一种山区重载三轮摩托车发动机及其曲柄结构的制作方法

本发明涉及一种三轮摩托车发动机的曲柄，尤其涉及到用于山区重载的三轮摩托车的发动机的曲柄。

背景技术：

重载三轮摩托车发动机从摩托车cg125发动机演变而来，排量从125ml增大到250ml，整车装备质量从400kg增加到2200kg，常用车速从50km/h降低到30km/h，冷却方式从风冷调整到水冷。

排量增大使发动机的冲击增大、运转不平稳。

负载增大使发动机的阻力增大，加剧了发动机运转的不平稳性，加剧了曲轴扭转。

水冷方式使发动机的阻力增大。

发动机运转不平稳将造成齿轮冲击大、齿轮点蚀问题严重，容易发生主副轴挡齿断裂故障；发动机运转不平稳使发动机在重载上坡时工作过程恶化，容易造成发动机过热和爆燃，动力明显下降，进而引发气门断裂、凸轮摇臂异常磨损、推杆磨损或推杆球头脱落、拉缸、活塞坏等次生故障；在整车重载下坡倒拖发动机时，曲柄及转子转动惯量不足容易使发动机超速，造成配气机构失控，进而造成进、排气门盘部干涉、气门与活塞干涉等次发故障。

为了应对这些负面影响，增加曲柄及磁电机转子的转动惯量，降低发动机的运转不平稳的问题。因为cg发动机的曲柄左侧有正时主动齿轮，排量增大后，缸径增大，使正时齿轮左移，磁电机转子的悬置长度较长，增大转子转动惯量后，在山区重载上坡工况、一定转速、一定温度时会出现磁电机转子与左曲柄锥度配合处（半圆键处）撕裂；在山区重载下坡工况，倒拖时，一定转速时，会出现左曲柄弯曲现象。

可靠性是重载三轮摩托车发动机的关键指标，降低油耗和小型化是发动机发展的趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够应用于山区重载三轮摩托车的发动机的曲柄结构，该结构可提高曲柄的刚度和抗扭转性能，为增加磁电机转子的转动惯量提供了条件。进一步的，提高了发动机运转的平稳性和可靠性，降低了整车的油耗。提高了山区重载爬坡能力。并且直接利用现有的箱体、左前盖和双联齿轮的空间，整车及发动机改动较小，成本较低。

基于上述目的，本发明是通过以下的方案来实现的。

一种曲柄结构，包括曲柄本体，所述曲柄本体包括曲柄销连接部和柄体部；所述曲柄销连接部和柄体部大体为类圆盘状的一体设置；其特征在于：所述曲柄销连接部位于所述柄体部的上方，所述柄体部为具有大于180°的扇形状柄体且其圆心位置位于所述曲柄销连接部的下部；所述柄体部的扇形状柄体的两侧高于所述曲柄销连接部的最低位置且低于曲柄销连接部的最高位置；所述扇形状柄体的两侧相对于曲柄销连接部对称设置，形成用于提高曲柄转动惯量的取重部，所述取重部是指去除取重部顶部至曲柄销连接部顶部的材料以提高曲柄的转动惯量.

进一步的，可在两侧的取重部上分别设置有通孔。

采用上述方式设置的曲柄结构，通过将取重部位上移，能够提高曲柄的转动惯量，进一步的将取重的体积部分转移到取重部，进一步提高了曲柄的强度。曲柄转动惯量的增加提高了曲柄的刚度和抗扭转能力，为增加磁电机转子的转动惯量提供条件。进一步的可提高发动机运转平稳性，气门断裂故障降低，齿轮点蚀里程延长，齿轮断齿故障减少。同样车速可以提高一个挡位，对应的发动机转速低，整车油耗低。且本技术方案可直接利用现有箱体、左前盖和双联齿轮的空间，整车及发动机的改动较小，成本较低。

进一步的，所述曲柄销连接部具有圆形状外轮廓，且在其圆形状外轮廓中部开设有曲柄销孔，所述曲柄销连接部的一端面与所述柄体部的一端面平齐，所述曲柄销连接部的另一端面低于所述柄体部的另一端面并与其形成台阶。

为进一步提高曲柄的强度，所述柄体部上表面中部具有与曲柄销连接部的圆形状外轮廓下表面相同走向的第一弧面，所述第一弧面的左侧与所述柄体部的扇形状柄体的外轮廓左侧之间形成第二弧面，所述第一弧面的右侧与所述柄体部的扇形状柄体的外轮廓右侧之间形成了第三弧面。

为进一步提高曲柄的强度，所述曲柄销连接部的圆形状外轮廓上表面与所述第二弧面和第三弧面之间设置有倒圆角。

进一步的，所述取重部的最高位置与所述柄体部圆心的距离为5~35mm。

为进一步是的曲柄获得最大的转动惯量和强度，所述取重部的最高位置与所述柄体部圆心的距离为33~34cm。

为进一步节省成本，所述通孔为圆形通孔。

优选的，所述通孔的圆心位置高于所述柄体部的圆心。

为进一步提高转动惯量，所述通孔的圆心所在径与扇形状柄体的横向径的夹角为25°。

为进一步提高曲柄的转动惯量和强度，所述通孔的圆心距所述扇形状柄体的圆心为40mm。

一种山区重载三轮摩托车发动机，包括上述的曲柄结构。

有益效果：

本发明的曲柄结构，在现有空间不变的情况下，对曲柄结构进行了重新设计，使得曲柄的转动惯量增加16.7%，提高了曲柄的刚度和抗扭转能力，为增加磁电机转子的转动惯量提供条件。

进一步的，采用本发明的曲柄结构以及包含此曲柄结构的山区重载三轮摩托车发动机，可提高发动机的可靠性，降低整车油耗，不增大发动机的体积。

1、关于可靠性

增加曲柄和磁电机转子的转动惯量，提高运转平稳性；增加了曲柄轴部尺寸，提高了刚度，减小了变形。可使得气门断裂故障降低，齿轮点蚀里程延长，齿轮断齿故障减少。

重载下坡倒拖试验，发动机最高转速降低了8.3%，未出现左曲柄弯曲、气门断裂问题。

2、关于油耗

重载平路试验，同样的工况，增加了一挡位，同样的车速发动机转速降低了，发动机噪音有明显减小。如：以前用2挡，现在用3挡；以前用3挡，现在用4挡。

即转动惯量的增加，可用同样车速可以提高一个挡位，对应的发动机转速低，整车油耗低。

3、关于体积

本曲柄结构利用现有箱体、左前盖和双联齿轮的空间，整车及发动机的改动较小，成本较低。

另外，本发明的曲柄结构以及三轮摩托车，其整车重载山区爬坡能力增强，使得采用该曲柄的三轮摩托车尤其适用于山区重载的情况。

附图说明：

图1为本发明曲柄结构正视图；

图2为本发明曲柄结构a-a剖视图；

图3为去掉曲柄销支撑部位的后的曲柄；

图4为取重位置对转动惯量的影响曲线图；

图5为取重位置对转动惯量增加量的影响曲线图；

图6为取重位置对质径积的影响曲线图；

图7为取重位置对质径积减小量的影响曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1和2所示，本实施例提供一种曲柄结构，并且还提供一种包含此曲柄结构的发动机。该曲柄结构转动惯量大，使得该曲柄与发动机尤其适用于山区重载的发动机。

本实施例的曲柄结构，包括曲柄本体，所述曲柄本体包括曲柄销连接部1和柄体部2；所述曲柄销连接部和柄体部大体为类圆盘状的一体设置；所述曲柄销连接部位于所述柄体部的上方，所述柄体部为具有大于180°的扇形状柄体且其圆心位置位于所述曲柄销连接部的下部；所述柄体部的扇形状柄体的两侧高于所述曲柄销连接部的最低位置且低于曲柄销连接部的最高位置；且所述扇形状柄体的两侧相对于曲柄销连接部对称设置，形成用于提高曲柄转动惯量的取重部21，所述取重部是指去除取重部顶部至曲柄销连接部顶部之间的材料以提高曲柄的转动惯量。

针对盘状部件如曲柄的转动惯量，其曲柄销连接部位设置在盘状部件的上方中部，为保证该区域的强度此区域的结构不可改变。而对于曲柄销连接部位的两侧部位，可通过去除其体积来增大转动惯量。

本实施例中曲柄的大径为φ112mm，曲柄厚度为21.5mm。根据曲柄销外径φ32，曲柄支撑部位的宽度为55，去掉曲柄销支撑部位的后的曲柄如图3所示。

如图4和5所示，横向坐标表示两侧部位的取重位置至盘状部件横向直径的距离。所述取重位置是指，由该位置往上的部位全部去除。图4中纵坐标表示转动惯量，图5中转动惯量的增加量。

由图4可知，取重位置数值越大，转动惯量越大。由图5可知，取重位置从5~35mm转动惯量的增加量较大。取重位置为20mm时，对应的转动惯量的增加值最大。

另外。在保证转动惯量增加最大的情况下，还要尽量保证曲柄的质径积不变或变化量最小。图6和图7示出了取重位置对质径积的影响。图6和图7的横坐标表示取重位置，图6纵坐标表示质径积，图7纵坐标表示质径积减小量。

由图6可知，取重位置数值越大，质径积越小。由图7可知，取重位置在35mm时，对质径积减小量的绝对值最大。

综上，根据图4~7所示，为了增大转动惯量，在质径积允许的前提小，选择椭圆框区域内的取重位置为最佳。

作为本实施例的另一实施方式，在增大转动惯量的基础上，还必须保证曲柄支撑部位即曲柄销连接部位的强度。因此，将取重位置以上去除的面积部分转移到取重位置以下的取重部位，即在取重部上设置通孔，以此来保证曲柄的强度。

在本实施例中，所述取重位置的最高位置与所述柄体部圆心的距离为33~34cm。取重位置至曲柄横向直径的部位为取重部，且在所述取重部上设置有圆形的通孔，所述通孔的圆心所在径与扇形状柄体的横向径即曲柄的横向直径的夹角为25°且所述通孔的直径为φ15mm，所述通孔的圆心距所述扇形状柄体的圆心为40mm。

对比曲柄结构的取重部设置通孔与不设置通孔时，曲柄的轴支撑强度与柄支撑强度如下表：

其中x向与z向在附图1中有示出，根据上表可得出，柄部支撑，有孔的曲柄有优势；轴部支撑，没有孔的曲柄有优势。

在本实施例中，设计孔的目的是，润滑冷却轴承和连杆小头杆部。此外，此孔便于平衡轴齿轮的对点和曲轴主轴承的拆卸，还可保证曲柄的强度。不带孔的好处是，加工加单，成本低。不带孔的曲柄也是一个可选方案。

另外，需要强调的是，在现有结构中，材料、质径积和空间相同时，此结构的转动惯量最大。

另外，所述曲柄销连接部具有圆形状外轮廓，且在其圆形状外轮廓中部开设有曲柄销孔，所述曲柄销连接部的一端面与所述柄体部的一端面平齐，所述曲柄销连接部的另一端面低于所述柄体部的另一端面并与其形成台阶。本实施例中的所述曲柄销连接部的曲柄销孔直径为φ32mm。而且所述曲柄销连接部的下部圆形状外轮廓的直径为φ55mm，而顶部具有r27mm的弧形面。

另外，所述柄体部上表面中部具有与曲柄销连接部的圆形状外轮廓下表面相同走向的第一弧面22，所述第一弧面的左侧与所述柄体部的扇形状柄体的外轮廓左侧之间形成第二弧面23，所述第一弧面的右侧与所述柄体部的扇形状柄体的外轮廓右侧之间形成了第三弧面24。且所述曲柄销连接部的圆形状外轮廓上表面与所述第二弧面和第三弧面之间设置有倒圆角25。

本实施例的曲柄结构，在现有空间不变的情况下，对曲柄结构进行了重新设计，使得曲柄的转动惯量增加16.7%，提高了曲柄的刚度和抗扭转能力，为增加磁电机转子的转动惯量提供条件。

进一步的，采用本发明的曲柄结构以及包含此曲柄结构的山区重载三轮摩托车发动机，可提高发动机的可靠性，降低整车油耗，不增大发动机的体积。

1、关于可靠性

增加曲柄和磁电机转子的转动惯量，提高运转平稳性；增加了曲柄轴部尺寸，提高了刚度，减小了变形。可使得气门断裂故障降低，齿轮点蚀里程延长，齿轮断齿故障减少。

重载下坡倒拖试验，发动机最高转速降低了8.3%，未出现左曲柄弯曲、气门断裂问题。

2、关于油耗

重载平路试验，同样的工况，增加了一挡位，同样的车速发动机转速降低了，发动机噪音有明显减小。如：以前用2挡，现在用3挡；以前用3挡，现在用4挡。

即转动惯量的增加，可用同样车速可以提高一个挡位，对应的发动机转速低，整车油耗低。

3、关于体积

本曲柄结构利用现有箱体、左前盖和双联齿轮的空间，整车及发动机的改动较小，成本较低。

另外，本发明的曲柄结构以及三轮摩托车，其整车重载山区爬坡能力增强，使得采用该曲柄的三轮摩托车尤其适用于山区重载的情况。

一种山区重载三轮摩托车发动机，包括本实施例中的曲柄结构。