CN103256118A - 活塞式发动机偏置曲轴连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，所述曲轴中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量L为9-12mm；在此偏置范围内，可有效减少做功冲程时作用于活塞的侧向力，进而减小活塞对气缸侧面侧向压力，从而使得活塞与气缸壁之间因摩擦而消耗的能量也会相应减少，不但提高了内燃机的热效率，还可以延长气缸与活塞的使用寿命；同时，由于曲轴的偏置设置，造成活塞行程加大，活塞做功时间延长，有利于燃料的充分燃烧，在同样的燃烧条件下可以获得更多的有用功，从而改善燃油经济性。

Description

活塞式发动机偏置曲轴连杆机构

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种活塞式发动机偏置曲轴连杆机构。

背景技术

曲轴连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分，是往复式内燃机中的动力传递系统。在做功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力。

现有技术中，活塞式发动机的曲轴圆点中心位置位于气缸的垂直中心线上，曲轴旋转使连杆产生柔性对称摆弧，活塞通过连杆推动在气缸中往复运行，在活塞做功冲程中，当曲轴曲柄转到90度时，曲轴扭矩和连杆倾角均处于最大值，活塞产生的侧向水平分力也最大，此时活塞组与连杆轴承和气缸壁会产生较大的摩擦，从而造成动力损失、降低燃油效率。

因此，需要对活塞式发动机的曲轴连杆机构进行改进，使其可有效减少做功冲程时作用于活塞的侧向力和摩擦力，从而提高了内燃机的热效率，并且可以延长气缸与活塞的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，可有效减少做功冲程时作用于活塞的侧向力和摩擦力，从而提高了内燃机的热效率，并且可以延长气缸与活塞的使用寿命。

本发明的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，所述曲轴中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量L为9-12mm；所述活塞中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量d为0.5-0.8mm。

进一步，所述偏置量L为10mm。

进一步，所述曲轴包括主轴颈、连杆颈、曲柄和平衡块，所述平衡块的外侧端面为与主轴颈同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升：

1.0≤V＜1.1,45≤R＜50;1.1≤V＜1.2,50≤R＜55;1.2≤V＜1.3,55≤R＜60;1.3≤V＜1.4,60≤R＜64;1.4≤V＜1.5,64≤R＜69;1.5≤V＜1.6,69≤R＜73；1.6≤V＜1.7，73≤R＜78；1.7≤V＜1.8，78≤R＜83；1.8≤V＜1.9，83≤R＜87；1.9≤V＜2.0，87≤R＜92；V=2.0，92≤R＜97。

进一步，所述曲轴为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ—曲柄Ⅷ，所述平衡块设置为四个，所述四个平衡块一一对应并一体设置于曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ。

进一步，所述曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.4-1.55。

进一步，所述曲轴的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构。

进一步，所述连杆包括连杆小头、连杆大头和连杆体，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔。

进一步，所述活塞顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡。

进一步，所述活塞的销孔为异形销孔。

本发明的有益效果：本发明的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，所述曲轴中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量为9-12mm，在此偏置范围内，可有效减少做功冲程时作用于活塞的侧向力，进而减小活塞对气缸侧面侧向压力，从而使得活塞与气缸壁之间因摩擦而消耗的能量也会相应减少，不但提高了内燃机的热效率，还可以延长气缸与活塞的使用寿命；同时，由于曲轴的偏置设置，造成活塞行程加大，活塞做功时间延长，有利于燃料的充分燃烧，在同样的燃烧条件下可以获得更多的有用功，从而改善燃油经济性；活塞配合曲轴的偏置同样偏置设置，可进一步减少做功冲程时作用于活塞的侧向力，进而减小活塞对气缸侧面侧向压力，使得活塞与气缸壁之间因摩擦而消耗的能量也会相应减少，取得更好的减小活塞侧压力的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为曲轴结构示意图；

图3为连杆结构示意图；

图4为活塞结构示意图；

图5为图1A区域结构放大图；

图6为图2E向视图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为曲轴结构示意图，图3为连杆结构示意图，图4为活塞结构示意图，图5为图1A区域结构放大图，图6为图2E向视图，如图所示：本实施例的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，包括气缸1、活塞2、连杆3和曲轴4，所述曲轴中心线b偏离所述气缸垂直中心线a设置，偏置量L为9-12mm；本实施例中，所述偏置量L可取9mm、10mm、11mm、12mm，以取得最优的效果;本实施例中，所述活塞中心线c偏离所述气缸垂直中心线a设置，偏置量d为0.5-0.8mm,偏置量d限定在0.5-0.8mm之间，例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm，以取得最优的效果，本实施例中，所述偏置量L为0.65mm。

本实施例中，所述曲轴4包括主轴颈5、连杆颈6、曲柄和平衡块7，所述平衡块设置为四个，所述平衡块的外侧端面为与主轴颈5同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升，表格中，每一发动机排量对应不同范围的曲轴平衡块圆弧结构半径R，其中每一范围为三个实施例：

满足了发动机在不同排量的情况下均可以使用四平衡块曲轴，即使是1.8l或2.0l排量的发动机也只需四个平衡块就可保证了动平衡的要求，减轻了曲轴整体重量，提高了发动机做功效率。

本实施例中，所述曲轴为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ8、曲柄Ⅱ9、曲柄Ⅲ10、曲柄Ⅳ11、曲柄Ⅴ12、曲柄Ⅵ13、曲柄Ⅶ14和曲柄Ⅷ15，所述四个平衡块一一对应并一体设置于曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ；本实施例中，主轴颈设置为五个，连杆颈对应发动机气缸数设置为四个；平衡块与曲柄的连接方式有多种，既可以通过螺栓等现有机械连接方式连接，也可以一体成型设置，本实施例中，四个平衡块与相对应的曲柄一体成型设置；当然，本实施例的汽油发动机四平衡块曲轴还包括正时链轮轴颈16和飞轮法兰盘17。

本实施例中，所述曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.4-1.55；曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ在满足与平衡块连接强度的前提下，可最大限度控制自身重量，降低曲轴整体重量，并保证曲轴整体具有良好的弯曲和扭转刚度，曲轴平衡率好，改善发动机振动，减小轴承最大负荷。

本实施例中，所述曲轴的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构；圆角结构过渡可以减小应力集中，提高曲轴承受弯矩或者外力的能力，延长其使用寿命；采用滚轮滚压工艺处理，保证最小的应力集中，滚压压力过程按照先逐渐增加到一定负荷，持续一段时间后再慢慢减小至零的工艺。

本实施例中，所述连杆3包括连杆小头18、连杆大头19和连杆体20，在所述连杆大头19与所述连杆体20的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔21；本实施例中，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处两侧均设置有所述径向甩油通孔；在连杆大头与所述连杆体的连接过渡处于曲轴转动方向相反和相同一侧均设置径向甩油通孔，安装时具有通用性，可以增加润滑油供给，实现活塞环和缸体之间均匀润滑，避免偏摩，延长缸体及活塞环的使用寿命，提高润滑效果。

本实施例中，所述活塞2顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑22，所述活塞2的顶面与活塞2圆周侧面为平顶结构过渡；所指平顶结构过渡是指活塞顶面从燃烧坑圆周上边缘沿口至活塞圆周侧面的圆周径向面为无倒角的锐边结构，并且活塞顶面与活塞侧面的连接处也为垂直平顶设置；活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡，不加工倒角，可避免因倒角结构造成的对可燃气体或高温高压燃气产生向活塞与活塞缸之间的间隙的导向，可降低活塞与活塞缸之间的间隙内的可燃气体和高温高压燃气的浓度，减小气环的径向载荷，降低高温高压燃气对气环的腐蚀，延长气环的使用寿命，降低内燃机的维护成本，使气缸盖的燃烧室加工面与活塞顶面加工面相匹配，保证量产品质的稳定性，同时平顶结构的活塞顶面可与缸盖配合形成压缩余隙，有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀，保证曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性；并且，平顶结构的活塞顶面作为燃烧室的一部分，可产生挤流效果，使缸内燃气混合均匀，有助于缸内燃烧。

本实施例中，所述活塞2的销孔23为异形销孔；异形销孔是相对于现有的正圆柱形销孔而言，本实施例的异形销孔可以设置为椭圆形或锥形结构；可使活塞销与活塞销孔的接触更加合理，有效降低活塞销座变形时产生的应力，降低了销座开裂的风险，提高了活塞的性能及使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，其特征在于：所述曲轴中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量L为9-12mm；所述活塞中心线偏离所述气缸垂直中心线设置，偏置量d为0.5-0.8mm。

2.根据权利要求1所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述偏置量L为10mm。

3.根据权利要求2所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述曲轴包括主轴颈、连杆颈、曲柄和平衡块，所述平衡块的外侧端面为与主轴颈同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升：

1.0≤V＜1.1,45≤R＜50;1.1≤V＜1.2,50≤R＜55;1.2≤V＜1.3,55≤R＜60;1.3≤V＜1.4,60≤R＜64;1.4≤V＜1.5,64≤R＜69;1.5≤V＜1.6,69≤R＜73；1.6≤V＜1.7，73≤R＜78；1.7≤V＜1.8，78≤R＜83；1.8≤V＜1.9，83≤R＜87；1.9≤V＜2.0，87≤R＜92；V=2.0，92≤R＜97。

4.根据权利要求3所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述曲轴为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ—曲柄Ⅷ，所述平衡块设置为四个，所述四个平衡块一一对应并一体设置于曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ。

5.根据权利要求4所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.4-1.55。

6.根据权利要求5所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述曲轴的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构。

7.根据权利要求6所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述连杆包括连杆小头、连杆大头和连杆体，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔。

8.根据权利要求7所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述活塞顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡。

9.根据权利要求8所述的活塞式发动机偏置曲轴连杆机构，其特征在于：所述活塞的销孔为异形销孔。

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