一种车辆、发动机及其曲轴平衡结构的制作方法

本发明涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种发动机的曲轴平衡结构。本发明还涉及一种包括上述曲轴平衡结构的发动机以及一种车辆。

背景技术：

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。

车辆上的零件数量众多，可达上万个，其中包括若干个系统、机构、总成等，比如发动机的五大系统和两大机构，以及行驶系统、转向系统、制动系统以及各种电子模块、传感器等。

发动机是车辆上最重要的部件，是车辆运动的动力。发动机上的零部件众多，比如曲轴飞轮组、活塞连杆组以及气缸体、节气门、喷油嘴、润滑系统、机油滤清器、分电器、节温器和冷却系统等。发动机的种类很多，根据气缸数可分为三缸发动机、四缸发动机、六缸发动机等。

其中，三缸发动机具有升功率高和结果紧凑等优势，但先天具有的平衡性问题，会对整机的振动甚至整车的舒适性带来不利的影响。发动机的活塞在气缸中做往复直线运动，通过连杆和曲轴等机构将往复运动转变为旋转运动，这样就产生了往复惯性力和旋转惯性力。由于三缸机点火角度的特殊性，曲轴每转动240°点一次火，三缸机曲轴的受到惯性力的合力为零，但惯性力产生的合力距不为零，因此三缸发动机的振动较强，驾驶体验较差。对于三缸发动机而言，其平衡设计的预期目标为：通过曲轴系统自身消除100％的旋转惯性力矩和50％的往复惯性力矩，而另外50％的往复惯性力矩则通过平衡轴来抵消。

在现有技术中，曲轴系统的平衡方法往往是在连杆轴颈的曲柄臂上增设若干块平衡块，再搭配偏心飞轮。然而，首先单纯靠曲轴自身的若干个平衡块只能平衡部分惯性力矩，比如三缸机时只能平衡52％的惯性力矩，其平衡性能依然不足；其次，飞轮有挠性盘、单质量飞轮和双质量飞轮三种，其中挠性盘上能设计的不平衡量极为有限，单、双质量飞轮增加不平衡量又受到相关发动机配件的制约，工艺更改成本巨大，此种方式只能应用于少数型号的发动机，不具备普适性。

因此，如何提高曲轴平衡结构对发动机的普适性和通用性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种发动机的曲轴平衡结构，能够在满足曲轴平衡设计的要求上，提高对发动机的普适性和通用性。本发明的另一目的是提供一种包括上述曲轴平衡结构的发动机以及一种车辆。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机的曲轴平衡结构，包括分别设置于若干组曲柄臂上且均等重的平衡块，还包括设置于曲轴前端的第一配重块和设置于曲轴后端的第二配重块，所述第一配重块和第二配重块的质量相等，质心方向相反，且两者中的其中一者的质心方向和与其相邻的所述曲柄臂上的平衡块的质心方向相同。

优选地，所述曲轴前端和曲轴后端上均装配有传动系配件，且所述第一配重块和第二配重块分别设置在各自对应的所述传动系配件上。

优选地，所述传动系配件具体包括减震器皮带轮或正时齿轮。

优选地，所述第一配重块和/或第二配重块呈弧形，且其圆心角为90°～150°。

优选地，所述第一配重块及第二配重块均焊接在各自对应的所述传动系配件上。

优选地，还包括开设在各连杆轴颈的端面上的减重孔，且各所述减重孔在各自对应的所述连杆轴颈上的设置位置相同、容积相同。

优选地，各所述减重孔的中轴线至各自对应的所述连杆轴颈的表面距离占所述连杆轴颈直径的20％～30％。

优选地，各所述连杆轴颈上的各个减重孔在其端面上对称分布。

本发明还提供一种发动机，包括缸体和设置于所述缸体内的曲轴平衡结构，其中，所述曲轴平衡结构具体为上述任一项所述的曲轴平衡结构。

本发明还提供一种车辆，包括车体和设置于所述车体内的发动机，其中，所述发动机具体为上一项所述的发动机。

本发明所提供的曲轴平衡结构，主要包括平衡块、第一配重块和第二配重块。其中，平衡块设置在曲轴上的若干组曲柄臂上，一般在曲轴上对称分布，主要用于通过对曲柄臂增加重量，使得曲轴的往复惯性力和旋转惯性力达到平衡，同时也能够平衡部分惯性力矩，但仍然有部分惯性力矩无法平衡。第一配重块和第二配重块分别设置在曲轴的前端和后端，亦即曲轴的输入端和输出端，并且，第一配重块和第二配重块的质量相等，即对曲轴的前端和后端施加的重力相等，而且第一配重块和第二配重块的质心方向相反，如此首先保证惯性力的平衡，同时，第一配重块和第二配重块两者中，其中一者的质心方向和与其相邻的曲柄臂上的平衡块的质心方向相同，如此计算出的惯性力矩即可达到旋转惯性力矩的全平衡以及往复惯性力矩的半平衡，能够满足曲轴系统的基本平衡水目标，并且，本发明在曲轴的前端和后端增设第一配重块和第二配重块，无需再通过设计偏心飞轮等结构实现配重量，因此无需对发动机前后端的配件结构做出更改，可适用于所有类型的发动机，因此提高了曲轴平衡结构对发动机的普适性和通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1中所示的第二配重块的具体结构示意图；

图3为图2中所示h-h的剖面结构示意图；

图4为图1中所示的连杆轴颈上开设减重孔的结构示意图。

其中，图1—图4中：

曲柄臂—1，平衡块—2，第一配重块—3，第二配重块—4，传动系配件—5，连杆轴颈—6，减重孔—7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，发动机的曲轴平衡结构主要包括平衡块2、第一配重块3和第二配重块4。

其中，平衡块2设置在曲轴上的若干组曲柄臂1上，一般在曲轴上对称分布，主要用于通过对曲柄臂1增加重量，使得曲轴的往复惯性力和旋转惯性力达到平衡，同时也能够平衡部分惯性力矩，但仍然有部分惯性力矩无法平衡。本实施例主要针对三缸发动机的曲轴平衡结构，因此平衡块2一般设置在曲轴上的第一连杆轴颈6和第三连杆轴颈6上的曲柄臂1上。由于三缸发动机的曲轴系统，其第一连杆轴颈6、第二连杆轴颈6和第三连杆轴颈6的点火间隔角为240°，因此在曲轴的横截面上，三者的惯性力两两形成120°夹角，惯性力互相抵消。但是，旋转惯性力矩和往复惯性力矩并不平衡，对于三缸发动机的曲轴而言，平衡块2仅能平衡52％的惯性力矩。

第一配重块3和第二配重块4分别设置在曲轴的前端和后端，亦即曲轴的输入端和输出端，并且，第一配重块3和第二配重块4的质量相等，即对曲轴的前端和后端施加的重力相等。而且第一配重块3和第二配重块4的质心方向相反，如此首先保证惯性力的平衡，同时，第一配重块3和第二配重块4两者中，其中一者的质心方向和与其相邻的曲柄臂1上的平衡块2的质心方向相同，比如，第二配重块4的质心方向与第三连杆轴颈6上的曲柄臂1的平衡块2的质心方向相同，而第一配重块3的质心方向与第二配重块4的质心方向(曲轴中轴线到质心)相反(即在曲轴的横截面上成180°夹角)。当然，也可以是第一配重块3的质心方向与第一连杆轴颈6上的曲柄臂1的平衡块2的质心方向相同，而第二配重块4的质心方向与第一配重块3的质心方向相反。如此计算出的惯性力矩即可达到旋转惯性力矩的全平衡以及往复惯性力矩的半平衡，即平衡100％的旋转惯性力矩和50％的往复惯性力矩，能够满足曲轴系统的基本平衡水目标，并且，本实施例在曲轴的前端和后端增设第一配重块3和第二配重块4，无需再通过设计偏心飞轮等结构实现配重量，因此无需对发动机前后端的配件结构做出更改，可适用于所有类型的发动机，因此提高了曲轴平衡结构对发动机的普适性和通用性。当然，再搭配平衡轴即可使往复惯性力矩也实现全平衡。

另外，第一配重块3和第二配重块4与平衡块2的重量之间存在预设的比例关系，该比例需要根据具体的发动机型号、体积和重量而定。比如，某中型号的三缸发动机中，平衡块2的质量为8.8kg，而第一配重块3和第二配重块4的质量为11kg。

发动机上的配件众多，在曲轴的前端和后端上一般均设置有传动系配件5。其中，曲轴的前端指其的输入端，一般与正时齿轮、皮带轮等相连，而曲轴的后端指其输出端，一般与飞轮相连。而为方便第一配重块3和第二配重块4的设置，本实施例中，可将第一配重块3和第二配重块4分别设置在各自对应的传动系配件5上。比如，可将第一配重块3和第二配重块4分别焊接在对应的传动系配件5上等，不仅节省空间，还能提高连接牢固程度。当然，也可将第一配重块3和第二配重块4通过紧固件固定在对应的传动系配件5上。

具体的，该传动系配件5一般包括减震器皮带轮或正时齿轮，当然，还可包括曲轴大盘或飞轮结合盘等。其中，减震器皮带轮和正时齿轮一般可设置在曲轴的前端，而曲轴大盘或飞轮结合盘一般可设置在曲轴的后端。如此，即可将第一配重块3设置在减震器皮带轮或正时齿轮上，同时将第二配重块4设置在曲轴大盘或飞轮结合盘上。当然，发动机上的传动系配件5众多，此处不再一一列举。

如图2和图3所示，图2为图1中所示的第二配重块的具体结构示意图，图3为图2中所示h-h的剖面结构示意图。

在关于第一配重块3和第二配重块4的一种优选实施方式中，该第一配重块3和/或第二配重块4可呈圆弧型，即整体呈扇形。优选地，第一配重块3和第二配重块4的圆心角可为90°～150°，如此，可在提高配重均匀的基础上，提高质心的精确性，同时保证第一配重块3和第二配重块4的强度足够。

如图4所示，图4为图1中所示的连杆轴颈上开设减重孔的结构示意图。

在本发明所提供的另一种具体实施方式中，还可以通过在连杆轴颈6的端面上开设减重孔7的方式更加方便地实现预期平衡设计目标。具体的，可在曲轴上的各个连杆轴颈6的一侧端面上开设减重孔7，并且为保证惯性力和惯性力矩平衡，该减重孔7在各个连杆轴颈6上的设置位置应该对应相同，并且该减重孔7的容积也需相同，如此才能保证对每个连杆轴颈6减去相同的质量。如此设置，连杆轴颈6的重量减轻后，曲轴的整体重量也得到下降，因此设置在曲柄臂1上的各个平衡块2的质量也可相应减轻，同时，对于第一配重块3和第二配重块4而言，也可适当降低配重量。

在关于减重孔7的一种优选实施方式中，该减重孔7可通过钻头钻孔成型，并且为了实现较大的减重量，可通过非标准锥角的钻头进行打孔，比如60°～90°锥角的钻头等。同时，为在对连杆轴颈6减重的基础上，保证连杆轴颈6的强度和刚度，本实施例中，各个减重孔7的中轴线到各自对应的连杆轴颈6的表面距离占连杆轴颈6直径的20％～30％，比如可占25％左右等，在某款型号的三缸发动机中，减重孔7的中轴线到其对应的连杆轴颈6的表面距离不小于7mm。同时，在连杆轴颈6与主轴颈之间设置有油孔，该减重孔7的中轴线到该油孔表面的距离也不小于7mm。

同时，在连杆轴颈6上可以开设不止一个减重孔7，当连杆轴颈6的体积较大时，可同时开设多个减重孔7。此时，为进一步保证曲轴的平衡设计，避免为平衡设计增加难度，每个连杆轴颈6上的各个减重孔7可在其端面上对称、均匀分布。

本实施例还提供一种发动机，主要包括缸体和设置在缸体内的曲轴平衡结构，其中，该曲轴平衡结构与上述相关内容相同，此处不再赘述。需要说明的是，本实施例中所指发动机，主要指的是三缸发动机。

本实施例还提供一种汽车，主要包括车体和设置在车体内的发动机，其中，该发动机与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。