度为44. 9mm。然而，在其它示例中，线段504和分离角502可具有其它值。线段504径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第五平衡重331的质心510。因此，线段504处于横向和垂直设置的平面内。另外，平衡重332的分离角602为170.5°。此外，线段604的长度为47. 6mm。然而，在其它示例中，线段604和分离角602可具有其它值。线段604径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第六平衡重332的质心610。因此，线段604处于横向和垂直设置的平面内。此外，线段506可具有42. 5mm的长度。在其它实施例中可利用其它长度。线段506径向地从曲轴的中间旋转轴线延伸至销3 的中轴线，并且在这里称为摆度。每个销的摆度是相同的。因此，图6、8、9、11和12中说明的线段606、806、906、1106和1206在长度上与线段506相等。应了解地是第五和第六平衡重(331和33 中每一个的质量和质心位置可配置为至少部分抵消由第一和第二外部销(314和316)和相应的曲柄臂(318和320)的旋转产生的力。这样，第一和第二平衡重位置设置并且平衡重以至少部分抵消由第一组合外部销和相应的一对曲柄臂的旋转产生的力。在这个具体的实施例中，第六平衡重332抵消由第二外部销316旋转产生的力和第五平衡重331不会对第二外部销316提供任何实质的平衡。另外，第五平衡重331和第六平衡重332对由第四外部销326的旋转产生的力提供平衡。图7显示了轴颈323和包括在一对曲柄臂320内的曲柄臂700中一个的截面侧视图。应了解地是曲柄臂700连接至第二外部销316。另外，另一个曲柄臂可连接至在几何形状上类似于曲柄臂700并且径向面向其的第二外部销。图8显示了第一平衡重309的截面侧视图。曲柄臂801连接至轴颈311和中间销308。第一平衡重309连接至轴颈311和曲柄臂801。应了解第一平衡重309邻近第二外部销316。如图所示，第一平衡重的质心810和中间销的中轴线803之间的分离角802为113.3°。然而，应了解可使用其它非平角。如前所述，分离角可为由位于垂直并且横向定向的平面内的三个点定义的分离角。第一点为位于曲轴旋转轴线上的点，第二点为位于连接至平衡重的销的中轴线上的点，并且第三点为平衡重的质心。线段804的长度为53. 5mm。然而，在其它示例中，线段804可具有其它值。线段804径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第一平衡重309的质心810。因此，线段804处于横向和垂直设置的平面内。图9显示了第二平衡重310的截面侧视图。曲柄臂901连接至轴颈312和中间销308。曲柄臂801和901包括在图3中所示的一对曲柄臂313内。第二平衡重310连接至轴颈312和曲柄臂901。应了解第二平衡重310邻近第一外部销314。应了解曲柄臂801或曲柄臂901均不会对由中间销308的旋转产生的力提供任何实质上的平衡。如图所示，平衡重的质心和中间销的中轴线803之间的分离角904为103. V。线段904的长度为53. 7mm。然而，在其它示例中，线段904可具有其它值。此外，在其它示例中分离角可为其它非平角。线段904径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第二平衡重310的质心910。因此，线段904处于横向和垂直设置的平面内。
应了解第一和第二平衡重(分别为309和310)中每一个的质量和质心的位置可配置为至少部分抵消由第一组外部销和相应的连杆以及曲柄臂的旋转产生的力。具体地，第一平衡重309部分抵消由第二外部销316的旋转产生的力，并且第二平衡重310部分地抵消由第一外部销314的旋转产生的力。这样，第三和第四平衡重被定位并且平衡重为至少部分抵消由第一组外部销和一对曲柄臂的旋转产生的力。然而，在其它示例中，第二平衡重310可部分地抵消由第二外部销316的旋转产生的力，并且第一平衡重309部分地抵消由第一外部销314的旋转产生的力。此外，在其它示例中，第一和第二平衡重(309和310)可两者都抵消由第一外部销314以及第二外部销316的旋转产生的力。这样，减小了曲轴的质量同时维持曲轴内的平衡。而且，第一和第二平衡重(309和310)实质上抵消由中间销308和曲柄臂801和901的旋转产生的力。将参考图13更详细地论述曲轴300内的平图10显示了轴颈312和包括在一对曲柄臂318内的最外面的曲柄臂1000中一个的截面侧视图。应了解曲柄臂1000连接至第一外部销314。另外，另一曲柄臂连接至第二外部销，其在几何形状上与曲柄臂1000基本上相同并且与其径向定位。图11和12显示了第三平衡重328、第四平衡重3 和第三外部销324的侧视图。曲柄臂1101连接至轴颈322和第三外部销324。第三平衡重3 连接至曲柄臂1101和轴颈322。曲柄臂1201连接至轴颈333和第三外部销324。另外，第四平衡重3 连接至曲柄臂1201和轴颈333。曲柄臂1101和1201包括在图3中所示的一对曲柄臂327内。第三平衡重3 和第四平衡重3 均与销324的中轴线1103和曲轴的旋转轴线径向对齐的平面对称。第三平衡重1100的质心标记为1110并且第四平衡重的质心标记为1210。而且，第三平衡重3 和第四平衡重3 在几何形状和径向位置上不相同。通过由位于垂直和横向平面内的三个点确定的分离角表征平衡重的径向位置。第一点为位于曲轴旋转轴线上的点，第二点为与连接至平衡重的销的中心轴向对齐的点，并且第三点为平衡重的质心。如图所示，平衡重1100的分离角1102为152. 5°。此外，线段1104的长度为48.6mm。然而，在其它示例中，线段1104和分离角1102可具有其它值。线段1104径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第三平衡重328的质心1110。因此，线段1104处于横向和垂直设置的平面内。另外，第四平衡重329的分离角1202为163. 6°。此外，线段1204的长度为44. 4mm。然而，在其它示例中，线段1204和分离角1202可具有其它值。线段1204径向设置并且从曲轴的中间旋转轴线延伸至第四平衡重3 的质心1210。因此，线段1204处于横向和垂直设置的平面内。应了解第三和第四平衡重(分别为3 和329)中每一个的质量和质心的位置可配置为至少部分抵消由第一和第二外部销(314和316)和相应的曲柄臂(318和320)以及相应的联杆的旋转产生的力。具体地，第三平衡重3 可部分抵消由第一外部销314的旋转产生的力。在这个示例中，第四平衡重3 可不对由第一外部销314的旋转产生的力提供任何实质的平衡。然而，在其它示例中，第四平衡重3 可对由第一外部销314的旋转产生的力提供一些平衡。此外，第三和第四平衡重(3 和329)可抵销由第三外部销324的旋转产生的力。
图13显示了描绘有在轴向方向上所示曲轴300内平衡的图。箭头代表曲轴和销内的平衡重的方向和大小提供用于参考。箭头标记有相应的平衡重的数字。如图所示，第一平衡重309和第二平衡重310之间的分离角为170. 4°。第五平衡重331和第四平衡重3 之间的分离角为178. 36°。第六平衡重332和第三平衡重3 之间的分离角为198°。应了解在其它示例中前述分离角可使用其它值。第一平衡重309和第六平衡重332可两者抵消由第二外部销316的旋转产生的力。在这个示例中，第一平衡重309和第六平衡重332两者基本上等量抵消由第二外部销316的旋转产生的力。然而，在其它示例中，第一平衡重309可比第六平衡重抵消更多的由第二外部销316的旋转产生的力。更进一步，在其它示例中，第六平衡重332可比第一平衡重309抵消更多的由第二外部销316的旋转产生的力。同样，第二平衡重310和第三平衡重3 抵消经由第一外部销314的旋转产生的力。在这个示例中，第二平衡重310和第三平衡重3 可两者基本上等量抵消由第一外部销314的旋转产生的力。然而，在其它示例中，第二平衡重310可比第三平衡重3 抵消更多的由第一外部销314的旋转产生的力。更进一步，在其它示例中，第三平衡重3 可比第二平衡重310抵消更多的由第一外部销314的旋转产生的力。这样，邻近于第一和第二外部销的平衡重可抵消由多个销的旋转产生的力。相较于具有相应于每个销及汽缸的两个或多个平衡重的曲轴，上述的曲轴设计使得由曲轴内的销的旋转产生的力能够得到平衡同时减小曲轴的重量。因此，通过减少曲轴质量可增加传动系的效率(由于曲轴的旋转惯量减少)，增加了车辆的效率。应该明白的是，这里公开的配置和方法实际上为示例性的，并且这些具体实施例不认为限制，因为有许多可能的变化。本发明主题包括本文公开的其他特征、功能、动作和/或特性的新颖和非显而易见的组合和次组合，以及它们中的任一个或所有等同物。
权利要求
1.一种发动机曲轴，包含连接第一和第二平衡重的中间销，每个平衡重关于与所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称；及连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销，所述第一和第二外部销将所述中间销括于其内。
2.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述第一外部销和第二外部销连接至中间销，并且其中所述第一和第二平衡重位于所述第一对曲柄臂和所述第二对曲柄臂之间。
3.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述第一平衡重的质心的径向位置不等于所述第二平衡重的质心的径向位置。
4.如权利要求3所述的曲轴，其特征在于，所述第一平衡重和所述第二平衡重均具有质心，所述质心相对于所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线以非平角径向设置。
5.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，还包含连接第三平衡重和第四平衡重的第三外部销以及连接第五平衡重和第六平衡重的第四外部销，所述中间销和所述第一和第二外部销位于所述第三和第四外部销之间。
6.如权利要求5所述的曲轴，其特征在于，所述第五平衡重的质心的径向位置不等于所述第六平衡重的质心的径向位置，所述第五平衡重的质心的径向位置和所述第六平衡重的质心的径向位置相对于所述曲轴的旋转轴线测量。
7.如权利要求6所述的曲轴，其特征在于，第三平衡重、第四平衡重、第五平衡重和第六平衡重中至少一个的质量设置以至少部分抵消由所述第一和第二外部销以及相应的曲柄臂的旋转产生的力。
8.如权利要求5所述的曲轴，其特征在于，所述发动机配置用于以下面的顺序在汽缸内发动燃烧与第三外部销相关联的汽缸、与第一外部销相关联的汽缸、与第二外部销相关联的汽缸、与第四外部销相关联的汽缸和与中间销相关联的汽缸。
9.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述第一平衡重的质心相对于所述曲轴的旋转轴线和所述中间销的中轴线之间的分离角在170度和171度之间。
10.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述发动机的汽缸为直列配置，其中轴线延伸穿过每个汽缸的所述中轴线。
11.如权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述第一平衡重至少部分抵消由邻近所述第一平衡重的第一外部销的旋转产生的力，并且所述第二平衡重至少部分抵消由邻近第二平衡重的第二外部销的旋转产生的力。
12.一种包括奇数汽缸的直列配置的发动机的曲轴，包含包括连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销的第一组外部销；及连接第一平衡重和第二平衡重的中间销，所述第一和第二平衡重中每一个相对于与所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，所述第一和第二平衡重的位置以及重量设置为至少部分抵消由所述第一组外部销和第一对曲柄臂的旋转产生的力，所述第一平衡重的质心的径向位置不等于所述第二平衡重的质心的径向位置，所述第一平衡重的质心的径向位置和所述第二平衡重的质心的径向位置相对于所述曲轴的旋转轴线测量。
13.如权利要求12所述的曲轴，其特征在于，还包含沿所述曲轴的长度并且距离所述中间销轴向等距设置的第二组外部销，所述第二组外部销包括连接第三平衡重和第四平衡重的第三外部销和连接第五平衡重和第六平衡重的第四外部销，所述第三、第四、第五和第六平衡重中两个或多个的位置和重量设置为至少部分抵消由所述第一组外部销和相应的曲柄臂的旋转产生的力。
14.如权利要求13所述的曲轴，其特征在于，邻近所述第一外部销的第一平衡重和邻近所述第一外部销的第三平衡重抵消由所述第一外部销的旋转产生的力，并且邻近所述第二外部销的第二平衡重和邻近所述第二外部销的第五平衡重抵消由所述第二外部销的旋转产生的力。
15.如权利要求13所述的曲轴，其特征在于，所述第三、第四、第五和第六平衡重中每一个均相对于与所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，并且其中包括在所述第一组外部销内的每个销距离所述中间销等距间隔。
16.如权利要求13所述的曲轴，其特征在于，所述第一平衡重和所述第二平衡重的质心相对于所述曲轴的旋转轴线和所述中间销的中心之间的分离角为113. 3度。
17.如权利要求13所述的曲轴，其特征在于，所述第一和第二平衡重具有非平角的分离角，所述分离角为所述第一平衡重的质心相对于所述曲轴的旋转轴线和所述中间销的中轴线之间的角度。
18.如权利要求13所述的曲轴，其特征在于，所述中间销和所述第一和第二组外部销相对于所述曲轴的旋转轴线以72度的角度间隔分布。
19.一种包括五汽缸的直列配置的发动机的曲轴，包含包括连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销的第一组外部销，所述第一对曲柄臂和所述第二对曲柄臂不提供平衡；及连接第一平衡重和第二平衡重的中间销，所述第一和第二平衡重中每一个相对于与所述中间销的中轴线和所述曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称，所述第一和第二平衡重内置于所述第一组外部销之间，所述第一和第二平衡重的位置和重量设置为至少部分抵消由所述第一组外部销和第一对曲柄臂的旋转产生的力，所述第一平衡重的质心的径向位置不等于所述第二平衡重的质心的径向位置，所述第一平衡重的质心的径向位置和所述第二平衡重的质心的径向位置相对于所述曲轴的旋转轴线测量；第一组轴颈沿所述曲轴的长度设置，所述中间销位于所述第一组轴颈之间；及沿所述曲轴的长度设置的第二组轴颈，所述中间销和所述第一组轴颈位于所述第二组轴颈之间。
20.如权利要求19所述的曲轴，其特征在于，邻近所述第一外部销的所述第一平衡重和邻近所述第一外部销的所述第三平衡重抵消由所述第一外部销的旋转产生的力，并且邻近所述第二外部销的第二平衡重和邻近所述第二外部销的第五平衡重抵消由所述第二外部销的旋转产生的力。
21.如权利要求19所述的曲轴，其特征在于，所述第一和第二平衡重的质量不同。
全文摘要
本发明公开一种发动机曲轴。在一个示例中，曲轴包括连接第一和第二平衡重的中间销，每个平衡重关于与中间销的中轴线和曲轴的旋转轴线径向对齐的平面不对称；及连接第一对曲柄臂的第一外部销和连接第二对曲柄臂的第二外部销，第一和第二外部销将所述中间销括于其内。本发明的曲轴至少在一些状况下能够改善发动机平衡。
文档编号F16C3/20GK102384152SQ20111024101
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年9月1日
发明者R·L·威廉姆斯 申请人:福特环球技术公司